698 電器外殼注射模設計【全套17張CAD圖+文獻翻譯+說明書】,全套17張CAD圖+文獻翻譯+說明書,698,電器外殼注射模設計【全套17張CAD圖+文獻翻譯+說明書】,電器,外殼,注射,設計,全套,17,cad,文獻,翻譯,說明書,仿單 注塑模的單澆口優(yōu)化 摘要：本文論述了一種單澆口位置優(yōu)化注塑模具的方法。客觀的澆口優(yōu)化，盡量減少注塑制品翹曲變形，因為翹曲是一個關(guān)鍵質(zhì)量問題，對大多數(shù)注塑件，這絕大部分受澆口位置影響。專題翹曲的定義是用比例最大位移對特征表面預計長度的表面特征來描述零件翹曲。優(yōu)化相結(jié)合，數(shù)值模擬技術(shù)，以找到最佳的澆口位置，其中，模擬退火算法就是用來尋找最佳的澆口位置。最后，其中一個例子是討論有關(guān)文件，并可以得出結(jié)論認為，所提出的方法是有效的。 關(guān)鍵詞：注塑模， 澆口位置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，功能翹曲 導言 塑料注塑成型，是一種廣泛使用的，復雜的，對大型品種的塑料制品，尤其是那些高產(chǎn)量要求，精密復雜形狀的有高效率的技術(shù)制作。質(zhì)量注塑件是一個有功能性，部分幾何，模具結(jié)構(gòu)和工藝條件的塑膠材料。最重要的一部分，注塑模，基本上是以下三組組成：腔，澆口和澆道， 和冷卻系統(tǒng)。 Lam和Seow （ 2000），Jin和Lain（ 2002）達到平衡腔不同壁厚的一部分。平衡充填過程內(nèi)部腔給出了一個均勻分布的壓力和溫度，可大幅度減少該部的翹曲。但腔平衡只是其中一個影響零件質(zhì)量的重要因素。尤其是零件有其功能要求，其厚度通常不應該多種多樣。從這個角度談了注塑模具設計，澆口是由其尺寸和位置，和澆道系統(tǒng)的規(guī)模和布局表征的。澆口尺寸和澆道布局通常定為常量。相對地，澆口位置和澆道的大小是比較有彈性的，能夠多樣的影響零件質(zhì)量。因此，他們往往優(yōu)化設計參數(shù)。 Lee和Kim（1996年）為多種注射溶洞優(yōu)化了澆道和澆口的大小來平衡澆道系統(tǒng)。澆道維持平衡可以理解為有相同腔的多腔模具的不同入口壓力，在每一個腔每一個熔體流道底部有不同的情體積和幾何形狀。該方法已顯示壓力在整個多腔模具成型周期中的單腔里均勻分布。 Zhai等（2005年）發(fā)布兩個澆口位置優(yōu)化，它的一個成型腔是由一個在壓力梯度的基礎上的高效率的搜索方法（ PGSS） ，為由不同尺寸的澆道多澆口零件定位，熔接線向理想的地點（翟等， 2006 ）。作為大容量的一部分，多澆口需要縮短最高流徑，與相應減少注射壓力。該方法大可成為設計多澆口單型腔的澆口和澆道。 許多注塑件是只制作一個澆口，無論是在單型腔模具或多個腔模具。因此，單澆口的澆口位置是最常見的設計優(yōu)化參數(shù)。形狀分析方法是由Courbebaisse和Gaarrcia 2002年提出，是最佳澆口位置的注射成型估計。后來，他們研制的這種理論進一步研究和應用于單一澆口位置優(yōu)化的一個L形例子（庫爾伯貝斯，2005年）。 它易于使用，而不耗費時間，而且它只不過是提供了簡單的有均勻厚度的平面零件。 Pandelidis和Zou（1990年）提出的優(yōu)化澆口位置，由間接質(zhì)量相關(guān)引起的翹曲和物質(zhì)降解，這代表著加權(quán)溫度差，摩擦過熱的時間。翹曲是受上述因素的影響， 但它們之間的關(guān)系并不明確。 因此，優(yōu)化效果是受制于測定轉(zhuǎn)歸的加權(quán)因素。 Lee和Kim（ l996b ）研制出一種自動選擇澆口位置的方法，其中一套初步澆口位置，由設計師提出，最優(yōu)澆口是位于相鄰節(jié)點。結(jié)論在很大程度上 取決于設計師的直覺，因為第一步是基于設計師的主張。 所以在相當大的程度上，受限于設計師的經(jīng)驗。 Lam和Jin（2001）開發(fā)了澆口位置優(yōu)化方法，基于最大限度地減少了標準偏差的流徑長度（標準差[大] ）和在成型充填過程中的標準偏差的灌裝時間（標準差[ T ] ）。隨后，沈等人（ 2004 年 ） ，優(yōu)化了澆口位置設計通過最小加權(quán)充氣壓力，灌裝時間區(qū)別不同的水流路徑，溫差變化大，以及過度包裝的百分比。Zhai等 （ 2005 年）在去年底調(diào)查了最佳澆口位置與評價標準的注射壓力。這些研究人員介紹目標函數(shù)作為注塑成型灌裝操作，這對相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)有益。 但之間的相關(guān)性是非常復雜和不清晰在它們之間已經(jīng)觀察到。 人們還很難選擇適當?shù)募訖?quán)因子為每個函數(shù)。 一個新的目標函數(shù)來評價注塑制品翹曲變形，以優(yōu)化澆口位置。 直接衡量零件質(zhì)量，這項調(diào)查定義特征翹曲來評價零件翹曲，這是從"流加翹曲"模擬產(chǎn)出Moldflow塑料洞察力（電傳等）的軟件。目標函數(shù)最小化，在澆口位置優(yōu)化，以達到最低變形。 模擬退火算法是用來尋找最優(yōu)澆口位置。 給出了一個例子來說明建議優(yōu)化程序的有效性。 質(zhì)量措施：特征翹曲 定義特征翹曲 運用優(yōu)化理論設計澆口，零件的質(zhì)量措施必須指定在初審。術(shù)語"質(zhì)量"可轉(zhuǎn)介許多產(chǎn)品性能，如力學，熱學， 電子，光學，工效學或幾何性質(zhì)。有兩種零件質(zhì)量測量：直接和間接。一個有預測性的模型，從數(shù)值模擬結(jié)果，可作為一個直接的質(zhì)量測量。 相比之下，間接測量的零件質(zhì)量是正相關(guān)目標質(zhì)量，但它并不能提供對其質(zhì)量的直接估計。 翹曲，在相關(guān)工程的間接質(zhì)量測量，是一個注塑成型流動行為或加權(quán)。 這種行為是作為填充不同流徑的時間差，溫度差，過度包裝的比例問題，等等。這是很明顯的，翹曲是受這些因素的影響，但翹曲和這些因素的關(guān)系是不明確的，而且決定這些因素所占的比重是相當困難的。因此，用上述目標函數(shù)優(yōu)化大概不會減低零件翹曲，甚至是完美的優(yōu)化技術(shù)。 有時，不恰當加權(quán)因素，將導致完全錯誤的結(jié)果。 一些統(tǒng)計量計算，節(jié)點位移被定性為直接質(zhì)量測量，以達到最低變形鏈優(yōu)化研究。統(tǒng)計數(shù)量通常是最多節(jié)點位移，平均每年有10%的節(jié)點位移，而且整體平均節(jié)點位移（李和金， 1995 ; 1996 ） 。這些節(jié)點的位移容易從數(shù)值模擬結(jié)果獲得，統(tǒng)計值，在一定程度上代表著變形。 但統(tǒng)計位移不能有效地描述變形的注塑件。 在工業(yè)方面，設計者和制造商通常更加注意，部分上翹曲在某些特點上超過整個變形注射模塑件的程度。在這項研究中，特征翹曲是用來形容變形的注塑件。特征翹曲是表面上的最大位移與表面特征的預計長度之比（圖1 ） ： （1） 其中γ是特征翹曲， h是特征表面偏離該參考平臺的最高位移，L是在與參考方向平行的參考平臺上的表面特征的預計長度。 對于復雜的特點（這里只討論平面特征） ，翹曲的特點是通常在參考平面內(nèi)分為兩個區(qū)域，它是代表一個二維坐標系統(tǒng)： （2） 其中，是特征翹曲在X ， Y方向， ，是表面特征的預計長度在 X ，Y上的投影。 特征翹曲的評定 與相應的參考平面和投影方向結(jié)合起來測定目標特征后，，其L的值可以從圖中用解析幾何立即計算出來（圖2 ） 。在特定的表面特征和預測的方向，L是一個常量。 但H的評定比L復雜得多。 模擬注射成型過程是一種常見的技術(shù)，以預測質(zhì)量來設計零件，設計模具和工藝設置。結(jié)果翹曲模擬表達為節(jié)點撓度上的X ， Y ， Z分量 ，以及節(jié)點位移W。W是向量長度的矢量總和：+ + ，其中 i，j，k是在X，Y，Z方向上的單位矢量。H是在特征表面上的節(jié)點的最大位移， 這與通常方向的參考平面相同，并能產(chǎn)生結(jié)果的翹曲仿真。 計算h時，節(jié)點的撓度提取如下： 其中是撓度在正常方向參考平面內(nèi)提取節(jié)點; ， ， 是對撓度的X ， Y ， Z分量的提取節(jié)點;α，β，γ是角度的向量參考; A和B是終端節(jié)點，可以預測方向（圖2 ） ; 和是節(jié)點A和B的撓度： 其中， ，，是對節(jié)點A的撓度在X，Y，Z方向上的分量； ，和是對節(jié)點B的撓度在X ， Y ， Z方向上的分量; 和是終端節(jié)點撓度的加權(quán)因子，計算方法如下： 是提取節(jié)點和節(jié)點A投影間的距離， H是的最大絕對值。 在工業(yè)方面，視察該翹曲借助了一個觸角衡量，被測工件放在一個參考平臺上。 H是一個最大數(shù)值，讀數(shù)在被測工件表面和參考平臺間。 澆口位置優(yōu)化問題的形成 從質(zhì)量來說， "翹曲" ，是指永久變形的部分不是由實用的負載引起的。 它是由整體差動收縮引起，即聚合物流通，包裝，冷卻，結(jié)晶的不平衡。 安置一個澆口，在注射模具整個設計中是一個最重要的步驟。 高質(zhì)量的成型零件受澆口的影響很大，因為它影響塑料流進入型腔的澆道。因此，不同的澆口位置會引入不均勻的取向，密度，壓力和溫度分布，因而引入不同的值和分配翹曲。 因此，澆口位置，是一個有用的設計變量，以盡量減少注塑零件翹曲。因為相關(guān)關(guān)系澆口位置和翹曲分布，是在相當大程度上獨立于熔體和模具的溫度，在這項調(diào)查中它是假定該成型條件保持不變。 注射成型零件翹曲是量化特征翹曲，其中在上一節(jié)討論了。 因此單一澆口位置優(yōu)化，可以依如下制造 ： 最小化： 主題： 其中γ是特征翹曲變形; p是在澆口位置的注入壓力; 是注入成型機器的可允許注入壓力或被設計者或制造業(yè)者指定的可允許的注入壓力; x是坐標向量的候選澆口位置; 是節(jié)點有限元網(wǎng)格模型的一部分，為注射成型過程模擬; N是節(jié)點總數(shù)。 在有限元網(wǎng)格模型中，每一個節(jié)點都有可能是一個澆口。 因此，可能是澆口位置的總數(shù) 是一個有關(guān)的總節(jié)點數(shù)目N和總澆口數(shù)n的函數(shù)： 在這項研究中，只對單澆口選址問題進行調(diào)查。 模擬退火算法 模擬退火算法是其中最強大和最流行的元啟發(fā)式解決優(yōu)化問題，因為提供良好的以實際條件全面化解決辦法。 該算法是基于Metropolis （ 1953 ） ，這原本是用來在原子某一特定溫度找到一個平衡點的方法。這一算法和數(shù)字最小化的聯(lián)系是Pincus（ 1970年）第一個注意到，但Kirkpatrick（ 1983年）等人提議，把它形成一項優(yōu)化技術(shù)組合（或其他）。 運用模擬退火法優(yōu)化問題，目標函數(shù)f是用來作為函數(shù)E的能源，而不是找到一個低能源配置，問題就變成尋求近似全局最優(yōu)解。配置的值的設計變量是替代能源配置本身，控制參數(shù)的過程是取代溫度。 一個隨機數(shù)發(fā)生器被用作為設計變量產(chǎn)生新的值。 這是顯而易見的，該算法只需要將極小化問題列入考慮范圍。 因此，在最大化問題上，目標函數(shù)是乘以（ -1 ） 來取得一個可能的數(shù)。 模擬退火算法的主要優(yōu)點是比其他方法更能夠避免在局部極小被困。 這種算法采用隨機搜索，而不是只接受變化，即減少目標函數(shù)f ，而且還接受了一些變化來增加它。 后者則是接受一個概率P 其中是f的增量， k是Boltzman常數(shù)， T是一個控制參數(shù)，其中原數(shù)分析是眾所周知的"恒溫"制度 ，并且無視客觀功能參與。 在澆口位置優(yōu)化，實施這一算法的說明圖（圖3），此算法的詳細情況如下： （ 1 ） SA算法開始是從最初的澆口位置，同一個指定值的"溫度"參數(shù)T （"溫度"計數(shù)器K最初定為零） 。 適當控制參數(shù)（ 0 < c < 1 ）給出退火過程與馬爾可夫鏈N。 （ 2 ） SA算法在的旁邊生成一個新的澆口位置來計算目標函數(shù) f（ x ）的值。 （ 3 ）新澆口位置由接受函數(shù)決定接受的概率 一個統(tǒng)一的隨機變量產(chǎn)生[ 0,1 ] ， 如果<， 接受，否則就拒絕。 （ 4 ） 這個過程重復是的迭代次數(shù)（ ），用這種序列審判澆口位置被稱為馬爾可夫鏈。 （ 5 ）因為減少的"溫度''，生成一個新的馬爾可夫鏈，（在先前的馬爾可夫鏈里，從最后接受的澆口位置生成），這一“溫度”減少的過程將一直持續(xù)直到酸算法結(jié)束。 應用與探討 在一個復雜的工業(yè)產(chǎn)品中應用，在這一節(jié)討論質(zhì)量測量和優(yōu)化方法。 該部分是由一個制造商提供，如圖4所示。 在這一部分，平坦的基底表面上是最重要的輪廓精度要求。因此 ，翹曲變形特征在基底表面討論，其中參考平臺指定為水平面附于基底表面，縱方向指為預計參考方向。參數(shù)h是基底面對正常方向的最高偏轉(zhuǎn)即垂直方向，參數(shù)L是基底表面的預測長度在縱向上的投影。 圖4 制造商提供的工業(yè)產(chǎn)品 該產(chǎn)品的材料是尼龍Zytel 101L（ 30 ％EGP，杜邦工程聚合物）。 在模擬算法中的成型條件列在表1 。 圖5顯示了有限元網(wǎng)格模型的一部分，是受制于數(shù)值模擬。 它有1469個節(jié)點和2492元素。 目標函數(shù)，即特征翹曲，由方程（ 1 ），（ 3 ） ? （ 6 ）定義 。 其中h 是從"流量+流道分析序列中式（ 1 ）里的MPI所得 ，L在該工業(yè)產(chǎn)品中的測量值即L = 20.50毫米。 MPI的是注塑成型模擬使用最廣泛的軟件，它可以向您推薦在流動平衡前提下的最佳澆口位置。 對于澆口位置設計，澆口位置分析是一個有效的工具，但除了實證方法。 對于這點，澆口選址分析，MPI認為最佳澆口位置是接近節(jié)點N7459 ，如圖5所示。零件翹曲是模擬在此推薦澆口基礎上，因此，特征翹曲評定： ，這很有價值。 在實際制造中，零件翹曲是可見的在樣品工件上。 這是制造商不能接受的。 表1 在仿真中的成型條件 條件 值 填補時間（秒） 2.5 熔融溫度（ ） 295 模具溫度（ ） 70 包裝時間（秒） 10 包裝壓力（充壓） （ ％ ） 80 在基底表面的最大翹曲，是由不均勻取向分布的玻璃纖維造成的，圖6所示。圖6顯示，玻璃纖維取向的變化，從消極方向到積極方向進行，因為這個澆口位置，尤其是最大的纖維方向轉(zhuǎn)變在這個澆口附近。澆口位置造成的多樣化的纖維取向引起嚴重的差動收縮。 因此，特征翹曲是和澆口的位置有關(guān)，必須優(yōu)化，以減少部分翹曲。 在本條中搜索討論優(yōu)化澆口位置，模擬退火， "模擬退火算法" ，是適用于這個的。 最高迭代次數(shù)選定為30至確保精密的優(yōu)化，而且進行多次的隨機試驗，讓每一次迭代中被評為10至跌幅的概率為無效迭代，使之沒有一個重復的方案。 N7379節(jié)點（圖5） ，是最佳澆口位置。 特征翹曲評定，從翹曲模擬結(jié)果函數(shù)f（X）= γ= 0.97 ％ ，可說是少于MPI建議的澆口。 在實際制造中零件翹曲符合制造商的要求。 圖6b 表明，在模擬纖維取向。它是可見的最優(yōu)澆口位置，取決于玻璃纖維取向，因此，減少收縮差異在垂直方向沿縱向發(fā)展。因此，特征翹曲減少了。 結(jié)論 在這項調(diào)查中，特征翹曲是來描述注塑制品翹曲變形，在數(shù)值模擬軟件MPI的基礎上評定。 特征翹曲的評定是為單一澆口位置塑膠注塑模具，基于數(shù)值模擬結(jié)合模擬退火算法優(yōu)化。 工業(yè)產(chǎn)品作為一個例子來說明所提出的方法。 該方法取決于最佳澆口位置，產(chǎn)品是令制造商滿意的。 這個方法也適合于其它翹曲最小化的優(yōu)化問題，例如優(yōu)化多澆口位置，流道系統(tǒng)的平衡，并選擇各向異性材料。 9 課題任務書 指導教師 學生姓名 課題名稱 電器外殼注射模設計 內(nèi)容及任務 （1）對電器外殼進行工藝分析，根據(jù)塑件的材料、形狀與尺寸要求確定合適的成型工藝、選擇相應的成型設備和成型工藝參數(shù)，完成成型模具的總體設計； （2）模具零件的設計和裝配圖及主要零件圖的出圖； （3）整套模具的檢查修改，編寫模具的設計計算說明書。 研究手段主要運用沖壓模課程和其它有關(guān)先修課程的理論及生產(chǎn)實踐的知識去分析和解決模具設計問題，通過計算，運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料等，使用AutoCAD和Pro/e繪圖軟件對設計的模具進行繪圖。 擬達到的要求或技術(shù)指標 按任務書要求完成規(guī)定的任務，撰寫設計說明書（論文），一律采用計算機編輯。內(nèi)容包括設計的意義與作用、設計方案選擇和計算、主要零件的受力分析和強度校核、經(jīng)濟技術(shù)分析等。 寫出不少于400字的中文摘要；至少翻譯一篇本專業(yè)外文文獻（10000個以上印刷符號），并附譯文。 需完成不少于3張零號圖紙的結(jié)構(gòu)設計圖、裝配圖和零件圖，其中應包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙，同時至少有折合1號圖幅以上的圖紙用手工繪制，查閱到10篇以上與題目相關(guān)的文獻，按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設計說明書。 進度安排 起止日期 工作內(nèi)容 備注 （1）2010年10月~12月 收集資料，確定選題； （22011年1月21日~ 2月28日 完成開題報告 2011年3月1日~4月30日 進行工藝及結(jié)構(gòu)設計、繪制裝配草圖、零件草圖以及中期檢查； 2011年5月1日~5月31日 圖紙及說明書定稿； 2011年6月1日~6月10日 畢業(yè)設計答辯。 主要參考資料 [1] 中國紡織大學工程圖學教研室.畫法幾何及工程制圖(第四版)[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1997. 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[13] 《dynaform用戶手冊》詳細信息.http://www.netyi.net/training/42deaaba-550d-4c61-82c3-7eb9c601559f，2009-2-10. 教研室 意見 年 月 日 系主管領(lǐng)導意見 年 月 日 開題報告 題　　目 電器外殼注射模設計 學生姓名 班級學號 專業(yè) 一、選題的意義和目的 1）綜合運用注塑模課程和其它有關(guān)先修課程的理論及生產(chǎn)實踐的知識去分析和解決模具設計問題，并使所學專業(yè)知識得到進一步鞏固和深化。 2）學習模具設計的一般方法，了解和掌握常用模具整體設計、零部件的設計過程和計算方法，培養(yǎng)正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體設計和計算的能力。 3）通過計算和繪圖，學會運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料等，培養(yǎng)模具設計的基本技能。 二. 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 模具是機械制造業(yè)中技術(shù)先進、影響深遠的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量優(yōu)良、工藝適應性好等特點,被廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。 我國塑料模具行業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計，目前塑料模具在整個模具行業(yè)中所占比重約為30%，隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，這一比例將持續(xù)提高。相關(guān)專家預測，在未來的市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，塑料模具在模具行業(yè)中的比例將不斷提高。 塑料模具已形成完整而強大的產(chǎn)業(yè)鏈。我國塑料模具近年來伴隨著高技術(shù)驅(qū)動和支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成了一個完整而強大的產(chǎn)業(yè)鏈條。塑料模具相關(guān)產(chǎn)業(yè)從上游的原輔材料工業(yè)和加工、檢測設備到下游的機械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應用產(chǎn)業(yè)，都顯示出勃勃生機。 注塑模具（即塑膠模具），注塑模具設計（即塑膠模具設計）不但要采用 CAD 技術(shù)，而且還要采用 CAE 技術(shù)。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產(chǎn)品設計、模具設計和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設計人員憑經(jīng)驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑膠制品和模具設計，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。采用CAE 技術(shù)，可以完全代替試模，CAE技術(shù)提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造之前，預測塑膠熔體在型腔中的整個成型過程，幫助研判潛在的問題，有效地防止問題發(fā)生，大大縮短了開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。 ? 注塑模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑膠模具設計工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑膠制品在航空、航太、電子、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用，產(chǎn)品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的塑膠模具設計方法已無法適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。電腦輔助工程（CAE）技術(shù)已成為塑膠產(chǎn)品開發(fā)、模具設計及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經(jīng)。 注塑成型是一種用之甚廣的成型方法，與其他成型技術(shù)相比有許多明顯的特點： 1、注塑成型的優(yōu)點 1) 成型時要先鎖緊模具后才將熔料注入，加之具有良好流動性的熔料對模腔的磨損很小，因此一套模具可生產(chǎn)大批量注塑制品。 2) 一個操作工常可管理兩臺或多臺注塑機，特別是當成型件可以自動卸料時還可管理更多臺機器，因此，所需的勞動力相對較低。 3）由于成型物料的熔融塑化和流動造型是分別在料筒和模腔中進行，模具可始終處于使熔體很快冷凝或交聯(lián)固化的狀態(tài)，從而有利于縮短成型周期。 4) 成型過程的合模、加料、塑化、注射、開模和脫模等全部成型過程均由注塑的動作完成，從而使注塑工藝過程易于全自動化和實現(xiàn)程序控制。 5) 由于成型時壓力很高，因此可成型形狀復雜，表面圖案與標記清晰和尺寸精度高的塑件。 6) 生產(chǎn)效率高，一套模具可包含數(shù)十個甚至上百個型腔，因此一次成型即可成型數(shù)十個甚至上百個塑件。 7) 成型塑件僅需少量修整即可使用，在成型過程中產(chǎn)生的廢料可以重復利用，因此，注塑成型時對原料的浪費很少。 8) 通過共注可成型多于一種以上的材料，可有效地成型表皮硬而心部發(fā)泡的材料，可以成型熱固性塑料和纖維增強塑料。 9) 由于成型可采用精密的模具和精密的液壓系統(tǒng)，加之使用微機控制，因此可以得到精度很高的制品，體積公差可達到1μm。 2、注塑成型的缺點 1) 由于冷卻條件的限制，因此對于厚壁且變化又大的塑件的成型較困難。 2) 成型制品的質(zhì)量受多種因素限制，因此對技術(shù)要求較高，掌握的難度較大。 3) 注塑成型的關(guān)鍵器具是模具，但模具的設計、制造和試模的周期很長， 投產(chǎn)較慢。 4) 由于注塑機和注塑模的造價都比較高，因此啟動投資大，故不適合小批量塑件的生產(chǎn)。 3、注塑成型模具的發(fā)展趨勢可以歸納為以下幾個方面： 1)加深理論研究； 2)高效率，自動化； 3)大型、超小型及高精度； 4)標準化； 5)擴大研究各種特殊結(jié)構(gòu)的注塑模具； 6)全面推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)； 7)進一步加強快速原型制造技術(shù)； 8)超精加工和復合加工。 三、選題依據(jù) 由于注塑成型具有許多突出的優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在大批生產(chǎn)中得到廣泛的應用?？梢哉f，注塑成型加工已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和發(fā)展方向，是提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、進行產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要保證。 在塑料模具中，由于注塑模具有高效、精密、可成型各種復雜制品、工藝先進等諸多其他模具所不及的特點而成為塑料制品成型工藝中最重要的并且起主導作用的塑料成型工藝設備。在高速發(fā)展中，注塑模具又將其他成型模具的優(yōu)點吸納、融合和發(fā)展，形成了更加完美，更加優(yōu)越也更加先進的一種新的成型技術(shù)。 本課題以電器外殼注射模的模具設計為案例，以Pro/E和AutoCAD等繪圖軟件為工具進行設計研究工作。以熱注塑技術(shù)結(jié)合先進的CAD/CAE/CAM技術(shù)，進而提高提高生產(chǎn)率、減輕勞動強度和縮短模具的設計制造周期。 四 進度安排及預期成果 1.時間安排 （1）2010年10月~12月 收集資料，確定選題； （2）2011年1月21日~ 2月28日 完成開題報告； （3）2011年3月1日~4月30日 進行工藝及結(jié)構(gòu)設計、繪制裝配草圖、零件草圖以及中期檢查； （4）2011年5月1日~5月31日 圖紙及說明書定稿； （5）2011年6月1日~6月10日 畢業(yè)設計答辯。 2.預期成果 （1） 模具總體設計。 （2） 設計說明書一份。 （3） 設計圖紙齊全。 （4） 自選一個重要模具零件編制加工工藝過程。 五、參考文獻 [1] 中國紡織大學工程圖學教研室.畫法幾何及工程制圖(第四版)[M].上海：上海科學技術(shù)出版社，1997. [2] 孫文煥.機械CAD/CAM技術(shù)概論[M].西安：西安電子科技大學出版社，1995. [3] 向華，洪光英，張渝.三維動畫制作[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005. [4] 戈曉嵐，洪琢.機械工程材料[M].北京：中國林業(yè)出版社，2006. [5] 朱張校.工程材料[M].北京：清華大學出版社，2003. [6] 王衛(wèi)衛(wèi).材料成形設備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007. [7] 翁其金，徐新成.沖壓工藝及沖模設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004. [8] 陳嘉真.塑料成型工藝及模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995. [9] 二代龍震工作室 .Pro/SHEETMETAL Wildfire鈑金設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004. [10] 《ProCAST 鑄造模擬》(ProCAST)V2005[Bin]. http://lib.verycd.com/2006/12/04/0000130643.html，2009-2-10. [11] 單巖，王蓓，王剛. Moldflow模具分析技術(shù)基礎(CAD實用技術(shù)) [M].北京：清華大學出版社 ，2004. [12] DiEdifice–模擬軟件下載專區(qū)–中國鑄造模擬分析網(wǎng).http://castsa2008.com/frame.php?frameon=yes&referer=http%3A//castsa2008.comforumdisplay.php%3Ffid%3D57，2009-2-10. [13] 《dynaform用戶手冊》詳細信息.http://www.netyi.net/training/42deaaba-550d-4c61-82c3-7eb9c601559f，2009-2-10. 指導教師批閱意見 指導教師(簽名)： 年 月 日 注：可另附A4紙 6 注塑模的單澆口優(yōu)化 摘要：本文論述了一種單澆口位置優(yōu)化注塑模具的方法?？陀^的澆口優(yōu)化，盡量減少注塑制品翹曲變形，因為翹曲是一個關(guān)鍵質(zhì)量問題，對大多數(shù)注塑件，這絕大部分受澆口位置影響。專題翹曲的定義是用比例最大位移對特征表面預計長度的表面特征來描述零件翹曲。優(yōu)化相結(jié)合，數(shù)值模擬技術(shù)，以找到最佳的澆口位置，其中，模擬退火算法就是用來尋找最佳的澆口位置。最后，其中一個例子是討論有關(guān)文件，并可以得出結(jié)論認為，所提出的方法是有效的。 關(guān)鍵詞：注塑模， 澆口位置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，功能翹曲 導言 塑料注塑成型，是一種廣泛使用的，復雜的，對大型品種的塑料制品，尤其是那些高產(chǎn)量要求，精密復雜形狀的有高效率的技術(shù)制作。質(zhì)量注塑件是一個有功能性，部分幾何，模具結(jié)構(gòu)和工藝條件的塑膠材料。最重要的一部分，注塑模，基本上是以下三組組成：腔，澆口和澆道， 和冷卻系統(tǒng)。 Lam和Seow （ 2000），Jin和Lain（ 2002）達到平衡腔不同壁厚的一部分。平衡充填過程內(nèi)部腔給出了一個均勻分布的壓力和溫度，可大幅度減少該部的翹曲。但腔平衡只是其中一個影響零件質(zhì)量的重要因素。尤其是零件有其功能要求，其厚度通常不應該多種多樣。從這個角度談了注塑模具設計，澆口是由其尺寸和位置，和澆道系統(tǒng)的規(guī)模和布局表征的。澆口尺寸和澆道布局通常定為常量。相對地，澆口位置和澆道的大小是比較有彈性的，能夠多樣的影響零件質(zhì)量。因此，他們往往優(yōu)化設計參數(shù)。 Lee和Kim（1996年）為多種注射溶洞優(yōu)化了澆道和澆口的大小來平衡澆道系統(tǒng)。澆道維持平衡可以理解為有相同腔的多腔模具的不同入口壓力，在每一個腔每一個熔體流道底部有不同的情體積和幾何形狀。該方法已顯示壓力在整個多腔模具成型周期中的單腔里均勻分布。 Zhai等（2005年）發(fā)布兩個澆口位置優(yōu)化，它的一個成型腔是由一個在壓力梯度的基礎上的高效率的搜索方法（ PGSS） ，為由不同尺寸的澆道多澆口零件定位，熔接線向理想的地點（翟等， 2006 ）。作為大容量的一部分，多澆口需要縮短最高流徑，與相應減少注射壓力。該方法大可成為設計多澆口單型腔的澆口和澆道。 許多注塑件是只制作一個澆口，無論是在單型腔模具或多個腔模具。因此，單澆口的澆口位置是最常見的設計優(yōu)化參數(shù)。形狀分析方法是由Courbebaisse和Gaarrcia 2002年提出，是最佳澆口位置的注射成型估計。后來，他們研制的這種理論進一步研究和應用于單一澆口位置優(yōu)化的一個L形例子（庫爾伯貝斯，2005年）。 它易于使用，而不耗費時間，而且它只不過是提供了簡單的有均勻厚度的平面零件。 Pandelidis和Zou（1990年）提出的優(yōu)化澆口位置，由間接質(zhì)量相關(guān)引起的翹曲和物質(zhì)降解，這代表著加權(quán)溫度差，摩擦過熱的時間。翹曲是受上述因素的影響， 但它們之間的關(guān)系并不明確。 因此，優(yōu)化效果是受制于測定轉(zhuǎn)歸的加權(quán)因素。 Lee和Kim（ l996b ）研制出一種自動選擇澆口位置的方法，其中一套初步澆口位置，由設計師提出，最優(yōu)澆口是位于相鄰節(jié)點。結(jié)論在很大程度上 取決于設計師的直覺，因為第一步是基于設計師的主張。 所以在相當大的程度上，受限于設計師的經(jīng)驗。 Lam和Jin（2001）開發(fā)了澆口位置優(yōu)化方法，基于最大限度地減少了標準偏差的流徑長度（標準差[大] ）和在成型充填過程中的標準偏差的灌裝時間（標準差[ T ] ）。隨后，沈等人（ 2004 年 ） ，優(yōu)化了澆口位置設計通過最小加權(quán)充氣壓力，灌裝時間區(qū)別不同的水流路徑，溫差變化大，以及過度包裝的百分比。Zhai等 （ 2005 年）在去年底調(diào)查了最佳澆口位置與評價標準的注射壓力。這些研究人員介紹目標函數(shù)作為注塑成型灌裝操作，這對相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)有益。 但之間的相關(guān)性是非常復雜和不清晰在它們之間已經(jīng)觀察到。 人們還很難選擇適當?shù)募訖?quán)因子為每個函數(shù)。 一個新的目標函數(shù)來評價注塑制品翹曲變形，以優(yōu)化澆口位置。 直接衡量零件質(zhì)量，這項調(diào)查定義特征翹曲來評價零件翹曲，這是從"流加翹曲"模擬產(chǎn)出Moldflow塑料洞察力（電傳等）的軟件。目標函數(shù)最小化，在澆口位置優(yōu)化，以達到最低變形。 模擬退火算法是用來尋找最優(yōu)澆口位置。 給出了一個例子來說明建議優(yōu)化程序的有效性。 質(zhì)量措施：特征翹曲 定義特征翹曲 運用優(yōu)化理論設計澆口，零件的質(zhì)量措施必須指定在初審。術(shù)語"質(zhì)量"可轉(zhuǎn)介許多產(chǎn)品性能，如力學，熱學， 電子，光學，工效學或幾何性質(zhì)。有兩種零件質(zhì)量測量：直接和間接。一個有預測性的模型，從數(shù)值模擬結(jié)果，可作為一個直接的質(zhì)量測量。 相比之下，間接測量的零件質(zhì)量是正相關(guān)目標質(zhì)量，但它并不能提供對其質(zhì)量的直接估計。 翹曲，在相關(guān)工程的間接質(zhì)量測量，是一個注塑成型流動行為或加權(quán)。 這種行為是作為填充不同流徑的時間差，溫度差，過度包裝的比例問題，等等。這是很明顯的，翹曲是受這些因素的影響，但翹曲和這些因素的關(guān)系是不明確的，而且決定這些因素所占的比重是相當困難的。因此，用上述目標函數(shù)優(yōu)化大概不會減低零件翹曲，甚至是完美的優(yōu)化技術(shù)。 有時，不恰當加權(quán)因素，將導致完全錯誤的結(jié)果。 一些統(tǒng)計量計算，節(jié)點位移被定性為直接質(zhì)量測量，以達到最低變形鏈優(yōu)化研究。統(tǒng)計數(shù)量通常是最多節(jié)點位移，平均每年有10%的節(jié)點位移，而且整體平均節(jié)點位移（李和金， 1995 ; 1996 ） 。這些節(jié)點的位移容易從數(shù)值模擬結(jié)果獲得，統(tǒng)計值，在一定程度上代表著變形。 但統(tǒng)計位移不能有效地描述變形的注塑件。 在工業(yè)方面，設計者和制造商通常更加注意，部分上翹曲在某些特點上超過整個變形注射模塑件的程度。在這項研究中，特征翹曲是用來形容變形的注塑件。特征翹曲是表面上的最大位移與表面特征的預計長度之比（圖1 ） ： （1） 其中γ是特征翹曲， h是特征表面偏離該參考平臺的最高位移，L是在與參考方向平行的參考平臺上的表面特征的預計長度。 對于復雜的特點（這里只討論平面特征） ，翹曲的特點是通常在參考平面內(nèi)分為兩個區(qū)域，它是代表一個二維坐標系統(tǒng)： （2） 其中，是特征翹曲在X ， Y方向， ，是表面特征的預計長度在 X ，Y上的投影。 特征翹曲的評定 與相應的參考平面和投影方向結(jié)合起來測定目標特征后，，其L的值可以從圖中用解析幾何立即計算出來（圖2 ） 。在特定的表面特征和預測的方向，L是一個常量。 但H的評定比L復雜得多。 模擬注射成型過程是一種常見的技術(shù)，以預測質(zhì)量來設計零件，設計模具和工藝設置。結(jié)果翹曲模擬表達為節(jié)點撓度上的X ， Y ， Z分量 ，以及節(jié)點位移W。W是向量長度的矢量總和：+ + ，其中 i，j，k是在X，Y，Z方向上的單位矢量。H是在特征表面上的節(jié)點的最大位移， 這與通常方向的參考平面相同，并能產(chǎn)生結(jié)果的翹曲仿真。 計算h時，節(jié)點的撓度提取如下： 其中是撓度在正常方向參考平面內(nèi)提取節(jié)點; ， ， 是對撓度的X ， Y ， Z分量的提取節(jié)點;α，β，γ是角度的向量參考; A和B是終端節(jié)點，可以預測方向（圖2 ） ; 和是節(jié)點A和B的撓度： 其中， ，，是對節(jié)點A的撓度在X，Y，Z方向上的分量； ，和是對節(jié)點B的撓度在X ， Y ， Z方向上的分量; 和是終端節(jié)點撓度的加權(quán)因子，計算方法如下： 是提取節(jié)點和節(jié)點A投影間的距離， H是的最大絕對值。 在工業(yè)方面，視察該翹曲借助了一個觸角衡量，被測工件放在一個參考平臺上。 H是一個最大數(shù)值，讀數(shù)在被測工件表面和參考平臺間。 澆口位置優(yōu)化問題的形成 從質(zhì)量來說， "翹曲" ，是指永久變形的部分不是由實用的負載引起的。 它是由整體差動收縮引起，即聚合物流通，包裝，冷卻，結(jié)晶的不平衡。 安置一個澆口，在注射模具整個設計中是一個最重要的步驟。 高質(zhì)量的成型零件受澆口的影響很大，因為它影響塑料流進入型腔的澆道。因此，不同的澆口位置會引入不均勻的取向，密度，壓力和溫度分布，因而引入不同的值和分配翹曲。 因此，澆口位置，是一個有用的設計變量，以盡量減少注塑零件翹曲。因為相關(guān)關(guān)系澆口位置和翹曲分布，是在相當大程度上獨立于熔體和模具的溫度，在這項調(diào)查中它是假定該成型條件保持不變。 注射成型零件翹曲是量化特征翹曲，其中在上一節(jié)討論了。 因此單一澆口位置優(yōu)化，可以依如下制造 ： 最小化： 主題： 其中γ是特征翹曲變形; p是在澆口位置的注入壓力; 是注入成型機器的可允許注入壓力或被設計者或制造業(yè)者指定的可允許的注入壓力; x是坐標向量的候選澆口位置; 是節(jié)點有限元網(wǎng)格模型的一部分，為注射成型過程模擬; N是節(jié)點總數(shù)。 在有限元網(wǎng)格模型中，每一個節(jié)點都有可能是一個澆口。 因此，可能是澆口位置的總數(shù) 是一個有關(guān)的總節(jié)點數(shù)目N和總澆口數(shù)n的函數(shù)： 在這項研究中，只對單澆口選址問題進行調(diào)查。 模擬退火算法 模擬退火算法是其中最強大和最流行的元啟發(fā)式解決優(yōu)化問題，因為提供良好的以實際條件全面化解決辦法。 該算法是基于Metropolis （ 1953 ） ，這原本是用來在原子某一特定溫度找到一個平衡點的方法。這一算法和數(shù)字最小化的聯(lián)系是Pincus（ 1970年）第一個注意到，但Kirkpatrick（ 1983年）等人提議，把它形成一項優(yōu)化技術(shù)組合（或其他）。 運用模擬退火法優(yōu)化問題，目標函數(shù)f是用來作為函數(shù)E的能源，而不是找到一個低能源配置，問題就變成尋求近似全局最優(yōu)解。配置的值的設計變量是替代能源配置本身，控制參數(shù)的過程是取代溫度。 一個隨機數(shù)發(fā)生器被用作為設計變量產(chǎn)生新的值。 這是顯而易見的，該算法只需要將極小化問題列入考慮范圍。 因此，在最大化問題上，目標函數(shù)是乘以（ -1 ） 來取得一個可能的數(shù)。 模擬退火算法的主要優(yōu)點是比其他方法更能夠避免在局部極小被困。 這種算法采用隨機搜索，而不是只接受變化，即減少目標函數(shù)f ，而且還接受了一些變化來增加它。 后者則是接受一個概率P 其中是f的增量， k是Boltzman常數(shù)， T是一個控制參數(shù)，其中原數(shù)分析是眾所周知的"恒溫"制度 ，并且無視客觀功能參與。 在澆口位置優(yōu)化，實施這一算法的說明圖（圖3），此算法的詳細情況如下： （ 1 ） SA算法開始是從最初的澆口位置，同一個指定值的"溫度"參數(shù)T （"溫度"計數(shù)器K最初定為零） 。 適當控制參數(shù)（ 0 < c < 1 ）給出退火過程與馬爾可夫鏈N。 （ 2 ） SA算法在的旁邊生成一個新的澆口位置來計算目標函數(shù) f（ x ）的值。 （ 3 ）新澆口位置由接受函數(shù)決定接受的概率 一個統(tǒng)一的隨機變量產(chǎn)生[ 0,1 ] ， 如果<， 接受，否則就拒絕。 （ 4 ） 這個過程重復是的迭代次數(shù)（ ），用這種序列審判澆口位置被稱為馬爾可夫鏈。 （ 5 ）因為減少的"溫度''，生成一個新的馬爾可夫鏈，（在先前的馬爾可夫鏈里，從最后接受的澆口位置生成），這一“溫度”減少的過程將一直持續(xù)直到酸算法結(jié)束。 應用與探討 在一個復雜的工業(yè)產(chǎn)品中應用，在這一節(jié)討論質(zhì)量測量和優(yōu)化方法。 該部分是由一個制造商提供，如圖4所示。 在這一部分，平坦的基底表面上是最重要的輪廓精度要求。因此 ，翹曲變形特征在基底表面討論，其中參考平臺指定為水平面附于基底表面，縱方向指為預計參考方向。參數(shù)h是基底面對正常方向的最高偏轉(zhuǎn)即垂直方向，參數(shù)L是基底表面的預測長度在縱向上的投影。 圖4 制造商提供的工業(yè)產(chǎn)品 該產(chǎn)品的材料是尼龍Zytel 101L（ 30 ％EGP，杜邦工程聚合物）。 在模擬算法中的成型條件列在表1 。 圖5顯示了有限元網(wǎng)格模型的一部分，是受制于數(shù)值模擬。 它有1469個節(jié)點和2492元素。 目標函數(shù)，即特征翹曲，由方程（ 1 ），（ 3 ） ? （ 6 ）定義 。 其中h 是從"流量+流道分析序列中式（ 1 ）里的MPI所得 ，L在該工業(yè)產(chǎn)品中的測量值即L = 20.50毫米。 MPI的是注塑成型模擬使用最廣泛的軟件，它可以向您推薦在流動平衡前提下的最佳澆口位置。 對于澆口位置設計，澆口位置分析是一個有效的工具，但除了實證方法。 對于這點，澆口選址分析，MPI認為最佳澆口位置是接近節(jié)點N7459 ，如圖5所示。零件翹曲是模擬在此推薦澆口基礎上，因此，特征翹曲評定： ，這很有價值。 在實際制造中，零件翹曲是可見的在樣品工件上。 這是制造商不能接受的。 表1 在仿真中的成型條件 條件 值 填補時間（秒） 2.5 熔融溫度（ ） 295 模具溫度（ ） 70 包裝時間（秒） 10 包裝壓力（充壓） （ ％ ） 80 在基底表面的最大翹曲，是由不均勻取向分布的玻璃纖維造成的，圖6所示。圖6顯示，玻璃纖維取向的變化，從消極方向到積極方向進行，因為這個澆口位置，尤其是最大的纖維方向轉(zhuǎn)變在這個澆口附近。澆口位置造成的多樣化的纖維取向引起嚴重的差動收縮。 因此，特征翹曲是和澆口的位置有關(guān)，必須優(yōu)化，以減少部分翹曲。 在本條中搜索討論優(yōu)化澆口位置，模擬退火， "模擬退火算法" ，是適用于這個的。 最高迭代次數(shù)選定為30至確保精密的優(yōu)化，而且進行多次的隨機試驗，讓每一次迭代中被評為10至跌幅的概率為無效迭代，使之沒有一個重復的方案。 N7379節(jié)點（圖5） ，是最佳澆口位置。 特征翹曲評定，從翹曲模擬結(jié)果函數(shù)f（X）= γ= 0.97 ％ ，可說是少于MPI建議的澆口。 在實際制造中零件翹曲符合制造商的要求。 圖6b 表明，在模擬纖維取向。它是可見的最優(yōu)澆口位置，取決于玻璃纖維取向，因此，減少收縮差異在垂直方向沿縱向發(fā)展。因此，特征翹曲減少了。 結(jié)論 在這項調(diào)查中，特征翹曲是來描述注塑制品翹曲變形，在數(shù)值模擬軟件MPI的基礎上評定。 特征翹曲的評定是為單一澆口位置塑膠注塑模具，基于數(shù)值模擬結(jié)合模擬退火算法優(yōu)化。 工業(yè)產(chǎn)品作為一個例子來說明所提出的方法。 該方法取決于最佳澆口位置，產(chǎn)品是令制造商滿意的。 這個方法也適合于其它翹曲最小化的優(yōu)化問題，例如優(yōu)化多澆口位置，流道系統(tǒng)的平衡，并選擇各向異性材料。 9