（机械电子工程专业论文）基于cbr的注塑模具成本核算系统的研究与开发.pdf

摘要 摘要 模具报价是模具制造企业技术、经济、效率和管理的综合反映，同时也是决 定模具制造企业和客户间能否成交的一个重要经济条件。随着模具制造业的快速 发展，依靠个人经验所进行的报价已明显不能满足市场竞争和变化的需要，过高 或过低的报价，既容易导致企业失去市场和信誉，也容易使企业收支不平衡。同 时并行工程、协同设计技术的发展，也要求企业在模具设计与制造的不同阶段及 时提供模具的估算成本与价格。因此，开发一套既能反映模具制造企业自身的生 产能力，又能在速度、准确程度和详细程度上满足客户需要的模具报价系统成为 模具制造商和客户所共同关心的问题。 本文采用并行工程的思想，以注塑模具为主要研究对象，开发了一套基于实 例推理的( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 注塑模报价系统。通过研究模具价格的构 成因素和模具成本的研究现状，并结合工厂中的实际情况，提出了c b r 与c a p p 相结合的注塑模成本核算方法。首先在详细分析了影响模具成本的主要影响因素 后，对影响模具成本的制件和模具特征进行了模糊编码和分类编码，并采用模糊 层次法建立了这些特征的权重矩阵，成功地实现了相似度的量化计算；在c b r 技 术的检索阶段，采用了b p 人工神经网络技术和分类编码检索技术，大大地提高了 检索的效率和准确率；在c b r 的修改和自我学习阶段，采用了交互式的修改方式， 由于有数据库中大量的实例做基础，用户可以轻松地通过交互方式将检索到的相 似模具的结构和工艺信息修改并应用到现有报价工程中去，从而显著地减轻了报 价人员的工作负担，减少了报价时间。采用交互式修改方式，也有利于有丰富模 具设计和报价经验的人员最大发挥自己的经验优势，增加了c b r 修改的灵活性： 作为应用验证，本文最后对基于c b r 与c a p p 技术相结合的注塑模成本核算系统 作了简要介绍。 关键词基于实例推理( c b r ) ；模糊编码；相似检索；注塑模；模具报价 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t m o l d s q u o t a t i o ni sac o m p r e h e n s i v er e f l e c t i o no ft e c h n o l o g y ，e c o n o m y ， e f f i c i e n c ya n dm a n a g e m e n to fm a f l u f a c t u r e r so fm o l d s ，i ti sa l s oa ni m p o r t a n t e c o n o m i cc o n d i t i o nt h a td e t e r m i n e sw h e t h e rt h em a n u f a c t u r e r sa n dc u s t o m e r s c o u l dm a k ead e a l w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y o fm o l d s ，q u o t a t i o nr e l i e do ni n d i v i d u a le x p e r i e n c eo b v i o u s l yc a nn o tm e e t t h en e e d so fm a r k e tc o m p e t i t i o na n dc h a n g e s t h ei n a p p r o p r i a t eq u o t a t i o n n o to n l yl e a d se n t e r p r i s e st ol o s et h em a r k e ta n dc r e d i te a s i l y ，b u ta l s o c a u s ea nu n b a l a n c e dr e v e n u ea n de x p e n d i t u r e a tt h es a m et i m e ，t h e d e v e l o p m e n to f c ea n dc s c wr e q u i r e se n t e r p r i s e st op r o v i d et h ee s t i m a t e d c o s ta n dp r i c eo ft h em o l da tt h ed i f f e r e n ts t a g e so fd e s i g na n dm a n u f a c t u r e t h e r e f o r e ，i th a sb e c o m eac o m l n o nc o n c e r no fm a n u f a c t u r e r sa n dc u s t o m e r s t od e v e l o pas e to fm o l d sq u o t a t i o ns y s t e mw h i c hc a nr e f l e c tt h ep r o d u c t i o n c a p a c i t yo ft h em a n u f a c t u r e ，a sw e l la ss a t i s f yt h ed e m a n d so fc o n s u m e r s i na c c u r a c yt i m e l y t h ep a p e rd e v e l o p sac a s e b a s e dr e a s o n i n g ( c b r ) p l a s t i ci n j e c t i o nm o l d s c o s tq u o t a t i o ns y s t e mb a s e do nt h et h o u g h to fc eo nt h es u b j e c to fp l a s t i c i n j e c t i o nm o l d s b ys t u d y i n gt h ec o n s t i t u e n te l e m e n t s o fm o l dp r i c ea n d t h em o l dc o s tq u o t a t i o nr e s e a r c hs t a t u s ，c o m b i n e dw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n o fm o l df a c t o r i e s ，t h i sp a p e re x p l o i t san e wp l a s t i ci n j e c t i o nm o l d sp r i c e q u o t a t i o nm e t h o dw h i c hc o n n e c t st h ec b rt e c h n o l o g yw i t ht h ec a p pt e c h n o l o g y t h ep a p e rf i r s t c o d e st h ef e a t u r e so fp l a s t i cp r o d u c ta n dm o l da f t e ra d e t a i l a n a l y s i so ft h em a i ne l e m e n t st h a ta f f e c tt h em o l dc o s t ，t h e nb u ii daw e i g h t m a t r i xo ft h e s ef e a t u r e sb yu s i n gt h ef - a h pm e t h o da n dq u a n t i f i e st h e s i m i l a r i t ys u c c e s s f u l l y i nt h ec b rs e a r c hs t a g e ，t h es e a r c hs p e e da n d a c c u r a c y a r eg r e a t l y i m p r o v e db yu s i n gb pa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ( b p a n n ) i nt h ec b rr e v i s es t a g e ，b a s e do nt h en u m e r o u se x a m p l e si nt h e d a t a b a s e ，t h ea d o p t i o no fi n t e r a c t i v em o d ee n a b l e st h ec u s t o m e rt or e v i s e i i t h es i m i l a rm o l ds t r u c t u r ea n da p p l yi ti n t ot h ep r e s e n tq u o t a t i o ns y s t e m ， t h u sr e d u c et h el o a do fq u o t a t i o np e r s o n n e la n dl e s s e nt h eq u o t a t i o np e r i o d o na g r e a ts c a l e t h ea d o p t i o no fi n t e r a c t i v er e v i s em o d ei sa l s ob e n e f i c i a l f o rt h o s ee x p e r i e n c e dm o l dd e s i g n e r sa n dq u o t a t i o np e r s o n n e lt om a k eb e s t o ft h e i ra d v a n t a g e ，w h i c ha d d st h ef l e x i b i l i t yo fc b rr e v i s e f i n a l l y ，a s a p p l i c a t i o nv e r i f i c a t i o n ，t h ep a p e rg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no np l a s t i c i n j e c t i o nm o l d sc o s tq u o t a t i o ns y s t e mb a s e do nt h ec o m b i n a t i o no fc b ra n d c a p pt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：c a s e b a s e dr e a s o n i n g ( c b r ) ；f u z z y c o d e ；s i m i l a r s e a r c h , i n j e c t i o np l a s t i cm o l d ：m o l dq u o t a t i o n i i l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标 明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盔颦佥五 日期：! ! ：，：兰z 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或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；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 师签名：兰丝鼗日期：立61 上：师签名：兰丝氇日期：立61 上： 第l 章绪论 1 1 模具成本核算 1 1 1 成本概念 第l 章绪论 “成本”这一概念在不同的学科中有不同的解释，即使在同一学科的不同分支 中也有不同的解释，在本文中我们采用成本会计中的定义；即成本是指企业生产 经营过程中各种经济资源价值牺牲进行对象化计算的数额。i l l 1 1 2 模具价格与成本嘲 模具的定价是否合理不仅关系到用户的切身利益，而且还关系到制造商的盈 利水平、市场竞争策略的制订以及预定的经营目标是否能够顺利实现等。因此， 模具价格的制定是模具制造企业经营决策的重要内容之一。为了制定出合理的模 具价格，使价格能够真实地反映其价值，首先有必要探讨模具成本的构成。 商品的价格一般由产品成本、流通费用、税金和利润哩部分构成。模具也是 商品，但它与在市场上流通的一般商品不大相同，由于它是单件小批量生产，一 般不直接进入市场流通领域，而是由模具制造与使用双方直接进行业务洽谈，定 价成交。因而，模具的价格中可暂时不考虑流通费用，但应包含销售费用。于是 模具的价格可表示成： m = t + 小- i - 三+ s = 朋i + 工+ s ( 1 一1 ) 式中：m 一模具的销售价格； m 。一模具的生产成本； 时，一模具的销售成本( 完全成本) ； 肌一模具的销售费用( 包装运输费、广告宣传费、销售机构经费、 代销网点手续费、售后服务费) ； 一利润； s 一税金。 第1 页 山东大学硕士学位论文 就我国目前情况，企业按规定应上缴给国家的税金和要获得的利润，往往以 综合税率和利润率的形式反映在产品的价格之中。而利润率又往往分别用成本利 润率和销售利润率来表示。如果以 代表成本利润率，以r 2 代表综合税率，以代 表利税率( 即销售利润率与综合税率之和) ，则： = 击川o 吒= 万sx 1 0 0 r o = 警l o 蝴 1 m 。 m ” m 将，i ，屹，o 代入式( 卜1 ) 中，经数学推导，模具的销售价格m 又可改写成： m ：丝! ! ! 生：丝( 1 - 2 ) l 一，2i 一，o 由模具的生产实际可知：模具的生产成本m ，是模具在制造过程中所发生的各 种费用之总和。即 m x = c + q + g + + ，+ d + z + ( ，+ f ( 1 3 ) 式中： c 一模具的原材料费用( 铸铁、锻件，棒材、板材、模具标准件及外购件等) ； q 一水电燃气费用( 煤、燃油、电、水、气) ； g 一工资( 工人工资、奖金、按规定提取的福利基金) ： w 一车间经费c 管理车间生产所发生的费用以及外协费等) ； 卜企业管理费( 管理人员与服务人员工资、消耗性材料、办公费、差旅费、 水电费、运输费、折旧费、修理费、低值易燃耗品摊费、材料与产品盘亏与毁 损、利息支付及其它费用) ； d 一模具设计费( 模具不具有重复生产性，每套模具在投产前均需首先进行设 计) ； z 一专用工具费( 专用刀具、电极、靠模、样板、模型等) ； u 试模费( 模具生产本身具有试制性，在交货前均需反复试模与修整) ； 卜试制性不可预见费( 由于模具制造中存在试制性，成本中就包含着不可预见 费和风险费) 。 在构成模具生产成本的九项主要费用中，后四项费用( d z u f ) 是根据模具生 产中独有的单件试制性和技术、资金、劳动力三密集特点而单项列出的。至此， 模具的销售成本( 完全成本) 和销售价格可以分别具体地表达成： m ，= c + 口+ g + + ，+ d + z + u + f + m ( 1 - 4 ) 第2 页 第1 章绪论 m ；丝望堡里! 2 兰：竺! 竺! ! ! 墨! 1 一r 2 ：= c + q + g + w + j + d + z + u + f + m ( 1 - 5 、 1 一r o 从模具价格构成的表达式中可以清楚地看出，模具的生产成本( m s ) 是模具价 格的主要组成部分。此外，模具价格构成表达式清楚地表明，当模具用户针对某 一欲制造的模具向制造商询问价格时，模具的制造商如果要依据模具价格构成表 达式中列出的各个成分逐项统计汇总然后报价，将是非常困难甚至难以做到的事 情。对模具价格构成的各个成分逐项统计汇总，一般只能是模具制造成功后的结 算，而要做到事前较迅捷准确地报价，不但要研究模具价格的构成，还要研究适 应不同类型模具特点的不同的价格估算方法。 1 1 3 模具成本估算方法 耳前在模具成本评估领域的研究方法可分为五类1 4 1 。它们分别是：直觉方法、 相似性方法、分析方法、基于几何特征的方法和基于参数的方法。 直觉方法。它是基于评估者的经验，评估的结果依赖于评估者的经验和知 识，一般要求评估者长期从事过模具开发，但由于专家本身的主观性和稀缺性， 影响了此方法的应用。 相似性方法。相似性成本计算的依据是：相似的模具组件具有相似的模具 计算方法。它是利用以前的相似经验来估算价格。 分析方法。它是将产品的生产分解为一系列基本任务，而每一基本任务都 通过一个经验方程来计算其成本，然后汇总得到总的成本。 基于特征的方法。模具的几何特征( 柱、槽、孔、筋等) 被用作价格驱动 因素，因此用经验公式或工具比如知识库或人工神经网络来来估算模具成本。 基于参数的方法。从具体的参数值来评估产品的成本，由于影响因素的多 样性，它只是利用其中最主要的因素来估算成本。 概括起来，估算模具价格的方法可分为两大类：相似价格法和函数价格法。 相似价格法是以新旧模具间的相似性作为报价的参考。直觉方法和相似性方法属 于这一类型的方法。但是在应用相似性方法时，评估者并不能识别出所有影响价 格的重要因素并把它们量化，具有很大的主观性。分析方法可以很好的应用于模 第3 页 山东大学硕士学位论文 架和其他一些可以很容易分组的次要单元价格的估算。但是对于那些功能单元( 型 芯、型腔) ，分组是一件非常困难的事情，因为它们的尺寸、加工次序、公差随着 产品设计的不同有很大变化。在函数价格法中，模具价格和其价格驱动因素之间 的关系被以数学方程的形式表达出来。分析方法、基于特征的方法和基于参数的 方法属于这一类型的方法。尽管分析方法可以很好的用来估算简单零件的加工费， 但是却很难应用于模具生产由于模具几何尺寸的复杂。同样，基于特征的方法也 很难被应用，因为目前的特征识别和分类法则还不能处理大多数模具中的自由表 面并且需要计算机技术比如基于知识的系统、模糊逻辑和人工神经网络来建立这 种价格关系。此外，这些计算机技术不能够考虑到装配约束、表面加工要求、试 模和其他一些因素的影响。基于参数的方法工作类似于一个黑盒子，在模具总的 价格和几个主要设计参数之间建立关系，它很难用来证明和解释价格的合理性。 1 1 4 模具成本研究现状【3 1 最早的塑件成本评估方法出现于1 9 8 5 年，o s t w a l d 5 】等开发了工具成本、材料 成本评估的一系列方法。但是，这些方法不能直接用于支持产品设计和再设计， 而且其它信息，如能耗成本、额外成本和工程成本等则不易计算。u l r i c h 等【q 开发 了一个评估印刷电路板设计和制造成本的系统。但是这个成本只有当工艺计划确 定后才能够获得。s h a h 等i 7j 提出了一个借助专家获取信息的框架，并被用于基于特 征的c a d 系统中，实现了设计最大利润率和再设计之间的平衡。b o o t h r o y d 等【8 1 开发 了一个选择制造塑件所可能采用的工艺和材料的评估方法，此方法分为4 个步骤， 依次为几何输入、工艺选择、材料选择和更新。几何分类依据尺寸、形状、和相 交特征。工艺选择依据模糊集理论，最后给出了基于成本的塑件工艺和材料分级 方法。k o c h 等【9 1 提出了在设计过程中集成c a d 和基于活动的成本评估的方法。 对于注塑模成本评估研究比较深入的是台湾成功大学的y u h - m i nc h e n 等【l0 】人， 他们的研究采用对注塑件进行特征分类，然后在注塑件设计中的特征设计、预备 设计和详细设计阶段分别考虑这些阶段塑件特征的变更可能引起的后续成本要 素，如材料、工艺和模具制造成本的变化，进而建立专门的知识库，从而在设计 的早期阶段就可以排除不合适的设计。但该方法并没有以定量的方式来计算模具 的成本。此外，香港大学的k w a i - s a n gc h i n 等i l l 】建立了注塑模成本评估专家系统 ( e s i m c o s t ) ，该系统考虑了注塑件设计、注塑模设计、模具制造工艺决策的并行 第4 页 第1 章绪论 关系，并采用基于规则的方法来评估注塑模成本，利用一系列i f t h e n 规则来求得 成本，取得了一定的效果，但其规则太复杂，有2 7 1 个之多，规则组合很困难，限 制了其使用：随后，k w a i - s a n gc h i 等【1 2 l 又建立了一个主要用于电子行业的专家系 统( dt m o l d 一1 ) ，采用决策树的方法来实现基于规则的推理，通过一系列决策树的 交互来求解制造成本。此方法有一定的使用效果，但因其所需的参数较多而限制 了使用范围。 新加坡南洋理工大学的o n g n a ns h i n g l ”l 通过建立一系列复杂的数学公式，将 成本分为材料、模具和工艺成本。此方法并不依赖于特定的几何模型，而是通过 确定一系列特定参数，在产品的概念设计阶段求得注塑件和模具的成本。由于整 个系统中出现的参数太多，且参数工程意义不明显，应用于生产实际中并不现实。 t w e n t e 大学的i e w e u s f i a k t 1 4 1 等人构造了一个产品设计成本评估和控制的通用框 架，按照分层的思想，建立特征级、部件级和装配级结构每一级都分为几何、材 料、工艺和生产计划四种成本属性。麻省大学的d a v i d w r o s e n i ” 分析了注塑件的 特征和这些特征对于模具成本评估的影响，定义了从塑件特征到模具成本特征的 映射关系，给出了相关算法；最后得出了涉及特征转换和基于特征的模具成本评估 的一系列结论，为利用特征计算模具成本莫定了基础。a d e k u n l ef a g a d e 等【1 6 i 回顾 了工模具价格评估方法，并且对其进行了比较和分析，指出注塑成型复杂因子是 模具价格评估方法的基础。 d o n g ga n gya o i 1 提出了解决多重质量和成本优化问题的方法，采用塑件制造 成本为问题求解的目标，而将质量问题作为求解的约束条件，采用罚函数法，将 此问题转变为单且标优化问题：俄亥俄州立大学的e 1 m e h a l a w i m i v s - 2 1 i 等人则根据 几何相似性采取基于事例的推理方法来求得净成型件( n e t s h a p e f o r m i n g ) 的估计成 本。采用属性图( a t d b u t e d g r a p h s ) 来记录几何信息，将塑件的几何信息文件首先转 换为s t e p 模型，然后再将其转换为属性图表，其c b r 推理的依据是塑件属性图 表的相似性。但其评估的是成型件成本，而对模具成本问题则并未详细考虑：s t e v e n s 理工学院的m e r i n o n 等【2 2 l 采用统计模型来估算注塑件的成本，利用修改的成组技 术( m o d i f i e dg r o u p t e c h n o l o g ys y s t e m ) ，将注塑件成本分为资本成本、工艺成本、后 工艺成本、材料成本和构造( s e t u p ) 成本、w h u 和c p o l i 【2 3 l 利用成本评估公式对注 塑件和冲压件的成本特征进行了探讨，他们着重讨论了注塑件和冲压件的功能等 价性原理，并且给出了相应的计算公式，用来分析一个产品的制造是用注塑方法 还是冲压方法，以及是用单件还是用装配件的制造策略，最后给出了比较实例。 第5 页 山东大学硕士学位论文 当然。该方法由于主要偏重于不同工艺的比较，对注塑模成本的考虑并不全面。 此外，还有p o l i , v i l l e g a s 。a b r o a d ，f e m a n d e z , e s c u d e r o ，k u o l 2 4 - 2 9 1 等提出t 一系列的 注塑模成本评估方法，这些研究方法奠定了注塑成型成本评估方法的基础。 国内学者对成本问题的研究主要集中在通用机械领域【3 0 。6 】。而在注塑模领域， 俞子晓”1 以及其他学者1 3 ”铆对注塑模报价问题进行了一定的总结，指出了注塑成型 成本评估的重要性。 1 2 课题的提出及意义 模具的定价是否合理不仅关系到用户的切身利益，而且还关系到制造商的盈利 水平、市场竞争策略的制订以及预定的经营目标是否能够顺利实现等。因此，模 具价格的制定是模具制造企业经营决策的重要内容之一。 掌握模具的报价对任何熟练的模具工或者技师都非常重要。无论是经营一家模 具制造公司，还是完成一项模具制造，在进行模具报价或制造一副模具的成本估 算时，实际上已隐含了报价者对模具的设计结构、模具的制造工艺的基本方案， 同时反映了报价方对模具市场的开拓方针。 模具报价的一个特点是准确性。过高估算模具的价格，极有可能失去客户，而 且使客户对模具价格的科学性和诚信度持怀疑看法；模具价格过低，将导致模具 项目赔本，或者制造质量因价格原因下降，造成客户对制造质量缺乏信心，同样 也会影响模具制造的市场发展。 模具制造报价的另一特点是快速，即要求在较短的时间内给客户详细的报价。 一些报价研究将型腔模具的制造划分为若干因素，并将这些因素对应不同的条件 系数。在进行报价时将这些因素逐一考虑，并根据一定的经验公式进行计算。这 种方法在报价时比较繁琐，同时模具的型腔、结构的变化，有些因素不一定能被 考虑，在报价快速上不能满足客户要求。因此，采用计算机辅助报价就显得迫切 地需要。 计算机辅助报价就是设计一种这样的系统，这种系统是一个集模具成本核算、 模具报价咨询、模具制造规划、模具客户管理与供应商管理的应用软件系统。这 种系统将模具制造中的经验与知识构成模具制造知识库，采用人工智能技术使得 应用者心以在较短的时间内，完成模具的报价单。即使是模具制造的初学者，也 能够产生只有较高水准的报价。同时，这种系统可以帮助模具制造商自动完成订 第6 页 第l 章绪论 单的确认处理、不断修正模具的报价费率使得模具制造商可以既保证报价的精 确性。又能适应市场竞争需要把握市场的变化。赢取更多的模具订单。 基于前人的研究成果，本课题开发的基于成本核算的注塑模具报价系统主要 采用相似成本核算与c a p p 相结合的方法，这样既可以提高模具报价的准确性，又 可以实现模具的快速报价。具体实现方法是：首先输入目标模具的成本影响因素， 其中包括制件因素和模具因素等等，然后利用基于事例推理方法( c a s e b a s e d r e a s o n i n g ，c b r ) 根据输入的成本影响因素作为检索信息从实例库中检索出与目 标模具最相似的几套模具实例；最后根据检索出的相似度较大的几套模具的结构 及工艺进行新模具的结构配置与工艺设计，并计算注塑模具的工艺成本( 包括材 料费与加工费) ；然后汇总其它非工艺成本，对注塑模具进行对外报价。 1 3 本文研究内容和结构 本文的主要研究内容是注塑模的成本核算问题。研究思路是利用基于实例推 理方法将用户输入的注塑件和模具信息进行编码，利用这些编码组成当前模具的 实例表示，然后采用神经网络或者其它方法从实例库中检索与当前模具相似的模 具实例。接下来采用最相似的几套相似模具的决策( 结构和工艺) 作为c b r 的改 写基础，改写这些决策将其作为当前模具的决策，最后根据改写后的决策核算当 前模具的成本，结合其它非工艺成本最终进行模具报价。 文章的开始对影响模具的成本进行了分析，接下来又对模具的结构组成进行 了分析。然后对影响模具成本的各种因素进行了详细地分析，提出了影响模具成 本的三大因素：制件因素、模具因素和其它因素。这为以后的制件及模具编码打 下了很好的基础。在第三章中，先是介绍了c b r 理论，因为系统的整个模型就是 以c b r 为基础的，从模具实例的表示、检索一直到最后的模具实例的保留，都采 用的是c b r 技术。介绍完c b r 2 _ 后我们利用c b p o 里论对系统进行了建模工作。并 给出了系统的体系结构图。从第四章开始，我们就开始的系统的各模块的单独讲 解。第四章主要讲了注塑模具实例的表示。第五章中对系统的c b r 相似检索过程 进行了详细的论述。详细叙述了利用分类编码法和b p 神经网络法进行c b r 相似检 索的方法。在第六章中对实例的修改与保留做了简要的介绍。文章最后给出了系 统的运行实例。 第7 页 山东大学硕士学位论文 第2 章注塑模具成本分析 2 1 注塑模的结构组成 任何注塑模都可以分为定模和动模两大部分，定模部分安装固定在注射机的 固定模板上，在注射成型过程中始终保持静止不动：动模部分则安装固定在注射 机的移动模板上，在注射成型过程中可随注射机上的合模系统运动。根据模具上 各个零件的不同功能，注塑模又可以具体分为八大功能结构： ( 1 ) 支撑零部件。这类零部件在注塑模中主要用来安装固定或支撑成型零部件等其 它七种功能结构，将支撑零部件组装在一起，可以构成模具的基本骨架。 ( 2 ) 成型零件。指构成型腔、直接与熔体相接触并成型塑料制件的零件。通常有凸 模、凹模、型芯、成型杆等零件。在动模和定模闭合后，成型零件确定了制件 的内部、外部轮廓和尺寸。 ( 3 ) 浇注系统。将塑料熔体由注射机喷嘴日l 向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、 分流道、浇口和冷料井组成。 ( 4 ) 导向与定位机构。为确保动模和定模闭合时，能准确导向和定位对中，通常分 别在动模和定模上设置导柱和导套 ( 5 ) 脱模机构。是指在开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构。 ( 6 ) 侧向分型抽芯机构。带有侧凹或侧孔的塑件，在被脱出模具之前，必须先进行 侧向分型或拔出侧向凸模或抽出侧型芯。侧向分型抽芯机构并不是模具结构中 必须有的机构，只有制件上具有侧成型特征且必须用侧向分型抽芯时，模具上 才设置此种机构。此种机构，会使模具的结构变得复杂，从而增加模具的成本。 ( 7 ) 温度调节系统。为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热的 温度调节系统。 ( 8 ) 排气系统。为了在注射充模过程中将型腔内原有空气排出，常在分型面处开设 排气槽。 2 2 影响模具成本的因素 降低模具的成本，提高模具的质量，是每个模具制造企业追求的目标。而模 第8 页 第2 章注甥模具成本分析 具成本的大小不但与制件的工艺性、模具结构的复杂程度、模具材料、模具的加 工精度要求和加工方法有关，也与企业内部设备配置、人员结构、管理水平等诸 多因素有关，因此只有正确分析影响模具成本的各个因素，找出薄弱环节，并采 取相应的控制措施，才能在模具承制或新产品的开发过程中，在保证模具使用性 能的前提下，取得良好的经济效益和社会效益。 2 2 1 制件因素 注塑模结构设计的依据是注塑件，注塑件的类型、尺寸、拓扑结构、侧成型 特征、表面纹理等特性的合理程度将直接影响模具结构工艺的合理程度，从而不 同程度的影响模具的成本。 ( 1 ) 制件类型 制件类型是按照高径比或高长比来区分的，通常有盘形、盒形和杆形三种。 不同的制件类型对模具成本的影响程度也不一样，一般来说，在同样体积、同样 材料的情况下，盘形的制件比其它两种类型的制件对模具成本的影响程度大一些。 ( 2 ) 制件的拓扑结构 制件的整体拓扑结构是指构成注塑件的主要形状特征之间的相互关系。制件 的拓扑结构应有利于成型加工，并能符合对充模流动、补缩、高速冷却、快速脱 模的要求，即在开模取出制件时，尽可能不采用复杂的瓣合分型与侧抽芯。因为 侧抽芯或瓣合凹模与凸模不但会在制件分型上留下飞边，增加后加工的困难，还 会降低制件的生产效率，增加模具的复杂程度，提高模具的制造成本。制件拓扑 结构的复杂程度将直接决定模具结构的复杂程度，从而影响模具的制造成本。 ( 3 ) 侧成型特征 侧成型特征涉及到抽芯机构设计以及分型面选择，侧成型特征一般需要侧抽 芯机构才能成型，因此使得注塑模具的结构变得复杂，制造起来困难，增加了模 具的制造成本。侧成型特征种类较多，形式多样，一般有侧凹、侧孔、凸缘、凸 台、翻边、花纹等。 ( 4 ) 螺纹成型方法 注塑成型螺纹时，一般采用两种方法：一是在模具中设计螺纹型芯或螺纹型 环，分别成型内、外螺纹。为了保证制件顺利脱模，模具中还应带有必要的脱卸 螺纹机构。二是外螺纹采用瓣合模具结构成型，螺牙为圆形或梯形的内螺纹采用 型芯成型并实行强制脱模方法。这两种注塑成型螺纹的方法无疑都增加了模具的 第9 页 山东大学硕士学位论文 复杂程度，从而增加了模具的制造成本。 ( 5 ) 分型面复杂因子。分型面虽然说对塑件的物理形状影响不大，但对注塑模 具的设计方案有很大的影响。本文将其归入独立于模具制造工艺的制件特征因素 类中。在很多情况下，制件的分型面是平面，其对应的模具复杂性是最简单的。 但也还有很多非规则分型面，要想精确地求得它的分型面复杂因子是很困难的。 依据d p 方法的经验，本文将其分为5 类：制件在分型面一侧成型的平面类、制 件在分型面两侧成型的平面类、分型面的曲线类、分型面的台阶类和复杂综合类。 ( 6 ) 尺寸 注塑制件的最大外形尺寸不但影响注塑模具的型腔数量、浇1 3 形式等的设计， 还影响模架规格的选择。外形尺寸较大的制件一般需要选用大型的模架，既增加 了模具的材料费用，也给模具加工增加了困难，从而增大了模具的成本。为了节 约原材料和能源，只要能满足制件的使用要求，般都应将制件的结构设计得尽 量紧凑，以便使制件的外形尺寸小巧一些。 ( 7 ) 壁厚 从原则上讲，制件的壁厚是由使用要求决定的，但制件的壁厚对于注塑成 型生产具有极为重要的影响，它与注塑成型的难易程度、制件的成型质量、制件 的原材料消耗以及生产效率和生产成本都密切相关。改变制件壁厚的大小常常会 使制件的工艺性发生改变，从而也会使成型此制件的模具的选用材料和加工工艺 发生改变，也就改变了模具的成本。一般来讲，在满足使用要求的前提下，制件 壁厚应尽量小，这是因为壁厚太大时，不仅会使生产成本提高，还会延缓制件在 模内的冷却速度，使成型周期延长；还容易产生凹陷、缩孔和夹心等成型缺陷。 ( 8 ) 型腔细节 型腔细节反映了制件的制造难易程度。它包括了一系列平行于模具闭合方向 的特征。比如筋、凸台、孔，刻写的字和槽等。在目前的模具成本预测方法中， 注塑制件的几何复杂性通过o - - 1 0 的复杂度来打分处理，制件的内表面和外表面的 复杂性都这样处理。制件复杂度的分值越高，此制件越复杂，成型此制件的模具 越难加工，模具的制造成本也就越高。在文中，我们采用的是惩罚因子来计算塑 件的复杂程序的。 ( 9 ) 材料性质 材料性质对注塑模具的浇1 3 形式、浇道、成型方式和冷却系统等设计都有影 响。它可依据其特性分为热塑性材料和热固性材料两种。热塑性塑料具有较好的 第1 0 页 第2 章注姆模具成本分析 可熔性和可模塑性。热固性塑料在加热初期具有一定的可熔性和可模塑性，继续 加热则可熔性和可模塑性消失。 ( 1 0 ) 材料流动性 材料流动性是指材料的可挤压性与可模塑性。材料的流动性对模具的浇注系 统形式、流道和浇口的布置、流道和浇口及模腔的尺寸和其表壁的租糙度的设计 都有影响。按照模具设计要求和流动性的好坏，可把常用的热塑性塑料分成好、 中等和差三种。 ( 1 1 )精度等级 制件的精度等级直接影响着模具结构的设计、模具的制造精度及模具制造总 工时的多少，从而影响模具的制造成本。根据有关资料统计，制件的尺寸精度不 高于五级时，精度每提高一级，模具的成本就增加5 一1 0 。一般来讲，为了降 低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足制件使用要求的前提下尽量把制件 的精度设计得低一些。 ( 1 2 )表面粗糙度 制件的表面质量主要由制件的表面粗糙度决定。通常制件的表面质量要求越 高，制件的表面粗糙度数值越小，加工模具时的研磨抛光工作要求也越高，模具 制造的难度也就越大，模具的制造成本也就越高。根据美国的g e o f f r e yb o o t h r o y d 教授的统计，制件的表面质量的要求每增加一个等级，即制件的表面粗糙度每减 小一个等级，模具的凹模和凸模的制造时间就增加5 左右。从而模具的成本也就 相应增加。 2 2 2 模具因素 模具成本的影响因素虽然很多，但主要影响因素还是模具方面的。模具的形 式、分型面类型、型腔数量、型腔布局、浇口形式等都会影响模具的制造成本， 从而影响模具的成本。 ( 1 ) 模具形式 生产中常见的模具结构形式主要有七种：单分型面注塑模、双分型面注塑模、 侧向分型抽芯注塑模、带有活动镶块的注塑模、倒装注塑模、机动脱螺纹注塑模、 无流道凝料注塑模。不同的模具结构形式对模具成本的影响程度是不同的，所以 应在保证制件质量的前提下，选择与制件类型和生产量相适应的模具结构形式， 以便于最大可能的降低模具的成本。 第“页 山东大学硕士学位论文 ( 2 )模架形式 我国于1 9 9 0 年颁布了塑料注塑模模架的国家标准，其中中小型模架的组合形 式有a ，、a ：、a 3 、凡四种；大型模架的组合形式有a 、b 两种。在模具的设计和生产 中，我们通常是根据制件的深度、投影面积、型腔数量以及型腔布局来选择模架 形式的。选择的模架形式不同，模架的成本就不同，从而模具的成本也不同。 d e w h u r s t 和k u p p u r a j a n 通过对当前可供使用的预制模架的调查指出，模架的成本 是所选择的模架凹模板的表面积和凹模与凸模板的组合厚度的函数。 ( 3 )分型面类型 分型面的类型主要有平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面、 瓣合式分型面。分型面类型的选取是模具设计中最基本和最重要的一环。它要考 虑到制件的形状、尺寸和壁厚等因素。选择的分型面类型不同，模具的制造工时 也就不同。从而模具的成本也就不同。当模具的分型面为非平面时，附加的模具 制造工时的计算公式是：附加的模具制造工时= 分型面因子女制件的投影面积。其 中分型面因子随分型面的复杂程度增加而增加。 ( 4 )型腔数量 多型腔模具一般应用在一个生产周期内制造多个相同的制件，这种情况的目 的在于通过最初较高的模具投资来减少制件的成本。型腔数量的确定通常根据制 件的尺寸和体积。当选用多型腔模具时，模具的成本通常会发生两种变化：一是 多型腔模具的成本明显比单型腔模具的成本大；二是多型腔模具中每个型腔的模 架成本比单型腔模具的模架成本小。在假设多型腔模具的成本和单型腔模具的成 本存在一种近似的幂指数关系的情况下，多型腔模具的制造成本通常可用以下公 式计算：c 矿c 。，旷，其中，匕表示n 个型腔模具的成本，n 表示型腔的数量，n l 表示多型腔模具的指数，一般取值为0 7 。 ( 5 )型腔布局 选用了多型腔模具之后，就需要确定制件在模具中的排布，即型腔布局。型 腔的布局方式有两种：矩形布局和圆的布局。它将直接影响到模架的大小及模具 的加工，从而影响到模具的成本。 ( 6 )浇口形式 浇i z i 是塑料熔体进入型腔的阀门，对注塑件的质量具有决定性的影响。它的 设计合理与否直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易程度。浇口形式主 要有：普通浇口，潜伏式浇i z l 、直接浇口、侧浇口和扇形浇1 ：3 等j 不同的浇口形 第1 2 页 第2 章注埋模具成本分析 式对模具的结构影响程度是不同，从而对模具成本的影响程度也不同。 ( 7 )侧抽机构 侧向分型与抽芯机构简称为侧抽机构，用来成型具有外侧凸起、凹槽和孔的 制件；成型壳体制件内侧的局部凸起、凹槽和盲孔。侧抽机构必须在开模方向制 件脱模之前完成抽拔动作，还必须在闭模过程中让机构复位。具有侧抽机构的注 塑模，可动零件多，动作复杂，所以模具的设计和制造也比较困难，模具的成本 也较高。据有关资料统计，每增加一个侧抽机构，模具的成本将增加5 一1 0 。 ( 8 )内部缩回器 注塑成型带有内部凹陷或内部模锁这种特征的制件时，就需要在主凸模之内 建造凸模销缩回装置。这种装置比腔体外面的侧抽机构制造起来困难的多，并且 价格也昂贵的多。正是由于这个原因，只要可能的情况下，就应该避免采用内部 凸罐缩回机构即内部缩回器。要实现这个目标，一个很明显的方法就是在制件设 计时用外部凹陷或通孔来代替内部的那些凹陷。 ( 9 )卸螺纹装置 成型螺纹制件的注塑模可以由模具外动力旋转脱模，但更多是利用齿轮齿条 机构对内部或者外部螺纹所形成的凹陷进行脱模。在这种方法中，由液压缸推动 的齿条带动齿轮，通过齿轮把旋转运动传递给凸模销，这样就可以把带螺纹的凸 模销和所形成的凹陷脱离。这种附加的卸螺纹装置大大增加了模具成本与模具保 养成本，但是免除了单独的螺纹切割操作。 ( 1 0 ) 型腔最大深度 由1 9 9 3 年由原机械工业部经济调节司与中国模具工业协会组织编写的模具 计价办法参考手册可知，注塑模具制造工时的计算公式是： t t = t 。t k ，- 木k - z 半k - 。 k - ( 1 + k t s ) 。其中k i 一表示模具深度系数。由此公式可以看出，模 具的型腔深度会影响模具的制造工时，从而影响模具的成本。 ( 11 ) 型腔的横截面积 制件在模具开模方向上的投影面积，即型腔的横截面积在两个方面影响着模 具的n i i 时，从而影响着模具的成本：a 、制件的投影面积决定着模具动定模的 周边尺寸，从而决定着模具的规格和模具的基点工时。b 、制件的投影面积影响着 型腔深度系数的选取，从而影响着模具的加工工时 ( 1 2 ) 几何复杂度 和制件的复杂度一样，模具的复杂度也反映了模具的复杂程度。一般情况下， 第1 3 页 山东大学硕士学位论文 制件越复杂，注塑成型此制件所需的模具也越复杂。在目前的模具成本预测方法