[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】参数控制型腔布局设计系统-中文翻译

1 参数控制型腔布局设计系统 今天，塑料制品的生产时间正在变短，因此，筹备时间使注射可用模具正在减少。有潜力的省时模具设计阶段，因为设计过程中的重复每个模具的设计都是标准的。本文提出了一种通过使用注塑模具标准化模板控制腔布局几何参数的设计方法。在标准化模板腔布局设计中包括可能布局的配置。每一个布局结构设计都有其自身所有的几何布局设计表参数。这种标准化的模板是预定义为模具装配设计的布局设计的水平。这将确保，所需的配置可以很快装入模具装配设计，而不需要重新设计布局。这使得制造前模具的产品设计和模具设计之间有用的技术讨论。可以在讨论过程中立即改变三维腔布局设计，从而节省时间，避免误差。这种腔布局的设计标准化模板使每个模具制造公司可以很容易地定制自己的标准。 关键词 ：腔体布局设计 ;几何参数 ;模具装配，注塑模具设计 ;标准化模板 1.导言 注塑是一种大众生产高精度塑件的通用的方法。有两种可用于注塑所需的主要项目。他们是注塑成型机，注塑模具。模具安装在注塑成型机上注塑成型机并提供了溶化的塑料流到机器的模具，模具的夹具应用压力和形成的塑件注射压力的一部分。注射模具是表达熔融塑料在最后阶段塑件的形状和尺寸的三维细节的工具。 今天，塑料件的生产时间，是越来越短，必须在较短的时间里生产出注塑模具。在注塑模具设计及相关领域已经做了许多应用计算机技术的研究。知识系统（ KBS）的如 IMOLD 1,2， IKMOULD3， ESMOLD 4，全国程康的 KBS 大学，台湾 5，在德雷克塞尔大学 6等韩国的注射模具设计已经发展。系统，如 HyperQ /塑料 7， CIMP 含量 8，飞度 9等，都以制定塑料材料的选择使用知识为基础正在发展。技术也已经成为设计注塑模具的发展趋势 10-12。据观察，虽然模具制造行业正在使用的模具设计，三维 CAD 软件，许多时间被浪费是每个项目的同样设计过程。同时，如果重复的设计过程可以标准化就能避免日常任务，则模具的设计阶段巨大的省时的潜力。在模具装配中一个组织良好的分层设计树也是一个重要因素 13,14。然而，腔布局设计控制参数的部分工作已经完成，因此这方面将是我们的主要重点。虽然腔布局有许多设计方法15,16，但模具设计人员往往只使用常规设计，因此有必要使腔布局设计水平标准化。 本文介绍了一种基于标准化模板通过控制参数设计注塑模具的型腔设计的方法。首先，组织严密模具装配层次设计树已经建立起来。然后，腔布局配置2 的分类必须作出标准配置和那些非标准配置之间的区分。那个标准配置将列在配置数据库并且每个配置都有自己的规划设计表控制其自身的几何参数。这种标准化模板被预定义为模具装配设计的布局设计水平。 图 1 前插入（腔）和后插入（核心） 2. 塑料注塑模具的腔布局设计 一个注塑模具是表达熔融塑料在最后阶段塑件的形状和尺寸的三维细节的工具。因此，模具包含最后部分的逆印象。对模具大多建立了两半：前插入和背部插入。在某些模具制造工业，前面插入也被称为腔和背部插入被称为核心。图 1 显示了前面插入（腔）和背部插入（核心） 。熔融塑料注入印象填充。熔融塑料的固化，然后形成塑件。图 2 显示了一个简单的两板模装配。 图 2 一个简单的模具装配 2.1 很多时候单腔和多腔模具之间的差异，印象中，塑料模具的填充也被称为填补了腔。腔的安排被称为腔布局。当一个模具包含多个腔时，它被称为是一个多腔模具。图 3（ a）和 3（ b）显示了一个单腔模具和多腔模具。一个单腔模具通常是相当大的设计部分，如绘图仪封面和电视外壳。对于较小的如手3 手机盖和齿轮部件，它总是采用更多经济设计的多腔模具，使更多的地方可以形成生产成型周期。客户通常确定腔的数量，因为要平衡投资成本。 2.2 一个多腔模具在同一时间生产不同的产品，作为一个组合模具。然而，它不是模具不同腔的普通设计，由于腔未必都是熔融塑料在同一时间和同样的温度填补。另一方面，多腔模具的生产在整个成型周期同样的产品可以有一个平衡布局或不平衡的布局。均衡布局在其中一腔都统一用相同条件下熔体在同一时间填补 15,16 时间 。短成型如果不平衡的布局正在使用，但是这通过修改的长度和跨节茎加以克服（为熔融塑性从浇口流动腔的通道） 。由于这不是一种有效的方法，尽可能避免。图 4 显示了短期注塑情况是由于不平衡的布局。均衡布局可进一步分为两类：直线和圆弧。线性均衡布局可容纳 2， 4， 8，16， 32 等型腔，即它遵循一个 系列。均衡的圆形布局可以有 3， 4， 5， 6 个n2或更多腔，但有一腔的数量限制，可安置在一个平衡的，因为圆的空间布局限制。图 5 显示了已经被讨论的多腔布局。 3.设计方法 本节介绍的设计方法是一个注塑模具参数控制腔布局设计开发系统的概述。建立有效的工作模具设计方法是建立各种部件和组件到最适当的层次结构设计树。图 6 显示了模具装配第一级组件和部件的层次设计树。其他部件和组件的装配是从第二级开始到第 n 模具装配水平层次设计树。对于这个系统，重点将仅在 “腔布局设计 ”。 3.1 标准化程序 为了节省在模具设计过程中的时间，有必要确定设计通常功能的使用。每一个重复模具设计过程，然后可以标准化。图 7 可以看出，在标准化 “腔布局设计 ” 的相互作用程序中有两个区段：组件装配标准化和模腔布局配置标准化。 3.1.1 组件标准化 腔布局配置前可以标准化，但必须认识到部件和组件是通过腔布局中各种腔被重复的。图 8 显示了详细的 “腔布局设计 ”等级设计树。 主要插入组件（腔中）层次结构设计树的第二层有许多部件和组装部件从层次结构的设计树第三层开始直接插入。它们可以被看作是主要部分和次要组件。主要部分存在于每一个模具设计。次要组成部分依赖于塑件的生产，所以他们可能存在或可能不存在在模具设计。因此，把这些元件及部件归于主要插入组件，确保每一个重复的主要插入（腔）继承从第三级开始层次设计树的相同的部件和零部件。因此，没有必要重新设计类似的部件和组件中的每一个腔腔布局。 4 布局设计 809图 3 （ a）单腔模具 （ b）多腔模具 图 4 在短成型布局不平衡 810 杂木低和堪萨斯州利 5 图 5 多腔布局 图 6 模具装配分层设计树 图 7 在标准化的相互作用过程 3.1.2 腔布局配置标准化 有必要把那些有标准的，哪些是非标准的腔布局配置进行研究和分类。图 9 显示了腔布局配置的标准化程序。腔布局设计，也可以采取为多腔布局或单腔布局，但始终由顾客确定这一决定。一个单腔布局总是视为标准配置。多腔模具可以在同一时间生产不同的产品或在同一时间生产同一产品。腔布局设计系统 811 6 图 8 详细的 “腔布局设计 ”分层设计树 模具在同一时间生产不同的产品被称为组合模具，这是一个非传统的设计。因此，多腔组合模具有一个非标准配置。生产同一种产品的多腔模具包含一个平衡的布局设计和失衡的布局设计。不平衡的布局设计是很少使用，因此，它被认为是一个非标准配置。不过，均衡布局的设计也可以包括任何线性布局设计或圆形布局设计图。这取决于那些根据客户要求的模腔数。必须指出，虽然，有任何其他腔非标准的数量也被列为一个非标准配置。在标准的布局设计分类后，其详细信息可以被列入标准化模板。这种标准化的模板被预定义为在模具装配设计和支持所有的标准配置的腔布局的设计水平。这将确保所需的配置可以很快加载进入模具装配设计布局而不需要重新设计。 3.2 标准化模板 从图 10 可看出，有两个部分标准化模板：一个配置数据库和布局设计表。 配置数据库包括所有布局的标准配置，每个布局结构都有自己的布局设计表的几何参数。由于模具制造行业有自己的标准，配置数据库可以将那些以前采取定制的视为非标准设计。 7 图 9 标准化程序腔的布局配置 图 10 标准化模板 3.2.1 配置数据库 数据库可以被用来包含的所有不同标准配置的名单。在这个数据库中的配置总数相当于在模具配置的腔布局设计水平中可用的布局配置的数量。在数据库中所列出的信息是配置数量，类型和腔的数量。表 1 显示8 了一个配置数据库的例子。配置数量是相应类型可用布局配置的每一个名字的腔的数量。当布局的特殊类型和数量被定义时，适当的布局配置将被加载到腔设计中。 3.2.2 布局设计表 在配置数据库中的每一个标准配置都有自己的布局设计表。布局设计表包含每一个配置的布局结构的几何参数并且每个配置是独立的。一个更复杂布局结构将有更多的几何参数去控制腔布局。图 11（ a）和 11（ b）显示回模具板（核心板）与大型腔和装配四个小型腔相同的四腔布局。它总是更经济，容易加工，而不是机器个别一大型腔在钢块小型腔。机械加工的优势一个大型腔是： 812 杂木低和堪萨斯州利 图 11 凹模板 1、可以节省腔之间更多的空间，因此，小钢块都可以使用。 2、相对于加工多个小型腔加工大型腔更快一些。 3、相对加工多个较小的型腔加工一个大型腔有更高的精度。因此，几何参数的默认值在布局设计中由表腔之间的距离决定。然而，为了使系统更加灵活，几何参数的默认值可以修改以适应每一个有需要的模具设计。 3.3 建立几何参数 几何参数有三个变量： 1、腔之间的距离（弹性） 。腔之间的距离要在布局设计表中列出他们可以由用户控制或修改。那个距离默认值，使得没有腔之间的没有距离。 2、单型腔的圆角方向（弹性） 。单型腔的圆角方向也要在布局设计表中列出，用户可以更改。对多腔布局，所有的腔的圆角方向都必须和布局设计表所示的相同。如果修改圆角方向，所有的腔的圆角都必须改变相同的角度，而不影响布局配置。 3、各腔之间的组装关系（固定） 。腔的圆角方向要相互配合，在单独的布局设计中被预定义，而且被各腔之间的相互组装关系控制，除了定制的，这适用于所有的布局设计。图 12 显示了一个单腔布局设计例子和几何参数。主要插入 /腔的起源是在该中心。 x1 的默认值和 Y1 为零，使腔是该布局的中心（两个相互重叠的起源） 。用户可以更改X1 和 Y1 的默认值，使腔可以适当地弥补。图 13 显示了一个八腔布局结构例子和几何参数。 X 和 Y 的默认值是主要插入尺寸 /腔。在默认情况下， x1 和 X2 的9 默认值等于 x， 1 值等于为 Y，因此腔之间不存在距离。 X1， X2 和 1 可被提高以适应设计中腔之间的距离。这些默认值会在布局设计表中列出。如果某个腔被调整 90 ，那么其他腔也必须跟着调整相同的角度，但布局设计仍保持不变。用户可以通过改变布局设计表格中的参数来改变腔的角度。布局如图 14。 图 12 单腔布局结构和几何参数 腔布局设计系统 813 图 13 八腔布局结构和几何参数无腔旋转 一个复杂的腔布局配置，有更多几何参数，必须使用的相关方程的参数。 4.塑料模具的控制腔布局设计 参数原型用奔腾三 PC 兼容的硬件执行。这个原型系统使用了商用 CAD 系统（ SolidWorks2001）和商业数据库系统（ Microsoft Excel）等软件。该原型系统的开发使用微软的 Visual C + + V6.0 的编程语言和 SolidWorks 的 API（应用编程接口）在 Windows 10 图 14 八腔布局结构和几何参数与腔旋转 NT 的环境中。 SolidWorks 的选择主要有两个原因： 1。主要由于硬件的采购成本，在 CAD /CAM 行业的上升趋势已经转向以 Windows 为基础的个人电脑的使用而不是基于 UNIX。 2。三维 CAD 软件完全兼容 Windows，从而它能够从Microsoft Excel 中顺利整合信息到 CAD 文件中（零件，装配和绘图） 17。这个原型系统有 8 个标准布局配置数据库在 Excel 文件中列出。如图 15 所示。（ 1） 。与此相应的配置数据库，布局设计水平，这是一个具有相同的布局配置SolidWorks（ layout.sldasm）的装配文件。与 Excel 文件中的配置名称相对应的布局配置文件名称，如图 15（ b）所示。每腔布局文件（ layout.sldasm）项目将预先加载这些布局配置。当所需的布局配置是通过用户的要求接口，布局结构将被加载。用户界面如图。 16 装载要求的布局配置要事先下载。在加载要求的布局配置后，当前的布局配置信息将在列表框中列出。然后用户可以改变当前的布局配置以适应在配置数据库中建立的任何相应布局设计。如图 17 所示。当用户按下用户界面底部的按钮包含几何参数的布局结构的布局设计表会被激活。当几何参数的默认值改变时腔的设计亦相应更新。图 18 显示了当前的布局配置激活的布局设计表。 5.案例研究 手机外壳 CAD 模型，如图 19 所示，是用在下面的案例研究。原始的 CAD 模型要根据使用的模具树脂的收缩默认值来缩放设计插入件来阻止收缩部分，这整个组件被称为主要插入组件（三十 cavity.sldasm） ， 814 杂木低和堪萨斯州利 11 图 15 配置数据库和布局模板原型系统 图 16 在用户登陆界面之前加载所要求的配置 其中 “xxx”是项目的名称。图 20 显示的主要插入组件。主要插入件创建后，腔布局设计系统，可用于制备模具装配的腔布局。 5.1 方案 1：初步腔布局设计在模具设计中，所设计的模具总是由客户决定，因为他们要平衡设备投资和最初的预算。客户已经要求设计一个两腔模具生产手机外壳。创建主要插入组件后，模具设计师会下载一个使用此腔设计系统的两腔线性布局配置。相应配置的名称是 L02，并在用户界面中列出如图 21所示。 5.2 方案 2：腔布局设计改造与客户与模具设计者之间的技术讨论会是常见的。这使得对模具制造的三维 CAD 文件都要尽可能快的做出调整。变化几乎总是不可避免的，模具设计人员从来没有多余的时间。在这种情况下，在技术讨论会上，为客户改变了主意，需要一个四腔线性而不是两腔模具使该 12 甲腔布局设计系统 815 图 17 加载所要求的配置后的用户界面 图 18 与布局设计表的用户界面 816 杂木低和堪萨斯州利 13 图 19 手的手机 CAD 模型 手机的生产量得到提高。模具设计者可以使用腔布局设计系统把现有腔布局设计修改成四腔线性模具。所要求的新的布局配置可以从图 22 所示配置数据库中选择合适的配置数据库。 图 21 线性两腔配置 5.3 方案 3：腔之间的间隙是必需的 最后，在另一个技术讨论会，模具设计师必须引用在纵向型腔之间 20 毫米的间隙，如图 23 所示。 14 图 20 插入封装的主要组成部分的缩小 腔布局设计系统 817 图 22 线性，四腔布局配置（在布局配置更改后） 15 图 23 在腔之间的差距介绍 图 24 1 值在布局设计表中的修改意义 16 图 25 增加后的间隙，最终设计 腔布局设计系统 819 在腔布局组件的水平中，模具设计采用腔布局系统启动当前布局配置的布局设计表。把 1 值从 50 毫米改为 70 毫米引用在纵向型腔之间 20 毫米的间隙。图 24 显示了在布局设计表中 1 价值的改变。最后的设计结果，间隙增加后，如图 25。 6.结论 在本文中，使用标准化模板这一途径是为用参数控制型腔布局设计系统的发展提出的建议。由于这种方法利用了标准化的使用，它可以进一步应用于其他组件模具装配设计，如果他们的设计流程是重复的或者他们认为有每一个模具常用功能设计的特征。发达国家腔布局系统的优点如下： 1、在开发的系统具有用户友好的界面。 2、因为数据库的使用，它有高度的灵活性，并且模具制造等行业都有自己的标准可自定义的数据库，以满足他们的需要。 3、因为预先定义标准化模板在模具装配设计布局的设计水平中是可用的，所需的布局配置可以很快被加载到模具装配设计，而无需重新设计布局。 4、这个系统使产品设计和模具设计在模具制造之前预先有更多的有益的技术讨论，例如在讨论中改变布局可立即完成。 5、因为它删除多余的工作，这个系统在模具设计过程中节省了时间。由于模具制造时间的减少这对于模具制造工业是非常主要的。开发的系统有一些限17 制。 虽然数据库和布局设计表可以进行定制，定制将更加困难，更复杂的非标配置，因为正确的几何参数待定。我们目前正在申请一个在模具设计中其他组件的一个标准化模板。 18 参考文献 1. K. S. Lee, J. Y. H, Fuh, Y. F. Zhang, A. Y. C. Nee and Z. Li, “IMOLD: an intelligent plastic injection mold design and assembly system”, Proceedings of the 4th International Conference On Die and Mould Technology, pp. 3037, Malaysia, 46 June 1997. 2. K. S. Lee, Z. Li, J. Y. H, Fuh, Y. F. Zhang and A. Y. C. Nee, “Knowledge-based injection mold design system”, CIRP International Conference and Exhibition on Design and Production of Dies and Moulds, pp. 4550, Turkey, 1921 June 1997. 3. C. K. Mok, K. S. Chin and John K. L. Ho, “An interactive knowledge-based CAD system for mould design in injection moulding processes”, International Journal of Advanced Manufac- turing Technology, 17, pp. 2738, 2001. 4. Kwai-Sang Chin and T. N. Wong, “Knowledge-based evaluation for the conceptual design development of injection molding parts”, Engineering Application of Artificial Intelligence, 9(4), pp. 359 376, 1996. 5. Rong-Shean Lee, Yuh-Min Chen and Chang-Zou Lee, “Develop- ment of a concurrent mold design system: a knowledge-based approach”, Computer Integrated Manufacturing Systems, 10(4), pp. 287307, 1997. 6. A. A. Tseng, J. D. Kaplan, O. B. Arinze and T. J. Zhao, “ Knowledge-based mold design for injection molding processing”, Proceedings of the 5th International Symposium on Intelligent Control, pp. 11991204, 1990. 7. K. Beiter, S. Krizan and K. Ishii, “HyperQ/Plastic s: an expert system for plastic material and process selection”, Proceedings Computers in Engineering, ASME, 1, pp. 7176, 1991. 8. W. R. Jong and K. K. Wang, “An intelligent system for resin selection”, Proceedings ANTEC89, SPE, pp. 367370, 1989. 19 9. M. Wiggins, “Expert systems in polymer selection”, Proceedings ANTEC86, SPE, pp. 13931395, 1986. 10. L. L. Chen, S. Y. Chou and T. C. Woo, “Parting directions for mould and die design”, Computer-Aide d Design, 25(12), pp. 762 768, 1993. 11. A. Y. C. Nee and