探究开发精冲工艺CAD系统的关键技术

　　本文就开发精冲工艺CAD系统的关键技术进行了探讨研究。

　　在厚板成形领域(3 -16mm) ，精冲技术已成为重要的成形途径.精冲可以获得尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性好的优质零件，并可以减少甚至取消校平、磨削等后续加工序，以较低的成本达到产品质量的改善与生产效率的提高.在工业化国家，精冲技术已广泛应用于汽车制造等工业部门，据统计，一辆轿车中至少有70 多个零件需采用精冲方法加工，如座椅调角器、刹车蹄片、制动杠杆、发动机盖板、门锁、离合器法兰等.

　　近年来，随着塑性成形理论、模具制造技术、计算机技术，特别是智能设计技术的发展，以齿圈压板冲裁为代表的精神工艺与模具设计不断获得突破和创新.在精神开发过程中，工艺设计是一个核心环节，设计人员的经验和知识在工艺设计过程中起着重要的作用;如何将将CAD 技术，特别是基于知识的工程(Knowledge-based Engineering， KBE)技术引入工艺设计过程，是目前国际上精神技术研究与开发的重要课题。

　　1 精冲工艺过程概述

　　与普通冲裁相比，精冲是一个复杂的工艺过程:影响精冲件质量、精冲生产稳定性的因素很多，主要有:零件材料、精冲零件、精冲模具精冲压力机和润滑剂等.

　　①精冲材料

　　材料是精冲工艺关键因素之一，它不但与成本密切相关，更关系到零件质量、模具寿命与工艺安全.好的材料微观组织对于精神是非常有利的，此外还需要考虑材料的加工硬化和软化热处理.

　　②精冲零件的结构工艺性和表面质量

　　在制定精神工艺过程中，必须充分考虑精冲零件的表面质量、零件难度等级、斜面精度、塌角、毛刺、尺寸和形状公差、粗糙度等因素.

　　③精冲模具

　　通常，根据精冲件的尺寸大小和几何形状、材料厚度、内形位置和数量、工位数、压机吨位材料厚度、内形位置和数量、工位数、压机吨位等因素可以选择不同形式的精冲模具系统(活动凸模式模具系统和固定凸模式模具系统)，以及复合模、连续模、连续复合模、传递模等具体模具类型.对于确定的零件和模具形式，精神工艺必须确定适当的排样方式.由于精冲工艺较为复杂，排样不仅涉及材料利用率，更涉及零件不同几何特征的成形过程，合理的排样与工艺可行性密切相关.

　　④精神压力机

　　精神压力机必需具奋精确、无间隙、无振动的滑块导向:此外，还需提供冲裁力、压边力和反压力三个作用力，并且各力均相互独立，可独立调节.由上可知，影响精冲工艺的各因素之间互相制约，又相辅相成.在精冲工艺制定过程中，涉及复杂的判断以及反复修正，是一个知识驱动的设计过程，智能设计技术的引入，将有效提升精冲工艺设计的质量和效率。

　　2 精神工艺设计知识的表示技术

　　在精神工艺设计过程中需要根据产品的技术要求和材科特性对冲压件的工艺性进行分析，根据精冲工艺性分析结果进行毛坯排样和工步排样、压力机选择等.因此，可以把精神工艺设计知识作如下分类:①精冲材料知识:②精神件工艺可行性分析知识:③毛坯排样知识;④工步排样知识⑤工艺过程知识;⑥精冲力知识:⑦精冲机知识;⑧基于特征的成形工艺知识等.

　　对于材料的相关精神工艺知识，可以采用数据库表示：通过建立关系型数据库可以清晰、有效地表示和集成精冲材料的相关知识，系统可根据材料牌号等参数获得该材料所属组别、材料状态、机械性能、物理性能等知识.对于精神结构工艺性知识，如孔边距、孔间距、圃角半径、四糟、悬臂等工茸极限，可采用产生式规则加剧描述.

　　此外，可以建立适当的数学模型对精神力的计算知识进行定义和规范，使系统可以方便地将这些工艺知识集成到精神工艺设计系统中.

　　3 精冲工艺设计CAD 的实现

　　CAD 技术在一定程度上已成熟应用于普通冲裁模的设计，对于复杂程度更高的精冲工艺，则可提供更有价值的辅助设计功能.

　　3.1 系统设计分析

　　针对精冲工艺的特点和实际设计过程，对精冲工艺链加以单元化和模块化，结合智能技术对各模块加以重新整合，可以为精冲工艺设计过程提供较为完备和实用的辅助设计工具.、精冲工艺设计CAD 系统通过三维CAD 平台接口(SolidWorks API). 获得零件的所有几何信息，并以精冲件几何形状为基础，构造表达精冲件特征的底层数据结构，通过工艺设计分析模块对整个工艺工程加以设计，如图1 所示.

　　3.2 工艺设计CAD 过程

　　系统的主体一一精神工艺设计单元.主要由材料选择、零件精冲可行性分析、毛坯排样、工步排样、精冲力计算、精冲机选用、工艺信息输出等子模块组成，如图2 所示.

　　通过筛选. CAD 系统查找出适合精冲的材料牌号，针对特定的材料和料厚，结合从三锥平台获得的零件几何特征信息进行精冲难度分析，若在可行的难度范围内，系统可根据材料及料厚等参数获得各排样类型的量佳结果.并在此基础上进行工步排样设计.在工步排样过程中，通过定义各工步的工艺过程，系统不仅可以确定各工步排列方式，还通过工艺过程信息进行各工步冲裁力、成形力以及压力中心计算，并最终选择合适的精神压力机.

　　此外，考虑到精冲工艺设计的复杂性，系统为特征提供了工艺分析模块.根据不同的工艺参数对不同的特征成形工艺加以归纳和组织.并以工步设计的形式生成工艺参考.

　　4 运行实例

　　精冲件如固3 所示，该零件在SolidWorks2000中三维建模后，通过调用精冲CAD 系统的各工艺设计模块，可以选择适当的精冲材料，并进行精冲结构可行性分析，由此得到该结构特征的精神难度等级，如图4 。

　　所示系统通过固形接口可直接我得精神零件净面积和内外轮廓几何信息，选择适当的排样形式和运算参数，系统可以计算出各种排样方式下的材料利用率，通过比较，用户可选择最佳的排样方案，如图5 所示.

　　对于各类精神特征，系统提供多种工艺过程的定义.根据一定的技术标准，用户可选择最合适的工艺方案(如固6 所示).并在工步排样中定义各工步过程.

　　5 结语

　　本文通过对精冲工艺设计过程的分析，结合基于三维CAD 平台的二次开发技术，引入智能设计思想，研究了精冲工艺设计知识的表示方法，构建了精神工艺设计CAD 系统框架，开发了基于SolidWorks 的精神工艺设计CAD 系统.上海交通大学模具CAD 国家工程研究中心与瑞士FEINTOOL 技术公司合作，研究开发了精冲工艺设计系统，系统的建立对于提升精神工艺设计质量、缩短工艺开发周期具有一定的意义.