基于特征的参数化设计的浇注系统的铸造模具

1、 基于特征的参数化设计的浇注系统的铸造模具 本文提出了设计一个半自动化的方法一个压铸模具浇注系统。这种方法结合在p-2季度技术和基于特征的参数化设计实现了几何的自动生成浇注系统,它还使用户能够整合他们的专业知识在早期的设计阶段,用户定义的门控功能预先定义和一门库中存储，然后被从库中检索并应用到门的一部分，在设计所需的工艺参数和位置,在p-2季度技术为基础，提出的算法计算浇注系统的相关参数。一原型设计已经开发使用这种方法，该系统能够缩短建设时间的三维几何形状，如门、门控单元流道，溢出、镜头套、浇口等。 关键词：基于特征的设计，浇注系统;参数设计的p -2季度技术1. 简介1.1背景 压铸被广泛应

2、用于工业，因为它的高实力和良好的性能。在压铸质量本质上取决于模具，形状压铸。模具设计过程涉及到浇注设计系统，冷却系统，弹射系统，模具基地等浇注系统设计是至关重要的，因为它影响到死以后的设计程序，影响整体品质的压铸产品。在传统的浇注系统设计是一个案件逐案工艺基础上，压铸部分。当压铸零件文件被接收时，模具设计师将确定浇注系统用于特定压铸根据自己的实验部分，计算相关尺寸和参数，然后开始建模的门从头元素的几何形状。当另一个新的压铸零件文件被接收时，同样程序会重复出现。此外，重复修饰，阳离子甚至需要重新设计，由于难度在实现第一次尝试精确的设计。这项试验和错误的过程通常会导致很长的筹备时间，提高费用为模具

3、基地。这将是有益的压铸行业都有自动或半自动压铸模具设计过程。然而，有没有办法计算机报备资助压铸模具设计铸造中提取信息从cad模型1。最近，注意力已经支付给个别模具自动化或半自动化设计元素，包括浇注系统，但有一点发表在这些领域的工作。有一些相同之处，压铸模具及注塑模具，但前者有一个更加复杂浇注系统。虽然饲料和流道自动化设计注射成型系统进行了研究2,3，规则不严格适用于门控设计压铸制模。 imold（智能模具设计和装配系统）是一种专门的软件程序包半自动化的注塑模具的设计4，但它不能用于压铸模具设计，直接原因是它的局限性。本文介绍了一种用于设计半自动化的方法在一个模具压铸浇注系统。这使得自动生成的浇

4、注系统的几何结构和相关参数的计算，以减少建模时间，实现了实用的设计，在早期阶段。一个原型设计系统的实现其次以云南为例。1.2浇注系统设计 浇注系统，这是几门组成内容包括门，溢出，流道，镜头套，与主流道，是一个通道，通过它进入死腔moltenmetal流动5,6系列。由于流量和在模具的热效应，大小，形状和安置浇注要素是至关重要的模具的性能。浇注系统的设计虽是个别情况逐案基础上，也有一些值得注意的共同点。例如，溢出和一般的镜头套筒形状简单，而运动员大多是在截面积一致。闸门分为两种最常用的类型：扇闸门和切向大门。这是，因此，有可能在标准伊势门多次使用这些元素的几何形状。系统不仅应该旨在提供金属腔成功

5、，但也必须旗鼓相当每个压铸机，一具体，因为一死不同的浇注系统进行不同的机器上。该模具浇注系统不应该超过机能力，以及设计中应保持在最低一次设计要求得到满足。1.3 p-q2 技术p-q2这种技术既考虑到机和模具的特点，将显示如何去死执行一个压铸机6-8。本机的特点曲线描述了多大的压力（p）的机适用于在任何给定流量（q）的金属。垂直轴代表金属压力，横轴代表上一平方流量规模，机器曲线是一条直线线p-q2图（图1），它可以表示为公式. (1):p = pmax × (1 (q/qmax)2) (1) 其中pmax的是金属最大压力时活塞到达行程终点，与qmax是最大流量在干燥时的出手速度柱塞进

6、展。柱塞尺寸和拍摄速度设置有两个因素影响的梯机器的曲线。具有特定模具浇注系统有自己的特性曲线。在模具，由于门区（ag），金属之间的压力和流量的关系可以由公式决定。（2） pm=q2/2agcd (2)这里是金属的密度，cd为流量系数模具的。因此，另一个可以绘制直线代表在死亡的特征曲线（图1）,渐变为减少死亡曲线门面积增加。图1 p-q2 特定模具和机器的组合图 鉴于一门区银为特定的模具流量（q）的和机器的组合可从交叉路口点的两条曲线，因此门速度（vg）和填充时间（t）可以使用相对计算方程。该对vg和t值反映了模具灌装质量。如果vg的太低，高气泡和孔隙率将发生在压铸;如果vg为过高，模具侵蚀就会

7、发生。中的价值吨决定了压铸表面质量。越短灌装时间，更好的表面质量会;然而，它不会是经济的，如果t是太短了。有些准则在选择最佳的vg和吨使用准则，最佳组合吨和vg最佳流量条件下，可实现在尝试不同的组合门区，柱塞直径和出手速度的设置。1.4参数化设计参数化设计的概念已被纳入许多cad / cam系统，如unigraphics系统，pro / engineer的，并solidworks中，尺寸等设计参数与变量处理为控制参数，它是一种有效的工具创建基于参数模型。在此提出了一种参数化模型包含的原则，形状和参数对尺寸，首先定义和存储。任何变化模型的参数，它具有相同的拓扑但不同尺寸的限制，可以通过指派一个特

8、定的值设置为参数参数化模型。这种方法允许一个参数模型代表了一部分家庭，其成员有不同的尺寸但在相同的拓扑结构。参数化设计，不仅提高了设计效率，而且也使得更新和现有设计的修改更容易，更快，因为这些可以通过改变参数的参数模型9-11。1.5基于特征的设计基于特征的设计是用于设计和功能的产品在功能上定义的属性和几何通过一系列参数来表示12。大多数的cad系统包含的功能的一种形式，一般设计库目的。一些cad软件提供了这样的标准格式如孔，槽，圆柱，圆锥等特点，是足够的进行广泛的需求。在一些应用中，标准形成功能可能是不够的，例如，模具设计进程反复使用了一些类似的门元素，这些元素具有特殊的几何形状，因此用户定

9、义的特征可使用。用户定义的功能可以执行一个独特的功能。具有良好的经验和专业知识，设计人员可以构建用户定义的功能，有更多的功能意义和设计意图。一个预定义的功能是一个参数化模型或存储在库中的原型。当它在设计中使用，在创建实例的参数化模型。2.方法论本研究的方法是结合的p -2季度技术和基于特征的参数化设计一起在设计系统。特征库是一门与门初建定义和特点，在库中存储。其他应用程序具体的功能可以被添加到库，并必要时。提出了一种算法来计算工艺参数，如门区，充填时间，和门速度和浇注产生的几何元素自动检索功能的门控图书馆与计算几何参数。这种方法使设计人员能够使用预定义的模具设计特点而不是从头开始的几何模型。图

10、2显示了门控功能，创建和检索流程图过程。 图.2门控功能的创建和检索流程图2.1流量测算及工艺参数测定在计算过程中数据的算法是基于的p -2季度的技术，和一个模具和最佳流量条件估计机组合使用规则。该规则，确定充填时间和速度的边界值门根据不同的表面质量要求，并总结表1。柱塞时给予一定的规模，出手速度设定，和门区，填充时间和速度计算门并与边界值。一个短的灌装时间提供了一个更好的表面质量，但它往往需要一个更大门区，这将增加了消除困难浇注系统。因此，填补最佳组合时间和速度将是一门，其中两个填充时间和闸速度接近于其平均值边界值（见表1）。表1.规则确定吨和vg边界值合金 门速度灌装时间t（毫秒）与表面质

11、量的vg（毫秒- 1） 良好 培养基 通 用铝合金 20 vg 60 10 t 25 25 t 40 40 t镁合金 40 vg 60 10 t 25 25 t 40 40 t锌合金 30 vg 50 10 t 20 20 t 30 30 t 假设一个压铸机已在测试中使用pmax及最大尿流直径d0的柱塞其液压压力保持不变。如果总的一部分在模具型腔体积为v，最佳流量条件获得使用下面的算法:flow estimation (d0, pmax, qmax, v) set surfacequalityrequirement;f0 = 2; optimal = 0; d = d0;agmin = v/(

12、gmax × tmax); agmax = v/(vgmin × tmin); /* initiate themaximum and minimum of gate area, where the boundaryvalues of vg and t correspond to table 1*/while(d! = 0)speedsetting = 0.5; /* machine power is not fully used ifless than 50% */ while (speedsetting = 1.0)yn = 0; ag = agmin;while(ag

13、= agmax)compute q, t and vg;if (t tmin or t tmax or vg vgmin or vg vgmax) yn = 0;else yn = 1; optimal = 1;f = (2 × t tmin tmax)/(tmax tmin)2 + (2 × vg vgmin vgmax)/(vgmin vgmax)2;if(f f0) f0 = f;record current value of d, speedsetting, ag, q, t, vg; print yn, ag, q, t, and vg to informatio

14、n windows;increases ag by aginc; increase speedsetting by 0.05; if (new plunger is available) change plunger size d;else (d = 0);if(optimal = 1) output the recorded value of d, speedsetting,ag, q, t, vg to user interface;else send massage “the machine is not suitable.”; 在推算过程中提到的最佳流量条件以上相当于进行一项试验系列模

15、具机器。数据，包括门区设置输出，灌装时间，流量，流速和门，以及柱塞直径和拍摄速度设置，都存储在数据库中，然后用于确定浇注的几何参数系统和设置这台机器. 在浇注系统设计的其他知识也适用于根据已知的标准进行评估用户输入数据或确定的大门元素的几何参数。这种知识是后天从设计师的经验以及从手册和教材，并派代表参加规则和功能6,13。例如，门深度应不超过0.8倍压铸厚度，门的深度，最低是由门速度。拟议的系统使用了一定的规则来检查userinput浇口深度值，以确保它是在要求的范围。该系统还能够计算的总的零件和浇注系统和投影面积的估计所需的锁模力。它会提示用户更改或柱塞腔的大小或液压如果号码所需的锁模力超出

16、了机器的锁模能力。其他规则可能有助于相关尺寸计算在一定条件下，如按照鉴于宽高比和一个梯形截面面积流道，系统自动计算截面的深度和宽度配置文件。2.2用户定义特征创建和选通特征库霍夫曼和琼提出了界定的方法在两个子的特征14。首先是创建使用标准的几何形状特征或现有用户定义功能。第二个是定义的属性提取信息的功能，以及约束捕获的几何和等式的关系。这个实例程序要求用户输入参数，选择交配基准生成和附加在部分的功能。陈和伟12提出一种方法，用于创建用户自定义特点，通过五个步骤。在他们的方法，用户自定义特征进行检索，并添加到一部分指定的位置和方向，而不是交配基准对。这两套工人使用的pro / engineer的

17、cad系统。本研究以这两种方法中的优势确定门的功能。这是一个unigraphics的实施cad系统，这对于一个坚实的对象多以允许单独存在的一个部分，其形状和存款不依赖必然对现有的几何形状。选通功能是创造出来的以下五个步骤：1。实体模型的创建。 2。约束的定义。 3。控制参数的定义。 4。起源和坐标系统的定义。 5。属性的定义。2.2.1创建实体模型用户定义的门控功能（或门的功能系统）包括门，流道，溢出，镜头套，和浇口。选通功能是创造既为产品功能为使设计和重新设计更容易。首先，它必须是确保浇注元素可以圆满履行其职能当熔融金属填充模具。第二，它必须可以肯定的参数模型将改变预期当参数被修改。的各种方

18、法创造不同的几何实体模型的复杂性。对于例如，一门用于连接流道流道和门以实现减少其压力的增加横断一区。它有一个比较复杂的形状，而且常常创建的大门。图3（a）显示了创建进程一门实体模型与风扇门流道，这是区域划分成不同的五个断面型材15。第一个配置文件（s0的）和第五（四）代表门开放和流道截面分别。第一，三基本基准面dpxy，dpyz和dpzx的设立，和s0是勾画出在dpzx。随后型材的s1，s2，s3和s4创建，分别在四个dpzx1等距离的飞机，dpzx2，dpzx3和dpzx4偏移dpzx。所有的配置文件然后形成一个坚实的业务模型，通过放样（图3（b）。2.2.2定义约束空间和几何约束，例如同时

19、，点上线，失调等都是应用在创建基准平面和素描的截面轮廓。然后约束定义为捕捉之间的数学关系几何尺寸和工程变量。在此预定义门转轮模型，有一个线性减少横断区以及随深度线性递减从s4到s0沿长度，五间的约束横截面型材的定义如下：dg = ag/wg; dr = ar/wr;d1 = dg + 1(dr dg); w1 = (ag + 1(ar ag)/d1;d2 = dg + .(dr dg); w2 = (ag + .(ar ag)/d2;d3 = dg + 2(dr dg); w3 = (ag + 2(ar ag)/d3;dr dg; ar ag其中a，w'和d代表的横截面面积，平均宽度和

20、深度，以及标g和r代表的大门及其关连流道。 2.2.3控制参数的定义一个用户定义的门控功能的可变尺寸定义为可控几何参数，用户可以从派生门元素所期望的用户自定义功能通过指定的大小通过界面的几何参数。通常，这些变量维度是功能意义一门元素，例如闸极长度（lg电子），门深度（危险品），门土地（劳工处g）的门长度流道（长gr）的，门流道深度（d gr）的，和门宽度流道（宽gr）的，见图。 3（三），他们需要良好的计算值相匹配的流量。几何参数的值在生成的记录元素在门形式表达。当用户修改几何参数外，新的值被传递给表达式，以及浇注元素的形状会更新后，相应改变（图3（d）。2.2.4定义的起源和csys每个门都

21、有自己的特点起源和csys（坐标系统），以方便连接的部分功能（图3（b）。当一个特点是从库中检索，这是连接指定选配一个既它的起源和csys点和工件产生的csys。这一点可以在任一曲面或曲线。2.2.5定义属性该功能可以记录信息作为属性。该门控功能分为不同的家庭根据其作用：闸阀，流道，溢出，射击套，浇注，等每个家庭是由不同类型的功能和亚型。因此，文字属性，包括名称，类型，子类型和序列号，可以分配到建立一个功能独特的身份。属性描述几何参数也分配。拓扑属性被分配到面的边界，以确定哪些对象它们必须连接到，例如面对1和2必须面对链接到零件和流道，分别为（图3（b）。目前，该功能库包含三个gaterunn

22、er类型，即风扇，切，复合，每种类型门，流道有两个或三个亚型。溢出的分类分为两种类型，即方形和圆形。转轮功能可用于单，双，三，四腔布局。还有一些标准杆套和浇注可用。一旦特征库已经准备好使用，用户需要一个接口，从库中检索功能和门控它们附加到在设计过程的一部分。此接口设计采用的unigraphics的用户界面斯泰勒（uistyler）。图.3一个门控功能，创造的过程。 （a）建立实体模型。 （b）一个原始参数模型。 （c）确定控制参数。 （d）具有变维度模型的变化。3.实施原型基于特征的参数化设计系统对压铸模具浇注系统的开发利用商业unigraphics的cad系统。 unigraphics的选择

23、因为它允许用户建立一个定制的系统使用微克/ open api和支持用户定义的特性，由于其参数性质及其提取设计信息的能力从功能。该原型系统还使用部分imold软件。图4显示了系统架构由特征库的门，工艺数据库，设计模块。这个过程的工程数据库包含数据压铸材料和机器。目前，材料包括铝，镁，锌以及它们的合金。作者：冷室压铸j11系列数据机器也可用，夹紧力这是150-630吨。提供不同的设计模块程序初始化过程，型腔布局设计，流估计，溢流设计，浇口设计，热流道设计，镜头套/浇道设计等的设计和重新设计工具在设计中采用集成模块的对话为基础的使用者接口。这个系统使用户提出的履行按照程序，一步一步的设计目标。首先，

24、用户需要加载压铸零件模型并选择压铸材料和要使用的机器。材料和机器的数据将被称为从在选择数据库流路，必须依法设立的几何特色的压铸的一部分。对于一个复杂的压铸，不同的部分可能有不同的流动模式，使该零件模型可能需要划分几乎成若干段，流动路径必须估计每段。每个区段的门区，然后估计和分散按比例量各分部在腔。腔体布局设计包括确定的数量腔和安排在模具的腔。单一或多型腔模具可使用。在多腔模腔死亡的安排使用各种预先定义的模板，安排在一个长方形或圆形排列的孔洞。受腔布局特点等因素的一部分，机大小，夹紧能力及抽水能力。门是用来引导直接金属腔从流道，这是最重要的门环。门区，即狭隘的开放横截面积毗邻腔，可准确估计使用流

25、量估计模块。该门流道形状必须匹配相应的压铸部分的几何形状。门是采用切向所在段形状像一个平行四边形和一个扇形闸门是，如果通过段是类似于梯形。他们常常合并一起复杂的压铸件。流道分配进了大门熔化金属从镜头套或浇口。通常有一个流道分支结构一个主流道和几个subrunners。转轮功能是与特定分支结构定义符合某腔模板。通常有段流道一致的横截面轮廓，可为圆形，半圆形或梯形。修改二维的尺寸概况和调整引导曲线将进行修改流道。必须有一个横截面逐渐减少从运动员入口区的大门，沿着金属流动路径，以增加流速。溢出是用在压铸模，以帮助减少非金属夹杂物，空气滞留，平衡热充模过程中的影响。一般来说，需要溢出其中流完或在两个流

26、相遇。的大小为特定的部分溢出将成正比容积段。一个镜头套筒的方式传送到熔化的金属死于一个冷室机的外部机制，和一块饼干，就像一个锥形圆筒形，形成于套筒的射门后结束熔化金属凝固。一浇口是用于将熔化的金属模具中，从为一个热室机喷嘴。里面的腔镜头套或浇口形式的整体浇注系统的一部分。标准杆套和浇道部分已经上市。在这个系统中，拍摄套或浇口添加后死基数（或模具基地），建构，因为有些其尺寸取决于模具板的大小。该用户必须确定拍摄位置和浇口套前创建的几何模型的参数。在设计浇注系统，每个门元素不能分别进行设计，因为他们都要么维或彼此的空间关系。所有其他元素门可能需要修改，如果其中一个发生变化。修改通常是必要的，因为最

27、初的设计是受设计变更。拟议的系统提供了一个简单的访问为用户实现修改以前的设计。使用用户界面友好，用户可以方便地添加，删除，调整大小，定位和旋转门的元素。该系统还允许用户存储任何先前设计的门系统重新使用的情况下压铸件在库也有类似的几何形状。4.个案研究本节提供了一个案例研究来说明设计浇注系统采用了原型系统。在压铸零件在这种情况下，研究中使用一个硬盘支撑板。图5显示加载的三维模型，并输入程序通过接口必要的过程数据。该材料为铝合金，机器选择的是测试使用的是柱塞直径80毫米。所选的支撑板长方形。为了使所有部分填充距离总之，平等，熔化的金属被传递到腔从侧面（图5）。由于大洞将分裂的金属分为两个主要河流流

28、量，二是建立流动路径的部分。因此，一个有两个切向闸门复合门在这种情况下使用。这两个分支的领域切闸门是成比例的两部分体积他们填写。 图. 5样品压铸零件模型及相关过程的数据。在考虑容量大小的限制和夹紧之机，一个三腔模具使用。一个模板三腔布局被选中，被放置在腔与模板的间隔时间后死在符合腔之间插入指定的,流量估计模块，然后启动，以计算门区，充填时间和闸速度（图6）。结果显示充填时间和闸速度为31.59 ms和39.85毫秒鈭分别，当总面积为二点一零平方厘米门和出手速度的做法，以70mm的柱塞90。这些数据是在接口输出，并在选定的特定的机器及模具的组合，然后记录该文件为属性的一部分。在设计浇注元素，每

29、个门区七十点零平方毫米，这两个分支的长度切向闸门49.5毫米和33.0毫米，考虑到0.85毫米门的深度。当所有的几何参数是指定使用的界面如图所示。 7（a）项，所有三腔闸门创建同时使用门功能（图7（b）。两个溢出也有能力吸收和夹杂其中的空气流动各条战线满足（图7（c）。一个流道功能相匹配的腔选择布局模板。由于是一个旨在减少从流道面积进气口流路沿门，每个转轮段截面积确定根据下一个环节的总面积（图8（a）。该用户只需要指定每个分部的面积系数，截面剖面类型，和长宽比，系统便会计算所有的运动员和subrunners的主要几何参数，和转轮几何自动生成连接到闸门，形成了坚实的（图8（b）。模具基地后选择并

30、添加到包含腔，然后拍摄套筒形成一个完整的设计浇注系统（图9）。所有的门元素可以被修改通过接口,产业反馈表明，在相关参数计算和浇注系统设计采用了这一系统是可行的。对于模具浇注系统的设计时间缩短。谁的工程师通常每年在3-4必要的计算和模拟的门元素只需要1小时或更少时，使用此系统。因此，原型系统能够提高半自动化设计在浇注系统。 图.6 接口和流量估计的结果。 图 7闸门设计。 （一）门的接口设计。 （二）闸门产生。 （三）流动模式在腔图.8转轮设计。 （一）流道的接口设计。 （二）参赛选手产生。 图.9完整的浇注系统设计5.结论拟议的系统首先应用功能的参数设计到压铸模具浇注系统设计。该原型系统能够产

31、生的几何构型浇注自动使用功能和参数的元素，并准确地计算出流条件和评估有关数据库使用p-2季度的技术。对于某些userinputs，该系统可实现半自动化设计为一个压铸模具浇注系统。该系统减少在浇注系统建模显着的时间，并缩短了修改和重新设计的时间。该系统分为不同的设计的设计过程模块，并使用一个特征库，使设计的一致性实现。作者正在探索一体化拟议的压铸模设计到imold软件。然而，目前的原型系统有其局限性。尽管该系统可以帮助用户实现某种自动化水平，它仍然需要用户的经验确定类型和门控单元的位置。其他考虑因素包括改进的算法为实现压铸模浇注系统更准确。更多的门控功能必须加入特征库由于压铸件可能有不同的复杂性

32、在形状，这需要大量的门功能。references1. m. e. mehalawi, “toward computer-assisted conguration of die-casting dies”, die-casting engineer, pp 4142, 4446,january/february 2000.2. b. h. lee and b. h. kim, “automated design for the runnersystem of injection molds based on packing simulation”, pro-3cessing annual tec

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