【正文】 參考文獻[1] ，2002[2] ，2001[3] :華中理工大學出版社，1989[4] 張云霞，[5] ，1997[6] [7] ，2000[8] 趙恒義，周天西，[9] :中國機械工廠學會，1987[10] [11] [12] [13] 、:上海社會科學院出版社，2001[14] 。牛老師的一絲不茍作風是我學習的榜樣；他循循善誘的的教導思路給予我無盡的啟迪。 牛老師告訴我考慮問題要從多方面考慮，每次同他討論一些問題都讓我受益匪淺。不過，經(jīng)過本次論文的訓練，對提高我的學術水平感覺很有裨益，收獲很大，當然該課題遠遠還沒有結束，就我看來只是一個很好的開始，如果有條件和時間，我個人認為應該多借鑒專家的經(jīng)驗、多現(xiàn)場接觸各種典型制件和對應模具，在完善編碼規(guī)則的時候應該多借鑒其它編碼系統(tǒng)中有借鑒價值的規(guī)則，同時還應該多結合最新的研究成果，爭取能實現(xiàn)編碼完全自動化，只有這樣才能具有強大的生命力，有利于推廣，適合科技發(fā)展的潮流!致謝 在整個設計的過程中牛海山老師給了我很大的幫助和支持。 本文也比較全面闡述了運用成組技術的思想對擠壓鑄造制件和對應模具的編碼規(guī)則，同時用軟件實現(xiàn)了編碼程序化、系統(tǒng)化，為后續(xù)的模具CAD/CAM做了很有價值的前期鋪墊工作。 成組技術思想出現(xiàn)了半個多世紀，在中國出現(xiàn)了幾十年，特別是近幾年發(fā)展比較快。截至目前為止，沖壓、鑄、鍛類專業(yè)零件編碼法尚缺，在擠壓鑄造中更基本是空白。目前已形成商品的模具標準件有沖模模架、推桿、推管等頂出元件、熱流道系統(tǒng)及元件、模板、模塊等。盡管我國進入80年代以后就開始組織制訂模具國家標準，于1983年成立了全國模具標準化委員會，并與150有關的委員會建立了聯(lián)系，積極采用國際標準和國外先進標準，至今共制、修訂國家標準、行業(yè)標準60多項，近500多個標號，其中巧項是國家標準。計算機輔助編碼的大致過程設想如圖7一1所示。所以如果能把聚類和遺傳算法及模糊數(shù)學的知識結合起來應用在編碼中，將可以出現(xiàn)模糊評判，自學習等等比較智能化的編碼系統(tǒng)。GA搜索結合達爾文適者生存和隨機信息交換，前者消除了解中不適應因素，后者利用了原有解中已有的知識，從而有力地加快了搜索過程。遺傳算法在成組技術中的應用是一個比較新的領域和思路。它們一般都是以制件相似矩陣為基礎，從而形成制件簇。動態(tài)聚類法比較典型的有K短劃平均算法、ISODATA算法和模擬退火算法。如果這些類很好區(qū)別，則干擾前和干擾后聚類應是一致的。如果來自幾種方法的結果大體一致，則在很大程度上說明聚類確實反映事物的本質。所以，聚類的最后結果應仔細考慮，看它是否符合實際。這意味著聚類方法對局外干擾或“噪聲”是敏感的。在系統(tǒng)聚類法中，任何兩個樣本之間的距離(或相似系數(shù))都必須計算，在計算機計算過程當中都必須轉換成距離(或相似數(shù))矩陣，當規(guī)模比較大的時候，花費內存的開銷是最大的。系統(tǒng)聚類法以樣本為結點，根據(jù)樣本之間的相似性確定相應的樹狀圖，選擇相似性最大的兩個樣本歸為一新類，計算新類和其它樣本的距離，選擇距離最小的兩個樣本或新類歸為一個新類，每次合并縮小一個類，直到達到接納水平(閥值)為止。其中聚類方法比較典型的有兩種:系統(tǒng)聚類法和動態(tài)聚類法。聚類分析是根據(jù)不同對象之間的差異性(距離)或相似性(相似系數(shù))，將相似的歸為一類，不同的歸為另一類。怎么樣把這些運用到成組工藝，特別是模具設計和制造中呢?時下許多學者正在進行著廣深入研究，也得出了一些比較有應用價值的混合算法或者說是比較有實用價值的結論。因此下一階段的任務就是對起分類方法的進一步優(yōu)化，充分采納數(shù)學方面的最新研究成果。盡管用視檢法分組速度快，效果好，輔以編碼分類法與之相結合，便于在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，新制件的自動分組，這兩種方法結合使用，可加速CAD/CAM技術開發(fā)進度，分組效果好，又能在實現(xiàn)計算機輔助自動分組等方面取得滿意的效果。反過來說，成組技術同樣能提高制件生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)制件信息的簡化、標準話和要素化。面對日新月異的科技進步，在機械行業(yè)，特別是模具行業(yè)不得不為了提高效率而采用成組技術的思想去指導設計和生產(chǎn)。另外，由于制件相似性太強，所以分類時加入模糊度考慮，也許效果將會更好。 本編碼系統(tǒng)能為后續(xù)的模具CAD參數(shù)化設計和擠壓鑄造模具CAE研究的奠定堅實基礎，并可供其它類型的模具編碼借鑒。 同時，本文也得到如下幾點有用的結論: 用此研究的編碼系統(tǒng)對本室部分零件及相應模具進行編碼，取得了滿意的效果。、模具具體工作流程 為了明確說明本編碼系統(tǒng)的軟件工作過程，這里給出某制件的具體操作流程，該流程如圖64, 65所示。查詢結果可以顯示在報表中，并可以打印輸出。 用戶可以根據(jù)自己的實際情況隨意選擇查詢條件，系統(tǒng)就能查出滿足要求的制件或模具信息。界面顯示各碼位的具體信息，用戶必須根據(jù)自己的判斷做出選擇，才能得到正確的編碼。 (3)其它功能模塊本模塊提供打印、幫助等功能。系統(tǒng)由以下功能模塊組成: (1)編碼分類功能模塊本模塊完成制件編碼工作，建立分類模式，實現(xiàn)制件的分類歸組。對于新來模具，要求的操作流程大致相似，這里給出軟件設計構思流程圖，如圖62所示。具有良好的可移植性，運行速度比較快，界面友好，使用方便并附帶說明等特點。在經(jīng)過大量的分析研究之后，筆者也因此嘗試著為本實驗室開發(fā)了擠壓鑄造制件編碼系統(tǒng)(簡稱SMCSCLASS )。另外，它們既適合手工分類查詢，也適合計算機自動查詢。在制件編碼系統(tǒng)的主碼中二碼位(擠壓鑄造方式)和三碼位(工藝結構)分別對應模具編碼中的一碼位(擠壓鑄造方式)和二碼位(型腔結構特征)，具體關系如圖61所示。 只有在上述的擠壓鑄造制件編碼和擠壓鑄造模具編碼存在一定的關系前提下，本編碼才有實際意義，制件編碼是為模具編碼做前期鋪墊工作的。 表56同向式模具分類編碼圖解 第6章制件與模具編碼的聯(lián)系及編碼程序化 本文前述的擠壓鑄造制件編碼和擠壓鑄造模具編碼存在一定的關聯(lián)，前者是為后者做前期鋪墊工作的。定位機構是導柱一導套式，無抽芯機構，制件在型腔中是立著的，謂之立式。開合模機構是滑板鎖鉤式。表55汽車制動主缸模具分類編碼圖解圖527模具結構圖 圖527所示的是在普通液壓機上進行同向式間接擠壓鑄造的模具結構圖。取出制件，噴刷涂料后便可進行下個工作循環(huán)。表54起重電機模具分類編碼圖解圖526汽車制動主缸和對應模具圖 模具結構如圖526所示，其動作原理是，將合金液澆入到壓室中，壓頭推動合金液向上運動，使合金液注入型腔，繼續(xù)推動壓頭對液態(tài)金屬施加壓力(保壓)，直至完成凝固。經(jīng)過充分保壓后，油壓機帶動上模座向上運動，由于擠壓件冷卻收縮產(chǎn)生包緊力，使得制件和型芯一起向上運動，當運動到一定位置后通過推料桿使制件脫離型芯，從而完成脫模。運用本編碼系統(tǒng)編碼后結果如表53所示。經(jīng)過充分保壓后，油壓機帶動上模座向上運動，從而實現(xiàn)側抽芯，由于擠壓件冷卻收縮產(chǎn)生包緊力，使得制件和型芯一起向上運動，當運動到一定位置后通過推料桿使制件脫離型芯，從而完成脫模。圖524鋁輪毅擠壓鑄造模具圖 對上面的倉儲車鋁輪毅對應模具運用本編碼系統(tǒng)編碼后結果如表52所示(未考慮預熱一冷卻系統(tǒng))。采用電阻方法預熱模具，使用方便，加熱均勻，清潔，操作安全，但成本稍高并消耗電能。內熱方式是電阻加熱，它通常有兩種方式，一種是將電阻絲制成加熱元件，鑲嵌入模具內。預熱方法很多，在生產(chǎn)中常采用的外熱方式是用可燃氣體預熱。內冷式冷卻效果高，模具溫度分布均勻，易控制，但模具結構較復雜。外冷式冷卻效果差，模具溫度不均勻，容易引起熱疲勞裂紋，只用于批量不大或小芯的擠壓鑄造件的生產(chǎn)中。 顯然模具冷卻分為外冷式和內冷式兩種。保證擠壓鑄造模在工作過程中溫度恒定，是擠壓鑄造模設計中需要解決的問題之一。 擠壓鑄造模的工作溫度對擠壓鑄造件的質量和模具的壽命均有很重大的影響。目前應用最為廣泛的是立式，其余兩種如果不是有特殊要求一般應用不算普遍。 制件擺放方式是指制件在模具中的擺放方式。圖522液壓抽芯式圖523斜銷抽芯式 碼位為2的表示斜銷抽芯式，如圖523所示。 (4)液壓抽芯機構為標準件，其液壓系統(tǒng)的壓力可直接利用擠壓機的液體壓力也可單獨設置。 (2)能從任何方向抽拔型芯。碼位為0的表示無抽芯機構 碼位為1的表示液壓抽芯式。在擠壓鑄造中主要采用壓抽芯機構。用這種導向機構再配以浮動式模柄，可以避免液壓機精度不足對擠壓鑄造件形狀精度的影響，如圖521所示。這主要用在簡單模具結構和較復雜模具但無較高合模精度要求的情況。本系統(tǒng)為了簡化編碼過程，所以其余不常用的定位機構沒有采納。圖520模座一壓柱一模板式 圖521大型擠壓鑄造模具(又名定位機構) 使動、定模對準，凸、凹模間的間隙均勻的，諸如導柱、導套、導正銷等由導向零件組成的機構被稱為導向機構。 碼值為3表示的是模座一壓柱式，其特點是適用于垂直高度方向上尺寸小的制件的對向式簡捷擠壓鑄造，且比較容易安裝拉桿式打料機構，如圖519所示。圖516模座一模板式 圖517模板一模柄式圖518模座一模柄一模板式 圖519模座一壓柱式 碼值為1表示的是模板一模柄式，其適用范圍與碼值0的連接機構相同，只是這種機構便于安裝拉桿式打料機構，如圖517所示。主要適用于間接式擠壓鑄造。連接機構用第五碼位描述，連接機構可以分為五個不同連接方式，即模座一模板式、模座一模柄一模板式、模板一模柄式、模座一壓柱式、模座一壓柱一模板式。(6) 應避免頂桿既起頂桿又起復位桿的作用。端部表面應淬火，硬度不低于HRC40。 (3)卸料機構各活動件應與卸料孔，或型芯孔同心，卸料過程中不應有卡滯現(xiàn)象。 （1）頂出力的作用點應盡可能設計在擠壓鑄造件的厚大部位，以能承受頂出力的作用，不變形，不破裂。這里還需說明卸料機構設計的原則:頂出力的分布要均勻，并且其作用點應盡量靠近型芯，頂出力的承受面應盡可能大，以免擠壓鑄造件因受力過大，而發(fā)生變形或破壞。如圖515中的電機定子殼擠壓鑄造模具就是一個實例。該機構只在雙動專用擠壓機上或活動模梁上鉆出卸料孔的普通液壓機上適用。合模時，螺母起調節(jié)頂桿的位置。拉桿上升到一定距離后，由于下模座的限制，打料板及頂料桿軍不再歲模柄向上運動。圖512卸料機構模具圖圖513拉桿打料式 圖514頂桿式 碼位為1表示的是拉桿打料式，圖513所示的是用拉桿卸料的原理圖。碼位為0表示的是下缸頂件式，一般用于靜壓擠壓模和反擠壓擠壓模中，較少用于間接式擠壓鑄造中，它常采用它從整體凹模中頂出擠壓鑄造件。類似的還有壓頭零件，既起將金屬液壓入型腔的作用又起將擠壓鑄造件和余料頂出下模塊和壓套的作用。該模具的模腔由上、下模塊、上模壓板、下模壓板、壓頭、壓套、分流錐、固定板和推料桿組成。所以型腔結構變化很大，故為了簡化編碼，我們只是把它區(qū)分為兩類:基本結構和特殊結構。 這里我們對模具的型腔分類有別于其它分類編碼，我們僅僅只是把它分為基本結構和特殊結構。其具體結構如圖510所示。這里僅僅列舉不多見的四向垂直開模的方式。圖59對向式間接擠壓鑄造模具圖5. 開模方式是根據(jù)對脫模有影響的結構進行分類的。圖58同向式間接擠壓鑄造模具圖圖59是在萬能擠壓機上進行對向式間接擠壓的另一模具結構簡圖。其凹模是水平可分式，開模機構是直接開模式，它是利用萬能擠壓機的輔助缸進行開合模，利用主缸進行擠壓工作。13一下模座。11一定位銷。9一不動凹模。7一頂桿。5一活動模座。2一鎖緊塊:3一活動凹模。擠壓結束后，利用頂桿7將擠壓鑄造件從活動凹模3中頂出。其凹模是垂直可分式，開模機構是液壓導板式，靠側缸通過推桿和活動模來實現(xiàn)。下面就這兩種方式分別舉例。 間接式擠壓鑄造一般用于形狀復雜、壁厚較均勻的制件。5. 3系統(tǒng)橫向環(huán)節(jié)各個碼位的含義及功能 本編碼系統(tǒng)的橫向環(huán)節(jié)包括九個部分，即擠壓鑄造方式、開模方式、型腔特征、卸料機構、連接機構、導向機構、抽芯機構、制件擺放方式和預熱一冷卻機構。由于系統(tǒng)的橫向分類環(huán)節(jié)數(shù)M為9，每個橫向環(huán)節(jié)所包含的縱向環(huán)節(jié)數(shù)N為5,所以由鏈式結構計算公式可以知道系統(tǒng)的縱向分類環(huán)節(jié)總數(shù)。該結構中橫向分類環(huán)節(jié)總數(shù)為9，系統(tǒng)每一橫向分類環(huán)節(jié)所轄縱向分類環(huán)節(jié)樹為5，結構如圖5一5所示。上表中的分類是在參考大量文獻、經(jīng)過多次實驗運用后反復修改的結果，其分類方法是令人滿意的。如果我們人為的去強制性的變?yōu)?0進制，則會出現(xiàn)“畫蛇添足”的后果。 由表5一1中可以看出，擠壓鑄造模具編碼系統(tǒng)是一個橫向環(huán)節(jié)為9，縱向環(huán)節(jié)為5的編碼系統(tǒng)。據(jù)此，筆者提出一種分類編碼系統(tǒng)，它考慮以下九個方面:擠壓鑄造方式、開模方式、型腔特征、卸料機構、連接機構、導向機構、抽芯機構、制件擺放方式和預熱一冷卻機構(用于溫度調節(jié)系統(tǒng))。為了和制件的分類編碼系統(tǒng)相聯(lián)系，以形成一種有機的整體，在模具編碼系統(tǒng)的編碼中將包括擠壓鑄造方式和工藝結構。而通常模具結構中最為復雜的結構是由以下幾個部分組成:連接機構、導向機構、抽芯機構、卸料機構和模腔，具體結構如圖54所示。應該注意的事，推料桿起著抽芯和卸料兩重作用。采用拉桿式打料機構，通過推料桿實現(xiàn)抽芯和脫模。其特點是澆道在擠壓鑄造制件內部，適于鑄造較大的中間空心的制件。具體結構系統(tǒng)圖如圖5一2和圖5—3。上凸模通過模柄與壓力機相連，下凹模通過模板、模座與壓力機相連，所以連接機構是采用模座一模柄一模板這種比較復