对于不规则形状金属制品和半导体引线框架的级进模自动化CAD系统

对于不规则形状金属制品和半导体引线框架的级进模自动化CAD系统Choi1，C. Kim1和J. H. Yoon2机械设计工程，在韩国釜山，釜山国立大学，对外关系与合作NSDM;和教研室精密机械工程，研究生院，釜山国立大学，韩国釜山摘要：本文介绍了计算机辅助设计不规则形状的板材产品和32 LD PLCC铅帧及半导体，需要非常精确的冲孔操作渐进的工作。CAD系统是以知识为基础的规则。知识是制定CAD系统从塑性理论知识、实验结果和现场专家经验知识的。这系统已在使用Auto CAD的Auto LISP个人电脑和I - DEAS绘制编程语言在I - DEAS大师系列制图与惠普9000 /715（64）工作站。自动数据转移的CAD和I-DEAS MASTER系列起草完成DXF和IGES方法。该系统由五个主要模块，这是输入和形状的处理，生产可行性检查，带状布局，数据转换，压铸布局模块。以知识为基础的规则的基础上，该系统是考虑几个因素，如V型凹槽，凹槽，底倒角，冲压，冲孔，弯曲，冲压面积，横向弯曲，材料和厚度的产品，毛胚结构形状和冲压面，有效压力。由于成型工艺及模具设计系统，利用二维几何识别技术集成工艺规划，模具设计，CAE分析，标准化需要高精度引线框架模具零件冲孔过程是可能的。模具设计图产生通过的压铸布局模块以图形形式显示。结果获得每个模块提供帮助设计师和半导体引线框架的制造商。关键词：弯曲和冲孔;基于知识的规则;引线框架通信联系人：教授J. C. Choi部机械工程师，在釜山国立对外关系与合作NSDM大学，30Changjeon-dong，Kumjeong-Ku，韩国，釜山09-735。电子邮件：jcchoiKhyowon.cc.pusan.ac.kr1. 引言电子行业的不断扩大，由于投资设施，以有效地生产引线框架，已成为重要的。引线框架，这是重要的金属在IC制程的产品，能够沟通，为线在产品用微米精度的粘接从一般电脑电子产品及玩具支持半导体芯片。为了产生这些产品，模具设计的标准化是必要的，因为在小型化，减轻重量，和时间要求的趋势在现代工业中。剪切成形，由哪些部分板采用了金属制造所需的形状冲床和模具，需要这一种标准化元件的相容性和准确性。然而，一般来说，唯一的经验和直觉的决定已被用于生产的可行性检查，带状胚料排样法，形成以冲裁或冲孔的模布置。为了解决这个问题，自动化，计算机辅助工艺规划通过变形熟练的经验设计的产品工程师已进行了1-3。在1971年, Shaffer进行了模具设计逐渐使用电脑(PDDC)系统4，Fogg 和Jaimson跟着他的发展提出了一种对模具设计有影响改进的PDDC5通过考虑其他的因素。这个系统的薄弱点这是半自动化的处理时间过长。Shibata 和 Kunimoto开发了能是在屏幕上输出的坯件布置和压铸布局的CAD /CAM系统6。Nakahara和其他人介绍了一个系统级进冲模设计7。Choi et al.开发了一个紧凑型和实际的CAD系统的下料或冲孔不规则形状的板材产品和定子和转子部分8,9。在这项研究中，模具布局模块输出的部件和利用I-DEAS的大师系列起草一个模具的装配软件为32LD PLCC封装引线框架带的布局，使用AutoCAD自动生成图纸。自动化板条设计和模具设计不规则形状的钣金产品和铅帧会导致成本高,可通过改进标准化来节约时间,和可以提供一个永久的和专业的知料资源。此外,这样一个系统可以作为一个有价值的顾问专家作为一个可靠的训练援助为初学者编写的。2.CAD系统的结构CAD系统的输入和形状处理，生产的可行性检查，带状布局，数据转换，及模具布局模块组成。它是在一个操作和具有的优点是不间断地为每个处理模块的规则和数据库共同持有。它是容易操作，作为对话是适当的提示所需的各种数据报表的用户友好。如果一个画的引线框架产品要求非常精确冲压开发的系统，输入系统会自动识别模块的图画产品和提示输入数据的产品。结果的形状处理模块生产转移到生产的可行性检查模块检查距离之间的内部形状，角和圆角半径和需要冲孔最小孔。数据是可行的在生产的可行性区转移到拔模模块自动进行带状布局。结果从带钢布局模块转移到模锻模块生成零件和模具的装配设置。该系统的模块化结构，如图1所示。原料坯件的数量厚度生产要求最小的孔直径最小槽尺寸最小距离压力机的类型压力机吨位摇枕尺寸开模尺寸闭合高度多冲程型槽压痕垫槽冲压冲孔下置的车床弯曲冲床穿孔板冲床底盘车床支架凸模固定块模具衬板模架压力机吨位垫槽尺寸开模高度垫槽生产的可行性检查模具构造带状布局局模具的选择条状发展输入及形状修整形状治疗图1.该系统的模块化结构1.CAD系统的结构该系统由输入和形状的修整，生产可行性检查，拔模，数据转换，和模具排布模块。它是在一个操作和具有的优点是不间断地为每个处理模块的规则和数据库共同持有。它是容易的使用，作为对话是用户友好与适当的提示报表的各种所需的资料。如果一个图的引线框架产品需要非常精确的冲孔作业是在加载系统，输入系统模块的自动识别的绘图产品并提示输入数据的产品。结果生产的形状处理模块转移到生产可行性检查模块检查距离之间的内部形状，角，圆角半径和最小孔所需的冲孔。数据是可行的在生产领域转移到拔模t可行性模块自动执行拔模。结果从模具排布模块转移到模具排布模块生成零件和装配模具集。模块化结构的系统中可以看出。图1。该系统的功能模块介绍提出如下的细节。2.1输入和形状处理模块用户输入的材料类型，厚度，宽度，热处理条件，并成一个AutoCAD的产品形状绘制手工或在屏幕上输出的图形文件，和形状处理模块自动读取信息从数据库中有关材料的力学性能并将其转换成数字数据和存储的形状数据它。数值数据以及内部和外部形状在系统的每个模块。2.2生产的可行性检查模块生产的可行性检查模块的模块检查产品的生产可行性，与坯料信息，并显示这是很难或几何地区不可能形成冲孔。当检查生产一个坯料的冲裁或冲孔的可行性，该模块比较冲孔，角和圆角半径与在数据库中存储的标准。因此，本模块显示可行的几何区域。2.3地带布局模块带状布局模块，自动派生冲型材产品的外部区域，并进行冲孔。此外，该模块决定流程的顺序基于影响拔模的因素进步工作引线框架，或半导体。因素如下：1. V型缺口：防止泡沫和水分。2.变形：热扩散，通过在一个芯片的缺陷附垫。3.垫倒角：消除毛刺的模具垫。4.冲压：内部和外部的铅补偿后穿孔。5.凹模冲床：预防铅扭曲的。6.曲面：引线框架带边缘的曲率。7.弯曲：引线框架的横向弯曲。8.下模深度：与之关联的凹模垫板。2.4数据转换模块数据转换模块转换获得的形状数据带状布局到识别模块采用AutoCAD的形状在压铸布局模块的数据，利用I-DEAS的主系列工作站，HP9000/715（64）起草。它可以转换带布局将数值数据使用的形状数据在模具布局模块。要转换的程序如下：626J. C. Choi et al.图2.半导体引线框架模具设置。线代表（实体，视图，分层，颜色，重量，线型，空位，组名，XSYS，XF，（PYF）弧表示（实体，视图，分层，颜色，重量，线型，空位，组名，xs，YC，rad，SA，IA）其中，“实体”是实体的数量，“视图”视图的（1-63）实体数量，“分层”层的数目“，颜色”显示颜色，“重量”厚度的线，“线型”线路类型“，空位”“是”或“无”空位，“组名的”组名称“，XS”X坐标YS“Y坐标起点的起点，”“XF”x坐标的端点，“YF”y坐标的端点，“容抗”x坐标的中心点，“YC”Y-座标中心点，“rad”圆的半径，“SA”起始角度，“IA”增量角。为了使用这些数据，在压铸布局模块数据转换模块的组织实体的封闭循环直线和圆弧组成。这是一维的代表性，数组，如下：(Xs(1),Ys(1),Xf(1),Yf(1),Xc(1),yc(1),Rad(1),Sa(1),Ia(1)(Xs(n),Ys(n),Xf(n),Yf(n),Xc(n),yc(n),Rad(n),Sa(n),Ia(n)其中，“（N）”是若干实体，初始值是零线的状态。一个符号的代表模具零件一部分。 “程序如下：代表性的模具部分(Part-name1 Sb-num1 view-pt1 layer1 pt1-x pt1-y)(Part-namen Sb-numn view-ptn layern ptn-x ptn-y)其中，“（Part-namen）”是第n部分的名称，“（Sb-numn）”数字符号“（view-ptn）”，角度的数量“（layern）”层的数目，“（ptn-x）”X-坐标的一部分，“（ptn-y）”是y坐标的一部分。2.5压铸布局模块模具布局模块自动设计零件和模具的装配，以满足使用的规则设计根据流程的信息工具位置获得的带状布局模块。模具一套模式引线框架如图 2。3.规则和数据库系统一个自动CAD系统和数据库组织规则提取过程变量塑性理论、相关的参考与专家经验知识的冲裁工业。组织经验知识和规则指导设计，基于决策树的形式“IF（条件）THEN（动作）”。据有关资料对条件的一部分，该系统计算的行动部分和行动的一部分，结果到下一个输入条件的一部分。3.1生产的可行性检查规则第1条.形状内部之间的最小距离功能和边缘之间的最小距离决定从边缘地带和产品根据材料厚度的数据库。第2条.形状之间的最低距离内部功能应该是标准的建议从数据库中。第3条如果冲穿刺是一个圆形的极限的值根据性能、形状和厚度一个产品应该满意的标准从数据库中获得。第4条.如果材料不存在于数据库中，直径或分切宽度应大于厚度1t。第5条.角或圆角半径应大于比0.5吨。第6条. 在通过一个不规则的形状冲裁的金属产品的可行性,为内部的形状特点,，但不可行的外部区域，生产可行性检查模块优先的选择外部不可行的领域。3.2条带状布局第1条.一般在现有缺口的情况下，冲孔为第一步。第2条.如果一个V型缺口，凹槽，倒角的存在，冲孔为第一道工序。第3条.当导销孔，环氧树脂孔和成型孔的存在，如果可能的话，他们为冲孔的第一道工序。第4条.如果存在试点销孔，孔的大小应大于3倍的产品厚度。第5条.如果冲孔是彼此接近，或者是不相关的功能，孔分布在许多进程。转角半径大于判据最小角半径：0.5标准：1.275图3.32LD PLCC封装引线框架。图4.检查的一个角落里生产的可行性和圆角半径32LD PLCC封装厚度为0.254毫米的时间。最小值。圆的直径小于。 标准最小直径： 1.25最小直径 矩形距离 G.T.最小值。矩形距离:0.256极限距离:0.1778图5.32LD PLCC封装铅生产检查孔的可行性框厚度为0.254毫米。第6条.由于存在相关的内部功能，系统能够设置冲床设备，他们是冲孔优先。第7条.如果冲孔，环氧树脂孔，成型孔，V型凹槽，凹槽，垫倒角，内部的铅不能同时刺穿，过程的顺序为如下：凹槽，V型缺口，倒角，销孔，环氧孔，成型孔，然后内部的优先。第8条.尽量不要使用了一个复杂形状的冲压，坯料的形状自动被划分成简单的形状。第9条.在计算每个坯料的周长，首先，带状布局模块决定的工作根据周长的大小。第10条.在每个坯料形状，带状布局模块决定模具坯料的大小，这是能够承受正常压力产生的推力。一个自动化的CAD系统进工作627第11条.每个一次冲孔成功的模坯其指定的间距根据工作秩序，并转移到下一道工序，如果它重复。第12条.从数据库中获得推力比冲裁力。第13条.正常推力施加的压力作如下决定。其中Pface=正常压力（kgmm-2）Lshear=求和或剪切长度（mm）BLR =材料厚度与打磨长度比Fd=推力（kg）第14条.外径所承受正常压力推力决定. 其中，Do=模坯的内径(mm)Di=模坯的外径（mm）M =常数取决于屈服准则，1 m 1.15SY =模具的屈服强度（mm）第15条.模具和冲压穿孔后需要重磨从60000到70000。第17条.对于一个拥有16针引线框架，一次冲压弯曲是必需的。第18条.冲孔和分割,如果可能的话，可以让冲压机床和切杆一起操作。第19条.请注意，与切割一同进行的为型孔。第20条.为了弥补之间的距离引线和交叉孔，均衡化进程必需的。第21条.进料偏差是在0.01mm和位置偏差0.5mm。第22条.所有尺寸的引线框架测量该挡板。3.3压铸布局规则第1条.如果整体切割尺寸的柸料小于300毫米，完全空白的文件生产的一个阶段。第2条.如果存在任何相互关联的功能，在先导孔他们还处理了在第一阶段，他们的冲床安装允许它。628 J.C.Choi et al.第3条.如果边缘之间的最小距离内部功能模块的边缘是少两倍以上的模具块厚度，闲置站为防止模具块，卸料板被冲床持有人从被打破。第4条.模具布局模块还设计了带等一种方式，它使组件和其废料被弹出，不受干涉。第5条.模具布局模块决定类型的模具用于生产给定的部件被考虑坯料剖面的复杂性,生产的复杂性要求，准确的坯料，其他相关参数。第6条.一冲裁力或冲孔力，是如下。其中，P =冲裁力或冲孔力（kg/mm2）第7条.模块的厚度以下验证表达。其中，Hdblock=模块的厚度（mm）sai=允许弯曲应力（kgmm-2）Dbla=产品最外层的形状直径（mm）Ddblock=模块的直径（mm）第8条.在级进模压力中心计算如下:其中，EI =每个实体的剪切长度（mm）Xi=质心为每个实体x坐标（mm）Yi=质心y坐标为每个实体（mm）第9条.如果成功的进程之间的最小距离大于两倍的模具厚度块，模具的分区是必需的。第10条.冲杆长度是小于标准的建议在下面的表达式。其中， L=为冲头长度（mm） E =弹性模量（kgmm2）图6.32LD PLCC封装引线框架半导体自动带布局图一个自动化的CAD系统进工作629图7.代腔冲床32LD PLCC封装引线框架的形状处理模块。图8.一个的32LD PLCC封装在压铸布局模块所产生的模具平面绘图。I=二阶矩面积（kgmm-4）CP=安全系数第11条.初步压缩量从3mm到6mm。第12条.对冲压工作，压缩量如下。iworkcom= T + Ipunch+ Istripper其中，iworkcom=弹簧的压缩长度（mm）ipunch=开模冲孔渗透量（mm）istripper=合模冲孔渗透量（mm）第13条.压缩弹簧的总长度如下。iworkcom= Ipunch+ Istripper第14条.弹力是从下面的表达式计算。fspring= Kspring x Itotcom其中，fspring=弹簧力（kg）Kspring=弹簧常数itotcom=总的弹簧压缩长度（mm）第15条.模和冲头之间的间隙决定考虑材料的厚度数据库和极限强度。第16条.剥离力是由以下计算表达。其中，630 J.C.Choi et al图9.模座的在压铸布局模块产生的32LD PLCC封装的绘图。图10.32LD PLCC封装的导板的绘图生成的在压铸布局模块。图11.32LD PLCC封装的卸料板的绘图生成在压铸布局模块。图12.一个的32LD PLCC封装的冲孔模版的图纸生成在压铸布局模块。图13.绘图的在压铸布局模块产生的32LD PLCC封装模具垫板。图14.冲床垫板的在压铸布局模块产生的32LD PLCC封装的绘图。图15.32LD PLCC封装在的压铸布局模块产生的冲持有的绘图。Fstrip=剥离力（公斤）Cstrip=剥离系数第17条.紧固件的数量是由以下计算表达。其中，DF =紧固件直径（mm）NF =紧固件（mm）第18条.销钉和弹簧的位置安排围绕在同等间距打孔轮廓。第19条.螺丝和销钉位边缘周围在相等的间距直线模具块。第20条. 如果任何一个螺距误差出现,它调整在中央的位置。第21条.从数据库，其模具布局模块选取按照尺寸等标准件在早期阶段计算的部分。第22条.为了产生列印孔，其直径为di中心点（Xi，Yi），最小有效尺寸(Aeff)min (Beff)min 如下；其中，(Aeff)min =最小有效长度板（mm）(Beff)min=最低有效板宽度（mm）图16.的32LD PLCC封装在的压铸布局模块产生的上模（冲压件）的绘图。图17.32LD PLCC封装在的压铸布局模块产生的下模（压铸件）绘图。4.系统的应用和结果当半导体引线框架要求非常进步工作的准确冲孔操作设计自动化CAD系统，在每一所取得的成果模块在下面的章节。4.1输入和图形处理中的应用模块当用户输入项要求的引线框架产品如图. 3，形状处理模块，确认输入形状绘图，转换为数值的清单闭环设计每个模块。这些清单是用来在每个模块的运行程序，使用规则和共同的数据库。4.2生产的可行性检查中的应用模块当32LD PLCC封装，引线框架内部的铅，适用于生产的可行性检查模块，结果检查产品的圆角半径，冲孔，内部功能的形状之间的距离在图4和图5所示。从这些结果，本系统知道形状之间的最小距离被冲压的内部功能和孔是在可行区域。此模块，因此，防止错误会出现在实际的车间。4.3地带的布局模块中的应用当32LD PLCC引线框架产品被应用到带状布局模块，结果是由该模块的输出如图。 610。带状布局模块，通过检查干扰和模坯外径推力，可以进行自动化的带状布局，以防止模具被打破。在冲床工作外部的部分产品，销钉，环氧孔，外部铅，成型孔，剪毛，形状该产品是相同的，但在复杂的车床上，模垫，内部的铅，冲型材自动划分。当冲裁型孔，这个模块进行渐进的工作考虑最小距离，以免干扰根据剪切长度的大小。塑性变形发生在结束内部的铅一部分需要设计型孔，以防止变形。此模块提取型腔的数值数据列表引线框架和设计的自动化车床。这表明型腔形状自动生成的图.710。4.4应用到模具的布局模块数据转换模块转换的形状数据成可辨认的引线框架带布局图为了形状数据，使用I-DEAS的主系列的起草方案。当32LD PLCC封装，引线框架，适用于模具布局模块，部件和组装的芯片集生成和图8-17中可以看出。该模块根据数据，从数据库中读取标准件从带状布局模块，非标准获取部分不存储在数据库中，并进行了设计。因此，它产生的模具设计图。计算在常压下模具的外径，模和冲头之间的几何形状的间隙，压力中心的力量平衡，数量安排螺丝，数量和布局定位销，模块的大小决定下面的程序。它计算的“面积拔模”的长度和宽度的带状布局的基础上绘制。模具板计算这些数据后，该芯片集的尺寸是标准化的，死设置存储在数据库中。此外，根据尺寸标准化的模架，模具板的厚度卸料板，从边缘的最小距离模板的定位销和螺栓，得到该数据库。定位销的直径和紧固件，分导的直径和主导从数据库中获得职位。它检查成功与否冲压弯曲的失败。在内部的铅引线框架，被冲裁的尺寸是一样的和坯料的尺寸，这些模具。所有的模坯后排列，时刻计算中的地位和中心每个形状的严重性，以确定平衡受力点。这点匹配的芯片集中心产生一个平衡的紧迫压力，并减少磨损模具和冲压。通过量化的技术和体验在本次研讨会，该模块可以生成最好的模具布局图纸防止塑性变形和缺陷。一个自动化的CAD系统进工作6335.结论在研究开发过程自动化的CAD系统规划和死半导体引线框架产品的设计，冲孔操作非常精确。自动化CAD系统具有以下特点。1.处理输入和形状的模块，由认识到形状该产品的输入，转换为数值的随机列表成一个封闭循环的数值列表的形状数据使用很容易在每个模块。2.生产可行性模块可以检查生产引线框架产品的要求非常的可行性精确的冲孔操作。3.以模坯外径每个产品的形状，在生产的正常压力可行性检查模块，冲压型材的形状自动分为外部区域。4.带状布局也检查空闲站之间成功流程，以防止被打破的模具和自动生成带布局图。5.模具布局模块，可以进行自动模切布局和生成的芯片集的零件和装配图图形的形式。该系统量化需要的技术和经验设计和标准化设计规则制订程序设计。它的优势在于它可以用来新手可能没有任何工具设计的知识。通过实现基与AutoCAD自动化CAD系统工艺规划和I-DEAS的复杂模具设计，联系，与其他CAM软件系统，可以自动引线框架的生成，所以CAD / CAM系统的NC数据需要非常精确的穿孔操作的半导体很快被开发。634J.C.Choi et al。 致谢作者衷心感谢为ERC净成形与模具在韩国釜山，釜山国立大学，制造业。参考文献1. Input and shape treatment modules, by recognising the shape of the product input, convert a numerical random list of shape data into a numerical list of closed loops to use easily in each module.2. The production feasibility check module can check production feasibility for a lead frame product requiring very precise piercing operations.3. Taking account of the outer diameter of the die blank under normal pressure for each shape of product, in the production feasibility check module, the shapes of the punch profiles were divided automatically for the external area.4. The strip-layout also checks the idle station between succeeding processes to prevent the die from being broken and generates the strip-layout drawing automatically.5. The die-layout module can carry out automated die-layout and generate parts and assembly drawings of the die set in graphic form.This system quantifies techniques and experience needed in designing die sets and standardises design rules for formulating procedures for design. It has the advantage that it can be usedby a novice who may not have any knowledge of tool design. By realizing an automated CAD system on AutoCAD for process planning and on I-DEAS for complicated die design, the system, linked with other CAM software, can automatically generate NC data so a CAD/CAM system for lead frame for semiconductors requiring very precise piercing operations may soon be developed.