（机械电子工程专业论文）注塑模具成本估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不能适应市场竞争和变化的需要开发一套 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阿题。 本文以注塑模具作为研究对象，首先对其成本构成和成本影响因素进行了详 细分析。在此基础上并结合国内外的研究现状，采用工时法、b p 神经网络法和c b r 方法开发了一个注塑模具的成本估算系统，为快速准确的进行模具报价提供了一 套有效可行的方法 结合注塑模具成本估算问题的特点，提出了基于b p 神经网络的成本估算方法， 建立了注塑模具成本估算的三层b p 神经网络模型。在成本分析和参考工时技术参 数法的基础上，选取了1 0 个成本影响因素作为神经网络的输入给出了样本数据 的预处理以及学习因子、动量系数、隐含层节点数等的确定方法，对b p 神经网络 结构进行了优化，从而提高了网络的收敛速度和逼近精度。 将基于实例的推理应用于注塑模具成本估算。构建了系统成本估算的c 脓模 型。采用框架表达法对注塑模具实例进行了表示；在实例的检索机制中，构建了 两种检索模型：基于b p 神经网络的检索模型和基于最近邻居法的检索模型，并给 出了一种权重动态调整方法；采用了交互式改写法、基于规则改写法和指数平滑 改写法三种实例改写方法，为实例改写提供了一整套方法，从而实现了实例改写 的多方法集成：制定了一个实例学习策略，保证了加入到实例库中的新实例的“质 量”，提高了系统的效率 在上述理论研究的基础上，通过三个具体的注塑模具实例分别对系统所用的 三种成本估算方法的运行过程进行了简单介绍。 关键词模具报价；注塑模；b p 神经网络；基于实例的推理 a b s t r a c t m 0 1 dq l l o 洲伽i sa 脚p 1 日啪s i v e 硼c c t i o no ft e 6 h n o l o g y ，蚴y e 缅c i c y 趾d 删m 档锄e n to f m o l dn l a 肌缸舳脚，锄di ti sa l 蛆i m p o n a n l 删c 洲1 d i 矗 m 砒d c t e 】 n l j i l w h e i h 盯m 锄u i k t l l 坞墙卸d 伽【s t o m c 璐c o u l dm a l ad e a l w i t l lt h ef a s t d e v e l o p 忸e mo f 也em 粕u f a c t 毗i l l gi n d u 曲叮o fm o l d s ，q 删i 1 i e d i n d i v i d l l a l 【p e f i e n c co b 、r i o u s l yc a n n o tm e e tt h en d so f m a 血e t 衄p 删o n 锄dc h 缸g i th a s b 伽ac 舢o nc o 锄o fm 锄m f a c t i l 墙锄dc u s t m n e 墙t od e 、，d 叩as e to fm o l d q l l o t a 垃o n 町7 s t e m w h i c hc 雏n o t 砌y n e c t 也ep l d d u c t i o n c 印a c i t yo ft h e m a 肌蠡c n l 辐，b u ta l s a d s 锣t l l ed e m 强d so f m 玳稿i n c u m c y 血m 取 h l j e c t i o nm o l d i s t h c r e s e a r c ho b j e c ti nt b i 8p a p 札f i r s t l y i tm a k 鹪a 曲t a i l e d 锄酊河so f 蛔c c t i m o l d ，sc o s ts 灯u c n 鹏a n dt h ef 翻船t h a t 蚯b c t 蛳硎m o l d ，s 武0 n t h i s b a s i s 锄d 鲫n b i n c d w i m h 蚴ea n do v e 瑙；e 弱嘲锄妫a c t u a l 咄t 1 1 i s p a p 盯 h 鹪砸h z e dm e l l l o d so fm a n h o qb pn e u 托1n e t w o r i c 舭dc b rt od e v e l o pa 雠 e s 廿m a l i o ns y 吼锄f o ri n j t i o nm o l t 删d i 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托p r 豁伽t a d o ni s 西v e nb y 璐i n gm em e t l l o do f e 托伊e s d 呦i t i t 钾。硎e v a l m o d e l sa me 砸b l i s h e df o r 坨t r i e 、，i 1 1 9s i m i l 盯c 勰e s ，a n d 如ei sb 勰c do nb p n n ，t h eo t l l 盯 b 酗e do nl l l em e t l l o do fn n ( n 黜s t 饿哇g h b o r ) a na l g o d t h mo f 粥v i s i n g 坞w c i g h t l 山东大学硕士学位论文 d y n a i n i c a l l yi sa l p r o p o s c d t h em e m o d so f 蛔渤鹳n v ea d a p 觚o n m l e - b 勰e d a d a p 觚o n 姐de x p o n 枷a l 锄o o m i n ga d a p 协a 托g i v 钮t 0p 加啊d eac o m p l e t cs e to f m e l h o d s 如rc a s ea d a p 伽o n 孤di tr c a l i z 豁t h ei n t e g 枷蚰o ft h e s ea d a p 锄m e t h o d s f o rc a 默嘲倒o n ac a l e 锄i 1 1 9 咖t e g yi s 弘d p o s e dt o 即s u r et h eq n a 】i t yo fn ， c 瓣w h i c h 曲t c 璐i m oc a s eb 猫e 锄di n c 鹬et l l ee 伍c i c yo f m es y s t e m b 蹴d t h r 以c a ls t l l d ym 硎伽e da ：b o v e ，t l l i 粥t y p 伪o fc o s t 嚣岫撕 m e t h o d sh a v cb o 吼麟p l a i n e di e s p e c t i v e l y 弼t l lt b r 甑锄p l 龉o f 坷e c 虹m o l d k e yw o r d s ：m o 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拥有近似于人类的智能行为。目前，人工智能已广泛应用于许多领域，其典型应 用包括专家系统( 预测型、诊断性、规划型等) 、语音识别系统和机器人应用等。 在注塑模具成本估算过程中采用神经网络、c b r 等人工智能技术，可以克服传统成 本估算方法的不足，提高成本估算的效率和准确性，具有很大的可行性和有效性。 1 1 成本概述 1 1 1 成本概念 由于各学科的研究目的不同，。成本”这一概念在不同的学科中有着不同的内 涵和外延，即使在同一学科的不同分支中也有不同的解释，在本文中我们采用会 计学中的成本定义：即成本是为了实现一定目的而付出或可能要付出的，用货币 测定的价值牺牲【4 1 山东大学硕士学位论文 1 1 2 成本信息模型 通常，成本是指企业生产一个产品、提供服务、完成项目所耗费的以货币计 量的资源总和。成本有多种类型，如：开发成本、制造成本、管理成本、销售成 本、运行成本和回收成本等。一个产品从概念设计到报废整个过程中的所有成本 称为全生命周期成本。产品的全生命周期成本信息模型如图卜l 所示【5 1 。 图卜1 产品的全生命周期成本信息模型 1 1 3 成本评估的重要性 制造系统是由许多不同的过程组成的，如产品设计、产品制造和产品装配等。 这些过程都对产品的成本、质量和可制造性产生影响。研究表明，虽然在产品成 本中设计成本只占了很少一部分( 5 - 7 ) ，但是，产品成本的大部分( 7 0 9 6 8 0 9 6 ) 却是在设计阶段决定的，只有少部分( 2 0 - 3 0 ) 是在制造过程中决定的；改变设 计的阶段越晚，引起的成本增加就越大【2 】。图卜2 给出了产品成本的决定因素构成 及实际成本消耗构成。为了降低产品的成本，达到最优化设计，就要求产品的设 计开发人员尽可能地把产品在生产过程中可能发生的一些增加成本，难以制造或 不可制造的因素消除在设计阶段，在满足客户要求的前提下，以最低的成本、最 快的速度设计出质量最高的产品。因此，对设计阶段的成本评估和方案决策的研 2 第1 章绪论 究具有十分重要的意义 1 2 模具成本 图卜2 产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成 1 2 1 模具成本和价格 模具成本是模具报价的基础，也是决定和影响价格变动的最主要因素。由价 值工程的知识。可知： 模具价格= 模具成本+ 利润+ 税金( 卜1 ) 利润= 模具成本成本利润率( 卜2 ) 税金= 模具价格税率( 卜3 ) 将后两式代入前式并作相应的变换，可以得出： 模具价格= 垄塑璺苎等曼彘掣( 卜4 ) 如果我们知道了模具的成本，就可以利用式卜4 计算得到模具的价格，从而 实现模具的对外报价。 1 2 2 模具成本估算方法 目前在模具成本估算领域的研究方法可分为五类，它们分别是：直觉方法、 相似性方法、分析方法、基于特征的方法和基于参数的方法嘲 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模具开发工作，但由于专家本身的主观性和稀缺性， 3 山衮大学硕士学位论文 影响了此方法的应用。 相似性方法。它是利用以前的相似经验来估算成本。相似性成本计算的依 据是：相似的模具组件具有相似的成本计算方法。 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，用经验公式或人工神经网络等方法来估算模具成本。 基于参数的方法。用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，模具成本估算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。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。表卜l 总结了各种估算方法的特点。 表卜l 各种成本估算方法特点比较 粗分类型细分类型适用阶段需要信息量 直觉方法 相似价格法设计早期较少 相似性方法 分析方法设计后期 函数价格法 基于特征的方法设计后期 较多 基于参数的方法 设计早期 1 3 模具成本研究现状 目前，在注塑模具的成本估算方面，国内外已经提出了许多方法，按照前面 介绍的模具成本估算方法的分类，下面对一些主要方法介绍如下： ( 1 ) 相似价格法 t h eo h i os t a t eu n i v e r s i t y 的e im e h a l a w i 【7 1 【8 】等人采取基于实例推理的方 法来求得净成型件的估计成本。他认为塑件的成本应该由模具成本、工艺成本和 塑件材料成本组成，采用属性图表来记录几何信息，将一个塑件的几何信息文件 首先转换成s t e p 标准，然后再将其转换为属性图表。其c b r 推理的依据就是塑件 4 第1 章绪论 的属性图表的相似性，他采用一种手工方法来求得实例的相似性并把此实例存入 实例库中，然后依据复杂性求得新实例的成本估算值。但其评估的是成型件成本， 而对模具成本则并未详细考虑 上海交通大学的王辉【9 】等人开发了基于c 队的注塑模成本评估系统，在设计的 早期实现了对模具成本的估算。在此系统中，实例库中的实例包括：注塑件基 本信息( 如常规特征信息、结构特征信息、形状特征信息、其它特征信息等) ； 模具结构方案信息；加工企业基本信息( 如企业的设备情况、企业的平均工时 单价及参考件材料费等) ；经济信息；此外，还含有相关注塑产品和模具设计文 档信息。该系统在最近邻居法和层次分析法计算整体相似度的基础上，应用神经 网络来求解实例整体相似度，从而对模具实例进行检索：给出了利用遗传算法的 知识缺乏型实例改写策略，首次提出了三级模式的实例改写策略。 ( 2 ) 函数价格法 新加坡南洋理工大学的o n gn 锄s h i n g 【1 0 】通过建立一系列复杂的数学公式，将 成本分为材料成本、模具成本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 由于整个系统出现的参数太多，且参数问关系很复杂，应用于生产实际中并不现 实 d a v i d w r o s e n 【n 】分析了注塑件的特征和这些特征对于模具成本估算的影响， 建立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估算的一系列结论，为利用特征计算模具成本 莫定了基础 w h u 和c p 0 1 i 【1 2 】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。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 m e n g e s 和m o h r e n 【1 3 】给出了一种用于注塑模具成本估算的集成方法，在这种方 法中，成本估算被分解为四个成本组：型腔、模架、基本功能单元和特殊功能单 元，每个成本组分别和他们各自的功能相关。确定好每一个组的成本后，将他们 相加得到总体成本。在各组内经过系统的计算，然后想加，减少了误算的风险， 同时也减少了这种风险对总体成本的影响 5 山东大学硕士学位论文 2 0 0 6 年由中国模具工业协会组织编写了模具计价手册【l 】，该手册介绍的注 塑模具所用的工时法是以一种假设的最基本的产品结构、最简单的几何形状、最 基本的要求、平面分型、一模一件、表面要求一般、产品尺寸为l o o 眦l o o 岫 1 0 0 舢的盒形产品作为基准，将该产品的注塑模具所用工时设定为一个标准值，从 而确定基准工时，然后再考虑制件的要求，模具结构等因素进行综合估价。 以上各种不同方法的适用范围都是有限的，在产品开发的某一阶段，一些方 法比其他方法更为优越。由于各种方法都有自己的优缺点，没有一种方法是万能 的，要根据具体的情况选择不同的方法。 1 4 课题的提出及意义 模具是生产各种工业产品的重要工艺装备。随着现代化工业的发展，模具工 业在整个国民经济发展中的作用愈来愈显著。据统计，在现代工业中6 0 _ 9 0 的产 品依靠模具进行生产【l 】。但是，模具市场的发展和逐步成熟的同时却面临着一个非 常严峻的问题，那就是如何科学地、准确地计算模具成本，从而合理地对模具进 行定价 当前模具企业一般采用传统的估价方法，如经验估价法和分解汇总估价法等， 这些都是以经验为主的估计方法，带有很大的主观性，缺乏科学性，已远远不能 适应当前模具工业发展的需要，因此急需开发出一套具有科学性、合理性和实用 性的计算机辅助成本估算系统，来适应模具工业发展的需要。这种系统应该是一 个具有成本估算、报价查询、报价资料管理和客户管理等功能的注塑模具集成管 理系统；这种系统可以将以往模具报价的经验与知识添加到模具报价知识库中， 采用人工智能技术使得系统使用者可以在较短的时间内完成模具的报价，即使是 模具的初学者，也能够给出具有较高水准的报价；同时，这种系统还应该具有数 据维护功能，可以根据市场的变化不断修正模具报价所用到的相关数据，保证模 具报价的精确性，从而赢取更多的模具订单。 基于前人的研究成果，适应模具工业发展的需要，本文采用工时法、b p 神经 网络法和c b r 方法开发了一个计算机辅助模具成本估算系统，为快速准确的进行 模具成本估算提供了一套有效可行的方法。由于不同的模具成本估算方法的适用 范围都是有限的，在产品开发的某一阶段，一些方法比其他方法更为优越，没有 一种方法是万能的，因此本系统采用了三种成本估算方法，可以根据具体的情况 6 第1 章绪论 选择不同的方法，从而可以提高报价效率，提高企业的竞争力。 1 5 课题的研究内容和结构 本文全面系统地研究了注塑模具的成本估算问题，开发了一个注塑模具成本 估算系统，各章节的主要内容如下： 第1 章首先对成本进行了概述，指出了成本评估的重要性；给出了模具成本和 模具价格之间的关系；分析了模具成本的研究现状，最后引出了课题的研究内容 和意义。 第2 章首先给出了注塑模具的结构构成；然后对注塑模具进行了成本分析，把 影响注塑模具成本的因素划分为两类：制件因素和模具因素，并对其进行了详细 分析；最后对影响注塑模具成本的各种因素进行了模糊编码，从而为后面注塑模 具的相似检索奠定了基础。 第3 章是对整个系统的总体设计。勾勒出了本文研究的总体轮廓首先对系统 功能进行了划分和介绍；然后给出了系统的框架和工作流程；对系统数据库进行 了设计；最后介绍了系统的开发环境。 第4 章首先介绍了b p 神经网络的相关理论，然后分析了b p 神经网络成本估 算的可行性，给出了b p 神经网络成本估算模型；对神经网络的构建过程中所遇到 的有关问题进行了探讨，对b p 神经网络算法进行了优化，从而确立了网络结构和 网络相关参数。 第5 章首先介绍了c b r 技术，着重对c b r 的核心技术进行了详细介绍，并在此基 础了构建了c b r 成本估算模型；给出了模具实例的表示和索引方法；构建了最近邻 居法和b p 神经网络两种检索模型；给出了三种实例修改方法；最后制定了一种实 例学习方法 第6 章通过三个具体的注塑模具实例分别对系统所用的三种成本估算方法的 运行过程进行了简单介绍。 7 山东大学硕士学位论文 第2 章注塑模具成本分析 2 1 注塑模具的结构组成 图2 一l 注塑模具实例 注塑模具的结构是由塑件结构和注塑机的形式决定的。任何注塑模都可以分 为定模和动模两大部分，注塑是动模与定模闭合构成型腔和浇注系统，开模时动 模与定模分离，通过脱模机构推出塑件。图2 1 为一典型的注塑模具实例，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 ) 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，它确 定了制件的内部、外部轮廓和尺寸。通常有凸模( 成型塑件内部形状) 、凹模( 成 型塑件外部形状) 、型芯、成型杆、镶块等零件。 ( 2 ) 支撑零部件。主要用来安装固定或支撑成型零部件等其他七种功能结构。 将支撑零部件组装在一起，可以构成模具的基本骨架。 ( 3 ) 浇注系统。将塑料熔体由注射机喷嘴引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，拔出侧向凸模或抽出侧型芯，塑件方能顺利脱出。 ( 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 s 第2 章注塑模具成本分析 热的温度调节系统。冷却系统一般在模具内开设冷却水道，加热则在模具内部或 四周安装电加热元件，成型时要力求模温稳定、均匀。 ( 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。大多数中小型模具的推杆或型芯与模具的配合间隙均可起到排气作 用，可不必另外开设排气槽。 2 2 注塑模具的成本构成 对于注塑模具的成本，本文借助作业成本法( a c t i v i 锣b 器c dc o s t i n g ，a b c ) 的 思想，按照作业的先后顺序，分别分析了每一作业所产生的成本，具体的分析过 程见图2 2 图2 - 2 注塑模具制造过程及其引起的成本 注塑模具的材料费是指制造一副模具所需全部材料的购置费用，它一般占模 具成本的1 5 2 5 左右。当选用标准模架时，材料费为模架购置费，模具标准件、 外协件的购置费以及购买耗材的费用之和。当自制模架时，模具材料费为模具标 准件、外协件的购置费和购买耗材的费用之和。 山东大学硕士学位论文 注塑模具加工费主要是指模具的制造费用，是影响模具成本的关键因素，它 一般占模具成本的6 0 8 0 。这部分的估算与型腔可能需要耗费的制造时间相关， 与采取的制造手段和工艺相关。加工费一般来说主要由模具制造商在制造中直接 消耗产生，与模具制造商的制造能力和基本成本指标直接相关。 注塑模具的设计工作量与制件的复杂程度、精度、模具结构等因素有关，而 制件质量及模具状况又与模具的制造工时有关，因此注塑模具的设计费通常与注 塑模的加工费之间有一线性关系：模具设计费= 模具设计费系数加工费。一般 情况下，注塑模具的设计费占模具成本的5 一1 5 。 模具的试模费通常占模具成本的5 左右。当专业模具厂没有合适的设备供试 模时，则需要外协试模。这样，每进行一次试模，都需要试模运输费、差旅费和 设备使用费，此时试模费用将有所增加。 除了图2 2 所分析的费用外，模具制造过程中还要涉及到专用工具费、包装 运输费、管理费以及外协加急费，这些费用在模具成本中所占的比例不是很大， 一般占到模具成本的3 一8 综上所述，注塑模具的成本可以分为制造成本和非制造成本，其中制造成本 又可以分为材料费和加工费，非制造成本可以分为设计费、试模费、专用工具费、 包装运输费、管理费和外协加急费模具成本的组成结构如图2 3 所示。 图2 3 模具成本的组成结构图 2 3 注塑模具成本影响因素 2 3 1 制件因素 注塑件即制件是注塑模具结构和工艺设计的依据，注塑件的类型、尺寸、拓 扑结构、侧成型特征、壁厚等特性决定了模具的结构和生产工艺，从而不同程度 1 0 第2 覃注塑模具成本分析 的影响注塑模具的成本 ( 1 ) 制件类型 制件类型一般是按照高径比或高长比( d i i ) 来区分的，其中d 是产品外形轮 廓直径或长度，h 是产品高度。当d h 4 时，为盘形；当o 5 s d h 4 时，为盒形； 当d l o 5 时，为杆形表2 一l 【1 4 1 把制件分为两种类型：盒形( d h 4 ) 和平盘形 ( d h 4 ) ，并给出了平盘形和盒形对模具基本特征构造费用的影响情况( 表2 1 中 各系数的基数为参考件模具构造费用) 一般来说，在其他情况相同的条件下，盒 形的制件比平盘形的制件对模具成本的影响程度大一些。 表2 一l 注塑件基本特征影响系数 塑件类型平盘形盒形 塑件长度l ( 2 5 02 5 0 l 4 8 0l 2 5 02 5 0 s l 4 8 0 砌时，为大型；当2 5 0 哪长度4 8 0 哪时， 为中型：当长度 2 5 0 啪时，为小型。 ( 6 ) 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。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，还会延缓制件在模具内的冷却速度，使成型 周期延长；还容易产生凹陷、缩孔和夹心等成型缺陷。薄壁件通常是由壁厚小于 1 咖的轻便电子制件所定义的，但对大的汽车制件来说，薄壁件也可以是2 舢。这 里我们对壁厚在l 啪以下的定义为薄壁件，而对2 啪以上定义为厚壁件。 1 2 第2 章注塑模具成本分析 ( 7 ) 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r e n g a l l a t h 认为：对于某一类具体 的辅助特征，制造时间和尺寸的关系是不大的，经过麻省大学在美国业界傲的大 量的统计，得出每一类辅助特征的制造工时如表2 3 所示【8 】。这里我们对型腔细节 复杂性进行评价可以采取对所有型腔辅助特征的加工工时进行累加的方法，显然， 累加的工时越多，型腔细节越复杂。根据表2 3 ，设惩罚函数值为p ，则： 辨。 p = 肌可 ( 2 - 1 ) j = l 式2 1 中，柳可是第j 类辅助特征的数量，日d 是第j 类辅助特征的制造工时( 小 时) 通过式2 1 确定型腔细节的制造工时后，我们可以再根据表2 4 【8 确定型腔 细节的类型。 表2 3 不同注塑成型辅助特征的制造工时嗍 辅助特征名称辅助特征子类制造工时参数珊的值( 朋 q ( 小时) 为此类型特征个数) 孔特征短圆孔 3 4 埘 长的支撑圆孔 5 有圆角的矩形孔 7 i 8 脚 有方角的矩形孔 9 不规则形状孔 1 41 4 m 凸台特征机加工加工的凸台 l 电加工加工的凸台 2 52 5 珊 连接板支撑的凸台 3 筋特征机加工筋 2 3 5 册 镶块形成的筋 5 低粗糙度要求电加工的筋 44 ，撑 限定粗糙度电极加工的筋8 8 脚 高粗糙度要求电加工的筋 1 41 4 脚 槽特征简单型的槽特征 5 7 埘 扩展型的槽特征 9 山东大学硕士学位论文 表2 4 制件几何复杂度州 制件大小参数p 数值制件几何复杂度 小型 p 2 0 低 2 0 p 4 0较低 4 0 p 6 0 中等 6 0 p 8 0 较高 8 0 p 高 中型 p 3 0 低 3 0 p 6 0 较低 6 0 p 9 0 中等 9 0 p 1 2 0 较高 1 2 0 p 高 大型 p 4 0 低 4 0 p 8 0较低 8 0 p 1 2 0 中等 1 2 0 p ( 1 6 0 较高 1 6 0 p高 ( 8 ) 材料性质 材料性质对注塑模具的浇口形式、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 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 加热可熔性和可模塑性则消失。 ( 9 ) 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。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应尽可能把制件的精度设计得低 一些。 塑料制品共分为8 个精度等级，1 级最高，8 级最低。文献 1 7 把塑件精度等 级分为三个等级：高精度，一般精度和低精度。材料不同，其高、低精度的精度 等级就不同，如聚苯乙烯的高精度表示的是3 级精度，而聚氯乙烯的高精度表示 4 第2 章注塑模具成本分析 的是6 级精度。根据文献 1 7 的表3 1 1 2 ( s j l 3 7 2 一1 9 7 8 公差数值表) ，我们可以 查出塑件的精度等级，然后根据表2 5 我们就可以确定塑件属于三个精度等级中 的那个等级 表2 5 塑料制品精度等级的选用【i 刀 类别塑料名称高精度 一般精度 低精度 聚苯乙烯 苯乙烯一丁二烯一丙烯腈共聚体 聚甲基丙烯酸甲酯 l 聚碳酸酯 345 聚砜 酚醛塑料粉，氨基塑料粉 玻璃纤维增强塑料 聚酰胺6 ，6 6 ，6 1 0 ，9 ，1 0 1 0 2 氯化聚醚 456 聚氯乙烯( 硬) 聚甲醛 3 聚丙烯 567 高密度聚乙烯 聚氯乙烯( 软) 4678 低密度聚乙烯 ( 1 0 ) 表面粗糙度【研 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 f 乱y b t b | f ；o y d 教授的统计，制件的表面质量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表面粗糙度可分为：高粗糙度、低粗糙度和中 等粗糙度。依据美国塑料工业学会提供的s p i ( s o c i e t y o f p l 黔啦h d 璐虹ys t a n d a r d ) ： s p i l 和s p l 2 表示高粗糙度，对型面的要求高，模具加工成本高。一般对应 的表面粗糙度的值小于o 1 咖。 s p l 3 和s p l 4 表示中等粗糙度，对型面的要求中等，这是最常见的塑件粗糙 度标准，模具加工成本中等一般对应的表面粗糙度的值为0 1 o 8 岫。 s p l 5 和s p l 6 表示低粗糙度，对型面的要求很低，这种粗糙度的经济性好， 加工成本最低。一般对应的表面粗糙度的值大于o 8 u n 山东大学硕士学位论文 2 3 2 模具因素 在2 3 1 节中对影响注塑模具成本的制件因素进行了分析，本节将进一步探讨 和分析影响注塑模具成本的模具因素。由于注塑模具与制件的某些特征问存在一 定的映射关系，因此本节分析的一些影响成本的模具因素会与2 3 1 节中分析到的 一些制件因素相对应。 ( 1 ) 模具结构形式 生产中常见的模具结构形式主要有五种：单分型面结构、双分型面结构、多 分型面结构、角式分型结构和两半结构【l 引。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。 ( 2 ) 模架形式 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。根据g b t 1 2 5 5 6 卜9 0 塑料注塑模中小型模架规定：模 架结构型式为品种型号，即基本型，分为a l 、a 2 、a 3 、a 4 四个品种，派生型分为 p 1 p 9 九个品种，还规定以定模、动模座板有肩、无肩之分，又增加了1 3 个品种， 共2 6 个模架品种，类型比较多，比较繁琐。模架类型还可以简单的分为两板式和 三板式【1 9 1 。两板式一般用于侧浇口系统，而三板式一般用于针点浇口系统中。 ( 3 ) 分型面类型 这里的分型面类型是和制件因素中的分型面类型相对应的，按照分型面的复 杂程度同样将其分为5 类：制件在分型面一侧成型的直线类、制件在分型面两侧 成型的直线类、分型面的台阶类、分型面的曲线类和分型面复杂综合类。 ( 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 二= e 。，其中，c 二表示多型腔模具的成本，表示型腔的数量，肌 表示多型腔模具的指数，一般取值为o 7 。德国的g e o r g m e n g e s 给出了型腔加工 1 6 第2 章注塑模具成本分析 时间系数足与型腔数目的关系，见图2 5 1 1 3 1 图2 5 型腔加工时间系数与型腔数目的关系 ( 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：矩形布局和圆形布局，它直接影响模架的大小及模具的加 工，从而影响模具的成本。 ( 6 ) 浇口形式 浇口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、潜伏式浇口、直接浇口、侧浇口和扇形浇口等。不同的浇口形 式对模具的结构影响程度是不同的，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 也较高侧抽机构与制件因素中的侧成型特征相对应。 ( 8 ) 型腔最大深度 模具型腔深度不同，加工工时自然不同，对成本的影响也就不同由模具 计价办法参考手册可知：如果两个制件投影面积相等，制件高度不等，加工较 深型腔所需要的工时较多在参考 1 7 中表卜3 型腔深度系数的基础上，将型腔 1 7 山东大学硕士学位论文 深度系数划分为五类：y l o 咖，为浅；l0 n m l sy 4 0 咖，为较浅；4 0 硼y 2 0 0 l ，为非常深。其中y 为型腔最大深度， 注意要以制件在开模方向上的最大高度，作为型腔的最大深度。 ( 9 ) 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 具的加工工时，从而影响着模具的成本：1 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加工工时。2 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文献 1 7 中将型腔的横截面 积的大小划分为六个范围：n 1 0 0 0 耐2 ，1 0 0 0 n 矗si i 5 0 0 0 i i 叠，5 0 0 0 皿一si i 1 0 0 0 0 埘f ，1 0 0 0 0 姗p q 精度等级 模具的精度等级与制件影响因素中的制件的精度等级相对应，它是由制件的 精度等级决定的，但是它一般比制件的精度高。模具的精度要求越高，模具加工 越困难，模具的制造工时越高，模具的制造成本也就越大。 ( 1 1 ) 表面粗糙度 模具型腔或型芯的表面粗糙度与制件影响因素中的制件的表面粗糙度相对 应，它是由制件的表面粗糙度决定的，但是它一般要比制件本身要求的表面粗糙 度低一级。一般来说，模具表面粗糙度的数值越小，模具的加工要求越高，模具 制造的难度也就越大，模具的制造成本也就越高。 ( 1 2 ) 模具材料 模具的材料对模具成本的影响主要表现在两个方面：一是模具所用材料的重 量和单价决定了模具材料费的一部分；二是模具材料的硬度、耐磨性和强度等特 性也对模具的加工有一定的影响。根据用途，一般模具材料可以分为三类：冷作 模具钢、热作模具钢和塑料模具钢【冽。 2 4 注塑模具成本影响因素编码 在参考大量相关资料的基础上，本文在2 3 节中分析了影响注塑模具成本的 1 8 第2 章注塑模具成本分析 制件因素和模具因素。对于这些成本影响因素，在其他的文献和资料中也有分析 和论述，但大都着重于利用这些因素构造计算成本的一系列经验公式，即对每一 个影响因素给出一个成本影响系数，从而构造这些影响因素和成本间的数学关系。 但是这些影响因素相对较多，并且这些因素和模具成本之间的关系很复杂，属于 复杂的非线性关系，构造经验公式具有很大的局限性。在本文中，主要是考虑如 何对这些因素进行编码和量化，作为模具实例检索的索引，以便用于后面的相似 模具实例检索。 对这些影响因素进行编码的依据是：2 3 节中的成本影响因素分析模具专 家的经验。各个影响因素经过编码后，都是一个o 到l 之间的值。对于某一影响 因素，其码值越接近，说明其越相似表2 - 6 和表2 7 分别给出了制件因素和模 具因素的编码规则。 表2 - 6 制件因素编码规则 影响因素编码规则 制件类型盘形，编码为o 9 ；盒形，编码为o 5 ；杆形，编码为0 1 制件的拓扑结构杆套管类，编码为o 8 ；板座盘类，编码为0 7 ；箱壳筒类，编码为 o 6 ；圈骨支架类，编码为o 5 ；帽盖罩类，编码为o 4 滑轮螺齿 类，编码为o 3 嗍 分型面类型制件在分型面侧成型的直线类，编码为0 1 l 制件在分型面两侧成 型的直线类，编码为o 3 ；分型面的台阶类，编码为0 5 ；分型面的 曲线类，编码为0 7 ；分