opple鎮(zhèn)流器外殼沖壓模具設(shè)計及仿真加工（含CAD圖紙、Proe三維圖紙及說明書）

opple鎮(zhèn)流器外殼沖壓模具設(shè)計及仿真加工（含CAD圖紙、Proe三維圖紙及說明書）,opple,鎮(zhèn)流器,外殼,沖壓,模具設(shè)計,仿真,加工,cad,圖紙,proe,三維,說明書,仿單 外文翻譯 專 業(yè) 學(xué) 生 姓 名 班 級 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 外文資料名稱：Stamping Die Strip Optimization for Paired Parts 外文資料出處：Strip Optimization for Paired Parts.2000 附 件： 1.外文資料翻譯譯文 2.外文原文 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 沖壓中多工件的最佳排樣 V.Vamanu, T.j.Nye 機械工程系麥克馬斯特大學(xué) 杜思亮 譯 摘要：在沖壓生產(chǎn)中，生產(chǎn)成本受材料利用率影響最大，材料支出占整個生產(chǎn)成本的75%。本文將介紹一種新的計算方法用于實現(xiàn)雙工件在沖壓排樣設(shè)計中的最佳規(guī)劃方法，以便提高材料利用率。這種計算方法可以預(yù)示在帶料中結(jié)構(gòu)廢料的位置及形狀，以及工藝廢料的位置和最佳寬度。例如將兩個相同的工件中的其中一個旋轉(zhuǎn)180°,或是將兩個不同的工件嵌套在一起。這種計算方法適合與沖模設(shè)計CAE系統(tǒng)結(jié)合使用。 關(guān)鍵詞：沖壓；模具設(shè)計；最佳化；材料利用率；明可夫斯基和；設(shè)計工具 1緒論 在沖壓生產(chǎn)中，能夠快速生產(chǎn)不同復(fù)雜程度的薄片金屬零件，特別是在大產(chǎn)量的情況下，能夠高強度生產(chǎn)。生產(chǎn)過程效率高，其中材料成本占據(jù)整個沖壓生產(chǎn)成本的75% [1]。但材料不能被完全利用到零件上，因為零件不規(guī)則的外形必須被包含在帶料內(nèi)。沖壓生產(chǎn)的排樣設(shè)計直接決定廢料的大小。很明顯，使用最理想的排樣設(shè)計對于提高公司的競爭力是至關(guān)重要的。 加工設(shè)計階段所創(chuàng)建的排樣設(shè)計直接決定了材料的損失程度。當一個或多個零件布置在帶料上時，設(shè)計者選擇零件的布置方法，以及帶料的寬度，以及多個零件在一起的情況下，他們的位置關(guān)系。理想情況下，材料應(yīng)該被充分利用。即使微小的數(shù)值的改進也能使材料利用率提高。例如，在每分鐘200次行程的沖壓生產(chǎn)中，每個行程僅節(jié)約10克材料也能夠在八小時的生產(chǎn)中累計到節(jié)約材料一噸以上。加工設(shè)計階段決定材料的利用率，搭邊大小決定(通常很長)工具的壽命。因此，加工生產(chǎn)前確定最佳排樣設(shè)計具有重大意義。 此項任務(wù)較為復(fù)雜，盡管如此，在設(shè)計中改變搭邊值以后能夠改變步距 (帶料中鄰近零件之間的距離) 以及帶料寬度。評估設(shè)計效率非常具有挑戰(zhàn)性，單一零件在帶料上的布局能夠通過精確的最佳計算方法描述，迄今為止零件間的布局只能通過近似計算法則解決。嵌套法對于零件之間的布局是一個重要問題從以往的經(jīng)驗來看零件間相互嵌套常常能夠改善材料的利用率，就像在單一帶料中將每個零件層疊在一起。本文引用普通案例中所取零件旋轉(zhuǎn)180°后與上一工位零件相嵌套，以及兩個不同零件間的相互嵌套。本文通過兩個具體案例描述了一種新的排樣布局計算方法。 2前期工作 曾經(jīng), 帶料排樣設(shè)計問題需要通過手工來解決。例如, 通過紙板模擬沖裁來獲取一個好的排樣方法。通過計算機介紹的設(shè)計過程所得出的步驟。也許首先要做出適合工件的矩形，然后將矩形順序排放在帶料上[2]。這種方法適合不相互重疊的矩形[3]、拉深多邊形[4, 5]、已知相互關(guān)聯(lián)的外形[6]。這種原理的方法具有一定局限性，盡管如此，在這種具有局限性下的設(shè)計中所產(chǎn)生較多的工藝廢料不能被避免，這些額外損失的材料導(dǎo)致了設(shè)計方案無法達到最佳化。 增量旋轉(zhuǎn)法是一種流行的排樣設(shè)計方法[6-10, 16]。具體實現(xiàn)方法為，將零件旋轉(zhuǎn)一定的角度，例如2°[7]，在設(shè)計中決定零件傾斜程度和帶料寬度以及合適的材料利用率。在不斷重復(fù)這些步驟以后工件旋轉(zhuǎn)量達到180o (由于對稱)，然后從中選出最佳排樣方法。這種方法的缺點是，在一般情況下，最佳材料定位將降低旋轉(zhuǎn)增量同時不能被找到。盡管差別很小，但在大批量生產(chǎn)中每個零件所浪費的材料會累計進而導(dǎo)致較多材料損失。 梅塔-啟發(fā)式優(yōu)化方法適用于排樣設(shè)計，包括模擬退火[11, 12]和初步設(shè)計 [13]。當解決較復(fù)雜設(shè)計問題時 (也就是在2D平面上將較多不同零件嵌套在一起)，它不能保證最佳排樣方法，但是可以根據(jù)獲得的計算結(jié)果進而總結(jié)為一個較好的解決方法。 開發(fā)出一種在設(shè)計過程[15]中確定單一零件在帶料上的布局以及帶料的寬度的確定[14]的精確的最佳的計算方法。這些計算方法基于建筑幾何學(xué)中一個外形從另外一個上‘發(fā)展’出來。相似的理論在這個學(xué)科中基于一個名叫‘無適合多邊形’，‘障礙空間’和‘明可夫斯基和’創(chuàng)建。從根本上來講， 它僅是一種解決位置關(guān)系的方法，這樣的外形有缺陷，但不會重疊。通過這種方法的應(yīng)用 (本文中，特殊的譯文是指明可夫斯基和)， 能夠創(chuàng)建一種全球化的最佳的具有高效率的排樣布局的計算方法。 對于排樣設(shè)計中零件間布局的特殊問題則根據(jù)問題報告采用增加旋轉(zhuǎn)計算方法 [7, 16]和模擬退火 [11]， 但是迄今為止并沒有能夠被實際應(yīng)用的精確的計算方法。在下文中，將簡要介紹明可夫斯基和，以及它在帶料排樣設(shè)計中的應(yīng)用，和它在成對零件間嵌套問題的延伸的描述。 3明可夫斯基和 零件的外形被近似嵌套在每個多邊形的n 個頂點上，在CCW方向上有限連續(xù)。隨著頂點數(shù)量的增加零件邊上的彎曲刃口能夠近似的得到任意想要達到的精確度。例如兩個多邊形，A 和 B， 明可夫斯基和詳細說明了A和B上每一個頂點的總和。 表面上看, 令人聯(lián)想到這種方法中的零件A‘成長于’零件B，或是變化后的零件–B (也就是零件B旋轉(zhuǎn)180°) ，零件A周圍和接著零件B周圍參考點所連接而成的軌跡。例如，圖1所示零件A。如果基于其中一個參考頂點 (0，0)，將旋轉(zhuǎn)180°后的零件A (也就是–A)圍繞著零件A，–A上的參考點以粗線描述出圖2中所示輪廓。 這個輪廓即是麥克馬斯特和 。麥克馬斯特和計算所用的方法能夠被創(chuàng)建在計算出的幾何圖形中如[17，18]。 圖1 示例零件A被嵌套 圖2 示例零件（虛線）在麥克馬斯特和 (粗線)中 這個方法的意義在于如果–A的參考頂點是在 的周界上，A和–A將會相接觸但不會產(chǎn)生重疊。兩個零件將會盡可能的緊密貼合在一起，因而在設(shè)計時將一對零件其中的一個旋轉(zhuǎn)180°。 定義了一對零件間所有可行的位置關(guān)系。 這個性質(zhì)的一個推論是如果單一零件的麥克馬斯特和是合適的。那么該零件將被否定，也就是 。(麥克馬斯特和推出的一個完整的說明[15]。)這些報告是根據(jù)帶料上單一零件間的最佳嵌套計算方法得出。 嵌套的成對零件太過復(fù)雜的情況時，不僅要作出零件的最佳定位和選定帶料寬度還要設(shè)計成對零件間最佳的位置關(guān)系。為了解決這一問題，故提出一種重復(fù)運算方法： 假設(shè)：零件A和B(B=–A，–A即將A旋轉(zhuǎn)180°)。 4兩相同零件間最佳設(shè)計方法 上述方法的第一步是選擇一個可行的B和A的位置關(guān)系。 上的一個平移矢量t定義了這個位置，如（圖3）所示。當這個平移矢量t穿過 的輪廓時為最佳的方法。 圖3 上關(guān)系零件的平移節(jié)點，顯示出平移矢量 t 最初，節(jié)點上不連續(xù)的數(shù)被放置在 中的每個邊界上。每個平移節(jié)點描述了兩個零件臨時‘加入’位置關(guān)系，然后組合零件帶料寬度中的最佳位置上使用單件生產(chǎn)設(shè)計程序(例如在 [14]或[15]中)。在此例中, 由12條邊組成，每條邊包含10個節(jié)點，總共多達120個平移節(jié)點。每個節(jié)點的位置是通過每條邊 直線的插補創(chuàng)建，在麥克馬斯特和上 即頂點I的坐標是( , )。定義一個位置參數(shù) 中s = 0和 中s = 1，每個平移節(jié)點的坐標創(chuàng)建方式如下: 如果點m放置在每條邊上， ， 位置參數(shù)的值 ,按如下公式創(chuàng)建： 利用圖3所示120個節(jié)點計算出的結(jié)果如圖4所示。在此圖中，當每條邊移動時 顯示了如何利用截線改變每條邊后平移矢量的線被打斷。當一些邊的截線上述單一的變化，其他截線的則顯示了2到3個局部截線。 從中找最合適的位置，這就是需要許多節(jié)點的原因。 圖4 零件 A 和–A的最佳材料利用率 根據(jù)創(chuàng)建出的級數(shù)，當局部最大利用率被顯示出時即可調(diào)用一個理論上最佳的方法。在引出工作利用率之前不可用(無附加計算結(jié)果)，可以使用區(qū)間分半法 [19]。節(jié)點最初組成的間距能夠顯示出局部最大的點。三個相同間距的點放置在上述間距間 (也就是在 1/4, 1/2和3/4 的位置)，然后計算出每個點上的利用率。比較每個點上的利用率之值，能夠根據(jù)反復(fù)降低所得間隔的一半得出結(jié)果。上述步驟直到得到想要的精度為止。 應(yīng)用這種方法推導(dǎo)出最佳平移矢量點 (747.894，250.884)，如（圖5）所示排樣圖材料利用率達92.02%。 有趣的是，較好的設(shè)計看起來成對零件能夠更加的貼近，以便提高材料利用率。 圖5 單一零件A的最佳排樣方法 5不同零件同一帶料上的最佳排樣方法 圖6 被嵌套的示例零件B 生產(chǎn)中常遇到相同材料和相同產(chǎn)量的各類零件，例如，需要裝配在一起的左右兩部分零件。將類似的零件組合在一起生產(chǎn)可以獲得更高的效率，還能提高材料的利用率。這種運算法則的排樣設(shè)計同樣適合相同零件的排樣設(shè)計。例如（圖6）所示的零件B。決定平面位置關(guān)系的相應(yīng)的麥克馬斯特和 ，如（圖7）所示。在此例中, 包含15條邊，材料利用率的值如（圖8）所示。重復(fù)一次，通過 的邊精確顯示出多種局部最大利用率。（圖9）所示即為最佳排樣平移矢量點坐標(901.214, 130.314)。材料利用率為85.32%。此例中帶料寬度為1229.74、步距為1390.00。 圖7 示例零件(細線和虛線)的麥克馬斯特和 (粗線) 圖8 示例零件A和B不同排樣方法的材料利用率 圖9 示例零件A和B的最佳排樣方法 6結(jié)論 在沖壓工作中，材料成本占產(chǎn)品成本很大比重，所以即使每個零件上微小的節(jié)約，也能累計成可觀的價值。本文介紹了一種新的創(chuàng)建零件間嵌套的最佳排樣計算方法。這種計算方法利用了麥克馬斯特和計算出成對零件間所有可行的位置關(guān)系，和選取零件最佳位置以及帶料的寬度。 做排樣設(shè)計時應(yīng)注意：所有的排列方式都應(yīng)該被考慮。例如，本文中示例零件的排樣方法應(yīng)該考慮：零件A單獨排樣成對生產(chǎn)，零件B單獨排樣成對生產(chǎn) 以及A和B成對一起生產(chǎn)。設(shè)計者應(yīng)該考慮原料成本，模具加工成本和操作成本以及沖出零件需要的工具，盡量降低生產(chǎn)成本。 這種計算方法的應(yīng)用還可以拓展，其中一個顯而易見的拓展應(yīng)用即是零件間旋轉(zhuǎn)后的最佳位置關(guān)系，即改變零件B在帶料上相對于零件A的位置。另一個拓展是可以更深入的學(xué)習(xí)函數(shù)的運用。 9