何俊成

（1.湖南潇湘技师学院，湖南永州425000；2.湖南九嶷职业技术学院，湖南永州425000）

基于设计过程知识元的冲压模具设计方法

何俊成1，2

（1.湖南潇湘技师学院，湖南永州425000；2.湖南九嶷职业技术学院，湖南永州425000）

随着科学技术的发展，冲压模具设计趋向于智能化，这就需要以知识元为依据展开设计。文章通过介绍模具设计的知识内容，分析了组件之间存在的管理关系，并在此基础上设计了关联矩阵，定义了设计过程知识元。根据知识元在设计过程中所起到的作用，重新匹配推理规则与关联矩阵，实现动态决策设计的全过程。

知识元；冲压模具；设计方法

冲压模具在设计时需要考虑多个影响因素，如基准器件、冲击压力数值的核算、各器件之间的相互作用、入口内部间隙的大小以及器件形状尺寸数据等等，设计环节非常复杂。如果在设计过程中，需要具备大量的理论知识和丰富的经验用来借鉴，只有这样才有可能从一定程度上减少冲压模具设计的难度，提高设计质量。设计冲压模具涉及到的知识领域广泛，在设计时还需要依据专业理论知识和成功经验等多项内容，如形体尺寸运算等式、与之相应的选型基准等。冲压模具设计的工作人员不仅应严格遵循运作基准，还需要灵活变换设计程序。所以，怎样科学合理的设计动态化程序非常重要。

1 冲压模具设计知识分析

（1）冲压模具设计知识内容。在设计冲压模具时，因为模具零件繁杂、结构类型较多，所以在统计分析模具零件和模具结构类型时需要拥有足够的设计经验，归纳模具零件和模具结构的尺寸计算方式与规则。一般情况下，模具设计知识产生于经验总结与行业标准，具备多样性、多源性等特点。从宏观角度分析，冲压模具是一个整体，其结构由多种知识构成。通过分析知识的作用，可以再把冲压模具的结构设计知识分成模具结构选择、模具结构图形知识以及模具信息管理知识。其中，模具结构选择知识需要遵循一定的规律，如模具内部结构的位置、尺寸等；而模具结构图形知识包含模具的参数、几何信息以及公差系数等；模具信息管理知识需要利用一种或几种模具的组合科学，合理的管理与模具相关的设计信息。此外，冲压模具还可以被视为多个零件的组合，所以可以把零件设计知识分为零件选择知识与零件图形知识。冲压模具的设计包含多种行业标准、公式和实践经验等内容，所以可以根据这些知识计算模具零件的尺寸和模具的压力中心线等。

（2）技术领域的构建。冲压模具设计体系知识形式复杂，涉及领域宽广，通过知识归纳可以找出基本属性和概念之间的关系，这是探索知识的一个关键点。目前，在建立知识体系中，最常见的方式有多伦多型虚拟式企业系统构建法、知识体系构建法等。以上两种构建方法的共同点是：选择知识构建体系所涉及的领域。知识体系的表达模式与知识体系的初衷中的理论概念应不断细化，以防存在重叠概念。利用构建知识体系运用的范畴，界定知识体系构建所包括的专业术语的本质意思，然后选择三元组合模式构建知识体系，进行表达。最后建立冲压模具设计知识体系。

（3）冲压模具设计规则表达。在冲压模具设计中包括多种设计规则。这些规则具有较强的原则性，且包含了丰富的实践经验，一般以公式的形式存在。文章选用产生式规则与公式知识表达冲压模具设计的规则。产生式规则表现为“规则符号IF＜前提＞Then＜结论＞”，即A和B之间的因果关系。冲压模具设计规则由装配结构选择规则、结构组件选择规则以及尺寸计算公式三部分构成。而前两种一般选择产生式规则标识，后一种选用公式知识表示法进行表示，用来表明详细参数。

2 结构组建的特征相关性

以本体中的概念集为基础，对冲压模具的构建结构组件展开详细分析。在冲压模具设计时利用分治法的思想建立多种结构组建的模型，实现整体上的冲压模具设计。在构建组建的过程中，若粒度的体积超过使用标准，易产生理论概念上的混淆，若粒度的体积达不到使用标准，需要增添额外的组件管理信息。所以，在选取粒度时应严格遵循无交叉重复的原则，减少组件管理信息的工作量。组件包括以下3个特点：一是具有一定的拓扑特征与几何特征；二是具有明显的工程特征，如表面粗糙、材料特征等；三是可以发挥某项功能。结构组件之间的相互联系可以用多种表现形式体现出来，参数上的关系可以用尺寸关联表示，结构上的关系可以用位置约束表示，而形状上的关系可以用特征轮廓进行表示。

在冲压模具设计过程中，因为很多结构组件之间存在某种联系，所以在对某一个结构组件进行修改或替换时需要考虑与之相关的因素。文章以定子切边冲槽模具设计为例展开详细分析，因为凹模和凸模之间的关系是相吻合的，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随之进行相应修改。在此应注意修改的尺寸应控制在型号允许的范围内，若超出型号规定范围，则会影响其他组建的正常使用。除尺寸大小外，凹模与凸模的变动还会影响其所在位置，一旦修改尺寸，则需要对组件进行重新判断。所以，在冲压模具设计中有必要分析每一个组成部件之间的特征。

为更清晰地将结构组件之间的复杂关系表示出来，文章利用关联矩阵的方式详细描述结构组件的类型与他们之间存在的关系。进而达到冲压模具的动态设计。关联矩阵结构形式如图1所示。

图1 结构组件的关联矩阵

在图1中，SC代表结构组件，其关联类型的取值范围是｛0，1，2，3，4｝，这五位数只可以表示结构组件之间存在的内在联系。若关联取值是0，代表结构组件之间没有关联关系；若关联取值是1，则代表结构组件之间有位置约束，但不会与导向元件发生碰撞；若关联取值是2，代表存在尺寸关联，若对其中的一个结构组件修改尺寸等参数，需要对与之相关的结构组件也进行尺寸参数的修改，例如，固定板尺寸在做出修改后，卸料板也需要做出与之相应的修改；若关联取值是3，代表结构组件之间存在特征轮廓关联，若某一结构组建的特征轮廓需要发生变动，则与之有关的另一个也需要随之发生变动，例如，在改变凸模的特征轮廓时，也需要对凹模的特征轮廓作出相应改变；若关联取值是4，代表结构组件的本身特征存在关联关系。

3 动态设计过程

冲压模具设计的关键环节是怎样把理论知识运用到实际设计中去，并利用科学知识找出设计过程中存在的问题，给出解决方案。在设计时，会选出与模型设计相关的理论知识，并以此为依据进行参数化设计。在完成以上操作后，冲压模具设计还需要根据需求进行适当的调整。此外，可以利用结构组件之间的关联关系判定所有结构组建的尺寸与零件型号等参数。文章通过分析冲压模具设计的特点，把知识元的概念引入其中。

文章通过研究冲压模具设计，基于设计过程中知识元提出设计方法。这一种方法借助领域本体与规则表达冲压模具设计领域的知识，并进一步分析出模具结构组件之间存在的关联关系，建立关联矩阵图，有利于进行管理。在设计时，可以按照动态决策的特征构建知识元。文章通过描述领域本体、规则以及关联矩阵在动态设计中的积极作用，对模具做出详细分析。有相关数据表明，知识元冲压模具的设计方式不仅能够达到知识重用与共享的目标，还能实现动态设计，从一定程度上降低了工作人员的工作难度，提高办事效率。今后可以把工作重点放在冲压模具设计知识元的自动语义标注方面，不断提高冲压模具设计领域知识的潜在价值。

［1］张宇.知识元结构下的冲压模具设计探讨［J］.南方农机,2017,48（4）：79.

何俊成（1984-），男，湖南永州人，主要研究方向：机械制造。