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文献翻译
基于知识库用于选择拉伸模组件的系统开发
摘要 拉伸模的设计是一个需要技巧和经验的过程。模具组件的选择在拉伸模设计过程中是非常重要的一步。本文介绍了一个基于知识用于选择拉伸模主要部件的系统（KBS）。本文提出的系统采用了基于人工智能（AI)方法的生产规则，由八大模块所组成。我们采用AutoLISP语言编写生产规则，并使用AutoCAD平台中的VisualBasic6来创建用户界面。系统输出包括选择正确类型的建议和拉伸模具的各种模具部件的尺寸如模块、剥离器、模具规格、冲压板、模具和紧固件等，通过采取制造工业钣金部件的方法来证明该系统的有效性。 由于这个系统可以在任何装有AutoCAD软件的电脑上实现，因此其廉价的成本使得即使是规模较小的板材行业也能够负担得起。
关键词 拉伸模具 零部件 基于知识库的系统（KBS） AutoCAD软件 钣金行业
1 简介
在传统意义上，拉伸模具的设计是高度复杂、需要大量设计经验、耗费时间的任务[1]。制定工艺过程，排样设计，模具部件的选择和模具设计是拉伸模具设计的一些主要设计过程。 选择合适的模具部件类型和尺寸对于模具设计至关重要。设计师必须对大量的模具部件进行选择或者设计，例如模块、剥离器、板元件、模具计、冲头、冲孔板、模具、坯料夹和紧固件等。大多数钣金行业使用传统的方法来选择模具部件，这样不仅出错率高，耗费大量时间，而且需要一定的专业知识。同时，模具设计的质量很大程度上取决于模具设计师的能力、经验和知识。进一步来说，模具设计专家经过长期积累下来的设计经验也无法为其他公司所用，每当一位模具设计的专家退休或者离开该公司，这个公司都会产生一定的技术空缺。在全世界各地，模具设计者设计经验的缺失和人员的流动对于钣金行业都会造成极大的不便。另外，虽然CAD/CAM系统为模具设计过程中的绘图和仿真分析提供了一些帮助，但是人类依旧需要依靠专业的知识去完成到最终的模具设计。此外，这些系统对于很多行业都是通用的，要将这些系统运用到模具设计中来需要较高的设置成本。随着人工智能（AI）的发展，各种技术例如基于案例推理的系统（CBR）、黑板式结构系统（BB）、混合系统（HS）、人工神经网络（ANN）、图形理论（GT）和知识库系统（KBS）正在被全世界用来解决在设计和制造领域中遇到的各种复杂问题。其中，知识库系统（KBS）方法大量地被各种研究人员用来降低在钣金成形和设计中模具的工艺规划的复杂性。 例如，Karima和Richardson 提出了一种金属成形专家系统框架，Xiao等人则开发了一个使用生产规则和框架对拉伸模具部件进行设计的专家系统，Fang等人开发了一个基于规则的用于生产复杂圆形壳的拉伸工艺规划专家系统。一个称为METEX的专家系统（金属成型专家系统）是由Tisza使用群体技术来规划多阶段成型工艺的方法。Esche等人提出了一种基于规则的用于多级深拉工艺过程中生成过程序列，刀具几何形状，并预测潜在问题的专家系统。Sing和Rao提出了一种使用决策表方法对轴对称深拉工艺进行进程规划的知识库系统。Park等人开发了一种计算机辅助系统Pro-Deep，其中知识库被集成到CAD系统中，专门应用于轴对称拉伸产品。Choi等人为轴对称拉伸零件开发了一个集成设计和计算机辅助过程规划的（CAPP）系统。V.Naranje等人开发了基于知识库的通过标准化设计规则制定过程序列并选择拉伸模组件的系统。Park等人开发了一个用于旋转对称拉伸产品的CAPP系统。Kumar和Singh开发了一种基于规则的用于选择渐进式模具组件的专家系统PROCOMP。Kim等人提出一个用于汽车零件拉伸模具设计的专家设计系统。一个系统由Hwang等人开发的系统用知识库系统的方法来设计渐进模。Tsai等人使用了基于工程方法学知识为汽车覆盖件开发了一种自动配套的工艺规划和模具设计系统。Potocnik等人提出了一个能自动设计并计算冲压参数的智能化系统，用来设计制造中空杯的冲压模具法兰。
上述文献综述显示，只有少数研究工作是在拉伸模的自动化设计过程领域中进行。此外，这些系统大多数在本质上是半自动的并且致力于特定类型的应用，基本上都需要经验丰富的模具设计师来操作这些系统。因此，很有必要开发出一个用于拉伸模具设计的低成本KBS系统。目前的工作要求为设计一个能够选择拉伸模模具部件的KBS系统。我们提出的这个系统使用基于人工智能的生产规则方法。这样的系统可以轻松地加载到装有AutoCAD软件的电脑上，较低的实现成本即使是对于小规模的钣金行业也能够负担得起。
2 选择拉伸模模具部件的注意事项
拉伸模的模具部件由几个部件组成，包括模块、牙规、脱模机、脱料板、冲压板、背板、模具和紧固件。模具的尺寸块取决于板的厚度、板材、料带尖锐边缘的方向，料带尺寸和模具材料。牙规是用于引导料带通过模具，模具牙规的尺寸主要取决于料带的尺寸。脱模机的主要作用是剥离那些粘附在冲压机上的材料。 脱模机有两种类型：固定的（不移动）或加载弹簧的（移动的）。它在固定脱料板和模板之间需要保持约5〜10倍的最小间隙。脱料板的尺寸取决于模块的尺寸。固定脱模机中设置有铣削底面通道用来容纳和引导料带材料。脱模机中通道的宽度应等于料带宽度加上足够的间隙以容忍料条宽度有一定的误差，通道的高度应至少要有1.5倍的板厚度。剥离力取决于几种因素，如料带的类型和厚度，润滑油，冲孔上的擦伤或金属粘附，冲子和模具的锋利程度。冲压板的厚度取决于冲头直径，冲压板的长度和宽度通常与模块相同。垫板一般约为10-12mm厚，硬化处理后的垫板通常置于凸模和上模座之间。
模组是由上模座，下模座，导柱和导套构成的单元部件。两种基本类型的模组是：开式模组和导柱式模组。开式模组通常用于制造小批量公差要求不严格的简单零件。导柱式模组用于制造精度要求更高的零件。模具尺寸取决于零件数量，部件的尺寸公差，冲子和模具之间的间隙，以及导轨和衬套之间的间隙。选择模具组的类型时需要通过考虑穿孔的尺寸，工具的强度和稳定性要求，重新研磨的花费的时间和金钱，维护、维修以及装配的成本。模座构成模具组的基部，模组的大部分导向装置都安装在上面。模座的厚度取决于在切割和成形期间的预期应力大小。导柱应该保证足够的长度，以防止它在冲压过程中脱出衬套。导向销应该比模具的闭合高度短6.5mm。模组的选择需要考虑几个因素，例如确定模组的类型（两支柱，四支柱，后柱，中柱，对角柱等），上夹板和模座类型（轻铁顶，重钢底座，重型铁基等），上模座和模套内表面之间的距离，柱直径，冲压行程和配合类型。模组类型的选择取决于钣金制造的类型，零件数量和工作精度。模组的尺寸取决于模具的长度和宽度及其在模组中的位置。紧固件的主要目的是采用一种安全可靠的方式将所有模具部件夹在一起，尽可能使用内六角头帽型螺钉固定。对于重量更大的模具，应在上模座到冲头下侧插入一个附加的内六角螺钉。螺丝头孔必须在模具内和螺纹中钻孔进入且必须钻入模具组件至少1.5倍的直径。任何模具元件的错位都有可能导致严重的损伤。为了实现精确对准，每个模块之间两个销都是必不可少且必须相互配合的。螺钉的数量和尺寸是通过估计可用空间和要承受的负载来确定。一般我们都会在模块的四个角上使用内六角螺栓。
考虑到上述基本指导原则和建议，我们开发了一个名为DDCOMP的KBS系统，这个系统自动选择拉伸模的主要部件。所提出的系统的简要描述如下。
3 DDCOMP系统的开发
我们拟建设的这个KBS系统叫做DDCOMP（Deep-drawingDieComponents拉伸模具部件），这个系统可用来选择主要的拉伸模具部件模。该系统由八个模块构成，即
- DBLCK模块，用于选择模块尺寸；
- DALCR模块，用于选择模具角度，模具底面和切割间隙；
- DGAGE模块，用于选择牙规尺寸；
- STRPK模块，用于选择脱模机和脱料板和脱料装置；
- PUNSEL模块，用于选择冲孔细节；
- PBPLT模块，用于选择冲孔板和备用板的尺寸；
- DSS模块，用于选择模组的类型和尺寸；
- FSTN模块，用于选择紧固件（螺栓和销钉）；
3.1 系统开发流程
该系统的开发包括多个步骤，如知识获取、产品规则的构造、生产规则的验证、选择知识表示语言、硬件的识别、开发知识库和用户界面的的建设。系统开发所需要的知识基本上都是通过在线和离线咨询模具设计专家、刀具设计工程师、不同冲压工业的车间工程师、参考研文献资料、日志和各种冲压工业手册来获取的。从各种来源收集的设计信息已经通过恰当的假定生产规则组织成独特的层次化知识库。为每个模块制定的生产规则是从另一个模具设计专家团队对假定生产情况交叉检查提出的生产规则得来的。一个制定并验证好的 生产规则样本将被并入系统模块中，如表1所示。给出开发系统的生产规则顺序并非结构化的，所以它甚至允许相对较生疏的知识库工程师插入新的生产规则。我们建议在装有AutodeskAutoCAD2008的电脑（配置至少为奔腾4CPU，2.4GHz，2GBRAM）上运行该系统。所有写入KBS系统模块的产品规则都是采用AutoLISP语言进行编译的。产品规则和系统的知识库是一起通过正向链接推理机制联系在一起的。
在系统中输入由工作用户和存储在知识库的知识提供的信息，可得出结论或建议。我们开发的这个系统总体包括了300多个假定生产规则种类。然而，系统是十分灵活的，我们可以对其知识库进行更新和修改，如果有必要，也可对技术的进步和车间新设施的可用性进行更新和修改。
表1 系统的生产规则示例
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序号 |
情况 |
动作 |
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1 |
板材厚度le;1.6mm，模具材料为工具钢，锋利边缘存在于垂直于片材移动方向的边缘。 |
选择模块厚度= 28.0 mm，模块的宽度增加92mm；模块的长度增加38mm。 |
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2 |
1.6 lt;板厚le;3.2mm，模具材料为工具钢，锋利边缘存在于平行于板材移动方向的边缘上。选择模块的厚度为28.0mm。 |
选择模块的宽度增加100，模块长度增加50mm。 |
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3 |
板材厚度gt; 3.2 mm，板厚可达4.8 mm，内角锐尖。 |
选择前置垫片的宽度为64.0mm，厚度为8.0mm；选择背面规格宽度为64.0mm，厚度为8.0mm；背面规和前垫片之间的距离增加1.0mm。 |
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4 |
板材厚度gt; 0.8 mm，板材厚度可达1.6 mm，模具孔轮廓中存在内角，进给类型为自动进给。 |
前垫片的宽度选择47.7m，厚度选择8.0mm；选择背面规格宽度为64.0mm，厚度为8.0mm；背面规和前垫片之间的距离增加1.0mm。 |
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5 |
钣金材料为不锈钢，剪切强度le; 40.00 Kgf / mm2，厚度ge;0.02mm 板材硬度（HRC）le;30，作业公差大于0.001mm，小于0.2mm。 |
设置切割间隙大约=板厚的6.3％； 设置模角= 0.25°，模头面积= 3.5mm。 |
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6 |
钣金材料为低碳钢，剪切强度le; 30.99 Kgf / mm2，厚度ge;0.02mm 板材硬度（HRC）le;30，0.2ge;作业公差（mm）gt;0.001。 |
设置切割间隙大约=板厚的2.5％； 设置模角= 0.50度，模头面积= 4.0mm。 |
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7 |
钣金零件的公差 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[138389]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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