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目錄
摘 要
設(shè)計(jì)一套一模四腔的塑料注射模具。并對(duì)成型工藝等多方面分析，通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算及驗(yàn)算，制定正確加工方案，并對(duì)模具的所有成型零部件進(jìn)行驗(yàn)證及校核，最終完成整注射套模具的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：注塑 肥皂盒 四腔 尺寸
1
目 錄
摘 要 I
目 錄 1
前言 1
1、塑件的工藝分析 2
1.1塑件模型的建立： 2
1.2塑件參數(shù)的設(shè)計(jì)。 3
1.2.1塑料的工藝分析： 3
1.2.2塑件的收縮率、塑件的壁厚、撥模斜度。 4
1.2.3分型面設(shè)計(jì) 4
1.2.4確定型腔數(shù)量以及排列方式。 5
2、成型設(shè)備的選擇與塑料工藝參數(shù)的編制。 6
2.1計(jì)算塑件、澆注系統(tǒng)的體積 6
2.2計(jì)算塑件的質(zhì)量 6
2.3選擇注射機(jī)的類型和型號(hào) 6
2.4塑件注射工藝參數(shù)的確定 7
2.4.1查表填寫原材料的注射工藝參數(shù) 7
3、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
3.2成型零件設(shè)計(jì)、加工工藝方案的制訂。 11
3.2.1型腔。 12
3.2.2型芯。 12
3.2.3型腔、型芯加工工藝的確定 13
3.3頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16
3.5導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
3.6排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19
4、模架的選擇及校核 19
5、模具裝配圖和零件圖 22
5.1模具3D圖形繪制（附圖） 22
5.2模具及其零件2D圖形繪制（附圖） 22
6、畢業(yè)小結(jié) 22
致 謝 23
參考文獻(xiàn) 24
八孔肥皂底殼模具設(shè)計(jì)
前言
模具，是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60％—80％的零部件都依靠模具成形，模具質(zhì)量的高低決定著產(chǎn)品質(zhì)量的高低，因此，模具被稱之為“百業(yè)之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。
模具生產(chǎn)的工藝水平及科技含量的高低，已成為衡量一個(gè)國家科技與產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益、新產(chǎn)品的開發(fā)能力，決定著一個(gè)國家制造業(yè)的國競爭力
1、塑件的工藝分析
1.1塑件模型的建立：
塑件2D圖如圖1所示，其中A為13。 模型3D圖如圖2所示。
圖一
圖二
1.2塑件參數(shù)的設(shè)計(jì)。
1.2.1塑料的工藝分析：
塑料品種、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、成型性能。
該塑料采用ABS材料。ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體的共聚物，價(jià)格便宜，原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的工程塑料之一。ABS無毒、無味，為呈黃色或白色不透明粒料，形成的塑料有較好的光澤，密度為1.02~1.05g/cm3。
ABS是由三種組分組成的，故它有三種組分的綜合力學(xué)性能，而每一組分又在其中起著重要的作用。丙烯腈使ABS具有良好的表面硬度、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，丁二烯使ABS堅(jiān)韌，笨乙烯使它有優(yōu)良的成形加工性和著色性能。
ABS的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍等都高，尺寸穩(wěn)定性較好，具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能，經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。
其缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70°C左右，熱變形溫度約為93°C左右。不透明，耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。
根據(jù)ABS中三種組分之間的比例不同，其性能也略的差異，從而適應(yīng)各種不同的應(yīng)用。
使用ABS注射成形塑料制品時(shí)，由于其熔體黏度比較高，所需的注射成形力也要高些，因此，塑件對(duì)型芯的包緊力較大，故塑件需要較大的脫模斜度。同時(shí)，熔體黏度較高，使ABS制品易于產(chǎn)生熔接痕，所以模具設(shè)計(jì)應(yīng)該注意盡量減少澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力。且ABS易于吸水，成形加工前要對(duì)其進(jìn)行干燥處理。在正常的成形條件下，ABS塑料件的制品的尺寸穩(wěn)定性較好,當(dāng)要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50°C～60°C，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在60°C～80°C，ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短；ABS的表面現(xiàn)黏度對(duì)剪切速度的依賴性很強(qiáng)，因此模具設(shè)計(jì)中大都采用點(diǎn)澆口形式。
塑件的精度分析
塑件（塑料制作的簡稱）尺寸是指塑件的總體尺寸，而不是指避厚，孔徑等結(jié)構(gòu)尺寸。
塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件與產(chǎn)品圖中的尺寸行使程序，即所獲得的尺寸的準(zhǔn)確度。
塑件尺寸公差應(yīng)根據(jù)公差應(yīng)根據(jù)GB/T 14486《工程塑料的模塑件尺寸的標(biāo)準(zhǔn)》確定，該標(biāo)準(zhǔn)塑件尺寸公差的代號(hào)為M5公差等級(jí)為5級(jí)。（《查塑料模具設(shè)計(jì)與制造》齊衛(wèi)東主編，高等教育出版社出版）
塑件的表面質(zhì)量分析
a、塑件表面質(zhì)量包括粗糙度和表面質(zhì)量。
b、塑件的外觀要求越高，表面粗糙度值越低，塑件表面粗糙的高低，主要與模具表面粗糙度值越低。一般來說，模具表面的表面粗糙度比塑件低1~2級(jí)，塑件的表面質(zhì)量的是塑件成形后的表觀缺陷狀態(tài)。
c、由于其塑件的外觀要求比較高，塑料件的表面粗糙度的值應(yīng)越低。其Ra的高低，主要與模具的型腔表面粗糙度有關(guān)。一般來說，模具粗糙度要比塑件的Ra低1-2級(jí)。其塑料件的表面粗糙度可參照GB/T14234《塑料件表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)---不同的加工方法和不同的材料所能達(dá)到的表面粗糙度》來選取，查《塑料模設(shè)計(jì)》表1-13得Ra3.2~25之間，可知ABS的粗糙度值Ra3.2。
1.2.2塑件的收縮率、塑件的壁厚、撥模斜度。
查表可得ABS的收縮率為1.0060。本設(shè)計(jì)要求塑件的壁厚為2mm，拔模斜度為30’～ 1°，此處取拔模斜度a＝1°。
1.2.3分型面設(shè)計(jì)
分型面是模具動(dòng)模和定模的結(jié)合處，在塑件最大形處，是為了塑件和凝料取出而設(shè)計(jì)的。分型面有單分型面和雙分型面之分。
分型面選擇的原則：
a， 分型面應(yīng)選擇在塑件外形的最大輪廓處；
b， 分型面的選取應(yīng)有利于塑件的留模方式，便于塑件順利脫模；
c， 保證塑件的精度要求；
d， 滿足塑件外觀的要求；
e， 便于模具的制造；
f， 減少成形面積；
g， 增強(qiáng)排氣效果
由于本產(chǎn)品的分型面簡單，所以采用單分型面。分型面如圖3所示。
圖3
1.2.4確定型腔數(shù)量以及排列方式。
由于要求是大批量生產(chǎn)，所以本次設(shè)計(jì)采用多型腔注射模具，而塑件的尺寸不會(huì)很大，故采用一模兩腔的方式。多型腔模具型腔的分布有平衡式排布和非平衡式排布兩種，其中平衡式排布的特點(diǎn)是從主流道到各型腔澆口的分流道的長度、截面形狀、尺寸分布對(duì)稱性對(duì)應(yīng)相同，可實(shí)現(xiàn)各型腔均勻進(jìn)料和達(dá)到同時(shí)充滿型腔的目的；而非平衡式與之相反。故采用平衡式排布，其排布如圖4所示。
圖4
2、成型設(shè)備的選擇與塑料工藝參數(shù)的編制。
2.1計(jì)算塑件、澆注系統(tǒng)的體積
根據(jù)塑件地三維模型，利用UG軟件畫圖并查詢到塑件的體積為V塑=25.6733966 cm3 ，取25.67 cm3。而澆注系統(tǒng)的體積為塑件的0.6倍，所以澆注系統(tǒng)的體積為V澆=0.6×25.67cm3=15.402 cm3 。又由于使一腔兩模結(jié)構(gòu)，故一次注射所需地塑料為V＝V塑×Ni＋ V澆＝25.67×2 ＋15.402=66.602 cm3。
2.2計(jì)算塑件的質(zhì)量
本產(chǎn)品采用ABS材料，其密度為1.02~1.05g/cm3，此處取密度為1.05g/cm3。則一個(gè)塑件的質(zhì)量M1＝ρV塑＝1.05×25.67＝26.95 g。而一次注射所需塑料地總質(zhì)量為M2＝ρV＝1.05×66.602＝69.9321 g。
2.3選擇注射機(jī)的類型和型號(hào)
根據(jù)塑件的形狀，取一模兩件的模具結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)成型設(shè)備和注射的塑料件的質(zhì)量，選擇臥式螺桿式的注射成型機(jī)設(shè)備，查注射機(jī)相關(guān)手冊(cè)可知選用的螺桿注射機(jī)的型號(hào)為：G54-S200/400的國產(chǎn)注塑機(jī)。
該注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。
額定的注射量/ cm3
200～400
螺桿的直徑/（mm）
55
注射壓力/MPa
109
注射行程/mm
160
注射方式
螺桿式
鎖模力/KN
2540
最大成形面積/ c㎡
645
最大的開合模行程/mm
260
模具最大厚度/mm
406
模具的最小厚度/mm
165
噴嘴圓弧半徑/mm
18
噴嘴孔直徑/mm
4
動(dòng)、定模固定板尺寸/mm×mm
532×634
2.4塑件注射工藝參數(shù)的確定
2.4.1查表填寫原材料的注射工藝參數(shù)
塑
料
項(xiàng)
目
`
ABS
注射機(jī)類型
螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)
30-60
+噴嘴
形式
直通式
溫度/oC
180-190
料筒溫度/oC
前段
200-210
中段
210-230
后段
180-200
模具溫度/oC
50-70
注射壓力/Mpa
70-90
保壓壓力/Mpa
50-70
注射時(shí)間/s
3-5
保壓時(shí)間/s
15-30
冷卻時(shí)間/s
15-30
成形周期/s
40-70
3、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中由注射機(jī)噴嘴到型腔之間的進(jìn)料通道。它的作用是使塑料溶體平穩(wěn)有序地填充到型腔中，并在填充和凝固過程中把注射壓力充分傳遞到各個(gè)部位，以獲得組織緊密、外形清晰地塑件。
而設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)應(yīng)遵循以下基本原則：
a，了解塑料的成形性能；
b，盡量避免或減少產(chǎn)生熔接痕；
c，有利于型腔中氣體的排除；
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。主流道是熔體最先經(jīng)流模具的部分，它的形狀與尺寸對(duì)塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。其作用是其截面尺寸直接影響到塑件的流動(dòng)速度和填充時(shí)間
主流道為圓錐體，錐度為2°～6°，經(jīng)對(duì)塑件的成形過程及對(duì)選用的模架分析，選擇直徑為16的主流道。其襯套的固定用定位圈配合固定在模具的定模座板上。
其平面圖及3D圖如圖5和圖6所示。
圖5 圖6
分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動(dòng)通道。其作用是改變?nèi)垠w流向，使其以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個(gè)型腔。
分流道的長度應(yīng)盡量可能短，且彎折少，以便減少壓力損失和熱量損失，節(jié)約塑料的原材料和能耗。常用的分流道的截面形狀有圓形、梯形、U形、和六角形等。流道的截面積越大，壓力的損失越??；流道的表面積越大，熱量的損失越小。經(jīng)查《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第3版）中表5－42流道面積形狀比較，可知截面形狀為圓形的分流道熱量損失小、流動(dòng)阻力小、效果最佳。其平面圖和3D圖如圖7和圖8所示。
圖7
圖8
由圖7即平面圖可看出，分流道直徑是6mm，最大長度是140mm。
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。其作用是：a)，澆口通過截面積的突然變化，使分流道送來的塑料熔體提高注射壓力，使塑料熔體通過澆口的流速有一突變性增加，提高塑料熔體的減切速率，降低黏度，使其成為理想的流動(dòng)狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對(duì)于多型腔模具，調(diào)節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達(dá)到同時(shí)進(jìn)料的目的。b)，澆口還起著較早固化、防止型腔中熔體倒流的作用。c)，澆口通常是澆注系統(tǒng)最小截面部分，還有利于在塑件的后加工中塑件與澆口凝料的分離。經(jīng)綜合分析采用截面形狀為矩形的側(cè)向澆口。
冷料穴的作用是：a)，容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔。b)，便于在主流道末端處設(shè)置主流道拉料桿。采用其截面形狀為半圓形的冷料穴。整個(gè)澆注系統(tǒng)如圖9所示。
圖9
3.2成型零件設(shè)計(jì)、加工工藝方案的制訂。
成型零件主要有型腔和型芯等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，承受塑料熔
體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)與制品間還要發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度；此外，成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。
3.2.1型腔。
型腔是成型塑件制品外表面的主要零件，按其結(jié)構(gòu)不同，可分為整體式和組合式兩類。整體式凹模由整塊材料加工而成，其特點(diǎn)是牢固，使用中不易發(fā)生變形，不會(huì)使制品產(chǎn)生拼接線痕跡。而組合式凹模在使用中則出現(xiàn)制品產(chǎn)生拼接線痕跡的幾率高一些。所以，此處采用整體式凹模。
3.2.2型芯。
型芯是成型塑件內(nèi)表面的零件。主要有主型芯和小型芯。對(duì)于簡單的容器，如殼、罩、蓋之類的塑件，成型其主要部分內(nèi)表面的零件稱主型芯，而將成型其他小孔的型芯稱為小型芯或成型桿。按結(jié)構(gòu)主型芯可分為整體式和組合式兩種。此處采用整體式，并有小型芯插入。
中小型模具模板的長度和寬度在500mm以下的模具(從模具的力學(xué)角度劃分,而不是從塑件質(zhì)量來劃分).這類模具強(qiáng)度,只要模板的型腔長度.寬度尺寸不大于其長度和寬度的百分之六十,深度不超過其長度的百分之十時(shí)可以不必通過計(jì)算，在工廠中，常常用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查表手冊(cè)得b=40mm,底板厚t=30mm
依據(jù)前面的計(jì)算數(shù)據(jù),選用龍記/LKM，CI型的模架，具體尺寸數(shù)據(jù)如下:
系列B×L
導(dǎo)柱
模板A、B尺寸/mm
墊塊高度C/mm
400×500
35
75、70
120
查表得ABS的收縮率為（0.3-0.8）%，平均收縮率為0.55%。制件的重要尺寸采用GB/T14486中MT3選取，次要尺寸采用MT5級(jí)
制件尺寸轉(zhuǎn)換：
外形尺寸（采用基軸制，公差取之負(fù)偏差）
108±0.78 → 108-0.78
78±0.66 → 78-0.66
內(nèi)部尺寸（采用基孔制，公差取之正偏差）
104±0.78 → 104+0.78
74±0.66 → 74+0.66
中心距尺寸
9±0.36 → 9±0.18
13±0.38 → 13±0.19
17±0.40 → 17±0.20
45±0.56 → 45±0.28
25±0.48 → 25±0.24
74±0.66 → 74±0.33
高度尺寸
2±0.32 → 2＋0.32
6±0.34 → 6-0.34
8±0.36 → 8＋0.36
3.2.3型腔、型芯加工工藝的確定
塑料注射模具的主要零件多采用結(jié)構(gòu)鋼制造,只需調(diào)質(zhì)處理,其硬度一般不高,因此,其加工工藝性較好.塑料盒體的注射模具為單型腔注射模,采用側(cè)向澆口進(jìn)料,推桿推出制品.
型腔加工工藝步驟為：
a、下料：根據(jù)型芯的外形尺寸下料
b、畫線：以模仁基準(zhǔn)畫各加工線位置
c、粗銑：粗銑出型腔外形、各加工面留余量
d、精銑：精銑型腔達(dá)到制品要求的外形尺寸
e、鉆孔：鉆鉸出澆口套安裝孔
f、拋光：腔表面拋光，以滿足制品表面要求
g、鉆孔：鉆出定模板上的冷卻水孔
型芯加工工藝步驟為：
a、下料：根據(jù)型芯的外形尺寸下料
b、粗加工：采用刨床或銑床粗加工為六面體
c、磨平面：將六面磨平
d、精銑：精銑出型芯的外形
e、鉆孔：加工推出桿孔
f、拋光：將成形表面拋光
g、研配：鉗工研配、將型芯裝進(jìn)型芯固定板固定
h、鉆孔：鉆出動(dòng)模板上的冷卻水孔
型芯固定板加工工藝步驟為：
a、畫線:以與定模板相同的基準(zhǔn)角為基準(zhǔn),畫各加工線位置b、粗銑:粗銑出安裝固定槽,個(gè)面留加工余量
c、精銑:精銑出安裝固定槽
d、研配:將安裝固定槽與型芯研配,保證型芯的安裝精度
3.3頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
頂出機(jī)構(gòu)即推出機(jī)構(gòu)。從模具中推出塑料制品及其澆注系統(tǒng)凝料的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是通過注射機(jī)上的頂桿或液壓缸來完成的。
推出機(jī)構(gòu)主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位部件等組成。
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下規(guī)則：
a,塑件留在動(dòng)模；
b,塑件在推出過程中不變形、不損壞；
c,不損壞塑件的外觀尺寸；
d,合模時(shí)應(yīng)使推出機(jī)構(gòu)正確復(fù)位；
e,推出機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠；
f,推出機(jī)構(gòu)本身要有足夠的強(qiáng)度和剛度；
g,盡量選擇在垂直壁厚的下方；
h,每副模具的推桿的直徑相同，方便加工；
i,塑件推出模具10mm左右，對(duì)型腔斜度較大者，頂出塑件深度2/3即可。
脫模力的計(jì)算：
將塑件從抱緊的芯上推出所需克服的阻力稱為脫模力。脫模力主要是由于塑件收包緊型芯而造成的塑件與型芯的摩擦阻力，而對(duì)于不帶通孔的殼體類塑件，脫模時(shí)，大氣壓力也是脫模阻力的一大組成部分，而本次設(shè)計(jì)有通孔，故可不計(jì)
大氣壓力。單個(gè)塑件所需的脫模力為：
F=AP（cos-sin）
=0.013x1.2x107x(0.2-0.017)
=28548 N
所以四個(gè)塑件所需的脫模力為114192N
式中： F——脫模力（N）；
——塑料對(duì)模具鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1～0.3,此處取0.2
——脫模斜度，為30′～1°，此處取1°；
A——塑件包容型芯的面積（m）；
P——塑件對(duì)型芯單位面積上的包緊力，一般情況下，模外冷卻
塑件P約取(2.4～3.9)×10Pa；模內(nèi)冷卻的塑件P約取(0.8～1.2)×10Pa。
推出機(jī)構(gòu)的類型可分為4種，分別是一次推出機(jī)構(gòu)、二次推出機(jī)構(gòu)、動(dòng)定模雙向推出機(jī)構(gòu)、帶螺紋制品的脫模機(jī)構(gòu)。
其中一次推出機(jī)構(gòu)又可分為推桿推出機(jī)構(gòu)、推管推出機(jī)構(gòu)、推件板推出機(jī)構(gòu)、活動(dòng)件及型腔推出機(jī)構(gòu)、多元推出機(jī)構(gòu)等5大類。
本次設(shè)計(jì)是使用單分型面，且塑件可一次推出，所以采用這5種中的第1種，即推桿推出機(jī)構(gòu)，即推出零件是推桿。采用推桿推出的理由是：推桿推出機(jī)構(gòu)是整個(gè)推出機(jī)構(gòu)中最簡單、最常見的一種形式。有于設(shè)置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達(dá)到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度，推桿推出時(shí)阻力小，推出動(dòng)作靈活可靠，損壞后也便于更換，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。而推出零件固定板即推桿固定板，則與推桿一起運(yùn)動(dòng)，將塑件頂出型芯。 單個(gè)塑件推桿的根數(shù)及直徑可通過以下公式計(jì)算并校核。
D=K[64F脫（uL）2/Nπ2E] 0.25
式中：
D——推桿直徑，mm；
K——安全系數(shù)，可取1.4～1.8,此處取1.6；
F脫——脫模力，N；
u——摩擦系數(shù)，一端固定時(shí)u為0.7，兩端固定時(shí)u為0.5，此處取0.7；
L——推桿長度，mm；
N——推桿根數(shù)；
E——穩(wěn)定系數(shù)，此處取5×106。
若N為6，則
D=K[64F脫（uL）2/Nπ2E] 0.25
=1.6×[64×28548×（0.7×200）2/6×3.142×5×106] 0.25
=5.3mm
所以本設(shè)計(jì)中推桿直徑采用6mm符合要求。
若D為6，則
N= 64F脫（uL）2/[(D/K)4π2E]
=64×28548×（0.7×200）2/[(6/1.6)4×3.142×5×106]
=3.7
所以本設(shè)計(jì)中單個(gè)塑件所需的推桿根數(shù)為6符合要求，所以總共有24根推桿。
推桿應(yīng)力校核：
[б]= 4K2F脫/D2Nπ=4×1.62×28548/62×6×3.14=431 N/cm2。而推桿的許用應(yīng)力為32000 N/cm2。故符合要求。
推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位
為了保證推出機(jī)構(gòu)在工作過程中靈活、平穩(wěn)，推出機(jī)構(gòu)需要設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置；而在每次合模后，推出機(jī)構(gòu)要回到原來的位置上，以組成完整的型腔，推出機(jī)構(gòu)需要設(shè)計(jì)復(fù)位裝置。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可以保證推板在座板和動(dòng)模墊板之間的推出和復(fù)位，防止推板的重
量全由推桿來承受而使推桿變形和折斷。
設(shè)計(jì)復(fù)位裝置的理由是因?yàn)橥瞥鰴C(jī)構(gòu)在開模推出塑件后，為下一次的注射成型座準(zhǔn)備，以便恢復(fù)完整的模腔。復(fù)位裝置的類型有復(fù)位桿復(fù)位裝置和彈簧復(fù)位裝置。本次設(shè)計(jì)采用彈簧復(fù)位。
3.4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
冷卻回路尺寸的確定
冷卻回路的設(shè)計(jì)應(yīng)做到回路系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)能充分吸收成形塑件所傳導(dǎo)的
熱量，使模具成形表面的溫度穩(wěn)定地保持在所需的溫度范圍內(nèi)，并且要做到使冷卻介質(zhì)在回路系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)暢通，無泄留部位。
1）、冷卻回路所需的總表面積計(jì)算
冷卻回路所需總面積可按下式計(jì)算
A=Mq/3600(θ1-θ2)
式中 ——冷卻回路總表面積，
——單位時(shí)間內(nèi)注入模具中樹脂的質(zhì)量，kg /h ；
——單位質(zhì)量樹脂在模具所內(nèi)釋放的熱量， J·kg，值查表得4×105J·kg ；
——冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， /(·k) ；
θ1——模具成形表面的溫度，oC ；
θ2——冷卻水的平均溫度，oC 。
2）、冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以以下公式計(jì)算
=(pv)0.8/d0.2
式中 ——冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，/(·k) ；
——冷卻水在該溫度下的密度，kg/ m3 ；
v——冷卻水的流速，m/s ；
d——冷卻水孔直徑，m ；
——與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)。
經(jīng)查表及計(jì)算可得, 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中樹脂的質(zhì)量77.76 kg /h，為
模具成形表面的溫度θ1為50 oC,冷卻水的平均溫度為25 oC, 冷卻水在該溫度
下的密度為1000 kg/ ，冷卻水的流速v 為2m/s, 冷卻水孔直徑d 為0.006m,為7.95。
所以
=(v)0.8/ d0.2
=7.95 X (1000 X 2）0.8/0.0060.2
=9673 /(·k)
A＝(77.76 X 4 X 105)/3600 X 9673 X (50-25)＝0.0357
3）、冷卻回路的總長度計(jì)算
冷卻回路總長度可用下式計(jì)算
=1000A/πd =1000x0.0357/3.14x6 =1.895 m
在設(shè)計(jì)和制造冷卻系統(tǒng)的時(shí)候一般大于理論數(shù)值就可以了,而無需按照計(jì)算出來的尺寸來制造。
在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
序號(hào)
原則
簡圖及說明
1
冷卻水道可設(shè)計(jì)成單回路或多回路
冷卻水道必須是一個(gè)回路，使水道中的水循環(huán)。當(dāng)水道較長時(shí)，隨著水溫的升高，模具的溫度不均勻，可設(shè)計(jì)成多個(gè)回路
2
冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大
圖a的冷卻水道為五個(gè)，直徑較大，型腔的表面溫度較均勻，溫度在60～60.5°C之間；圖b的冷卻水道為兩個(gè)，直徑較小，型腔的表面溫度不均勻，溫度在53.33～58.38°C之間
3
冷卻水道與型腔表面之間的距離應(yīng)盡量相等
當(dāng)塑件壁厚較均勻時(shí)，冷卻水道與型腔表面之間的距離應(yīng)相等；當(dāng)塑件壁厚不均勻時(shí)，厚的地方，冷卻水道與型腔表面之間的距離應(yīng)近些，冷卻水道的間距也應(yīng)小些。冷卻水道的孔邊與型腔表面之間的距離一般應(yīng)大于10mm，常用12~15mm
4
冷卻水道的入口宜選在澆口附近
塑料熔體在填充型腔時(shí)，模具的澆口處是最熱的部分，距澆口越遠(yuǎn)的地方溫度越低，為了得到等溫的型腔表面，冷卻水的入口宜選在澆口附近，出口選在熔體流動(dòng)的末端
5
冷卻水道的出、入口溫差應(yīng)盡量小
圖a的冷卻水道較長，其出、入口溫差會(huì)加大；圖b的冷卻水道較短，其出、入口溫差會(huì)減小。為了減小出、入口的溫差，必要時(shí)，要在模具上設(shè)置多對(duì)冷卻水道的出口和入口
3.5導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了保證注射模的準(zhǔn)確開模和合模，注射模具必須設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱和錐面定位兩種形式
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用：
a、定位作用 模具合模時(shí)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可以保證動(dòng)模和定模的位置正確，以便使型腔的形狀和尺寸精確；另外，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在模具的裝配過程中也起定位作用，方
便模具的裝配和調(diào)整。
b、導(dǎo)向作用 合模時(shí)，模具的導(dǎo)向零件首選接觸，引導(dǎo)動(dòng)、定模準(zhǔn)確合模，避免由于某種原因，使得型芯或型腔錯(cuò)誤接觸而造成的損壞。
c、承受一定的測向壓力 塑料熔體是以一定的注射壓力注入型腔的，型腔的各個(gè)方向都承受壓力，如果塑件是非對(duì)稱結(jié)構(gòu)或模具設(shè)計(jì)成非平衡進(jìn)料形式，就會(huì)產(chǎn)生單邊的測向壓力，設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可以承受一定的側(cè)向壓力。
本次設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
設(shè)計(jì)導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)式必須注意：
a、導(dǎo)柱應(yīng)合理均勻地分布在模具分型面的四角，導(dǎo)柱至模具的尺寸來選取，關(guān)于導(dǎo)柱的直徑的選取和布置的位置可參考標(biāo)準(zhǔn)模架來選取。為了不使模具在裝配或合模時(shí)將方向搞錯(cuò)，導(dǎo)柱的布置方式常采用等直徑導(dǎo)柱不對(duì)稱布置或不等直徑導(dǎo)柱的對(duì)稱布置方式
b、導(dǎo)柱的長度應(yīng)比型芯端面的高度高出6～8mm，以免在錯(cuò)誤定位時(shí)，型芯進(jìn)入凹模型腔相碰而損壞。
c、導(dǎo)柱設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)可以起到保護(hù)型芯及塑件脫模時(shí)，支撐推件板的作用，設(shè)置在定模一側(cè)可以起到方便塑件脫模支撐澆道板的作用，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體情況，來選擇導(dǎo)柱的設(shè)置，但一般設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)。
d、導(dǎo)柱的導(dǎo)滑部分的配合為H8/f7，導(dǎo)柱、導(dǎo)套固定部分的配合都按H8/f7
e、除了在動(dòng)模和定模之間設(shè)置導(dǎo)柱，導(dǎo)套以外，還需要在推板與動(dòng)模座之間設(shè)置導(dǎo)柱、導(dǎo)套，以保證推板的順利推出。
如圖11所示。
圖11
由圖11可知導(dǎo)套外徑d1=54mm,長L1=75mm導(dǎo)柱直徑d2=35mm,L2=140mm
3.6排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
當(dāng)塑件熔體充填型腔時(shí)，必須順序地排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱而產(chǎn)生的氣體。如果氣體不能被順利的排出，塑件會(huì)由于填充不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺點(diǎn)；甚至固氣體受壓而產(chǎn)生高溫，使塑料焦化。
注射模的排氣通常采取以下四種方式：
① 利用配合間隙排氣；
② 在分型面上開設(shè)排氣槽排氣；
③ 利于排氣塞排氣；
④ 強(qiáng)制性排氣
本設(shè)計(jì)采用利用配合間隙排氣
4、模架的選擇及校核
經(jīng)過對(duì)塑件的成型特點(diǎn)及型腔數(shù)目等的分析，本次設(shè)計(jì)采用龍記/LKM大水口模架，規(guī)格為4050，型號(hào)為CI型。其中A板為75，B板為70。
1）、注射機(jī)最大注射量校核
塑件連同澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的重量一般不應(yīng)大于注射機(jī)公稱注射量的80%，注射機(jī)多以公稱容量來校核
在一個(gè)注射成形周期內(nèi)，需注射入模具內(nèi)的塑料熔體的容量，應(yīng)為制件和澆注系統(tǒng)兩部分容量之和，即
V＝nV1＋V2
式中： V— 一個(gè)成形周期內(nèi)所需注射的塑料容積（cm3）；
n—型腔數(shù)目；
V1—單個(gè)塑件的容量（cm3）；
V2—澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的塑料容量（cm3）。V2＝0.6 V1
故有
V＝nV1＋V2≤0.8 Vg
式中：
Vg—注塑機(jī)額定注射量（400cm3）。
V＝nV1＋V2
＝4×25.67＋0.6×25.67
＝118.082 cm3
V＝118.082 cm3 ≤ 0.8×400=320 （滿足要求）
2）、注射壓力的校核
注射機(jī)的公稱壓力要大于成形的壓力，即
P公≥P注
式中 P公——注射機(jī)的最大注射壓力
P注——塑件成形所需的實(shí)際注射壓力；P注= KP0
K---安全系數(shù),常取K為1.25～1.4，此處取1.3
P0——成型時(shí)所需的注射壓力P0；在實(shí)際生產(chǎn)中P0通常取70～100MPa范
圍，此處取80MPa。
根據(jù)注射機(jī)的類型，可得注射機(jī)最大注射壓力為109 MPa，又塑件成形所需的實(shí)際注射壓力P注= KP0＝1.3×80＝104 MPa
故可知P公=109 MPa≥P注=100 MPa，滿足要求。
3）、鎖模力的校核
由于高壓塑料熔體充滿型腔時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的推力，這個(gè)力應(yīng)小于注射機(jī)的公稱鎖模力，否則將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，即：
F鎖≥pA分
式中：F鎖——注射機(jī)公稱鎖模力（N）,查表得F鎖為2.54×106 N。
p——注射時(shí)型腔內(nèi)注射的壓力，它與塑料品種和塑件有關(guān)（MPa）查表得p為30 MPa。
A分——塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和（m3）
流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積為A2，在模具設(shè)計(jì)前還是個(gè)未知數(shù)，根據(jù)多型腔的統(tǒng)計(jì)分析，A2是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A1的0.2~0.5倍，因此可用0.35nA1來進(jìn)行估算，所以
A分＝nA1＋A2＝nA1＋0.35 A2＝0.037 m2
F= pA分＝30×106×0.037＝1.11×106 N < F鎖＝2.54×106 N
故滿足要求
4）、模具安裝部分得尺寸校核
A、噴嘴尺寸
注射機(jī)的噴嘴頭部的球面半徑R1應(yīng)與模具主流道始端的球面半徑R2吻合，以免高壓熔體從縫隙處溢出。一般球面半徑R2應(yīng)比噴嘴頭半徑R1大1～2mm，否則主流道內(nèi)的塑件凝料無法脫出。
此模具主流道始端的球面半徑R=20mm＞注射機(jī)的噴嘴頭部球面半徑R＝18mm
因此符合要求
B、定位圈尺寸
為了使模具主流道的中心線與注射機(jī)噴嘴的中心線相重合，模具定模板上的定位
圈或主流道襯套與定位圈的整體式結(jié)構(gòu)的外尺寸d應(yīng)與注射機(jī)固定模板上的定
位孔呈較松動(dòng)的間隙配合。本次設(shè)計(jì)模具定模板上的定位圈直徑為100mm，與所選注射機(jī)固定模板上的定位孔呈較松動(dòng)的間隙配合，因此符合要求。
C、最大、最小模厚
在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使模具的總厚度位于注射機(jī)可安裝模具的最大模厚和最小模厚之間。同時(shí)應(yīng)校核模具的外形尺寸，使得模具能從注射機(jī)拉桿之間裝入。本次設(shè)計(jì)模具的總厚度為335mm，而注射機(jī)可安裝模具的最大厚度是406mm，最小厚度是165mm，故滿足要求。
D、螺孔尺寸
注射模具的動(dòng)模板、定模板應(yīng)分別與注射機(jī)動(dòng)模板、定模板上的安裝方法有螺孔相適應(yīng)。模具在注射機(jī)上的安裝方法有螺栓固定和壓板固定兩種形式。本此設(shè)計(jì)采用螺釘固定。
E、開模行程和頂出機(jī)構(gòu)的校核
注射機(jī)的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時(shí)所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。開模距離一般可分為兩種情況：一是當(dāng)注射機(jī)采用液壓、機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開模行程與模具厚度無關(guān)；二是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開模行程與模具厚度有關(guān)。
因?yàn)檫x用的注射機(jī)的合模方式為液壓－機(jī)械式合模方式。
5、模具裝配圖和零件圖
5.1模具3D圖形繪制（附圖）
5.2模具及其零件2D圖形繪制（附圖）
6、畢業(yè)小結(jié)
歲月如梭，轉(zhuǎn)眼間三年的學(xué)習(xí)將畫上圓滿的句號(hào)，我們即將走上社會(huì)。通過這三年里的學(xué)習(xí)使我成長了許多，學(xué)習(xí)到了更多的知識(shí)并使我養(yǎng)成了好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，鍛煉自己得膽量和提高了學(xué)習(xí)效率和水平。
在即將踏上社會(huì)工作前完成的這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，更讓我看到了自己的不足之處，讓我意識(shí)到學(xué)習(xí)是無止境的，只有不斷向前，才能使自己的水平不斷提高。正所謂臺(tái)上一分鐘，臺(tái)下十年功，這句話是非常正確的。而三年來多學(xué)的知識(shí)就在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到了檢驗(yàn)，同時(shí)也看出自己存在的缺點(diǎn)和不足。
回顧這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，給我的感覺是有煩惱、也有急躁，有沮喪、也有懊悔，但也有快樂、喜悅和收獲。在設(shè)計(jì)的過程中的確遇到了不少問題，正如老師之前所講的那樣，做完這次的設(shè)計(jì)就等于溫習(xí)之前所學(xué)的知識(shí)。在一些尺寸數(shù)據(jù)上的計(jì)算中，并不象之前所想的那樣簡單，直接從資料書上找一些數(shù)據(jù)代入公式中計(jì)算便得到答案。而是找了再找，算了再算，對(duì)了再對(duì)，有時(shí)做得都快沒心情了，不想繼續(xù)做了，但就在這時(shí)，自己想起了當(dāng)初來讀大學(xué)前得那種雄心壯志，那種要有作為的信念，覺得自己不能在這個(gè)時(shí)候放棄，無論如何，自己也要完成，因?yàn)檫@是走向社會(huì)的必經(jīng)之路。所以自己給自己打氣，自己為自己加油。所以在接下來的很多計(jì)算中，我都是從容面對(duì)，一步一步的取完成。同時(shí)我也積極的向老師請(qǐng)教，與同學(xué)們交流。
諸如此類的問題很多，但我沒以因?yàn)閱栴}多而后退和膽卻，我還是勇敢的取面對(duì)，繼續(xù)的堅(jiān)持下去，最解決了自己所遇到的問題。完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在這次設(shè)計(jì)中得到了老師的輔導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，讓我學(xué)到了更多，同時(shí)也糾正了自己的以些錯(cuò)誤，找到了自己本身存在的不足，讓自己得到了更多的鍛煉，為我以后的工作奠定基礎(chǔ)。在這里感謝我的指導(dǎo)老師和同學(xué)們。
完成這此設(shè)計(jì)，大學(xué)時(shí)光從此就成為了我的回憶，我想這將會(huì)是我人生中的以段值得取回想的回憶。它也將陪伴我走上社會(huì)。
22
致謝
23
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
1、 《塑料模具設(shè)計(jì)與制造》 主編：齊衛(wèi)東. 北京高等教育出版社出版2004年7月第1版；
2、《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》 編寫組. 北京機(jī)械工業(yè)出版社出版2006年3月 第3版；
3、《模具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 主編：梅伶. 機(jī)械出版社出版 2007年2月 第1版;
4、《塑料成型基礎(chǔ)及模具設(shè)計(jì)》 主編：龐祖高 副主編：郭新玲、黃尙猛
重慶大學(xué)出版社出版 2004年8月 第1版。
5、《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 主編：史鐵梁。北京機(jī)械工業(yè)出版社出版2007年1月第一版
24
智能沖壓工藝規(guī)劃系統(tǒng)的研究
摘要：本文對(duì)建立一個(gè)智能沖壓工藝設(shè)計(jì)知識(shí)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)給出了一個(gè)簡單的介紹。研究該系統(tǒng)的框架，對(duì)模型和知識(shí)推理模式進(jìn)行了介紹。對(duì)有些關(guān)鍵技術(shù)如沖壓工藝的可行性、排樣的最佳算法、智能地帶的布局和內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)可以改善工藝規(guī)劃效率。
關(guān)鍵詞： 排樣 KBS 知識(shí)模型 帶狀排樣法
1簡介
沖壓工藝規(guī)劃是沖壓產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)核心項(xiàng)目。它是金屬成型應(yīng)用的一個(gè)重要組成部分，它與生產(chǎn)質(zhì)量、成本、生產(chǎn)率和工具壽命有直接的影響。現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展對(duì)沖壓提出了更高的要求，尤其是在沖壓工藝方面。多年來，相關(guān)研究已就如何在創(chuàng)新的環(huán)境加強(qiáng)工藝規(guī)劃的集成化和智能化程度進(jìn)行研究。近年來，通過生產(chǎn)金屬成形智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)、自動(dòng)化技術(shù)，整和了工藝規(guī)劃的原則。智能工藝規(guī)劃方法可以有效地提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。
[1].對(duì)于冷鍛序列的設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于PC的專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用基于塑性理論和實(shí)際考慮的規(guī)則。在美國俄亥俄州立大學(xué)一個(gè)稱作FORMEX的規(guī)則系統(tǒng)被Altan和他的同事們寫入多級(jí)冷鍛的工藝規(guī)劃程序語言中。[2].它依靠冷鍛零件各種形狀的廣泛分類。[3] 實(shí)施以知識(shí)為本的冷成形序列設(shè)計(jì)系統(tǒng)，采用設(shè)計(jì)規(guī)則確定建立一個(gè)可行的序列，然后使用有限元分析優(yōu)化這個(gè)序列。一個(gè)以知識(shí)為基礎(chǔ)的模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)被Cheok和他的同事精心設(shè)計(jì)出來。[4] 在新加坡國立大學(xué)。一些零件表象技術(shù)、沖壓零件識(shí)別和模具構(gòu)成也存在于這項(xiàng)工作中。在中國，華中科技大學(xué)的科學(xué)技術(shù)研究者們也開發(fā)出了基于知識(shí)系統(tǒng)的用于對(duì)小型金屬件沖壓級(jí)進(jìn)模的程序包。[5].使用特點(diǎn)，用戶可以在3D立體構(gòu)架下設(shè)計(jì)產(chǎn)品。在手工設(shè)置排樣后，用戶可以使用交互命令來開發(fā)帶裝布局設(shè)計(jì)。來自利物浦大學(xué)工業(yè)研究部門的研究者們也在研究沖壓工藝和沖裁模的專用系統(tǒng)。[6].他們的研究集中在分解較小的橋型廢料的形狀編碼和識(shí)別技術(shù)。[7]在上海沖壓模具和工具技術(shù)研究所的研究者們也開發(fā)出了級(jí)進(jìn)模的CAD/CAM系統(tǒng)。他們研究的該系統(tǒng)依靠特殊的相關(guān)數(shù)據(jù)來描繪工件和模具結(jié)構(gòu)。
上述研究的研究工作的目的是為了促進(jìn)金屬成形的發(fā)展。從金屬智能成型的回顧和分析中，使用智能設(shè)計(jì)的理論和方法來研究沖壓工藝規(guī)劃的步驟。在本文中介紹了應(yīng)用于沖壓工藝規(guī)劃的智能的系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)在處理一些復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題時(shí)是種強(qiáng)有力的工具。由專門知識(shí)構(gòu)成的智能系統(tǒng)可以用一種交互的方式協(xié)助用戶解決各種各樣的問題或疑問。[8].智能系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它試圖代表人類知識(shí)和專業(yè)知識(shí), 以一種實(shí)際和有效的途徑提供快捷、方便的知識(shí)。智能系統(tǒng)能夠完成一般需要專家才能完成的任務(wù)。它能自動(dòng)化實(shí)時(shí)利用現(xiàn)有的專業(yè)知識(shí),并解釋它的推理過程。沖壓工藝規(guī)劃是一個(gè)含有豐富知識(shí)的復(fù)雜設(shè)計(jì)過程。整合在沖壓工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)中智能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是至關(guān)重要的。使用智能理論的沖壓工藝規(guī)劃智能系統(tǒng)被提出來。對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù),如集成產(chǎn)品知識(shí)建模和戰(zhàn)略規(guī)劃的綜合沖壓成形過程進(jìn)行了研究。在沖壓設(shè)計(jì)中包括各種各樣的知識(shí)，如專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、多任務(wù)知識(shí)、非標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)。每一種知識(shí)都需要集成到該系統(tǒng)中。沖壓模具的核心是沖壓工藝。必須考慮到多種因素,如幾何形狀、技術(shù)要求、材料性能、沖壓件的可行性、工作程序安排、模具工具的結(jié)構(gòu)。沖壓工藝規(guī)劃是一種基于專家知識(shí)的創(chuàng)造性程序。智能系統(tǒng)技術(shù)可以改善制定沖壓工藝規(guī)劃的效率。
2系統(tǒng)構(gòu)架和框架
智能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是建立和應(yīng)用的信息化模型制作。。該產(chǎn)品信息模型,包括三個(gè)階段：一種基于幾何的模型、一種基于特征的模型、一種基于智能的模型。基于幾何的模型描述零件的幾何拓?fù)湫畔?。由于零件的?shù)據(jù)信息不能被完整的描述、數(shù)據(jù)分離水平太低，幾何模型被特征模型取代。這個(gè)信息模型包括一組幾何實(shí)體。依靠此模型的工程語義模型，許多與設(shè)計(jì)相關(guān)的功能可以被實(shí)現(xiàn)。隨著人工智能的發(fā)展，智能模型開始被應(yīng)用。專業(yè)知識(shí)、設(shè)計(jì)過程的知識(shí),和相關(guān)的知識(shí)都包含在知識(shí)模型中[9、10]。智能模型支持表達(dá)和傳遞有用的信息。
本文主要概括了一種沖壓工藝規(guī)劃的智能系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的定義有效且完整。它幾何了不同模型的優(yōu)點(diǎn)且能滿足幾何設(shè)計(jì)和推理過程。面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用到整合各種各樣的知識(shí)。此集成的知識(shí)系統(tǒng)模型可被共享和用于智能設(shè)計(jì)和產(chǎn)品信息溝通。
這個(gè)關(guān)于沖壓模具工藝規(guī)劃的智能系統(tǒng)構(gòu)架已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來。這個(gè)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括一個(gè)圖形用戶界面,一個(gè)應(yīng)用程序系統(tǒng)、設(shè)計(jì)資源、知識(shí)工具,混合推理機(jī)制、基礎(chǔ)模型。在這個(gè)構(gòu)架中知識(shí)模型有不同的分類。知識(shí)模型從設(shè)計(jì)資源中獲取有用的信息，支持知識(shí)獲取和知識(shí)表達(dá)的程序。這個(gè)模型把有用信息轉(zhuǎn)移到知識(shí)庫。知識(shí)庫由CAD軟件支持。設(shè)計(jì)結(jié)果以3D模型、圖畫和資料庫的形式保存在知識(shí)庫中，它對(duì)在知識(shí)庫中不同零件的知識(shí)傳遞來說非常的重要。
3 實(shí)施方法和應(yīng)用
3.1沖壓智能模型的可行性論證
智能系統(tǒng)對(duì)沖壓工件的質(zhì)量、成本、模具壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)基于成熟的智能模型。此模型集成了規(guī)則庫、零件信息和結(jié)論庫。系數(shù)根據(jù)知識(shí)規(guī)則推理在知識(shí)庫得出。沖壓成型可行性可以從信息庫中零件信息和相關(guān)系數(shù)推出。在設(shè)計(jì)過程中被新結(jié)論擴(kuò)大的結(jié)果保存在結(jié)論庫中。
模型的智能推理過程和零件的規(guī)格相比有一定限度范圍的工藝參數(shù)。此規(guī)格
包括輸入輸出半徑、孔徑、孔板、孔網(wǎng)、槽、槽網(wǎng)。結(jié)果來證實(shí)零件的形狀是否符合模具工具加工。智能推理用于自動(dòng)和交互的方式。這樣做的目的是來研究沖壓該產(chǎn)品的可行性。智能推理的關(guān)鍵是確定基于零件厚度和相關(guān)系數(shù)的加工極限值。圖二所示為產(chǎn)品可行性論證模型的流程圖。
知識(shí)規(guī)則和設(shè)計(jì)結(jié)果保存在機(jī)械推理的數(shù)據(jù)庫中。零件的形狀可以在知識(shí)模型中修改。
由知識(shí)模型決定的沖壓工藝規(guī)劃是非常重要的一步，它同時(shí)也提供了選擇一個(gè)單步工序刀具或是復(fù)合工具或是一個(gè)改進(jìn)工具的方法。各種不同領(lǐng)域的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)都被保存在工藝規(guī)劃專業(yè)系統(tǒng)中。
知識(shí)庫的發(fā)展是基于規(guī)則表達(dá)的共同原則。這一步的目的是集成專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和零件
的形狀
3.2基于優(yōu)化算法的智能排樣模型
為了達(dá)到較高的材料利用率，空白的知識(shí)模型被建立，保存在知識(shí)庫中的結(jié)果是其他模塊建立的基礎(chǔ)。
在知識(shí)庫中有四種排樣類型：
● 一排列布局模式
● 與一排列相對(duì)的模式
● 兩排列布局模式
● 與兩排列布局相對(duì)的模式
建立這個(gè)知識(shí)模型的目的是改善材料的利用。由知識(shí)庫提供的限制情況可以由人類專家來選擇。這個(gè)知識(shí)模型控制著整個(gè)排樣的設(shè)計(jì)過程。
圖三所示為平面布局的等級(jí)體系結(jié)構(gòu)
第一種模式的作用是選擇粗略數(shù)值和計(jì)算工作區(qū)域的總體輪廓。此模式提供了原始參數(shù)。粗略數(shù)值的全部信息都由此得到，不管這個(gè)數(shù)字是否被概略畫出或是被選中。
第二種模式用來確定布局類型、角度范圍、布局大小和條帶區(qū)的寬度。
第三種模式中應(yīng)用了優(yōu)化算法。設(shè)計(jì)結(jié)果包括材料利用率、材料寬度和每步間隙都被保存在此模式中，不同布局的繪圖也同時(shí)生成。
在第四種模式中可以修改布局規(guī)劃的結(jié)果。最終參數(shù)包括每步間隙、材料寬度、各類網(wǎng)格和轉(zhuǎn)換能力。當(dāng)參數(shù)有所改變時(shí)，布局規(guī)劃圖可以被更新。
該知識(shí)的主要作用是布局規(guī)劃的算法優(yōu)化。該算法共有六步。
1.在圖形周圍最適合的矩形第一次生成。復(fù)制件和原件之間的距離是包含在接洽網(wǎng)中的。圖四說明了此種算法。
2.在兩個(gè)環(huán)形中間的值是經(jīng)過計(jì)算的。這兩個(gè)環(huán)形分解成線和圓弧的單元。每對(duì)元素中間的距離需要重新補(bǔ)償。然后就可以找到最短的距離。
3.計(jì)算出的最小值和所要求的值之間的差異就是誤差。當(dāng)誤差小于允許值時(shí)，排樣規(guī)劃就可以完成。另外，布局圖形需要沿著視野的方向移動(dòng)。
4.材料利用率可以以布局規(guī)劃的角度上被計(jì)算出來。
5.排樣圖形旋轉(zhuǎn)一定的角度。旋轉(zhuǎn)中心是矩形中心點(diǎn)附近的粗略數(shù)值。材料利用率在當(dāng)前角度下被計(jì)算出來。
6.排樣圖形旋轉(zhuǎn)到另外一個(gè)角度。重復(fù)第三部的的步驟，直到角度達(dá)到180度。 3.3帶狀布局的開發(fā)
帶狀布局的工序規(guī)則被集成于知識(shí)基礎(chǔ)級(jí)進(jìn)刀具設(shè)計(jì)。該智能模型的功能是：選擇零件位置，設(shè)計(jì)方位和安排帶狀工步距離。為了解決運(yùn)行程序，該規(guī)則應(yīng)該被制定的合理和有效。
自動(dòng)設(shè)計(jì)模塊是智能模型中最重要的模塊。人工智能技術(shù)被應(yīng)用于此模塊中。此模型中的預(yù)處理模塊，包括定位產(chǎn)品模塊和從產(chǎn)品模塊中提取精確的信息。為了在修改模塊中生成一個(gè)模型，最初的設(shè)計(jì)工程被修改[11]。被修改的模塊代替了處理模塊。
3.3.1 自動(dòng)帶狀布局設(shè)計(jì)的預(yù)處理
1）確定零件的位置和排列。用戶可以用界面來確定預(yù)處理模塊中的一些參數(shù)。確定位置的過程可以和其他元素一起來做，例如：零件形狀、尺寸精度、和用戶要求。
零件的形狀也在智能模型中定義，結(jié)果被保存在知識(shí)庫中。
2）獲取零件精確信息。此精確信息應(yīng)該在帶狀布局知識(shí)庫中得到。有用的信息包括沖孔的精確信息和相對(duì)位置信息。由此種類型信息組成的知識(shí)模型將會(huì)決定零件的沖壓順序。這個(gè)設(shè)計(jì)過程的主要要求是為位置精度開發(fā)一種知識(shí)模型[12]。首先，零件的形狀被分成封閉的輪廓。輪廓的數(shù)目為n
K = {k1, k2, . . ., ki, . . ., kn} (1)
這里 ki 表示零件的第i個(gè)輪廓。所有輪廓間的相對(duì)關(guān)系包含在關(guān)系P中。如果在輪廓ki 和kj 之間要求精準(zhǔn)，這里存在(ki , kj) ∈ p。
p = {. . ., (ki , kj), . . .} ki , kj ∈ K, 1 ≤ i, j ≤ n(i _= j). (2)
每種類型的精確信息通過相關(guān)矩陣被保存在知識(shí)模型中。
3.3.2帶狀布局自動(dòng)設(shè)計(jì)
帶狀布局的自動(dòng)設(shè)計(jì)模塊在知識(shí)模型中是最重要的一個(gè)。在知識(shí)模型中包含很多重要的規(guī)則，例如在一次單沖程中沖壓所有內(nèi)輪廓比較好。在下一個(gè)階段這個(gè)部分被切斷。有時(shí)候，如果沖壓點(diǎn)之間的距離非常小，一些內(nèi)輪廓就要被搬到下一階段進(jìn)行加工。如果沖壓點(diǎn)離分餾點(diǎn)太近的話，分餾點(diǎn)就需要被更改到下一階段。如果這里仍然有不合適的尺寸，一些點(diǎn)可以被移動(dòng)到下一階段。重復(fù)整個(gè)過程直到矩陣點(diǎn)間的每個(gè)尺寸都可以被接受。布局智能設(shè)計(jì)的核心是開發(fā)干涉點(diǎn)的智能模型[13]。
零件坯料被分成許多點(diǎn)的形式。這些點(diǎn)的名字是k1, k2, . . ., kn. 這里dij
是ki和 kj 之間最小的距離。矩陣的臨界值是S。如果dij
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