1、 41 本科生毕业设计 (论文)外 文 翻 译原 文 标 题 A simplified column model for the automatic design of the stamping die structure译 文 标 题 一个简化的列模型的自动设计冲压模具结构作者所在系别 材料工程系作者所在专业 材料成型及控制工程作者所在班级 B11812作 者 姓 名 韦清伟作 者 学 号 20114081227 42 指导教师姓名 赵军指导教师职称 副教授完 成 时 间 2015 年 3 月 13北华航天工业学院教务处制共 5 页 第 1 页译文标题 一个简化的列模型的自动设计原文标题 A
2、 simplified column model for the automatic design of thestamping die structure作 者 Jinn-Jong Sheu , Ching-Hsun Yang 译 名金重杨青训国 籍 中国原文出处 Journal of Materials Processing Technology 177 (2006) 109113共 5 页 第 2 页注意翻译要求：1. 翻译的外文文献与所学专业高度相关2. 汉语字数 3000字以上3. 外文原文以附件形式置于译文之后，原则为复印件，A4 纸；或标明出处的打印稿4. 汉语正文一律使用标准小
3、四号宋体字，段落开头空两个字，行间距为固定值 20磅5. 排版中遇到标题，图表和公式要求请按毕业设计说明书的排版格式要求进行。共 5 页 第 3 页材料加工技术杂志177(2006)109 113 一个简化的列模型的自动设计冲压模具结构Jinn-Jong金重,Ching-Hsun 杨青训模具工程部门,国立高雄大学的应用科学,415 号,Chienkung 路,807 年高雄,台湾,中华民国文摘本文提出了一种冲压模具结构自动设计方法,冲压模具结构的设计参数.首先通过田口方法进行了研究。参数的影响进行了分析,以建立设计规则。模具结构分析方法使用一个简化的列模型,提出了设计最优化。固体滑块在模具表面
4、划分成小矩形列。部分滑块的表面压力转化为死亡的边界条件结构设计。伪列模型的密度定义为一个函数的压力和模具表面坡度。设计最优化所需的模具结构是通过使用伪密度的约束条件。设计结果进行比较与 ANSYS设计最优化来验证该模型。类似的设计最优化结果证明提出的方法是可行的。2006爱思唯尔帐面价值保留所有权利。关键词:简化柱模型,模具结构设计自动化;田口方法;CAE1。介绍在传统的冲压模具结构布局,被设计为支持统一分布式的结构。根据模具结构设计的经验规则，在的情况下忽视了压力分布的条件下。模具设计、材料成本和能源消耗冲压的增加。另一方面,设计减少结构性布局可以节省模具材料，但可能会有增加成本问题。Kus
5、iak1提出了一种非梯度优化技术axi-symmetric关闭锻模的设计。奥氏体晶粒的均匀分布选择标准的优化。陈和蒋介石2采用商业软件包分析浴缸邮票。荷兰国际集团(ing)工艺和模具设计提出了一个更好的避免骨折的空白。Mamalis et al。3使用强啡肽 3 d模拟 deep-drawingofcylindricalcupsandcomparedtheanalysisdata与实验结果。负载的仿真结果证明应变和应力与试验在良好的协议共 5 页 第 4 页tal数据的密度和缩放的影响参数速度进行了研究。胫骨和甘地4提出了一个英特格拉相应的作者。建立了多项式。全球结构优化被提出的区间方法获得。
6、-tionalgorithmoftheintervalmethodandtheFEManalysis.The电话:+ 886 7 3494880,传真:+ 886 7 3835015。电子邮件地址:jjsheucc.kuas.edu.tw(未出版。张文雄)。boundoftheoptimizationsearchwasfoundandthegoalfunction郭和程5提出了一个一阶外推法得到最优解的奇异条件发生时。杨和全音阶6提出了遗传规划优化方法桁架的结构。津贴应力和屈曲赖斯-被认为是在适应度函数。Swaminathan et al。7产品几何分为拓扑元素和基因的编码成一个二维数组。最优
7、设计是通过减少体积,最大应力和应变。在本文中,一个简化的模型列提出了计算模压力和密度的模具结构设计。最不重要的列逻辑结构设计的过程。weregivenalowerdensityandwillberemovedduringthetopo -2。理论分析该方法使用两个步骤建立的设计规则和评价标准。第一步是确定函数组成的设计参数。themostimportantparametersofdiestructuredesignfromalloftheconsideredfactors.Thenextstepistoestablishtheevaluation确定分布在图纸的最后一步是空白0924 - 01
8、36 / $ -见前页2006 爱思唯尔帐面价值保留所有权利。doi:10.1016 / j.jmatprotec.2006.04.087110年出版。张文雄,方。杨/材料处理技术杂志177(2006)109 - 113图 1。设计参数的几何因素研究。简化到模具结构设计方案。umnmodelswerecreatedusingthediefacegeometry.Thestress,strainanddisplacementofthesecolumnmodelswerecalculated共 5 页 第 5 页从给定的压力边界条件。优化模具结构设计的过程进行的领域这些列模型。2.1。步骤 1:确
9、定最重要的模具结构设计的参数试验的设计参数进行了研究与设计表示“状态”(DOE)方法确定参数的重要性在第一步。采用田口方法研究设计的主要影响因素,构建设计规则。designfactorsrepresentedbyacylindricalcupdrawingdiewere图 1所示。肋的宽度(W),模具的厚度 D(D x和 y)考虑。(T)andthespandistanceofthestructureinthex-andy-direction这些因素是标记为 A,B,C和 D的方差分析(方差分析)和表 1中给出。L 9(3 4)正交阵列被选中设置仿真的参数组合。模具进行应力分析得到应力、应变和
10、 dis -位置信息。每个设计的质量指标组成的比例最大冯米塞斯应力屈服压力,themaximumeffectivestrainandthemaximumdisplace -表示“状态” 。能源部是 smaller-the-better的最佳标准。TheM.S.D。(meansquaredeviation)和/ N(signaltonoise)smaller-the-better比率的计算1n(y21 + 2 2 + y+ y 2 n)(1)S / N = 10logm.s.d。(2)表 1设计因素和水平的参数研究模具结构设计标签因素一级(毫米)级别 2(毫米)三级(毫米)共 5 页 第 6 页
11、W 3 4 5B T 4 5 6C D x 5 10 20D D y 5 10 20注:“W”是罗纹宽度、 “T”的厚度死脸,D x 和 y D的跨越距离在 x和 y方向。图 2。从整个模块创建的简化柱模型。Y 是测量数据和 n是测试号码。normalizedqualityindices(问我)weremultipliedbyaweight(W i)andsummeduptoobtainthecostfunctionCF,即 themeasuredCF =1 W 1 + 2 W 2 + Q 3 W 3(3)应力和应变比取代更重要。在模具设计。强调这些的重要性两个因素,W 1(重量的压力)和 W
12、 2株(重量)都设置为 1。W 3(位移)的重量被设置为0.5调整位移。有限元代码 LS-DYNA采用分析的回火过程结合表 1。压力分布的空白在最后阶段的形成被认为是边界模具结构设计的条件。2.2。步骤 2:创建列模型和评估功能的设计该列模型图 2所示。整个模具结构是由许多简单的列斜顶面。执行静态分析获得列的最大应力。在顶面压力每一列的积累和一个等价的力量obtained.Inordertoevaluatedthenecessityofkeepingacolumn不信,每一列的伪密度计算使用 Eq。(4):= P i W P + S W S + K(4)图 3。列模型与不同的倾斜角度。未出版。
13、 材料处理技术杂志177(2006)109 - 113 109表 2部分区域的水平、压力和边坡采用加权值研究伪密度共 5 页 第 7 页标签 1级 2级 3级的因素E区(2 mm)3030 4040 5050F(MPa)10 20 30的压力22.5 45克坡()0表 3正交数组和结构布局研究的仿真结果运行因素分析的结果A B C D v /y 位移(毫米)1 1 1 1 1 0.7202 0.7202 2.12 e04 022 1 2 2 2 0.7711 0.7711 2.52 e04 023 3 3 3 1 1.1986 1.50 3.36 e03 024 2 1 2 3 0.9658
14、0.9658 3.20 e03 025 2 2 3 1 0.7333 0.7333 2.26 e04 026 2 3 1 2 0.7431 0.7431 2.03 e04 027 3 1 2 3 0.9479 0.9479 2.43 e03 028 3 2 1 3 0.7208 0.7208 2.10 e04 029 3 3 2 1 0.6526 0.6526 1.94 e04 02在 W p、W 年代的权重值归一化pressureandslopeofcolumn respectively.Kisthepenaltycon -屈曲的电灼疗法。K 的默认值是 0意味着没有共 5 页 第 8 页b
15、uckleoccurred.Iftheloadofsimplifiedcolumnmodelislarger比扣的一半的限制条件(欧拉理论)一列固定在两端,K 是设置为 1,以确保本专栏保持加权值。(4)能够解决的不同的部分地区,山坡上的顶面。usingtheTaguchimethod.Acolumnin200mmheightwasbuilt绑定,ary压力和斜坡条件列所示。图 3。相当于从施压压力积累确定网格的空白区域内的每一列的因素和水平采用解决的权重值表 2中给出了伪密度。考虑的因素是列的部分区域,压力和斜坡的顶面。标记 E、F 和 G进行方差分析。一个 ANSYS命令文件是自动创建执行
16、拓扑优化的死亡。模具设计的建议方法比较与 ANSYS的结果。表 4方差分析的结构布局为不同的考虑因素品牌因素的重要性应力比(%)意义、应变(%)的意义、位移(%)8.92 9.06 9.06 WB T 13.69 13.64 5.81C D x 34.37 34.05 30.16D D y 43.02 43.26 44.23注:“W”是罗纹宽度、 “T”的厚度死脸,D x 和 y D的跨越距离在 x和 y方向。表 5列的最大冯米塞斯应力模型为不同的组合的部分地区(E)、压力(F)和斜坡(G)。运行 F E G冯米塞斯应力(MPa)信噪比1 1 1 1 15.02 - 23.536共 5 页 第
17、 9 页2 1 2 2 391.30 - 51.8503 1 3 3 1310.00 - 62.3454 2 1 2 166.13 - 44.4095 2 2 3 724.15 - 57.1976 2 3 1 50.29 - 34.0297 3 1 3 309.96 - 49.8268 3 2 1 36.49 - 31.2449 3 3 2 442.04 - 52.909表 6方差分析的简化柱模型的应力分析品牌因素的总和方差纯粹的总和意义最大压力E区(2 mm)1.179 - 2.3576(池)F(MPa)175.671 87.836 172.909 13%的压力克坡()1171.20 585
18、.604 1168.446 87%3。结果与讨论3.1。的重要性分析设计参数正交数组(OA)的仿真结果重要性的分析参数在表 3。mechanicalpropertiesoftheblankin1mmthicknessweregiven如下:杨氏模块,E = 2.1 e5mpa;密度= 7.8 e9 吨/毫米 3;毒药比 = 0.3;流压力、= 514.730.277 MPa;屈服应力= 250 MPa。图 4。最优的圆柱杯形拉深模具结构设计的提出了系统。共 5 页 第 10 页112年出版。张文雄,方。杨/材料处理技术杂志177(2006)109 - 113图 5。的拓扑优化结果 ANSYS分
19、析。表 3中的结果表明,案例 3可能已经失败的问题。进一步的方差分析分析计算每个因素的重要性。设计参数表 4所示。x和 y方向跨度大于其他因素dramatically.TheANOVAanalysisshowsthex-andy-direction时间是最重要的设计参数。3.2。评价函数的权重值最大冯米塞斯应力和 S / N比率的 sim -plified列模型分析表 5所示。在表 6中给出了方差分析分析。压力和斜率分别为 13%和 87%。图 6。光滑圆形模具结构设计自动化中精炼出来的设计。nificances柱的截面面积和错误 W p和 W s伪密度 Eq。(4)被分配到 0.13和 0.
20、87明显的压力和边坡在表 6。评价函数(伪密度)确定。3.3。该方法的验证自动模具结构设计的圆柱形杯子图 4所示。列是如果伪密度大于 61%。伪密度越小。图 7。的最大冯米塞斯应力分布圆模具结构设计。未出版。 材料处理技术杂志177(2006)109 - 113 109意味着少列的重要性。ANSYS 拓扑优化结果是图 5所示。保持体积率ANSYS的拓扑优化是 20%。无花果,4 和 5模具结构的位置和形状设计的方法是在良好的协议 ANSYS的结果。3.4。精致光滑的模具结构设计和分析图 4所示的设计几何学。平滑过程获得更合理的模具设计和图 6所示。更流畅的模具设计是在一个圆形。模具应力分析执行
21、验证设计的可行性。冯米塞斯应力分布的模图 7所示。最大值 659 mpa远小于屈服应力。这是一个更安全、更轻的模具的共 5 页 第 11 页设计。4。结论提出了模具设计方法考虑的重要性。列的伪密度模型的设计参数提出了支持设计评估的必要性。伪密度也是一个评价函数的设计。一个较低的伪密度可以减少的重量但是巴克限制也应该被考虑。设计例子展示建立了简化的列模型设计的能力。荷兰国际集团(ing)自动合理的模具结构。比较该方法的结果与 ANSYS优化了一个好的协议。这项工作是由国家科学委员会的支持台湾和 JuiLi公司。该项目资助量NSC - 151 - 005 - 92 - 622 e cc3。引用1j
22、 . Kusiak tool-shape 技术在大规模优化问题金属成形,j .板牙。Proc。工艺,57(1996)79 - 84。2F.K. Chen B.H.蒋介石、分析的的冲压模具设计浴缸,j .板牙。Proc。工艺,72(1997)421 - 1997。3agMamalis、D.E. Manolakos A.K. Baldoukas,模拟表金属成形使用显式有限元技术:材料的影响和形成特征。第 1部分。深拉的圆柱形杯子,板牙。72(1997)48-60 Proc。 ”。4屈服应力 Shin R.V. Grandhi,全球结构优化技术使用间隔方法,结构。多片。Optim 22(2001)3
23、51 - 2001。5x郭,国民生产总值成,一个罪恶的解决方案外推方法喉部的最适条件,结构。Optim 19(2000)255 - 2000。6y .杨、C.K.全音阶、自动使用遗传结构的优化设计编程,通过实例。Struct。80(2002)1537 - 2002。7n . Swaminathan et al .,利用基因最优拓扑的设计产品算法,板牙。Proc。德。(2004)2138 - 2142。共 5 页 第 12 页附件Journal of Materials Processing Technology 177 (2006) 109113A simplified column mode
24、l for the automatic design of thestamping die structureJinn-Jong Sheu , Ching-Hsun YangDepartment of Mold and Die Engineering, National Kaohsiung University of Applied Sciences, No. 415, Chienkung Road, Kaohsiung 807, Taiwan, ROCAbstractAn automatic design method of a stamping die structure was prop
25、osed in this paper. The design parameters of the stamping die structure werestudied first via the Taguchi method. The effects of the parameters were analyzed in order to establish the design rules. A die structure analysismethod using a simplified column model was proposed to design the optimum die
26、topology automatically. The solid die block under the die surfacewas divided into small rectangular columns. The surface pressure of the part after drawing was converted into the boundary conditions of the diestructure design. A pseudo density of the column model was defined as a function of pressur
27、e and die surface slope. The topology optimization ofthe die structure was obtained by using the required pseudo density and the constraint of the buckle condition. The design results were comparedwith the ANSYS topology optimization to verify the proposed model. The similar topology results demonst
28、rated that the proposed method isfeasible. 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.Keywords: Simplified column model; Die structure design automation; Taguchi method; CAE1. IntroductionIn the traditional stamping die structure layout, uniformlydistributed ribs were designed for the supporting of the
29、die face.The die structure designed in according to the experienced rulesignored the pressure distribution of the die face. In case of overdesign, the material cost of die and the energy consumptionof stamping were increased. On the other hand, design withfewer structural ribs can save the cost of d
30、ie material but mayhave the problem of die failure. Kusiak 1 proposed a non-gradient optimization technique for the axi-symmetric closedforging die design. The uniform distribution of austenite grainis chosen as the criterion of optimization. Chen and Chiang 2adopted a commercial package to analyze
31、the bathtub stamp-ing process and proposed a better die design to avoid fractureof blank. Mamalis et al. 3 used DYNA 3D to simulate thedeep-drawingofcylindricalcupsandcomparedtheanalysisdatawith the experimental results. The simulation results of load,strain and stress were in good agreement with th
32、e experimen-tal data. The effects of the scaling parameters of density andvelocity were studied. Shin and Gandhi 4 proposed an integra-共 5 页 第 13 页tionalgorithmoftheintervalmethodandtheFEManalysis.TheCorresponding author. Tel.: +886 7 3494880; fax: +886 7 3835015.E-mail address: jjsheucc.kuas.edu.tw
33、 (J.-J. Sheu).boundoftheoptimizationsearchwasfoundandthegoalfunctionwas built with a polynomial. The global structural optimizationwas obtained by the proposed interval method. Guo and Cheng5 proposed an first-order extrapolation method to obtain theoptimal solution when the singular condition occur
34、s. Yang andSoh 6 proposed a genetic programming method to optimizethe structure of truss. The allowance stress and buckling condi-tion were considered in the fitness function. Swaminathan et al.7 divided the product geometry into topological elements andcoded them into a two-dimensional array of gen
35、e. The optimaldesign was obtained by minimizing the volume, the maximumstress and the strain. In this paper, a simplified column modelwas proposed to calculate the die stress and build the pseudodensity of the die structure design. The least important columnsweregivenalowerdensityandwillberemoveddur
36、ingthetopo-logical structure design process.2. Theoretical analysisThe proposed method uses two steps to establish the designrules and the evaluation criterion. The first step is to determinethemostimportantparametersofdiestructuredesignfromalloftheconsideredfactors.Thenextstepistoestablishtheevalua
37、tionfunction which is composed of the design parameters. The pres-sure distribution of the blank at the final step of the drawing was0924-0136/$ see front matter 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.doi:10.1016/j.jmatprotec.2006.04.087110 J.-J. Sheu, C.-H. Yang / Journal of Materials Processing Te
38、chnology 177 (2006) 109113Fig. 1. The geometrical factors for the design parameter study.read into the die structure design program. The simplified col-umnmodelswerecreatedusingthediefacegeometry.Thestress,strainanddisplacementofthesecolumnmodelswerecalculatedfrom the given pressure boundary conditi
39、on. The optimizationprocess of die structure design was carried out in the domain ofthese column models.2.1. Step 1: determination of the most importantparameters of die structure designThe design parameters were studied with a design of experi-ment (DOE) method to determine the importance of parame
40、tersat the first step. The Taguchi method was adopted to study themain effect of the design factors and build the design rules. Thedesignfactorsrepresentedbyacylindricalcupdrawingdiewereshown in Fig. 1. The width of rib (W), the thickness of die face(T)andthespandistanceofthestructureinthex-andy-dir
41、ection共 5 页 第 14 页(D x and D y ) were taken into consideration. These factors werelabeled as A, B, C and D for the analysis of variance (ANOVA)and given in Table 1. The L 9 (3 4 ) orthogonal array was chosento set-up the parameter combinations of the simulation. The diestress analysis was carried to
42、 obtain the stress, strain and dis-placement information. The quality indices of each design arecomposed of the ratio of the maximum von Mises stress to yieldstress,themaximumeffectivestrainandthemaximumdisplace-ment. The optimum criterion of the DOE is smaller-the-better.TheM.S.D.(meansquaredeviati
43、on)andtheS/N(signaltonoise)ratio of the smaller-the-better were calculated byMSD =1n (y21 + y 2 2 + + y 2 n )(1)S/N = 10logM.S.D. (2)Table 1Design factors and levels for the parameter study of die structure designLabel Factors Level 1 (mm) Level 2 (mm) Level 3 (mm)A W 3 4 5B T 4 5 6C D x 5 10 20D D
44、y 5 10 20Note: W is the rib width, T the thickness of die face, D x and D y are thespan distance in x- and y-direction.Fig. 2. The simplified column model created from the entire die block.where y i are the measured data and n is the testing number. Thenormalizedqualityindices(Q i )weremultipliedbya
45、weight(W i )andsummeduptoobtainthecostfunctionCF,i.e.,themeasureddata y i :CF = Q 1 W 1 + Q 2 W 2 + Q 3 W 3 (3)The stress and strain are more important than the displace-ment in the die design. To emphasize the importance of thesetwo factors, W 1 (weight of stress) and W 2 (weight of strain)were bot
46、h set to 1. W 3 (weight of displacement) was set to 0.5to tune down the contribution of displacement. The FEM codeLS-DYNA was adopted to analyze the drawing process with thecombination of Table 1. The pressure distribution on the blankat the final stage of the forming was considered as the boundaryc
47、onditions of the die structure design.2.2. Step 2: creation of the column model and evaluationfunction of the designThe proposed column model was shown in Fig. 2. The entiredie structure was composed of many simplified columns with共 5 页 第 15 页inclined top face. The static analysis was performed to o
48、btainthe maximum stress of column. The pressures on the top faceof each column were accumulated and an equivalent force wasobtained.Inordertoevaluatedthenecessityofkeepingacolumnor not, the pseudo density of each column was calculated byusing Eq. (4): i = P i W p + S i W s + K (4)Fig. 3. The column
49、models with different top inclined angles.J.-J. Sheu, C.-H. Yang / Journal of Materials Processing Technology 177 (2006) 109113 111Table 2The levels of section area, pressure and slope adopted for the weighting valuestudy of the pseudo densityLabel Factors Level 1 Level 2 Level 3E Area (mm 2 ) 3030 4040 5050F Pressure (MPa) 10 20 30G Slope ( ) 0 22.5 45Table 3The orthogonal array and the simulation results for structure
