级进模组件材料选择智能系统的一个简短说明

1、编号： 毕业设计(论文)外文翻译（译文）院 （系）： 机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学 号： 指导教师单位： 姓 名：职 称：2014年 3 月 1 日级进模组件材料选择智能系统的一个简短说明摘 要模具组件材料的选择是在冲压行业级进模设计中一个重要的活动。本文提出了一种用于级进模组件材料选择的智能系统。该系统SMPDC包括两个知识库模块，即DIEMAT和SELHRD模块。DIEMAT是专为级进模的活动的和非活动组件选择材料。模块SELHRD的开发是用于测定级进模活动组件材料的硬度范围。对于所提出的系统的两个模块知识的获取，分析，汇总和合并到一组IF-THEN生产规则中。

2、系统用AutoLISP语言编码并加载到AutoCAD命令提示区。该系统是通过用户接口与用户进行交互设计的。所提出的系统的有效性是通过运行使用一个工业组件示例来证明的。该系统的知识库可以根据新材料可用性和技术的进步进行修改。关键词：级进模；材料选择；知识库；智能系统1 前言级进模被广泛用于钣金部件的大批量生产是由于其生产力高，每件产品精度高和需要相对经济的成本。在级进模设计中模具组件的设计和材料的选择是主要活动。级进模组件合适材料的选择本质上提高了模具寿命，从而降低了钣金件的生产成本。传统的方法来开展这项重要的活动都依赖于丰富的经验和模具设计专家知识的深度。大部分的时间，级进模组件的选材是手动模

3、具设计手册，材料手册进行，拇指规则和启发式方法进行的。现有的计算机辅助模具设计系统仍不能完全处理与级进模组件材料的选择有关的核心模具设计问题。一些现有的CAD/CAM系统能为级进模能够生成材料料清单，然而，这些系统在用户为模具组件选择更好性能的材料时，不考虑其他适合的可用性材料，因此级进模的寿命长。此外，在级进模部件选择材料时，这些系统没有领域专家的经验知识组成的知识库。世界各地的研究人员都强调应用研究工作，通过应用人工智能（AI）技术捕获和记录经验丰富的模具设计师和模具制造者的宝贵实践知识。高度根据经验进模的设计活动，如模具组件选择的材料可以通过使用基于知识的系统（KBS）或该系统的智能系统

4、开发方法来简化，可以证明是具有里程碑意义的，以减轻模具组件所涉及的材料选择过程的复杂性。虽然级进模的所有部件的寿命长是可取的，然而，由于特别需要注意的是，提高活动组分的寿命（即凸凹模/插入）。为了级进模组件选择合适的材料,模具设计师妥善调查该组件的功能要求，然后开展一个关键性的研究，以确定所需的机械性能和可能的原因，这可能导致部件的故障。对于一个给定的应用程序依赖于它的失效机制主导了材料的选择。模具设计的基本思路是，选择一种合适的材料，例如，除了磨损所有其它故障机制被消除。磨损可以被优化以匹配金属板件所需要的生产量。为了获得更长的模具寿命，从而提高生产效率，工具钢被广泛用作模具组件的材料。使用

5、钢作为刀具材料最重要的优点之一是，它们原本柔软且可机加工，通过施加适当的热处理，它们变得非常坚硬、耐磨。对模具部件选用材料硬度的适用范围的选择取决于在级进模上制造的零件的几何形状。目前工作的具体目标是发展为级进模组件选择材料的智能系统，以协助模具设计者和模具生产商在中小尺寸的钣金行业的工作。所提出的SMPDC智能系统的发展过程的简要描述如下。表 1一种生产规则样品纳入DIEMAT模块序号如果那么1板材为铝或铜或黄铜或铅或铍铜合金5板材剪切强度(kgf/mm2)20操作类型：剪切生产量100，000请从如下材料中，为凸凹模或嵌件选择一个容易得到的材料：EN-31 (5660 HRC) (AISI

6、 52100)或UHB-ARNE(5462 HRC)(AISI O1, W.-Nr.1.2510)2薄板材料为：低碳钢或不锈钢或奥氏体不锈钢或淬火钢或CRCA或弹簧钢30板材剪切强度（Kgf/mm2）70操作类型：剪切生产量1000，000请从如下材料中，为凸凹模或嵌件选择一个容易得到的材料：SEVERKER 3 (6064 HRC)(AISI D6(D3),W.-Nr.1.2436,JIS-SKD2)或UHB-VANADIS6(6264 HRC) 或UHB-VANADIS10(6064 HRC)3板材为：铝或铜或黄铜或铅或铍铜合金5板材剪切强度(kgf/mm2)20操作类型：成型或成型和剪切

7、两者都有生产量100，000请从如下材料中，为凸凹模或嵌件选择一个容易得到的材料：EN-31 (5660 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE (5462 HRC) (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)或UHB-CALMAX (5659 HRC) 4薄板材料为：低碳钢或不锈钢或奥氏体不锈钢或淬火钢或CRCA或弹簧钢30板材剪切强度（Kgf/mm2）70操作类型：成型或成型和剪切两者都有100，000生产量1000，000请从如下材料中，为凸凹模或嵌件选择一个容易得到的材料：SEVERKER 21 (5862 HRC) (AISI D2,W.-Nr.1.2379, J

8、IS-SKD11)或AISI A2 (5862 HRC)(UHB-RIGOR,W.-Nr. 1.2363)5非活动部件的类型：固定板部件请从如下材料中，为板块部件选择一个容易得到的材料：l 顶板和底板：低碳钢或UHB-11 (AISI 1148) OR EN-31 (AISI52100)或UHB- FORMAX (W.-Nr.-10050, SS-2172) 或EN-8 (AISI 1040)l 凸模固定板：低碳钢或EN-8 (AISI 1040) OR UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)l 凸模后固定板：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-ARN

9、E (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)Stripper plate: EN-31 (AISI 52100)或UHB-11 (AISI 1148)l 卸料板：EN-31(AISI 52100)或UHB-11(AISI 1148)l 模具支撑板：EN-31 (AISI 52100)6非活动部件的类型：导向和定位部件请从如下材料中，为导向和定位部件选择一个容易得到的材料：l 模具检具（表面粗糙度Ra=0.1-0.4）(4850 HRC)：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148)l 模具站点(Ra=0.10.4m)(4246 HRC)：EN-31(A

10、ISI 52100)或EN-47 (AISI 6150)l 升降机(Ra=0.10.4)(5255 HRC): HCHCr或SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或H.S.S.l 导向销和导向柱销(Ra=0.10.4) (5052 HRC)：EN-353l 滚珠轴承罩(Ra= 0.0250.05m)：铝或黄铜或塑胶l 套筒(Ra=0.10.4)：EN-31 (AISI 52100)l 柄(Ra=0.83.2m)：低碳钢l 定位梢(Ra=0.83.2m)(5052 HRC)： C-40或EN-8(AISI 1040)或EN-9(AISI 10

11、55) 或银器钢2 SMPDC智能系统的发展该SMPDC智能系统包括两个模块，即DIEMAT和SELHRD。DIEMAT模块是专为级进模零件材料的选择而设计的。模块SELHRD是为了确定级进模活动部件选择材料的硬度范围而开发的。该系统支持大部分的工具钢。用于构建系统的程序步骤包括领域知识的获取、生产规则的制备和验证，生产规则的编码和用户界面的准备。该过程的每个步骤讨论如下。表 2一种生产规则样本包含在模块SELHRD序号如果那么1薄板厚度2mm冲裁工件的几何形状：简单使用所选材料的硬度范围的上限硬度2薄板厚度2mm冲裁工件的几何形状：一般使用下限硬度=选定材料的上限硬度-2.0使用上限硬度=所

12、选材料的上限硬度3薄板厚度2mm冲裁工件的几何形状：复杂选定材料的硬度范围HRC4使用与所选材料相同的硬度范围内的硬度4薄板厚度2mm薄板厚度5mm冲裁工件的几何形状：一般选定材料的硬度范围HRC4使用下限硬度=选定材料的上限硬度-4.0使用上限硬度=所选材料的上限硬度5薄板厚度2mm薄板厚度5mm冲裁工件的几何形状：复杂选定材料的硬度范围HRC6使用与所选材料相同的硬度范围内的硬度6薄板厚度2mm薄板厚度5mm冲裁工件的几何形状：复杂选定材料的硬度范围HRC6使用下限硬度=选定材料的上限硬度-6.0使用上限硬度=所选材料的上限硬度7薄板厚度5mm薄板厚度8mm冲裁工件的几何形状：复杂选定材料

13、的硬度范围HRC8使用下限硬度=选定材料的上限硬度-8.0使用上限硬度=所选材料的上限硬度8薄板厚度8mm冲裁工件的几何形状：简单或一般或复杂使用与所选材料相同的硬度范围内的硬度2.1 领域知识的获取该系统开发的技术知识是通过模具设计手册、工业手册、技术报告、和经验丰富的模具设计师和工具制造商收集的。级进模部件选用材料的知识是由经验丰富的模具设计师和工具制造商通过对典型问题的讨论和让他们谈论拇指规则和方法获得的。在口头分析中，他们的质疑为什么一个特定的材料被选定为特定的模具组件。这是通过确定影响模具部件材料选择的因素选定的。2.2 生产规则的制备和验证该智能系统两个模块知识的是通过分析和汇总各

14、种“如果那么”生产规则获得的。由一个团队的级进模设计专家和刀具制造商进行了所制定的生产规则的验证。一个生产规则样本通过制定和验证如表1所示，然后纳入DIEMAT模块；和一个样品的生产规则包含在SELHRD模块中，如表2中所示。通过AutoCAD提示区域的用户界面用户开始使用命令加载（加载”A：SMPDC,LSP”） 在AutoCAD命令提示区输入DIEMAT命令输入板材，剪切强度，操作要求和生产量得到以供选择级进模的活动部件（凸凹模/嵌件）和非活动部件（固定板，定位&引导部件）的专家意见输入SELHRD命令输入凸凹模选定的材料，板材的厚度，坯件几何形状的类型，和凸凹模选定材料的硬度（HRC）上

15、限和下限值获得凸凹模/嵌件所选材料的硬度接近的范围内选择专家的意见结束图 1所提出的SMPDC智能系统的执行2.3 生产规则的编码和用户界面的准备生产规则纳入所提出的智能系统的两个模块已用AutoLISP语言编码。通过使用推理机制正向推理，生产规则和系统的知识库联系在一起。该系统的工作原理是：输入信息是由用户在材料选择的问题上提供，再加上存放在知识库中的知识，最终得出结论或建议。系统SMPDC的知识库中包含不少于60种的生产规则。然而，系统的知识库是足够灵活的，因可以更新和修改，如果有必要，在未来技术进步和新材料的可用性的前提下，系统将比现在所提出的系统拥有更好的性能。所提出的系统的两个模块被

16、设计为交互式的性质，以使用户能够输入必要的钣金部件的数据；并为用户的利益显示最优决策选择。前者在磋咨询期间反馈数据，在适当阶段通过闪烁AutoCAD提示用户。当相关的生产规则被解除时，建议的消息或数据也同样闪现在计算机屏幕上。该系统可以通过在AutoCAD命令提示区输入命令加载（加载“A：SMPDC.LSP”）。系统的运行通过流程图的演示，如图1所示。该程序的输出包括：活动部件（即凸凹模/嵌件）和非活动部件（即板部件，导向和定位部件）的材料选择的明智建议，和接近于级进模活动部件所选材料的硬度范围的硬度选择建议。3 所提出的系统的运行示例该系统基于PC的在Autodesk AutoCAD 200

17、4上实现。该系统已经对级进模组件中的不同类型的钣金零件的材料选择问题进行测试。典型的提示，例如图2组件在所提出的智能系统SMPDC执行过程中用户的反应和建议的获得，如表3所示。系统建议的材料被发现相当接近那些实际工业用的组件（亚洲印度熔断器私人有限公司，Murthal，哈里亚纳邦，印度）。表 3典型的提示，智能系统SMPDC执行示例组件的过程中产生的用户反应和专家意见提示示例数据输入建议用户（加载“A：SMPDC.LSP”)请输入SMPDC命令SMPDC欢迎来到模块SMPDC。请输入命令DIEMATDIEMAT请输入薄板材料黄铜请输入操作类型剪切请输入板材的剪切强度15 kgf/mm2请输入钣

18、金件所需的生产批量90,000请从如下材料中，为凸凹模/嵌件选择一个容易获得的材料：EN-31 (5660 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE (5462 HRC) (AISI O1, W.-Nr.1.2510)请输入非活动部件的类别（即板部件，定位和导向部件件）板元件请从如下材料中，为板元件选择一个容易获得的材料：l 顶板和底板：低碳钢或UHB-11 (AISI 1148) OR EN-31 (AISI52100)或UHB- FORMAX (W.-Nr.-10050, SS-2172) 或EN-8 (AISI 1040)l 凸模固定板：低碳钢或EN-8 (AISI 1040

19、) OR UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)l 凸模后固定板：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)Stripper plate: EN-31 (AISI 52100)或UHB-11 (AISI 1148)l 卸料板：EN-31(AISI 52100)或UHB-11(AISI 1148)l 模具支撑板：EN-31 (AISI 52100)请输入非活动部件的类型导向和定位部件请从如下材料中，为导向和定位部件选择一个容易得到的材料：l 模具检具（表面粗糙度Ra=0.1-0.4m）(4850 HRC

20、)：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148)l 模具站点(Ra=0.10.4m)(4246 HRC)：EN-31(AISI 52100)或EN-47 (AISI 6150)l 升降机(Ra=0.10.4m)(5255 HRC): HCHCr或SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或H.S.S.l 导向销和导向柱销(Ra=0.10.4m) (5052 HRC)：EN-353l 滚珠轴承罩(Ra= 0.0250.05m)：铝或黄铜或塑胶l 套筒(Ra=0.10.4m)：EN-31 (AISI 52100)l

21、 柄(Ra=0.83.2m)：低碳钢l 定位梢(Ra=0.83.2m)(5052 HRC)： C-40或EN-8(AISI 1040)或EN-9(AISI 1055) 或银器钢SELHRD请输入凸凹模/嵌件所选用的材料EN-31(5660 HRC)EN-31的典型分析：C=0.90/1.2,Si= 0.10/0.35,Mn= 0.30/0.75,Cr = 1.0/1.6, S= P = 0.025 (最大值)请输入板厚度（mm）0.6请输入冲裁件的几何形状（即简单/普通/复杂）普通请输入所选材料的上限和下限硬度（HRC）4.0使用下限硬度=选择材料的上限硬度-2.0，和使用上限硬度与选定的材料

22、的上限硬度相同4 结论所提出的系统能够提供为级进模组件材料的选择和级进模在设计阶段所选材料的硬度范围内的专家意见。系统给出建议，以供用户选择容易获得的材料，然后就可以准备适当的材料清单。该系统已经对各种类型的钣金零件进行测试，系统因为丰富的知识库和高度的互动性，被证明是强大的和容易处理的。系统的运行示例使用一个工业实例组件已经证明了系统的实用性。该系统支持主要的工具钢，然而，它的知识库可以进行修改和更新，这依赖于新材料的可用性和技术的进步。该系统的实现成本低，因为它可以在PC机上用AutoCAD软件运行，因此在中小尺寸的钣金行业容易达到。图 2示例组件（尺寸均以毫米为单位）：黄铜，板材厚度=0

23、.6mm参考文献1 L. Caiyuan, L. Jianjun,W. Jianyong, X. Xiangzhi, HPRODIE: using feature modeling and feature mapping to speed up progressive die design, Int. J.Prod. Res.39(2001)41334151.2 K. Shirai, H. Murakami, Development of a CAD/CAM system for progressive dies, Ann. CIRP34(1)(1985)187190.3 Y.K.D.V. Prasad, S. Somasundaram, CADDS: an automated die design system for sheet metal blanking, Comput. Control Eng. J. 3 (1992) 18