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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）譯文
· 一種面向?qū)ο蟮淖⑺苣ｊP(guān)聯(lián)冷卻水道設(shè)計(jì)工具
摘要 為了短期產(chǎn)品研發(fā)周期的需求，要求注塑模具設(shè)計(jì)師壓縮他們的設(shè)計(jì)時(shí)間和能適應(yīng)更多的后期更改。本文介紹了一種嵌入在冷卻水道模塊內(nèi)的模具設(shè)計(jì)軟件包內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法。它對冷卻回路提供了一系列全面的對象定義，還給出了平衡或不平衡的設(shè)計(jì)。這里將對已開發(fā)出的CAD算法進(jìn)行了簡要說明。有了這種新方法，模具設(shè)計(jì)人員可以輕松地在模具板或插件與冷卻系統(tǒng)兩者之間做出改變而無需進(jìn)行繁瑣的重復(fù)性工作。因此，這種方法可以有效地減少設(shè)計(jì)時(shí)間和后期設(shè)計(jì)更改的影響。
關(guān)鍵詞：冷卻回路 塑料模具設(shè)計(jì) CAD/CAE關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)自動(dòng)化
·1．引言
目前，大多數(shù)CAD系統(tǒng)還無法完全和明確地捕捉設(shè)計(jì)意圖。豐富的設(shè)計(jì)信息不能完全由CAD模型來描述，并在產(chǎn)品開發(fā)周期的后期的設(shè)計(jì)更改將引起大量的重復(fù)勞動(dòng)。眾所周知，CAD的交互操作性應(yīng)包括基于知識的工程系統(tǒng)的集成。然而，沒有任何機(jī)械能使設(shè)計(jì)意圖信息流通。在注塑模具設(shè)計(jì)中這種信息差距也是非常明顯的。模具設(shè)計(jì)人員面臨著越來越多的壓力來減少設(shè)計(jì)時(shí)間并且還要確保模具質(zhì)量。
自20世紀(jì)70年代初以來各種設(shè)計(jì)注塑模具的CAD已經(jīng)出現(xiàn)了，其中大部分集中在模流分析及優(yōu)化算法。近年來，模具子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是（研究）的焦點(diǎn)，例如凸凹模插件、流道、澆口位置和冷卻系統(tǒng)等。對于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)王等﹝11﹞提出了一個(gè)三階段的策略，與一維近似、二維優(yōu)化設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)冷卻效果分析設(shè)計(jì)。他們已經(jīng)開發(fā)出一種程序，使用三維邊界元法來分析三維熱傳導(dǎo)。所有上述提到的工具只能生成一般的幾何信息。豐富設(shè)計(jì)信息的表達(dá)和重復(fù)利用不同程度地沒有提到。
面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)已經(jīng)應(yīng)用來滿足模具設(shè)計(jì)信息表示的差距。在復(fù)雜實(shí)體中對象的定義可以提供大量的幫助，特別是部分獨(dú)立部件和特征。然而，維持幾何實(shí)體之間的關(guān)系并使它們可定制還不是一個(gè)簡單的任務(wù)?？梢猿志脤?shí)現(xiàn)幾何實(shí)體之間關(guān)系的CAD軟件發(fā)展方向被稱為相關(guān)設(shè)計(jì)方法。一種方法是在一個(gè)過程向?qū)е薪⒁粋€(gè)CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖和過程知識，它基本上是一個(gè)應(yīng)用程序的測試與用戶界面的設(shè)置結(jié)合，來引導(dǎo)用戶完成特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相互作用構(gòu)成。EDS公司的MouldWizard系統(tǒng)就是這樣一個(gè)基于流程的向?qū)?。本文介紹了應(yīng)用于冷卻水道的相關(guān)設(shè)計(jì)方法的市場反饋，表明這一概念大大減少了人類知識和計(jì)算機(jī)一貫表示的差距。
在一個(gè)模具中冷卻系統(tǒng)不僅影響成型零件的質(zhì)量而且還影響生產(chǎn)效率。在目前的實(shí)際生產(chǎn)中，在一套模具中至少有四個(gè)主要的冷卻回路。它們都位于型腔插件，插件的型芯，一個(gè)A板和B板。王和Singh等認(rèn)識到，在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)中有很多參數(shù)和設(shè)計(jì)變量，如位置、冷卻管道類型和三維回路布局，通常需要頻繁的修改來解決部分后期設(shè)計(jì)中的變更以及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。修改過程耗時(shí)且容易出錯(cuò)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師需反復(fù)編輯和更新CAD模型。莫克等開發(fā)了可以自動(dòng)檢索某些回路模式的冷卻系統(tǒng)，如直線型或U型冷卻回路，但對實(shí)體之間的幾何關(guān)系沒有論述。莫克等引入了一種冷卻系統(tǒng)的專家設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了四個(gè)層次，布局設(shè)計(jì)、分析、評價(jià)和決策。一種決策模塊根據(jù)儲存在知識庫中的規(guī)則對冷卻水道的重新設(shè)計(jì)進(jìn)行了評估。然而，沒有綜合與參數(shù)化的CAD系統(tǒng)。
總之，高效率和用戶友好型的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具是備受追捧的，這樣的系統(tǒng)可以達(dá)到令模具設(shè)計(jì)師從繁瑣的更新和保持設(shè)計(jì)模型一致中得到解放的預(yù)期，使模具設(shè)計(jì)周期的總時(shí)間縮短。本文介紹了提供冷卻和它們之間的散熱孔面回路所產(chǎn)生大量的相關(guān)鏈接的自動(dòng)化的冷卻水道的設(shè)計(jì)工具。
1.1通用與把握設(shè)計(jì)意圖的相關(guān)問題
在工業(yè)生產(chǎn)中，通常冷卻水道是以冷卻回路的形式構(gòu)成的，但孔特征作為CAD工具的代表。另一方面，經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)常用圓柱體來代替冷卻水道。在后一種方法中當(dāng)設(shè)計(jì)完成時(shí)所有的管道都連接起來形成一個(gè)冷卻回路。在CAE分析工具的幫助下用這種連接回路能對冷卻效果進(jìn)行評估。這些不能轉(zhuǎn)化為孔直到設(shè)計(jì)工作完成的回路是為CAM工具路徑的產(chǎn)生做準(zhǔn)備的。用這樣的表現(xiàn)形式，一個(gè)CAD系統(tǒng)可以顯示或繪制自視檢查的冷卻水道，而不顯示凸模或凹模插件和模具板的細(xì)節(jié)特征。與孔特征相比重新定位和修改實(shí)體需要更少的步驟。它能自動(dòng)檢測冷卻水道和其它模塊之間的功能如型腔和銷孔碰撞。
然而，圓柱體冷卻水道的代表形式有幾個(gè)問題。首先，許多步驟仍需要一個(gè)簡單的通道，如創(chuàng)建一個(gè)圓柱體，在一個(gè)情況下的倒角中的盲孔盲端，并通過一系列的對話方塊的位置和朝向運(yùn)行。通常，冷卻回路有很多的管道，所以它們的創(chuàng)建需要很多的重復(fù)命令。當(dāng)需要修改時(shí)要再次對圓柱進(jìn)行重復(fù)編輯。這種情況很容易出錯(cuò)。其次，在冷卻水道中對自動(dòng)傳熱分析或碰撞檢測是很重要的。第三，在用戶友好的操作方式中它們不能為插頭噴嘴或擋板插入冷卻水道提供方向信息。因此，模具設(shè)計(jì)師被繁瑣的步驟所困擾。
1.2冷卻系統(tǒng)中的語義定義
一種面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法可用于解決上述一節(jié)中討論的問題。它提供獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新的定義，對冷卻系統(tǒng)的驗(yàn)證是必不可少的一種對象類型或種類的集合。在圖1中，顯示了簡化的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)組件的類型。每個(gè)組件類型被定義為一個(gè)對象類。
冷卻水道被定義為其中包含冷卻液（在大多數(shù)情況下是水）的連續(xù)直孔。它可以包含在一個(gè)單一的模具組件（片或插件），或貫穿幾個(gè)。本文中“孔”是用來描述在一個(gè)單一的模具組件的冷卻水道中的幾何形狀，但其表現(xiàn)與傳統(tǒng)的孔特征是不同的（見下一節(jié)）。如圖2所示是冷卻回路的一個(gè)例子。1-5孔是冷卻水道。一個(gè)冷卻回路代表連接在入口和出口之間的冷卻水道。幾個(gè)冷卻回路形成一個(gè)冷卻系統(tǒng)。在圖2中孔1-5共同形成了一個(gè)冷卻回路。一個(gè)回路可有幾個(gè)不同方向的冷卻水道。這些管道由從不同模具板和插件面的鉆孔的冷卻孔組成。一個(gè)用于鉆孔的面稱為穿透面。當(dāng)然，冷卻孔有一個(gè)穿透面和鉆孔量總從滲透面指向另一端。通常情況下，冷卻孔垂直穿透面。然而，為了適應(yīng)某些特殊情況，這種限制是不影響本文目的的。
圖1冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
圖2 冷卻回路的例子
在實(shí)際中，如圖3中的一個(gè)例子冷卻水道跨越了多個(gè)塊。它由幾個(gè)連接的共線散熱孔（孔1，孔 2，孔3）。這樣的管道被專門命名為彩色線性冷卻水道。
在許多情況下，多印象設(shè)計(jì)用于模具布局。有兩種方法來建立冷卻回路即：平衡和不平衡。如果同樣的冷卻回路模式適用于每一個(gè)印象，則冷卻系統(tǒng)被稱為均衡。否則，冷卻系統(tǒng)是不平衡的。通常，如果模具是一個(gè)平衡的多模式設(shè)計(jì)的印象[14]，設(shè)計(jì)者希望有印象的每個(gè)部分是相同的冷卻回路，則平衡的方法被使用。在這種情況下，因?yàn)槊總€(gè)回路設(shè)計(jì)主要用來滿足一個(gè)印象，來滿足傳熱要求的冷卻效果會(huì)更好控制。這是為特別復(fù)雜的成型件推薦的可利用仿真優(yōu)化包的冷卻方法[11]。采用這種方法，CAD的功能可以普遍滿足模具設(shè)計(jì)師在冷卻回路格局上的個(gè)人的變化需求。
圖3典型的共線冷卻管道
另一方面，設(shè)計(jì)者可以把模具作為一個(gè)整體看待而不考慮冷卻回路的印象模式設(shè)計(jì)，如果這樣的話，他可以采用不平衡的方法。
1.3詳細(xì)的陳述
在圖4中給出了冷卻系統(tǒng)的一個(gè)組成部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。用一條直線和一個(gè)任選的圓柱體代表一個(gè)洞。這種直線被稱為孔冷卻的引導(dǎo)線。更確切地說，一個(gè)冷卻的引導(dǎo)線是從冷卻透孔中心點(diǎn)到末端孔中心點(diǎn)出發(fā)的直線。在圖2中，AB是孔1的冷卻引導(dǎo)線，而CD是孔2的引導(dǎo)線。引導(dǎo)線包括鉆孔載體。
如圖5所示在每個(gè)散熱孔的開始和結(jié)束點(diǎn)，孔兩端可以選擇以下類型：（1）末端為通孔型（2）末端為盲孔型（3）臺階型末端（4）交叉盲孔型。這些幾何特征信息表示為附加屬性指引。如果它基于儲存在每個(gè)引導(dǎo)線中的信息，就可以隨時(shí)生成圓柱形實(shí)體。
傳統(tǒng)上，冷卻線也被用來表示一個(gè)冷卻回路[11]，但它們是從被包含的實(shí)體中分離出來的，例如模具板和插件。本文中的設(shè)計(jì)思路之一是每一個(gè)引導(dǎo)線的開始和結(jié)束點(diǎn)都與穿透和退出的面相關(guān)，除了末端為盲孔的終點(diǎn)。因此，如果這些面的位置改變了，相應(yīng)的點(diǎn)將得到很大的更新和變化。換句話說，冷卻引導(dǎo)線總是與穿透和退出的面有關(guān)。
圖5冷卻管末端類型
在冷卻回路中所有的內(nèi)孔的冷卻引導(dǎo)線作為指導(dǎo)路徑進(jìn)行分組。在圖 2中有五條引導(dǎo)線AB型CD型EF型GH型和IJ型，形成引導(dǎo)路徑。在本文中，如圖4所示，引導(dǎo)路徑完全代表一個(gè)冷卻回路冷卻時(shí)可以有一定的準(zhǔn)則來描述冷卻孔類型直徑等的屬性。
事實(shí)上，冷卻圓柱體僅在需要時(shí)進(jìn)行查看檢查不同功能/組件的物理碰撞或創(chuàng)建基于板或插件的功能時(shí)生成。這些冷卻固體可以去除來簡化，只要引導(dǎo)導(dǎo)路徑可行，這些冷卻固體就可以再生。稍后階段，在確認(rèn)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，CAM應(yīng)用程序或組件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)仍然需要幾何孔。它們可以通過減去其相應(yīng)的冷卻板/插入機(jī)構(gòu)的固體來獲得。
一個(gè)引導(dǎo)路徑也用來維護(hù)其線路之間的連接。在指導(dǎo)路徑中定義了一種驗(yàn)證和核實(shí)這一條件的一個(gè)“特殊”的方法。這個(gè)共線冷卻水道是創(chuàng)建的“特殊對象類型”。從圖4中可以看出，一個(gè)冷卻回路包含可共線的冷卻水道以及簡單的管道。每個(gè)通道都可以由一組被叫做共線指引的引導(dǎo)線來表示。顯然，它的元素引導(dǎo)線必須從頭部到尾部不斷沿著一條直線連接起來。在圖3中，AB型，CD型及EF型形成路徑和代表共線的通孔1（臺階型通孔）通孔2盲孔3?？梢钥闯?，在一個(gè)冷卻回路中冷卻元件相關(guān)聯(lián)，因?yàn)樗鼈兪强梢粤⒓催M(jìn)行任何改變的。
如圖4所示，回路的內(nèi)容和對象根據(jù)上下文和用戶的選擇變化，例如，一個(gè)回路可以作為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)線或作為一個(gè)圓柱體集。一個(gè)冷卻回路能在豐富的屬性形式中自行確定幾何與非幾何的信息。
總之，在此對象的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，冷卻水道及其相關(guān)模具板或插件可以自動(dòng)更新如果諸如穿透面或鉆孔元素的某些類型能在后面的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行修改。由于所有的冷卻水道用相關(guān)聯(lián)的方法創(chuàng)建，在一個(gè)回路中如滲透面鉆孔方向可以嵌入CAD模型和持久存儲。
2執(zhí)行方面
2.1嵌入鏈接和參數(shù)
在這個(gè)模塊冷卻設(shè)計(jì)集中，引導(dǎo)線最初是通過用戶界面創(chuàng)建的。為了把每個(gè)引導(dǎo)線的開始和結(jié)束點(diǎn)與滲透和退出面及盲孔聯(lián)系在一起就出現(xiàn)了一個(gè)智能點(diǎn)。一個(gè)智能點(diǎn)在表面上是和內(nèi)核與數(shù)據(jù)庫面相關(guān)的點(diǎn)。它能與相應(yīng)面保持持續(xù)的聯(lián)系。在這里“智能”一詞表示一個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)到其它相關(guān)實(shí)體的性質(zhì)。由于這些引導(dǎo)線是建立于智能終點(diǎn)上的那么連通引導(dǎo)線也稱為智能線。它們每個(gè)都是由一個(gè)（盲孔）或兩個(gè)（通孔）連接在一起的。
一個(gè)冷卻圓柱體可以沿著一個(gè)圓形掃描的智能方針自動(dòng)生成，對于盲孔錐孔需增加。對于冷卻回路圓柱體作為固體的代表。這些幾何特征代表引導(dǎo)線的屬性。這些相關(guān)屬性包括末端的類型、冷卻孔直徑深度和臺階直徑部分。它們用于冷卻孔的編輯和冷卻孔的再生。
2.2功能和算法
已經(jīng)開發(fā)出的這個(gè)模塊的主要功能是滿足冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在這里列出的要求：
a． 增加形成引導(dǎo)路徑的智能引導(dǎo)線
b． 修改或重新定位引導(dǎo)線
c． 刪除引導(dǎo)路徑回路
d． 創(chuàng)建冷卻固體
e． 修改冷卻固體
f． 刪除冷卻固體
g． 建立平衡或不平衡的冷卻固體印象模具設(shè)計(jì)
2.3創(chuàng)建和編輯一個(gè)冷卻回路的智能引導(dǎo)路徑
要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)引導(dǎo)路徑的第一引導(dǎo)線，用戶需要在預(yù)期的固體上選擇一個(gè)面作為穿透面（平面）的回路入口（見圖2）。一個(gè)平面方程可以提供出選定的平面。在面上最初的引導(dǎo)路徑的啟動(dòng)點(diǎn)把用戶的指示點(diǎn)為基礎(chǔ)，然后創(chuàng)建一個(gè)智能點(diǎn)。引導(dǎo)第一次降溫過程生成的默認(rèn)方向的相反方向能在圖形窗口中顯示。用戶可以由圖6所示的界面活性變化的引導(dǎo)線的方向，交互地修改初始點(diǎn)的位置。 然后，用戶可以動(dòng)態(tài)拖動(dòng)冷卻線或輸入一個(gè)盲孔的引導(dǎo)線的長度值或選擇另一面說明通孔結(jié)束的面。在后一種情況下，在引導(dǎo)線的終點(diǎn)另一個(gè)智能點(diǎn)會(huì)被創(chuàng)建。在創(chuàng)建第一引導(dǎo)線時(shí)，一個(gè)序號“1”會(huì)顯示在它附近。
為創(chuàng)建下一個(gè)引導(dǎo)線（見圖2），一個(gè)鉆孔是必需的。用戶可以顯示底部滲透在p點(diǎn)的面，然后，下一個(gè)指引方向?qū)⒃O(shè)置在選定的面扭轉(zhuǎn)法線方向上。在這項(xiàng)工作的實(shí)施中向量的起點(diǎn)C的確定是參照前面的AB引導(dǎo)線和最近點(diǎn)到用戶的P點(diǎn)來表示的一個(gè)嵌入式規(guī)則。為了使向量定義的用戶友好，很多這樣的潛在 “規(guī)則”適用于協(xié)助指導(dǎo)創(chuàng)建。在這種情況下，當(dāng)定義CD引導(dǎo)線和以前的AB引導(dǎo)線時(shí)，它能自動(dòng)延長到底部鉆孔的C點(diǎn)。智能點(diǎn)是建立在與引導(dǎo)線相關(guān)的面上的C點(diǎn)上。同樣，序列號“2”顯示在引導(dǎo)線的附近。用戶還可以通過選擇一個(gè)工作定義坐標(biāo)方向+X,－X，+Y, －Y,+Z,－Z然后指示出引導(dǎo)線的下個(gè)起點(diǎn)。用類似的方法，一個(gè)完整的指引路徑可以被定義。當(dāng)確認(rèn)所有的指引路徑的引導(dǎo)線時(shí)，路徑的連續(xù)性可以在這種方法中驗(yàn)證（見圖4）。該指引路徑被當(dāng)作一個(gè)單一的實(shí)體。正如預(yù)期的那樣，引導(dǎo)線可以創(chuàng)建或加入一個(gè)由CAD功能的引導(dǎo)路徑?，F(xiàn)有的引導(dǎo)線也很容易被刪除。
在互動(dòng)的定義引導(dǎo)線之間，在相應(yīng)的分支機(jī)構(gòu)的算法中用戶的輸入?yún)?shù)和序列是不同的。例如，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)簡單的盲孔，用戶可以選擇的序列可以是下列三個(gè)選項(xiàng)之一：（a）僅僅是一個(gè)滲透面（b）滲透面和現(xiàn)有的垂直于參考的散熱孔，以及（c ）僅僅是現(xiàn)有的共線冷卻孔。在每個(gè)選項(xiàng)下，用戶的選擇序列是有區(qū)別的，必要的調(diào)整能使引導(dǎo)線達(dá)到保持引導(dǎo)路徑連接的預(yù)期目的及友好的用戶界面設(shè)計(jì)。如圖6冷卻后的引導(dǎo)線，它的性質(zhì)包括它的長度都顯示在同一用戶界面上。這些是可以改變和更新的。事實(shí)上，當(dāng)引導(dǎo)線被選中，其指導(dǎo)路徑也就確定。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)引導(dǎo)路徑中所有的引導(dǎo)路線是連續(xù)性的約束。如果引導(dǎo)路徑入口點(diǎn)的位置被移動(dòng)，則整個(gè)路徑也相應(yīng)的變化。用戶可以通過有關(guān)項(xiàng)目從編輯界面中選擇安全刪除引導(dǎo)路徑。
2.4創(chuàng)建和編輯冷卻固體
在定義一個(gè)引導(dǎo)路徑時(shí)，則冷卻固體基于個(gè)體引導(dǎo)線的屬性生成。冷卻固體僅當(dāng)用戶需要它們時(shí)創(chuàng)建。如圖4所示冷卻水道可以有不同的孔類型。這些類型可以表示為首端和末端相關(guān)的冷卻固體的特征。如圖7所示的用戶界面實(shí)現(xiàn)了這一目的。最初，用戶界面的設(shè)置，如啟動(dòng)類型、結(jié)束類型、孔直徑等參數(shù)用默認(rèn)類型分配，并在用戶界面上配置文件中的預(yù)設(shè)值。然后，他們以用戶的輸入為基礎(chǔ)更新。當(dāng)用戶重復(fù)操作時(shí)在此配置文件中的值始終在與用戶的首選值寫在它“接受”的用戶界面對話框中，以便使用戶界面的設(shè)置可以被更新。由于對話框的不同，也有對預(yù)設(shè)條件驗(yàn)證領(lǐng)域的項(xiàng)目，例如，臺階孔的直徑必須大于孔徑。這是當(dāng)用戶調(diào)用點(diǎn)擊“確定”按鈕時(shí)，在這種方法中這些檢查函數(shù)稱為冷卻固體的“驗(yàn)證”（見圖4），。如果輸入驗(yàn)證不被接受，就會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤信息的提示。這些屬性一旦得到證實(shí)通過點(diǎn)擊“顯示冷卻水道關(guān)系”按鈕可以自動(dòng)生成冷卻固體的CAD的API功能。
冷卻固體可以在任何時(shí)候被刪除，但類型和參數(shù)仍繼續(xù)將其作為個(gè)體指引線的附加屬性，因此冷卻固體可在任何時(shí)候可再生。然而，如果用戶刪除一切引導(dǎo)路徑，則冷卻回路就被完全刪除。在更多的細(xì)節(jié)上，實(shí)體生成算法建立了以下六種孔的類型：簡單盲孔、簡單通孔、臺階孔、臺階在通孔一端、臺階在通孔兩端、通孔，最后，共線固體冷卻水道能穿過多個(gè)固體。其它編輯和刪除冷卻水道的算法很簡單。
對于一個(gè)共線冷卻水道，有個(gè)別孔由共線連接獲得。圖3說明了它們是如何關(guān)聯(lián)的。假設(shè)孔1（從左到右）的創(chuàng)建是通過“選擇兩個(gè)平面創(chuàng)建臺階孔（兩端）”從A點(diǎn)開始“綁住”面1和結(jié)束點(diǎn)B“綁住”面2則面1和面2是固體1的一部分。這些面的任何修改都將會(huì)影響孔的深度如抵消它們。
創(chuàng)建孔2有更多的靈活性。用戶可以創(chuàng)建以下兩種方法。在第一種方法中面3和面4（屬于固體2）可作為參考選擇，因此啟動(dòng)點(diǎn)C和結(jié)束點(diǎn)D分別是面3和面4上的點(diǎn)。因?yàn)檫@個(gè)孔應(yīng)是共線管道的其中一部分，面2與孔1的結(jié)束點(diǎn)B相關(guān)，也與面3有關(guān)。這是保證共線管道的對象的驗(yàn)證方法。因此，第一個(gè)孔可以沿著面2滑動(dòng)通過創(chuàng)建兩個(gè)對齊孔不打亂中間的孔。在第二種方法中，第一個(gè)孔是用來作為參考，那么起點(diǎn)C的結(jié)束是孔1的終點(diǎn)，由于B點(diǎn)的連接，則沿著面2滑動(dòng)的第一個(gè)孔被修改則中間孔將隨著變化。一旦C點(diǎn)移動(dòng)則面3也將更新。這兩個(gè)孔之間的智能連接由嵌入式的多個(gè)共線冷卻水道固體建立。同樣，在圖3中第三盲孔由左到右建立，共線的冷卻水道由三個(gè)相關(guān)的冷卻孔獲得。
2.5處理平衡和非平衡冷卻回路
在本文中，模具元件由裝配樹結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)用戶初始化一個(gè)新的模具設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)它會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建。原來的塑料部分被分配到裝配上的一部分，被稱為產(chǎn)品的一部分（生產(chǎn)部分）（見圖8）。印象儲存在產(chǎn)品的一部分作為實(shí)例化組件與布局模式（凸模/凹模插件）。這是一個(gè)在裝配上專門用于冷卻固體自動(dòng)創(chuàng)建的部分。它被稱為冷卻線（CL）部分。
為了解決平衡與非平衡冷卻回路的設(shè)計(jì)問題，突變實(shí)體的概念必須被先介紹。這項(xiàng)功能可為幾何實(shí)體例如：實(shí)體、面、線、點(diǎn)等，以便使在裝配中的不同部分相關(guān)聯(lián)。這是通過復(fù)制從一部分到另一部分具有持續(xù)關(guān)聯(lián)的實(shí)體獲得的。這些復(fù)制的實(shí)體被稱為突變實(shí)體。當(dāng)一個(gè)源實(shí)體被修改，其相應(yīng)的突變實(shí)體也會(huì)自動(dòng)更新。源實(shí)體被稱為原型實(shí)體。圖9中所示了一些在裝配中可能突變的面。假設(shè)原型面A是元件1的一部分，則它可以創(chuàng)建一個(gè)相應(yīng)的突變面A1，面A1對它的原型面（子對母），或A2面對面A1（子對子）。在一個(gè)裝配建模環(huán)境下，另外一個(gè)需要解釋的概念是工作的一部分，這將被看作是定義在創(chuàng)建新的實(shí)體的一部分。因此，用戶必需明確地選擇工作的一部分，以便在其中創(chuàng)建新的實(shí)體。
圖8在模具裝配樹中的冷卻線
圖9在裝配中兩種可能的突變面
在本文中建立平衡的冷卻回路，工作部分被設(shè)置在圖8的產(chǎn)品部分中。當(dāng)用戶在凸模/凹模插件中選擇一個(gè)面去創(chuàng)建一個(gè)冷卻引導(dǎo)線時(shí)，一個(gè)突變面（子部分對母部分）被創(chuàng)建，在產(chǎn)品中的部分所有的冷卻實(shí)體，包括智能點(diǎn)、引導(dǎo)路徑和冷卻固體在這部分也被創(chuàng)造了。與此同時(shí)，在冷卻線部分與此相關(guān)的引導(dǎo)路徑和固體（子部分對子部分）也被創(chuàng)建。冷卻實(shí)體，根據(jù)印象模式被復(fù)制。該合成的冷卻系統(tǒng)在不同的印象模式中會(huì)自動(dòng)平衡。在圖10中用了一個(gè)與均衡冷卻回路的四印象模式的實(shí)例來說明。
圖10平衡冷卻回路的例子
當(dāng)創(chuàng)建不平衡冷卻水道時(shí)，工作的一部分被設(shè)置在冷卻線的一部分（見圖8）。當(dāng)用戶從插件部分選擇一個(gè)面，則在冷卻線的一部分（子部分對子部分）的突變副本被創(chuàng)建。然后，所有相關(guān)的原型，如智能點(diǎn)、引導(dǎo)路徑和冷卻實(shí)體在冷卻線部分被創(chuàng)建。因此，如果冷卻實(shí)體的參考面在不同的插件上被改變則在冷卻線部分的冷卻實(shí)體可以自動(dòng)更新。這兩種方法都是可用的，裝配樹結(jié)構(gòu)使設(shè)計(jì)在很大程度上得到了減少。
3.未來整合專家系統(tǒng)
顯然，這個(gè)模塊的功能可以進(jìn)一步擴(kuò)展。由于其是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，它極有可能將這項(xiàng)可以納入冷卻水道設(shè)計(jì)規(guī)則的模塊與專家系統(tǒng)整合。對其中的一些邏輯規(guī)則進(jìn)行了討論【10,11,15】。作者認(rèn)為，這應(yīng)該是今后的研究方向。
4.結(jié)論
本文提出了在冷卻水道設(shè)計(jì)工具中的一種相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)被放在獨(dú)特的引導(dǎo)路徑和冷卻水道固體交涉上，并在冷卻水道和模具板或插件之間的幾何相關(guān)上。相比用于【10,11,15】中的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是模具設(shè)計(jì)人員可以更容易的在整個(gè)設(shè)計(jì)生命周期中進(jìn)行修改。豐富的信息包括冷卻回路成員之間的鉆孔方向、定位和連接被嵌入相關(guān)的CAD模塊中。這些資料可以支持在高水平知識規(guī)則下的相關(guān)冷卻回路，從表面成型、碰撞檢查到最近距離的互動(dòng)。這種方法能有效和高效的應(yīng)用在模具設(shè)計(jì)中。
·致謝本文的目的僅是報(bào)道研究的方法。作者承認(rèn)他們的研究工作正在進(jìn)行，本文中主要由在新加坡制造技術(shù)研究所（SIMT）工作的主編完成。一個(gè)SIMT項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)實(shí)施軟件產(chǎn)品。R&D工程師得到在美國Cypress，CA的EDS公司提供的密切技術(shù)支持。Unigraphics系統(tǒng)（UG）和模具導(dǎo)向在EDS公司注冊商標(biāo)。
本文摘譯自：
中原工學(xué)院圖書館Springer-Link外文期刊數(shù)據(jù)庫，論文名稱為《An object-oriented design tool for associative cooling channels in plastic-injection moulds》。
11
廣東石油化工學(xué)院
課程設(shè)計(jì)說明書
題 目 塑 料 成 型 工 藝 及 模 具 設(shè) 計(jì)
專 業(yè)： 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院
班 級： 材控11-1
學(xué) 生： 余明競
學(xué) 號： 40
指導(dǎo)教師： 陶筱梅
完成時(shí)間：2014年 9 月17日至2014 年9 月 24日
設(shè)計(jì)題目: 塑料密封圈2模具設(shè)計(jì)
材料：PE
技術(shù)要求：
1） 制品表面光滑美觀；
2） 脫模斜度：0.5°～1°；
3）未注圓角為R0.5～R1。
PE的特性：
聚乙烯塑料的產(chǎn)量為塑料工業(yè)之冠，其中以高壓聚乙烯的產(chǎn)量最大。聚乙烯樹脂為無毒、無味，呈白色或乳白色，柔軟、半透明的大理石狀粒料，密度為0.91~0.96g/cm3 ，為結(jié)晶型塑料。
聚乙烯按聚合時(shí)所采用壓力的不同，可分為高壓、中壓和低壓聚乙烯。高壓聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)不是單純的線型，而是帶有許多支鏈的樹枝狀分子。因此它的結(jié)晶度不高(結(jié)晶度僅60%~70%)，密度較低，相對分子質(zhì)量較小，常稱為低密度聚乙烯。它的耐熱性、硬度、機(jī)械強(qiáng)度等都較低。但是它的介電性能好，具有較好的柔軟性、耐沖擊性及透明性，成形加工性能也較好。中、低壓聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)是支鏈很少的線型分子，其相對分子質(zhì)量、結(jié)晶度較高(高達(dá)87%~95%)，密度大，相對分子質(zhì)量大，常稱為高密度聚乙烯。它的耐熱性、硬度、機(jī)械強(qiáng)度等都較高，但柔軟性、耐沖擊性及透明性、成形加工性能都較差。
聚乙烯的吸水性極小，且介電性能與溫度、濕度無關(guān)。因此，聚乙烯是最理想的高頻電絕緣材料，在介電性能上只有聚苯乙烯、聚異丁烯及聚四氟乙烯可與之相比。
型腔數(shù)量及排列方式
對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時(shí)，則采用多型腔模具可提供獨(dú)特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。型腔的數(shù)目可根據(jù)模型的大小情況而定。該塑件對精度要求不高，為低精度塑件，再依據(jù)塑件的大小，采用一模四型的模具結(jié)構(gòu)。
確定分型面
分開模具能取出塑件的面，稱作分型面，注射模只有一個(gè)分型面。塑件的分型面應(yīng)位于截面尺寸最大的部位，并且保證塑件順利脫模和精度要求。
塑件外觀質(zhì)量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用多型腔單分型面模具。
最常用的澆口形式是側(cè)澆口，這種澆口形式注射工藝在制造上加工比較方便，由于塑件的形狀小，澆道流程短，熱量損耗少，澆口采用側(cè)澆口，且開設(shè)在分型面上。
塑件的體積和質(zhì)量
利用proe對塑件進(jìn)行分析可得到以下數(shù)據(jù)：
體積 = 5.6172432e+03 毫米^3
曲面面積 = 5.8898801e+03 毫米^2
平均密度 = 1.0000000e+00 公噸 / 毫米^3
質(zhì)量 = 5.6172432e+03 公噸
根據(jù) PRT_CSYS_DEF 坐標(biāo)邊框確定重心:
X Y Z 2.0000000e+01 2.0000000e+01 -2.9568217e+00 毫米
相對于PRT_CSYS_DEF坐標(biāo)系邊框之慣性. (公噸 * 毫米^2)
慣性張量
Ixx Ixy Ixz 4.7329438e+06 -2.2468971e+06 3.3218373e+05
Iyx Iyy Iyz -2.2468971e+06 4.7329440e+06 3.3218373e+05
Izx Izy Izz 3.3218373e+05 3.3218373e+05 9.3010438e+06
重心的慣性 (相對 PRT_CSYS_DEF 坐標(biāo)系邊框): (公噸 * 毫米^2)
慣性張量
Ixx Ixy Ixz 2.4369362e+06 0.0000000e+00 0.0000000e+00
Iyx Iyy Iyz 0.0000000e+00 2.4369363e+06 0.0000000e+00
Izx Izy Izz 0.0000000e+00 0.0000000e+00 4.8072492e+06
主慣性力矩 (公噸 * 毫米^2)
I1 I2 I3 2.4369360e+06 2.4369365e+06 4.8072492e+06
從PRT_CSYS_DEF 定位至主軸的旋轉(zhuǎn)矩陣:
1.00000 0.00000 0.00000
0.00000 1.00000 0.00000
0.00000 0.00000 1.00000
從PRT_CSYS_DEF 定位至主軸的旋轉(zhuǎn)角(度):
相對 x y z 的夾角 0.000 0.000 0.000
得到：
塑件體積 V = cm3
曲面面積 S = cm2
密度 = g/ cm3
塑件質(zhì)量 m= g
選擇注射機(jī)：
澆注系統(tǒng)凝料體積的初步按照塑件的0.6倍來估算
cm3
注塑機(jī)的公稱注射量
cm3
選擇注射機(jī)
根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定公稱注射量為30 cm3，注塑機(jī)型號為XS-Z-30型注塑機(jī)。
XS-Z-30型注射機(jī)的主要參數(shù)如下表所示：
注射量/ cm3
30
最大開模行程/mm
160
螺桿（柱塞）直徑/mm
28
動(dòng)、定模固定板尺寸/mm
250*280
注射壓力/Mpa
119
最大成型面積/C㎡
90
注射行程/mm
130
合模方式
液壓-機(jī)械
注射時(shí)間/s
0.7
電動(dòng)力功率/kW
5.5
注射方式
柱塞式
噴嘴球半徑/mm
12
鎖模力/KN
250
噴嘴孔直徑/mm
Φ4mm
1）注射壓力的校核
根據(jù)公式：
查表可知，PE在注射壓力為70～100MPa 時(shí)取得最大流動(dòng)比，取P0=85MPa，
滿足要求
2）鎖模力的校核
塑件在分型面上的投影面積：
澆注系統(tǒng)的投影面積： ，
取：
因?yàn)榍懊嬗?jì)算的A塑是4腔的總面積，所以
所以，
澆注系統(tǒng)
1） 主流道長度
主流道長度L，應(yīng)盡量小于60mm，上標(biāo)準(zhǔn)模架及該模具結(jié)構(gòu)，
取L = 45（mm）
2） 主流道小端直徑
d = 注射機(jī)噴嘴直徑 +（0.5～1）mm
= 4 +（0.5～1）mm取 d = 5（mm）。
3） 主流道大端直徑
D = d+2Ltan（α/2）（α=4°）
=5+
≈8（mm）
4） 主流道球面半徑
SR=注射機(jī)噴嘴球頭半徑+（1～2）mm
=12+（1～2）mm
取SR = 14（mm）。
5） 球面配合高度
配合高度為 3 ～ 5 mm 取 h=3（mm）。
6） 主流道錐度
主流道錐角一般應(yīng)在2°6°，取α = 4°，所以流道錐度為
主流道的凝料體積
V主=L主（++R主） 式（3-11）
=(3.14/3)32(4+2.5+42.5)
=1080.16mm≈1.08cm
主流道當(dāng)量半徑
R=mm =3.05mm
分流道的截面形狀
選用效率較高的圓形截面。
分流道的尺寸
一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來確定截面尺寸。這里單邊分流道長度取L=30mm
=0.2654 ＝0.92mm
PE常用的分流道直徑為4.8～9.5mm，取D＝5mm
分流道凝料體積
分流道長度 L＝304＝120mm
分流道截面積 A＝/4＝3.145/4=19.625mm
凝料體積 V＝LA=120 19.625＝2355mm≈2.4cm
校核剪切速率
查表注射時(shí)間可取t=0.7s
計(jì)算分流道體積流量：
q=cm3/s=15.817cm3/s≈1.58210mm/s
剪切速率
側(cè)澆口尺寸的確定
1.澆口的深度：，
2.ABS側(cè)澆口的厚度為1.2 ～1.4mm ,這里取1.4mm
3.澆口的寬度：,B取1.6mm；
4.澆口的長度：側(cè)澆口的長度L一般選用0.7～2.5mm ,取L=1.5mm
n=0.7
校核澆口的剪切速率
確定注射時(shí)間：查表,可取t=0.7s
澆口的體積流量:
q=cm3/s=3.1cm3/s=3.1mm/s
計(jì)算澆口的剪切速率：
校核主流道的剪切速率
（1） 計(jì)算主流道的體積流量
q=cm3/s=17.36cm3/s
(2)計(jì)算主流道的剪切速率
處于澆口與分流道的最佳剪切速率（=5×102～5×103s-1）的范圍之內(nèi)，故主流道的剪切速率校核合格。
凹模尺寸的計(jì)算
1)凹模徑向尺寸計(jì)算
——凹模徑向尺寸（mm）；
——塑件的平均收縮率（PE收縮率為0.4%～0.7％，均0.55%）；
——塑件徑向公稱尺寸（mm）；
——塑件公差值(mm)
x——隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5～0.8之間，取0.6）；
——凹模制造公差（mm）制造公差取塑件公公差的1/3.
——凹模徑向尺寸（mm）；
——塑件的平均收縮率（ABS收縮率為0.4%～0.7％，平均收縮率為0.55%）；
——塑件徑向公稱尺寸（mm）；
——塑件公差值(mm)
x——隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5～0.8之間，取0.6）；
——凹模制造公差（mm）制造公差取塑件公公差的1/3.
凹模型腔的徑向尺寸計(jì)算為：
式（3-27）
型腔深度尺寸
=
=9.935
H==1.915 式（3-30）
凸模部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）凸模尺寸的計(jì)算公式如下：
——凹模徑向尺寸（mm）；
——塑件的平均收縮率（ABS收縮率為0.4%～0.7％，平均收縮率為0.55%）；
——塑件徑向公稱尺寸（mm）；
——塑件公差值(mm)
x——隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5～0.8之間，取0.6）；
——凹模制造公差（mm）制造公差取塑件公公差的1/3.
（2）.型芯徑向尺寸
=20.266
（3）.型芯高度尺寸
=
=12.186 式（3-33）
（4）.型腔側(cè)壁厚度計(jì)算
按整體式圓形型腔計(jì)算：
r—型腔內(nèi)半徑，r＝24mm；[σ]碳鋼取160MPa；
p—型腔內(nèi)壓力，p＝Kp=0.4×117=46.8MPa.
因此，型腔側(cè)壁厚
取S＝50mm.
（5）型腔底板厚度的計(jì)算：
型腔底板厚度取32mm
成型零件的結(jié)構(gòu)
凹模結(jié)構(gòu)
主要參考資料
1..機(jī)械制造工藝師手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社
2..李秦蕊主編. 塑料模具設(shè)計(jì). 西北工業(yè)大學(xué)出版社. 1988年
3..典型注射模具結(jié)構(gòu)圖冊. 中南工業(yè)大學(xué)出版社。
4..實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造. 陳萬林等編. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2000年。
5..塑料模設(shè)計(jì)手冊.《手冊》編寫組編. 機(jī)械工業(yè)出版社. 1985年。