（材料加工工程专业论文）基于数据库的冷挤压capp系统设计.pdf

蚴 y 18 7 岁。l i c j ；。 武汉理工大学学位论文独创性声明及使用授权书 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ：叁塑竺 它兮谚 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理t 大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向困家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编木学位论文。同时授权经武汉理t 大 学认可的园家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信 息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：是盏壶导师( 签名) ：鎏 日期塑! ! ：盟 注：此表经研究生及导师签名后，请装订在学位论文摘要前页。 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 冷挤压成形工艺，加工零件强度、精度高、表面质量好，少或无切削，工 艺设计是模具设计的基础。从金属毛坯到冷挤压零件需要通过不同的冷挤压成 形工序才能完成，合理设计冷挤压成形工序是冷挤压工艺设计过程中的核心工 作。然而冷挤压工艺由于其工艺特点十分复杂，影响工艺的因素繁多，因此靠 人工制定工艺非常难。随着计算机辅助技术的发展，c a p p ( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ) 技术开始运用于冷挤压工艺设计。 本文在上述背景下，以已构建的冷挤压c a p p 系统结构为基础，在v b 6 0 软件平台，运用数据库技术进行冷挤压工艺设计。主要成果有： 1 ) 建立了5 大功能模块，零件信息管理模块，材料信息管理模块、设备信 息管理模块、工艺信息管理模块和模具信息管理模块，5 个功能模块构成冷挤压 c a p p 系统。 2 ) 建立了零件信息数据库，材料信息数据库、设备数据库、工艺信息数据 库和模具信息数据库，5 大数据库能够进行内部和库与库之间的数据信息的交 换，方便信息的管理、维护、查询、汇总。 3 ) 根据实际生产条件，在不同约束条件下的进行不同的冷挤压工艺设计， 根据实际生产条件辅助实际生产。 4 ) 建立了b p 神经网络预测模块，预测成形零件的最大应力、应变，为优 化工艺参数提供有效数据。 综上所诉，本系统在v b6 0 平台下开发，该系统基于冷挤压工艺设计理论 知识上提出了基于实际生产约束的工艺设计流程，同时结合数据库技术和神经 网络技术，实现冷挤压成形工艺设计信息数据库管理和零件成形结果预测。该 系统采用面向对象技术，支持其他程序和技术的扩展。 关键词：冷挤压工艺，c a p p ，数据库，b p 神经网络，成形结果预测 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t p a r t sp r o c e s s e di nc o l de x t r u s i o nm o l d i n gm e t h o dh a v eah i g hp r e c i s i o na n d s t r e n g t h ，g o o dq u a l i t yo nt h es u r f a c e ，l i t t l eo rn oc u t t i n g c o l de x t r u s i o np r o c e s s i n gi s t h eb a s eo ft h em o u l dd e s i g n f r o mt h ec r a rt ot h ep r o d u c t ，i tn e e d sm a n yd i f f e r e n t c o l de x t r u s i o nf o r m i n gs t e p st oc o m p l e t e r e a s o n a b l ed e s i g n i n gc o l de x t r u s i o n p r o c e s s e si st h e c o r ei nt h ew h o l ew o r k t h ed e s i g no fp r o c e s si sv e r yh a r d w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , p a r t i c u l a r l yc a p p ( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ) t e c h n o l o g y , i tg r a d u a l l ya p p l i e st oc o l de x t r u s i o np r o c e s sp l a n n i n g t a k et h i sb a c k g r o u n da ss t a r t i n gp o i n t ；t h ea r t i c l ep r o p o s e dt h a ta p p l i e st h e d a t a b a s et e c h n o l o g yo nt h ev b6 0p l a t f o r mt oe n h a n c et h ep a s s e dc o l de x t r u s i o n c a p ps y s t e m t h em a i nr e s u l t sa lea sf o l l o w s ： 1 ) e s t a b l i s h e dt h e5m a j o rf u n c t i o nm o d u l e so ft h es y s t e m rc o n t a i n sm a t e r i a l s i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ，e q u i p m e n ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ， p r o c e s si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l ea n d m o l di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ， a n de s t a b l i s h e dl i n k a g e sb e t w e e nt h e s em o d u l e s 2 ) e s t a b l i s h i n gp a r t sd a t a b a s eo fm a t e r i a l si n f o r m a t i o nd a t a b a s e ，e q u i p m e n t i n f o r m a t i o nd a t a b a s e ，p r o c e s si n f o r m a t i o nd a t a b a s ea n dm o l di n f o r m a t i o nd a t a b a s e c a r r i e so u td a t am a n a g e m e n t ，m a i n t e n a n c e ，i n q u i r i n ga n ds u m m a r y 3 ) i td e s i g n sd i f f e r e n tc o l de x t r u s i o np r o c e s su n d e rd i f f e r e n tc o n s t r a i n t s t h e s e c o n s t r a i n t sa l ea c c o r d i n gt ot h ea c t u a lp r o d u c t i o nc o n d i t i o n s ，s oi tc a ns u p p o r tt h e a c t u a lp r o d u c t i o n 4 ) d e s i g nab pn e u r a ln e t w o r kp r e d i c t i o nm o d u l et op r e d i c to ff o r m e dp a r t i t s u p p l i e sv a l i dd a t a f o ro p t i m i z a t i o no f p a r a m e t e r s t os u mu p ，t h i ss y s t e mi sd e v e l o p e du n d e rt h ev b6 0p l a t f o r m ，t h es y s t e m p l a n s t h ec o l de x t r u s i o np r o c e s sb a s e do nc o l de x t r u s i o np r o c e s s i n gt h e o r y i t p r o p o s e d ap r o c e s s i n gd e s i g ni na c t u a lp r o d u c t i o nc o n s t r a i n t s ，c o m b i n e dw i t h d a t a b a s et e c h n o l o g ya n dk n o w l e d g eo ft h es i g n a t u r e s a tt h es a m et i m e ，i tc o n s t i t u t e s t h ef o r e c a s tm o d u l e ，c a l lf o r e c a s tt h em a x i m u ms t r e s sa n ds t r a i no fp a r t s ，p r o v i d i n g i i 武汉理工大学硕士学位论文 s u p p o r tf o rt h ev e r i f i c a t i o na n do p t i m i z eo ft h ep r o c e s s i tu s e st h eo b je c to r i e n t e d t e c h n o l o g y , h a sb e t t e re x t e n s i o na n da p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：c o l de x t r u s i o np r o c e s s ，c a p p , d a t a b a s e ，b pn e u r a ln e t w o r kf o r e c a s t i i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 冷挤压工艺研究现状一2 1 2 1 冷挤压工艺概述2 1 2 - 2 冷挤压工艺设计研究2 1 3 冷挤压c a p p 系统研究现状6 1 3 1 冷挤压c a p p 系统概述6 1 3 1 冷挤压c a p p 系统国内外研究现状6 1 4 冷挤压工艺设计c a p p 系统存在的问题7 1 5 课题背景及意义8 1 5 1 课题来源8 1 5 2 本文目的及意义9 1 6 本文研究内容9 第二章冷挤压c a p p 系统数据库总体设计1 1 2 1q 廿p 系统设计思路1 1 2 2 分类编码1 2 2 3 数据库总体设计1 5 2 3 1 需求分析1 6 2 3 2 概念设计17 2 3 3 逻辑设计2 1 2 3 4 物理设计2 3 2 4c a p p 系统设计2 3 2 4 1 标准工艺流程2 4 2 4 2 基于材料约束的工艺流程2 5 2 4 3 基于设备约束的工艺流程2 7 2 5 本章小结2 9 第三章冷挤压c a p p 系统数据管理系统实现3 0 3 1v b 数据库概述3 0 3 2 功能模块开发3 1 3 2 1 零件信息功能模块3 2 3 2 2 设备信息功能模块一3 3 3 2 3 材料信息功能模块3 4 3 2 4 工艺信息功能模块3 7 3 2 5 模具信息功能模块3 9 3 3 本章小结4 0 第四章冷挤压c a p p 系统神经网络预测模块设计4 1 4 1b p 神经网络预测模型一4 2 武汉理工大学硕士学位论文 4 1 1b p 神经网络输入、输出层参数的确定4 2 4 1 2b p 神经网络预测模型的建立4 4 4 2b p 神经网络训练。4 4 4 2 1 样本设计。4 4 4 2 2 神经网络训练4 7 4 3 本章小结4 9 第五章万向节轴承零件运行实例5 0 5 1 导电杆零件信息5 0 5 2 冷挤压c a p p 系统工艺与模具设计5 0 5 2 1 零件设计信息检索5 0 5 2 1 标准工艺流程设计5 1 5 2 2 限定材料的工艺流程设计。5 4 5 2 3 限定设备的工艺流程设计。5 5 5 3b p 神经网络成形结果预测5 5 第六章结论与展望5 6 6 1 结论5 6 6 2 展望5 6 参考文献5 8 致 谢6 1 攻读硕士期间发表的论文。6 2 武汉理工大学硕士学位论文 i 1 引言 第一章绪论 冷挤压【l 】是在是在室温下进行的，不需要对毛坯进行加热，通过冷挤压模具 对坯料施加挤压力，从而得到所需形状的一种工艺方法。冷挤压成形是得到接 近最终形状挤压件的一种手段。由于冷挤压是在在室温，大概在2 0 左右下成 形，因此冷挤压零件的表面粗糙度情况较好【2 1 、材料利用率、尺寸精度、机械性 能都优于温、热挤压成形，而制造成本较低。且与切削加工相比，采用冷挤压 加工，可降低材料费用，减少工序，并适于大批生产，降低生产成本。 目前，冷挤压工艺由于其优质，高精【3 】，高效，低耗，低成本的优势，在汽 车、建筑、航天、轻工业等高速发展的机械行业广泛运用。由于冷挤压工艺实 用性强，精密性高，制造业厂商要在当今日益激烈的社会竞争中脱颖而出，必 须大力发展冷挤压加工技术。而进行冷挤压技术的关键就在于如何制定高效率 的冷挤压成形工艺，保证成形产品的高质量，如何合理的选择冷挤压加工材料、 设备及设计冷挤压加工模具。 现代计算机技术迅猛发展，迅速应用到了机械制造领域，衍生了诸如计算 机辅助设计、计算机辅助工艺规划、计算机辅助制造以及计算机辅助工程等新 技术，为冷挤压工艺设计的新发展提供了强有力的支持。以此为契机，我们提 出了运用计算机辅助工艺过程设计c a p p 系统进行冷挤压工艺设计的方法，代 替依赖人工经验进行工艺设计的方法，减少工艺设计时间，减少人工设计误差。 c a p p 是通过向计算机输入被加工零件的几何信息和加工工艺信息，由计算机自 动生成工艺路线和工序内容的设计过程。其内容涵盖了毛坯选择、材料选择、 加工方法选择、加工顺序安排、工序内容确定、工艺装备选择、工艺参数计算、 工艺过程模拟和工艺结果优化和文件输出汇总等。提供各种应用工具与之结合， 如数据库工具、有限元模拟工具和神经网络工具，丰富其数据管理、结果评价 分析和结果预测方面的功能。因此，它不但保证了产品质量、降低成本，也提 高劳动生产率、缩短生产周期，也是现代制造中广泛应用的技术手段和管理措 施。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 冷挤压工艺研究现状 1 2 1 冷挤压工艺概述 在冷挤压过程【4 】中，存在着复杂的应力应变状态，及在金属自由流动区 域中的拉伸过程，拉应力的存在，显著地提高了金属的成形性能，尤其是塑性 金属和合金零件。冷挤压工艺，使得加工金属强化。毛坯挤压以后，硬度和微 观组织的变化，取决于它局部区域的变形量和表现它不均匀的特性。贴近变形 区的表面层有很大的变形。由于金属强化的结果，特别是它的表面层和具有重 复零件成形的组织，零件的疲劳强度和耐磨性都被提高了。冷挤压的方法既可 用于生产成批的有色金属或钢零件，也可用于制造模具型腔。如图1 1 所示是冷 挤压工作的情形。 图1 - 1 冷挤压工艺示意图 采用冷挤压工艺，其最大优点是：低耗、优质、高效和大批量。冷挤压生 产能力的大小和其工艺水平的高低渐渐已成为衡量一个国家工业化水平的重要 方面。 1 2 2 冷挤压工艺设计研究 按照传统的冷挤压工艺设计的方法，设计者进行冷挤压工艺设计【5 】时，通常 都是首先对冷挤压件图纸研究，并综合冷挤压零件和生产条件，工艺要求等信 息对零件进行工艺性分析。再利用变形前后材料体积不变原则，和前面对冷挤 压件图纸和工艺的分析，计算坯料各尺寸和体积。再根据实际生产要求，选择 合适的挤压材料满足力学性能的要求，如变形程度等，同时考虑实际摩擦润滑 条件。然后根据冷挤压零件尺寸、毛坯尺寸以及变形程度等，算出中间工序半 2 武汉理工大学硕士学位论文 成品件的尺寸。再根据冷挤压零件形状特征，冷挤压零件变形程度、冷挤压力 大小、挤压次数，选择设备力学参数，最后考虑各工艺参数对模具结构进行设 计，选择模具材料确定成形工序数目，而后再进行工序设计，决定中间工序半 成品件的形状和尺寸。确定工序道次，安排工序顺序，最后确定成形工序。最 后输出的参数应该是包括挤压设备，挤压件和模具材料、具体工艺流程和设计 模具结构形式，同时进行全面的成形工艺评价以及核算经济成本等等。冷挤压 工艺设计内容如图1 2 所示。 图i - 2 冷挤压工艺设计内容 因此在冷挤压工艺设计中主要是要确定以下几个方面的内容： 1 ) 正确的选择材料。如将黑色金属改为有色金属，如用铝、铜代替钢可以 改善挤压材料的塑性，2 0 钢比4 5 钢的冷挤压力肯定要小【6 】。如果材料牌号不变， 则可以通过改变坯料的热处理方式来增加它的塑性。通常为了在挤压过程中降 低材料的挤压力，一般采用的方法是，对被挤压的毛坯进行退火或固溶处理来 软化材料来降低它的强度。 2 ) 选择合适的变形程度和挤压次数。合理分布单次变形程度，如果单次变 形量过大，那么必然导致冷挤压力增加，会导致超过材料的许用变形程度，同 时模具也承受不了，会降低模具使用寿命。这时可以把一次冷挤压变形改为二 次冷挤压成形或多次挤压成形来降低其单次变形程度。 3 武汉理工大学硕士学位论文 3 ) 采用表面处理与润滑。即正确选择摩擦因子，以减小变形材料与模具表 面接触的摩擦力，有效减小模具与材料之间产生的变形抗力、摩擦阻力。如磷 化皂化处理，加上各种润滑剂的润滑处理，以及草酸盐处理进行润滑。 4 ) 选择合适的设备 根据工艺计算出挤压力，并根据冷挤压要求来选择合适的冷挤压设备，一 般要求设备的导向准确、刚性好。不能盲目的追求公称力大，刚性好的设备， 要在工厂实际要求下，选择最符合经济利益的设备。如当有的计算的挤压力偏 大，则通过增加挤压次数，减小单次变形量，则可以在公称力较小的设备上， 同时操作上使用连击的方法，运动速度与冲击力都减小的同时，完成冷挤压工 艺。于此同时，能选用闭式压力机则尽量选用闭式为好，因为闭式的框架压力 机不仅其刚性好，同时也没有角变形，在同等情况下，闭式压力机使模具受力 情况更好。 5 ) 正确设计与制造适合冷挤压的模具。为了增加模具寿命，应在冷挤压时 使金属的流动性更好，变形抗力更低，尽量减少产生应力集中的结构，要合理 的设计模具的导向机构、凸模、凹模和模架的结构参数。如果能够设计组合模 具，那么就能彻底杜绝了应力集中的来源，同时模具的表面应采取适当的润滑 和磨削等工艺，使表面光滑，减少摩擦。但在有色金属挤压中，凸模的端面又 不宜粗糙度过低，因为有色金属挤压是，摩擦过小容易失稳。 综上所述，进行冷挤压设计时，设计人员进行冷挤压工艺设计时，不但要 考虑零件的形状特征，材料的冷挤压成形性能，工厂的工艺条件，如摩擦和润 滑条件，设备的力学参数，甚至还要考虑模具材料性能，模具结构形式等诸多 影响因素。通过繁琐的工艺分析和计算才能最终确定具体的冷挤压工艺过程， 由于全部设计都是基于设计人员的个人经验，因此最后设计人员的经验高低决 定了零件的成形结果的好坏，可见冷挤压工艺设计过程是及其复杂的，而且对 设计人员的能力要求非常高。 冷挤压工艺过程与实验过程密不可分。各种实验方法、手段的进一步完善， 对人们认识冷挤压工艺成形规律e 7 1 ，以及对工艺设计研究起了重要作用。如今， 实验研究仍然是在不停的进行着和理论研究也进一步完善，通过科学实验能够 分析各种零件材料，各种零件形状成形工艺特点。从而建立零件尺寸信息，零 件材料和工艺信息等各个数据库，利用实验理论与计算机辅助设计技术相结合 分析金属材料流动成形和冷挤压工艺设计过程规律，来获取最佳工艺参数和工 艺方案等。 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 基于物理实验技术的冷挤压工艺设计 传统的工艺设计过程运用试错法进行工艺和模具设计，在设计过程中，由 于都是采用的真实材料，这样进行实验并根据实验结果检验所设计工艺是否合 理。这样的实验过程必然产生了对设备使用多，消耗很多的材料资源。当时人 们为了避免这种资源的浪费，这时人们开始使用较为廉价、能循环使用和塑性 高，满足性能的材料要求来代替原来的材料进行实验。人们通过使用物理实验 的方法，来验证工艺和模具设计、验证零件成形结果，并基本完成了金属塑性 成形规律的基础研究、基本验证了工艺设计，为后人的研究打下了坚实的基础。 ( 2 ) 基于数值模拟技术的冷挤压工艺设计 实验条件和计算机技术日趋成熟，依靠金属塑性流动基础理论的日益完善， 利用计算机模拟金属塑性成形过程的方法逐渐成为了一项热点。利用数值模拟 方法合理建模，通过确定初始边界条件，选定基本工艺参数，有限元数值模拟 技术可以很直观地预测冷挤压成形中的各项数值，模拟金属材料流动过程中的 流动速度、成形载荷曲线、金属微结构、等效应力和等效应变、模具应力关系、 模具受力情况与模具失效情况，从而预测出挤压件可能出现的内部或外部缺陷 情况，反应模具结构设计的种种问题。可以方便地确定塑性成形过程各个阶段 金属的流动情况、所需的变形力、工件内部的应力应变分布，获得模具结构形 状合理设计，预测冷挤压件的成形状况，充分了解金属成形和工艺和模具设计 情况。目前有代表性的有限元模拟软件主要有d e f o r m 、f o r g e 、q f o r m 、 a b q u s 、a n s y s 、m s c s u p e r f o r m 等。 ( 3 ) 基于智能技术的冷挤压工艺设计 如今计算机智能技术也已应用于c a p p 辅助工艺设计中，该方法在冷挤压成 形工艺及模具的设计中的应用，彻底的改变了冷挤压成形传统工艺中依靠设计 人员，反复修改设计过程，高度依赖设计人员设计水平，设计效率低下的状态。 人工智能技术主要应用了模式识别和机器学习等等技术，在设计过程中从系统 知识库中提取适合的工艺知识，系统指导进行冷挤压成形工艺和冷挤压模具的 设计。目前，该项技术在不断进步和发展完善。近年来，基于c a p p 辅助工艺设 计方法已成为加工成形工艺和模具设计智能化技术研究的一个热门。 5 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 冷挤压c a p p 系统研究现状 1 3 1 冷挤压c a p p 系统概述 冷挤压c a p p 系统【9 】，其工作原理是通过向计算机输入被加工的冷挤压零件 的原始数据、挤压的条件和加工的要求，由计算机自动地进行编码，编制冷挤 压工艺规程，直至最后输出经过优化的冷挤压工艺规程卡片的过程。c a p p 系统 工艺规划利用计算机代替人，把毛坯按照加工和工程图纸上的要求来制订冷挤 压零件加工工艺过程，这个工艺规划的过程就被称之为冷挤压c a p p 系统工艺 规划。在这个过程中，通过人机交互的方法，向计算机输入挤压件的的零件信 息( 零件的形状特征好尺寸等) 、工艺条件信息( 材料、热处理方法、批量、精 度等) ，由计算机自动输出零件的工艺设计方法，工序内容等工艺文件的过程。 1 3 1 冷挤压c a p p 系统国内外研究现状 国外c a p p 的研究【1 0 】始于2 0 世纪6 0 年代后期，第一个c a p p 系统是挪威 1 9 6 9 年推出的a u t o p r o s 系统，并于1 9 7 3 年将a p t o p r o s 系统投入市场， 完成商品化过程。美国是2 0 世纪6 0 年代末7 0 年代初开始研究c a p p 的，在1 9 7 6 年由c a m i 公司推出了非常著名的c a m i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g 系统， 该系统也成为了c a p p 的发展过程史上一个非常重要的产品。国外制造业的自 动化进程开始较早，程度也较高，相应的计算机辅助体系较为健全。 从7 0 年代开始，国外研究人员开始将c a p p 技术引入冷挤压工艺设计中， s e v e n i e 等人在前人对计算机辅助工艺研究【l i 】的基础上，从知识工程和人工智能 的角度来设计c a p p 系统，由此产生了著名的f o r m e x 专家系统，该系统是基 于知识的冷挤压工艺设计的。运用该系统，能够自动设计出零件的冷挤压成形 工序。但是所能设计冷挤压件的类型不多，过于简单。后来s u n 等人又提出了 一个冷挤压工艺设计系统c e p p ，它实现了实心件或空心件的多工位成形过程工 艺规划的自动化，并且能够对冷挤压工艺进行验证，也能计算统计工艺成本， 通过工艺和成本的评估结果，来调整整体工艺参数和工艺方案。之后d n a n o 等 人又开发了一个基于知识的f o r e s t d ，此系统使用“t r a n s f o r m a t i o n k n o w l e d g e u n i t 的方法来设计成形工序，实现冷挤压成形系统多工位工序工艺 的生成。 1 2 1 4 7 0 年代中后期开始了出现了对创成式( g e n e r a t i v e ) 系统研究的热潮，而且很 6 武汉理工大学硕士学位论文 快被认为是最有潜力的方法。理想的创成式c a p p 系统，通过模仿人的判断思 维来进行逻辑分析，进行工艺决策。因此不需要设计人员的操作，就能通过计 算机自动的生成工艺。1 9 7 7 年w y s k 设计了第一个创成式c a p p 系统a p p a s 。 但是经过长期的研究，这个系统也未能达到真正理想意义上的创成式的c a p p 系统。 国内c a p p 技术的研究是从8 0 年代开始的，国内最早开发的c a p p 系统是 同济大学的修订式c a p p 系统和北京航空航天大学的创成式c a p p 系统。国内 研究c a p p 的二十多年来，c a p p 经历了以下演变历程。自从1 9 8 2 年以来，出 现了基于自动化思想的c a p p 专用型系统，即是基于自动化思想的实用型c a p p 系统，用来代替设计人员的劳动，以实现工艺的自动化设计为目标。但该系统 的实用性和通用性不好，实现商品化的过程艰难。后来强调工艺决策的自动化， 又开发出了若干种c a p p 系统，如派生式、创成式或半创成式系统，能够用计 算机半自动或自动编制工艺规程。然后，在1 9 8 5 年至1 9 9 0 年其间，西北工业 大学、北航、南航、北京理工大学这些高校也跟随这个潮流，进行c a p p 系统 的开发，开发出了一些功能型的实用性的c a p p 系统。国内这些大学对c a p p 的研究，在实用价值上有一定突破，并取得了突出的社会效益和经济利益。这 些国内的多种具有代表性的c a p p 软件，很大程度的满足了国内的许多企业的 需要。 2 0 世纪8 0 年代，上海交通大学孙强、曾宪章等人设计了冷挤压工序设计的 专家系统【1 5 】，系统针对少数零件利用t u r b op r o l o g 方法，来进行工序设计，主要 实现了冷挤压工序的设计。到了9 0 年代上海交通大学张兴全等人进行了冷挤压 工艺规划系统的研究，该系统不仅包含了基于特征的产品冷挤压工艺规划分析， 还包括产品模型建立和其工艺可行性分析。2 0 0 6 年山东大学高军，基于知识的 方法，使用c + + 技术，建立了冷挤压c a p p 智能系统【1 6 1 ，它使用了人工智能技 术，同时建立了工艺设计、规划和工艺评价体系。武汉理工大学的兰箭、李兵 等人基于v b 6 0 技术平台，设计了典型冷挤压零件的c a p p 系统，能对冷挤压 工艺过程及模具结构进行设计。 1 4 冷挤压工艺设计c a p p 系统存在的问题 传统挤压冷挤压工艺设计，不但要考虑零件的形状特征，材料的冷挤压成 7 武汉理工大学硕士学位论文 形性能，工厂的工艺条件，如摩擦和润滑条件，设备的力学参数，甚至还要考 虑模具材料性能，模具结构形式等诸多影响因素。通过繁琐的工艺分析和计算 才能最终确定具体的冷挤压工艺过程，影响因素【l8 】繁多、数据多、诸多因素关 系复杂。而且全部设计都是基于设计人员的个人经验，因此最后设计人员的经 验高低决定了零件的成形结果的好坏，可见冷挤压工艺设计过程是及其复杂的， 而且对设计人员的能力要求非常高。因此冷挤压工艺c a p p 系统工艺设计的难 度相当大。 从目前冷挤压c a p p 系统的研究及应用现状来看，现有的冷挤压c a p p 系 统多数是基于知识的设计系统，主要存在以下几个方面的问题： 1 ) 设计的冷挤压件零件品种单一，只是面向一种或几种产品的设计。 2 ) 未能将交互设计和自动设计有机结合起来。过分强调交互设计的系统， 往往对设计人员要求较高，操作工作量大；而过分强调自动设计的系统，往往 缺乏灵活性而导致应用场合受到限制。 3 ) 无法预测成形结果，无法对c a p p 系统规划的冷挤压工艺和模具进行验 证、优化。 4 ) 不能根据实际工艺条件，对零件进行工艺和模具设计，只能根据标准工 艺流程进行工艺和模具设计。 前人对c a p p 系统在冷挤压工艺设计中的应用研究已取得一定成果。本系 统在前人的基础上，采用派生式和检索式相结合的设计方法，提高工艺设计的 灵活性，缩短开发周期，有效节约了冷挤压零件工艺设计系统开发的成本；并 在数据库平台上整体规划c a p p 系统，对工艺设计数据进行有效的管理和保存： 根据实际生产条件，正确可靠的进行工艺计算，生成工艺规程；对成形结果进 行预测，预测数据对工艺设计结果给予指导。 1 5 课题背景及意义 1 5 1 课题来源 课题来源于基金项目：武汉理工大学在校研究生自主创新研究基金。企业 横向项目。 8 武汉理工大学硕士学位论文 1 5 2 本文目的及意义 基于以上分析的各项特点和问题，本文采用派生式和检索式相结合的设计 思路设计冷挤压工艺c a p p 系统，能准确、高效的完成冷挤压工艺和模具设计。 即对冷挤压零件进行成组分类，对零件进行交互式编码，基于数据库技术设计 c a p p 系统，能进行零件、工艺和模具等数据查询检索，能对各数据进行各种操 作和管理，在数据库中能检索零件的初步工艺规程，并能派生新的工艺规程， 并将新的工艺规程添加到数据库。同时建立了能够预测成形质量神经网络预测 模块，为优化系统设计的工艺和模具提供依据。设计了神经网络模块【1 9 】，能够 判断零件的成形质量，指导优化系统设计的工艺和模具，提高了设计质量。系 统开发周期不长，费用低。 研究目的： 1 ) 推广冷挤压这种高效，优质低耗的加工方法，减少材料消耗，降低生产 成本。 2 ) 利用数据库的方法设计c a p p 系统，便于数据的管理和维护，利于系统 扩展。 3 ) 根据工艺条件和特点，设置一定的约束条件，使本系统在任何条件下都 能满足工艺设计的要求。 4 ) 利用神经网络的方法，对设计的工艺参数进行优化，能够提高生产质量。 综上所诉，此课题有两方面的意义： 1 ) 科学意义：基于数据库的冷挤压c a p p 系统，在传统工艺的基础上，促 进了现有技术的进步。效率高、工艺开发周期短、成本低，提供校核优化手段， 能保证设计和生产质量。 2 ) 经济意义：冷挤压工艺节约生产成本，c a p p 系统节约人工投入，能进 行不断的升级，将改变企业传统生产模式。显著降低对技术人员培训费用。并 能将技术作为一个固定资产保留下来。 1 6 本文研究内容 本文以冷挤压工艺设计经验理论【2 0 1 为背景，运用c a p p 技术，结合数据库 技术、有限元模拟理论和b p 神经网络技术，以v b 6 0 软件为平台，结合a c c e s s 数据库技术、d e f o r m 软件和m a l a b 软件进行了冷挤压工艺c a p p 系统设计。 9 武汉理工大学硕士学位论文 本文首先介绍了冷挤压c a p p 系统的总体结构，通过需求分析明确系统的各项 功能和各功能模块之间的关系。通过对冷挤压零件形状和工艺特征进行分类编 码，根据分类编码来对每类零件进行工艺设计。在标准工艺流程的基础上设计 了不同约束条件下的冷挤压工艺规程，当实际生产中若有材料或设备上的限制 时，根据实际生产条件选择工艺流程，辅助实际生产。其次，运用数据库技术 和b p 神经网络技术两项关键技术。运用数据库技术构建了实现各模块的具体数 据库，包括：零件信息数据库，材料信息数据库、设备数据库、工艺信息数据 库和模具信息数据库，方便工艺设计时系统内部的调用数据，便于知识库的管 理、维护、查询和删除、保存等操作；运用b p 神经网络技术构建成形结果预测 模块，预测系统设计的工艺条件下的成形零件的最大应力、应变，为优化工艺 参数提供有效数据。最后，用正挤压导电杆零件验证了c a p p 系统的实用价值。 主要内容包括： 1 ) 建立了5 大功能模块，零件信息管理模块，材料信息管理模块、设备信 息管理模块、工艺信息管理模块和模具信息管理模块，5 个功能模块构成冷挤压 c a p p 系统。 2 ) 建立了零件信息数据库，材料信息数据库、设备数据库、工艺信息数据 库和模具信息数据库，5 大数据库能够进行内部和库与库之间的数据信息的交 换，方便信息的管理、维护、查询、汇总。 3 ) 根据实际生产条件，在不同约束条件下的进行不同的冷挤压工艺设计， 根据实际生产条件辅助实际生产。 4 ) 建立了b p 神经网络预测模块，预测成形零件的最大应力、应变，为优 化工艺参数提供有效数据。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 第二章冷挤压c a p p 系统数据库总体设计 2 1c a p p 系统设计思路 本冷挤压工艺设计c a p p 系统在数据库结构下，以v b6 0 软件为开发平台， 采用有限元分析软件d e f o r m2 d ( 以下简称d e f o r m ) ，进行有限元模拟， m i c r o s o f to f f i c e 软件，m i c r o s o f t 记事本。并使用了m a t l a b 软件。在v b 软件 中进行窗体设计，并进行程序设计，实现窗口界面的基本功能；数据库采用v i s u a l b a s i c 自带的j e t 控件，实现与a c c e s s 数据库的连接，在a c c e s s 数据库中 建立系统的各数据库管理信息，并设计各数据库之间的关系连接；使用d e f o r m 进行有限元分析，为神经网络建模提供数据；在m a t l a b 软件中完成对神经网 络的训练，最后通过在m i c r o s o f to f f i c e ，包括记事本和a c c e s s ，保存输出工 艺信息。 c a p p 系统工艺设计主体思想是“辅助 工艺人员进行工艺设计，发挥以 c a p p 系统的功能协调和信息集成信息的中枢作用，开发【2 2 曰大致划分为下述的 五个阶段。 ( 1 ) 零件分类编码。分类编硝2 4 】系统的选择，主要是对冷挤压典型零件进行 几何形状特征和工艺特点归类。选用的是现有的比较成熟的编码系统。并且针 对本产品要求来修改和补充、完善现有系统。 ( 2 ) 划分零件簇。根据以上的零件的编码系统规则进行编码，并把它们划分 为各个零件簇。这里划分零件簇是对所有的典型冷挤压零件进行划分的，划分 零件簇的原则是以零件形状特征和工艺过程相似为主。由计算机辅助进行划分。 接下来针对各个零件簇进行工艺规程编制。 ( 3 ) 编制工艺规程。根据现有冷挤压工艺设计理论编制工艺规程，每一类工 艺规程代表这一个零件簇的加工工艺，它是在总结了现有工艺规程进行编制的， 应该能满足这一簇内的零件的要求。编制的标准工艺规程决定和影响了c a p p 系统的使用性能。 ( 4 ) 标准工艺规程数据库结构设计。数据库最常使用的操作就是查询，因此 在进行数据库结构设计时，应该使它便于对信息进行快速简洁的查询，数据存 蘑 武汉理工大学硕士学位论文 储方式分为存储在数据表和储存在数据库系统中两种，这主要取决于信息量的 大小，信息量大时可以将各种信息分别存在一个个数据表中。本文是采用的 a c c e s s 数据表储存管理信息的。 ( 5 ) 系统程序编码、设计、调试与试运行。在数据库的基本结构和框架的基 础上，可以采用数据库管理系统进行程序设计，也可以采用通用性语言。但无 论采用什么语言和方法，数据库系统的功能和基本结构应保持不变。 在本系统中，主要是利用c a p p 系统的来进行冷挤压工艺的设计，代替了 传统工艺设计中，工艺人员逐个对零件进行工艺分析，进行工艺决策，运用试 错法对零件成形质量进行判断的复杂繁琐过程，直接利用计算机进行数据录入、 分析，逻辑计算，自行进行逻辑判断，自动输出工艺结果。 c a p p 系统开发完成后，工艺人员就可以使用该系统为实际的零件进行工艺 规程编制【2 3 】。具体步骤如下： 1 ) 设计分类编码系统，通过零件特征进行零件的分类编码； 2 ) 通过编码系统查询该零件所在的零件簇的工艺设计过程； 3 ) 输入工艺条件，各参数调出该零件的工艺规程； 4 ) 进行人机交互输入，对该工艺规程进行修改和编辑。通过系统优化功能 不断修改直到满足要求。 5 ) 将修改好的工艺规程存储到数据库，并输出工艺文件。 2 2 分类编码 成组技术1 2 5 ( g t - g r o u pt e c h n o l o g y ) 实际上是利用事物之间的继承性和相似 性，通过相应的分类技术，达到把表面上零乱的事物各自归并成组的目的。成 组技术通过分类编码系统把设计标准化和工艺标准化联系起来，利用分类编码 把零件分类成组，按零件组制定工艺集。典型冷挤压零件分为4 5 类，利用成组 技术根据这4 5 类零件的工艺特点进行工艺设计。 派生式c a p p 系统可以通过检索相似零件组的工艺集进行工艺派生，并可 进行人机交互加以修改和编辑而成。本文采用检索式、派生式【2 6 】相结合，输入 零件的分类码，搜索分类码，是典型零件则直接检索出工艺文件。如果是相似 零件则进行修改、编辑，进行工艺派生。 零件的信息描述