汽车前照灯齿轮轴注塑工艺分析及模具设计改进【说明书+CAD】
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汽车前照灯齿轮轴注塑工艺分析及模具设计改进【说明书+CAD】,汽车,前照灯,齿轮轴,注塑,工艺,分析,模具设计,改进,说明书,CAD
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毕业设计题 目：汽车前照灯齿轮轴注塑工艺分析及模具设计改进副 标 题：I前 言前 言模具是现代工业生产中的重要工艺装备之一，模具工业是国民经济中重要的基础工业。模具设计与制造水平的高低成为衡量一个国家综合制造能力的重要标志。模具生产水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。塑料注塑成型是生产塑料制品的主要手段，是塑料工业中极为重要的一种加工技术。它能成型形状复杂、精度要求高的制品，具有生产效率高、成本低、产品质量好等优点。注塑成型工艺的日益发展，对注塑模具的设计和制造周期及其使用寿命和制作精度都有了更高的要求。传统模具设计主要通过经验丰富的设计人员依靠自身的直觉和经验进行设计，并通过多次的修模进行修正，同时设计人员还要处理大量的与技术，经济有关的因素，仅凭经验难以全面考虑这些因素，为了解决上述难题，CAE越来越被人们所重视了。本文通过Mold flow 分析软件对制件进行CAE分析，对实习工厂的一副注塑模具的结构进行了重新设计，解决了产品翘曲、烧灼等一系列问题。II摘 要摘 要当今，随着塑料工业的迅速发展，塑料制品在许多工业部门的应用范围越来越广，这就使产品对注塑模具的要求越来越高，传统的注塑模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求、注塑模具CAE技术可在模具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了在传统的注塑机上的反复试模、修模的束缚。同传统的模具设计相比，CAE技术在提高生产率、保证模具设计和产品质量，降低成本、减轻劳动强度，起到了不可估量的作用。本论文主要针对汽车前照灯齿轮轴试模时的质量问题，使用Mold Flow对产品模具的结构进行了CAE分析，找出该模具在设计过程中存在的不足，优化了设计参数，通过对浇口位置及流道的分析，优化了浇口与流道位置，解决了模具在设计过程中存在的问题，使模具更加完善，产品的质量和外观都得到了保证。关键词：CAE分析、Mold Flow、流道、模具设计目 录目 录前 言I摘 要II第一章 概述11.1 研究背景及意义11.2 注塑工艺的发展11.3 模具概况及其发展11.4 国内外简况及发展趋势11.5 研究内容2第二章 注塑机和材料的选用32.1 注塑机的组成32.1.1 注射装置32.1.2 锁模装置32.1.3 液压传动装置32.1.4 控制系统42.2 注塑机的选用及基本参数42.2.1注塑机分类42.2.2 注塑机的基本参数42.2.3 本设计注塑机的选用4第三章 产品材料分析53.1 塑料的概述53.1.1 塑料的概念53.1.2 塑料的分类53.2 本设计的原料的选用及其性质5第四章 应用Mold flow进行注塑过程分析74.1 Mold flow的简介74.2注塑产品的CAE分析原理84.3 Mold flow的分析步骤84.3.1塑件几何模型的建立84.3.2 有限元网格的划分94.4 结果分析及后期处理104.4.1浇口位置分析104.4.2、填充时间分析114.4.3、熔接痕124.4.4、气穴12第五章 模具结构的改进135.1 产品不良的分析135.1.1产品弯曲分析135.1.2产品烧灼分析135.2 模具浇口位置的改进145.3 滑块成型部分自身留的改进145.4模具滑块的改进155.5最终模具三维结构15第六章 结论与展望18致 谢19参考文献20II汽车前照灯齿轮轴注塑工艺分析及模具设计改进第一章 概述1.1 研究背景及意义注射成型应用广泛，是机械制造、汽车、摩托车、家用电器、电子通讯、建筑、仪器仪表、医药器材和日常用品等行业的塑料制件的主要成型方法。塑料不仅具有热塑性和再塑性特点，而且具有成型工艺简单、制造精密和成本低廉的特点，尤其对结构复杂及大批量的注塑件，注塑成型后无需过多的后加工工序就可直接投入到实际应用中。随着注塑技术和设备的不断发展，未来的塑胶制品应用会更加广泛并占据更多的运用领域。可以说，人类的文明生活离不开塑胶制品。通过这次毕业设计使我对注射模的设计全过程有一个总体的认识，对Mold Flow软件进行注塑过程的参数优化，同时也是对已学内容的一次总结。1.2 注塑工艺的发展随着塑料工业的发展和进步，人们对注射制件的要求越来越高。如何缩短成型周期，降低生产成本，提高制件精度和使用范围，一直是塑料行业孜孜以求的目标。近二十年来注射成型工艺及模具新技术发展很快，新工艺和新结构层出不穷。新工艺包括新的注射成型技术如气体辅助注射成型技术（这种成型工艺是注射成型与中空成型的复合）等，与一些注塑成型工艺的分析与运用，注射成型工艺技术必须要充分运用温度，时间，压力，速度，位置切换这五种成型条件的内在联系和相互影响的作用，达到控制塑料原料在储料时的塑化程度和粘度，控制充模熔料在模具型腔内的流动速度，控制熔料在一定的压力下经过冷却定型，最后取得质量满意的塑件。1.3 模具概况及其发展随着塑料工业的飞速发展，注射模传统的手工设计与制造已无法适应当前的形势。近20年来的实践表明，缩短模具设计与制造时间、提高塑料制件精度与性能的正确途径之一是采用计算机辅助设计（CAD）、辅助工程（CAE）和辅助制造（CAM）。现代科学技术的发展，特别是塑料流变学、计算机技术、几何造型和数控技术的突飞猛进为注射模设计与制造采用高技术创造了条件。20世纪80年代以来，注射模CAD/ CAE/ CAM技术已从实验室研究阶段进入了实用化阶段，并在生产中取得了明显的经济效益。注射模CAD/ CAE/ CAM技术的发展和推广被公认为CAD技术在机械工业中应用的一个典范。注射模CAD/ CAM的重点在于塑料制品的造型、模具结构设计、图形绘制和数控加工数据的生成。而注射模CAE包含的工程功能更为广泛。CAE将模具设计、分析、和制造贯穿于注射制件研制过程的各个环节中，用以指导和预测模具在方案构思、设计、和制造中的行为。注射模CAD/ CAE/ CAM技术作为一种划时代的工具和手段，从根本上改变了传统的模具设计与制造方法。1.4 国内外简况及发展趋势自从20世纪70年代以来，注射模CAD/ CAE/ CAM技术已成为当今世界热门的研究课题。其主要标志为分散、零星的研究迅速发展为集中、系统的研制和开发，一些研究成果很快地转化为促进模具行业进步的生产力。国外的一些公司将注射模的CAE软件与CAD/CAM系统结合起来，采用模具CAD/ CAE/ CAM集成化技术后，制件一般不需要在进行原型实验，采用几何造型技术，制件的形状能精确逼真的显示在计算机屏幕上，有限元分析程序可以对其力学性能进行预测。借助计算机，自动绘图代替人工绘图，自动检索代替手工查阅，快速分析代替手工计算，模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来，集中精力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工作，在模具投产之前，CAE软件可以预测模具结构有关参数的正确性。由此可见，模具CAD/ CAE/ CAM技术是以科学，合理的方法，能在模具制造之前借助于计算机对制件，模具结构，加工，成本等进行反复修改和优化，直至获得最佳结果。CAD/ CAE/ CAM技术能显著的缩短模具设计与制造时间，降低模具成本并提高制件的质量。1.5 研究内容本论文主要对汽车前照灯齿轮轴制件进行CAE分析，对实习工厂的一副注塑模具的结构重新进行了设计，解决了产品翘曲、烧灼等一系列问题。产品涉及到注塑模具与注塑工艺，因此我选择边实习边作设计，总的安排是前一个月用来熟悉模具结构包括所有的注塑与注胶模具，以及所有的两板与三板模和全自动与半自动模具，第二个月则主要学习工艺方面的内容，主要学习成型缺陷方面的内容。例如，缩水，飞边成品变形，气泡缺料，成品表面光泽不良等方面的内容。第二章 注塑机和材料的选用注塑成型机是使用微电脑进行运算和控制，与其他配置的电子元件组合而成一个完整的自动化生产系统。通过操作人员的指令和设置条件控制终端执行部件（液压缸、液压马达）的动作，推动机械装置按预定的程序进行半自动或全自动循环生产，而且使每一个注塑周期及周期过程的每一个阶段都在时间上精密地重复，从而保证成型制件的的质量稳定，达到规定的使用要求。因此，注塑机是以准确的机械重复和时间循环的形式进行大批量塑料件生产塑的工业设备。2.1 注塑机的组成注塑机的组成主要有：注射装置、合模装置、液压传动装置和电脑控制系统。图2.1 注塑机的组成2.1.1 注射装置在注塑循环中，注射装置能在规定的时间内，将一定数量的塑料加热塑化后，在预定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注射到模具型腔中，注射结束后，对注射到模腔中的熔料保压定型。注射装置主要由螺杆、料筒、螺杆头、喷嘴、计量装置、加热装置等组成。注射部分的工作过程：螺杆在传动装置的带动下，塑料从料斗经螺杆不断地向前输送，在加热电热圈及螺杆的剪切、混炼作用下，使塑料逐渐均匀地塑化熔融。同时，螺杆在螺杆头部熔料压力的作用下向后移动，退至额定的料量计量位置使螺杆停止转动，为注射做好准备。注射时，螺杆端部的止逆环直接作用于熔料上。防止熔料的回流，并以设定的注射压力和速度将熔料注入模腔。2.1.2 锁模装置锁模系统用来开启关闭模具，支撑与移动模具组件，产生足够的力量以防止模具被射出压力推开。锁模机构可以是肘节机构锁定、油压机构锁定、或是上述的两个基本型态的组合。2.1.3 液压传动装置射出机的液压系统提供开启与关闭模具的动力，蓄积并维持锁模力吨数，旋转与推进螺杆，致动顶出销，以及移动公模侧。液压系统的组件包括液压泵、阀、液压马达、液压管件、液压接头及液压槽等。2.1.4 控制系统控制系统提供成形机一致性的重复操作，并且监控温度、压力、射出速度、螺杆速度与位置、及油压位置等制程参数。制程控制直接影响到塑件品质和制程的经济效益。控制系统包括简单的开关继电器控制到复杂的微处理器闭回路控制器。2.2 注塑机的选用及基本参数2.2.1注塑机分类根据功能区分，射出成形机的大致上有三个种类：1)一般用途射出机，2)精密、紧配射出机，3)高速、薄肉厚射出机。射出成形机的主要辅助设备包括树脂干燥机、材料处理及输送设备、粉碎机、模温控制机与冷凝器、塑件退模之机械手臂、以及塑件处理设备。2.2.2 注塑机的基本参数 1.锁模系统参数(1)锁模力锁模力是用来表示机器所能提供的最大锁模能力，是表示注塑机规格大小的主要参数。(2)容模能力注塑机的拉杆内距，容模厚度，开模行程的技术参数决定了机器的容模能力。(3)移模速度移模速度表示模板可移动的最快速度，在一定程度上可反映出注塑机最大的生产效率，移模速度越快，相对生产效率越高。2.注射系统参数(1)注射量注射量是指注塑机在最大储料量时作一次最大的注射行程(2)塑化能力以及注射压力 3.其他参数(1)总功率 注塑机的用电总功率常用千瓦表示，是表示发热器功率，液压泵电动机功率和控制系统功率三部分的最大用功功率之和。(2)机器尺寸和机器重量2.2.3 本设计注塑机的选用注塑模具的注塑机选用HT90，其具体参数如下：螺杆直径：40mm注射容量（理论）：320 cm3合模力：40t允许模具厚度（最小）：180mm开模行程：350mm顶出力量：3.3t顶出行程：140mm机器重量：2.2t机器外形尺寸：1.9*0.9*2.5m第三章 产品材料分析3.1 塑料的概述3.1.1 塑料的概念塑料是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。所谓高分子聚合物，是指由成千上万个结构相同的小分子单体通过加聚或缩聚反应形成的长链大分子。它既存在于大自然中（称之为天然树脂），又能通过化学方法人工制取（称之为合成树脂）。合成树脂是塑料的主体。在合成树脂中加入某些添加剂，如稳定剂、填料、增塑剂、润滑剂、着色剂等，可得到各种性能的塑料品种。由于添加剂所占比例较小，塑料的性能主要取决与合成树脂的性能。3.1.2 塑料的分类目前，塑料品种已达多种，常见的约多种。我们可根据塑料的制造方法、成型工艺及其用途将它们进行分类。1按制造方法分类合成树脂的制造方法主要是根据有机化学中的两种反应：聚合反应和缩聚反应，因此，可将塑料划分成聚合树脂和缩聚树脂两累。2按成型性能分类根据成型性能，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料的特点是受热后软化或熔融，此时可加工成型，冷却后固化，再加热仍可软化。热固性塑料在开始受热时也可软化或熔融，但是一旦固化成型就不会再软化。3按用途分类按照用途塑料又可分为通用塑料、工程塑料以及特殊用途的塑料等。3.2 本设计的原料的选用及其性质本次设计产品为汽车前照灯齿轮轴，从外形上看上去，细而长，有侧凹。实物图如图3.1. 产品的材料为聚丙烯（PP）和色母按照一定的比例混合（白色为100:3和灰色为100:2），使之性能达到要求的一种材料，PP属于热塑性材料，具有光泽度好，着色性能佳的特点，可以满足制品光亮夺目、色泽鲜艳的特点。其密度为0.90.91,收缩率为1.0%3%，其平均密度为0.905,平均收缩率为2%。 图3.1 实物图PP具有以下工艺特性：（1）结晶型塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂；（2）流动性极好，溢边值为0.03左右；（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适度；（4）易发生填充不良、缩孔、凹痕、变形，取向性强；（5）料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50以下塑件无光泽，易产生熔接痕、流痕，90以上时易发生翘曲，变形；（6）壁厚不均匀，有缺口、尖角时易应力集中而开裂。齿轮轴的质量标准如下表：表3.1 齿轮轴材料标准材料成分PP聚丙烯色母比例1003重量（g）9.1550.275编号M19009(S700)黑M19950（9367-GN-80）表3.2 齿轮轴质量标准检测项目质量标准外观清洁，无污迹，无黑点，无变形 颜色均匀，不发白，PP和TPE颜色不得超出标准毛边不允许有锋利，明显的毛边，毛刺存在水口水口冷料高度不能大于1.0mm冷料牙柄表面橡胶冷料不得超过1个，冷料最大尺寸不得超过2.0mm缩水牙柄正面不能有明显的凹陷，背面允许有轻微的凹陷，齿轮轴不能有缩水现象、第四章 应用Mold flow进行注塑过程分析在公司对汽车前照灯的齿轮轴产品模具进行试模时，产品合格率不高，不良率很高，主要问题有，烧灼如图3.2、变形如图3.3。此处烧灼 此处弯曲图3.2 烧灼 图3.3 变形我认为模具在设计时候就可能存在一定的问题。导致制造出来的产品没有达到预期的效果，本设计中我通过MOLDFLOW软件对此零件进行了CAE分析，找出改进模具结构、解决问题的方案。4.1 Mold flow的简介Mold flow是注塑成型CAE分析软件中功能全面是一款软件。注塑成型CAE是根据连续介质力学、塑料加工流变学和传热学基本理论，建立塑料熔体在模具型腔中流动、传热的数学模型。对于厚度方向尺寸远小于其他方向尺寸的薄壁塑件，可以使用基于非稳态、非等温条件下的HeleShaw流动模型，建立描述该过程的连续性方程、运动方程和能量方程。由这些方程加上描述材料特性的本构关系和适当边界条件可以准确描述注射成型充填过程。运用有限元有限差分混合数值方法得到塑件在不同时间段压力场、温度场等的变化情况，从而模拟出实际生产情况。Mold flow软件是澳大利亚MOLDFLOW公司的产品，该公司自1976年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。Mold flow软件包括3部分：Mold flow Plastics Advisers(产品优化顾问，简称MPA)：在完成塑料制品设计后，运用MPA软件模拟分析，在很短的时间内，就可以得到优化的产品设计方案，并确认产品表面质量。Mold flow Plastics Insight(注塑成型模拟分析，简称MPI)：对塑料制品和模具进行深入分析的软件包，它可以在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析，包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩，以及气体辅助成型和热固性材料流动分析等，使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率。Mold flow Plastics Xpert(注塑成型过程控制专家，简称MPX)：集软硬件为一体的注塑成型品质控制专家，可以直接与注塑机控制器相连，可进行工艺优化和质量监控，自动优化注塑周期、降低废品率及监控整个生产过程。一般情况下，最常用的是MPI，主要用来对注塑过程进行模拟分析，从而得到最佳的浇口数量与位置，合理的流道系统与冷却系统，并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸、冷却系统尺寸和注塑工艺进行优化，从而提高一次试模成功率，降低生产成本、缩短生产周划。4.2注塑产品的CAE分析原理注塑成型CAE技术主要由3个部分组成：(1)根据连续介质力学、塑料加工流变学、传热学基本理论建立型腔内熔体流动、传热的数学模型；(2)根据成型过程中压力场、温度场、速度场等的分布，运用数值计算理论建立定量求解方法，(3)依据上述模型与计算方法，运用计算机图形学，在计算机屏幕上形象、直观地显示出实际成型中熔体的动态充填冷却过程。其中建立可靠的数学模型及与之对应的数值计算方法是该技术的核心。对于齿轮轴这种塑件，可采用基于非稳态、非等温条件下的HeleShaw流动模型，并结合描述注塑过程的基于连续介质力学理论的连续性方程、运动方程和能量方程，以及描述材料特性的本构关系、边界条件，对注塑充填过程进行准确描述(一般需结合注塑成型特点，对上述方程进行合理的简化与假设，以得到最能反映该过程且便于数值计算的控制方程)由此建立的模型为中面模型，结合流动分析网络法，运用有限元有限差分混合数值方法进行求解，从而得到实际注塑过程中不同时间段的压力场、温度场等的变化情况模拟结果(该求解方法在流动平面内采用有限元近似，厚度方向和时间导数采用有限差分近似，集中了二者的优点，适用于对平面任意形状型腔的模拟)。通过以上方法可得到下面几个直角坐标系的控制方程。连续性方程： X方向动量方程：Y方向动量方程：能量守恒方程： 式中：b为型腔半厚，分别为X、Y方向的平均速度，P、Cp、k，T别为密度、比定压热容、热导率、时间，p、T别为熔体的压力和温度，、分别为黏度和剪切速率。4.3 Mold flow的分析步骤与其他CAE分析软件一样，采用Moldflow对塑件进行CAE分析的过程分为3个阶段：前置处理，计算机模拟，后置处理。前置处理是指塑件几何模型的建立及有限元网格的划分和修改，注塑材料特性参数及注塑工艺条件的交互输入，为注塑过程的计算机模拟创造必要的条件。计算机模拟是整个分析过程的主体，常用的分析模式为确定浇口的位置、设计浇口、进行产品的Filling和packing模拟和分析，从而对浇口设计进行优化I对冷却系统的设计，进行冷却模拟和分析等。后置处理是指注塑过程模拟结果的表格化和图形化。主要有最大压力、最高最低温度，锁模力、浇口数目、浇口位置、总体积、流动率、模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间、冷却时间、开模时间、注塑材料牌号等。4.3.1塑件几何模型的建立塑件几何模型的建立可以利用ProE、UG等软件进行处理，非常方便有效。图4.l为在UG中建立的齿轮轴三维图。由于齿轮轴的曲线结构和刷空处密集的排列，当进行网格划分时，会带来非常复杂的大量工作，所以在导入之前对模型进行合理的简化和处理，从而在不影响分析结果的基础上，方便了网格的划分和后期的处理。图4.l 产品UG图4.3.2 有限元网格的划分有限元网格划分把ProE中创建的台历架模型STL文件导入Moldflow时，网格类型选择Fusion(表面网格)，单位为mm。在划分网格时，采用的网格单元边长参数值为3mm，因为导入格式非IGEs，所以IGESmerge tolerance(合并容差)不起作用，不需填写。单击GenerateMesh(生成网格)即可。需要注意的是在划分网格前，由于模型的圆角特征对分析影响不大，需去掉，否则会影响网格的质量，增加了修改网格的工作量。划分好网格后，选择Mesh菜单中的Mesh Statistics(网格状态统计)，得出网格统计信息如图4.2所示，制件网格如图4.3所示。图4.2 网格统计信息 图4.3 制件网格图从图4.2以看出，三角形单元4336个，节点单元2170个，连通域1个，共用边数量6504，模型体积2.8418cm3，表面积30.0828cm2，与UG的计算结果一致，除了纵横比的极大值外，其他信息符合进行分析的条件。这次以3mm划分网格，纵横比出现较大值29.859，这是三角形单元不均匀的体现，通过选择Mesh菜单中纵横比诊断(Aspect Ratio Diagnostic)命令，输入最大值10mm，系统将用不同颜色的引出线指出纵横比大小不同的单元，利用网格工具(Mesh Tools)对其进行修改，修改的工作量并不多，但是由于修改后的模型同样有多出圆角等，导致网格效果并不是十分的理想。4.4 结果分析及后期处理分析计算结束后，MPI会生成大量文字、图形和动画结果，并且分类显示在任务栏StudyTasks窗口中，有关于各个分析过程的大量信息，下面只是分析一些相关的结果。做分析和一些简单处理和对比，从而达到优化参数和结构的目的。4.4.1浇口位置分析模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1) 尽量缩短流动距离。2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。3) 必须尽量减少熔接痕。4) 应有利于型腔中气体排出。5) 考虑分子定向影响。6) 避免产生喷射和蠕动。7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8) 注意对外观质量的影响。由于塑件的形状千变万化，且塑料材料不同，因此浇口位置的设计是一个较困难的过程。运用CAE软件如MoldFlow可以模拟塑料熔体在型腔中的填充、保压、冷却过程，其结果对优化模具结构和注塑工艺参数有重要的指导意义，可提高一次试模的成功率。M0ldn004J软件中的MPLGate L0cation模块分析最佳浇口位置区域，可为注塑模具的设计找到一个初步的最佳浇口。最佳浇口确定后可进一步进行填充(Fiu)分析。MPLFiU模块是MoldFhv中用于分析塑件的充型行为，填充分析的最终目的是为了获得最佳浇注系统。通过对不同浇注系统的分析比较，选择最佳的浇注系统布局。利用MPLGate kation和MPLFiu分析模块对注塑件进行模拟分析，可快速而又较为准确地得到最佳的浇口位置，从而大大减少试模次数，节省模具制造成本。经过分析，可以得出最佳浇口位置，如图4.4中蓝色处。 图4.4 最佳浇口位置4.4.2、填充时间分析填充分析主要计算出从注射开始到模腔被填满整个过程中的流动前沿位置。该分析用来预测制件、塑料材料以及相关工艺参数设置下的填充行为。浇口数量、最佳位置确定后，对塑件在此工艺条件下进行填充分析，充填过程的模拟分析可以显示熔体从浇口逐渐充满型腔的动态过程。根据动态的填充结果来查看填充阶段的熔体流动行为，判断填充流动行为是否合理。填充时间(Fill time)为动态结果，可以显示从进料开始到开模完成整个注塑过程中，任一时刻流动前锋的位置，如图4.5所示。图4.5填充时间由此可判断熔体的流动形态是否理想，制件的填充行为是否合理，各个流动路径是否同时充满型腔的各个末端(流动是否平衡)。如流动不平衡，可改进浇口尺寸、数量和位置，反复模拟分析，可获得较理想的充填过程。通过图像分析，可以断定几乎是同时充满2个型腔，所以浇口位置合理，同时，不存在未充满的区域，颜色的过渡比较柔和，说明此充填过程比较平缓，充型情况处于合理状态。4.4.3、熔接痕当两股聚合物熔体的流动前沿汇集到一起，或一股流动前沿分开后又合到一起时，就会产生熔接线，如聚合物熔体沿一个孔流动。有时，当有明显的流速差时，也会形成熔接线。厚壁处的材料流得快，薄壁处流得慢，在厚薄交界处就可能形成熔接线。熔接线对网格密度非常敏感。由于网格划分的原因，有时熔接线可能显现在并不存在的地方，或有时在真正有熔接线的地方没有显示。为确定熔接线是否存在，熔接痕容易使产品强度降低，特别是在产品可能受力的部位产生的熔接痕会造成产品结构上的缺陷。同时熔接痕还会造成产品表面质量不过关，如图4.6所示。从图4.6上可以看出，熔接痕的位置在齿轮轴的凹槽部分，虽然位于产品表面，但在接下来的注塑加工过程中可以将其覆盖，所以并不会对产品有很大的影响。 图4.6熔接痕 4.4.4、气穴气穴的结果如图4.7所示。从图4.7上可以看出，气穴主要集中在尾部的底下部分，所以要在此处增加排气孔。所以采用镶针结构进行排气。图4.7气穴 第五章 模具结构的改进5.1 产品不良的分析5.1.1产品弯曲分析原模具产品浇口位置如图5.1。图5.1原模具产品浇口位置通过moldflow软件的分析，得出最佳浇口位置。如图5.2，从图中可以看出，原来的模具浇口位置并不是最佳浇口位置，再则细长的产品从侧边进胶容易使产品产生变形，弯曲等。 图5.2 最佳浇口位置5.1.2产品烧灼分析通过moldflow软件的分析，该产品在成型时，气穴基本上全部集中在尾部，如图5.3所示，滑块上在成型这一部分时并没有采取排气措施如图5.4，所以导致产品在成型时，产生烧灼现象。图5.3 气穴图 图5.4 原模具滑块图5.2 模具浇口位置的改进 通过软件的分析与考虑到模具加工的可操作性，决定将模具的浇口进行如下改进，如图5.4所示。 图5.4 模具浇口改进图理由与好处：1. 细长产品从头部进胶不易变形2. 产品直接进胶，容易产生冷料，影响产品外观，这样就可以避免产品直接进胶，保证产品外观光洁5.3 滑块成型部分自身留的改进 针对产品尾部成型部分容易被烧灼的问题，主要由于在滑块尾部成型部分没有设计一个排气措施，我将尾部成型部分，改为加一根镶针如图5.5。图5.5 滑块结构改进图（一）理由与好处:1滑块在加工放电时容易积碳，不易加工。2滑块在注塑成型时不易排气，产品易困气，烧焦将滑块中间的成型部分改为加一根镶针，这样就可以解决滑块在加工时遇到积碳的困难，也解决了产品成型是不易排气，使产品烧焦等一系列问题5.4模具滑块的改进除了以上软件分析出来的问题外，我还发现在生产的过程中，滑块容易卡死，影响生产的效率。经过分析，将滑块进行了改进，如图5.6所示。图5.6 滑块结构改进图（二）理由与好处：1.滑块与公模之间配合处为直角，如配合间隙过小，会导致滑块卡死，配合间隙过大，导致产品误差过大，使产品错位，影响外观；2.滑块与公模之间配合处留一个角度，这样可以避免滑块卡死，产品误差过大，使产品错位，影响外观等现象。5.5最终模具结构本设计最终的模具装配图如图5.7，三维视图和爆炸视图如图5.8，型腔型芯结构的爆炸图如图5.9，模具实物见图5.10，最终产品（刚开模时）如图5.11 。图5.7模具装配图图5.8 模具三维爆炸视图图5.9型腔型芯结构的爆炸图图5.10模具实物图5.11 最终产品（刚开模时）第六章 结论与展望通过这次近三个月的毕业设计我学到了很多知识，使我对注射模的设计全过程有一个总体的认识，同时也是对已学内容的一次总结。并且在此次设计过程中去了工厂实习，在实习期间学会了如何去动手操作，动手操作了之后让我对问题的有了更深的认识，我觉得这次实习不仅让我把学到的理论知识运用到实际中，也使我对以后的工作有了大概的了解。这次设计中我对我自己设计的模具有了比较深入的了解，但是对其他类型的模具结构还需要进一步的研究。在设计过程中涉及了注塑机的选用，这也让对注塑机有了一些基本认识，但是对注塑机的工作原理、具体参数的设计与选用还需要以后继续的学习。在其中一段时间的实习过程中也学到了许多实践方面的知识，比如模具的拆装、模具的保养等，并且在实习期间学习了注塑工艺的的一些基本知识，并且对工厂中的一些常见的注塑缺陷有了很多的认识。在今后的工作中，我将带着所学到的知识，结合以后将不断接触到的新的知识，以解决模具设计中出现的问题为起点，不断积累经验，为设计出合理、先进的模具而努力！总之，这次毕业设计对我来说非常重要，从中我学到了很多知识！18致 谢20参考文献参考文献1 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计. 机械工业出版社，20052 彭建声. 简明模具工实用技术手册. 机械工业出版社，20033 唐志玉. 模具设计师指南. 国防工业出版社，20094 塑料模设计手册编写组. 塑料模设计手册. 机械工业出版社，20085 贾润礼，程志远. 实用注塑模设计手册. 中国轻工业出版社，20106 廖念钊. 互换性与技术测量. 中国计量出版社，20077 黄毅宏. 模具制造工艺. 机械工业出版社，20068 模具制造手册编写组. 模具制造手册. 机械工业出版社，20099 冯炳尧，韩泰荣，蒋文生. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社，200810赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海科学技术出版社，200911徐灏. 机械设计手册. 机械工业出版社，2006图书分类号：密 级：毕业设计附件外文及翻译学生姓名学院名称专业名称机械设计制造及其自动化指导教师年5月18日 新一代注塑技术 外文出处 University Hospital Zurich, Zurich, Switzerland 摘要:本文介绍新一代瓶坯注塑技术的特点以及通过一个循环所实现的瓶性能。这一循环使瓶胚冷却不再需要机械手和引出板,而是瓶胚直接在模芯上冷却,在进一步通过2.5 注射循环冷却之后被顶出。这使制件的冷却得以改进,从而大大提高了每个阴模的产量。从工作单元去掉机械手减少了空间需求,并大大简化了系统。 关键词: 注塑模具设计 循环速度 1、概述 转位瓶胚注塑技术是在Husky 注塑系统双压板机器设计发展起来的。该系统有一个四面动压板绕横轴旋转。每一面配一个典型的半冷塑模。原模系统是一个48 阴模,从而提供192 个模芯。定压板上装有一个标准的热流道和半阴模。 本系统配备一个标准两级注塑装置,该装置有一个120 毫米挤塑机和120 毫米注射压料塞,注射压料塞上有一个机筒头和分配阀连接两级。用目前的瓶胚设计,目标重量是47.3 克瓶胚,从而注射量为2270 克。两42 个不同的聚对苯二甲酸乙二醇酯螺杆用于本系统,每个都取得了可以接受的效果。 当机器循环时,塑料首先注射到A 面。由于瓶胚要留在模芯上,瓶胚在开模不需要象在传统系统上那么硬。因此,循环的绝大部分冷却可以在随后的机器循环期间从闭模转到在模芯上冷却。然后循环需要一个非常短的冷却期间以允许模具释压,注射和保压也是如此。当开模时,这一面转位到压板的顶部表面,然后塑料在B 面注射。当D 面到达前端时,此时A 面在压板的底部位置,顶杆在这里被启动,瓶胚被从机器卸到制件引出传送器上。注射行程对循环时间没有影响,因而可以较慢地完成。重力帮助确保制件脱离模具落下。制件落在其格端头的传送器上,造成表面擦伤的可能性较小。 在顶部、背部和底部位置,气冲成型系统对瓶胚提供表面冷却。由于瓶胚保持在模具的模芯上,它们还容易在内表面得到传导冷却。总体上讲,瓶胚的整体温度比它在传统模塑系统和冷却引出板中呆类似的时间要冷。 2、瓶性能 我们分析转位系统的一个重要方面是拿这种系统生产的瓶胚制造出来的瓶的性能与传统工作单元上生产的类似瓶胚制造出来的瓶相比较。表1 给出从进行的试验中得出的比较数据。 转位瓶胚的性能在强度测试中一直较好,这是因为改进的浇口质量允许材料在瓶内较好地分布,没有迹象表明使用这种系统在瓶的任何地方结晶度升高。生产的转位样品可能平均较轻,因为它们的重量分布要紧密得多。 3、系统的特点 这种托坯最明显的好处是需要的模内冷却时间减少了,从而减少了整个循环的时间长度。目前,这种系统用最大壁厚为4 毫米的47.3 克瓶胚工作。这种瓶胚加工循环时间测定为22.5 秒,对于一个阴模系统来说是最佳的了。转位48 阴模系统实现14.2 秒的循环,能取得较好的商业质量结果。图2 给出循环细分的比较情况。 旋转塔台不再需要机械手。这样,就减少了由传统系统上机械手故障造成的干扰告警和服务停机时间。制件顶出现在不是机械循环时间的一个因素。随着消除机械手需要的开模间隙减少了,随着模具行程的减少还提高了空循环速度。 系统的另一个好处是需要的地板面积减少,以及由于没有机械手和引出板冷却系统,系统的可靠性得以提高的潜力。预计不发生机械手故障的整个系统可靠性可允许系统可用性提高30%。转位系统的地板面积只有传统48 阴模系统所需面积的55%。与之相伴的还有每英尺地板面积的产量进一步提高。 使用转位系统使瓶胚的浇口质量得到改进。在阀浇口区冷冻之后,瓶胚在较短时间内与阀杆的热点接触,因为瓶胚在阴模内的冷却时间被大大减少。去掉这一热源就消除一个结晶源。除了较好的视觉效果,还导致浇口区更结实,从而使得整个瓶侧壁区更好,及有更多的机会减轻基础区瓶胚的重量。 瓶胚留在模芯较长时间。与标准瓶胚注塑系统相比,整个瓶胚冷却得到改进。在一个传统的机械手冷却板内,制件遇到被冷却的管表面就会收缩,这样热传递就不完美。在转位系统中,制作在模芯上收缩,从而保持热传递,在被顶出时,转位瓶胚的全面整体温度比瓶胚从传统系统的引出位置取出时要低。还有,对于目前的瓶胚设计来说,不向颈模圈区供应冷却水,在顶出时仍比标准系统要冷得多。对于一个典型的成型系统来说,冷却该区能限制循环。 转位系统用几种不同材料及测试的两种不同材料和两种不同的聚对苯二甲酸乙二醇酯螺杆设计,可以看到乙醛(AA)量一直较低。与注射量相比这一循环时间对注射装置提出非常高的要求,注射装置连续不断地冲刷没有一点滞留时间的螺杆。 由于模具内的峰值阴模与两个不同的螺杆相符,并与不同的加工设置一致,乙醛量到底有多低主要原因在于模具集料管。用目前的模具可以看到的第二个好处是有非常好的重量分布,从而允许在目前制件规格的允差内把整个制件的重量降到最低程度。 4、介绍IKB-MOULD设计的基础注塑模组成的分析处理分为两部份：设计的首字母和详细的设计，初期的设计决定模具的组成，例如模具类型、型腔数、流道的类型、浇口类型等。详细设计是型芯型腔的组成、浇注系统的设计、冷却和排气系统的设计、集成分析和最后的草图。他们需要什么,分析什么是好的CAIMDS的发展方向。 他们所拥有的客户对产品的要求。包括产品外形和详细的尺寸。 一个已经设计好的模具方案这个方案包括模具设计的初级部分和标准部分举例来说模具设计的基础动模和定模的一部分填充和顶出的一部分。注塑模具设计的行业知识等。 设计者从专业知识中得出模具设计的设计计划和详细步骤这些知识包括原材料的选择型腔型芯分型面的规划和其他相关细节的介绍。 他们所想要得一个先进的交互式模具设计环境。模具设计是由一系列细小的环节组成的设计程序。这些程序通常需要将已有的模块和制作好的模件装配好。这些模具设计系统不需要自动完成尤其是对切口部分特征比较复杂的产品。先进的交互式程序善于整合自动化运算法则和有经验的设计者的在线知识交流。 标准件/早期设计部分/组装/产品管理。一个注塑模具在其它注塑模里相同的形状尺寸分别有型腔型芯。这些部分与注塑模产品无关。他们使用在不同模具中重复使用的大概标准。 有用的工具包括实体设计和分析计算在模具型腔型芯中的设计。型芯和型腔的外形和大小直接影响模具产品。这些部分也是模具设计中相当重要的环节。他们的几何形状要求可能相当苛刻。因此一些模芯设计工具的发展方向基于自动生成模具型芯交互作用是相当有用的。 组装设计在传统的CAD/CAM设计系统中模具的实体形状被当作几何图形储存模型在一个三维空间以边和面的形式生成。象这样的一个以严密的几何计算表现的视觉外形可以完成工程分析和模拟。但是这种工作方式不适合设计高层数据和产 品的几何实体外形的关系。 模具设计者更喜欢装配环境的设计而不是一种简单的固体模型环境。这个方案被 Ye et al 提出。 5、循环速度的限制因素 在整个循环期间对转位循环的影响因素可以分为五个组成部分: (1)机器空循环时间(这是完成开模、旋转塔台90 度,闭模和为注射做准备的循环的时间); (2)阴模充料时间; (3)为避免正冷却的制件形成凹陷的保压要求; (4)模内冷却以使模具从保压期间要求的合模力吨数中释压; (5)在顶出时瓶胚的大量热造成的表面热以及热再生,以避免后续处理期间制件被刮伤或有粘性。 系统的机器空循环时间被优化。模具不必开那么多,以允许转位旋转,象传统系统为允许机械手进入模具区所要求的那样,从而减少了开模和闭模时间。转位速度也比机械手进去,转移制件和机械手再出去快。目前4.3秒的机器空循环已经充分优化,改进的余地很小。 如果注射装置尺寸过小,生成熔体可能是一个限制因素。已经在循环速度低达11.6 秒,用2280 克注射量的0.82IV 树脂测试过目前120 毫米的螺杆可接受的塑炼能力。这时没有剩余的滞留时间,这样循环将受螺杆性能限制。 充料和保压时间大约为9 秒。现正在做试验以量化最佳的充料速度和保压外形。 冷却0.5 秒可以实现模具释压,但目前的工艺需要冷却1.3 秒,循环目前受到在制件上形成凹陷限制。这受到包装数量、保压压力和开模的速度的影响。由于转位循环的冷却时间非常短,瓶胚遇到阴模壁收缩的时间非常少。正在研究改进这方面的循环性能的机会。 目前出模时的瓶胚温度将允许循环时间远远少于13 秒,如果仅这一方面是循环的限制因素的话。 6、瓶胚设计的考虑因素 根据最初比较原型系统中使用的瓶胚以及为促进使用转位方法减少转位循环而对各种瓶胚设计做的试验。因此,实施一种转位系统而非较传统的成型方法的决定是由于其他许多考虑因素)转位系统要求四套制件模芯,这样模芯的复杂性以及由此导致的整个模具成本是选择的一个因素。其他因素包括生产能力要求、可用的地板面积、资本成本。 The Fresh Generation Injection Mould TechniqueAbstract : The original is introduced fresh generation vase earthen brick mould plastics technique distinguishing feature along with by means of the vase performance that the cycle was achieved That this cycles causes an a jar of embryo become cool not needing manipulator and the lead-out plank again , but is an a jar of embryo directly is living that the standard becomes cool on the rush pith , and is living further by means of 2.5 to inject after the cycle cooling being come out by the peak This causes the finished piece cooling may improve , thereby lift every one the overcast standard yield enormously Decreased the demand in room through the work cell gets rid of the manipulator , and simplify the system enormously Keyword : Injection mould design Cycle velocity 1、Summary The indexing vase embryo mould plastics technique is designed the development at twin teeterboard machinerys of Huskys mould plastics system Ought to systematically there be an all sides to stir the teeterboard to coil the cross axle to circle Each one section is matched somebody with somebody a type semi to cool to mold the standard The master stamper systematically is 48 an overcast standard , thereby supplys 192 standard rushs pith Fiing teeterboard jacket possess criterion heat flux a road and semi an overcast standard Standardized two steps of moulds plastics units are equipd to this system , and that unit possessone 120 millimeters to pack the engine molding and 120 millimeters to inject the pressure stuff to squeeze in , and injecting along the Great Wall the pressure stuff possess engine a thick tube-shaped head and a distribution valve to join two grades Designing in the way of the vase embryo at the moment , target weight is the 47.3 grams vase embryos , thereby injecting amount is 2270 grams Two 42 differences is gatherd being used a system to the benzol two methanoic acid glycol ester studs , and every one wholly acquireed the effect that may be receiveed When the machinery cycles , the plastic material first of all injects up A Since the fact that the vase embryo will remain the standard rush pith on , the vase embryo is living to turn on the standard not necessaries , and that traditional system goes up such as being living is stiff in that way Hence , the machinery cycle that the overwhelming majority cooling may be living soon afterwards perioc through shuts the standard revolves up to become cool on the rush pith at the standard Afterwards the cycle needs an extraordinary brief cooling perioc in order to permit the pattern to elucidate the pressure , injects and defends and to be getting near also is such in this way Afterwards the plastic material are living Bs surface is injected on this peak ministry face that the teeterboard was reachd in the indexing on one section when turning on the standard As D before arrival when the extremity , now A is living teeterboard base place , and the push rod is switched on here , and the vase embryo is unloaded the finished piece through the machinery and leads to on the conveying utensil Injecting the stroke adjust the cycle time not effect , as a result may complete more slowly Gravitational force help is guarranteed that the finished piece breaks away from that the pattern drops secondly The finished piece drops such the curtain squares formed by crossed lines tip conveying utensil on , and the probability that creates the surperficial gall is littleer A ministry is living 、Gas dashing systematic twin vase embryo of forming supplys the face and becomes cool the place of back and base Since the fact that the vase embryo maintains the pattern standard rush pith on , the face obtains the conduction cooling included they are still convenient Says in the total , the entire temperature of vase embryo than it is living traditional compression molding system and cooling leads to in the plank to stay analogous time will cool 2、The Bottle Function Significant respect that we analyse the indexing system analogous a of jar of vase that the embryo was manufacture out that to be the performance takeing this kind of vase that the vase embryo that the system was gived birth to was manufacture out against traditional work gived birth to on the cell one another contrasts The comparand that obtaines in the eperiment that the table 1 is give out through is underway is depenied on The indexing vase embryo performance is living and is better always in the intensity quiz , and this is better distributing for the runner quality which improved permits the stuff to be living inner place the vase , and does not there is the indication to make known that use this kind of system is living whatever space crystallinity of vase and ascendes The indexing specimen gived birth to is probably equally light , for their weight distributions is to be much inseparable .、This kind of system distinguishing feature Inner place the standard that to support with the hand the obviousest advantage of earthen brick is needs the cooling time decreased , thereby decreased entire time length that cycles At the moment , this kind of system employ the largesttest breastwork thickly act as 4 millimeters the 47.3 grams vase embryos do This kind of vase embryo process cycle time ascertains by measuring to 22.5 seconds , was optimum as to the overcast standard system Overcast standard system implementation 14.2 seconds of indexing 48 cycle be able to be acquireed the better trade quality killing The picture 2 is give out the cycle subdivided comparing situation Circling the control tower does not need the manipulator again Like this , therefore decreased from the tradition system to go up the jam that the manipulator block created is giveed an alarm and the service ceases engine time The finished piece peak has ariseed to be living not to be the inflexible cycle time the element Decreased in the standard the turning on gap that needs in the wake of removing the manipulator , in the wake of decreasing of pattern stroke still lift empties cycle velocity Systematic another advantage is the floor area that needs decreases , along with thanks to does not there is manipulator and lead-out plank cooling system , latent capacity that the dependability of system may be liftd Calculate in advance entire systematic dependability that therefore the manipulator obstructs does not happen permit the systematic usability to lift 30% Merely traditional 48 55% of overcast areas that the standard system requires of indexing system floor area Against the person who one another accompanies the yield that still possess per foot of floor area lifts further.Employ the indexing systematically to cause an a jar of embryo runner quality obtain the modification Being living , the valve runner district is freezed afterwards , the vase embryo is living brieflyer time inner place the heatpoint contact against the valve staff , for the cooling that the vase embryo is living inner place the overcast standard time by enormously decreases Geing rid of this heat source removes a crystal source Except for better vision effect , still causes that the runner district is more sturdy , thereby causes entire a of jar of side wall district better , and possess the weight that even more opportunitys ease the vase embryo in base district The vase embryo to remain at the standard rush pith elderer time Systematically being contrastd against a criterion a jar of embryo mould plastics , entire a of jar of embryo becomes cool obtainning the modification Being living , tradition manipulator becomes cool inner place the plank , and the finished piece is encounter and be able to be shrinked by the tube face becoming cool , and such heat transfer is imconsummate In being living the indexing system manufactures at the standard shrinking on the rush pith , thereby maintain heat transfer , and is living when being come out , and will let drop when comprehensive entirety temperature of indexing vase embryo contrasts the a jar of embryo lead-out place through traditional system brings out by the peak .Still possesing , and designs as to the vase embryo at the moment , not to the throat standard ring district supply cooling water , being living , the peak when comeing out yet systematically will be cooled far more than the criterion Become cool that district threshold energy system cycling as to the forming system of type The distinct stuffs of indexing system in the way of some kinds reaches the difference of two kinds of distinct stuffs testing with two kinds to gather designing to the benzol two methanoic acid glycol ester studs , and may catch sight of that the acetaldehyde ( AA ) amount lets drop always against injecting amount is contrastd this cycle time adjust injects the unit proposes the very much tall demand , injects the unit constinuously scousrs not to there is a few is held up time the stud . Since the overcast standard of peak value inner place the pattern tallys with against the two differences studs , and against the difference process installation unanimously , the acetaldehyde is measured ever to possess to let drop that the main reason rests with that the pattern gathers materials the tube more Second advantage may catch sight ofin the way of the pattern at the moment is possesing the very much good weight distributions , thereby permits to be living at the moment finished piece standard allows bad inside entire finished piece weight to drop the thest least degree 4 、The injection mould design process requirementanalysis An injection mould design is composed of two steps: theinitial design and the detailed design. The initial design iscomposed of decisions made at the early stage of themould design, such as the type of mould configuration,the number of cavities, the type of runner, the type of gate and the type of mould base. The detailed design iscomposed of the insert (core/cavity) design, the ejectionsystem design, the cooling and venting component design,the assembly analysis and the final drafting. To develop a good CAIMDS, an analysis of whatthey have and what they want needs to be performed.What they have: The customers requirements for the product. Thisincludes the detailed geometry anddimension requirementsof the product. An existing mould design library. This library coversthe standard or previously designedcomponents andassemblies of the mould design, for example, themould base (the fixed half and the moving half) andthe pocket (the fixed half and the moving half). An expert knowledge in injection mould design. Expertknowledge of both initial and detailed designs forthe injection mould is obtained mainly from experiencedmould designers. Such knowledge includesmaterial selection, shrinkage suggestion, cavity layoutsuggestion and others. What they want: An intelligent and interactive mould design environment.Mould design is often composed of a series ofdesign procedures. These procedures usually requirecertain mould parts to be created and existing mouldparts to be assembled. Such a mould design environmentneed not be fully automatic, especially forcomplicated products with many undercuts. Anintelligent and interactive environment will be a goodchoice to integrate some useful automation algorithms,heuristic knowledge and on-lineinteraction by the experienced mould designer. Standard/previous designed components/assemblies(product-independent parts) management. Apart from the core and cavity, an injection mould hasmany other parts that are similar in structure and geometrical shape that can be used in other injectionmould designs. These parts are independent of the plastic mould products. They are mostly standardcomponents that can be reused in different mould designs and mould sets. Useful tools (including solid design and analysiscalculation) in the core and the cavity (productdependentparts) design. Geometrical shapes and thesizes of the core and cavity system are determineddirectly by the mould product. All components insuch a system are product dependent. Also, theseparts are the critical components in the mould design Their geometrical requirements may be complicated.Thus, some tools developed to design the core and thecavity based on partial automation and partialinteraction can be quite useful. Design for assembly. In conventional CAD/CAMsystems, moulds are represented and stored as a complete geometric and topological solid model. Thismodel is composed of faces, edges and vertices in athree dimensional (3D) Euclidean space. Such a representationis suitable for visual display and performinggeometrically computation-intensive taskssuch as engineering analysis and simulation. However,this form is not appropriate for tasks thatrequire decision-making based on high-level informationabout product geometric entities and theirrelationships. Mould designers prefer a design forassembly environment instead of a simple solid modelenvironment. This idea is also presented in Ye et al.s work 24. A design for manufacture. A complete injectionmould design development cycle can be composed ofthe mould design and mould manufacturing process.To integrate CAD/CAM into the mould design, themanufacturing features on the mould should be abstracteand analysed for the specific NC machine. Both the process plan and the NC code should beautomatically generated to enable the final designed mould to be manufactured. A design for engineering drawings. For manycompanies, the injection mould design has to be represented in the form of engineering drawingswith detailed dimensions. CAD/CAM tools that are able to automatically generate these engineeringdrawings from the final injection mould design will be useful.Based on the above analysis, our research focus is todevelop techniques to represent what they have andwhat they want.Representing what they want is actually the representationof the knowledge and injection mould object.Developing what they want means to integrate the representation with intelligent and interactive tools forthe injection mould design into a completed designenvironment. Therefore, an IKB-MOULD is proposedfor mould designers to realise the above two requirements 5、 Limitational factor of cycle velocity Is living the entire cycle perioc to the indexing what cycles the effect element may be divided into five component part : (1)Machinery emptying cycle time ( this is completeing turning on the standard 、Circles the control tower 90 degrees , shuts standard and in the interest of injects acting the ready cycle time ) ; (2)The overcast standard charges to anticipate time ; (3)The demand is getting near in the interest of averting the finished piece that becomes cool to take shape sunken guarantor ; (4)Becomes cool the pattern inner place the standard in order to cause through guarantor to be getting near perioc in the person who requires the standard the shuing force tonne figure elucidates the pressure ; (5)The vase embryo greats quantity of peak when comeing out being living warm that the face creating warms up along with warm up regeneration , in order to avert the follow-up handle perioc finished piece is fleeced the injury either is possess viscosity Systematic machinery the emptying cycle time is optimized The pattern need not turned on so manyly ,in order to permit the indexing to circle , such as the tradition systematically by permits themanipulator gos into the pattern district demand , thereby decreases turns on the standard with shuts the standard time Indexing velocity is also get in than the manipulator , and transfers finished piece and manipulator geting out quickly again The machinery of 4.3 seconds at the moment empties to cycle sufficiently to optimize , and the margin of modification is very little Unduly little in case injecting the unit dimensions , the part of the body is melted in the formation probably is a limitational factor The cycle velocity being living is leted drop to attain 11.6 seconds , in the way of 2280 be able to injecting amount 0.82IVs resin has tested at the moment 120 millimeters stud the person who may receive the plasticate capability At this moment does not there is remainder is held up time , cycles like this to accept the stud performance limit Charges the stuff with guarantors pressure time about act as 9 seconds Acting the eperiment current optimum with the quantification charges to anticipate that the velocity is getting near the external form with guarantor . Becoming cool to achieve the pattern in 0.5 second to elucidate the pressure , yet the technology at the moment need to be become cool 1.3 seconds , and the cycle is subjected to the finished piece on takeing shape the sunken limit at the moment This is subjected to packageing amount 、Guarantors pressure and effect turning on standard velocity Since indexing cycle cooling time very much brief , the vase embryo encounters the overcast standard breastwork what shrinks time very much little .Research to improve this the respect cycle performance opportunity . The vase embryo temperature when comeing out the standard at the moment shall permit cycles time far away a moment to 13 seconds , in case merely on the one hand this is the limitational factor that cycles . 6 、Element considering that the vase embryo is designed Vase embryo which on the basis of the initial comparing model employd in the system along with cycling and designs the eperiment which do to different as of jar of embryos in the interest of accelerating the use indexing means to decrease the indexing .Hence the indexing system requires that four suits of finished piece standard rushs pith , such standard rush pith complexity along with entire pattern cost that thus causes are the selection elements .Else element consists of the production capacity demand 、Usable floor area 、Capital cost .注塑模具自动装配造型X. G. Ye, J. Y. H. Fuh and K. S. Lee机械和生产工程部，新加坡国立大学，新加坡注射模是一种由与塑料制品有关的和与制品无关的零部件两大部分组成的机械装置。本文提出了（有关）注射模装配造型的两个主要观点，即描述了在计算机上进行注射模装配以及确定装配中与制品无关的零部件的方向和位置的方法，提出了一个基于特征和面向对象的表达式以描述注射模等级装配关系，该论述要求并允许设计者除了考虑零部件的外观形状和位置外，还要明确知道什么部份最重要和为什么。因此，它为设计者进行装配设计（DFA）提供了一个机会。同样地，为了根据装配状态推断出装配体中装配对象的结构，一种简化的特征几何学方法也诞生了。在提出的表达式和简化特征几何学的基础上，进一步深入探讨了自动装配造型的方法。关键字：装配造型；基于特征；注射模；面向对象。1、简介注射成型是生产塑料模具产品最重要的工艺。需要用到的两种装备是：注射成型机和注射模。现在常用的注射成型机即所谓的通用机，在一定尺寸范围内，可以用于不同形状的各种塑料模型中，但注射模的设计就必须随塑料制品的变化而变化。模型的几何因素不同，它们的构造也就不同。注射模的主要任务是把塑料熔体制成塑料制品的最终形状，这个过程是由型芯、型腔、镶件、滑块等与塑料制品有关的零部件完成的，它们是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，因此，这些零件称为成型零件。（在下文，制品指塑料模具制品，部件指注射模的零部件。）除了注射成型外，注射模还必须完成分配熔体、冷却，开模，传输、引导运动等任务，而完成这些任务的注射模组件在结构和形状上往往都是相似的，它们的结构和形状并不取决于塑料模具，而是取决于塑料制品。图1显示了注射模的结构组成。 成型零件的设计从塑料制品中分离了出来。近几年，CAD/CAM技术已经成功的应用到成型零件的设计上。成型零件的形状的自动化生成也引起了很多研究者的兴趣，不过很少有人在其上付诸实践，虽然它也象结构零件一样重要。现在，模具工业在应用计算机辅助设计系统设计成型零件和注射成型机时，遇到了两个主要困难。第一，在一个模具装置中，通常都包括有一百多个成型零部件，而这些零部件又相互联系，相互限制。对于设计者来说，确定好这些零部件的正确位置是很费时间的。第二，在很多时候，模具设计者已想象出工件的真实形状，例如螺丝，转盘和销钉，但是CAD系统只能用于另一种信息的操作。这就需要设计者将他们的想法转化成CAD系统能接受的信息(例如线，面或者实体等)。因此，为了解决这两个问题，很有必要发展一种用于注射模的自动装配成型系统。在此篇文章里，主要讲述了两个观点：即成型零部件和模具在计算机上的防真装配以及确定零部件在模具中的结构和位置。这篇文章概括了关于注塑成型的相关研究，并对注射成型机有一个完整的阐述。通过举例一个注射模的自动装配造型，提出一种简化的几何学符号法，用于确定注射模具零部件的结构和位置。2、相关研究在各种领域的研究中，装配造型已成为一门学科，就像运动学、人工智能学、模拟几何学一样。Libardi作了一个关于装配造型的调查。据称，很多研究人员已经开始用图表分析模型会议拓扑。在这个图里，各个元件由节点组成的，再将这些点依次连接成线段。然而这些变化矩阵并没有紧紧的连在一起，这将严重影响整体的结构，即，当其中某一部分移动了，其他部分并不能做出相应的移动。Lee and Gossard开发了一种新的系统，支持包含更多的关于零部件的基本信息的一种分级的装配数据结构，就像在各元件间的“装配特征”。变化矩阵自动从实际的线段间的联系得到，但是这个分级的拓扑模型只能有效地代表“部分”的关系。自动判别装配组件的结构意味着设计者可避免直接指定变化的矩阵，而且，当它的参考零部件的尺寸和位置被修改的时候，它的位置也将随之改变。现在有三种技术可以推断组件在模具中的位置和结构：反复数值技术,象征代数学技术，以及象征几何学技术。Lee and Gossard提出一项从空间关系计算每个组成元件的位置和方向的反复数值技术。他们的理论由三步组成：产生条件方程式，降低方程式数量，解答方程式。方程式有：16个满足未知条件的方程式，18个满足已知条件的方程式，6个满足各个矩阵的方程式以及另外的两个满足旋转元件的方程式。通常方程式的数量超过变量的数量时，应该想办法去除多余的方程式。牛顿迭代法常用来解决这种方程式。不过这种方法存在两种缺点：第一，它太依赖初始解；第二：反复的数值技术在解决空间内不能分清不同的根。因此，在一个完全的空间关系问题上，有可能解出来的结果在数学理论上有效，但实际上却是行不通的。Ambler和Popplestone提议分别计算每个零部件的旋转量和转变量以确定它们之间的空间关系，而解出的每个零部件的6个变量(3个转变量和3旋转量)要和它们的空间关系一致。这种方法要求大量的编程和计算，才能用可解的形式重写有关的方程式。此外，它不能保证每次都能求出结果，特别是当方程式不能被以可解答的形式重写时。为了能确定出满足一套几何学限制条件的刚体的位置与方向，Kramer开发了一种特征几何学方法。通过产生一连串满足逐渐增长的限制条件的动作推断其几何特征，这样将减少物体的自由度数。Kramer使用的基本参考实体称为一个标识，由一个点和两正交轴构成。标识间的7个限制条件（coincident, in-line, in-plane, parallelFz,offsetFz, offsetFx and helical)都被定了义。对于一个包括独立元件、相互约束的标识和不变的标识的问题来说，可以用动作分析法来解决问题，它将一步一步地最后求出物体的最终的几何构造。在确定物体构造的每一个阶段，自由度分析将决定什么动作能提供满足限制物体未加限制部位的自由度。然后计算该动作怎样能进一步降低物体的自由度数。在每个阶段的最后，给隐喻的装配计划加上合适的一步。根据Shah和Rogers的分析，Kramer的理论代表了注射模具最显著的发展，他的特征几何学方法能解出全部的限制条件。和反复的数值技术相比，他的这种方法更具吸引力。不过要实行这种方法，需要大量的编程。现在虽然已有很多研究者开始研究注射成型机，但仍很少有学者将注意力放在注射模设计上。Kruth开发了一个注射模的设计支援系统。这个系统通过高级的模具对象(零部件和特征)支持注射模的成型设计。因为系统是在AUTOCAD的基础上设计的，因此它只适于线和简单的实体模型操作。3、注射模装配概述主要讲述了关于注射模自动装配造型的两个方面：注射模在电脑上的防真装配和确定结构零件在装配中的位置和方向。在这个部分，我们基于特征和面向对象论述了注射模装配。注射模在电脑上的防真装配包含着注射模零部件在结构上和空间上的联系。这种防真必须支持所有给定零部件的装配、在相互关联的零部件间进行变动以及整体上的操作。而且防真装配也必须满足设计者的下列要求： 1）支持能表达出模具设计者实体造型想象的高级对象。2）成型防真应该有象现实一样的操作功能，就如装入和干扰检查。为了满足这些要求，可用一个基于特征和面向对象的分级模型来代替注射模。这样便将模型分成许多部分，反过来由多段模型和独立部分组成。因此，一个分级的模型最适合于描述各组成部分之间的结构关系。一级表明一个装配顺序，另外，一个分级的模型还能说明一个部分相对于另一个部分的确定位置。与直观的固体模型操作相比，面向特征设计允许设计者在抽象上进行操作。它可以通过一最小套参数快速列出模型的特征、尺寸以及其方位。此外，由于特征模型的数据结构在几何实体上的联系，设计者更容易更改设计。如果没有这些特征，设计者在构造固体模型几何特征时就必须考虑到所有需要的细节。而且面向特征的防真为设计者提供了更高级的成型对象。例如，模具设计者想象出一个浇口的实体形状，电脑就能将这个浇口造型出来。面向对象造型法是一种参照实物的概念去设计模型的新思维方式。基本的图素是能够将数据库和单一图素的动作联系起来的对象。面向对象的造型对理解问题并且设计程序和数据库是很有用的。此外，面向对象的装配体呈现方式使得“子”对象能继承其“父”对象的信息变得更容易。Automated Assembly Modelling for Plastic Injection MouldsX. G. Ye, J. Y. H. Fuh and K. S. LeeDepartment of Mechanical and Production Engineering, National University of Singapore, SingaporeAn injection mould is a mechanical assembly that consists of product-dependent parts and product-independent parts. Thispaper addresses the two key issues of assembly modellingfor injection moulds, namely, representing an injection mouldassembly in a computer and determining the position andorientation of a product-independent part in an assembly. Afeature-based and object-oriented representation is proposedto represent the hierarchical assembly of injection moulds.This representation requires and permits a designer to thinkbeyond the mere shape of a part and state explicitly whatportions of a part are important and why. Thus, it providesan opportunity for designers to design for assembly (DFA). Asimplified symbolic geometric approach is also presented toinfer the configurations of assembly objects in an assemblyaccording to the mating conditions. Based on the proposedrepresentation and the simplified symbolic geometric approach,automatic assembly modelling is further discussed.Keywords: Assembly modelling; Feature-based; Injectionmoulds; Object-oriented1. IntroductionInjection moulding is the most important process for manufacturingplastic moulded products. The necessary equipment consistsof two main elements, the injection moulding machineand the injection mould. The injection moulding machines usedtoday are so-called universal machines, onto which variousmoulds for plastic parts with different geometries can bemounted, within certain dimension limits, but the injectionmould design has to change with plastic products. For differentmoulding geometries, different mould configurations are usuallynecessary. The primary task of an injection mould is to shapethe molten material into the final shape of the plastic product.This task is fulfilled by the cavity system that consists of core,cavity, inserts, and slider/lifter heads. The geometrical shapes and sizes of a cavity system are determined directly by theplastic moulded product, so all components of a cavity systemare called product-dependent parts. (Hereinafter, product refersto a plastic moulded product, part refers to the component ofan injection mould.) Besides the primary task of shaping theproduct, an injection mould has also to fulfil a number oftasks such as the distribution of melt, cooling the moltenmaterial, ejection of the moulded product, transmitting motion,guiding, and aligning the mould halves. The functional partsto fulfil these tasks are usually similar in structure and geometricalshape for different injection moulds. Their structuresand geometrical shapes are independent of the plastic mouldedproducts, but their sizes can be changed according to theplastic products. Therefore, it can be concluded that an injectionmould is actually a mechanical assembly that consists ofproduct-dependent parts and product-independent parts. Figure1 shows the assembly structure of an injection mould.The design of a product-dependent part is based on extractingthe geometry from the plastic product. In recent years,CAD/CAM technology has been successfully used to helpmould designers to design the product-dependent parts. The automatic generation of the geometrical shape for a productdependentpart from the plastic product has also attracted alot of research interest 1,2. However, little work has beencarried out on the assembly modelling of injection moulds,although it is as important as the design of product-dependentparts. The mould industry is facing the following two difficultieswhen use a CAD system to design product-independentparts and the whole assembly of an injection mould. First,there are usually around one hundred product-independent partsin a mould set, and these parts are associated with each otherwith different kinds of constraints. It is time-consuming forthe designer to orient and position the components in anassembly. Secondly, while mould designers, most of the time,think on the level of real-world objects, such as screws, plates,and pins, the CAD system uses a totally different level ofgeometrical objects. As a result, high-level object-oriented ideashave to be translated to low-level CAD entities such as lines,surfaces, or solids. Therefore, it is necessary to develop anautomatic assembly modelling system for injection moulds tosolve these two problems. In this paper, we address the followingtwo key issues for automatic assembly modelling: representinga product-independent part and a mould assembly ina computer; and determining the position and orientation of acomponent part in an assembly.This paper gives a brief review of related research inassembly modelling, and presents an integrated representationfor the injection mould assembly. A simplified geometric symbolicmethod is proposed to determine the position and orientationof a part in the mould assembly. An example of automaticassembly modelling of an injection mould is illustrated. 2. Related ResearchAssembly modelling has been the subject of research in diversefields, such as, kinematics, AI, and geometric modelling. Libardiet al. 3 compiled a research review of assembly modelling.They reported that many researchers had used graphstructures to model assembly topology. In this graph scheme,the components are represented by nodes, and transformationmatrices are attached to arcs. However, the transformation matrices are not coupled together, which seriously affects the transformation procedure, i.e. if a subassembly is moved, all its constituent parts do not move correspondingly. Lee and Gossard 4 developed a system that supported a hierarchical assembly data structure containing more basic information about assemblies such as “mating feature” between the components. The transformation matrices are derived automatically from the associations of virtual links, but this hierarchical topology model represents only “part-of” relations effectively.Automatically inferring the configuration of components in an assembly means that designers can avoid specifying the transformation matrices directly. Moreover, the position of a component will change whenever the size and position of its reference component are modified. There exist three techniques to infer the position and orientation of a component in theassembly: iterative numerical technique, symbolic algebraic technique, and symbolic geometric technique. Lee and Gossard 5 proposed an iterative numerical technique to compute the location and orientation of each component from the spatial relationships. Their method consists of three steps: generation of the constraint equations, reducing the number of equations, and solving the equations. There are 16 equations for “against” condition, 18 equations for “fit” condition, 6 property equations for each matrix, and 2 additional equations for a rotational part. Usually the number of equations exceeds the number of variables, so a method must be devised to remove the redundant equations. The NewtonRaphson iteration algorithm is used to solve the equations. This technique has two disadvantages: first, the solution is heavily dependent on the initial solution; secondly, the iterative numerical technique cannot distinguish between different roots in the solution space. Therefore, it is possible, in a purely spatial relationship problem, that a mathematically valid, but physically unfeasible, solution can be obtained. Ambler and Popplestone 6 suggested a method of computing the required rotation and translation for each component to satisfy the spatial relationships between the components in an assembly. Six variables (three translations and three rotations) for each component are solved to be consistent with the spatial relationships. This method requires a vast amount of programming and computation to rewrite related equations in a solvable format. Also, it does not guarantee a solution every time, especially when the equation cannot be rewritten in solvable forms.Kramer 7 developed a symbolic geometric approach for determining the positions and orientations of rigid bodies that satisfy a set of geometric constraints. Reasoning about the geometric bodies is performed symbolically by generating a sequence of actions to satisfy each constraint incrementally, which results in the reduction of the objects available degrees of freedom (DOF). The fundamental reference entity used by Kramer is called a “marker”, that is a point and two orthogonal axes. Seven constraints (coincident, in-line, in-plane, parallelFz, offsetFz, offsetFx and helical) between markers are defined. For a problem involving a single object and constraints between markers on that body, and markers which have invariant attributes, action analysis 7 is used to obtain a solution. Action analysis decides the final configuration of a geometric object, step by step. At each step in solving the object configuration, degrees of freedom analysis decides what action will satisfy one of the bodys as yet unsatisfied constraints, given the available degrees of freedom. It then calculates how that action further reduces the bodys degrees of freedom. At the end of each step, one appropriate action is added to the metaphorical assembly plan. According to Shah and Rogers 8, Kramers work represents the most significant development for assembly modelling. This symbolic geometric approach can locate all solutions to constraint conditions, and is computationally attractive compared to an iterative technique, but to implement this method, a large amount of programming is required.Although many researchers have been actively involved in assembly modelling, little literature has been reported on feature based assembly modelling for injection mould design.Kruth et al. 9 developed a design support system for an injection mould. Their system supported the assembly design for injection moulds through high-level functional mouldobjects (component
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