本文就開發(fā)精沖工藝CAD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了探討研究。

　　在厚板成形領(lǐng)域(3 -16mm) ，精沖技術(shù)已成為重要的成形途徑.精沖可以獲得尺寸精度高、沖裁面光潔、翹曲小且互換性好的優(yōu)質(zhì)零件，并可以減少甚至取消校平、磨削等后續(xù)加工序，以較低的成本達到產(chǎn)品質(zhì)量的改善與生產(chǎn)效率的提高.在工業(yè)化國家，精沖技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車制造等工業(yè)部門，據(jù)統(tǒng)計，一輛轎車中至少有70 多個零件需采用精沖方法加工，如座椅調(diào)角器、剎車蹄片、制動杠桿、發(fā)動機蓋板、門鎖、離合器法蘭等.

　　近年來，隨著塑性成形理論、模具制造技術(shù)、計算機技術(shù)，特別是智能設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，以齒圈壓板沖裁為代表的精神工藝與模具設(shè)計不斷獲得突破和創(chuàng)新.在精神開發(fā)過程中，工藝設(shè)計是一個核心環(huán)節(jié)，設(shè)計人員的經(jīng)驗和知識在工藝設(shè)計過程中起著重要的作用;如何將將CAD 技術(shù)，特別是基于知識的工程(Knowledge-based Engineering， KBE)技術(shù)引入工藝設(shè)計過程，是目前國際上精神技術(shù)研究與開發(fā)的重要課題。

　　1 精沖工藝過程概述

　　與普通沖裁相比，精沖是一個復(fù)雜的工藝過程:影響精沖件質(zhì)量、精沖生產(chǎn)穩(wěn)定性的因素很多，主要有:零件材料、精沖零件、精沖模具精沖壓力機和潤滑劑等.

　　①精沖材料

　　材料是精沖工藝關(guān)鍵因素之一，它不但與成本密切相關(guān)，更關(guān)系到零件質(zhì)量、模具壽命與工藝安全.好的材料微觀組織對于精神是非常有利的，此外還需要考慮材料的加工硬化和軟化熱處理.

　　②精沖零件的結(jié)構(gòu)工藝性和表面質(zhì)量

　　在制定精神工藝過程中，必須充分考慮精沖零件的表面質(zhì)量、零件難度等級、斜面精度、塌角、毛刺、尺寸和形狀公差、粗糙度等因素.

　　③精沖模具

　　通常，根據(jù)精沖件的尺寸大小和幾何形狀、材料厚度、內(nèi)形位置和數(shù)量、工位數(shù)、壓機噸位材料厚度、內(nèi)形位置和數(shù)量、工位數(shù)、壓機噸位等因素可以選擇不同形式的精沖模具系統(tǒng)(活動凸模式模具系統(tǒng)和固定凸模式模具系統(tǒng))，以及復(fù)合模、連續(xù)模、連續(xù)復(fù)合模、傳遞模等具體模具類型.對于確定的零件和模具形式，精神工藝必須確定適當?shù)呐艠臃绞?由于精沖工藝較為復(fù)雜，排樣不僅涉及材料利用率，更涉及零件不同幾何特征的成形過程，合理的排樣與工藝可行性密切相關(guān).

　　④精神壓力機

　　精神壓力機必需具奮精確、無間隙、無振動的滑塊導(dǎo)向:此外，還需提供沖裁力、壓邊力和反壓力三個作用力，并且各力均相互獨立，可獨立調(diào)節(jié).由上可知，影響精沖工藝的各因素之間互相制約，又相輔相成.在精沖工藝制定過程中，涉及復(fù)雜的判斷以及反復(fù)修正，是一個知識驅(qū)動的設(shè)計過程，智能設(shè)計技術(shù)的引入，將有效提升精沖工藝設(shè)計的質(zhì)量和效率。

　　2 精神工藝設(shè)計知識的表示技術(shù)

　　在精神工藝設(shè)計過程中需要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和材科特性對沖壓件的工藝性進行分析，根據(jù)精沖工藝性分析結(jié)果進行毛坯排樣和工步排樣、壓力機選擇等.因此，可以把精神工藝設(shè)計知識作如下分類:①精沖材料知識:②精神件工藝可行性分析知識:③毛坯排樣知識;④工步排樣知識⑤工藝過程知識;⑥精沖力知識:⑦精沖機知識;⑧基于特征的成形工藝知識等.

　　對于材料的相關(guān)精神工藝知識，可以采用數(shù)據(jù)庫表示：通過建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫可以清晰、有效地表示和集成精沖材料的相關(guān)知識，系統(tǒng)可根據(jù)材料牌號等參數(shù)獲得該材料所屬組別、材料狀態(tài)、機械性能、物理性能等知識.對于精神結(jié)構(gòu)工藝性知識，如孔邊距、孔間距、圃角半徑、四糟、懸臂等工茸極限，可采用產(chǎn)生式規(guī)則加劇描述.

　　此外，可以建立適當?shù)臄?shù)學(xué)模型對精神力的計算知識進行定義和規(guī)范，使系統(tǒng)可以方便地將這些工藝知識集成到精神工藝設(shè)計系統(tǒng)中.

　　3 精沖工藝設(shè)計CAD 的實現(xiàn)

　　CAD 技術(shù)在一定程度上已成熟應(yīng)用于普通沖裁模的設(shè)計，對于復(fù)雜程度更高的精沖工藝，則可提供更有價值的輔助設(shè)計功能.

　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計分析

　　針對精沖工藝的特點和實際設(shè)計過程，對精沖工藝鏈加以單元化和模塊化，結(jié)合智能技術(shù)對各模塊加以重新整合，可以為精沖工藝設(shè)計過程提供較為完備和實用的輔助設(shè)計工具.、精沖工藝設(shè)計CAD 系統(tǒng)通過三維CAD 平臺接口(SolidWorks API). 獲得零件的所有幾何信息，并以精沖件幾何形狀為基礎(chǔ)，構(gòu)造表達精沖件特征的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過工藝設(shè)計分析模塊對整個工藝工程加以設(shè)計，如圖1 所示.

　　3.2 工藝設(shè)計CAD 過程

　　系統(tǒng)的主體一一精神工藝設(shè)計單元.主要由材料選擇、零件精沖可行性分析、毛坯排樣、工步排樣、精沖力計算、精沖機選用、工藝信息輸出等子模塊組成，如圖2 所示.

　　通過篩選. CAD 系統(tǒng)查找出適合精沖的材料牌號，針對特定的材料和料厚，結(jié)合從三錐平臺獲得的零件幾何特征信息進行精沖難度分析，若在可行的難度范圍內(nèi)，系統(tǒng)可根據(jù)材料及料厚等參數(shù)獲得各排樣類型的量佳結(jié)果.并在此基礎(chǔ)上進行工步排樣設(shè)計.在工步排樣過程中，通過定義各工步的工藝過程，系統(tǒng)不僅可以確定各工步排列方式，還通過工藝過程信息進行各工步?jīng)_裁力、成形力以及壓力中心計算，并最終選擇合適的精神壓力機.

　　此外，考慮到精沖工藝設(shè)計的復(fù)雜性，系統(tǒng)為特征提供了工藝分析模塊.根據(jù)不同的工藝參數(shù)對不同的特征成形工藝加以歸納和組織.并以工步設(shè)計的形式生成工藝參考.

　　4 運行實例

　　精沖件如固3 所示，該零件在SolidWorks2000中三維建模后，通過調(diào)用精沖CAD 系統(tǒng)的各工藝設(shè)計模塊，可以選擇適當?shù)木珱_材料，并進行精沖結(jié)構(gòu)可行性分析，由此得到該結(jié)構(gòu)特征的精神難度等級，如圖4 。

　　所示系統(tǒng)通過固形接口可直接我得精神零件凈面積和內(nèi)外輪廓幾何信息，選擇適當?shù)呐艠有问胶瓦\算參數(shù)，系統(tǒng)可以計算出各種排樣方式下的材料利用率，通過比較，用戶可選擇最佳的排樣方案，如圖5 所示.

　　對于各類精神特征，系統(tǒng)提供多種工藝過程的定義.根據(jù)一定的技術(shù)標準，用戶可選擇最合適的工藝方案(如固6 所示).并在工步排樣中定義各工步過程.

　　5 結(jié)語

　　本文通過對精沖工藝設(shè)計過程的分析，結(jié)合基于三維CAD 平臺的二次開發(fā)技術(shù)，引入智能設(shè)計思想，研究了精沖工藝設(shè)計知識的表示方法，構(gòu)建了精神工藝設(shè)計CAD 系統(tǒng)框架，開發(fā)了基于SolidWorks 的精神工藝設(shè)計CAD 系統(tǒng).上海交通大學(xué)模具CAD 國家工程研究中心與瑞士FEINTOOL 技術(shù)公司合作，研究開發(fā)了精沖工藝設(shè)計系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立對于提升精神工藝設(shè)計質(zhì)量、縮短工藝開發(fā)周期具有一定的意義.