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注塑
模具
冷却系统
设计
配置
空间
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注塑模具冷却系统设计的配置空间,注塑,模具,冷却系统,设计,配置,空间
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注塑模具冷却系统设计的配置空间 李 香港城市大学制造工程与工程管理系香港 2007 年 5 月 3 日收到 ; 于 2007 年 11 月 18 日接受 摘 要 注射模具的冷却系统是 对 注塑成型过程中的生产率和成型零件的质量非常重要。尽管已经朝向分析，优化，和冷却系统的制造中的各种研究工作， 但是 用于冷却系统的布局设计支持还没有得到很好的开发。在布局设计阶段，主要关注的是可行性的建筑物的冷却系统中的模具嵌件内，而不与其他模具部件发生干涉。本文报道的配置空间（ 方法来解决这一重要问题。而一个高维的 如冷却系统，冷却系统设计的特殊性质被利用在本研究中和特殊的技术，使 维或更低维的开发。这种新方法是启发式的改进方法以前由作者开发，因为 C 个简单的遗传算法的实现，用 C 下式给出遗传算法生成的设计实例来演示的可行性的方法。 关 键词 ： 冷却系统设计，注塑模具，配置空间的方法 1 1 介 绍 注射模具的冷却系统是非常重要的 对 注塑成型过程中的 生产效率和塑部件的质量。大量的研究已经传导到冷却系统的分析 1,2， 并商业 统如和 4被广泛地用于工业中。研究技术来优化给定的冷却系统也被报道 5近日 通 过制造技术的新形式建立更好的散热系统有报道 ， 人 。 9报道的设计和制造冷却通道，保持恒定距离的模具的印象 ， 10,11采用数控铣生产 U 形铣槽，用于冷却渠道和宇 12提出了一种脚手架结构的 新 冷却 系统 的设计。 尽管已经主要集中了各种研究工作上的冷却系统设计的初步设计阶段方法，但是 主 要关注的是表现该系统的冷却功能，支持对布局设计阶段的可行性和可制造性 ， 冷却系统的设计是针对没有得到很好开发的。在布局设计阶段主要关心的是构建冷却系统在模具内部的可行性插入不与其他模具部件的干扰。考虑在图中所示的例子。可以看出各个子注塑模具系统的许多不同的组件，如顶针，幻灯片子的插入并等等，必须装入模具镶嵌件。寻找用于冷却回路的每个 通 道以优化最佳位置冷却系统，避免了冷却性能与其它组分的干扰不是一个简单的任务。复杂化的布局设计问题是各个冷却通道必须连接，以形成所述入口和连接之间的路径出口。因此，改变信道的位置可 以需要改变其他渠道为好。考虑示图示例 2。每个通道的理想 的 优化系统的冷却性能示 图 2（ a）。假定当冷却系统和其他模具部件内置在模具镶嵌件，一模具组件 现干扰 道 。由 于 能 移动到附近的位置， 但是 由于可能与其它组分的干扰 ， 它会缩短。其结果是 ， 动和 应拉长以保持连接，如图所示 2（ b）所示。由于它的新的长度 现干扰另一个模具组件， 且需要进一步的改进，这会导致在最终的在图中所示的式样图 2（ c）。鉴于一个典型的注塑模具可能有多 个 冷却通道，每个通道与其他一些模具零件潜在干扰 ， 手动找到一 个最佳布局设计是非常繁琐的。本文报道了支持新技术自动化布局设计流程。在这个新的技术 ， 一个配置空间（ 法被用来提供一个所有可行的布局设计的简洁表示。该 构建它利用了版面设计的特色问题。而是采用启发式规则来生成布局设计，如在开发的自动设计系统 ， 原先由文献 13,14，这种新的 进行所有可行的布局设计系统的搜索。 2 图 中包含许多其他模具部件。 （ a）在 理想位置处，冷却通道 模具 部件 间发生干扰。 （ a）通道 短， 动， 长。 （ b） 动， 短以给出最终设计。 图 1 一个展示布局设计过程繁琐的例子 3 2 配置空间的方法 一般来说，系统的 C 空间是当该系统的每个自由度被视为空间维度时产生的空间。 配置空间中的区域被标记为阻塞区域或自由区域。 自由区域中的点对应于系统的组件之间没有干扰的系统的有效配置。 阻塞区域中的点对应于系统的组件彼此干扰的无效配置。 初由 15形式化，以解决机器人路径规划问 题，而这一研究领域的调查报告已由 16。 法也用于解决定性推理中的问题（例如 17,18）和运动学装置的分析和设计自动化（例如 19。 作者在以前的研究中研究了多态机制自动设计合成中的 C 空间法 22,23。 图 2. 示出冷却系统的自由度的示例。 可以使用高维 C 空间来表示给定的冷却系统初步设计的所有可行的布局设计。图。 3 给出了一个例子。该冷却系统的初步设计由四个冷却通道组成。要从初步设计中生成布局设计， 调整通道的中心和长度。如图所示。如图 3 所示，通道 中心可以沿 向移动，其长度可以沿 向调整。类似地，长度可以沿着自由度，它们被表示为 i = 1,2。 。 。原则上， C 空间是一个五维空间，任何一个在这个空间的自由区域中，给出了一组坐标值，这些坐标值可以用于定义通道的几何形状，而不会与其他模具部件造成干扰。为了确定冷却系统的高维 C 空间中的自由区域，第一步是构建各个通道的 C 空间中的自由区域。 个别冷却通道的空间构造 当单个通道 单独考虑时，它具有三个自由度，例如 中心位置， 示长度。由于在初步设计中已经规定了理想的中心位置和长度，因此 最大允许偏差固定为 c 是合理的。通道 C 的 C 空间中的初始自由区因此是三维立方体 4 尺寸 c c c。 避免与模具部件有任何可能的干扰 ,当通过钻孔将通道 入到模具插入件中时，必须考虑钻削直径 D 和沿着 钻削深度。为了考虑直径 D， 先被 D / 2 + M 偏移以给出 O，其中 M 是通道壁和部件的面之间的最小允许距离。 这个 增长实际上将通道 少到一行 虑图 1 所示的示例。图。图 4（ a）示出 了可能干扰 通道 三个模具成分 。图4（ b）示出了偏移 O， O， 向，而其中心调整由 述和 此必须与 调整相同以保持连接。通过对其他通道应用相似的参数，可以看出，冷却系统有 5 个和 O 的模具部件，并将 少到与 轴线重合的线段 果 模具零件的偏移量之间没有交点，则原始通道 会与模具部件相交。障碍物的这种增长或抵消是 C 空间法中的标准技术 15。 通过从模具插入件的表面钻孔形成通道，并且钻孔深度内的任何障碍物 虑到钻孔深度， 偏移 着钻孔方向扫过，直到模具插入件的相对面达到产生 个 扫描实际上将线路 少到位于李端的点 图所示。 4（ c），如果点 外，沿 进来生产可行的。 通道 自由区域 下获得。首先，如图 1 所示，初始自由区域 i 为中心。图 4（ d）。 后与模具相交插入以获得 只有模具插入件的几何形状时， 示 所有可能的变化考虑。然后，通过从 得 （ a）通道 模具插入件内的三 个模具部件。 5 （ b）模具零件的偏移和 表线段李。 扫描由点 示的模具部件和 偏移 初始自由区 （ e）从 B 减去 O。 （ d）（ f） 自由区域 却系统 C 空间的基本方法 为了确定冷却系统的 C 空间中的自由区域 个冷却通道的自由区域必须以适当的方式“相交”，使得障碍物对所有通道的影响由 当地表示。然而，两个不同通道的自由区域之间的标准布尔交集不能执行，因为它们的 考图 1 中的示 例。如图 3 所示， 越。为了促进不同 要一个区域从一个通道的 C 空间到另一个通道的空间的投影。首先介绍以下符号，并将在以后的讨论中用于预测和本文的其余部分。 6 用于描述高维空间的符号 示由轴组 Xn= .n 维空间。 。 。 ， 示由轴组 Xm= X， X， .m 维空间。 。 。 ， X 。 示 的点， （ .， 其中 示第 i 轴 的坐标。 示 的区域。 的一组点。 示点 投影。 示区域 投影。 用于描述冷却系统的符号 示冷却系统中的通道数。 示冷却系统的总自由度。 示冷却系统的第 i 个通道。 示 C 空间。 示 的自由区。也就是说，它是单个通道 自由区域 示冷却系统的 C 空间。 示 的自由区域。也就是冷却系统的自由区域。 考虑 点 投影到 的点 。图 5（ a）示出使用一维至三维空间的投影的示例。对三种情况进行了说明：（ i） X 6 m， 于在相同轴上的 对应坐标。对于（ （ 投影是区域 于 的每个点 果坐标在 公共轴上，则 坐标等于 坐标。对于 其他坐标，可以分配任何值。这个具体定义的原因，特别是（ （ 情况如下。考
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