opple鎮(zhèn)流器外殼沖壓模具設(shè)計(jì)及仿真加工（含CAD圖紙、Proe三維圖紙及說(shuō)明書(shū)）,opple,鎮(zhèn)流器,外殼,沖壓,模具設(shè)計(jì),仿真,加工,cad,圖紙,proe,三維,說(shuō)明書(shū),仿單 外文翻譯 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 生 姓 名 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 外文資料名稱(chēng)：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(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日 沖壓中多工件的最佳排樣 V.Vamanu, T.j.Nye 機(jī)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(gè)生產(chǎn)成本的75%。本文將介紹一種新的計(jì)算方法用于實(shí)現(xiàn)雙工件在沖壓排樣設(shè)計(jì)中的最佳規(guī)劃方法，以便提高材料利用率。這種計(jì)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(gè)相同的工件中的其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)180°,或是將兩個(gè)不同的工件嵌套在一起。這種計(jì)算方法適合與沖模設(shè)計(jì)CAE系統(tǒng)結(jié)合使用。 關(guān)鍵詞：沖壓；模具設(shè)計(jì)；最佳化；材料利用率；明可夫斯基和；設(shè)計(jì)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(qiáng)度生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程效率高，其中材料成本占據(jù)整個(gè)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?yàn)榱慵灰?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(jì)直接決定廢料的大小。很明顯，使用最理想的排樣設(shè)計(jì)對(duì)于提高公司的競(jìng)爭(zhēng)力是至關(guān)重要的。 加工設(shè)計(jì)階段所創(chuàng)建的排樣設(shè)計(jì)直接決定了材料的損失程度。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)零件布置在帶料上時(shí)，設(shè)計(jì)者選擇零件的布置方法，以及帶料的寬度，以及多個(gè)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(jìn)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(gè)行程僅節(jié)約10克材料也能夠在八小時(shí)的生產(chǎn)中累計(jì)到節(jié)約材料一噸以上。加工設(shè)計(jì)階段決定材料的利用率，搭邊大小決定(通常很長(zhǎng))工具的壽命。因此，加工生產(chǎn)前確定最佳排樣設(shè)計(jì)具有重大意義。 此項(xiàng)任務(wù)較為復(fù)雜，盡管如此，在設(shè)計(jì)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(píng)估設(shè)計(jì)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(guò)精確的最佳計(jì)算方法描述，迄今為止零件間的布局只能通過(guò)近似計(jì)算法則解決。嵌套法對(duì)于零件之間的布局是一個(gè)重要問(wèn)題從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(gè)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(gè)不同零件間的相互嵌套。本文通過(guò)兩個(gè)具體案例描述了一種新的排樣布局計(jì)算方法。 2前期工作 曾經(jīng), 帶料排樣設(shè)計(jì)問(wèn)題需要通過(guò)手工來(lái)解決。例如, 通過(guò)紙板模擬沖裁來(lái)獲取一個(gè)好的排樣方法。通過(guò)計(jì)算機(jī)介紹的設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)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(jì)方案無(wú)法達(dá)到最佳化。 增量旋轉(zhuǎn)法是一種流行的排樣設(shè)計(jì)方法[6-10, 16]。具體實(shí)現(xiàn)方法為，將零件旋轉(zhuǎn)一定的角度，例如2°[7]，在設(shè)計(jì)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(dá)到180o (由于對(duì)稱(chēng))，然后從中選出最佳排樣方法。這種方法的缺點(diǎn)是，在一般情況下，最佳材料定位將降低旋轉(zhuǎn)增量同時(shí)不能被找到。盡管差別很小，但在大批量生產(chǎn)中每個(gè)零件所浪費(fèi)的材料會(huì)累計(jì)進(jìn)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(jì)，包括模擬退火[11, 12]和初步設(shè)計(jì) [13]。當(dāng)解決較復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí) (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(jì)算結(jié)果進(jìn)而總結(jié)為一個(gè)較好的解決方法。 開(kāi)發(fā)出一種在設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)算方法。這些計(jì)算方法基于建筑幾何學(xué)中一個(gè)外形從另外一個(gè)上‘發(fā)展’出來(lái)。相似的理論在這個(gè)學(xué)科中基于一個(gè)名叫‘無(wú)適合多邊形’，‘障礙空間’和‘明可夫斯基和’創(chuàng)建。從根本上來(lái)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(huì)重疊。通過(guò)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(jì)算方法。 對(duì)于排樣設(shè)計(jì)中零件間布局的特殊問(wèn)題則根據(jù)問(wèn)題報(bào)告采用增加旋轉(zhuǎn)計(jì)算方法 [7, 16]和模擬退火 [11]， 但是迄今為止并沒(méi)有能夠被實(shí)際應(yīng)用的精確的計(jì)算方法。在下文中，將簡(jiǎn)要介紹明可夫斯基和，以及它在帶料排樣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，和它在成對(duì)零件間嵌套問(wèn)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(gè)多邊形的n 個(gè)頂點(diǎn)上，在CCW方向上有限連續(xù)。隨著頂點(diǎn)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(dá)到的精確度。例如兩個(gè)多邊形，A 和 B， 明可夫斯基和詳細(xì)說(shuō)明了A和B上每一個(gè)頂點(diǎn)的總和。 表面上看, 令人聯(lián)想到這種方法中的零件A‘成長(zhǎng)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?chē)徒又慵﨎周?chē)鷧⒖键c(diǎn)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(gè)參考頂點(diǎn) (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(diǎn)以粗線(xiàn)描述出圖2中所示輪廓。 這個(gè)輪廓即是麥克馬斯特和 。麥克馬斯特和計(jì)算所用的方法能夠被創(chuàng)建在計(jì)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(xiàn)）在麥克馬斯特和 (粗線(xiàn))中 這個(gè)方法的意義在于如果–A的參考頂點(diǎn)是在 的周界上，A和–A將會(huì)相接觸但不會(huì)產(chǎn)生重疊。兩個(gè)零件將會(huì)盡可能的緊密貼合在一起，因而在設(shè)計(jì)時(shí)將一對(duì)零件其中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)180°。 定義了一對(duì)零件間所有可行的位置關(guān)系。 這個(gè)性質(zhì)的一個(gè)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(gè)完整的說(shuō)明[15]。)這些報(bào)告是根據(jù)帶料上單一零件間的最佳嵌套計(jì)算方法得出。 嵌套的成對(duì)零件太過(guò)復(fù)雜的情況時(shí)，不僅要作出零件的最佳定位和選定帶料寬度還要設(shè)計(jì)成對(duì)零件間最佳的位置關(guān)系。為了解決這一問(wèn)題，故提出一種重復(fù)運(yùn)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(jì)方法 上述方法的第一步是選擇一個(gè)可行的B和A的位置關(guān)系。 上的一個(gè)平移矢量t定義了這個(gè)位置，如（圖3）所示。當(dāng)這個(gè)平移矢量t穿過(guò) 的輪廓時(shí)為最佳的方法。 圖3 上關(guān)系零件的平移節(jié)點(diǎn)，顯示出平移矢量 t 最初，節(jié)點(diǎn)上不連續(xù)的數(shù)被放置在 中的每個(gè)邊界上。每個(gè)平移節(jié)點(diǎn)描述了兩個(gè)零件臨時(shí)‘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(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn)，總共多達(dá)120個(gè)平移節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置是通過(guò)每條邊 直線(xiàn)的插補(bǔ)創(chuàng)建，在麥克馬斯特和上 即頂點(diǎn)I的坐標(biāo)是( , )。定義一個(gè)位置參數(shù) 中s = 0和 中s = 1，每個(gè)平移節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)創(chuàng)建方式如下: 如果點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算出的結(jié)果如圖4所示。在此圖中，當(dāng)每條邊移動(dòng)時(shí) 顯示了如何利用截線(xiàn)改變每條邊后平移矢量的線(xiàn)被打斷。當(dāng)一些邊的截線(xiàn)上述單一的變化，其他截線(xiàn)的則顯示了2到3個(gè)局部截線(xiàn)。 從中找最合適的位置，這就是需要許多節(jié)點(diǎn)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(jí)數(shù)，當(dāng)局部最大利用率被顯示出時(shí)即可調(diào)用一個(gè)理論上最佳的方法。在引出工作利用率之前不可用(無(wú)附加計(jì)算結(jié)果)，可以使用區(qū)間分半法 [19]。節(jié)點(diǎn)最初組成的間距能夠顯示出局部最大的點(diǎn)。三個(gè)相同間距的點(diǎn)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(jì)算出每個(gè)點(diǎn)上的利用率。比較每個(gè)點(diǎn)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(diǎn) (747.894，250.884)，如（圖5）所示排樣圖材料利用率達(dá)92.02%。 有趣的是，較好的設(shè)計(jì)看起來(lái)成對(duì)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(lèi)零件，例如，需要裝配在一起的左右兩部分零件。將類(lèi)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(yùn)算法則的排樣設(shè)計(jì)同樣適合相同零件的排樣設(shè)計(jì)。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(guò) 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(diǎn)坐標(biāo)(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(xì)線(xiàn)和虛線(xiàn))的麥克馬斯特和 (粗線(xiàn)) 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(gè)零件上微小的節(jié)約，也能累計(jì)成可觀(guān)的價(jià)值。本文介紹了一種新的創(chuàng)建零件間嵌套的最佳排樣計(jì)算方法。這種計(jì)算方法利用了麥克馬斯特和計(jì)算出成對(duì)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(jì)時(shí)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(dú)排樣成對(duì)生產(chǎn)，零件B單獨(dú)排樣成對(duì)生產(chǎn) 以及A和B成對(duì)一起生產(chǎn)。設(shè)計(jì)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(jì)算方法的應(yīng)用還可以拓展，其中一個(gè)顯而易見(jiàn)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(duì)于零件A的位置。另一個(gè)拓展是可以更深入的學(xué)習(xí)函數(shù)的運(yùn)用。 9