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2155
SC200施工电梯爬升架设计1
SC200
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2155 SC200施工电梯爬升架设计1,2155,SC200施工电梯爬升架设计1,SC200,施工,电梯,爬升,架设
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西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)中期报告题目：剃须刀刀头固定架塑料模具设计系 别: 机电信息系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级： B070203 姓 名： 李勇 学 号： B06020811 导 师： 米社虎 2011年03月22日毕业设计（论文）中期报告1毕业设计题目的背景和意义。塑料是继陶瓷和金属之后的第三大材料，它的崛起深刻的影响着人类的生活和进步。塑料是具有许多陶瓷和金属都无法比拟的优越性能，因此广泛的应用于现代的工业和生活当中。模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大地经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。塑料模具的设计和制造水平反映了机械设计和加工的水平，模具的设计以应用了当代的先进设计手段。塑料注射模具是成型塑料制件的一种重要工艺装备，在塑料制品的生产中起着关键的作用，利用solidworks软件进行塑料模具设计是目前较为先进的塑料模具设计方法，在生产实践中得到了较为广泛的应用。本次设计通过对剃须刀刀头固定架这一具体塑件利用solidworks进行模具设计，使学生掌握塑料模具设计的基本原则、方法，并能熟练的使用solidworks、AutoCad软件，为今后从事设计工作打下坚实的基础。 2. 国外模具行业的发展现状及优势。 全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与大陆，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。各国优劣势分析：在成本方面。中国大陆与南韩因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价营销打入市场，也因此在全球景气欠佳的局势中，成功攫取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势。在技术方面。技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。在市场规模上。不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在营运成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。3设计（论文）进展状况一、英文文献翻译的完成二、对塑料所用材料进行选择，选用ABS工程塑料然后对塑件分形成型进行工艺分析，接下来进行有关工艺计算，如材料收缩率、脱模斜度、塑料件的尺寸精度等。根据计算结果确定模具类型并设计模具的内部结构。三、根据塑件质量大小选择注塑机类型，对注塑机的主要工艺参数、安装尺寸、开模行程和顶出装置进行校核。四、浇口类型为点浇口采用手动脱浇口;分浇道截面形状设计为常用的梯形截面。五、模具的型腔数为一模十腔一字形分布（根据塑件的外形特点而定）六、本设计采用常用的哈夫模结构，开模采用斜导柱式。七、推出脱模机构设计、采用顶杆推出机构分布为十个。八、绘制CAD草图和三维图形4存在问题及解决措施模具设计中涉及到的问题有五个,浇注系统、抽芯机构、双分型面的设计、顶出机构和脱料系统的设计。（1） 浇注系统： 采用点浇口，也只能采用点浇口。（2） 抽芯机构： 根据塑件的外形结构特点可采用哈夫模结构进行整体抽芯，也可采用对中间的沟槽部分进行单独抽芯。（3） 双分型面的设计：因为本设计采用的浇口是点浇口，所以最好要涉及省二次分型以便取出浇注系统的凝料。所以要设计一个定距拉杆的结构。（4） 定出结构，可采用顶杆顶出和顶块顶出.。(5) 脱料系统： 可采用自动脱料和手动脱料。5.后期工作安排（按周次填写） 进度安排：（1）绘制模具的完整装配图（二维和三维） 3周 （2）编写论文 2周（3）打印并交主审教师审阅 1周6. 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日6 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日注：1. 正文：宋体小四号字，行距22磅。2. 中期报告由各系集中归档保存。西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)中期报告 题目：SC200施工电梯爬升架设计系 （部）： 机电信息系 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： B070203 学 生： 韦 力 学 号： B06020822 指导教师： 田太明 2011年 3月1.设计（论文）进展状况论文研究工作经过选题、开题到现在已完成了以下方面的工作：2 完成外文文献翻译。 通过阅读参考资料，了解了现有SC200施工电梯爬升架机构组成及其工作情况。3 完成了施工电梯爬升架的钢结构的有限元分析，包括标准节应力，附墙架应力，腹杆应力的有限元分析等。4 完成了施工电梯爬升架电机和减速机的计算和选取。2.存在问题及解决措施存在问题：（1）计算数据比较粗糙，部分结果有待完善。（2）对SC200施工电梯爬升架还没有更加深入了解。（3）对SC200施工电梯爬升架部分校核计算尚未计算完全。（4）由于对以前所学基础知识掌握的不牢固，导致在此次设计中有明显的阻力。（5）有限元部分掌握的不够好。解决措施：（1） 对计算过程进行详细检查，纠正一些错误的结果。（2） 更深入的研究SC200施工电梯爬升架，掌握重要参数资料。（3） 多去图书馆巩固以前所学基础知识，争取对专业知识有一个更深入的了解，认真完成此次设计。（4） 在有限元部分重点加强。3.后期工作安排（1）9-13周 完善SC200施工电梯爬升架设计的数据和校核；（2）14-15周 完善SC200施工电梯爬升架设计的装配图；（3）16-17周 撰写毕业论文；（4）18周 毕业答辩。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)中期报告题目：剃须刀刀头固定架塑料模具设计系 别: 机电信息系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级： B070203 姓 名： 李勇 学 号： B06020811 导 师： 米社虎 2011年03月22日毕业设计（论文）中期报告1毕业设计题目的背景和意义。塑料是继陶瓷和金属之后的第三大材料，它的崛起深刻的影响着人类的生活和进步。塑料是具有许多陶瓷和金属都无法比拟的优越性能，因此广泛的应用于现代的工业和生活当中。模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大地经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。塑料模具的设计和制造水平反映了机械设计和加工的水平，模具的设计以应用了当代的先进设计手段。塑料注射模具是成型塑料制件的一种重要工艺装备，在塑料制品的生产中起着关键的作用，利用solidworks软件进行塑料模具设计是目前较为先进的塑料模具设计方法，在生产实践中得到了较为广泛的应用。本次设计通过对剃须刀刀头固定架这一具体塑件利用solidworks进行模具设计，使学生掌握塑料模具设计的基本原则、方法，并能熟练的使用solidworks、AutoCad软件，为今后从事设计工作打下坚实的基础。 2. 国外模具行业的发展现状及优势。 全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与大陆，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。各国优劣势分析：在成本方面。中国大陆与南韩因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价营销打入市场，也因此在全球景气欠佳的局势中，成功攫取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势。在技术方面。技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。在市场规模上。不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在营运成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。3设计（论文）进展状况一、英文文献翻译的完成二、对塑料所用材料进行选择，选用ABS工程塑料然后对塑件分形成型进行工艺分析，接下来进行有关工艺计算，如材料收缩率、脱模斜度、塑料件的尺寸精度等。根据计算结果确定模具类型并设计模具的内部结构。三、根据塑件质量大小选择注塑机类型，对注塑机的主要工艺参数、安装尺寸、开模行程和顶出装置进行校核。四、浇口类型为点浇口采用手动脱浇口;分浇道截面形状设计为常用的梯形截面。五、模具的型腔数为一模十腔一字形分布（根据塑件的外形特点而定）六、本设计采用常用的哈夫模结构，开模采用斜导柱式。七、推出脱模机构设计、采用顶杆推出机构分布为十个。八、绘制CAD草图和三维图形4存在问题及解决措施模具设计中涉及到的问题有五个,浇注系统、抽芯机构、双分型面的设计、顶出机构和脱料系统的设计。（1） 浇注系统： 采用点浇口，也只能采用点浇口。（2） 抽芯机构： 根据塑件的外形结构特点可采用哈夫模结构进行整体抽芯，也可采用对中间的沟槽部分进行单独抽芯。（3） 双分型面的设计：因为本设计采用的浇口是点浇口，所以最好要涉及省二次分型以便取出浇注系统的凝料。所以要设计一个定距拉杆的结构。（4） 定出结构，可采用顶杆顶出和顶块顶出.。(5) 脱料系统： 可采用自动脱料和手动脱料。5.后期工作安排（按周次填写） 进度安排：（1）绘制模具的完整装配图（二维和三维） 3周 （2）编写论文 2周（3）打印并交主审教师审阅 1周6. 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日6 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日注：1. 正文：宋体小四号字，行距22磅。2. 中期报告由各系集中归档保存。以激光技术为基础的解除机器人路径跟踪系统塔式起重机摘要随着高层建筑数量的增加，塔式起重机的使用，在韩国其数量现在每年不断增加。因此，工作区和高重复的工作效率问题的安全问题出现的解除材料到高的地方的过程。作为对传统的塔式起重机替代方案，我们正在开发一种机器人塔式起重机系统。通过开发一种机器人吊臂系统，我们期望生产率增长9.9-50的基础上改善以往的研究结果。在这项研究中，我们研究了激光的可行性，以科技为本的解除机器人路径塔式起重机系统的跟踪系统。有努力开发机器人塔式起重机，但他们可以通过预先计划的旅行路径停止的问题。我们提出用激光装置，编码器机器人塔式起重机系统，以及一个加速计，并测试了在室内，室外和摆动系统的可行性条件。在这个过程中，我们开发了一个软件应用程序能够接收和记录，从激光设备中的数据。试验结果表明了在各种户外条件下机器人塔式起重机的拟议取消的可行性路径跟踪系统。关键词：激光测距;机器人塔式起重机;自动升降系统1.导言世界上许多国家的建设有竞争力的建筑技术和材料工程的进步推动高层建筑和摩天大楼。阿联酋，例如，正在建设迪拜塔，这将是一个800多米的世界最高的，美国正在建立“自由塔”约540米的高度，韩国还计划在龙山和塔仁川松岛建立标志性建筑。据孙钟康，负责的迪拜塔项目，超过1000米的建设项目经理是在目前的施工技术范围，考虑到施工技术的发展速度，建设高度超过4000米将在50年内可行。塔式起重机使用量已大幅上升之后，每年全球Manhattanization趋势。表1显示了从2001年至2005年每年塔式起重机在韩国使用的增幅率。表1 2001年年度至2005年塔式起重机在韩国使用的增加率年份20012002200320042005塔式起重机的数量21042951310029853278年均增长率40.3%5.0%3.7%9.8%表2预期减少解除机器人采用建筑起重机系统的时间研究员起重机类型建议系统测试方法在取消的时间减少埃弗里特和斯洛克姆移动式起重机监控系统现场测试16%21%罗森菲尔德塔吊一般概念机器人塔式起重机小规模的实验室测试使用的是龙门起重机15%50%Lee等塔吊监控系统现场测试9.9%38.9%在这项研究中，我们提出塔式起重机使用激光技术和报告的室内和室外的可行性测试结果的提升路径跟踪系统。拟议的系统包括：两个核心模块的解除路径规划模块和解除路径跟踪模块。基本作业的概念是相似的GPS汽车如图所示导航系统。 如图1：图1运行过程中的机器人塔式起重机拟议的工作过程假定施工现场部署1的BIM（建筑信息模型）的过程。首先，系统收到的材料标识符解除从一个中央数据库存储了施工进度和3D的BIM模型。带有集成全球定位系统和RFID读取器领域的工人发现的材料的升降机从料场（图1（a）。起重路径是使用作为出发点和从作为目标位置的中央数据库（图1安装位置放养材料位置（b）项）。一旦虚拟路径是由解除路径规划模块生成，因此移动塔式起重机（图1（c）项）。实际路径，但是，可能是不同的道路，由于计划的不同缠绕电缆或解除的材料重量电缆的长度变化是取消这些变量。这些差异可能导致安全事故，因此，解除监管的实际路径是至关重要的，如果这些分歧已侦破的解除路径规划模块必须立即发送修改计划路径塔式起重机（图1（d）项）。起重路径规划方法，取得了很大进展。2.以前的研究目前已在努力制定一个高层建筑施工机器人系统。主要的动机包括在工人，由于低出生率，在技术工人的数量减少数量减少，以及需要改进生产力和建设进程。在SMART（清水制造系统的先进机器人技术）系统是一个完全自动化的高层建筑建设系统。机器人全站仪由几个电机和非常敏感的光学传感器。因此，即使其价格下跌了，机器的耐用性需要进行检查。表3总结了长处和考虑的替代性的问题。表3 考虑的替代性和问题考虑替代强项问题机器视觉相对便宜不准确非常敏感，室外光照条件不符待盲点问题RTK技术，国内禁止的货物精确的非常昂贵受电力供应问题除与钩块信号干扰问题阿配对GPS系统廉价电力供应问题除与钩块信号干扰问题单一的激光测量装置相对便宜和简单待盲点问题绞车上的一个电位器相对便宜不准确阿机器人全站仪精确的非常昂贵待盲点问题不耐用在审查了各类最新的传感器技术，我们发现有相对便宜，耐用，准确的激光可以在我们的系统使用的传感器。除了激光传感器，我们的系统使用了编码器和加速计来测量旋转角度。我们首先解释这些传感器的工作，并描述选定激光模块的特点，更多的细节。3.建议本研究提出了作为一个机器人塔式起重机，这是该起重系统和旋转组成部分可控钩块解除路径跟踪系统。如导言解释，提升系统是由一解除路径规划系统和解除路径跟踪系统。阿旋转控制钩块是钩块可以旋转解除材料，理想的角度，以适应两栏之间的材料后，取消到目标位置。我们已经开发了旋转控制钩块。图。二是发达旋转图片可控钩块。它不是完全自动化，但远程通过在一个大楼的顶层工人控制。图2旋转可控钩块本研究的重点是提升路径跟踪系统使用激光仪器来测量直线距离和一个编码器和加速计来测量水平和垂直角度。这项建议制度，适用于塔式起重机和变幅起重机略有变化。在塔式起重机情况下，两个激光装置和一个编码器使用（图3（a）。一个激光设备，固定的臂和桅杆交集，措施的水平距离（R值）到实时手推车。其他激光设备连接到一台车和措施的垂直距离（即Z值）的一个钩子块。去年，一个旋转的角度（）是衡量一个编码器上读取的值传感器连接到转盘。图3拟议的系统上的塔式起重机安装和变幅起重机（a）拟议系统塔式起重机安装 （b）拟议的系统上的变幅起重机安装在起重机专家咨询，我们了解到，最安全的方式操作塔式起重机将朝着一个方向的起重材料，然后在另一个第一：即，在垂直方向上，水平方向则。道路的材料被撤销，可以由一个3组系列为代表的dimenstional直角坐标（x，Y，Z轴）或极坐标上（R，z）的，从收到的激光装置。 x的定义，y和z在不同的系统上开发的原点定义（例如，经营者的塔式起重机或材料库存地点客舱）而定。我们的系统接收来自传感器的数据极坐标。这些极坐标值可以很容易地转换成直角坐标值使用的三角。对于变幅起重机，又没有车，水平距离可以衡量衡量一个臂倾角。在一个变幅起重机，激光设备，编码器的情况，并使用一个加速计（图3（b）项）。一个激光设备连接到一个变幅举报吊臂来衡量的垂直距离为一钩块（在z值）。编码器是用来衡量一个塔式起重机（即值）水平旋转角度。此外，一个加速计是用来衡量一个臂（即值）倾角。计算公式如下，其余的值可以通过采用R值上述公式计算出来的。(1) r=l*cos其中r 从一个解除物质水平距离的臂结束；l一个臂长；臂的斜坡。这些值被发送到一个可视监控系统，视觉悦目，比较有计划的道路和实际路径图4。如果有任何计划，从实际的路径偏离道路，计划路径实时再生。图4 阿激光测量模块连接到超便携式电脑4.范围和领域的方法适用性试验导言中5个潜在的问题，在解除路径跟踪系统，如下：- 盲点问题- 电力供应问题- 龙起重距离问题- 材料摆动问题- 耐久性问题。我们的系统没有盲点。也没有任何供电，因为它们是连接到一台车，或一个，而不是一个钩块是在一个移动电缆，挂臂头传感器技术问题。目前已经在提供电力的小车市场的商业产品。因此，本研究对其余三个问题，重点如下核查地盘我们的制度的可行性：是可行的测量在100-200米的距离？是尽可能精确的测量，即使材料是由风或摇摆，还是由于惯性？是否有灰尘，如天气条件或外部因素造成的其他问题？首先，适用范围和允许的误差范围的定义进行了实验。这项研究的范围有限的楼宇低于200米，因为在城市建筑物一般不超过200米实验共进行激光设备，只是因为有一些外部因素影响的编码器或加速度计的准确性。在激光器件允许误差限度定在10厘米鉴于激光装置的精度和材料的准确位置，即使是错误的方向50厘米，可能是接受的，因为材料通常在宽度超过30厘米。实验共进行了三个不同的地方。第一个实验是在室内进行的外来环境变量（包括光线条件下），可以很容易地控制，测试的激光装置的整体表现。二是做户外测试的室外环境和长途测量精度的影响。然后，在现场进行试验，发现任何意外的因素。5.选择激光装置为了选择一个激光传感器适合我们的需要，我们采访了12个建设机器人专家 - 7来自学术界和业界的5个。以下九个考虑因素作为重要的讨论：实时测量距离，最大可测距离，误差范围，激光安全性，耐久性，与其他设备，体积，重量的兼容性和价格。表4显示了9个因素的名单和每个因素的激光装置，我们几位候选人中选出（MDL公司LaserAce 即时R150）的值。没有太多的候选人能够满足我们的标准。由于开发的，只有少数激光想办法进行实时1万元以下的时间测量。此外，有更少的设备，小到可以连接到一个手推车，有一个装置，测量数据传输到其他设备。表4 选择一个激光设备的标准激光模块军事分界线LaserAce 即时R150实时测量可能最大可测距离（反射时独家使用）600m精度100mm激光安全Class 1耐久性（IP代码，耐久性）IP67与其它设备的兼容性RS232, USB尺寸（长宽高）1035438mm3重量（kg）0.26价格约 $3000激光安全分为标准化，阶级和阶层人数降低，更好的安全。例如，第1类设备的安全比第2类的。对于电子设备，IP代码耐久性用于代表罩周围的灰尘和液体电子设备环保。的第一个IP地址位代表对固体物体的保护（如灰尘），第二个对液体保护。第一个6位数字意味着具有完善的设备，而第二次对7位是指设备的证明是完全液体固体物体的保护。因此，IP 67代表了最好的耐久性。例如，一个产品的额定等级IP54，我们考虑。这意味着，该产品可能维持在高水损害大雨条件。另一方面，军事分界线LaserAce 即时R150，我们选择的产品，额定等级IP67，因此是完全防尘，防水。 与其他设备的兼容性是衡量的数量和端口的一个激光设备支持的类型。许多人1万元以下激光测量设备有内置的数据指标，但没有一个单独的数据端口，因此，不可能发送测量数据。另一方面，军事分界线LaserAce 即时R150可以把数据传送通过RS232和USB接口的个人电脑，尽管它记录自己的数据缺乏。因此我们的研究人员开发出一种单独的数据记录软件应用程序，可以传输和存储测量数据传输到UMPC（超级移动个人计算机实时）。图5显示了激光模块连接到超便携式电脑。 图5 可视化监测系统6.实验一 - 户外测试在室外实验，我们试图找出错误和系统的应用程度，潜在的问题地盘，因为错误可能发生由于激光射线的干扰因素（在不同亮度的对象正由光，干扰测量在光束的路径，以及夜间环境）。一般纸板被用作一部分默认设置和测量距离越来越1，5，10，20，50，100和200米室外的实验表明，测量距离可能只达240米，远远超过了600米中描述的最大测量距离减去手册激光测距模块。但是，当进行测量，从200米至240米，一个微妙的调整，以确保垂直度，需要，有时是无法衡量的距离。高达200米的地方进行测量的，测量误差距离为10厘米或不到0.05和95置信水平显着性概率（表6）少。在晚间工作的审议，进行试验，太阳落山后，但与室内试验，测量是不可能的，由于从街灯干扰。表6. 室外测试结果 直线运动距离（米）最大误差模式平均标准差t自由度显着性水平（单尾）10.061.041.040.009897.61690.00050.075.045.040.0094360.18690.000100.0410.0210.020.0136586.96690.000200.0620.0320.030.00822,077.32690.000500.0350.0050.000.01136,439.95690.0001000.0999.98100.010.03226,141.91690.0001500.09149.99149.990.03140,832.96690.0002000.12199.91199.920.02276,565.48690.0007.实验二 - 实地测试现场试验在一塔，天安，Chungchungnamdo起重机租赁公司进行。在现场试验是确定的挥杆问题，这可能对实际情况和其他突发事件发生附加激光设备的手推车的原意。但是，我们不能这样做，因为我们的试验计划，由于管理人员对安全问题的关注。相反，激光装置设置在地上，被取消的材料是绑在钩来测试钩摆动的影响（图6和图7）。图6 白色泡沫板和卷尺连接到一个钩块：激光装置，放在地上，由于安全问题。图7 在空中钩块材料可能动摇或摆动控制时，被一辆手推车，钩块和转盘运输。现场试验表明，当小车和钩块的行动中，几乎没有发生摇摆，不像我们一般的期望，因为这种材料被撤销，是极其沉重的钩块的支持，两个或四个钢丝绳。当转盘转动，但是，对旋转方向摆动发生因钩块惯性和材料。一般而言，风的影响也小不像我们所期望的，因为法律规定必须建设工作必须停止，如果风速超过10米/秒在当天的试验最大风速为17米/秒测定的距离在2，5，10，20的距离，离地面36米的手推车。在实验过程相似，以往实验，并测量了距离附上一份卷尺的材料证实，被解除。当激光设备无法检测到一个反射面，它返回了99999错误信号。在实验中，当摆动材料出去的探测范围，由于强风，激光器件返回一个错误的信号。当摆动的材料，通过激光检测范围获得通过，立即感受到了物质和恢复正常的值。在数据分析，错误信号被过滤掉了。表7显示的结果。结果表明，测量是可能的错误方向每测量部分不到10厘米。表7 场测试 垂直运动距离（米）最大误差模式平均标准差t自由度显着性水平（单尾）20.102.072.070.0353.01690.007550.135.075.070.052931.97290.0400100.0810.0510.050.030185.23890.0005200.1120.0720.070.048642.01690.0375360.0936.0636.060.022246.40090.0000激光束直去，而且在一定距离扩散。由于这种效果，它可以测量距离，即使反射板是一点点从中心（图8）引入歧途。为了确定在何种距离时，可以测量材料的波动和决定的反射板适当的大小程度上，我们进行更多的试验。我们逐渐从中心的反射板外，直到激光设备无法测量的距离。如表8所示，激光器件工作，直到反射董事会关闭约0.15米（15厘米）的中心。换句话说，测量仍然有可能甚至在材料摇摆达到约0.15米（15厘米）。图8 可测量的水平范围表8 户外测试结果摇摆运动距离（米）0.55102050150200最大。衡量的水平范围（米）0.6650.6600.6680.6670.6780.6920.693然而，即使是小秋千可能导致很大的偏差和钩块很大影响时，电缆长度达200米一个可能的解决这个问题，正如以前所说的在上一节，是附加一个机器人带电动多上，而不是一个固定的角度激光装置和一个“棱镜”的钩块，而不是一个手推车轴运动全站仪反射。今天，机器人全站仪是能自动追踪棱镜棱镜，即使一秒钟消失了。但是，他们仍然非常昂贵，并有可能很容易破碎时，上车，而不断震动，动摇上。另一个解决办法是扩大反射板，但有一个大小的限制，什么可以附加到一个钩子块。还可以反射角度偏离和反射光束可能无法返回到激光设备。在反射角可以解决的问题在一定程度上使用“角立方体retroflector。”甲角立方体retroflector（或一个角落里立方体或在短角反射器）是一个光学设备（反射），反映来自任何方向的光线回到他们的源使用三个正交放置镜子，不论对角立方体方向。然而，一个角落立方体不是因为它限制在可能的设置规模和灰尘和雨水问题的最终解决方案。另一种解决方案是使用一种算法，进行无意义的数据过滤器。在下一节“的算法来解决挥杆问题”，将讨论和深入的讨论这个问题。8.一种算法，解决问题的秋千下面的算法，建议处理正确的数据则不会传输问题。建议的调整算法采用一种方法，措施，垂直升降矢量值（即取消会员的速度），然后计算并存储垂直升降值（Z值）使用的速度达到一定的一点，而不是实际的速度测量，如果测出速度偏离设定的范围。一般来说，如果水平移动距离是无法衡量的通常是因为激光束不能达到反射板，一辆手推车与地面的距离来衡量，其价值将远远大于正常值。所建议的算法可以描述如下通过使用伪代码：z0 = current z value z1 = new z valuedt = time intervalvelocity1 = (z1 z0)/dt / new velocityvmax = the maximum velocity of a lifted material in a normal situationif 0 velocity1 and velocity1 vmax / a normal case z0 = z1 / Replace the current z value (z0) with the new z value (z1). velocity0 = velocity1 / Replace the current velocity value with the new velocity value.else / an abnormal case z2 = z0 + (velocity0 dt) / Calculate the assumingly normal z value (vertical location). velocity0 = (z2 z0)/dt / Recalculate and replace current velocity value with new velocity value.z0 = z2 / Replace the current z value (z0) with the newly calculated z value (z2).end if关于允许的速度范围，它预计将超过1.5公里的最大价值减去/小时取消实际上是在两个不同的建筑地盘的调查速度的平均值分别为0.5公里/小时，0.86公里每小时，其标准偏差分别为0.3公里/小时，0.6公里每小时分别。然而，更多的数据需要有一个可靠的范围内允许的速度，因为这个结果是从某一天工作的试验和对某些解除任务（钢筋和铝的具体形式）。9.结论本研究提出了自动解除机器人路径塔式起重机，它使用后，考虑机器视觉，全球定位系统，一个单一的激光装置等的建议的可行性，通过激光器件，编码器和一个加速度跟踪系统在建筑地盘系统通过各种实验验证。主要考虑因素的解除路径跟踪系统包括1）可能高达200米，2）没有盲点防止跟踪，3）摆动问题的审议中长距离跟踪，4）稳定的电力供应，以及5）对耐久性户外接触粉尘或雨。在实验分三个阶段进行核实适用性强的一所建议的系统的施工现场。该实验的结果如下。尘埃或天气条件并不妨碍在建议的方案因素。激光设备可以读取的距离时，反射是灰尘或潮湿的。此外，该装置是灰尘和水隔音。如果下雨或下雪严重，塔无法操作。因此，恶劣的天气条件不是我们所关心。然而，尘埃，气候条件，不断振动和其他突发因素的地盘就拟议制度的效果有待进一步检验。虽然该系统的可行性进行了验证，通过各种测试，以保证安全和在实际建设项目建议制度的适用，应测试全在不久的将来大规模测试。此外，我们不能忽视的问题，可能会完全不在建设的技术问题和部署现场塔式起重机的机器人，如某建筑物或劳动法规相冲突的拟议吊车系统采用机器人。我们现在正在建设一个全面系统的过程和规划部署在真正的建设项目在明年。我们期望我们能够识别和解决在这个全面的系统测试过程中这些问题和其他实际问题。International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740747Rapid tooling analysis of Stereolithography injection mould toolingSadegh Rahmati?, Phill Dickens1Manufacturing Engineering Group, Mechanical Engineering Department, University of Imam Hussain, Tehran, IranAvailable online 13 November 2006AbstractIncreasing competition in global markets is exerting intense pressure on companies to trim their product cycles continuously. Asdelivery times and costs of tools are on a downward trend, the modern tool manufacturer is under pressure to produce tools quickly,accurately and at a lower cost. Reducing the time to produce prototypes is a key to speed up the development of new products. Rapidtooling (RT) with particular regard to injection mould fabrication using rapid prototyping (RP) technology of Stereolithography (SL)may lead to savings in cost and time. In this paper, SL is used to directly build rapid injection mould tools for short run production. SLtools have been evaluated to analyse the maximum number of successful injections and quality of performance. SL epoxy tools were ableto resist the injection pressure and temperature and 500 injections were achieved. The tool failure mechanisms during injection areinvestigated and tool failure either occurs due to excessive flexural stresses, or because of excessive shear stresses.r 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.Keywords: Rapid prototyping; Stereolithography; Rapid tooling; Injection moulding1. IntroductionThe design to production time for new componentscontinues to decrease so that the long lead-time inproducing tooling conventionally becomes more of abarrier in responding to customer demand 1,2. Increasein design capabilities, product variety, demand for shor-tened lead-time and decrease in production quantities arethe major driving forces in the development of rapidtooling technologies, where tooling time and cost aresignificantly reduced 35. At the same time, SL toolingtechniques are improving and are becoming increasinglypopular among manufacturers 68. The development ofthe SL injection moulding tools at the University ofNottingham, has taken place along two fronts.The first was to provide material data for tool designunder extreme conditions of stress and temperature, andobtaining data from different tests, which resemble realsituations 9. The second development was a theoreticaland analytical analysis of SL tools during the injectionprocess 10. It has shown that SL injection mould toolingcan be used successfully in low to medium numbers, and upto 500 parts have been produced with one tool 11. Therest of the paper addresses the following: Section 2 outlinesthe experimental procedure, Section 3 focuses on theinjection pressure analysis, Section 4 deals with tooltemperatures studies and testing mechanical properties ofthe epoxy resin on tensile and impact strength, Section 5concentrates on the failure mechanisms during injection bylooking at flexural stresses, shear stresses, crack propaga-tion and fatigue using SEM observations, and Section 6 isthe results summary.2. Experimental methodIn constructing SL injection moulding tools, epoxy insertshells were fabricated directly from CAD data on an SLmachine (SLA 250). These inserts were then fitted into steelmould bases through steel frames, and back-filled with analuminium powder/aluminium chip/epoxy resin mixture(Fig. 1). The back-filled mixture added strength to theinserts and allowed heat to be conducted away from themould. The modular steel mould bases were two standardbase plates machined with a cylindrical pocket to fit thesteel frames and the inserts 12. The SL tools were thentested in a 50ton Battenfeld production moulding machineARTICLE IN PRESS/locate/ijmactool0890-6955/$-see front matter r 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.doi:10.1016/j.ijmachtools.2006.09.022?Corresponding author.E-mail address: rahmati (S. Rahmati).1Professor&HeadofRapidManufacturingResearchGroup,Loughborough University, UK.to produce parts from polypropylene (PP) and Acryloni-trile Butadiene Styrene (ABS) (Fig. 2).During the moulding process, the temperature andpressure of the cavity were monitored, and the melttemperature was controlled using different thermocouplesto ensure that the conditions within the cavity were asuniform as possible. Fractured samples of both the mouldsand the mouldings were examined using either an opticalmicroscope or a Scanning Electron Microscope (SEM).Fractured cubes were used to investigate the failure crosssections and fractured surfaces. Failed cubes embeddedinto the moulding material were mounted using a castingmaterial and cut and polished in order to be examined,using an optical microscope. However, fractured surfacesof the cubes and the core were investigated using SEM,which led to the interpretation of the failure mechanism ofthe SL tooling.3. Injection pressure analysisWhen the melt enters the cavity, it moves radially awayfrom the centre, and hits the blocks. Then the flow movesin three directions, upwards and around the cubes until thethree flow fronts meet at the back symmetrically. The flowloses pressure and heat as it moves away from the centreand in addition to this pressure loss, the flow movingupwards faces additional loss due to the bends. There aretwo main forces acting on the blocks, one due to the shearstress acting on the base, the other is the bending stresstrying to tip over the blocks. In general, at any instantwhere the injection pressure is higher than the toolstrength, failure is feasible. To avoid this, care is taken toinject at a temperature where the tool has sufficientstrength. This criterion has led to a well-defined cycle,where injection always takes place when the tool tempera-ture has dropped to 451C, where the materials strength isable to resist the injection pressure.When a shot is made, plastic is pushed into the cavityand as a result pressure is exerted on the tool. The pressureprofile is investigated using load cells placed at the bottomof the ejectors (Fig. 3). The pressure exerted on the ejectorswill be transferred to the load cells placed at the other endof the ejectors. Three ejector pins out of five, one in themiddle and two in the corners were selected for measuringthe pressure. All load cells were wired to a Data Loggerand operated by a PC. The voltage changes duringARTICLE IN PRESSSpring & Gating systemCavity Steel FrameCore Steel FrameEjector PinsStereolithographyCavity InsertBack Fill materialStereolithographyCore InsectFig. 1. Cross sectional view of the SL injection moulding tool inserts.Fig. 2. The moulding after being ejected from the SL tool.SprueCorner ejectorsMiddle ejectorSprue bushMouldingEjector baseLoad cellCore sideCavity sideMiddle ejectorLoad cell wiresFig. 3. The location of the ejectors and the load cells.S. Rahmati, P. Dickens / International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740747741injection were recorded and converted into pressure. Theresults are plotted in Fig. 4 where the maximum injectionpressure of 1650psi (11.4Mpa) on the middle ejector,drops to about 1300psi (9MPa) on the corner ejectors.4. Temperature and material studies of SL epoxy toolA number of thermocouples were inserted in differentlocations of the core and cavity to continuously monitorthe temperature in real time. In particular thermocoupleswere inserted on features, which are more vulnerable toheat, such as cubes which were heated from five directions.A PC temperature logger was used to monitor and recordthe data and analyse the changes in temperature duringinjection. Fig. 5 is typical real time temperature behaviourwhere the cycle time is long enough to cool the mould to451C before starting a new injection.Standard specimens were built for tensile strength, shearstrength according to ISO527 and impact strength testaccording to ISO 179. Tests were carried out using aminimum of 10 specimens tested at each temperature,where samples were heated by built-in heating chamberandtestedusingInstron1195machineatdifferenttemperatures. The average impact strength result wasdetermined to be 28.4kJ/m2and the average result atvarious temperatures is plotted in Fig. 6. Epoxy tensile andshear test results are shown in Fig. 7. Although themaximum tensile and shear strength is at 201C, there isrelatively little elongation and elasticity at this temperature,which means that the impact resistance is minimum(Fig. 6).Thermosettingmaterialssuchasepoxypossessarelatively wide glass transition temperature. With anincrease in epoxys tool temperature, the tensile strengthof the tool decreases while its impact resistance increases(Figs. 6 and 7). These properties work in favour of the SLtooling technique. Due to the absence of water cooling andthe short freeze time of 15s, stress and warpage wereintroduced to the part, in particular at hot spots where heatwas dissipated at a lower rate. However, increasing thefreeze time from 15 to 35s has minimised the warpage.It is clear that there is an optimum mould temperature toget an acceptable moulding without damaging the SL tool.This temperature is a trade off between the tensile andshear strength on one hand and toughness strength on theother hand. For example injection at tool temperatures ofARTICLE IN PRESS02004006008001000120014001600180003691215182124Corner Pressure 1Middle PressureCorner Pressure 3Pressure Profile inside the SL Epoxy Cavity in Three Locations Pressure (psi)Time (sec)Fig. 4. The pressure profile inside the cavity at three locations.0204060801001200100200300400500600Temperature (Deg C)Core1Core2Core3Core4Cavity1Cavity2Cavity3Cavity4Time (sec)Fig. 5. Temperature variation inside the epoxy tool during successive cycles.S. Rahmati, P. Dickens / International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740747742251C would probably cause failure because of the toolslack of toughness. However, at 451C the tool has survivedand more than 500 successful shots were made. Using anair jet to cool the mould has proved to be successful, andhas doubled the rate of production by reducing the cycletime from 4.3 to 2min.5. Failure mechanism analysisWhen the plastic is injected into the cavity, there is asudden pressure rise within the cavity, which is the highestpressure reached during the moulding cycle (Fig. 4). Thispressure exerts a force on the core features, which maycause tool fracture, if the ultimate tensile strength orflexural strength of the material is exceeded. Fig. 8, showsthe various scenarios which may arise during plasticinjection. In (a), there is no failure, in (b) there is a flexuralfailure and in (c) there is a shear failure. Flexural stress canlead to instant failure, or alternatively, to crack propaga-tion and fatigue failure.5.1. Flexural failure during injectionThe majority of failures observed during this investiga-tion were due to flexural stresses. During flexural failurethe injection pressure overcomes the tools flexural strengthso that the feature rotates about its pivot point, andultimately breaks off (Fig. 8(b). This may occur if theinjection pressure is beyond the flexural strength of the SLtool, but flexural failure is usually due to the history of theloading. The flexural stress for a cantilever beam with auniform force F acting on it, is given in 13:s 6F ? hat2,(1)where, h, a and t are the cube height, width and depthrespectively as shown in Fig. 9. Table 1 shows thetheoretical calculations of flexural stresses for the SL cubesversus their flexural strength. Using this equation it can beseen from Table 1 that only the largest cube should survivethe injection pressure and the rest of the cubes fail.ARTICLE IN PRESS2030405060708090100102030405060708090Impact Strength (kJ/m2)Impact StrengthTemperature (Deg C)Fig. 6. Impact strength of filled epoxy versus temperature.010203040506070102030405060708090100110Tensile Strength (MPa)010203040506070Tensile (MPa)Shear (MPa) Temperature (C)Shear Strength (MPa)Fig. 7. Maximum Tensile and Shear strength of epoxy SL5170 versus temperature.S. Rahmati, P. Dickens / International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740747743However, in practice, the SL tools have produced hundredsof parts prior to failure, so that the theoretical model in Eq.(1) overestimates the flexural stresses. There are tworeasons for this discrepancy. First the flexural stressformula assumes a minimum beam aspect ratio of 10 whilethis ratio here is four 14. Secondly the injection pressureexerted on the cubes during injection was taken to be thepressure at front of the cubes but in reality this pressure ispartly counteracted by the melt pressure behind the cubes.In the case of the smallest cube, the net pressure is foundto be 153psi, which gives a flexural stress of 15Mpa usingEq. (1), which is less than 27Mpa (flexural strength of thetool at 401C). This suggests that all of the SL cubes shouldsurvive the injection pressure. A better theoretical methodfor calculating the flexural stresses would be through theapplication of computational fluid dynamics (CFD) andfinite element method (FEM), which will combine the fluidand stress analysis to model the SL tool.5.2. Crack propagation and fatigueFlexural stresses can also induce a fatigue typeprocess, spanning a number of moulding cycles. In thissituation, the cube pivots as in Fig. 8(b) without beingfractured but a crack is initiated at the intersection betweenthe face of the cube in tension due to flexural stresses, andthe core face perpendicular to it. During subsequent cycles,the crack propagates through the base of the cubeeventually resulting in failure. Failure analysis of theSEM images has revealed that the crack propagatesthrough the cubes prior to the ultimate failure. Micro-scopicpicturesofmouldingsnumberedsequentiallyindicate that the crack has started well before the ultimateflexural failure. Fig. 10 is a picture taken of the crosssection of a moulding before the actual failure happened,where subsequent injection mouldings have exhibiteda positive flaw corresponding to the inverse of thecrackgenerated.Fig.11showstheflexuralfailureof a similar cube to that seen in Fig. 10, after a numberof shots.Crack initiation in SL tools occurs predominately atstress concentrations, such as sharp corners or at stairsteppings (an inherent property of SL parts). CrackARTICLE IN PRESScubemoulding(a) (b) (c) Flow directionMelt pressureMelt pressurepivoting point Fig. 8. Schematic view of different scenarios, which may occur during injection. (a) No failure; (b) Flexural failure; (c) Shear failure.Plastic flowXYZtFlexural stress in X directionNeutral AxisY YhaFig.9. Schematicviewofthecubesstressparametersandtheapproaching flow.Table 1Flexural stresses exerted on the SL cubesMoment ofinertia I(m4)Moment M(Nm)Flexuralstress s(Mpa)Flexuralstrength at401C (Mpa)Cube 1108?10?121.68746.8565.0Cube 262.5?10?121.68767.4665.0Cube 332.0?10?121.687105.4165.0Cube 413.5?10?121.687187.4065.0Fig. 10. Moulding showing the attached plastic of crack before failure.S. Rahmati, P. Dickens / International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740747744formation may also result from flaws or microscopicdefects created during photo-polymerisation process duetomaterialdiscontinuities15.Sharpcorners,stairstepping, voids or flaws are a cause or source of crackinitiation. Fatigue failure can be minimised by introducingfillets at the sharp corners in order to reduce the stressconcentration and crack propagation. Evidence of thecrack failure as shown in Fig. 12, can be seen on thefracture surface in the form of striations, where each oneof these marks represents crack growth. At the tip of thecrack and in a small region near the tip, the yield strengthofthematerialisexceeded.Inthisregion,plasticdeformation occurs and the stresses are limited by yielding17. After each cycle, the crack grows in the same manneruntil a critical crack length is reached. At this point, thecrack tip can increase in velocity and spread all the wayacross the cube resulting in failure.5.3. Shear failureDuring shear failure, the feature is sheared off in thedirection of the melt flow. Fig. 13, shows the cross sectionof a sheared SL cube. Notice that the SL cube has beenpushed across by the flow of plastic. The shear stress at apoint in a section is given by 18:t VQIa,(2)where V is the shear force at the given section, Q is the firstmoment of the area about the neutral axis, I is the momentof inertia of the cube section with respect to the neutralaxis, and a is the width of the cross-section. As the shearstress calculation results show in Table 2, the maximumshear stresses produced in the SL tool during operation arebelow the shear strength of the SL tool. Moreover, the SLtool can survive at injection temperatures beyond 401C asshown in the last column of the Table 2. Fig. 14, shows themaximum shear stresses at various points of the cube baseversus the average shear stress. The plot of the maximumshear stresses at various points results in a parabolic curve.6. ConclusionsSL tools have been successfully tested where failureswere observed after 500 shots. SL tool failure mechanismshave been investigated and different scenarios have beendemonstrated. Using a thermoplastic with a meltingtemperature of 2003001C in epoxy SL tooling which hasa Glass transition temperature (Tg) of about 60901C,seems unrealistic or impossible. However, the key point tothe success of this technique is the very low thermalconductivity of the SL tool and the short injection time(Fig. 15). These two factors are the key to the success of theSL injection mould tooling, which are overlooked bymany.ARTICLE IN PRESSFig. 11. Flexural failure as a result of crack propagation.Fig. 12. SEM observation revealing striation marking on the fracturedsurface.Fig. 13. SL cube being sheared off during injection moulding process.S. Rahmati, P. Dickens / International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740747745Although epoxy has a very low tensile or shear strengthat high temperatures, during the first few seconds ofinjection in which the maximum pressure is exerted on thetool, the heat has not been able to penetrate. Therefore, thetool strength is still maintained and low conductivity of theepoxy works in favour of the process initially. It can beconcluded that the tool must be cooled down in eachcycle to as low as 40501C before the next injection ismade. Tool cooling can be achieved either through freeconvection,whichtakes45minorthroughforcedconvection by means of an air jet which reduces the cycletime to 1, 2min. The results of the work can be summarisedas follows:?More than 500 parts were produced using the epoxy SLcore and cavity using external air jet to cool the tool to451C.?Tool failure during injection is independent of theplastic temperature.?Failure during injection may occur either at low tooltemperature when tool toughness is not sufficient, or athigh tool temperature (above epoxy Tg).?As experience and theoretical calculations confirm,flexural stresses during the injection process are themost probabl
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