何俊成

（1.湖南瀟湘技師學院，湖南永州425000；2.湖南九嶷職業(yè)技術學院，湖南永州425000）

基于設計過程知識元的沖壓模具設計方法

何俊成1，2

（1.湖南瀟湘技師學院，湖南永州425000；2.湖南九嶷職業(yè)技術學院，湖南永州425000）

隨著科學技術的發(fā)展，沖壓模具設計趨向于智能化，這就需要以知識元為依據(jù)展開設計。文章通過介紹模具設計的知識內(nèi)容，分析了組件之間存在的管理關系，并在此基礎上設計了關聯(lián)矩陣，定義了設計過程知識元。根據(jù)知識元在設計過程中所起到的作用，重新匹配推理規(guī)則與關聯(lián)矩陣，實現(xiàn)動態(tài)決策設計的全過程。

知識元；沖壓模具；設計方法

沖壓模具在設計時需要考慮多個影響因素，如基準器件、沖擊壓力數(shù)值的核算、各器件之間的相互作用、入口內(nèi)部間隙的大小以及器件形狀尺寸數(shù)據(jù)等等，設計環(huán)節(jié)非常復雜。如果在設計過程中，需要具備大量的理論知識和豐富的經(jīng)驗用來借鑒，只有這樣才有可能從一定程度上減少沖壓模具設計的難度，提高設計質量。設計沖壓模具涉及到的知識領域廣泛，在設計時還需要依據(jù)專業(yè)理論知識和成功經(jīng)驗等多項內(nèi)容，如形體尺寸運算等式、與之相應的選型基準等。沖壓模具設計的工作人員不僅應嚴格遵循運作基準，還需要靈活變換設計程序。所以，怎樣科學合理的設計動態(tài)化程序非常重要。

1 沖壓模具設計知識分析

（1）沖壓模具設計知識內(nèi)容。在設計沖壓模具時，因為模具零件繁雜、結構類型較多，所以在統(tǒng)計分析模具零件和模具結構類型時需要擁有足夠的設計經(jīng)驗，歸納模具零件和模具結構的尺寸計算方式與規(guī)則。一般情況下，模具設計知識產(chǎn)生于經(jīng)驗總結與行業(yè)標準，具備多樣性、多源性等特點。從宏觀角度分析，沖壓模具是一個整體，其結構由多種知識構成。通過分析知識的作用，可以再把沖壓模具的結構設計知識分成模具結構選擇、模具結構圖形知識以及模具信息管理知識。其中，模具結構選擇知識需要遵循一定的規(guī)律，如模具內(nèi)部結構的位置、尺寸等；而模具結構圖形知識包含模具的參數(shù)、幾何信息以及公差系數(shù)等；模具信息管理知識需要利用一種或幾種模具的組合科學，合理的管理與模具相關的設計信息。此外，沖壓模具還可以被視為多個零件的組合，所以可以把零件設計知識分為零件選擇知識與零件圖形知識。沖壓模具的設計包含多種行業(yè)標準、公式和實踐經(jīng)驗等內(nèi)容，所以可以根據(jù)這些知識計算模具零件的尺寸和模具的壓力中心線等。

（2）技術領域的構建。沖壓模具設計體系知識形式復雜，涉及領域寬廣，通過知識歸納可以找出基本屬性和概念之間的關系，這是探索知識的一個關鍵點。目前，在建立知識體系中，最常見的方式有多倫多型虛擬式企業(yè)系統(tǒng)構建法、知識體系構建法等。以上兩種構建方法的共同點是：選擇知識構建體系所涉及的領域。知識體系的表達模式與知識體系的初衷中的理論概念應不斷細化，以防存在重疊概念。利用構建知識體系運用的范疇，界定知識體系構建所包括的專業(yè)術語的本質意思，然后選擇三元組合模式構建知識體系，進行表達。最后建立沖壓模具設計知識體系。

（3）沖壓模具設計規(guī)則表達。在沖壓模具設計中包括多種設計規(guī)則。這些規(guī)則具有較強的原則性，且包含了豐富的實踐經(jīng)驗，一般以公式的形式存在。文章選用產(chǎn)生式規(guī)則與公式知識表達沖壓模具設計的規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則表現(xiàn)為“規(guī)則符號IF＜前提＞Then＜結論＞”，即A和B之間的因果關系。沖壓模具設計規(guī)則由裝配結構選擇規(guī)則、結構組件選擇規(guī)則以及尺寸計算公式三部分構成。而前兩種一般選擇產(chǎn)生式規(guī)則標識，后一種選用公式知識表示法進行表示，用來表明詳細參數(shù)。

2 結構組建的特征相關性

以本體中的概念集為基礎，對沖壓模具的構建結構組件展開詳細分析。在沖壓模具設計時利用分治法的思想建立多種結構組建的模型，實現(xiàn)整體上的沖壓模具設計。在構建組建的過程中，若粒度的體積超過使用標準，易產(chǎn)生理論概念上的混淆，若粒度的體積達不到使用標準，需要增添額外的組件管理信息。所以，在選取粒度時應嚴格遵循無交叉重復的原則，減少組件管理信息的工作量。組件包括以下3個特點：一是具有一定的拓撲特征與幾何特征；二是具有明顯的工程特征，如表面粗糙、材料特征等；三是可以發(fā)揮某項功能。結構組件之間的相互聯(lián)系可以用多種表現(xiàn)形式體現(xiàn)出來，參數(shù)上的關系可以用尺寸關聯(lián)表示，結構上的關系可以用位置約束表示，而形狀上的關系可以用特征輪廓進行表示。

在沖壓模具設計過程中，因為很多結構組件之間存在某種聯(lián)系，所以在對某一個結構組件進行修改或替換時需要考慮與之相關的因素。文章以定子切邊沖槽模具設計為例展開詳細分析，因為凹模和凸模之間的關系是相吻合的，所以若想修改凹模的尺寸大小，那么凸模的尺寸大小也需要隨之進行相應修改。在此應注意修改的尺寸應控制在型號允許的范圍內(nèi)，若超出型號規(guī)定范圍，則會影響其他組建的正常使用。除尺寸大小外，凹模與凸模的變動還會影響其所在位置，一旦修改尺寸，則需要對組件進行重新判斷。所以，在沖壓模具設計中有必要分析每一個組成部件之間的特征。

為更清晰地將結構組件之間的復雜關系表示出來，文章利用關聯(lián)矩陣的方式詳細描述結構組件的類型與他們之間存在的關系。進而達到?jīng)_壓模具的動態(tài)設計。關聯(lián)矩陣結構形式如圖1所示。

圖1 結構組件的關聯(lián)矩陣

在圖1中，SC代表結構組件，其關聯(lián)類型的取值范圍是｛0，1，2，3，4｝，這五位數(shù)只可以表示結構組件之間存在的內(nèi)在聯(lián)系。若關聯(lián)取值是0，代表結構組件之間沒有關聯(lián)關系；若關聯(lián)取值是1，則代表結構組件之間有位置約束，但不會與導向元件發(fā)生碰撞；若關聯(lián)取值是2，代表存在尺寸關聯(lián)，若對其中的一個結構組件修改尺寸等參數(shù)，需要對與之相關的結構組件也進行尺寸參數(shù)的修改，例如，固定板尺寸在做出修改后，卸料板也需要做出與之相應的修改；若關聯(lián)取值是3，代表結構組件之間存在特征輪廓關聯(lián)，若某一結構組建的特征輪廓需要發(fā)生變動，則與之有關的另一個也需要隨之發(fā)生變動，例如，在改變凸模的特征輪廓時，也需要對凹模的特征輪廓作出相應改變；若關聯(lián)取值是4，代表結構組件的本身特征存在關聯(lián)關系。

3 動態(tài)設計過程

沖壓模具設計的關鍵環(huán)節(jié)是怎樣把理論知識運用到實際設計中去，并利用科學知識找出設計過程中存在的問題，給出解決方案。在設計時，會選出與模型設計相關的理論知識，并以此為依據(jù)進行參數(shù)化設計。在完成以上操作后，沖壓模具設計還需要根據(jù)需求進行適當?shù)恼{(diào)整。此外，可以利用結構組件之間的關聯(lián)關系判定所有結構組建的尺寸與零件型號等參數(shù)。文章通過分析沖壓模具設計的特點，把知識元的概念引入其中。

文章通過研究沖壓模具設計，基于設計過程中知識元提出設計方法。這一種方法借助領域本體與規(guī)則表達沖壓模具設計領域的知識，并進一步分析出模具結構組件之間存在的關聯(lián)關系，建立關聯(lián)矩陣圖，有利于進行管理。在設計時，可以按照動態(tài)決策的特征構建知識元。文章通過描述領域本體、規(guī)則以及關聯(lián)矩陣在動態(tài)設計中的積極作用，對模具做出詳細分析。有相關數(shù)據(jù)表明，知識元沖壓模具的設計方式不僅能夠達到知識重用與共享的目標，還能實現(xiàn)動態(tài)設計，從一定程度上降低了工作人員的工作難度，提高辦事效率。今后可以把工作重點放在沖壓模具設計知識元的自動語義標注方面，不斷提高沖壓模具設計領域知識的潛在價值。

［1］張宇.知識元結構下的沖壓模具設計探討［J］.南方農(nóng)機,2017,48（4）：79.

何俊成（1984-），男，湖南永州人，主要研究方向：機械制造。