755 底座注射模設計（有cad圖+文獻翻譯）
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參數(shù)控制型腔布局設計系統(tǒng)
今天，塑料制品的生產(chǎn)時間正在變短，因此，籌備時間使注射可用模具正在減少。有潛力的省時模具設計階段，因為設計過程中的重復每個模具的設計都是標準的。本文提出了一種通過使用注塑模具標準化模板控制腔布局幾何參數(shù)的設計方法。在標準化模板腔布局設計中包括可能布局的配置。每一個布局結構設計都有其自身所有的幾何布局設計表參數(shù)。這種標準化的模板是預定義為模具裝配設計的布局設計的水平。這將確保，所需的配置可以很快裝入模具裝配設計，而不需要重新設計布局。這使得制造前模具的產(chǎn)品設計和模具設計之間有用的技術討論?？梢栽谟懻撨^程中立即改變?nèi)S腔布局設計，從而節(jié)省時間，避免誤差。這種腔布局的設計標準化模板使每個模具制造公司可以很容易地定制自己的標準。
關鍵詞：腔體布局設計;幾何參數(shù);模具裝配，注塑模具設計;標準化模板
1.導言
注塑是一種大眾生產(chǎn)高精度塑件的通用的方法。有兩種可用于注塑所需的主要項目。他們是注塑成型機，注塑模具。模具安裝在注塑成型機上注塑成型機并提供了溶化的塑料流到機器的模具，模具的夾具應用壓力和形成的塑件注射壓力的一部分。注射模具是表達熔融塑料在最后階段塑件的形狀和尺寸的三維細節(jié)的工具。
今天，塑料件的生產(chǎn)時間，是越來越短，必須在較短的時間里生產(chǎn)出注塑模具。在注塑模具設計及相關領域已經(jīng)做了許多應用計算機技術的研究。知識系統(tǒng)（KBS）的如IMOLD [1,2]，IKMOULD[3]，ESMOLD [4]，全國程康的KBS大學，臺灣[5]，在德雷克塞爾大學[6]等韓國的注射模具設計已經(jīng)發(fā)展。系統(tǒng)，如HyperQ /塑料[7]，CIMP含量[8]，飛度[9]等，都以制定塑料材料的選擇使用知識為基礎正在發(fā)展。技術也已經(jīng)成為設計注塑模具的發(fā)展趨勢[10-12]。據(jù)觀察，雖然模具制造行業(yè)正在使用的模具設計，三維CAD軟件，許多時間被浪費是每個項目的同樣設計過程。同時，如果重復的設計過程可以標準化就能避免日常任務，則模具的設計階段巨大的省時的潛力。在模具裝配中一個組織良好的分層設計樹也是一個重要因素[13,14]。然而，腔布局設計控制參數(shù)的部分工作已經(jīng)完成，因此這方面將是我們的主要重點。雖然腔布局有許多設計方法[15,16]，但模具設計人員往往只使用常規(guī)設計，因此有必要使腔布局設計水平標準化。
本文介紹了一種基于標準化模板通過控制參數(shù)設計注塑模具的型腔設計的方法。首先，組織嚴密模具裝配層次設計樹已經(jīng)建立起來。然后，腔布局配置的分類必須作出標準配置和那些非標準配置之間的區(qū)分。那個標準配置將列在配置數(shù)據(jù)庫并且每個配置都有自己的規(guī)劃設計表控制其自身的幾何參數(shù)。這種標準化模板被預定義為模具裝配設計的布局設計水平。
圖 1 前插入（腔）和后插入（核心）
2. 塑料注塑模具的腔布局設計
一個注塑模具是表達熔融塑料在最后階段塑件的形狀和尺寸的三維細節(jié)的工具。因此，模具包含最后部分的逆印象。對模具大多建立了兩半：前插入和背部插入。在某些模具制造工業(yè)，前面插入也被稱為腔和背部插入被稱為核心。圖1顯示了前面插入（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。圖2顯示了一個簡單的兩板模裝配。
圖2一個簡單的模具裝配
2.1很多時候單腔和多腔模具之間的差異，印象中，塑料模具的填充也被稱為填補了腔。腔的安排被稱為腔布局。當一個模具包含多個腔時，它被稱為是一個多腔模具。圖3（a）和3（b）顯示了一個單腔模具和多腔模具。一個單腔模具通常是相當大的設計部分，如繪圖儀封面和電視外殼。對于較小的如手手機蓋和齒輪部件，它總是采用更多經(jīng)濟設計的多腔模具，使更多的地方可以形成生產(chǎn)成型周期?？蛻敉ǔ４_定腔的數(shù)量，因為要平衡投資成本。
2.2一個多腔模具在同一時間生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，作為一個組合模具。然而，它不是模具不同腔的普通設計，由于腔未必都是熔融塑料在同一時間和同樣的溫度填補。另一方面，多腔模具的生產(chǎn)在整個成型周期同樣的產(chǎn)品可以有一個平衡布局或不平衡的布局。均衡布局在其中一腔都統(tǒng)一用相同條件下熔體在同一時間填補 [15,16時間]。短成型如果不平衡的布局正在使用，但是這通過修改的長度和跨節(jié)莖加以克服（為熔融塑性從澆口流動腔的通道）。由于這不是一種有效的方法，盡可能避免。圖4顯示了短期注塑情況是由于不平衡的布局。均衡布局可進一步分為兩類：直線和圓弧。線性均衡布局可容納2，4，8，16，32等型腔，即它遵循一個系列。均衡的圓形布局可以有3，4，5，6個或更多腔，但有一腔的數(shù)量限制，可安置在一個平衡的，因為圓的空間布局限制。圖5顯示了已經(jīng)被討論的多腔布局。
3.設計方法
本節(jié)介紹的設計方法是一個注塑模具參數(shù)控制腔布局設計開發(fā)系統(tǒng)的概述。建立有效的工作模具設計方法是建立各種部件和組件到最適當?shù)膶哟谓Y構設計樹。圖6顯示了模具裝配第一級組件和部件的層次設計樹。其他部件和組件的裝配是從第二級開始到第n模具裝配水平層次設計樹。對于這個系統(tǒng)，重點將僅在“腔布局設計”。
3.1標準化程序
為了節(jié)省在模具設計過程中的時間，有必要確定設計通常功能的使用。每一個重復模具設計過程，然后可以標準化。圖7可以看出，在標準化 “腔布局設計” 的相互作用程序中有兩個區(qū)段：組件裝配標準化和模腔布局配置標準化。
3.1.1組件標準化 腔布局配置前可以標準化，但必須認識到部件和組件是通過腔布局中各種腔被重復的。圖8顯示了詳細的“腔布局設計”等級設計樹。
主要插入組件（腔中）層次結構設計樹的第二層有許多部件和組裝部件從層次結構的設計樹第三層開始直接插入。它們可以被看作是主要部分和次要組件。主要部分存在于每一個模具設計。次要組成部分依賴于塑件的生產(chǎn)，所以他們可能存在或可能不存在在模具設計。因此，把這些元件及部件歸于主要插入組件，確保每一個重復的主要插入（腔）繼承從第三級開始層次設計樹的相同的部件和零部件。因此，沒有必要重新設計類似的部件和組件中的每一個腔腔布局。
布局設計809圖3 （a）單腔模具 （b）多腔模具
圖 4 在短成型布局不平衡
810雜木低和堪薩斯州利
圖5 多腔布局
圖6 模具裝配分層設計樹
圖7 在標準化的相互作用過程
3.1.2腔布局配置標準化 有必要把那些有標準的，哪些是非標準的腔布局配置進行研究和分類。圖9顯示了腔布局配置的標準化程序。腔布局設計，也可以采取為多腔布局或單腔布局，但始終由顧客確定這一決定。一個單腔布局總是視為標準配置。多腔模具可以在同一時間生產(chǎn)不同的產(chǎn)品或在同一時間生產(chǎn)同一產(chǎn)品。腔布局設計系統(tǒng)811
圖8詳細的“腔布局設計”分層設計樹
模具在同一時間生產(chǎn)不同的產(chǎn)品被稱為組合模具，這是一個非傳統(tǒng)的設計。因此，多腔組合模具有一個非標準配置。生產(chǎn)同一種產(chǎn)品的多腔模具包含一個平衡的布局設計和失衡的布局設計。不平衡的布局設計是很少使用，因此，它被認為是一個非標準配置。不過，均衡布局的設計也可以包括任何線性布局設計或圓形布局設計圖。這取決于那些根據(jù)客戶要求的模腔數(shù)。必須指出，雖然，有任何其他腔非標準的數(shù)量也被列為一個非標準配置。在標準的布局設計分類后，其詳細信息可以被列入標準化模板。這種標準化的模板被預定義為在模具裝配設計和支持所有的標準配置的腔布局的設計水平。這將確保所需的配置可以很快加載進入模具裝配設計布局而不需要重新設計。
3.2標準化模板從圖10可看出，有兩個部分標準化模板：一個配置數(shù)據(jù)庫和布局設計表。
配置數(shù)據(jù)庫包括所有布局的標準配置，每個布局結構都有自己的布局設計表的幾何參數(shù)。由于模具制造行業(yè)有自己的標準，配置數(shù)據(jù)庫可以將那些以前采取定制的視為非標準設計。
圖9 標準化程序腔的布局配置
圖10 標準化模板
3.2.1配置數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫可以被用來包含的所有不同標準配置的名單。在這個數(shù)據(jù)庫中的配置總數(shù)相當于在模具配置的腔布局設計水平中可用的布局配置的數(shù)量。在數(shù)據(jù)庫中所列出的信息是配置數(shù)量，類型和腔的數(shù)量。表1顯示了一個配置數(shù)據(jù)庫的例子。配置數(shù)量是相應類型可用布局配置的每一個名字的腔的數(shù)量。當布局的特殊類型和數(shù)量被定義時，適當?shù)牟季峙渲脤⒈患虞d到腔設計中。
3.2.2布局設計表 在配置數(shù)據(jù)庫中的每一個標準配置都有自己的布局設計表。布局設計表包含每一個配置的布局結構的幾何參數(shù)并且每個配置是獨立的。一個更復雜布局結構將有更多的幾何參數(shù)去控制腔布局。圖11（a）和11（b）顯示回模具板（核心板）與大型腔和裝配四個小型腔相同的四腔布局。它總是更經(jīng)濟，容易加工，而不是機器個別一大型腔在鋼塊小型腔。機械加工的優(yōu)勢一個大型腔是：
812雜木低和堪薩斯州利
圖11 凹模板
1、可以節(jié)省腔之間更多的空間，因此，小鋼塊都可以使用。2、相對于加工多個小型腔加工大型腔更快一些。3、相對加工多個較小的型腔加工一個大型腔有更高的精度。因此，幾何參數(shù)的默認值在布局設計中由表腔之間的距離決定。然而，為了使系統(tǒng)更加靈活，幾何參數(shù)的默認值可以修改以適應每一個有需要的模具設計。
3.3建立幾何參數(shù) 幾何參數(shù)有三個變量：1、腔之間的距離（彈性）。腔之間的距離要在布局設計表中列出他們可以由用戶控制或修改。那個距離默認值，使得沒有腔之間的沒有距離。2、單型腔的圓角方向（彈性）。單型腔的圓角方向也要在布局設計表中列出，用戶可以更改。對多腔布局，所有的腔的圓角方向都必須和布局設計表所示的相同。如果修改圓角方向，所有的腔的圓角都必須改變相同的角度，而不影響布局配置。3、各腔之間的組裝關系（固定）。腔的圓角方向要相互配合，在單獨的布局設計中被預定義，而且被各腔之間的相互組裝關系控制，除了定制的，這適用于所有的布局設計。圖12顯示了一個單腔布局設計例子和幾何參數(shù)。主要插入/腔的起源是在該中心。 x1的默認值和Y1為零，使腔是該布局的中心（兩個相互重疊的起源）。用戶可以更改X1和Y1的默認值，使腔可以適當?shù)貜浹a。圖13顯示了一個八腔布局結構例子和幾何參數(shù)。 X和Y的默認值是主要插入尺寸/腔。在默認情況下，x1和X2的默認值等于x，?1值等于為Y，因此腔之間不存在距離。X1，X2和?1可被提高以適應設計中腔之間的距離。這些默認值會在布局設計表中列出。如果某個腔被調(diào)整90 °，那么其他腔也必須跟著調(diào)整相同的角度，但布局設計仍保持不變。用戶可以通過改變布局設計表格中的參數(shù)來改變腔的角度。布局如圖14。
圖12 單腔布局結構和幾何參數(shù)
腔布局設計系統(tǒng)813
圖13 八腔布局結構和幾何參數(shù)無腔旋轉
一個復雜的腔布局配置，有更多幾何參數(shù)，必須使用的相關方程的參數(shù)。
4.塑料模具的控制腔布局設計
參數(shù)原型用奔騰三PC兼容的硬件執(zhí)行。這個原型系統(tǒng)使用了商用CAD系統(tǒng)（SolidWorks2001）和商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Microsoft Excel）等軟件。該原型系統(tǒng)的開發(fā)使用微軟的Visual C + + V6.0的編程語言和SolidWorks的API（應用編程接口）在Windows
圖14 八腔布局結構和幾何參數(shù)與腔旋轉
NT的環(huán)境中。SolidWorks的選擇主要有兩個原因：1。主要由于硬件的采購成本，在CAD /CAM行業(yè)的上升趨勢已經(jīng)轉向以Windows為基礎的個人電腦的使用而不是基于UNIX。2。三維CAD軟件完全兼容Windows，從而它能夠從Microsoft Excel中順利整合信息到CAD文件中（零件，裝配和繪圖）[17]。這個原型系統(tǒng)有8個標準布局配置數(shù)據(jù)庫在Excel文件中列出。如圖15所示。（1）。與此相應的配置數(shù)據(jù)庫，布局設計水平，這是一個具有相同的布局配置SolidWorks（layout.sldasm）的裝配文件。與Excel文件中的配置名稱相對應的布局配置文件名稱，如圖15（b）所示。每腔布局文件（layout.sldasm）項目將預先加載這些布局配置。當所需的布局配置是通過用戶的要求接口，布局結構將被加載。用戶界面如圖。16裝載要求的布局配置要事先下載。在加載要求的布局配置后，當前的布局配置信息將在列表框中列出。然后用戶可以改變當前的布局配置以適應在配置數(shù)據(jù)庫中建立的任何相應布局設計。如圖17所示。當用戶按下用戶界面底部的按鈕包含幾何參數(shù)的布局結構的布局設計表會被激活。當幾何參數(shù)的默認值改變時腔的設計亦相應更新。圖18顯示了當前的布局配置激活的布局設計表。
5.案例研究
手機外殼CAD模型，如圖19所示，是用在下面的案例研究。原始的CAD模型要根據(jù)使用的模具樹脂的收縮默認值來縮放設計插入件來阻止收縮部分，這整個組件被稱為主要插入組件（三十cavity.sldasm），814雜木低和堪薩斯州利
圖15 配置數(shù)據(jù)庫和布局模板原型系統(tǒng)
圖16 在用戶登陸界面之前加載所要求的配置
其中“xxx”是項目的名稱。圖20顯示的主要插入組件。主要插入件創(chuàng)建后，腔布局設計系統(tǒng)，可用于制備模具裝配的腔布局。
5.1方案1：初步腔布局設計在模具設計中，所設計的模具總是由客戶決定，因為他們要平衡設備投資和最初的預算?？蛻粢呀?jīng)要求設計一個兩腔模具生產(chǎn)手機外殼。創(chuàng)建主要插入組件后，模具設計師會下載一個使用此腔設計系統(tǒng)的兩腔線性布局配置。相應配置的名稱是L02，并在用戶界面中列出如圖21所示。
5.2方案2：腔布局設計改造與客戶與模具設計者之間的技術討論會是常見的。這使得對模具制造的三維CAD文件都要盡可能快的做出調(diào)整。變化幾乎總是不可避免的，模具設計人員從來沒有多余的時間。在這種情況下，在技術討論會上，為客戶改變了主意，需要一個四腔線性而不是兩腔模具使該
甲腔布局設計系統(tǒng)815
圖17 加載所要求的配置后的用戶界面
圖18 與布局設計表的用戶界面
816雜木低和堪薩斯州利
圖19 手的手機CAD模型
手機的生產(chǎn)量得到提高。模具設計者可以使用腔布局設計系統(tǒng)把現(xiàn)有腔布局設計修改成四腔線性模具。所要求的新的布局配置可以從圖22所示配置數(shù)據(jù)庫中選擇合適的配置數(shù)據(jù)庫。
圖21 線性兩腔配置
5.3方案3：腔之間的間隙是必需的
最后，在另一個技術討論會，模具設計師必須引用在縱向型腔之間20毫米的間隙，如圖23所示。
圖20 插入封裝的主要組成部分的縮小
腔布局設計系統(tǒng)817
圖22 線性，四腔布局配置（在布局配置更改后）
圖23 在腔之間的差距介紹
圖 24 ?1值在布局設計表中的修改意義
圖25 增加后的間隙，最終設計
腔布局設計系統(tǒng)819
在腔布局組件的水平中，模具設計采用腔布局系統(tǒng)啟動當前布局配置的布局設計表。把?1值從50毫米改為70毫米引用在縱向型腔之間20毫米的間隙。圖24顯示了在布局設計表中?1價值的改變。最后的設計結果，間隙增加后，如圖25。
6.結論
在本文中，使用標準化模板這一途徑是為用參數(shù)控制型腔布局設計系統(tǒng)的發(fā)展提出的建議。由于這種方法利用了標準化的使用，它可以進一步應用于其他組件模具裝配設計，如果他們的設計流程是重復的或者他們認為有每一個模具常用功能設計的特征。發(fā)達國家腔布局系統(tǒng)的優(yōu)點如下：
1、在開發(fā)的系統(tǒng)具有用戶友好的界面。
2、因為數(shù)據(jù)庫的使用，它有高度的靈活性，并且模具制造等行業(yè)都有自己的標準可自定義的數(shù)據(jù)庫，以滿足他們的需要。
3、因為預先定義標準化模板在模具裝配設計布局的設計水平中是可用的，所需的布局配置可以很快被加載到模具裝配設計，而無需重新設計布局。
4、這個系統(tǒng)使產(chǎn)品設計和模具設計在模具制造之前預先有更多的有益的技術討論，例如在討論中改變布局可立即完成。
5、因為它刪除多余的工作，這個系統(tǒng)在模具設計過程中節(jié)省了時間。由于模具制造時間的減少這對于模具制造工業(yè)是非常主要的。開發(fā)的系統(tǒng)有一些限制。
雖然數(shù)據(jù)庫和布局設計表可以進行定制，定制將更加困難，更復雜的非標配置，因為正確的幾何參數(shù)待定。我們目前正在申請一個在模具設計中其他組件的一個標準化模板。
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