桂林電子科技大學英文翻譯譯文 1 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)是用于測定級進模活動組件材料的硬度范圍 。 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)的知識庫可以根據新材料可用性和技術的進步進行修改。 關鍵詞： 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是由于其生產力高，每件產品精度高和需要相對經濟的成本。在級進模設計中模具組件的設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上提高了模具壽命，從而降低了鈑金件的生產成本。傳統(tǒng)的方法來開展這項重要的活動都依賴于豐富的經驗和模具設計專家知識的深度。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有的計算機輔助模具設計系統(tǒng)仍不能完全處理與級進模組件材料的選擇有關的核心模具設計問題。一些現有的 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)沒有領域專家的經驗知識組成的知識庫。世界各地的研究人員都強調應用研究工作，通過應用人工智能 （ AI）技術捕獲和記錄經驗豐富的模具設計師和模具制造者的寶貴實踐知識。高 度根據經驗進模的設計活動，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。 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 2 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 ,模具設計師妥善調查該組件的功能要求，然后開展一個關鍵性的研究，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。對于一個給定的應用程序依賴于它的失效機制主導了材料的選擇。模具設計的基 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量。為了獲得更長的模具壽命，從而提高生產效率，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，通過施加適當的熱處理，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)，以協助模具設計者和模具生產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 (5660 HRC) (AISI 52100) 或UHB-ARNE(5462 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 (6064 HRC)(AISI D6(D3),W.-Nr.1.2436,JIS-SKD2) 或UHB-VANADIS6(6264 HRC) 或UHB-VANADIS10(6064 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 (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 (5862 HRC) (AISI D2,W.-Nr.1.2379, JIS-SKD11) 或 AISI A2 (5862 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： 頂板和底板：低碳鋼或 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 3 UHB-11 (AISI 1148) OR EN-31 (AISI 52100) 或 UHB- FORMAX (W.-Nr.-10050, SS-2172) 或 EN-8 (AISI 1040) 凸 模固定板：低碳鋼或EN-8 (AISI 1040) OR UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510) 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) 卸料板： EN-31(AISI 52100)或 UHB-11(AISI 1148) 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： 模具檢具（表面粗糙度Ra=0.1-0.4 錯誤 !未找到引用源。 ）(4850 HRC)： EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148) 模具站點 (Ra=0.10.4錯誤 !未找到引用源。 )(4246 HRC)：EN-31(AISI 52100)或 EN-47 (AISI 6150) 升降機 (Ra=0.10.4 錯誤 !未找到引用源。 )(5255 HRC): HCHCr或 SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或 H.S.S. 導向銷和導向柱銷(Ra=0.10.4 錯誤 !未找到引用源。 ) (5052 HRC)： EN-353 滾 珠 軸 承 罩 (Ra= 0.0250.05 錯誤 !未找到引用源。 )：鋁或黃銅或塑膠 套筒 (Ra=0.10.4錯誤 !未找到引用源。 )： EN-31 (AISI 52100) 柄 (Ra=0.83.2錯誤 !未找到引用源。 )：低碳鋼 定位梢 (Ra=0.83.2 錯誤 !未找到引用源。 )(5052 HRC)： C-40或 EN-8(AISI 1040)或 EN-9(AISI 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 4 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。用于構建系統(tǒng)的程序步驟包括領域知識的獲取、生產規(guī)則的制備和驗證，生產規(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 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的硬度 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 5 2.1 領域知識的獲取 該系統(tǒng)開發(fā)的技術知識是通過模具設計手冊、工業(yè)手冊、技術報告、和經驗豐富的模具設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驗豐富的模具設計師和工具制造商通過對典型問題的討論和讓他們談論拇指規(guī)則和方法獲得的。在口頭分析中，他們的質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” 生產規(guī)則獲得的。由一個團隊的級進模設計專家和刀具制造商進行了所制定的生產規(guī)則的驗證。 一個生產規(guī)則樣本通過制定和驗證如表 1 所示，然后納入 DIEMAT 模塊；和一個樣品的生產規(guī)則包含在 SELHRD 模塊中，如表 2 中所示。 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 6 圖 1所提出的 SMPDC 智能系統(tǒng)的執(zhí)行 2.3 生產規(guī)則的編碼和用戶界面的準備 生產規(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，生產規(guī)則和系統(tǒng)的知識庫聯系在一起。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，最終得出結論或建議。系統(tǒng) SMPDC 的知識庫中包含不少于 60 種的生產規(guī)則。然而，系統(tǒng)的知識庫是通過 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選擇專家的意見 結束 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 7 足夠靈活的，因可以更新和修改，如果有必要，在未來技術進步和新材料的可用性的前提下，系統(tǒng)將比現在所提出的系統(tǒng)擁有更好的性能。所提出的系統(tǒng)的兩個模塊被設計為交互式的性質，以使用戶能夠輸入必要的鈑金部件的數據；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據，在適當階段通過閃爍 AutoCAD 提示用戶。當相關的生產規(guī)則被解除時，建議的消息或數據也同樣閃現 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，和接近于級進模活動部件所選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。該系統(tǒng)已經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和建議的獲得，如表 3 所示。系統(tǒng)建議的材料被發(fā)現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生的用戶反應和專家意見 提示 示例數據輸入 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 (5660 HRC) (AISI 52100)或UHB-ARNE (5462 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 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： 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 8 部件件） 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) 凸模固定板：低碳鋼或 EN-8 (AISI 1040) OR UHB-ARNE (AISI O1, W.-Nr. 1.2510) 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) 卸料板： EN-31(AISI 52100)或UHB-11(AISI 1148) 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： 模 具 檢 具 （ 表 面 粗 糙 度Ra=0.1-0.4 錯誤 !未找到引用源。 ）(4850 HRC)： EN-31 (AISI 52100) 或 UHB-11 (AISI 1148) 模具站點 (Ra=0.10.4 錯誤 !未找到引用源。 )(4246 HRC)： EN-31(AISI 52100)或 EN-47 (AISI 6150) 升降機 (Ra=0.10.4 錯誤 !未找到引用源。 )(5255 HRC): HCHCr 或SEVERKER-21(AISI D2, W.-Nr. 1.2379, JIS-SKD11)或 H.S.S. 導向銷和導向柱銷 (Ra=0.10.4錯誤 !未找到引用源。 ) (5052 HRC)：EN-353 滾珠軸承罩 (Ra= 0.0250.05 錯誤 !未找到引用源。 )：鋁或黃銅或塑膠 套筒 (Ra=0.10.4 錯誤 !未找到引用源。 )： EN-31 (AISI 52100) 柄 (Ra=0.83.2 錯誤 !未找到引用源。 )：低碳鋼 定位梢 (Ra=0.83.2 錯誤 !未找到引用源。 )(5052 HRC)： C-40 或EN-8(AISI 1040)或 EN-9(AISI 1055) 或銀器鋼 SELHRD 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 9 請輸入凸凹模 /嵌件所選用的材料 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 ) 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計階段所選材料的硬度范圍內的專家意見。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的材料清單。該系統(tǒng)已經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的進步。該系統(tǒng)的實現成本低，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 桂林電子科技大學英文翻譯譯文 10 參考文獻 1 L. 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