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Journal of Materials Processing Technology 75 (1998) 240 plusmn; 252

关于金属冲压件工装自动化设计及制造的发展与趋势

B.T. Cheok ^a,*, A.Y.C. Nee ^b

新加坡肯特港湾十号新加坡国立大学工学部CAE、CAD、CAM研究中心0511，新加坡国立大学工学部机械与生产工程系1997二月二十收。

摘要

金属冲压件在日常生活中有着至关重要的作用。与塑料模具一起，成为了所有电子电器设备中最重要的结构部件。全世界的研究者们花费了大量的时间和精力努力开发更好的计算机辅助模具来制造所需的金属冲压件。本文旨在在模具设计师的模具设计及规划上添砖加瓦。在学术角度下，对金属冲压模具自动化设计的未来发展和趋势展开讨论。值得一提的是，过去各种智能软件（AI）用来解决专业领域的设计问题。基于以开发一款完整的关于级进模的设计与规划软件为目标，1998年Elsevier科学有限公司成立了。

关键词：金属冲压件; 工具和模具; 级进模; 人工智能;知识库;精密工程

1简介

目前，金属冲压件被广泛用于需求大批量生产的零部件上。美国的一项研究调查显示，在上个世纪八十年代，每个美国家庭平均都有大约十万件金属冲压件^[1]。金属冲压制造工艺是适合当下时代潮流的，是因为在生产需求复杂、精准、耐用且需要大批量生产的工件上有着经济、快速的优点。金属冲压件的成型模具结构主要分为简单模、复合模、级进模。级进模中，工件由一个工位前推到另一个工位。在每个工位，板材上有一道或者多道工序，例如冲孔、开槽、落料、切边、切削、拉深、压花、成型。通过压力机的每一个行程来最后成型成品组件。在金属冲压操作流程和相关的模具设计及制造讨论方面已经有相当多的著作都提到了^[2~7]。

2目的及意义

在发展中国家和发达国家中，制造业已经逐渐成为了最重要的经济支柱。在新加坡，制造业在GDP中的占比超过了25％，总产值超过了240亿美元。同时制造业也创造了多达四十万个就业岗位^[8]。在这个大背景下，新加坡的精密加工产业在经济建设中也是一个重要的蜘蛛，精密加工主要提供用于生产高精度的机械与电子产品的模具。在新加坡，冲压技术是一种主要的下游支撑产业。在1992年，精密加工方面的总技术人员约4600人，年产值为6亿新币，产出增长率超过10％^[9]。

在金属冲压件的大批量生产方面最有技术要求的任务之一便是对级进模的模具设计。利用现代CAD、CAM技术，连同新的工装模具设计与制造工艺和对压力机速度和刚度的参数要求三管齐下在生产越来越精密的产品上有着得天独厚的优势。然而，这些技术发展在技术人员的要求上有着近乎苛刻的要求。在新加坡，有两个因素主要影响着高技术人员的基数建设：

①在一个充满活力并且高速增长的经济体中，新进的人员没有足够的耐心去进行长时间的学徒培训来获得相关的模具设计专业技巧，因此，越来越少的人加入该行业。

②在新加坡，精密加工模具制造行业主要涉及计算机、远程通信及电子行业如电器市场。在不断变化且无序的消费者市场上，这些产业的生命周期都很短。也就是说，需要我们做出更复杂的金属冲压件和塑料件。为了满足市场需求，模具设计师在开发最新的模具制造工艺及模具设计时一直处于高压的状态。

为了克服这些困难同时保持核心竞争力，我们迫切地需要为模具设计师提供一个智能（AI）平台援助来缩短整体的模具设计和制造时间，同时提高金属冲压件的质量并降低生产成本。

3研究（设计）的基本内容

传统意义上，材料加工研究一直专注于利用实验和数值模拟来解决在各种应力和应变下的材料特性的相关问题。同时发表的文章期刊可用于帮助模具设计师来模拟预测工件和工具的各种行为。然而，模具仍然是手工设计。随着引用计算机图形和计算机辅助设计软件（CAD、CAM）,一些研究人员已经开始利用交互式计算机图形学和数控技术方面的进步来设计金属冲压模具，尤其是级进模方面。

日本则是可能利用因特尔内部承包开发的CAD、CAM软件来提供工业用级进模。从七十年代中期起，就有日本日立集团^[10~