Intelligent Mold Design Tool For Plastic Injection Molding 智能模具設(shè)計工具的注塑成型

**********大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）外文參考資料及譯文譯文題目：IntelligentMoldDesignToolForPlasticInjectionMolding智能模具設(shè)計工具的注塑成型學(xué)生姓名：*******學(xué)號：**044*********專業(yè)：******************所在學(xué)院：***************指導(dǎo)教師：***************職稱：******************完成日期：2017年月日

智能模具設(shè)計工具的注塑成型摘要注塑成型是一個生產(chǎn)熱塑性塑料制品最流行的制造工藝，而模具設(shè)計是這個過程的一個重要方面。模具設(shè)計需要專業(yè)的知識、技能，最重要的是擁有該領(lǐng)域的經(jīng)驗。三者缺一不可。生產(chǎn)塑料組件需要選擇恰當(dāng)?shù)哪＞撸绻狈ζ渲兄?，這種選擇就得在反復(fù)試驗的基礎(chǔ)上進行。這會增加生產(chǎn)成本，并造成設(shè)計上的不一致。本文介紹了智能模具設(shè)計工具的發(fā)展。該工具捕獲模具設(shè)計過程的知識，并且以符合邏輯的方式將這些知識反映出來。所獲得的知識將是確定性的，但模具設(shè)計過程中的信息是非確定的。一旦開發(fā)了模具設(shè)計工具，它將指導(dǎo)使用者根據(jù)不同客戶的要求，為其塑料零件選擇合適的模具。導(dǎo)言注塑成型工藝過程需要專業(yè)的知識、技能，最重要的是需要它成功的實踐經(jīng)驗。通常是工藝參數(shù)控制過程的效率。在制造過程中，有效地控制和優(yōu)化這些參數(shù)能實現(xiàn)一致性，這種一致性會在零件質(zhì)量和零件成本上表現(xiàn)出來的問題。1智能化工程模塊注塑成型工藝（IKEM）基于知識的智能化工程模塊的注塑成型工藝（IKEM）是一種軟件技術(shù)，它領(lǐng)先于并行工程和CAD/CAM系統(tǒng)。它集成工程的設(shè)計和制造工藝的最新知識，給用戶各種設(shè)計方面的指示，通過減少在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段的工程變更，有助于減少一些工時。該系統(tǒng)將用于注塑設(shè)計，設(shè)計迭代和流程整合。目前的過程由許多手工計算、CAD圖形結(jié)構(gòu)和從以前項目取得的經(jīng)驗三部分組成。一旦工程師完成設(shè)計，這將是性能評估。該IKEM項目已分為三大模塊。(1)費用估算模塊(2)模具設(shè)計模塊(3)生產(chǎn)模塊IKEM系統(tǒng)有兩種形式輸入。在一個CAD模型的形式（Pro/E文件）下輸入，和在給出的用戶界面形式下輸入。圖1-1說明了那種進入每個模塊的輸入形式和用戶輸出形式。制造商的經(jīng)驗水平將決定如何有效地控制工藝參數(shù)。有時這就導(dǎo)致人為錯誤引起的不一致性。還有經(jīng)驗不足，時間、資源短缺和創(chuàng)新的空間不大的情況。通過創(chuàng)造所謂的“智能模型”的問題，工程學(xué)知識提供了一個可行的方案去解決所有1在它的基本形式中模具設(shè)計工具是一個從文本文件中提取輸入的VisualBasic應(yīng)用程序，這種文本文件包含關(guān)于零件和用戶輸入程序。該文本文件包含來自Pro/E的一個信息文件的零件的幾何解析。輸入是用來估測模具得尺寸和其它各種特性。2.1文獻回顧模具設(shè)計的是另一種注塑成型過程的階段，有經(jīng)驗的工程師在很大程度上有助于自動化進程，提高其效率。這個問題需要注意的是深入研究設(shè)計模具的時間。通常情況下，當(dāng)設(shè)計工程師設(shè)計模具時，他們會參閱表格和標(biāo)準(zhǔn)手冊，這會消耗大量的時間。另外，在標(biāo)準(zhǔn)的CAD軟件中需要大量的時間去考慮模具的建模組件。不同的研究人員已經(jīng)解決了縮短用不同的方式來設(shè)計模具所花費的時間的問題。凱爾奇和詹姆斯采用成組技術(shù)來減少模具設(shè)計時間。聚合一類注塑成型件的獨特的編碼系統(tǒng)和在注射模具中所需的工具已開發(fā)，它可以適用于其它產(chǎn)品生產(chǎn)線。實施編碼系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)也已經(jīng)被開發(fā)。通過獲取在這方面領(lǐng)域的工程師的經(jīng)驗和知識，嘗試直接使模具設(shè)計過程的自動化。并行模具設(shè)計系統(tǒng)的研究開發(fā)就是這樣的一個過程，在并行工程環(huán)境中試圖制定一個系統(tǒng)的注塑模具設(shè)計流程。他們的研究目標(biāo)是研制一個有利于并行工程實踐的模具開發(fā)的進程，和研制開發(fā)一個以知識為基礎(chǔ)的為注塑模具設(shè)計提供工藝問題和產(chǎn)品要求的輔助設(shè)計。通過各種方式獲取關(guān)于模具設(shè)計過程的確定信息和不確定信息，研究人員一直試圖使模具設(shè)計流程自動化。這個研究試圖研制開發(fā)一個獨特的模具設(shè)計應(yīng)用程序，它一確定性和不確定性兩種形式獲取信息。2.2采用的方法為了發(fā)展智能模具設(shè)計工具，傳統(tǒng)的模具設(shè)計方法在被研究。應(yīng)用程序開發(fā)人員和設(shè)計工程師合作設(shè)計一種特定塑料零件的模具。在此期間，被工程師采納用來選擇模底座的方法正在被地密切關(guān)注和篩選過程的各個方面，需要他的知識經(jīng)驗來確定。此外，有時候工程師將參考圖表和手冊以規(guī)范其甄選過程。這耗費時間的過程，稍后也被記錄在應(yīng)用程序中。系統(tǒng)的闡述依據(jù)輸入和輸出的應(yīng)用程序是下一階段。這涉及到如何定義什么養(yǎng)的模具布局信息是用戶最需要的，也是他輸入最少卻得到相同的輸出。在注塑,聚合物熔體在高溫注入模具在高壓力。因此,模具材料需要有熱、力學(xué)性能能夠受的溫度和壓力成型周期。許多研究的焦點已經(jīng)創(chuàng)建注塑模具直接由一個快速原型(RP)過程。通過消除多個步驟,這種方法的工具擁有最好的承諾,減少時間和成本需要創(chuàng)建少量數(shù)量的零件在生產(chǎn)材料。潛在的整合注塑與RP技術(shù)已經(jīng)證明很多次。屬性的RP模具非常不同傳統(tǒng)的金屬模具。關(guān)鍵的不同之處在于導(dǎo)熱性能和彈性模量(剛性)。例如,聚合物用于rp裝配式解決(SL)模具有一個熱導(dǎo),小于一千的鋁工具。在利用RP技術(shù)來創(chuàng)建模具,整個模具設(shè)計和注塑成型工藝參數(shù)需要修改和優(yōu)化從傳統(tǒng)方法由于完全不同的工具材料。然而,目前還沒有一個基本的了解修改的模具加工方法和材料都影響模具設(shè)計和注塑工藝參數(shù)。一個人不能獲得合理的結(jié)果,只要改變一些材料屬性在當(dāng)前的模型。同時,使用傳統(tǒng)方法進行實際零件可能產(chǎn)生次優(yōu)的結(jié)果。所以有一個可怕的需要研究之間的交互(RT)快速模具和注塑工藝及材料,從而建立模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)對于一個RT導(dǎo)向的注射成型工藝。此外,計算機仿真是一種有效的方法來預(yù)測注塑件的質(zhì)量。商用仿真軟件包的傳統(tǒng)注塑工藝現(xiàn)在已經(jīng)成為常規(guī)工具的模具設(shè)計師和工藝工程師[2]。不幸的是,當(dāng)前的仿真程序?qū)ΤＲ?guī)注塑不再適用于RP模具,由于顯著不同的工具材料。例如,在使用現(xiàn)有的仿真軟件與鋁和SL模具和比較實驗結(jié)果,盡管模擬值的部分失真是合理的鋁模,結(jié)果是不可接受的,誤差超過50%。在注射成型的變形是由于收縮和翹曲的塑料部分,以及模具。對于一般模具,主要因素是收縮和翹曲的塑料部分,這是在當(dāng)前模擬精確模擬。但對RP模具,模具的變形可能更多的影響力,而忽視了在當(dāng)前的模型。例如,[3]使用一個簡單的三步模擬過程考慮模具變形,它有太多的偏差。本文基于上述分析,一個新的仿真系統(tǒng)開發(fā)模具RP。擬議的系統(tǒng)著重于預(yù)測部分失真,這是控制缺陷在rp成型零件。發(fā)達的模擬可以應(yīng)用作為評價工具,模具設(shè)計和過程優(yōu)化盧比。我們的仿真系統(tǒng)是一個實驗例子驗證了。盡管很多材料都可以使用在RP技術(shù),我們專注于使用解決(SL),原來的RP技術(shù),創(chuàng)建聚合物模具。SL流程使用光敏聚合物和激光能量,一層一層地建造一個部分。使用SL利用兩個商業(yè)的主導(dǎo)地位在RPSL工業(yè)和隨后的專業(yè)知識基礎(chǔ),已經(jīng)開發(fā),建立準(zhǔn)確、高質(zhì)量的零件。直到最近,SL主要是用于創(chuàng)建物理模型進行目視檢查和殼式研究非常有限的功能的應(yīng)用程序。然而,新一代stereolithographicphotopolymers有改善空間,機械和熱性能使它可以使用他們的實際功能的模具。根據(jù)在模具設(shè)計工作中收集到的信息，由工程師遵循的公約被轉(zhuǎn)化為if-then規(guī)則。決策表是用來解釋各種可能出現(xiàn)的情況，它們是當(dāng)處理模具設(shè)計工程中某一特定的方面所提出的。這樣被制定規(guī)則，然后被組織在相互交融的模塊中，使用應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。最后，應(yīng)用程序是檢驗其正確性，當(dāng)涉及到為塑料零件設(shè)計模具在工業(yè)生產(chǎn)中。模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進技術(shù)，如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動化技術(shù)，大多起源于美國；而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進行列。50年代，模具行業(yè)工作重點是根據(jù)訂戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計多憑經(jīng)驗，參考已有圖紙和感性認(rèn)識，對所設(shè)計模具零件的機能缺乏真切了解。從1955年到1965年，是壓力加工的探索和開發(fā)時代——對模具主要零部件的機能和受力狀態(tài)進行了數(shù)學(xué)分橋，并把這些知識不斷應(yīng)用于現(xiàn)場實際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計原則，并使得壓力機械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M，從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。進入70年代向高速化、啟動化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動校具。其代表是多達別多個工位的級進模和十幾個工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機—彎曲機。在此期間，日本站到了世界最前列——其模具加工精度進入了微米級，模具壽命，合金工具鋼制造的模具達到了幾千萬次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機通常為200至300次，最高為1200次至1500次。在此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要，各種經(jīng)濟型模具，如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。從70年代中期至今可以說是計算機輔助設(shè)計、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模具業(yè)對設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來，機械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了NC機床，如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花機床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計算機自動編程、控制的CNC機床提高了數(shù)控機床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計算機以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機床的NNC系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機也逐步進入模具生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，包括設(shè)計、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會預(yù)測，到2000年，作為設(shè)計和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動設(shè)計的最根本點是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過去以人的思考判斷和實際經(jīng)驗為中心所組成的設(shè)計方法，就必須把過去的經(jīng)驗和思考方法，進行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計準(zhǔn)則儲存到計算機中。因為模具構(gòu)成元件也干差萬別，要搞出一個能適應(yīng)各種零件的設(shè)計軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，放可總結(jié)歸納，為自動設(shè)計提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級進模設(shè)計與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等，所用時間由手工的20%、工時減少到35小時；從80年代初日本就將三維的CAD／CAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前，在實體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、標(biāo)注以及對數(shù)據(jù)的自動編程，產(chǎn)生效控機床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達到較高水平；計算機仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上，CAD／CAM／CAE集成的，即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息．實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前．國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。2.3選擇合適的模架通常情況下，為制造塑料零件選擇適當(dāng)?shù)哪＜芩婕暗挠校海?）估計模腔數(shù)模腔數(shù)量的決定取決于在一定時間內(nèi)所需部件的數(shù)量，像機器的塑化能力，廢品率等問題也會影響到模架的模腔數(shù)量。（2）確定鑲塊及其尺寸鑲塊有助于模架重用，因此有助于降低生產(chǎn)成本。當(dāng)涉及到尺寸和數(shù)量的選擇，作出決定取決于現(xiàn)有的鑲塊的重用性和新的鑲塊的成本。（3）確定澆道的尺寸和定位澆道的尺寸取決于所成型的材料。盡管還有其它要考慮材料特性來決定它的澆道的尺寸供符合它的流量要求。轉(zhuǎn)輪的定位，取決于所用流道的拓?fù)洳季帧ｋm然循環(huán)的澆道系統(tǒng)始終是最好的，支道系統(tǒng)的平衡，避免流道均衡補償?shù)臉渲顫驳老到y(tǒng)是一個最被廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)。（4）確定澆道直徑澆道直徑?jīng)Q定于模具的尺寸，模腔的數(shù)量或在一定的時間內(nèi)用來填補的塑料的總數(shù)。（5）澆口的定位塑料在某一點進入模腔，在這點可以均勻填充滿模腔。澆口可以設(shè)在循環(huán)模腔的任何周圍點，但當(dāng)填補矩形腔時，必須從中部流進。（6）確定供水道的的尺寸和定位供水道之間和從模具中的任何壁上以標(biāo)準(zhǔn)的距離定位。該公約不是用一個直徑范圍定位水道在模具壁上。（7）根據(jù)以上結(jié)論確定模具的尺寸根據(jù)以上的所有結(jié)論，模具的大概尺寸可以被估計，并四舍五入至最接近的產(chǎn)品目錄號。在模架以前，如果重新設(shè)計，考慮到以上所有方面會降低成本和減少設(shè)計時間，進入重新設(shè)計。2.4問題的提出建立問題，需要人的知識和經(jīng)驗，模具設(shè)計方面消耗的時間涉及到圖表，數(shù)據(jù)表等，為開發(fā)應(yīng)用程序的問題解釋如圖2-1所示。雖然大部分的輸入如模腔數(shù)、腔的圖像尺寸、周期時間，都是根據(jù)客戶要求，其他輸入如塑化能力、每分鐘注射量等，可從機器的說明書中獲得。應(yīng)用程序的輸出包含模具尺寸和其他資料，這顯然有助于在目錄中選擇標(biāo)準(zhǔn)模架。除了輸入和輸采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，把模具列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備)，確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值。據(jù)統(tǒng)計，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近90％的零件是綜筷具生產(chǎn)的；在飛機、汽車、農(nóng)機和無線電行業(yè)，這個比例也超過60％。例如飛機制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機模具使用量超過三萬套，其中主機八千套、發(fā)動機二千套、輔機二萬套。從產(chǎn)值看，80年代以來，美、日等工業(yè)發(fā)達國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到2000年，產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50％將由模具完成；金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成，50％以上的金屬板材、80％以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。出，圖2也顯示了產(chǎn)生的最終輸出的各種模塊。2.5制定規(guī)則在這個階段，專家的知識可以通過多形式的“如果-那么”語句表現(xiàn)出來。這個規(guī)則可以是對定性和定量知識的陳述。所謂定性知識，是指一個能夠解決計算問題的確定性的信息。所謂定性，是說對于不確定性的信息，而僅僅是作為在以往個案的基礎(chǔ)上的一種已經(jīng)應(yīng)用的規(guī)則。一個典型的規(guī)則說明如下：如果材料=“縮醛”和分流道長度“<=3，分流道長度“>0，那么分流道直徑=0.062結(jié)束當(dāng)制定了規(guī)則，重要的是我們用一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞降膩肀憩F(xiàn)這些信息，同時要避免重復(fù)、不完整和不一致的現(xiàn)象。決策表可以幫助處理上述問題，它是通過對過于冗余和廣泛的問題陳述的檢查實現(xiàn)的。比如說，在選擇適當(dāng)?shù)哪＜艿倪^程中，模架尺寸取決于型腔和鑲件的數(shù)目。為確保所有型腔和鑲件都被考慮到，我們使用了決策表，并隨后用決策表來制定規(guī)則。表2-1顯示了在一個以上的情況下，模具的尺寸是相同的情況A:模具寬度=(鑲塊長度+2)；模具長度=(鑲塊長度+2)；模具厚度=鑲塊厚度。情況B:模具寬度=(2*鑲塊寬度+3.5)；模具長度=(鑲塊長度+2)；模具厚度=鑲塊厚度。情況C:模具寬度=(2*鑲塊寬度+3.5)；模具長度=(鑲塊長度+3)；模具厚度=鑲塊厚度。型腔的數(shù)目是一個，鑲件的數(shù)目也是一個的情況和型腔數(shù)目是兩個和四個的情況具有相同的模具尺寸，這三種情況可以歸結(jié)為一個單一的規(guī)則：如果鑲塊的數(shù)目=1，則模具寬度=（鑲塊寬度+2）模具長度=（鑲塊長度+2）模具厚度