诺基亚手机外壳前盖注塑模具设计（全套含CAD图纸）
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用配置空间的方法对注塑模冷却系统进行设计 香港城市大学制造工程及工程管理部，香港 2007 年 5月 3日收到 ; 2007 年 11月 18日接纳 摘要 注塑模的冷却系统对注射模具的成型过程和塑料零件质量影响是非常重要的。尽管已有各种针对冷却系统的分析、优化和制作的研究，但冷却系统的布局设计方面并没有得到很好的发展。在规划设计阶段，我们主要关注的是冷却系统的可行性和其他模具组件插入是否发生干预。本文介绍了利用配置空间（ 方法来解决这一重要问题。然而高维配置空间方法 一般需要处理一个如冷却系统般复杂的系统，冷却系统的特殊特点设计目前正在探索研究中，利用 种新方法是由作者对以前启发式方法的改善，因为 C 空间的代表性能使自动布局设计系统在所有可行的设计中进行更系统的搜索。自动生成候选布局设计的一个简单的遗传算法是 传算法所产生的设计实例，给这 种方法提供了可行性证明。 c 2007 司有限公司，保留所有权利。 关键词 : 冷却系统设计 ； 注塑模具 ； 配置空间的方法 注塑模的冷却系统 对 注射 模具的 成型 过程 和塑 料零件 质量 影响 是非常重要的。 大量涉及对 冷却系统分析 1,2 ，及商业 3 和 4 的 研究被广泛应用于工业。以优化某一特定的冷却系统 的 研究技术亦已报道 5 。最近，通过使用新形式的制造技术以建立更好的冷却系统 的研究 已 被 报告。徐等人 9 报道 了他们的 模具 意念： 保持 一定 距离的冷却 水 道 的 设计和制作。孙等人 10,11 用数控铣床铣削生产 12 提出了一个棚架形冷却结 构的设计。 尽管各种研究的 重点 主要集中 在 冷却系统的初步设计过程 中冷却系统的功能 实现 问题，布局设计阶段 过程中 没有得到很好 发展的 冷却系统的可行性和可制造性设计 问题 。关注 的重点 主要 是：在初步 设计阶段冷却系统 的 可行性 且与其他的 模具部件是否 干预。 如 图 1所示 。 从中 可以看 到 注塑模的各子 系统许多不同的组成部分，如喷射器的管脚， 滑块 等等，都必须装入模具 中 。 为 每个回路冷却 水道 寻找最佳位置以优化冷却性能并避免 与 其他组件干扰不是一项简单的任务。另一个 让规划 布局设计 更 复杂的问题是， 单独 的冷却 水 道 需要和出水 道和 进水道 连接 而形成一条 环形水道 。因此，改变一 条水 道 的 位置，其他 水 道可能 也 需要改变。 在图 2所示 。优化冷却系统的每个 水 道的理想位置 都如 图 2（ a） 所示 。假设 当 冷却系统及其他模具组件 都装入 模具 内部时 ，模具组件 水 道 干扰的。 因为 其他组件可能的干扰 而 无法移到附近的一个位置， 它必须被 缩短 长度 。因此， 通过移动 长 他们 保持连接，如图 2（ b）所示。 基于 其新的长度， 与其他 模具组 件 干扰，进一步修改是必要的，最后的设计结果 如 图 2（ c） 所示 。鉴于一个典型的注塑模具可能有 10 条 以上 的 冷却 水 道，每个 水 道 与其他模 具 组件 都可能存在着 潜在的干扰，手 工 找 出 一个优化布置设计是非常繁琐 的 。 本文 介绍了 一种 在 设计过程 中 支持自动布局的新技术。 对于 这 种 新技术，配置空间（ C 空间）的方法是用来 在 所有可行的设计中 提供一个简洁的 有 代表性 的 布图设计。 C 空间的代表性是 通过 利用 解决 布局设计问题 这个特殊特点 的 有效方法 构建的， 而不是采用启发式规则来生成的布局设计， 这就就好比 以前作者开发 的 自动 布局 设计系统 13,14 ，这个新的 C 空间方法 能 使自动布局设计系统 在 所有可行的布图设计中进行更系统的搜索。 一般 来 说 ， 一个 系统 的 当 该系统 的 每个自由度被视为一个层面 的结果而导致的 空间。配置空间 中的区域被标记为堵塞区域 或自由 区域 。在自由地区的点对应 于组件间 没有相互干扰的系统 的 有效配置。在被 堵塞区域的 点对应 于组件间相互 干扰的系统的无效配置。 洛萨诺 形 15 以解决机器人路径规划 的 问题和关于 这方面的研究一项调查已 被 明智和鲍耶 16 报道 。 面的 问题（例如 ， 17,18 ）和运动装置的自动化分析与设计（例如， 19 ） 。作者在 由 多个国家 组成的 自动设计 机构做研究时 22 ， 23日 研究 了一种 （ a） 冷却 水 道 模具组件 （ b） （ c） 图 3冷却系统的自由度 个冷却系统的 C 空间 一个 高维 示给定的 某一冷却系统的初步设计 中 所有可行的布图设计。 图 3给出了一个例子。冷却系统的初步设计 由 4冷却 水 道组成。从初步设计 中 生成一个布局设计，渠道的中心和长度 需要被 调整。 正如 图 3所示 ，该 水 道 c 1的中心可沿着 X 2 方向 移动 ，其长度可以沿 X 3 方向调整。同样地 ， 度的可以沿 X 4方向调整，而其中心 可以按 X 3所描述的调整 ，因此必须 与 调整 C 1保持连接 性的 情况 相同。 通过 运用类似的 观 点 对 其他 水 道，可以看出，冷却系统有 5个 自由度，它们都是标注为 i= 1 ， 2 ， 5 。原则上， 这个空间的 自由 区域 中的任何一点 都 给 定 了一 个 对 应的 坐标值 在 X 可以用来界定渠道的几何 位置且 没有与其他模具组件造成干扰。在一个冷却系统的高维 确定 一个自由区域 ，第一步是 在独立水 道的 建 自由区域。 立水道的 c 空间构造 当 一个独立的水 道 独 时 ，它 有 三 个 自由度， 则 X 1 和 X 2为 其中心位置 而 X 3是 它的长度。 因 为理想的中心位置和长度已经 在 初步设计 中 指明， 因此 假定一个固定的允许最大变化 量 C 为 理 的 。 的 最初 确定 的自由 区域 ，是一个尺寸 为 ccC 的 三维立 方体 。为 避免与模具组件 生 任何可能的干扰当 水 道 通过 钻 孔 插入模具 内部时 ，钻 头 直径 D 和沿 钻 孔 深度 必须 考虑。 假设 直径 D ， 始时用 D/2 + 抵销，其中 道 内 壁和 附近 的一个组 件间 所允许的最 短 距离。 增长有效的减少了水道 长度对于直线 说 。 以 图 4 为 例子 。图 4（ a）表明 了水 道 三模 具 组件 能会 与 扰。图 4（ b）显示了模具组件 O , O , O 和 O 的偏移 及 段 与 如果 他 组成部分没有交 汇点，那么，原来的水 道 会与 模具组件 相交 。 （ a） 水道 （ b） 模具组件和 三个组件 （ c） 模具组件和 （ d） （ e） （ f） 4在一个通道 水 道是 通过 钻 孔 从对模具 的表 面插入 的 ，任何 如 碍 以及 钻 孔 深度 将会 影响 水 道的构建 。钻 孔 深度 及 补偿 O沿钻 孔 的方向 延伸 ，直到 钻到 模具对 应的另一 面 生成水道为止。 直线 i 的终点 。 如 图 4（ c） 所示 ，如果点 i之外 ，沿 产生 水道 水 道 下 方法 取得。 首先 ，初 始自由 地区 用如 图 4（ d）所示 的 作为 中心构建 的。 然后插入与模具交叉取得 B 0 。 B 0 代表 有可能 的变化 当仅 考虑插入的模具几何形状 时 。 然后 减去 4（ e）和（ f）显示 了这种 减法以及 这种 例子 的结果 本接近法构建冷却系统的 C 空间 在一个冷却系统 的 C 空间 中 确定 自由区域 个冷却 水 道的自由 区域必须以一个适当的方式 “ 交叉 ” ， 以 使障碍的效果 能恰当的通过 有 水 道 来说 。然而 在 两个不同 水 道之间 的自由区域的 标准布尔交叉口无法执行，因为他们的 一般跨距 于 不同的轴线。 以 图 3为 例子 ， 2的 别为（ X 3 ）和（ X 1 ， 。为 了更 方便 在 不同的 C 空间中的 自由 区域 之间 确定 交叉口，从一个渠道 和 另一个渠道的 推算一个地区是必要的。以下批注首先介绍了 并 将用于随后的讨论和其余的文件。 标记法用于描述高维空间 S 过坐标定义的 = X 1, X 2, . . . , X n. 过坐标定义的 X , X , . . . , X . 指在 一个点 p n = (x 1, x 2, . . . , x n) n(R n S n) 标记法用于描述冷却系统 n 水道的 数目。 n 。 s 空间。 由地区。也就是说，它是 独立水道 由 区域 。 空 间。 自由区域 。也就是说，它是冷却系统的自由 区域 。 假设 5（ a）用一唯和三唯的的空间点明了突出的例子 (i) ( 而 ( 对 (i) 坐标是一样的如果 同一区间时。对 ( (n 在区 间。因为 ，当点位于 时 于 对另一坐标 可以是任意值；特别对 ( (假设水道 m，因为它们相近所以必须连接。这样它们的 n、 假设 那是一个 结论？对应到在 S n 中 一个点 P n 已选定为 保持连通性，结论呢？ 选择 在以使 应点 同坐标 在 共同 的 轴线。这意味着 以是任何点 在区间 ，该方法 已经在前面予以定义。 在 区域 区域 一点 的简化。 图 5（ b ）说明 了相应的 区域 。 投影的正式定义 如 下面 所示 。 定义 1 （投影） m X n, m ( 是一个点 (x 1 ,x2 , ,x m ),因为 X i = xi = 为 i 1,m。 为了在随后的讨论中简化符号，这一 投影 是被视为 单独点 间。也即是 m ( = . m X n， m ( 是一个区间 n ( = . m Xn , X n Xm ,并且 X n X m , m( 是一个区间 I( = I( ,其中 n X m ，如果 n X m = ， m( 则定义为 n) 定义在区间 m n), 正如在 讨论 的，在 的任意点 冷却系统的每个自由度给 定了一个 值，使 水 道与其他模具组件 在几何空间 是不 会发生 任何干涉。 另一方面， 对 每个 点 s 个 自由区域 。 因此， 义 如下。 定义 2 （一个冷却系统 C 空间的自由区域） = P R O i 1, 图 5 点和 区间 在 根据定义 从 区间投影 始终只包含一个单一的点，因为跨 距 s s 每一个 自由 区域 构造 ，已经在第 解释。 从 面的定理是 很有用的 。 定理 1 . 这定理 很直观表明为 找 出 所有的 先投影 到冷却系统 C 空间 . 以从投影的布 尔交叉口得到。定理 1的 证明和所用的引理， 都已 在附录 中标出 。 空间的表示和计算 为了表示 自由 区域 便 于 在一个高维空间 的区域 布尔 交叉 口之间的计算，我们可以利用类似 21,24 中的 一种细胞枚举法。基本思路是 用 一 高维立方体 在 逐渐靠近 一高维 区间 每个 立方体 是 通过 对每个轴指定间隔 来确定的。 两个 区间的 交汇点是 通过 两 个立方 块交汇点所取得的。两个高维 立方体 的交叉 点 只不过是在每个轴 的立方体 之间间隔的 普通 交叉 点 。 假 设每个 近似由 维 立方体组成 ， 投影 （ 便可近似 由 立方体组成 。使用定理 1 对 构建 ，需要 三维 立方体中 交叉， 用一个 三维 立方体只中的最大值表示 。虽然用来代表 交叉点 中间结果的 立方体的 数量和 可 通过特殊技术 减少， 可以预料到 记忆和计算的要求仍然是 这种方法的 主要问题 。 在下一节中 将介绍一种更先进的 方法。 （ 二） 在 配置空间 个 水道的 自由 区域 （一） 一个 拥有 四个 水 道和四 个 自由度 的 简单冷却系统 间构建的一种有效率技术 对 表示 和 构建时 为了避免高的内存和计算的要求 ，我们选择不 表示和 不计算相反，我们专注于 对 每一 独立水 道 的 C 否有效的 技术。首先，我们看 显示在图 6的简化设计例子 。假设在这个例子中模具沿 在 不存在变异， 那么 冷却系统有四个 如 图 6（ a ）所 示 的 自由度。每个 水 道 图 6（ b ） 所示 。 为水道 虑一个简单的设计方法。首先，点 1P 可以从 选择， 以使 会和 任何障碍 发生 干涉。然而， 1S 由 X 1 和 X 2 确定 ， 而 2 中 。因此 那 些在 S 2 中的 障碍所施加的 约束 ，还必须考虑。 为了找出 设计 1C 的所有可行点， 1与 2“ 交叉 ” 。这个 “ 交叉点 ” 结果 如 图 6（ c ） 所示 ，这是通过移动区间 x 2 6 得到 的 ，因为该自由 区域 2 2 6 ， 10 。现在 ，如图 6（ c ） 所以 示 给定 一个 与任何 障碍 不发生干涉的水 道 1C ，并在其 自由 区间的 任何一点的选定，始终为 C 2 存在着 这样 一种设计 ： 例如，它可以连接到 1C （他们都有一个共同的 2 值 ）并 和任何障碍 不发生干涉 。然而 ， 这个简单方法 的 一个主要问题是 在 为C 1 和 C 2 进行 有效的设计 时并 不保证冷却系统其他 水 道存 在 有效的设计 。 例如，如果一个点 1P 选定 如 图 6（ d） 所示 ， 则 2 8 ,10 ,那么 由 2 3 6 ， 8 ，在 4没有有效点 和3个区间。 上述例证表明，在为 水 道 1C 设计时，只考虑 与 1C 相邻并有 一个共同轴 的 2C 的 自由 区域 1 2 不恰当的 。事实上，其他所有 的 必须加以考虑， 尽管 他们 的 C 空间并 没有共同轴 和 1C （ 且 他们 也不和 C 1 相邻 ）， 因为组成 冷却系统的冷却 水 道 是相接 的 。一个自由度 的 选 择会 影响 冷却系统另一自由度的 选择 。 为 每一个 独立水 道 的 C 空间 发展一个设计的过程 ， 主要关注的是 ： 在一个 水 道 C 的空间选择一个点 后 ，必须始终存在 和 所有其他 s 以使 所有的 水 道可以连接到 一起 形成一个有效的冷却系统。为解决这一问题， 每 个 量 s 必要的。 （ c）在与 2交以后的自由区间 （ d） 为 计的一个有效点 为 无效的设计。 图 6 定义 3 。 义为 影 = ( 显然，对 在 定 的 任何点 始终存在着相应的点 ，因为 点 投影 ， 在 选中的 任何点， 很明显 总是有一些相应的设计 对应 其他所有的渠道 以使 这些 水 道可以连接在一起形成一个有效的冷却系统。因此， 为了 保证冷却 系统能 有效的设计 ， 构建 是 很重要的 。 根据定理 3， 影 。然而，如在 第 讨论 的 ，我们 并 不想 构建 于 大容量 空间 和 繁琐 计算要求。另一种可供选择的更有效的 方法是直接 构建 而不是 作用 在高维空间 这个方法 通过 一个工作在空间三 维 或更少 维数的 序列 运行来 建构 该方法正式介绍之前，在图 6所举的例子再次 被 使用 来 说明 这种方法 的基本概念。为了开始 一个设计过程， 在 1 点 P 1 =（ 1 ， 2 ） 首先被选择如 图 7所示 。因为 1P 有一点 2x 在 2X 中 ， 2x 必须有一个值， 以 使我们可以 找到 2P =（ 2 ， 3 ）在 2 又 2P 有一个坐标3标3以 使我们可以 找到3P=（ 3 ， 4 ） 在3外， 因为在 43X ， 4P =（3x， 4x ） 必须在 4 图 7显示 了 为 水道 1C 构 建 一个有效设计 的 点 1P 、 2P 、3P 的顺序。 上述例子显示， 为了 在代表 1C 所有的有效设计的 1S 中 确定有效的 区间 ， 自由区域 44影响应该 可以 “ 促使 ”3间在3然后 是 2S ，最后 是 1S 。在 1S 的有效区域产生 的结果 包括 1 234所有影响。 为达到这一目的 ， 组 合 的运作正式 被 界定。 定义 4 （组成） 对于 在一个冷却系统 里的 两个相邻 水 道 1iC ，他们从 1iC 的自由 区域的 组合 ，标注为而 他们 从 1iC 到 由区域的组合 ，标注为1，定义如下： (b)个通道的自由地区 配置 空间 图 6 冷却系统设计的一个简化的例子 对于 冷却系统一个 水 道 列的构成， 从 域的 组成，标注为R，定义 如 下文。 如果 如果 如果 图 8显示 了促使 4,1列。第一步是要 构建4,3就像 图 8（ a）所示 这已被给定在4,3 。然后 如 在图 8（ b）所示 的构建由公式 =,3 。最后 ， ， 由 =) 如图 8（ c）所示 。 从图 8（ c）很明显的得出 ， 对组成 冷却系统的所有 水 道 的 自由 区域存在着 影响。因此， 对于 中的任意 一点， 可以 保证冷却系统 的 一个有效设 计 可以 被 构造。 通过组合序列的 运用，一个有效的设计可以 通过 在每个择点 获得。在其他所有水道的 自由 区域已经组合到不过，我们也想确保没有 将 有效的设计 从 自由 区域中 排除 ，当组合序列被 应用 以后 。否则， 有 些可能提供更佳的冷却性能 的 有效设计 将不能 用 这个方法得到。以 设计为例， 图 8（ c）的 不仅 仅 代表着 部份有效设计，而且代表着 有的有效设计 ，这对 说尤为重要 。为了解决这一问题，我们提出以下定理 ：应用水 道 的 一个序列 ,i 1, 冷却系统 。 定理 2 定理 2 说明 代表 水道 有有效的设计 可以 通过1，间的一个布尔交 点 得到。这定理的一个重要特点是 以在三维立体空间 中 计算得到，因1，在 所以 交 点在 此外1，可以通过在这 样 ， 以通过 在三维立体空间 的 序列得到。如果在第 中的 假设说明再次 被 使用，即是 说 如果每个 过 维立 方体 近似 得到 ， 那么j，可以 用 M 个 三维 立方体表示 。 所以 ， 有的 三维立 方体 需要代表所有的 因此可以 证明三维立 方体 之间 的 交 点 O 需要产生所有 的 因此，使用定理 2 可以防止在 高维空间存储 区域的 需要， 并可以 避免高 容量 和 繁琐 计算的要求 如 在定理 1所证明的 。 图 8 构建所用的序列 以下给出了定理 2的 证明 。它由两部分组成 ： 该引理中 所 使用的证明 如 附录 所示 。 理 2 证明 （ 1） 为了证明： （ i） 由 1i，1i，CR 1有相同的坐标 在 1用同样的方法，我们可以确定一点 2 2使 1 2有相同的坐标 在 12 使用这种方法，我们 也 可以 确定 一系列点 k 1,i 以使 那么 1 具有相同的坐标在轴线 1kS 。 （ （ b） 4,2 ,3 2建 用类似的方法，我们可以 确定 另一系列点 k i+1,以使 那么 1 具有相同的坐标在轴线 1kS 。 由（ i）及（ 知 ，我们 确定 了一系列的点 k 1,以使 在连续的任何两个相邻的点具有相同的坐标在他们的共同轴线。 对于由一系 列冷却 水 道 构成的冷却系统，在两相邻 水 道 1iC 的 1一些共同 的轴线由于它们 之间的 空间 联系。此外，如果在 空间有一个 公共 轴cX，在于 有 水道 的 C 空间 。 所以， 由上述方法 构建的 一系列点 k 1,为 每个轴提供 唯一的坐标 。 令 由 坐标 构建的 点。很明显 ： （ c） 4,1 ,2 1建 用类似的方法，可以得到 ： 初始设计 给定一个为 冷却系统指定 一系 列 水 道和他们理想几何 尺寸的 初步设计，第一步是 为 每个水 道建构一个后，每个 水 道的 以通过 应用定理 2的组 合操作 得到。 为 冷却系统产生 初始 设计 的 一个方法 是 ，是要从 选出一套坐标。为了简化解释，假设每个 水 道 拥有 自由度 1而1iC 有着相同的坐标 。 为了 生成一个设计，在 点 （ 1X ， 2X ）必须被 选择。然后， 点3择 为了让（ 2X ，3X）在 2 。此选择 4候选设计产生 由于冷却系统初始设计对水道系列和它们的理想几何结构进行了具体化，第一步要做的是为每个水道建立 后通过将复合应用应用到定理 2中得 到每个水道的 个产生冷却系统候选设计的方法是从如后 列中选出坐标系。为简化阐述，假设每个水道 自由度为 1 1邻近水道 1用。为得到一个设计，选择了 然后，选择一个 。这个选择过程在下一个水道 到确定所 有的自由度时停止。此方法的一个重要的特点是在一个步进中无论坐标值如何选取，后续步骤中总存在一个下一坐标可选有效值。 5应用源运算法则的自动化设计过程 为测试 25。在实施 由一系列 成，其中 1之间， 得带一个形状设计，用到了前面部分提到的方法和应用 g 作为一个百分比值来选择坐标。例如， 中坐标 的有效值的在区间 和 ，其中， 就得 的选取值为 ，（也就是 在第一区间）否则 就设置为 （也就是 在第二区间内）一个单点交叉操作，一个转化操作和转迹线轮选择方法 26被用于 前研究中提到的模糊记值方法 13,14对相对于机构的候选设计的适合性进行快速评定。必须注意的是在在 立起每个水道的 ， 经过一次建立得到，因此不会影响 一部分给出了一些由 图 9（ a）显示出了实例部分的 2个观察结果。图 9（ b）显示了当只考虑系统冷却效果时，具体给出每个冷却水道的理想位置的冷却系统的初始设计。（为了便于表征，只给出了行腔部分冷却系统的图示）。在理想位置上，水稻 生干涉现象。用提出的方法进行布局设计， 自动化，就建立起了每个水道的 。例如，图 9（ g）和（ h）显示了水道 的 和 。值得注意的是 是通过将 和其他 复合得到，因此 是 亚设置，如数据明显指出。在所有的 计算完成之后， 9（ j）显示了演变过程中得到的初始设计最大适合值。最大适合值在产生值接近 600时开始收敛。如图 9（ c）所 示，冷却系统由 15个 自由度组成，他们的值在表 1中列出。叫“初始设计”的行显示初始设计 的值。下一行显示设计 1的值，它是 000生产后得到最好的设计。如表中明显之处，涉及 1通过 减小 9（ d）显示设计 1，这个调整对应于 沿着 之间的干涉。这个调整对水道 和 到 也适用。表 1也显示设计 1中所有其它的 值都保持在规定初始至 差以内。 为更好的表征 成分 沿着 截，如图 9（ e）所示。这个新障碍增加了自由区域 的约束以至于 方向体 移动性受到很大限制。这个效应在更新 中显示出来，如图 9（ i）所示，其中只有 的上部分在图 9（ h）中显示出来。以所有水道新的 再次调用 。适合值在图 9（ k）中显示。值得注意的是最佳适合值比设计 1中获得的要小。这很合理，因为约束的增加，偏移量与真实值的差距很大。又 在表 1的最后一行中显示出来。如表中所示，调整 5干涉。这同沿 相对应。现在 和 截面不能通过调整 使其光亮。而调整 和 ，相应地将 沿 沿 （ e）所示。为保持连结性， 和 也作相应的调整。设计 2显示，当一个水道的约束数（如 ）变化时，提出 和 ）中去，以至于所有这些水道的可行设计组得到相应的调整。 图 10（ a）到（ d）可见，两个设计中，冷却时间为 20高模 上。它们的最大温度偏差小于 ，这 表明两种情形下，提出的方法能够得到满意的设计布局。从图 10（ c）和（ d）观察得到，同设计 2比较，涉及 1 中工件大部分没有产生变色。这表明在设计 1中很多工件的温度偏差在 以内。这是因为在设计 2中，随着空腔中的水道向模压移动了 5却效果变得不均匀，这表示当施加很多约束时，保持初始理想冷却效果很困难。它也解释了为什么设计 2的最大适切性稍微小于设计 1的最大适切性。 （ a）示例零件 （ b）冷却系统的初始设计 （ a）冷却系统的 15个自由度 （ b）设计 1 （ b）移动 2O 和 13C 相交 （ b） 设计 2 图 9 分层设计 表 7 讨论与结论 在执行 个单元列举方案被用于简化这个方法的执行，在目前的执行中， 冷却系统设这个分辨率是足够的，因为对一个好的调整，如 却系统的功能变化是很难发现的，然而，该研究中所发展 的理论与方法并不局限于相应的表现项目。实际上，基于理论 2的方法，所有 维空间内完成，因此标准校核模型技巧可以应用。 该研究的一个主要贡献是发展了一个特别的支持布局设计的 用这个 有的可行布局设计很好的被显示出来。同时我们得出了该方法不仅可以用于冷却系统设计的优化设计支持，还可以用于生产制造。该方法克服特殊启发产生布局设计的局限，如前面的方法 13， 14。这个 使设计者在不用检查冷却系统截面和其它模型插件能够开发出设计方法。 该研究主要目的集中在冷却系统设计的几何形状构成方面。在设计冷却系统时，其它参数如冷流率，冷却时间，包装时间，挤出时间都需要被考虑进来。一个可行的方法就是将这些所有参数进行考虑插入配备更复杂的 8报道所示。需要对该方法进一步研究，其他研究方向包括 初始设计选择水道之间的变化几何形状和拓扑约束扽。 鸣谢 该文章中所完成的工作得到香港城市大学战略研究部（项目 大力支持。 （ a）设计 1的模具温度 （ b）设计 2的模具温度 （ c）设计 1零件的不同温度 （ d）设计 2零件的不同温度 图 10。 用 具冷却分析 系统 比较这两个布 图设计 引理 2 在 如果 那么 引理 3 在那么 引理 4 在 给定任意两个 果 它们对 引理 5 给定两个区间 足 在 的区间 足： 引理 6 给定三个区间 足 在 的区间 足： 引理 7 引理 8 给定两个区间 足 中点 ，点 ，如果 那么： 定理 1 参考文献： 0 (2008)of of In a is a to a is to a as a of in in or is an on by an to a of A is by to 2007 of an is of of of 1,2, AE 3 4 in to a 58. to by of Xu et 9 a et 10,11 of in is of in A in is of 1. It be of of as to be of to 007; of an is to to u 12 a of 0010 - c 2007 by 007of of of to is a is to to a of a 2(a). 1 be is as is to is to a is is in 2(c). a a) 11 at c) C3 is 2 2. An a in of 16. to in 17,18)(b) 1 is C2 is 3 0 (2008) 334349as 2. of of is is to to a to it is As a is to 2(b). to O2,a an a of of of is of as in by 13,14, an of of a of of a of as to is no in 15 to e)a 3 an of of a of As 3, of 1 be 12 be 32 be is 13 be as 1 By to it be (a) i b) of by d) 4. in To , Oi is + M to is of a i in i to a 4. 4(a) i 3, i. 4(b) of i i is i. is no i of i i.(c) of i by (f) Ri 0 (2008) 3343493. An of of a of 921)of 22, in of a be to of a i,i = 1,2,.,is a in of a of on i be to in of of an i is it of 1 2 3 As in it to a 1, 3. in i is a i c c a i is by a to Ri of a or of an in 15.A is by a of i of To i is of is to in i to a at i. As 4(c), if i to i is Ri of i is as i is i as 4(d). Bi to of i of is by of of 4(e) f) Ri of to of RF in of of in a so to of of be in by to 3, 2 To of a of to of is be on of in an by of n = ., Sm an by of m = ., pn a n (x1,., a on a n( Rn is a of of a pn n n) of a n n in a of in of of of 0 (2008) 334349 337i. it is of F. it is of a pn n to a pm 5(a) of to i) Xn;Xm Xn Xm . i), is to a of pn is on of pn is a pm m, a of pm is to pn if is on a n of be of is as n m. As m a a pn n n. To m be pm m pn on be of pn m, of is of n n m of n m. 5(b) of is ( is a (., X j, xj i 1,m. To in is as a of = is a m = . Xm Xn Xm , pn)m = = , is ,is n) is as m = pm| As pF RF of of so of is In of i is in Ri of i. as (in of a i 1,i i is a of is to be by in to a of 21,24. F is of of m 5. of n of of Ri of i To RF Ri,to of Ri F. of a to is to a by a of an on is by in Ri is by 0 (2008) 334349RF of to An in i 6(b)1. a(a) A of b) Ri of in 6. A of a RF is by of be by In to RF on a on of 6. of is no as 6(a). i Ri a we 0 (2008) 334349 339p1 be R1 so 1 is S1 is 1, ( an in a of a a of To is . a as a be 1, R3,1. of i an to 1), to be up in of of of of on is of o 密级： 学号： 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 诺基亚手机外壳前盖 注塑模具 设计 学 院： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 江西科技学院 可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保 密 ， 在 年解密后 适用本授权书。 不保密 。 （请在以上相应方框内打“” ） 学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘要 塑料成型产品在我们的日常生活中随处可见。通过对塑件进行高温高压注射处理来获得塑件的具体结构 ,也称为塑料零件、塑料部件。其广泛应用于生活中的角角落落 ,特别是在电子仪器 ,电气设备 ,通信工具中。各种外壳 ,框架、结构、装饰等 ;注 射机是制造塑料模具的主要生产技术和设备 ,在国民经济中占据重要的地位 ,模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志。塑料成型注塑是一个重要加工产品的方法 ,它主要用于热塑性塑料的成型。本次 设计的是诺基亚手机外壳前盖注塑模具的设计 ,它 是一个形状比较复杂的精密塑料零件 ,本文以注塑模具的相关知识作为依据 ,阐述了塑料注塑模具的整体设计。 本文设计的内容就是诺基亚手机外壳前盖注塑模具，材料为 据其结构形状特点以及通过对诺基亚手机外壳前盖成型工艺的正确分析，来设计出正确的诺基亚手机外壳前盖塑件。 关键词： 注塑 模具 ； 注射成型 ； 分型面 as of to as in to a of as as of of an to a of it is of is a be as of of is of C to of of of of 1 目 录 第 一 章 前 言 . 国模具行业的发展方向和前景 . 1 塑模具设计与制造技术 . 2 第 二 章 注射成型工艺分析 . 1 件的注射成型工艺性分析 . 1 塑机 . 10 第 三 章 模具结构设计 . 3 腔数目的确定 . 3 型面的确定 . 4 口的确定 . 4 具材料的确定 . 4 注系统的设计 . 4 型零件结构设计 . 14 芯结构设计 . 15 具成型尺寸设计计算 . 15 腔尺寸 . 15 腔深度尺寸 . 16 芯径向尺寸 . 16 芯高度尺寸 . 16 具加热、冷却系统的计算 . 18 2 具加热 . 19 具冷却 . 19 机构的设计 . 19 第 四 章 注射机的校核 . 11 大注塑量的校核 . 11 模力的校核 . 12 具外形尺寸校核 . 12 具厚度校核 . 12 具安装尺寸校核 . 12 模行程校核 . 12 结 论 . 12 致 谢 . 14 参考文献 . 14 1 第一章 前言 国模具行业的发展方向和前景 1990 年后中国模具工业的快速发展已达到一定水平 ,生产能力已大大提高 ,模具市场规模逐渐扩大。在过去的十年里 ,中国模具工业 (主要集中在汽车、电子和信息家电 )的迅速发展 ,年增长率约为 15%。 到 2005 年 ,全国模具生产工厂有超过 3 个员工 ,大约有 500000 人死亡 ,总销售额达到 610 亿元 ,比上年增加 25%;模具生产企业一般来说 ,完整的任务 ,足够的订单。 2006 年 ,中国汽车的行业预测年度销量将比上年增长 15%,年销售额将达到 600 万 40 万辆。但汽车零部件市场比汽车大市场 ,可以预测相关的汽车模具行业高速发展。 与 2004 年相比 ,2005 年中国的模具产值增长了 125%到 610 亿元位居第三。其中 ,出口比上年增加了 150%,达到 美元。目前 ,国内模具行业作为中国的制造业特别是汽车和电子行业持续快速发展 ,逐步进入了黄金时期。 ” 塑模具设计与制造技术 质量、成本（价格）、时间（工期）已成为现代工程设计和产品开发的核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与竞争市场。先进制造技术的 出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程，对模具行业也是如此。模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求。 第二章 注射成型工艺分析 件的注射成型工艺性分析 步分析 通过 3D 模型质量属性分析 分析结果：单件体积 = 3 单件投影面积 = 2 密度 = 单件质量 =2 件注射成型工艺性 析 利用 塑件进行最佳浇 口分析，塑料流动性分析，冷却质量分析，缩痕分析等。 初始条件： 在 搜索到此材料 ， 可以查看材料的一些具体信息。以这些信息作为分析的初始条件。其中模具温度为 C。38 ，熔化温度为 C。240 ，材料融化温度范围： 。 280200 ，模具温度范围：。 5720 ，塑料固体密度为 3，融化密度为 3，最大剪切应力为 塑机 塑成型工艺参数 查模具设计手册可知 注射成型的主要工艺参数如下表 3 3工艺参数 规格 工艺参数 规格 预热和干燥 温度 t/ : 80 95 成型时间 /s 注射时间 0 5 时间 /h: 4 5 保压时间 15 30 料筒温度 t/ 后段 150 170 冷却时间 15 30 中段 165 180 总周期 40 70 前段 180 200 螺杆转速n/( ) 30 60 喷嘴温度 t/ 170 180 后处理 方法 红外线灯烘箱 模具温度 t/ 50 80 温度 t/ 70 注射压力p/0 100 时间 /h 2 4 塑机的选择 3 由公称注射量选定注射机 由 析已得出单个塑件体积 V= 3 ，流道凝料 V=4545 3 实际注射量为 :5144 2+4545= 根据实际注射量应小于 公称注射量原则 , 即： = 由上计算初步确定注塑机为 0，查模具设计手册注塑机主要技术参数如下表 3 表 3国产注射机 0技术参数表 特性 内容 特性 内容 结构类型 卧 拉杆内间距 (320 520 理论注射容积（ 60 移模行程 (300 螺杆直径 (40 最大模具厚度 (350 注射压 (145 最小模具厚度 (170 注射速率 (g/s) 100 锁模形式 (液压 塑化能力 (g/s) 具定位孔直径 (125 螺杆转速 (r/20200 喷嘴球半径 (35 锁模力 (600 喷嘴口直径（ 4 第三章 模具结构设计 腔数目的确定 注塑模的型腔数目 ,可以是一模一腔 ,也可以是一模多腔 ,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素： （ 1） 塑件的尺寸精度 ； （ 2）模具制造成本 ； （ 3）注塑成型的生产效益； （ 4）模具制造难度。 考虑到该塑件是一般日用品，根据生产批量和经济因素，初步确定该 4 模具为一模 四 腔。 型面的确定 由于塑料零件在模具成型位置、浇注系统设计、塑料零件工艺结构和尺寸精度和预埋件的位置 ,塑料部分 ,分型面排气和许多因素影响 ,所以在表面点的选择应综合分析。 除了这些基本原则 ,选择分型面应考虑投影面积的分型面腔大小。为了确保侧核心的位置布置和抽芯动作平稳 ,有浅侧凹洞或短侧凸平台为核心方向 ,和深凹洞或更高的老板放置在模具打开和关闭的方向。 口的确定 的流动性好 ,可适用于各种浇口 ,为了不影响外观 ,确定使用潜伏浇口。浇口位置已经在 析中确定。 具材料的确定 现有模具模架已经标准化 ,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料 是关系到模具质量的前提条件 ,如果选材不当，则所有的精密加工所投入的工时 ,设备费用将浪费。 注系统的设计 注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的 传质，传热，传压情况决定着塑件的内、外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的重点内容之一。 流道设计 主流道是一端与注塑机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有有锥度的流动通道。根据注塑机型号设计主流道尺寸，具体尺寸详见图纸。 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。浇口套结构设计如图 5 20注塑机 5 确定定位圈的 尺寸，定位圈采用两颗 20L 螺钉固定，如图 示。 图 图 4流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形， U 形和六角形。浇道的截面积越大，压力的损失就越大；浇道的 表面积越小，热量的损失就越少。用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。考虑热量损失和浇道加工性能等因素，查 6 4择圆形截面的分浇道。具体详见图 示。 料井 冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料井的尺寸，宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。该模具的冷料井设计锥形的冷料井。冷料井如图 示： 口 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口 6 等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定。该模具采用潜伏式浇口，已在 得到确定。其有以下特性 : 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； 试模时如发现不当，容易及时修改； 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； 对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 浇口的截面形状和分流道的一样都采用圆形截面，与分流道的连接方式见图 示。 图 主流道、分流道、浇口的连接情况 型零件结构设计 成型的部分是塑料零件的几何形状和尺寸决定部分死亡 ,包括死亡 ,核心 ,插入成型 ,成型杆和环等。成型部分的工作 ,和塑料接触 ,高压力 ,在塑料熔体流动冲刷下 ,剥离塑料部件之间的摩擦。因此 ,成型零件需要一个正确的几何、较高的精度和较低的表面粗糙度。此外 ,还要求结构合理 ,成型部分高强度、刚度和良好的耐磨性。 成型零件的设计 ,应根据结构的塑料和塑料零件的特点和应用需求 ,确定型腔的总体结构 ,然后根据成型零件加工的要求 ,热处理和装配成型零部件结构设计、形成工作的一部分尺寸计算 ,形成部分密钥强度和刚度校验。 以下是成型零件的结构设计。 根据产品特征，为了便于加工制造，型腔采用整体 镶嵌式，型腔靠用 8 7 颗 40图 芯也采用整体镶嵌式，型芯用 8 颗 30L 螺钉固定，如图 示； 图 芯结构设计 内侧分型与抽芯机构用来成型具有内侧凹槽和孔的塑件；成型壳体制品的局部凸起、凹槽和肓孔。因为抽芯机构的注射模，其可动零件多，动作复杂。因此，侧抽机构的设计应尽量可靠、灵活和高效。本产品图需要抽芯位置如图 示平面所示： 图 设计采用斜顶结构来成型内侧抽芯 8 斜顶有相对 于其他零件的运动而且行位还是产品成型结构部分，因此行位及与其想配合的零件不仅满足一定的耐磨性要求还必须具有一定成型零件的性能。 斜顶及其组件的具体性能必须满足以下几点： （ 1）高表面硬度：表面淬火或者渗碳或渗氮处理到 （ 2）各相配合的零件不可为相同材料以防粘着磨损。 （ 3）配合要求：与固定在 B 板上的耐磨片采用 H7/隙配合；与 下模镶件采用 H7/合。详细的配合情况见模具总装的配合要求。 b. 斜顶的尺寸计算 （ 1）斜顶的抽芯距离 斜顶的抽芯距离为 以 S 2）斜顶的顶出行程 由 H S/ 解得： H 15 式中： 5。 斜顶的具体结构如图 示，其性能要求以及详细尺寸见斜顶零件图。 具成型尺寸设计计算 取 平均成型收缩率为 ，塑件未注公差按照 7 级精度公差值选取。 腔尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1 / 6；模具的制造公差 z = /3；取 x= 1） 10+ 10 01)1(0)1( 2） 24+ 9 24%)02)1(0)2( 腔深度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1 / 6；模具的制造公差 z = /3；取x= 1） 20+ 01)1(0)1( 2） 18+ 02)1(0)2( 芯径向尺寸 模具最大磨损量取 塑件公差的 1 / 6；模具的制造公差 z = /3；取x= 1） 32 32+01)1(0)1(2） 24+ 24+02)1(0)2( 10 芯高度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1 / 6；模具的制造公差 z = /3；取x= 1） 38+ 38+01)1(0)1(2） 32+ 32+02)1(0)2(具加热、冷却系统的计算 具加热 一般生产 料塑件的注射模具不需要外加热。 具冷却 模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。型腔的冷却是由在定模板（中间板）上的两条 10冷却水道完成 。 出机构的设计 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。 本设计使用简单的推杆脱模机构和利用斜顶设计推出机构的类型为一次推出机构。因为该塑件的分型面简单， 结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。顶出机构如图 示。 11 图 推出结构 第四章 注射机的校核 大注塑量的校核 根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的 80%。所以，一个周期内所需的塑料溶体的总量必须在注射机的额定注射量的 80%以内。 0 见注塑机参数表） 80%=60 8 验合格。 12 模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力： F 954 2； 0 K 安全系数，通常取 K= 5954 30=知 F=600以 F 模力满足要求。 具外形尺寸校核 注塑模具的尺寸应该不到注塑机的有效尺寸表。模具必须的长度和宽度方向的注塑机适应距离 ,至少一个方向杆之间的空间的大小可以安装在注塑机的工作表 。注塑机的拉杆间距可以从表 3 - 2 是 320 * 520 毫米 ,和模板的大小 Z 的座位是 250 * 450 毫米。 具厚度校核 模具厚度必须满足下式： 270 350 满足要求。 式中 所设计的模具厚度 270 注塑机所允许的最小模具厚度 150 注塑机所允许的最大模具厚度 350 具安装尺寸校核 注塑机动态模板，模 板表有很多不同的螺杆孔间距或“不”形槽，用于安装固定模。 固定装置的固定装置有 2种：螺钉、加压钢板固定。使用螺丝固定（大模具通常采用这种方法），模具，设置螺丝孔的模板和它的间距，必须与相应的螺丝孔注塑机模板台面一致。用钳位固定（小模具是多用的方法），只要有螺丝孔在模具的固定板附近，有较大的
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