1、嘉兴学院南湖学院外文文献翻译译文题目： 拉钩的冷冲模设计 系 别： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化班 级：机械N061 学 号： 2006456790601 学生姓名： 潘晓慧 二、翻译文章 注塑模的参数控制型腔布局设计系统M. L. H. Low and K. S. Lee机械工程系，新加坡大学，新加坡如今，塑料产品的上市时间变的越来越短，因此，制造注塑模的可用交货时间也变的少了。在模具的设计阶段有个省时的潜在方法，因为由于每个模具设计可以是标准化的，所以一个设计程序可以被重复使用。本文提出了一种通过使用标准模版来控制几何参数的方法来设计注塑模的型腔布局。标准模版的型腔布局设计
2、包括可能布局的配置。每个布局设计的配置都有其特有的由所有几何参数构成的布局设计表格。这个标准模版是预定义在合型设计的布局设计的级别时的。这样就能够确保要求的配置能够被快速地输入到模具装配设计中，而不需要重新设计布局。这使得它在模具制造前产品设计师和模具设计师之间的技术讨论上更有用。在讨论时直接改变3D型腔的布局设计，这样可以节省时间和避免错误传达。型腔设计的标准模版便于各个模具制造公司依照顾客具体要求而制造他们各自的规格。关键词：型腔布局设计；几何参数；合型；注塑模设计；标准模板1简介注塑法是在一个较好的公差范围内生产大量塑料零件的最简单的方法。在注塑法中有两个主要的要求。那就是注塑设备和注塑
3、模。注塑制模机上有安装好的模具并且提供有将熔融的塑料从机器中转移到模具中的机械设，利用压力应用程序来加紧模具来喷出成型的塑料部件。注塑模是将熔融的塑料转变成最终具有详细尺寸形状的塑料部件的工具。如今，随着塑料部件的上市时间变得越来越短，在一个更短的时间里生产注塑模变得更加必要。注塑模具的设计及其相关的领域有很多工作都是依靠电脑技术来完成的。知识库系统例如IMOLD1.2，IKMOULD3，ESMOLD4，台湾5的国家程康大学6的知识库系统，德雷塞尔大学的知识库系统等都是注塑模具设计较发达的。如HyperQ/Plastic7，CIMP8，FIT9系统等,通过使用知识库系统在挑选塑性材料方面有了发
4、展。在注塑法10-12的分离设计技术上也同样有所提高。据观察尽管模具制造公司仍在使用3D CAD软件来进行模具设计，大量的时间都浪费在了仔细检查每个项目的同一设计程序。在模具设计阶段如果重复的设计程序能够标准化进而避免了常规任务就能够更好的节省时间。在合型方面一个有条理的树形分层设计也同样是个重要因素13,14。然而，在型腔的布局设计中有极少的工作是控制参数，这样，这片领域将是我们主要的焦点。尽管在设计型腔的布局时有很多的方法15,16，模具设计师们更倾向于使用最常见的设计方法，这样就有必要在型腔布局设计层面上制定标准。本文介绍了基于标准模板通过控制参数来设计注塑模的型腔布局设计的方法。首先，
5、必须确定一个有条理的树形合型分层设计。其次，对标准配置和不标准配置之间不同型腔配置进行分类。在配置数据库中将标准配置列表，并且每个配置有其自己的布局设计表来控制它自身的几何参数。这个标准模板在模具合型设计的布局设计阶段进行先验。图1.前嵌入（型腔）和后嵌入（型芯）2注塑模的型腔布局设计 注塑模是将熔融的塑料转变成最终具有详细尺寸形状的塑料部件的工具。这样，一个模具的最后部分要包含有推出机构。大多数的模具由两部分构成：动模板和定模板。在有些模具制造公司，动模板也被称为凹模，定模板也被称为凸模。 表一所示为动模板（凹模）和定模板（凸模）。熔融的塑性材料被注射进型腔中。熔融的塑性材料固化后就形成了部
6、件。表二所示为一个简单的两板式注塑模。图2 单型腔合型2.1单型腔和多型腔的区别 通常，熔融塑性材料所注入的空间被称为型腔。型腔的排列被称为型腔的布置。当模具包含有超过一个的型腔时被称为多型腔模具。图3（a）和图2（b）所示为一个单型腔模具和一个多型腔模具。单型腔模具通常用来制造大的直方的部件例如打印机的外壳和电视机的外壳。对于较小的部件如手机外壳和齿轮，一般更经济的用多型腔模具来生产，这样每个模具周期能够生产更多的部件。顾客通常决定型腔的数目，所以他们不得不平衡机器设备的费用和部件的费用。2.2多型腔的布局同时能生产不同产品的多型腔模具称为一个系列模具。然而，它并不经常用来设计有不同型腔的模
7、具，因为型腔不一定能同时在同一个温度下被熔融的塑性材料填充满。另一方面，一个多型腔模具在整个的模具周期中生产相同的产品会用到平衡布局和不平衡布局。平衡布局是指型腔能够在相同的熔融条件下同时全部被填充满15,16。当使用不平衡布局时可能会产生成型不完全的模具，但是可以通过修改分型面的浇流道（熔融塑性材料从浇口流到型腔的通道）的长度来克服。然而这不是一个高效的方法，在可能的情况下避免使用。图4所示为由于使用不平衡布局而导致了成型不完全的情况。平衡布局能更进一步的分为两类：线形和环形。平衡线形布局适用于2、4、8、16、32等型腔，也就是说它遵循系列。平衡环形布局可以有3、4、5、6或者更多的型腔，
8、但是由于空间限制在平衡环形布局的型腔布置上有数量的限制。图5所示是讨论过的多型腔布局。3.设计方法本章概况地介绍注塑模的高级参数控制型腔布局设计系统的设计方法。模具设计的有效工作方法包括将大量的组件和部件安排到设计树的最合适的层次上。图6所示为第一级的组件和部件在设计树的合型层。设计树的第二层向前直到第N层的合型层上的组件和部件将被组合。在这个系统中，重点是“型腔的布局设计”。图3（a）单型腔模具。（b）多型腔模具 图4 不平衡布局而导致了成型不完全3.1标准化程序在模具设计过程中为节约时间，有必要鉴别通常使用的设计方法的特点。每个模具设计中重复使用的设计步骤可以被标准化。从图7中可以看出在型
9、腔布局设计的标准化程序中有两个部分是互相影响的：零部件装配的标准化和型腔布局配置的标准化。 图5 多型腔布局 图6 合型分层设计树 图7 在标准化程序中的相互关系3.1.1零件装配标准化 在型腔布局配置标准化前，有必要识别在型腔布局中在大量型腔中重复使用的零部件。表8所示为一个详细的型腔布局设计的树形层次设计结构图。在树形层次设计结构图的第二层中主要的嵌入部件有大量在层次设计树中第三层以前的被直接装配的零部件。它们可以被看做是主要成分和次要成分。主要成分存在于每个模具设计中。次要成分取决于所生产的塑料部件，所以它们可能出现也可能不出现在模具设计中。 图8详细型腔布局设计的树形层次设计结构图结果
10、，将这些零部件直接放到主要嵌入部件下，确保每个重复使用的主要嵌入（型腔）将延续层次设计树第三层以前的相同零部件的使用。这样，就没有必要重复设计在型腔布局中的每个型腔中的相同零部件了。3.1.2型腔布局的结构标准化有必要学习和将型腔布局标准化分类为标准化和非标准化。图9所示为型腔布局结构的标准化程序。图9型腔布局结构的标准化程序。一个型腔布局设计，可以被理解为或者是多腔布局或者是单腔布局，但是通常是顾客来决定这个。单型腔布局总是被认为有一个标准的配置。多型腔模具可以同时生产不同产品或者同时生产相同产品。一个模具同时生产不同产品被认为是同系列的模具，这是不常见的设计。这样，一个多型腔系列模具就有一
11、个非标准配置。多型腔模具生产相同产品可以包含要么平衡布局设计要么非平衡布局设计。非平衡布局设计很少使用，结果它被认为是有一个非标准配置。然而，一个平衡布局设计也可以包含有一个线性布局设计或者是一个环形布局设计。这个取决于顾客要求的型腔的数目。这个必须注意，然而，布局设计也有其他非标准型腔数目也被分类在非标准配置中。将这些布局设计分为标准化后，他们的详细信息就可以列入标准模板中。在合型设计和支持所有的标准配置的型腔布局设计阶段标准模板要进行先验。这样就能确保要求的配置能够很快的载入到合型设计中而不用再次设计布局。3.2标准化模板从图10中可以看出在标准模板中有两部分：配置数据库和部件设计表。配置
12、数据库包括有所有的标准布局配置，每个布局配置都有它自己的带有几何参数的布局设计表。由于模具制造工业有他们自己的标准，这样配置数据库可以根据顾客具体要求来运用到那些预先被认为是非标准化的设计中。 图10 标准模板3.2.1配置数据库一个数据库可以用来包含了所有的不同标准配置的列表。在这个数据库中的配置的总数目相当于在模具设计装配的型腔布局设计阶段的可利用布局配置的数目。在数据库所列信息就是配置数目、类型、和型腔数。表1所示是数据库的一个例子。每个可利用的布局配置的一般类型和型腔的数目的名字是配置数目。当布局的特殊类型和型腔的数目被要求时，适当的布局配置将会被载入到型腔布局设计中。3.2.2布局设
13、计表配置数据库中所列的每个标准配置都有它自己的布局设计表。布局设计表包含有布局配置的几何参数并且每个配置都是独立的。更多的复合布局配置将有更多的几何参数来控制型腔布局。图11（a）和11（b）所示为装配相同四个型腔布局的有一个大腔和四个小腔的模板的背面。它一般更经济，与用机械设备在一大块的钢板上制造独立的更小的腔相比，用机械设备在制造一个大的腔更加容易。用机械制造一个大的腔的优点有：1. 在腔与腔之间可以节省更过的空间，这样更小块的钢板就可以被使用了。2. 与加工多个小的腔相比加工一个大的腔的加工时间要更快。3. 加工大腔比加工小腔能获得更高的精确度。结果，在布局设计表中的几何参数的默认值将导
14、致腔于腔之间将没有间隙。然而，为是系统更加灵活，几何参数的默认值在需要的地方可以修改以此来适应每个模具设计。 图11 模板背面3.3几何参数几何参数有三个变量：1. 型腔之间的距离。布局设计表中所列出的型腔之间的距离可以由使用者来控制或修改。距离的默认值就是这些型腔间没有间隙的值。2. 个别型腔的取向角。个别型腔的取向角也被列在了布局设计表中，这些数值用户可以修改。对于一个多型腔布局，所有的型腔都必须如布局设计表中所说有相同的取向角。如果取向角被修改，所有的型腔将会旋转相同的取向角而不受结构配置的影响。3. 型腔间的装配关系。型腔间的方向与先验每个独特的布局配置有关并且由型腔间的装配关系控制。
15、图12所示为一个单型腔布局配置和它的它的几何参数的例子。主要嵌入/型腔的原点是在中心。X1和Y1的默认值是0所以型腔的布局时在中心的（双方起源重叠）。使用者可改变X1和Y1的值，所以型腔可以适当的偏移。图13所示是一个八型腔布局配置和它的几何参数的例子。X和Y值是主要嵌入/型腔的大小。默认X1、X2的值等于X，Y1的值等于Y，这样型腔间就没有间隙。考虑到设计中的型腔间的间隙X1、X2和Y1的值可以增加。这些数值在布局设计表中都有列出。如果一个型腔的方向不得不调整90，剩下的型腔也要旋转相同的角度，但是布局设计的残余也是同样。使用者可以通过改变布局设计表的参数来旋转型腔。最终的布局如图14所示。
16、一个复杂的型腔布局配置有更多的几何参数，必须确保参数方程的联系。图12 单型腔布局配置和几何参数图13没有型腔旋转的八型腔布局配置和几何参数图 图14 型腔旋转的八型腔布局配置和几何参数4.系统实现 注塑模的标准参数控制型腔布局设计系统通过奔腾III PC兼容机作为计算机硬件来执行。这个原型系统使用商业CAD系统（SolidWorks2001）和商业数据库系统（Microsoft Excel）作为软件。成熟的原型系统在Windows NT环境下使用Microsoft Visual C+ V6.0编程语言和SolidWorks API（应用程序设计接口）。SolidWorks被挑选出来的两个主要
17、的原因是：1. 在CAD/CAM工业放心日益增长的趋势是向Windows-based PCs的使用来代替了UNIX工作站的使用，主要是因为包含购买计算机硬件的花费。2. 三维CAD软件是Windows系统完全兼容的，这样它能够平稳地整合从Microsoft Excel文件到CAD文件（部分，装配，图纸）的信息17。这个原型设计有一个列在Excel文件中的八个标准布局配置的配置数据库。这个由图15（a）所示。与这个配置数据库一致，布局设计阶段，SolidWorks中的一个装配文件有相同的布局配置。在Excel文件中的配置名与图15（b）所示的在布局装配文件中的装配名相对应。每个设计中的每个型腔布
18、局装配文件将会被这些布局配置预装载。当要求的布局结构按要求通道到用户界面，布局配置将被载入。用户界面如图16所示是在要求的布局配置载入之前的。在载入要求的布局配置之上，最近的布局配置信息将会被列入列表框中。对在配置数据库中找到的任何其他可用的布局结构，用户就能够改变当前布局结构。这个由图17举例说明。最近的布局结构的布局设计表包含有当用户触发了在用户界面底部的按钮时就能够激活的几何参数。当几何参数值改变，型腔布局设计将因此更新。图18所示是激活了最近的布局结构的布局设计表。图15 原型系统的配置数据库和布局模板 图16 要求的布局配置载入之前的用户界面图17 要求的布局配置载入之后的用户界面
19、图18布局设计表的用户界面5.案例研究如图19所示的手机外壳的CAD模型，使用了如下的案例研究。在型腔布局设计阶段之前，原CAD模型必须根据使用的模具损耗值来修剪。主要的嵌入部分会制造的能够压缩进收缩的部分。这个整个的部件被认为是主要的嵌入部件(xxx cavity.sldasm),。“XXX”是项目名。图20所示是主要的嵌入部件。在主要的嵌入部件创建后，型腔布局设计系统将会被用于准备合型的型腔布局。5.1方案1：最初的型腔布局设计在一个模具设计中，建立在一个模具中的型腔的数目通常是有顾客建议的，这样他们必须平衡工件方面的投资和零件的花费。最初，顾客要求用一个两个型腔的模具来设计这个手机外壳。
20、在创建了主要的嵌入部件后，模具设计师载入了一个使用型腔布局设计系统有两个型腔的线性布局结构。对应的配置名是L02如图21所示列入了用户列表中。5.2方案2：型腔布局设计中的修改顾客与模具设计者间的工艺讨论会议是很普遍的。这样在模具制造前就能够尽可能早的修改三维CAD文件中的产品和模具。修改基本上是不可避免的，模具设计者也从不会在主要的时间上延期。既然这样，在工艺讨论会议中，顾客改变他们的想法，需要一个线性的四个型腔的模具来代替两个型腔的模具，所以手机外壳的价格就要增加。模具设计者可以使用型腔布局设计系统来修改目前的型腔布局设计为一个线性的四个型腔的模具。要求的新的布局结构可以从配置数据库所列的
21、可利用的布局结构中挑选出来。如图22所示。 图19 手机的CAD模型 图20 主要嵌入包装的收缩部分 图21 线性两型腔的配置 图22 线性 四型腔布局配置（布局配置变化后）5.3方案3：型腔间所要求的间隙 最后，在另一个工艺讨论会议中，模具设计者被要求介绍在轴向方向上型腔间有20mm的间隙，如图23所示。 图23 型腔间有间隙的简介 在型腔布局组件阶段，模具设计者使用型腔布局系统来激活最近的布局结构中的布局设计表。介绍的轴向方向上型腔间的间隙是20mm的Y1值是从50mm到70mm间变化的。图24所示是在布局设计表中Y1值的变化。最终的设计结构，在间隙增加后如图25所示。 图24 布局设计表
22、中Y1值的变化 图25 增加间隙后的最终设计6.结论 在本文中，使用标准模板的方法是为参数控制的型腔布局设计系统的发展提出计划。自从这个方法使用了标准化后，如果他们的设计程序是重复使用的或者他们有普遍应用于每个模具的特点，它就可以更进一步的应用于其他的合型设计的部件。较成熟的型腔布局系统的优点如下：1. 该系统有容易使用的界面。2. 自从它使用数据库后，它就高度的灵活，有他们自己标准的模具制造公司可以根据顾客的具体要求来制定数据库来迎合他们的需要。3. 因为先验标准模板在合型设计中的布局设计阶段是可利用的，所以要求的布局结构可以很快地载入到合型设计中而不需要再次设计布局。4. 这个系统能够使产
23、品设计者和模具设计者在模具制造前，在讨论中直接改变布局有更多的有用的工艺讨论。5. 这个系统这模具设计程序能够节省时间，因为它省去了多余的工作。这对于在模具制造工业自从模具制造的生产周期日益提高是很重要的。较发达的系统有相同的局限性。尽管数据库和布局设计表可以根据顾客的具体要求来制定，客制化将会由于更多的复杂的非标准化配置而变的能困难，因为正确的几何参数有待确定。我们一般工作都要求有一个标准的模板来制造模具设计中的其他部件。 参考文献1. K. S. Lee, J. Y. H, Fuh, Y. F. Zhang, A. Y. C. Nee and Z. Li,“IMOLD: an intell
24、igent plastic injection mold design and assembly system”, Proceedings of the 4th International Conference On Die and Mould Technology, pp. 3037, Malaysia, 46 June 1997.2. K. S. Lee, Z. Li, J. Y. H, Fuh, Y. F. Zhang and A. Y. C.Nee, “Knowledge-based injection mold design system”, CIRP International C
25、onference and Exhibition on Design and Production of Dies and Moulds, pp. 4550, Turkey, 1921 June 1997.3. C. K. Mok, K. S. Chin and John K. L. Ho, “An interactive knowledge-based CAD system for mould design in injection moulding processes”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology,
26、 17, pp. 2738, 2001.4. Kwai-Sang Chin and T. N. Wong, “Knowledge-based evaluation for the conceptual design development of injection molding parts”,Engineering Application of Artificial Intelligence, 9(4), pp. 359376, 1996.5. Rong-Shean Lee, Yuh-Min Chen and Chang-Zou Lee, “Development of a concurre
27、nt mold design system: a knowledge-based approach”, Computer Integrated Manufacturing Systems, 10(4), pp. 287307, 1997.6. A. A. Tseng, J. D. Kaplan, O. B. Arinze and T. J. Zhao, “Knowledge-based mold design for injection molding processing”,Proceedings of the 5th International Symposium on Intellige
28、nt Control, pp. 11991204, 1990.7. K. Beiter, S. Krizan and K. Ishii, “HyperQ/Plastics: an expert system for plastic material and process selection”, Proceedings Computers in Engineering, ASME, 1, pp. 7176, 1991.8. W. R. Jong and K. K. Wang, “An intelligent system for resin selection”, Proceedings AN
29、TEC89, SPE, pp. 367370, 1989.9. M. Wiggins, “Expert systems in polymer selection”, Proceedings ANTEC86, SPE, pp. 13931395, 1986.10. L. L. Chen, S. Y. Chou and T. C. Woo, “Parting directions for mould and die design”, Computer-Aided Design, 25(12), pp. 762768, 1993.11. A. Y. C. Nee and M. W. Fu, “Det
30、ermination of optimal parting directions in plastic injection mold design”, Annals CIRP, 46(1),pp. 429432, 1997.12. B. Ravi and M. N. Srinivasan, “Decision criteria for computeraided parting surface design”, Computer-Aided Design, 22(1),pp. 1118, 1990.13. X. G. Ye, “Feature and associativity-based c
31、omputer-aided design for plastic injection moulds”, PhD thesis, National University ofSingapore, 2000.14. X. G. Ye, J. Y. H. Fuh and K. S. Lee, “Automated assembly modeling for plastic injection moulds”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 16, pp. 739747, 2000.15. G. Menges,
32、How to Make Injection Molds, Chapter 4, Hanser, Munich, 1986.16. Joseph B. Dym, Injection Molds and Molding: A Practical Manual,Chapter 7, Van Nostrand Reinhold, New York, 1989.17. SolidWorks 2001 Training Manual, “SolidWorks Essentials parts assemblies and drawings”, SolidWorks Corporation, Concord, Massachusetts 01742, 2001.指导教师评语 签字： 年 月 日14