2316 玻璃制品液壓壓結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)— 模具和送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2316 玻璃制品液壓壓結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)— 模具和送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),玻璃制品,液壓,壓結(jié)機(jī),設(shè)計(jì),模具,以及,機(jī)構(gòu) 用模內(nèi)裝配法制造多材料鉸接塑料制品摘要：模內(nèi)裝配可以用來(lái)制造塑料產(chǎn)品鉸接接頭。這個(gè)過(guò)程消除了需要后成型組裝，減少的數(shù)量一部分被用于產(chǎn)品，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。然而，相對(duì)于模內(nèi)裝配產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)顯然更具挑戰(zhàn)性。目前，沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)存在產(chǎn)品和流程開(kāi)發(fā)用來(lái)在模內(nèi)裝配創(chuàng)造鉸接式接頭。本文是為創(chuàng)造這樣一個(gè)步驟方法以及報(bào)告以下三個(gè)結(jié)果。首先，它為設(shè)計(jì)模型，組件和塑造工藝，使聯(lián)合間隙以及變化的聯(lián)合間隙能夠滿足性能指標(biāo)。其次，它介紹證明模板模具設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，柱狀，球狀關(guān)節(jié)。第三，它描述模具設(shè)計(jì)以及模具設(shè)計(jì)方法包含的鉸接接頭，采用模內(nèi)裝配過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)。三個(gè)案例研究還提出說(shuō)明如何在模內(nèi)裝配可用于創(chuàng)建鉸接裝置。關(guān)鍵詞 鉸接式組件 模內(nèi)裝配 多材料成型 過(guò)成型 快速原型設(shè)計(jì)1 引言鉸接式塑料產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于玩具，醫(yī)療儀器，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，及家庭用具。這些產(chǎn)品通常是由一個(gè)個(gè)塑料件成型，然后把各個(gè)部分組合在一起，形成鉸接接頭。盡管在塑料件成型方面自動(dòng)化水平顯著提高，然而裝配依然是一個(gè)勞動(dòng)力密集的過(guò)程。就傳統(tǒng)的方式替代塑料制品制造組裝的方式,此過(guò)程執(zhí)行成型和同時(shí)裝配模內(nèi)的步驟，從而消除了成型后需要組裝的麻煩。進(jìn)行模內(nèi)裝配是最常見(jiàn)的也是在經(jīng)濟(jì)上可行的方式。多種材料成型通常是通過(guò)完成一些專(zhuān)門(mén)的注射成型工藝的形式。這意味著，各種聚合物組成不同材料的部分被加熱到熔點(diǎn)溫度，然后注射到模具或相關(guān)系列模具內(nèi)。液化聚合物然后將其凝固并通過(guò)對(duì)模具型腔形狀所需采取的形式在其固定。進(jìn)行模內(nèi)裝配的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是它能夠產(chǎn)生完全組裝部件在一個(gè)模具內(nèi)。這意味著整個(gè)程序組成的多件可產(chǎn)生一單套模具，從而消除了需要二次組裝和螺栓，焊接以及膠的使用，或其他緊固件。因此，這種技術(shù)被稱為模內(nèi)組裝。模內(nèi)裝配具有傳統(tǒng)技術(shù)的若干優(yōu)勢(shì)，他們分開(kāi)成型的部件，然后進(jìn)行組裝。它減少了裝配這些組件所需的時(shí)間。一些研究表明該裝配成本占制造產(chǎn)品總成本的 40％至 50％。進(jìn)一步減少與元件數(shù)量相關(guān)的裝配工，采購(gòu)，檢驗(yàn)，倉(cāng)儲(chǔ)，資金需求。因?yàn)榻M件是一致的所以用模內(nèi)裝配可以生產(chǎn)質(zhì)量更好的產(chǎn)品。模內(nèi)裝配為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)打開(kāi)了空間，提出了新的可能性。生產(chǎn)多種材料是對(duì)對(duì)模內(nèi)裝配技術(shù)的應(yīng)用之一，其中硬質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)或兼容接口相互制約。例如，它可以用來(lái)生產(chǎn)可靠，經(jīng)濟(jì)高效的密封件 -墊片或密封圈。可以直接得到成型部件需要形成嚴(yán)密的密封件，如蓋，連接器等等。最近有一個(gè)成功應(yīng)用在模內(nèi)裝配了生產(chǎn)多種材料掛接裝置的案例。不同于標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制，掛接設(shè)備已經(jīng)不受具約束力的選擇性接口組件之間的自由程度的約束。多種材料鉸接裝置，廣泛應(yīng)用于玩具，醫(yī)療和汽車(chē)行業(yè)。兩模內(nèi)裝配的例子如圖(1)所顯示了一些兒童玩具。材料娃娃采用了完全的模具組裝和四肢有旋轉(zhuǎn)和磁頭以及多種彩色部分顯示了一個(gè)單件注射器(2)在密封的模具內(nèi)塑造了附加柱塞和一個(gè)可關(guān)閉集成的蓋子。圖 1 玩具娃娃 圖 2 注射器使用鉸接裝置進(jìn)行模內(nèi)裝配是一種較新的技術(shù)，所以目前不存在系統(tǒng)的方法來(lái)設(shè)計(jì)零件和模具。解決這個(gè)問(wèn)題有幾個(gè)挑戰(zhàn)。我們需要一種方法確定尺寸公差和間隙。在鉸接裝置的設(shè)計(jì)中公差和間隙是非常重要的。一份詳細(xì)的裝配公差分析是首先必須進(jìn)行的，以確定清拆。目前，無(wú)論是模具設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)都是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。為了發(fā)展有用的鉸接的設(shè)備，我們需要認(rèn)識(shí)到，至少有三個(gè)基本接頭，旋轉(zhuǎn)，柱狀和球形在成型過(guò)程中使用創(chuàng)造這些關(guān)節(jié)腔的形狀需要整合轉(zhuǎn)變機(jī)制。在成型階段有很多不同的方法可以被用來(lái)變更在兩者之間形成的腔類(lèi)型。不同的方法，預(yù)計(jì)在設(shè)備上施加不同的幾何約束和選擇不同水平的模具制造。因此，我們需要不同的方法，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)和選擇最有前途的方法。本文提出的模型設(shè)計(jì)和成型工藝，使在檢查中可滿足性能變化的目標(biāo)。我們概述了系統(tǒng)的方法，將幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)師確定零件尺寸和材料屬性。同時(shí)還介紹并證明了模具設(shè)計(jì)模板在我們的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，柱狀，球形接頭。這些模具設(shè)計(jì)模板是常見(jiàn)的，可以與其他模板相互配合使用。本文介紹了模具的設(shè)計(jì)方法和產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及闡述模具組裝在生產(chǎn)中采用模內(nèi)裝配的過(guò)程。最后，本文介紹了三個(gè)案例研究，以說(shuō)明如何在模內(nèi)裝配過(guò)程可以用來(lái)創(chuàng)建掛接裝置。從本質(zhì)上講，這個(gè)過(guò)程利用多片，多階段，用于鑄造低壓，室溫固化的聚氨酯復(fù)合物或熱塑性塑料模具。繞過(guò)這個(gè)過(guò)程使用昂貴的注塑設(shè)備和復(fù)雜的金屬模具該原型可以從設(shè)計(jì)到模具的過(guò)程中提取幾個(gè)小時(shí)， 。本文所提供的材料將有助于讀者對(duì)相關(guān)模塑制品的設(shè)計(jì)與銜接有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。此外，這將使他們?cè)O(shè)計(jì)模具并制造這些產(chǎn)品采用模內(nèi)裝配提供幫助。我們希望這反過(guò)來(lái)將導(dǎo)致模內(nèi)裝配會(huì)被更廣泛地使用。 2 背景模具系統(tǒng)基本原理在成型工藝,熔融材料被注入了模具的型腔。材料凝固后,這種模具開(kāi)啟,同時(shí)產(chǎn)品被彈出。一些基本的模具系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)在描述如下。脫模方向是一個(gè)沿此模分開(kāi)的模具組裝的方向。一個(gè)模塊的一部分地區(qū)是一個(gè)連通組合的一部分面，可以通過(guò)一個(gè)單一的模塊組成。在兩件式模具中，主要是由型芯和型腔兩個(gè)模件構(gòu)成的。分型線的一部分是一個(gè)連續(xù)的封閉曲線的一部分，它定義表面部分分裂成不同的模件。因此,分模線實(shí)際上是邊界模具的一塊區(qū)域。分型面是兩個(gè)模件的接觸面。有一兩個(gè)案例中的主要分型面，在多件模具的情況同時(shí)有一個(gè)以上的分型面。模具外殼是一個(gè)封閉面的矩形塊。模具的總值是總體減去它的模具外殼對(duì)象。傳統(tǒng)模具通常簡(jiǎn)稱為兩片式的模具只有一個(gè)主分型面以及由兩個(gè)主要部分--型芯和型腔構(gòu)成。這兩個(gè)部分分開(kāi)的方向，沿著一條單一路徑分開(kāi)并彈出成型零件。相對(duì)于不能重復(fù)利用資源的兩件模具,多件模具,如圖 3，可以用來(lái)制造復(fù)雜形狀的零件。多片成型技術(shù)，克服了許多具有傳統(tǒng)的模具分型方向的限制。這些模具有多個(gè)主分型面和兩個(gè)以上的模具件及部件組成。圖 3 具有多件模具的模系統(tǒng)原理3 相關(guān)工作一些進(jìn)程在正在制定的同時(shí)執(zhí)行制作與安裝。在本節(jié)中，我們回顧無(wú)固相形式為基礎(chǔ)技術(shù)的制造鉸接式結(jié)構(gòu)，消除加工后組裝的需要。形狀沉積制造已被用來(lái)制作具有多種材料的產(chǎn)品。在形狀沉積制造中，通過(guò)改變沉積過(guò)程中使用的材料，可以實(shí)現(xiàn)在該部分的材料特性空間的變異。形狀沉積制造已被用來(lái)制造鋼鐵和銅的嵌入式操作系統(tǒng)，包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)電子，集成組件，及仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu)等。形狀沉積制造的對(duì)象的可制造性是通過(guò)撰寫(xiě)這些對(duì)象使用形狀沉積制造的制造基元用來(lái)提供無(wú)結(jié)構(gòu)制造的更多細(xì)節(jié)。形狀沉積制造的過(guò)程是適合小批量生產(chǎn)的。多材料選擇性激光燒結(jié)已發(fā)展到制備功能梯度材料的對(duì)象。這個(gè)過(guò)程也可以用來(lái)制造鉸接結(jié)構(gòu)。然而，這個(gè)過(guò)程是不適合聚合物的加工。另一個(gè)層次的制造工藝，它是能夠生產(chǎn)鉸接式結(jié)構(gòu)的 3D 印刷。局部成分控制元件的制作是通過(guò)自身的噴墨噴嘴印刷在不同的地點(diǎn)和不同的材料。此過(guò)程不適用于創(chuàng)建鉸接式接頭。多材料成型已被用來(lái)成功地創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制。本研究利用在界面的粘附加入符合標(biāo)準(zhǔn)的材料，形成接頭。本文介紹了并創(chuàng)建符合多材料標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)不同類(lèi)型接頭的模具在設(shè)計(jì)時(shí)是可行的。這也說(shuō)明充分利用柔性機(jī)構(gòu)建立了的多材料成型過(guò)程的指導(dǎo)方針的成功， 。最后，為多材料成型用來(lái)創(chuàng)建兼容機(jī)制實(shí)際應(yīng)用的證明。4 組件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)預(yù)期的成型工藝的聯(lián)合清拆目前，沒(méi)有系統(tǒng)的方法用來(lái)設(shè)計(jì)和成型工藝裝配的鉸接。這是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。成功的實(shí)施主要取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)---如何控制在第二階段的成型收縮率在相應(yīng)的地方產(chǎn)生間隙?。成型制品收縮率估算是在成型區(qū)有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是非常重要的，因?yàn)樵诔尚蜁r(shí)使所有的組件都適合一起工作,即使是很細(xì)微的收縮都有可能導(dǎo)致間隙過(guò)大或不足。5 模具設(shè)計(jì)的基本模板接口鉸接式涵蓋的設(shè)計(jì)的幾何要求相對(duì)種類(lèi)繁多的產(chǎn)品表面而變的復(fù)雜。雖然表面類(lèi)型基本上是設(shè)計(jì)師的想象力，但是鉸接接頭是目前正在使用的幾種常見(jiàn)的類(lèi)型。這些連接包括柱狀，球狀關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)。本節(jié)介紹證明模板模具的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)，柱狀，球狀關(guān)節(jié)。這些模具的設(shè)計(jì)模板是非?；\統(tǒng)的，通過(guò)較小的修改可以用在其他項(xiàng)目中。回轉(zhuǎn)接頭雖然傳動(dòng)或柱狀結(jié)構(gòu)組合彌補(bǔ)具有可能的三自由度鉸接連接，旋轉(zhuǎn)接頭包括純旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的其他 3 個(gè)自由度。根據(jù)所需的功能而定，一個(gè)鉸接部分可能需要 1 至 3 自由度的旋轉(zhuǎn)連接。這些連接的種類(lèi)繁多，從簡(jiǎn)單的具有 1 自由度的調(diào)光燈開(kāi)關(guān)到具有 3 自由度的機(jī)械手。引腳連接是一個(gè)簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)很好的例子。這些連接限制所有平移的運(yùn)動(dòng)，只部分允許沿一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。在設(shè)計(jì)中，可以將幾個(gè)引腳連接，增加的部分的功能。本節(jié)提出了兩種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)接頭模板。這兩種設(shè)計(jì)模板采用圓柱接觸面，以便沿一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，但使用不同的功能來(lái)限制傳動(dòng),一個(gè)設(shè)計(jì)模板使用一個(gè)上限端連接。6 模具多接頭部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則上一節(jié)所述證明了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接頭模板的模具設(shè)計(jì)。本節(jié)將介紹如何結(jié)合使用這些模板參與設(shè)計(jì)多個(gè)接頭部位的模具。模具設(shè)計(jì)問(wèn)題可歸結(jié)為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化的問(wèn)題。模具的設(shè)計(jì)問(wèn)題的目標(biāo)如下：1.盡量減少模具成本。2.成型周期時(shí)間最小化。3.減少部分缺陷。7 案例研究我們已經(jīng)制定了多級(jí)成型工藝并生產(chǎn)出多材料鉸接裝置。我們創(chuàng)建的流程并沒(méi)有嚴(yán)格的約束力接口要求，以方便對(duì)組件之間的自由度的選擇。從本質(zhì)上講， ，無(wú)論是用于模具低壓，室溫固化二元聚氨酯（聚氨酯）的化合物或熱塑性塑料模具這些過(guò)程都采用了多片，多階段的設(shè)計(jì)。這些案例的模具設(shè)計(jì)已經(jīng)利用六模具進(jìn)行設(shè)計(jì)模板。7.1 翻蓋通信行業(yè)，特別是手機(jī)行業(yè)，是一個(gè)迅速發(fā)展的行業(yè)，需要許多新的成型技術(shù)。在新的重點(diǎn)之一的成型技術(shù)是生產(chǎn)較小的手機(jī)。模內(nèi)裝配促進(jìn)規(guī)?？s小，因此，我們選擇創(chuàng)建類(lèi)似的鉸鏈連接例子最終在一個(gè)翻蓋手機(jī)圖 4 可以看出。圖 4 翻蓋手機(jī)7.2 萬(wàn)向節(jié)該連接的最突出的是出現(xiàn)在萬(wàn)向節(jié)模式,這個(gè)機(jī)制已沿兩軸四針旋轉(zhuǎn)連接給予第 2 部分自由度。7.3 轉(zhuǎn)子為了演示如何把幾個(gè)簡(jiǎn)單的模內(nèi)裝配連接合并，以取代復(fù)雜的部件，一種新型無(wú)人駕駛飛行器（無(wú)人機(jī)）如圖 5，模型轉(zhuǎn)子已創(chuàng)建。這個(gè)例子清楚地演示了如何應(yīng)用多材料設(shè)計(jì)可以大大減少設(shè)計(jì)所需部件的數(shù)量，許多情況下同時(shí)仍保持原有的功能，甚至增加了它們的活動(dòng)范圍。它還演示了如何使用復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)創(chuàng)新的方法來(lái)提高效率。我們展示如何在復(fù)雜的裝配中可以重新由多種材料組裝，這不需要二次裝配任務(wù)。我們也顯示了如何對(duì)球接頭模板使用在一個(gè)復(fù)雜的多材料組裝中。圖 5 無(wú)人飛行器模型轉(zhuǎn)子8 結(jié)論在本論文中，我們提出了設(shè)計(jì)和成型的工藝，使組裝，聯(lián)合清拆和聯(lián)合間隙的變化能滿足設(shè)計(jì)性能目標(biāo)。我們提出了一個(gè)系統(tǒng)化的方法，將幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)師確定零件尺寸和材料性能。事實(shí)證明，我們提出了為實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)模具設(shè)計(jì)，柱狀，球狀關(guān)節(jié)模板的設(shè)計(jì)理念。我們描述了設(shè)計(jì)鉸接接頭同時(shí)將采用模內(nèi)裝配過(guò)程生產(chǎn)整體模具產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)方法。最后，我們介紹了三個(gè)案例研究來(lái)說(shuō)明如何在模內(nèi)裝配過(guò)程可用于創(chuàng)建鉸接裝置。在本文中，我們討論了各種鉸接式接頭。對(duì)尚未在模內(nèi)裝配探討過(guò)鉸接設(shè)計(jì)包括其他的類(lèi)型進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。旋轉(zhuǎn)接頭指定一個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，作為沿線的部分傳動(dòng)軸相對(duì)于的第二部分。齒輪涉及三個(gè)部分和兩個(gè)接頭的運(yùn)動(dòng)。常用的齒輪節(jié)點(diǎn)的不同而分為不同類(lèi)型的齒輪,如斜齒輪，行星齒輪，錐齒輪和齒條和小齒輪。通過(guò)相互聯(lián)系中的一個(gè)部分可能會(huì)改變方向以及改變它們之間的關(guān)鍵接口的線性擴(kuò)展,了解到這也將增加模內(nèi)裝配過(guò)程的復(fù)雜性。除了這些類(lèi)型的接頭，模具裝配工藝的開(kāi)發(fā)，更多的發(fā)展則側(cè)重于多個(gè)接頭的組合。轉(zhuǎn)子大幅改善的例子說(shuō)明了大大減少在這兩個(gè)部件數(shù)量和組裝時(shí)間，可以通過(guò)模內(nèi)裝配接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于如何應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜的問(wèn)題，以及如何落實(shí)到重點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)成型過(guò)程的各種行業(yè)將會(huì)進(jìn)行更多的研究。這三個(gè)基本的共同原則下,將來(lái)我們計(jì)劃落實(shí)到更為復(fù)雜的組件上面。我們將著重在模內(nèi)裝配過(guò)程不需要轉(zhuǎn)移進(jìn)行探討和研究，因?yàn)樗鼈兏瞎I(yè)生產(chǎn)的趨勢(shì)。進(jìn)行接口的對(duì)比以及對(duì)幾何參數(shù)更詳細(xì)的分析是有益的也是必須的。9 參考文獻(xiàn)1. 馬洛依RA(1994).注射成型塑料部件設(shè)計(jì)和介紹.俄亥俄州辛辛那提市Hanser·加德納2. Pirkl JD(1998)自動(dòng)化的多組分成型工藝過(guò)程.Multi-Material:觸發(fā)技術(shù)在注射(CM98-206成型). 1998年5月3. 李X,古普塔SK(2004)幾何演算法為自動(dòng)化模具.1171-1187 36(12)4. Rotheiser J(2004)塑料手冊(cè).俄亥俄州辛辛那提市Hanser·加德納5. Cham先生,Cutkosky.仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu).機(jī)器人研究國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì).猶他州.1999年10月6. Rajagopalan S, Cutkosky先生.加工,freeform-fabrication。 7. Binnard M先生,(1998)Cutkosky積木設(shè)計(jì)層狀形態(tài)的制造.國(guó)立中央大學(xué)碩士論文.1998年9月.8. Beaman SM,克勞福德RH JJ(1999)利用梯度材料設(shè)計(jì)和固體成形技術(shù)。固體成形技術(shù)研討會(huì),奧斯汀,TX,1999年8月.9. Postawa P(2005)注塑成型收縮條件。Polimery 201-207 50(3).本文摘譯自：中原工學(xué)院圖書(shū)館Springer-Link 外文期刊數(shù)據(jù)庫(kù)的《Manufacturing multi-material articulated plastic products using in-mold assembly》 。