焊片模具设计毕业设计.doc

《焊片模具设计毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊片模具设计毕业设计.doc（45页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1.2 零件分析如图所示的制件为大批量生产，材料为黄铜带H68，材料厚度为0.5mm。图1-1 工件图Fig.1-1 Work plans1.3 零件工艺性分析（1）材料分析材料名称:H68普通黄铜 有极为良好的塑性(是黄铜中最佳者)和较高的强度,可切削加工性能好，易焊接，对一般腐蚀非常安定,但易产生腐蚀开裂。为普通黄铜中应用最为广泛的一个品种。抗拉强度 (MPa)：392MPa 伸长率 10 ()：13 硬度 ：105175HV屈服强度：245MPa弹性模量：113x1000MPa结构分析：零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件两端有异形孔，孔的最小尺寸为1mm，满足冲裁最小孔径

2、的要求。另外，经计算异形孔距零件外形之间的最小孔边距为2.5mm，满足冲裁件最小孔边距的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。可查得此材料所允许的最小弯半径，而零件弯曲半径，故不会弯裂。另外零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔后弯曲。在进行直角弯曲时，若弯曲的直边高度过短，弯曲过程中不能产生足够的弯矩，将无法保证弯曲件的直边平直。所以必须使弯曲件的直边高度H2t，最好H3t1.5mm,制件的直边高度达到了7.5mm，异型孔距离也满足要求。（2）精度分析：零件上有4个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属IT13，所

3、以普通冲压可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸按IT14精度等级查补。2 冲裁工艺方案的确定2.1 冲压工艺方案的确定冲压工艺性是指冲裁件在形状结构上对冲压的适应性在满足冲裁件使用的前提下，应对结构工艺性不好的冲裁件提出修改意见。（1）冲裁件的形状应力要求简单、对称，有利于材料的合理利用。（2）冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，用圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。（3）为避免制件变形和保证模具强度，孔间距和孔边距不能过小。（4）尽量避免冲裁件上过窄凸出悬臂和凹槽，否则会降低模具寿命和冲裁件质量。（5）在弯曲或拉深件上冲孔是，孔边与直壁之间应保

4、持一定距离，以免凸模受水平推力而折断。（6）冲孔时，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断。由零件图和冲压工艺性分析可知，该零件的基本工序为落料、拉深-冲孔-翻孔、冲孔、切边、弯曲六道工序。可采用以下两种方案：方案一：落料、拉深、切边、冲孔、翻孔、弯曲六道工序分别采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合模，拉深-冲孔-翻孔采用复合模生产，然后切边、弯曲分别采用单工序模生产。方案三：翻孔-冲孔-切口-弯曲-落料级进模生产。 方案比较：方案一：需要多个模具进行加工，生产率较低，加工成本高。不适合多工序工件生产。且工件小，加工繁琐。方案二：方案二采用复合模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。

5、尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。但由于经计算先落料-冲孔后拉深-冲孔-翻孔会使壁薄，不保证冲压件质量，不予才去。方案三：只采用一套模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差（该工件要求精度不高）。综合比较上述的三种方案，方案三为本零件的最佳加工方案。2.2 模具整体结构的确定工艺分析之后，要确定零件的冲压工艺方案，就要选择冲裁模具的类型及总体结构形式。因此，首先要了解冲裁模具的结构组成与功能。（1）冲裁模的分类按工序性质分：落料模、冲孔模、切断模、切边模等。按工序组合程度分：单工序模、级进模、复合模等。按导向方式分：开式模、导板模、导柱模等。按

6、专业化程度分：通用模、专用模、自动模、组合模、简易模等。（2）冲裁模的组成任何一副冲裁模都是由上模和下模两部分组成。上模一般通过模柄固定在压力机的滑块上，并随滑块作上、下往复运动；下模同坐下模座固定在压力机的工作台或垫板上。由冲压件工艺性分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。a.确定模架类型及导向方式采用对角导柱模架，这种模架的导柱在模具对角位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。导柱导向可以提高模具寿命和工作质量，方便安装调整。b.定位方式的选择该冲件采用的坯料是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置；控制条料的送进步距采用侧刃粗定距；用导正销精定位保证内外形相对位置

7、精度。c.卸料、出件方式的选择因为该工件料厚0.5mm，尺寸较小，所以卸料力也较小，拟选择弹性卸料、上出件方式。3 各工序尺寸和力的设计与计算3.1 排样设计与计算在批量生产中，材料费用约占冲压零件成本的60%以上，因此材料的经济利用具有重要意义。合理的排样可以提高材料的利用率，降低零件成本。衡量排样经济利用具有重要意义。合理的排样可以提高材料的利用率，降低零件成本。衡量排样经济性的指标是材料利用率。一个步距内的材料利用率可用下式计算： (3.1-1) 式中：材料利用率；F一个步距内冲裁件的实际面积,；F0一个步距内所用材料面积，包括冲裁件面积与废料面积,；A步距（相邻两个制件对应点之间的距离

8、）,；B条料宽度，；排样原则：提高材料利用率排样方法应使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。使模具结构简单，寿命高。保证制件质量。对于弯曲件的落料，在排样时还应考虑板料的纤维方向。根据材料利用程度，排样方法分为有废料、少废料、无废料3种。根据制件在条料上的布置形式，分为直排、斜排、对排、混合排、多排等形式。(1) 有废料排样法有废料排样留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。有废料排样法常用语制件形状复杂，尺寸精度要求较高的零件。(2) 少废料排样法少废料排样的材料利用率有所提高。少废料排样法常用于某些尺寸要求不太高的零件。(3) 无废料排样法无废料排样就是无工艺搭边的排样

9、，制件有切断供需获得。这种排样方法，材料利用率最高，用于尺寸要求不高的零件，它对制件形状结构要求严格。采用少、无废料排样时，材料利用率高，模具结构简单，降低了冲裁力。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，冲裁件公差等级较低。同时，因模具单边受力，会加剧模具的磨损，降低模具寿命。分析工件的结构性质，选择有废料直排形式。零件展开图如图所示图3-1 零件展开图 Fig.3-1 parts the spreading 查冲压工艺与模具设计表2-7，搭边值取由经验算法求弯曲件的展开尺寸 （3.1-2）式中：坯料展开总长度，（mm）；中性层曲率半径，(mm)；弯曲中心角，()；X中性

10、层位移系数，见冲压工艺与模具设计表3-8；算得： 即为工件展开尺寸条料宽度步距 计算求得冲裁件面积材料利用率：一个步距的材料利用率排样图如图所示：图3-2 排样图Fig.3-2 layout plan3.2 计算冲压力冲压力是选择冲压设备的重要依据，也是设计模具所必须的数据。在冲压过程中，冲压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。该模具采用级进模，拟选择弹性卸料，上出件结构。冲压力：冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模切入材料的深度而变化的。冲裁力求得冲裁件周长L为 (3.2-1) 式中：L冲裁周边总长，mm； t材料厚度，mm； 材料抗拉强度，MPa。图3-3

11、冲裁力周长计算Fig.3-3 Cutting force perimeter calculation 卸料力板料经冲裁后，从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力。 （3.2-2）式中：卸料力系数查冲压工艺与模具设计表2-18取，推件力板料从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推件力。 （3.2-3）式中：推件力系数n积聚在凹模内的制件或废料数量（）；h为直壁刃口部分的高，mm；t为材料的厚度，mm。顶件力板料从凹模内向上顶出制件所需的力，称为顶件力。 （3.2-4）式中：顶件力系数弯曲力，U型件弯曲力的经验公式 （3.2-5）式中：自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力，N；B弯曲件的宽度，mm；r

12、弯曲件的内弯曲半径，mm；t弯曲件的材料厚度，mm；材料的抗拉强度，MPa；K安全系数，一般取K=1.3；翻孔力， （3.2-6）式中：材料屈服强度，MPa；t材料厚度，mm。冲压工艺总力：为保证冲裁力足够，一般冲裁、弯曲时压力机的吨位应比计算得冲压力大30%左右，拉深时压力机的吨位应比计算出的拉深力大60%100%。故 根据计算结果，拟选用标称压力为160KN的压力机。3.3 计算模具压力中心计算压力中心时，先运用CAXA画出凸模刃口图，如图所示。在图中将xOy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成17，共7组图形，图中尺寸直接标注得到用解析法切得该模具的压力中心O点的

13、坐标（17.53，0.82）。（模具压力中心相关计算详见表）图3-4 压力中心计算Fig.3-4 Pressure center calculation 表3-1压力中心数据表Tab.3-1 Pressure center data tables基本图形长度L/mm各基本要素压力中心xy0013.6027.2034040.8039.91343.313.93.4 计算凸凹模工作部分尺寸并确定其制造公差采用分开加工法计算凸凹模刃口尺寸及公差。适宜采用线切割机床加工凸模、凹模、凸模固定板及卸料板。查表2-19，冲压模具出事双面间隙推荐值，。工作零件刃口尺寸计算如下冲孔尺寸3mm，尺寸转换为尺寸1mm

14、，尺寸转换为切口尺寸3.5mm，尺寸转换为尺寸22.74mm，尺寸转换为尺寸23.74mm，尺寸转换为尺寸9mm，尺寸转换为落料尺寸5mm，尺寸转换为尺寸3.5mm，尺寸转换为尺寸6mm，尺寸转换为校核，即，不满足间隙公差条件，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取弯曲参考教材145页，由于弯曲件的相对半径，且不小于（查表3-5），则凸模的圆角半径取弯曲件的圆角半径。在生产中，凹模圆角半径通常根据材料厚度选取，工件材料厚度，取查教材表3-15，得凸凹模间隙：弯曲U形件时，应当合理确定凸、凹模间隙值。间隙过小会使弯曲件直边料厚减薄或出现划痕，同时还会降低凹模寿命，增大弯曲力；

15、间隙过大，则回弹增大，从而降低了弯曲件的精度。在生产中，U形件的弯曲模的凸、凹模单边间隙一般按公式（有色金属）确定：。U形件弯曲凸凹模横向尺寸及公差：弯曲件为双向对称偏差凸模尺寸：凹模尺寸：翻孔根据求,求得设加工的凸、凹模尺寸分别采用IT6与IT7级则凸模尺寸为，凹模尺寸为整理出冲孔、切口、落料各凸凹模刃口尺寸如下表表3-2 工作零件刃口尺寸数据Tab.3-2 Working parts of the blade size data 冲孔3mm凸模：凹模：1mm凸模：凹模：切口3.5mm凸模：凹模：22.74mm凸模：凹模：23.74mm凸模：凹模：9mm凸模：凹模：落料5mm凸模：凹模：3.

16、5mm凸模：凹模：6mm凸模：弯曲凸模尺寸：凹模尺寸：翻孔凸模尺寸为凹模尺寸为图3-5 冲孔凸模 翻孔凸模 弯曲凹模Fig.3-5 piercing punch burring punch Bending concave die 图3-6 分别是落料凸模、切口凸模Fig.3-6 Blanking the punch Incision of the punch 图3-7 分别是弯曲凸模、切口凹模Fig.3-7 Bending punch Incision concave die 3.5 卸料弹簧的设计选用弹簧个数为4个，则每个弹簧的预压力为粗选弹簧规格，按查标准GB2089-80，粗选弹簧规格为

17、计算所选弹簧预压量校核所选弹簧是否合格，卸料板工作行程取凹模刃口磨量，则弹簧工作时的总压缩量为因为，因此所选弹簧合格所选弹簧的主要参数为表3-3 弹簧主要参数Tab.3-3 Spring main parameters 弹簧的标记为： GB2089-1980。弹簧的安装高度为：。3.6 工作零件的结构设计凹模取标准后凹模尺寸，长宽高=1408020mm导料板查表2-15，获取导料板厚度（插值法）卸料板该模具选用T型卸料板，凸台高度卸料板厚度垫板厚度4mm，垫板140mm80mm4mm凸模固定板：140mm80mm118mm各凸模长度：结合工件外形并考虑加工，采用线切割机床加工，凸模总长L可参考

18、公式（弹压卸料装置） （3.6-1）式中：L凸模长度，mm；凸模固定板厚度，mm；卸料板厚度，mm；t材料厚度，mm；h附加长度，mm，包括凸模的修磨量、凸模进入凹模的深度0.51mm、凸模固定板与卸料板之间的安全距离等。并考虑橡胶安装高度进行计算：冲孔凸模 切口凸模 翻孔凸模 落料凸模 弯曲凸模，3.7 定位零件的设计导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，导料板与条料之间的间隙取0.5mm（查表2-10），这样就可确定导料板的宽度；导料板的厚度按表2-15选择。导料板材料为45钢，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。图3-8 导料板Fig.3-8 stock

19、guide导正销的设计：用工件上直径3.5mm的翻孔作为导正孔，导正销结构如图所示，导正应在卸料板压紧板料之前完成，考虑料厚0.5mm和装配后卸料板下平面超出凹模断面7mm，所以导正销高出凹模端面直线部分长度为7.5mm。图3-9 导正销Fig.3-9 pilot pin3.8 卸料零件的设计（1）卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，选用T形卸料板，凸台高度 （3.8-1）式中 H导尺厚度（mm）；t材料厚度（mm）； K系数，薄料取0.3，厚料（t1mm）取0.1。厚度查实用模具设计与制造手册89页表2-95卸料板厚度得12mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HRC，

20、采用线切割机床加工。图3-10 卸料板Fig.3-10 stripper plate（2）卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为8mm，螺纹部分为。卸料螺钉尾部留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面0.5mm，有误差是可以在螺钉与卸料板制件安装垫片来调整。卸料螺钉选用的计算过程：，使用垫板时=垫板厚度，求得查阅实用模具设计与制造手册89页表2-117卸料螺钉孔的尺寸，选用型号M6，。图3-11 卸料螺钉Fig.3-11 stripper bolt3.9 模架及其他零部件设计以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。（查模具设计与制造简明手册231页）得到上模座厚度30

21、mm，下模座厚度35mm，闭合高度140170mm。该模具闭合高度： （3.9-1）=30+4+83.5+20+5-11.15=161.35mm，取=162mm式中：L凹模长度，mm；H凹模厚度，mm； 凸模冲裁后进入凹模的深度。4 选择压力机型号选择开式可倾双柱压力机JC23-16，能满足使用要求，其参数如下表所示表5-1 压力机参数Tab.5-1 Press parameters公称力（KN）160公称力行程（mm）2滑块行程（mm）70行程次数（min）125最大装模高度（mm）170装模高度调节量（mm）40滑块中心至机身距离（mm）170工作台尺寸，前后左右（mm）320480工作台

22、孔尺寸，直径前后左右（mm）工作台板厚度（mm）60滑块底面尺寸，前后左右（mm）180200模柄孔尺寸，直径深度（mm）机身最大可倾角度（）35立柱间的间距（mm）220电动机型号Y100L-6功率1.5KW外形尺寸，长宽高（mm）115090019105 模具经济性分析模具的经济性涉及到成本的高低供应是否充分，加工过程是否复杂、成品率的高低以及同一产品中使用金属或钢材型号的多少等。在我国当前情况下，考虑以铁代钢和以铸代锻还是符合经济性要求的，故选择一般碳钢和铸铁能满足要求的，就不要选用合金钢。对一些只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种，然后进行表面强化处理来达到。另外，在考虑材料经济性时

23、，切记不宜单纯以单价来比较材料的好坏，而应以综合效益来评价材料的经济性高低。冷冲压的优点很多，冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种基本方法。冷冲压有许多优点，技术上a.在材料消耗不大的情况的前提下，制造出的零件重量轻、刚度好、精度高。由于在冲压过程中材料的表面不受破坏，使得制件的表面质量较好，外观光滑美观。并且经过塑性变形后，金属内部的组织得到改善，机械强度有所提高。b.在压力机的简单冲击作用下，一次工序即可完成由其他加工方法所不能或难以制造完成的较复杂形状零件的加工。c.制件的精度较高，且能保证零件尺寸的均一性和互换性。不需进一步的机械加工即可满足一般的装配和使用要求。同样，在经济上更有其它

24、加工方式不能比拟的优势：a.原材料是冶金厂大量生产的廉价的轧制板材或带材。b.采用适当的冲压工艺后，可大量节约金属材料，可以实现少切屑和无切屑的加工方法。材料利用率一般可达75%-85%，因而制件成本相应的比较低。c.节约能源。冲压时可不需加热，也不像切削加工那样将金属切成碎屑而需要消耗很大的能量。d.生产率高。每一分钟一台冲压设备可以生产零件从几件到几十件。目前的高速冲床生产率则没分钟高达数百件甚至一千件以上。此套模具材料多采用碳钢和铸铁，碳钢和碳钢为工业广泛应用材料，性能优秀且成本不高，因此此套模具有很好的经济性。适用于大批量生产，效率高，可满足工艺性。6 结论本文设计了一套包含翻孔、冲孔

25、、切口、弯曲、落料工序的级进模，经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用翻孔、冲孔、切口、弯曲、落料工序，通过冲裁力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。工作过程：图4-1装配图Fig.4-1 assembly drawing1-模柄；2、15、22-圆柱销；3-上模座；4-切口凸模；5-冲孔凸模；6-导正销；7-翻孔凸模8-凸模固定板；9-弹簧；10-导套；11-卸料板；12-导柱；13、20、27-内六角头螺钉14-凹模板16-下模座；17-橡胶；18-双头螺柱；19

26、-顶杆；20-弯曲凸模；23-导料板；24-切口凹模；25卸料螺钉；26-垫板如图所示为本设计装配图，条料采用矩形侧刃粗定位，条料自右向左送入模具。该模具工作过程为：在压力机的作用下上模下行，条料经过级进模内5个工序分别完成翻孔、冲孔、切口、弯曲、落料。在第2道工序冲孔同时采用导正销导正。每道工序完成时进行下一道工序前，开模同时，弹顶装置顶杆将凹模中条料顶出。最后一道落料工序直接将工件从条料切断。致 谢首先感谢母校，是她给我一个难得的学习机会，让我在即将毕业之际学到了很多知识，经过这几个月的紧张的毕业设计，使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。我的毕业设计主要在马修泉老师指导下,让我对所学

27、的知识进行系统性的复习,并根据设计要求查阅有关资料。在设计过程中受到马老师无微不至的关心与耐心指导，使我的毕业设计得以顺利的进展。在马老师帮助下我解决了很多以前解决不了的问题,在此我向您表示衷心的感谢！同时也要感谢各位老师和同学，是你们让我的学习和生活充满乐趣，感谢你们！谢谢!作为一名即将完成学业，离开学校生活的我，我要感谢母校，是她给我创造了一个学习的机会，创造了美好的学习生活环境，让我在这里学到了很多知识；感谢各位老师，是他们传授给我的知识；感谢各位同学和朋友，是他们让我的学习和生活充满乐趣，感谢你们！经过这次设计，提高了我很多的能力，比如实验水平、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风

28、等。在这期间凝结了很多人的心血，在此表示衷心的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 在设计期间马老师帮助我收集文献资料，理清设计思路，指导实验方法，提出有效的改进方案。导师渊博的知识、严谨的教风、诲人不倦的态度和学术上精益求精的精神使我受益终生。由于本人的基础知识和设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教，让我避免在未来的学习、工作中犯同样的错误，本人将万分感谢。参考文献1 张华.冲压工艺与模具设计M.北京：清华大学出版社,2009.82 王树勋.模具实用技术设计综合手册M.广州：华南理工大学出版社,1997.93 许发樾.实用模具设计与制造M.北京：机械工业出版

29、社，2001.24 中国模具设计大典M.江西科学技术出版社,2003 5 杨占尧.机械图学M.沈阳：东北大学出版社，2003.96 韩正铜.机械精度设计与检测M.江苏：中国矿业大学出版社,2009.17 黄义俊.模具专业英语M.北京：清华大学出版社，2007.18 邱永成. 多工位级进模设计M . 北京:国防工业出版社,1987.9 田嘉生. 冲模设计基础M . 北京:航空工业出版社,1994.10 许树勤，王文平.模具设计与制造M.第1版.北京:北京大学出版社,2005.11 王孝培. 冲压手册K . 北京:机械工业出版社,1998.12ASTME.Die Design Handbook.M

30、cGRAW-HILL Book Co,195513 John A.Waller.Press Tools and Presswork,1978.附录A冲压中多工件的最佳排样摘要：在冲压生产中，生产成本受材料利用率影响最大，材料支出占整个生产成本的75%。本文将介绍一种新的计算方法用于实现双工件在冲压排样设计中的最佳规划方法，以便提高材料利用率。这种计算方法可以预示在带料中结构废料的位置及形状，以及工艺废料的位置和最佳宽度。例如将两个相同的工件中的其中一个旋转180,或是将两个不同的工件嵌套在一起。这种计算方法适合与冲模设计CAE系统结合使用。关键字：冲压，模具设计，最佳化，材料利用率，明可夫斯基

31、和，设计工具 绪论在冲压生产中，能够快速生产不同复杂程度的薄片金属零件，特别是在大产量的情况下，能够高强度生产。生产过程效率高，其中材料成本占据整个冲压生产成本的75% 1。但材料不能被完全利用到零件上，因为零件不规则的外形必须被包含在带料内。冲压生产的排样设计直接决定废料的大小。很明显，使用最理想的排样设计对于提高公司的竞争力是至关重要的。前期工作曾经, 带料排样设计问题需要通过手工来解决。例如, 通过纸板模拟冲裁来获取一个好的排样方法。通过计算机介绍的设计过程所得出的步骤。也许首先要做出适合工件的矩形，然后将矩形顺序排放在带料上2。这种方法适合不相互重叠的矩形3、拉深多边形4, 5、已知相

32、互关联的外形6。这种原理的方法具有一定局限性，尽管如此，在这种具有局限性下的设计中所产生较多的工艺废料不能被避免，这些额外损失的材料导致了设计方案无法达到最佳化。增量旋转法是一种流行的排样设计方法6-10, 16。具体实现方法为，将零件旋转一定的角度，例如2，7，在设计中决定零件倾斜程度和带料宽度以及合适的材料利用率。在不断重复这些步骤以后工件旋转量达到180 (由于对称)，然后从中选出最佳排样方法。这种方法的缺点是，在一般情况下，最佳材料定位将降低旋转增量同时不能被找到。尽管差别很小，但在大批量生产中每个零件所浪费的材料会累计进而导致较多材料损失。梅塔-启发式优化方法适用于排样设计，包括模拟

33、退火11, 12和初步设计 13。当解决较复杂设计问题时 (也就是在2D平面上将较多不同零件嵌套在一起)，它不能保证最佳排样方法，但是可以根据获得的计算结果进而总结为一个较好的解决方法。开发出一种在设计过程15中确定单一零件在带料上的布局以及带料的宽度的确定14的精确的最佳的计算方法。这些计算方法基于建筑几何学中一个外形从另外一个上发展出来。相似的理论在这个学科中基于一个名叫无适合多边形，障碍空间和明可夫斯基和创建。从根本上来讲， 它仅是一种解决位置关系的方法，这样的外形有缺陷，但不会重叠。通过这种方法的应用 (本文中，特殊的译文是指明可夫斯基和)， 能够创建一种全球化的最佳的具有高效率的排样

34、布局的计算方法。对于排样设计中零件间布局的特殊问题则根据问题报告采用增加旋转计算方法 7, 16和模拟退火 11， 但是迄今为止并没有能够被实际应用的精确的计算方法。在下文中，将简要介绍明可夫斯基和，以及它在带料排样设计中的应用，和它在成对零件间嵌套问题的延伸的描述。 明可夫斯基和 零件的外形被近似嵌套在每个多边形的n 个顶点上，在CCW方向上有限连续。随着顶点数量的增加零件边上的弯曲刃口能够近似的得到任意想要达到的精确度。例如两个多边形，A 和 B， 明可夫斯基和详细说明了A和B上每一个顶点的总和。(1)表面上看, 令人联想到这种方法中的零件A成长于零件B，或是变化后的零件B (也就是零件B

35、旋转180) ，零件A周围和接着零件B周围参考点所连接而成的轨迹。例如，图1所示零件A。如果基于其中一个参考顶点 (0，0)，将旋转180后的零件A (也就是A)围绕着零件A，A上的参考点以粗线描述出图2中所示轮廓。 这个轮廓即是麦克马斯特和 。麦克马斯特和计算所用的方法能够被创建在计算出的几何图形中如17，18。 （图1） 示例零件A被嵌套（图2） 示例零件（虚线）在麦克马斯特和 (粗线)中。这个方法的意义在于如果A的参考顶点是在 的周界上，A和A将会相接触但不会产生重叠。两个零件将会尽可能的紧密贴合在一起，因而在设计时将一对零件其中的一个旋转180。 定义了一对零件间所有可行的位置关系。这

36、个性质的一个推论是如果单一零件的麦克马斯特和是合适的。那么该零件将被否定，也就是 。(麦克马斯特和推出的一个完整的说明15。)这些报告是根据带料上单一零件间的最佳嵌套计算方法得出。嵌套的成对零件太过复杂的情况时，不仅要作出零件的最佳定位和选定带料宽度还要设计成对零件间最佳的位置关系。为了解决这一问题，故提出一种重复运算方法：假设：零件A和B(B=A，A即将A旋转180)5. 在不干涉A的情况下选择B的位置关系麦克马斯特和 定义了可行的位置关系 (图2)。6. 在这个位置关系中加入A和B. 创建出新的组合零件外形C。7. 在带料上使用麦克马斯特 和套入组合零件C以及14或15给出的运算法则。8.

37、 重复步骤1-3直到排列出所有A和B可能的位置关系。在每个位置关系中找出最好的位置关系，如果这样，数字上最佳的位置关系即是最高的材料利用率。两相同零件间最佳设计方法上述方法的第一步是选择一个可行的B和A的位置关系。 上的一个平移矢量t定义了这个位置，如（图3）所示。当这个平移矢量t穿过 的轮廓时为最佳的方法。（图3） 上关系零件的平移节点，显示出平移矢量 t。最初，节点上不连续的数被放置在 中的每个边界上。每个平移节点描述了两个零件临时加入位置关系，然后组合零件带料宽度中的最佳位置上使用单件生产设计程序(例如在 14或15中)。在此例中, 由12条边组成，每条边包含10个节点，总共多达120个

38、平移节点。每个节点的位置是通过每条边 直线的插补创建，在麦克马斯特和上 即顶点I的坐标是( , )。定义一个位置参数 中s = 0和 中s = 1，每个平移节点的坐标创建方式如下:(2)(3)如果点m放置在每条边上， ， 位置参数的值 ,按如下公式创建：(4)利用图3所示120个节点计算出的结果如图4所示。在此图中，当每条边移动时 显示了如何利用截线改变每条边后平移矢量的线被打断。当一些边的截线上述单一的变化，其他截线的则显示了2到3个局部截线。 从中找最合适的位置，这就是需要许多节点的原因。（图4）零件 A 和A的最佳材料利用率根据 创建出的级数，当局部最大利用率被显示出时即可调用一个理论上

39、最佳的方法。在引出工作利用率之前不可用(无附加计算结果)，可以使用区间分半法 19。节点最初组成的间距能够显示出局部最大的点。三个相同间距的点放置在上述间距间 (也就是在 1/4, 1/2和3/4 的位置)，然后计算出每个点上的利用率。比较每个点上的利用率之值，能够根据反复降低所得间隔的一半得出结果。上述步骤直到得到想要的精度为止。 应用这种方法推导出最佳平移矢量点 (747.894，250.884)，如（图5）所示排样图材料利用率达92.02%。有趣的是，较好的设计看起来成对零件能够更加的贴近，以便提高材料利用率。（图5）单一零件A的最佳排样方法不同零件同一带料上的最佳排样方法生产中常遇到相

40、同材料和相同产量的各类零件，例如，需要装配在一起的左右两部分零件。将类似的零件组合在一起生产可以获得更高的效率，还能提高材料的利用率。这种运算法则的排样设计同样适合相同零件的排样设计。例如（图6）所示的零件B。决定平面位置关系的相应的麦克马斯特和 ，如（图7）所示。在此例中, 包含15条边，材料利用率的值如（图8）所示。重复一次，通过 的边精确显示出多种局部最大利用率。（图9）所示即为最佳排样平移矢量点坐标(901.214, 130.314)。材料利用率为85.32%。此例中带料宽度为1229.74、步距为1390.00。（图6）被嵌套的示例零件B的麦克马斯特和 (粗线)（图7）示例零件(细线

41、和虚线)（图8）示例零件A和B不同排样方法的材料利用率（图9）示例零件A和B的最佳排样方法结论在冲压工作中，材料成本占产品成本很大比重，所以即使每个零件上微小的节约，也能累计成可观的价值。本文介绍了一种新的创建零件间嵌套的最佳排样计算方法。这种计算方法利用了麦克马斯特和计算出成对零件间所有可行的位置关系，和选取零件最佳位置以及带料的宽度。做排样设计时应注意：所有的排列方式都应该被考虑。例如，本文中示例零件的排样方法应该考虑：零件A单独排样成对生产，零件B单独排样成对生产 以及A和B成对一起生产。设计者应该考虑原料成本，模具加工成本和操作成本以及冲出零件需要的工具尽量降低生产成本。这种计算方法的

42、应用还可以拓展，其中一个显而易见的拓展应用即是零件间旋转后的最佳位置关系，即改变零件B在带料上相对于零件A的位置。另一个拓展是可以更深入的学习函数的运用。附录BStamping Die Strip Optimization for Paired PartsAbstractIn stamping, operating cost are dominated by raw material costs, which can typically reach 75% of total costs in a stamping facility. In this paper, a new algorithm

43、 is described that determines stamping strip layouts for pairs of parts such that the layout optimizes material utilization efficiency. This algorithm predicts the jointly-optimal blank orientation on the strip, relative positions of the paired blanks and the optimum width for the strip. Examples are given for pairing the same parts together with one rotated 180, and for pairs of different parts nested together. This algorithm is ideally suited for incorporation into die design CAE systems.Keywords: Stamping, Die Design, Optimization, Material Utilization, Minkowski Sum, Desig