文档介绍：,,安大略湖2000-10-30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。加工设计阶段所创建的排样设计直接决定了材料的损失程度。当一个或多个零件布置在带料上时,设计者选择零件的布置方法,以及带料的宽度,以及多个零件在一起的情况下,他们的位置关系。理想情况下,材料应该被充分利用。即使微小的数值的改进也能使材料利用率提高。例如,在每分钟200次行程的冲压生产中,每个行程仅节约10克材料也能够在八小时的生产中累计到节约材料一吨以上。加工设计阶段决定材料的利用率,搭边大小决定(通常很长)工具的寿命。因此,加工生产前确定最佳排样设计具有重大意义。此项任务较为复杂,尽管如此,在设计中改变搭边值以后能够改变步距(带料中邻近零件之间的距离)以及带料宽度。评估设计效率非常具有挑战性,单一零件在带料上的布局能够通过精确的最佳计算方法描述,迄今为止零件间的布局只能通过近似计算法则解决。嵌套法对于零件之间的布局是一个重要问题从以往的经验来看零件间相互嵌套常常能够改善材料的利用率,就像在单一带料中将每个零件层叠在一起。本文引用普通案例中所取零件旋转180°后与上一工位零件相嵌套,以及两个不同零件间的相互嵌套。本文通过两个具体案例描述了一种新的排样布局计算方法。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180º(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,