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編號：
畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯
（譯文）
院 （系）： 機電工程學院
專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
學生姓名： 覃 珊
學 號： 1000110118
指導教師單位： 機電工程學院
姓 名： 蔣占四
職 稱： 副教授
2014年 3 月 1 日
桂林電子科技大學英文翻譯譯文 10
級進模組件材料選擇智能系統(tǒng)的一個簡短說明
摘 要
模具組件材料的選擇是在沖壓行業(yè)級進模設(shè)計中一個重要的活動。本文提出了一種用于級進模組件材料選擇的智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)SMPDC包括兩個知識庫模塊，即DIEMAT和SELHRD模塊。DIEMAT是專為級進模的活動的和非活動組件選擇材料。模塊SELHRD的開發(fā)是用于測定級進?；顒咏M件材料的硬度范圍。對于所提出的系統(tǒng)的兩個模塊知識的獲取，分析，匯總和合并到一組IF-THEN生產(chǎn)規(guī)則中。系統(tǒng)用AutoLISP語言編碼并加載到AutoCAD命令提示區(qū)。該系統(tǒng)是通過用戶接口與用戶進行交互設(shè)計的。所提出的系統(tǒng)的有效性是通過運行使用一個工業(yè)組件示例來證明的。該系統(tǒng)的知識庫可以根據(jù)新材料可用性和技術(shù)的進步進行修改。
關(guān)鍵詞：級進模；材料選擇；知識庫；智能系統(tǒng)
1 前言
級進模被廣泛用于鈑金部件的大批量生產(chǎn)是由于其生產(chǎn)力高，每件產(chǎn)品精度高和需要相對經(jīng)濟的成本。在級進模設(shè)計中模具組件的設(shè)計和材料的選擇是主要活動。級進模組件合適材料的選擇本質(zhì)上提高了模具壽命，從而降低了鈑金件的生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的方法來開展這項重要的活動都依賴于豐富的經(jīng)驗和模具設(shè)計專家知識的深度。大部分的時間，級進模組件的選材是手動模具設(shè)計手冊，材料手冊進行，拇指規(guī)則和啟發(fā)式方法進行的?，F(xiàn)有的計算機輔助模具設(shè)計系統(tǒng)仍不能完全處理與級進模組件材料的選擇有關(guān)的核心模具設(shè)計問題。一些現(xiàn)有的CAD/CAM系統(tǒng)能為級進模]能夠生成材料料清單，然而，這些系統(tǒng)在用戶為模具組件選擇更好性能的材料時，不考慮其他適合的可用性材料，因此級進模的壽命長。此外，在級進模部件選擇材料時，這些系統(tǒng)沒有領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗知識組成的知識庫。世界各地的研究人員都強調(diào)應(yīng)用研究工作，通過應(yīng)用人工智能（AI）技術(shù)捕獲和記錄經(jīng)驗豐富的模具設(shè)計師和模具制造者的寶貴實踐知識。高度根據(jù)經(jīng)驗進模的設(shè)計活動，如模具組件選擇的材料可以通過使用基于知識的系統(tǒng)（KBS）或該系統(tǒng)的智能系統(tǒng)開發(fā)方法來簡化，可以證明是具有里程碑意義的，以減輕模具組件所涉及的材料選擇過程的復雜性。
雖然級進模的所有部件的壽命長是可取的，然而，由于特別需要注意的是，提高活動組分的壽命（即凸凹模/插入）。為了級進模組件選擇合適的材料,模具設(shè)計師妥善調(diào)查該組件的功能要求，然后開展一個關(guān)鍵性的研究，以確定所需的機械性能和可能的原因，這可能導致部件的故障。對于一個給定的應(yīng)用程序依賴于它的失效機制主導了材料的選擇。模具設(shè)計的基本思路是，選擇一種合適的材料，例如，除了磨損所有其它故障機制被消除。磨損可以被優(yōu)化以匹配金屬板件所需要的生產(chǎn)量。為了獲得更長的模具壽命，從而提高生產(chǎn)效率，工具鋼被廣泛用作模具組件的材料。使用鋼作為刀具材料最重要的優(yōu)點之一是，它們原本柔軟且可機加工，通過施加適當?shù)臒崽幚?，它們變得非常堅硬、耐磨。對模具部件選用材料硬度的適用范圍的選擇取決于在級進模上制造的零件的幾何形狀。目前工作的具體目標是發(fā)展為級進模組件選擇材料的智能系統(tǒng)，以協(xié)助模具設(shè)計者和模具生產(chǎn)商在中小尺寸的鈑金行業(yè)的工作。所提出的SMPDC智能系統(tǒng)的發(fā)展過程的簡要描述如下。
表 1一種生產(chǎn)規(guī)則樣品納入DIEMAT模塊
序號
如果
那么
1
板材為鋁或銅或黃銅或鉛或鈹銅合金
5＜板材剪切強度(kgf/mm2)≤20
操作類型：剪切
生產(chǎn)量≤100，000
請從如下材料中，為凸凹模或嵌件選擇一個容易得到的材料：
EN-31 (56–60 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE(54–62 HRC)(AISI O1, W.-Nr.1.2510)
2
薄板材料為：低碳鋼或不銹鋼或奧氏體不銹鋼或淬火鋼或CRCA或彈簧鋼
30＜板材剪切強度（Kgf/mm2）≤70
操作類型：剪切
生產(chǎn)量＞1000，000
請從如下材料中，為凸凹?；蚯都x擇一個容易得到的材料：
SEVERKER 3 (60–64 HRC)(AISI D6(D3),W.-Nr.1.2436,JIS-SKD2)或UHB-VANADIS6(62–64 HRC) 或UHB-VANADIS10(60–64 HRC)
3
板材為：鋁或銅或黃銅或鉛或鈹銅合金
5＜板材剪切強度(kgf/mm2)≤20
操作類型：成型或成型和剪切兩者都有
生產(chǎn)量≤100，000
請從如下材料中，為凸凹?；蚯都x擇一個容易得到的材料：
EN-31 (56–60 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE (54–62 HRC) (AISI O1, W.-Nr. 1.2510)或UHB-CALMAX (56–59 HRC)
4
薄板材料為：低碳鋼或不銹鋼或奧氏體不銹鋼或淬火鋼或CRCA或彈簧鋼
30＜板材剪切強度（Kgf/mm2）≤70
操作類型：成型或成型和剪切兩者都有
100，000＜生產(chǎn)量≤1000，000
請從如下材料中，為凸凹?；蚯都x擇一個容易得到的材料：
SEVERKER 21 (58–62 HRC) (AISI D2,W.-Nr.1.2379, JIS-SKD11)或AISI A2 (58–62 HRC)(UHB-RIGOR,W.-Nr. 1.2363)
5
非活動部件的類型：固定板部件
請從如下材料中，為板塊部件選擇一個容易得到的材料：
l 頂板和底板：低碳鋼或UHB-11 (AISI 1148) ‘OR’ EN-31 (AISI
52100)或UHB- FORMAX (W.-Nr.-10050, SS-2172) 或EN-8 (AISI 1040)
l 凸模固定板：低碳鋼或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-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 模具支撐板：EN-31 (AISI 52100)
6
非活動部件的類型：導向和定位部件
請從如下材料中，為導向和定位部件選擇一個容易得到的材料：
l 模具檢具（表面粗糙度Ra=0.1-0.4）(48–50 HRC)：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148)
l 模具站點(Ra=0.1–0.4μm)(42–46 HRC)：EN-31(AISI 52100)或EN-47 (AISI 6150)
l 升降機(Ra=0.1–0.4)(52–55 HRC): HCHCr或SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或H.S.S.
l 導向銷和導向柱銷(Ra=0.1–0.4) (50–52 HRC)：EN-353
l 滾珠軸承罩(Ra= 0.025–0.05μm)：鋁或黃銅或塑膠
l 套筒(Ra=0.1–0.4)：EN-31 (AISI 52100)
l 柄(Ra=0.8–3.2μm)：低碳鋼
l 定位梢(Ra=0.8–3.2μm)(50–52 HRC)： C-40或EN-8(AISI 1040)或EN-9(AISI 1055) 或銀器鋼
2 SMPDC智能系統(tǒng)的發(fā)展
該SMPDC智能系統(tǒng)包括兩個模塊，即DIEMAT和SELHRD。DIEMAT模塊是專為級進模零件材料的選擇而設(shè)計的。模塊SELHRD是為了確定級進?；顒硬考x擇材料的硬度范圍而開發(fā)的。該系統(tǒng)支持大部分的工具鋼。用于構(gòu)建系統(tǒng)的程序步驟包括領(lǐng)域知識的獲取、生產(chǎn)規(guī)則的制備和驗證，生產(chǎn)規(guī)則的編碼和用戶界面的準備。該過程的每個步驟討論如下。
表 2一種生產(chǎn)規(guī)則樣本包含在模塊SELHRD
序號
如果
那么
1
薄板厚度≤2mm
沖裁工件的幾何形狀：簡單
使用所選材料的硬度范圍的上限硬度
2
薄板厚度≤2mm
沖裁工件的幾何形狀：一般
使用下限硬度=選定材料的上限硬度-2.0
使用上限硬度=所選材料的上限硬度
3
薄板厚度≤2mm
沖裁工件的幾何形狀：復雜
選定材料的硬度范圍HRC≤4
使用與所選材料相同的硬度范圍內(nèi)的硬度
4
薄板厚度＞2mm
薄板厚度≤5mm
沖裁工件的幾何形狀：一般
選定材料的硬度范圍HRC＞4
使用下限硬度=選定材料的上限硬度-4.0
使用上限硬度=所選材料的上限硬度
5
薄板厚度＞2mm
薄板厚度≤5mm
沖裁工件的幾何形狀：復雜
選定材料的硬度范圍HRC≤6
使用與所選材料相同的硬度范圍內(nèi)的硬度
6
薄板厚度＞2mm
薄板厚度≤5mm
沖裁工件的幾何形狀：復雜
選定材料的硬度范圍HRC＞6
使用下限硬度=選定材料的上限硬度-6.0
使用上限硬度=所選材料的上限硬度
7
薄板厚度＞5mm
薄板厚度≤8mm
沖裁工件的幾何形狀：復雜
選定材料的硬度范圍HRC＞8
使用下限硬度=選定材料的上限硬度-8.0
使用上限硬度=所選材料的上限硬度
8
薄板厚度＞8mm
沖裁工件的幾何形狀：簡單或一般或復雜
使用與所選材料相同的硬度范圍內(nèi)的硬度
2.1 領(lǐng)域知識的獲取
該系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)知識是通過模具設(shè)計手冊、工業(yè)手冊、技術(shù)報告、和經(jīng)驗豐富的模具設(shè)計師和工具制造商收集的。級進模部件選用材料的知識是由經(jīng)驗豐富的模具設(shè)計師和工具制造商通過對典型問題的討論和讓他們談?wù)撃粗敢?guī)則和方法獲得的。在口頭分析中，他們的質(zhì)疑為什么一個特定的材料被選定為特定的模具組件。這是通過確定影響模具部件材料選擇的因素選定的。
2.2 生產(chǎn)規(guī)則的制備和驗證
該智能系統(tǒng)兩個模塊知識的是通過分析和匯總各種“如果—那么”生產(chǎn)規(guī)則獲得的。由一個團隊的級進模設(shè)計專家和刀具制造商進行了所制定的生產(chǎn)規(guī)則的驗證。一個生產(chǎn)規(guī)則樣本通過制定和驗證如表1所示，然后納入DIEMAT模塊；和一個樣品的生產(chǎn)規(guī)則包含在SELHRD模塊中，如表2中所示。
通過AutoCAD提示區(qū)域的用戶界面
用戶
開始
使用命令加載（加載”A：SMPDC,LSP”） 在AutoCAD命令提示區(qū)
輸入DIEMAT命令
輸入板材，剪切強度，操作要求和生產(chǎn)量
得到以供選擇級進模的活動部件（凸凹模/嵌件）和非活動部件（固定板，定位&引導部件）的專家意見
輸入SELHRD命令
輸入凸凹模選定的材料，板材的厚度，坯件幾何形狀的類型，和凸凹模選定材料的硬度（HRC）上限和下限值
獲得凸凹模/嵌件所選材料的硬度接近的范圍內(nèi)選擇專家的意見
結(jié)束
圖 1所提出的SMPDC智能系統(tǒng)的執(zhí)行
2.3 生產(chǎn)規(guī)則的編碼和用戶界面的準備
生產(chǎn)規(guī)則納入所提出的智能系統(tǒng)的兩個模塊已用AutoLISP語言編碼。通過使用推理機制正向推理，生產(chǎn)規(guī)則和系統(tǒng)的知識庫聯(lián)系在一起。該系統(tǒng)的工作原理是：輸入信息是由用戶在材料選擇的問題上提供，再加上存放在知識庫中的知識，最終得出結(jié)論或建議。系統(tǒng)SMPDC的知識庫中包含不少于60種的生產(chǎn)規(guī)則。然而，系統(tǒng)的知識庫是足夠靈活的，因可以更新和修改，如果有必要，在未來技術(shù)進步和新材料的可用性的前提下，系統(tǒng)將比現(xiàn)在所提出的系統(tǒng)擁有更好的性能。所提出的系統(tǒng)的兩個模塊被設(shè)計為交互式的性質(zhì)，以使用戶能夠輸入必要的鈑金部件的數(shù)據(jù)；并為用戶的利益顯示最優(yōu)決策選擇。前者在磋咨詢期間反饋數(shù)據(jù)，在適當階段通過閃爍AutoCAD提示用戶。當相關(guān)的生產(chǎn)規(guī)則被解除時，建議的消息或數(shù)據(jù)也同樣閃現(xiàn)在計算機屏幕上。該系統(tǒng)可以通過在AutoCAD命令提示區(qū)輸入命令加載（加載“A：SMPDC.LSP”）。系統(tǒng)的運行通過流程圖的演示，如圖1所示。該程序的輸出包括：活動部件（即凸凹模/嵌件）和非活動部件（即板部件，導向和定位部件）的材料選擇的明智建議，和接近于級進?；顒硬考x材料的硬度范圍的硬度選擇建議。
3 所提出的系統(tǒng)的運行示例
該系統(tǒng)基于PC的在Autodesk AutoCAD 2004上實現(xiàn)。該系統(tǒng)已經(jīng)對級進模組件中的不同類型的鈑金零件的材料選擇問題進行測試。典型的提示，例如圖2組件在所提出的智能系統(tǒng)SMPDC執(zhí)行過程中用戶的反應(yīng)和建議的獲得，如表3所示。系統(tǒng)建議的材料被發(fā)現(xiàn)相當接近那些實際工業(yè)用的組件（亞洲印度熔斷器私人有限公司，Murthal，哈里亞納邦，印度）。
表 3典型的提示，智能系統(tǒng)SMPDC執(zhí)行示例組件的過程中產(chǎn)生的用戶反應(yīng)和專家意見
提示
示例數(shù)據(jù)輸入
建議用戶
（加載“A：SMPDC.LSP”)
——
請輸入SMPDC命令
SMPDC
——
歡迎來到模塊SMPDC。請輸入命令DIEMAT
DIEMAT
請輸入薄板材料
黃銅
——
請輸入操作類型
剪切
——
請輸入板材的剪切強度
15 kgf/mm2
請輸入鈑金件所需的生產(chǎn)批量
90,000
請從如下材料中，為凸凹模/嵌件選擇一個容易獲得的材料：
EN-31 (56–60 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE (54–62 HRC) (AISI O1, W.-Nr.
1.2510)
請輸入非活動部件的類別（即板部件，定位和導向部件件）
板元件
請從如下材料中，為板元件選擇一個容易獲得的材料：
l 頂板和底板：低碳鋼或UHB-11 (AISI 1148) ‘OR’ EN-31 (AISI
52100)或UHB- FORMAX (W.-Nr.-10050, SS-2172) 或EN-8 (AISI 1040)
l 凸模固定板：低碳鋼或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-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 模具支撐板：EN-31 (AISI 52100)
請輸入非活動部件的類型
導向和定位部件
請從如下材料中，為導向和定位部件選擇一個容易得到的材料：
l 模具檢具（表面粗糙度Ra=0.1-0.4μm）(48–50 HRC)：EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148)
l 模具站點(Ra=0.1–0.4μm)(42–46 HRC)：EN-31(AISI 52100)或EN-47 (AISI 6150)
l 升降機(Ra=0.1–0.4μm)(52–55 HRC): HCHCr或SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或H.S.S.
l 導向銷和導向柱銷(Ra=0.1–0.4μm) (50–52 HRC)：EN-353
l 滾珠軸承罩(Ra= 0.025–0.05μm)：鋁或黃銅或塑膠
l 套筒(Ra=0.1–0.4μm)：EN-31 (AISI 52100)
l 柄(Ra=0.8–3.2μm)：低碳鋼
l 定位梢(Ra=0.8–3.2μm)(50–52 HRC)： C-40或EN-8(AISI 1040)或EN-9(AISI 1055) 或銀器鋼
SELHRD
請輸入凸凹模/嵌件所選用的材料
EN-31(56–60 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)
請輸入板厚度（mm）
0.6
——
請輸入沖裁件的幾何形狀
（即簡單/普通/復雜）
普通
——
請輸入所選材料的上限和下限硬度（HRC）
4.0
使用下限硬度=選擇材料的上限硬度-2.0，和使用上限硬度與選定的材料的上限硬度相同
4 結(jié)論
所提出的系統(tǒng)能夠提供為級進模組件材料的選擇和級進模在設(shè)計階段所選材料的硬度范圍內(nèi)的專家意見。系統(tǒng)給出建議，以供用戶選擇容易獲得的材料，然后就可以準備適當?shù)牟牧锨鍐?。該系統(tǒng)已經(jīng)對各種類型的鈑金零件進行測試，系統(tǒng)因為豐富的知識庫和高度的互動性，被證明是強大的和容易處理的。系統(tǒng)的運行示例使用一個工業(yè)實例組件已經(jīng)證明了系統(tǒng)的實用性。該系統(tǒng)支持主要的工具鋼，然而，它的知識庫可以進行修改和更新，這依賴于新材料的可用性和技術(shù)的進步。該系統(tǒng)的實現(xiàn)成本低，因為它可以在PC機上用AutoCAD軟件運行，因此在中小尺寸的鈑金行業(yè)容易達到。
圖 2示例組件（尺寸均以毫米為單位）：黃銅，板材厚度=0.6mm
參考文獻
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