90度彎管、支承管支撐管彎頭的注射注塑模具設(shè)計(jì)【側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、一模四腔優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含9張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報(bào)告+外文翻譯】-zsmj25

90度彎管、支承管支撐管彎頭的注射注塑模具設(shè)計(jì)【側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、一模四腔】

 摘  要

模具作為一種成型工具，其設(shè)計(jì)、制造水平的高低，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量與更新?lián)Q代，是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志。

支撐管彎頭體積較小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而對(duì)注射成型模具和成型工藝的要求極高。支撐管彎頭注射模設(shè)計(jì)制造的最大難點(diǎn)在于成型部件、澆注系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。然后用Solidworks進(jìn)行三維實(shí)體建模,再進(jìn)行實(shí)體分析,確定出型腔數(shù)目,初選出成型設(shè)備,確定塑件的擺放位置,然后進(jìn)行分型面的確定,澆口的確定,確定結(jié)構(gòu)草圖,再搭配Solidworks的moldflow可以非常有效的進(jìn)行模架設(shè)計(jì),然后進(jìn)行抽芯機(jī)構(gòu),推出機(jī)構(gòu),復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì),最后在Solidworks下進(jìn)行機(jī)構(gòu)模擬分析和校核。在這過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不合理或者干涉的情況,然后分析這些狀況產(chǎn)生的原因,然后進(jìn)行修改,直到最后確定比較合理的方案。方案出來以后,再利用Solidworks的有限元分析功能對(duì)模具的受力部分進(jìn)行強(qiáng)度校核,這也是Solidworks比較強(qiáng)大的功能之一。當(dāng)完全確定沒有問題的時(shí)候,就進(jìn)行二維圖形的繪制。在繪制二維圖形的時(shí)候,運(yùn)用目前機(jī)械行業(yè)最有有效的二維圖紙繪制方法---由三維轉(zhuǎn)成二維。這不但在設(shè)計(jì)的過程思維更加清晰, 把大量經(jīng)歷用于機(jī)構(gòu)的優(yōu)化和完善,最重要的是大大提高的繪圖速度和準(zhǔn)確性,這在目前的經(jīng)濟(jì)時(shí)代是非常重要的。

這套模具最重要的是通過傳統(tǒng)和現(xiàn)代二種思維方法來設(shè)計(jì)的,可以親身體會(huì)出二種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn),取長(zhǎng)補(bǔ)短?？梢宰寕鹘y(tǒng)工業(yè)煥發(fā)出新的活力,也提高了大家學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞: 注塑模具；支撐管彎頭；澆注系統(tǒng)；裝配工藝；

Abstract

Die as a tool for molding, its design, manufacture level are of direct bearing on the quality of products and replacement, an important indicator to measure a country's level of manufacturing. 

   Support elbow is of small size and complex internal structure, thus demanding a highly molding technique and injection die. The most difficult parts of Support elbow injection mould design and manufacture are the design of molding part, injection system, stripping structures. after demonstrated, I choose low-pressure polyethylene as the stuff.  Second, I use Solidworks to do the three-dimensional sculpting for the entity for the sake of deciding the number of swage, equipment of injection, and the place of produce. Third, I choose the parting line, the gate, the sketch of the machinery, and arranged in pairs or groups imoldflow of Solidworks (in this way, we can design the mold’s carrier with effectively).  Next, the machine of take out, fetch, return, and the cool system. The end, I use Solidworks to simulate the machine, besides analyses and check it. In the process, I always find the phenomenon of inconsequence and interference, when this phenomenon happened, I must analyses what’s wrong happened and why. Until I fine the whys, I must modify it. The end, I should decide the rational project. After the project is putted forward, I checked the intension of the pressed part of the mold with FEA of Solidworks. FEA is one of the power functions of Solidworks. After raveling out all problems, I should draw the planar chart. In the process of drawing——transform the three-dimensional chart to planar. In this way, my thinking became very in focus in the process of design, so I spend mostly energy to optimize and consummate the machine, the top-drawer is that we can heighten speed and veracity of drawing. At present, this is very important.

In the process of the design, I used traditionary technique and unconventional ways. Compared them, I found theirs strongpoint and disadvantage, so I can learn from other’s strong points to offset one's weakness. Improving the traditionary technique, besides improve our’s interest to study machine.

Key Words: Injection mold；Support elbow；Pouring system； Assembly process；

目    錄

1. 緒  論 1

1.1國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1

1.1.1模具工業(yè)的概況 1

1.1.2我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)狀況及地區(qū)分布 2

1.1.3我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)的今后的主要發(fā)展方向 5

1.1.4注塑模具CAD發(fā)展概況及趨勢(shì) 5

1.2研究?jī)?nèi)容 7

1.2.1支撐管彎頭外形設(shè)計(jì) 7

1.2.2分析最佳成型工藝 7

1.2.3模具結(jié)構(gòu)分析和確定 7

1.2.4模具開合模運(yùn)動(dòng)仿真 7

2.支撐管彎頭設(shè)計(jì)及其成型工藝分析 8

2.1制品結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計(jì) 8

2.2制品材料的選擇 9

2.2.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS） 9

2.2.2聚苯乙烯（PS） 9

2.2.3雙酚A型碳酸脂（PC） 10

2.3注射工藝選擇 12

2.3.1 ABS塑料的干燥 12

2.3.2注射壓力 12

2.3.3注射溫度 12

2.3.4模具溫度 13

2.3.5料量控制 13

3.模具設(shè)計(jì) 14

3.1型腔數(shù)量的確定 14

3.2注塑機(jī)選型 14

3.2.1注射量計(jì)算 15

3.2.2注射機(jī)型號(hào)確定 16

3.2.3注射壓力校核 16

3.2.4鎖模力校核 16

3.2.5開模行程和模板安裝尺寸校核 17

3.3模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18

3.3.1主流道設(shè)計(jì) 18

3.3.2分流道 18

3.3.3澆口設(shè)計(jì) 19

3.4注射模具成型零部件設(shè)計(jì) 20

3.4.1成型零部件尺寸分析 20

3.4.2塑件收縮率的影響 20

3.4.3成型零件的設(shè)計(jì) 21

3.4.3.1型腔 21

3.4.3.2側(cè)型芯 22

3.4.4成型零部件強(qiáng)度校核計(jì)算 23

3.4.5型芯與型腔配合 23

3.5脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24

3.6側(cè)向抽芯設(shè)計(jì) 26

3.6.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26

3.6.2確定抽芯距 27

3.6.3抽芯力的計(jì)算 27

3.6.4斜導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 28

3.7導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 29

3.7.1結(jié)構(gòu)形式 29

3.7.2導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求 30

3.7.3導(dǎo)套 30

3.8模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 31

3.9模具材料 31

4.模具裝配工藝 33

4.1塑料模具的裝配基準(zhǔn) 33

4.2塑料模具的總裝配程序 33

4.3塑料模具裝配時(shí)注意事項(xiàng) 34

4.4空心球柄模具裝配工藝 34

結(jié)  語 36

致  謝 37

參考文獻(xiàn) 38

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A0支撐管彎頭裝配圖.dwg

A1-動(dòng)模板.dwg

A1-定模板.dwg

A1-支撐管彎頭-型腔.dwg

A2-c_板.dwg

A4-11-帶肩導(dǎo)套.dwg

A4-復(fù)位桿.dwg

A4-支撐管彎頭-側(cè)型芯.dwg

A4-支撐管彎頭-塑件圖.dwg

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用配置空間的方法對(duì)注 塑 模冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) 香港城市大學(xué)制造工程及工程管理部，香港 2007 年 5月 3日收到 ; 2007 年 11月 18日接納 摘要 注塑模的冷卻系統(tǒng)對(duì)注射模具的成型過程和塑料零件質(zhì)量影響是非常重要的。盡管已有各種針對(duì)冷卻系統(tǒng)的分析、優(yōu)化和制作的研究，但冷卻系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)方面并沒有得到很好的發(fā)展。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，我們主要關(guān)注的是冷卻系統(tǒng)的可行性和其他模具組件插入是否發(fā)生干預(yù)。本文介紹了利用配置空間（ 方法來解決這一重要問題。然而高維配置空間方法 一般需要處理一個(gè)如冷卻系統(tǒng)般復(fù)雜的系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)的特殊特點(diǎn)設(shè)計(jì)目前正在探索研究中，利用 種新方法是由作者對(duì)以前啟發(fā)式方法的改善，因?yàn)?C 空間的代表性能使自動(dòng)布局設(shè)計(jì)系統(tǒng)在所有可行的設(shè)計(jì)中進(jìn)行更系統(tǒng)的搜索。自動(dòng)生成候選布局設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)單的遺傳算法是 傳算法所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)實(shí)例，給這 種方法提供了可行性證明。 c 2007 司有限公司，保留所有權(quán)利。 關(guān)鍵詞 : 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) ； 注塑模具 ； 配置空間的方法 注塑模的冷卻系統(tǒng) 對(duì) 注射 模具的 成型 過程 和塑 料零件 質(zhì)量 影響 是非常重要的。 大量涉及對(duì) 冷卻系統(tǒng)分析 [ 1,2 ] ，及商業(yè) 3 ]和 4 ] 的 研究被廣泛應(yīng)用于工業(yè)。以優(yōu)化某一特定的冷卻系統(tǒng) 的 研究技術(shù)亦已報(bào)道 [ 5 。最近，通過使用新形式的制造技術(shù)以建立更好的冷卻系統(tǒng) 的研究 已 被 報(bào)告。徐等人 [ 9 ]報(bào)道 了他們的 模具 意念： 保持 一定 距離的冷卻 水 道 的 設(shè)計(jì)和制作。孫等人 [ 10,11 ]用數(shù)控銑床銑削生產(chǎn) 12 ]提出了一個(gè)棚架形冷卻結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)。 盡管各種研究的 重點(diǎn) 主要集中 在 冷卻系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)過程 中冷卻系統(tǒng)的功能 實(shí)現(xiàn) 問題，布局設(shè)計(jì)階段 過程中 沒有得到很好 發(fā)展的 冷卻系統(tǒng)的可行性和可制造性設(shè)計(jì) 問題 。關(guān)注 的重點(diǎn) 主要 是：在初步 設(shè)計(jì)階段冷卻系統(tǒng) 的 可行性 且與其他的 模具部件是否 干預(yù)。 如 圖 1所示 。 從中 可以看 到 注塑模的各子 系統(tǒng)許多不同的組成部分，如噴射器的管腳， 滑塊 等等，都必須裝入模具 中 。 為 每個(gè)回路冷卻 水道 尋找最佳位置以優(yōu)化冷卻性能并避免 與 其他組件干擾不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。另一個(gè) 讓規(guī)劃 布局設(shè)計(jì) 更 復(fù)雜的問題是， 單獨(dú) 的冷卻 水 道 需要和出水 道和 進(jìn)水道 連接 而形成一條 環(huán)形水道 。因此，改變一 條水 道 的 位置，其他 水 道可能 也 需要改變。 在圖 2所示 。優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的每個(gè) 水 道的理想位置 都如 圖 2（ a） 所示 。假設(shè) 當(dāng) 冷卻系統(tǒng)及其他模具組件 都裝入 模具 內(nèi)部時(shí) ，模具組件 水 道 干擾的。 因?yàn)?其他組件可能的干擾 而 無法移到附近的一個(gè)位置， 它必須被 縮短 長(zhǎng)度 。因此， 通過移動(dòng) 長(zhǎng) 他們 保持連接，如圖 2（ b）所示。 基于 其新的長(zhǎng)度， 與其他 模具組 件 干擾，進(jìn)一步修改是必要的，最后的設(shè)計(jì)結(jié)果 如 圖 2（ c） 所示 。鑒于一個(gè)典型的注塑模具可能有 10 條 以上 的 冷卻 水 道，每個(gè) 水 道 與其他模 具 組件 都可能存在著 潛在的干擾，手 工 找 出 一個(gè)優(yōu)化布置設(shè)計(jì)是非常繁瑣 的 。 本文 介紹了 一種 在 設(shè)計(jì)過程 中 支持自動(dòng)布局的新技術(shù)。 對(duì)于 這 種 新技術(shù)，配置空間（ C 空間）的方法是用來 在 所有可行的設(shè)計(jì)中 提供一個(gè)簡(jiǎn)潔的 有 代表性 的 布圖設(shè)計(jì)。 C 空間的代表性是 通過 利用 解決 布局設(shè)計(jì)問題 這個(gè)特殊特點(diǎn) 的 有效方法 構(gòu)建的， 而不是采用啟發(fā)式規(guī)則來生成的布局設(shè)計(jì)， 這就就好比 以前作者開發(fā) 的 自動(dòng) 布局 設(shè)計(jì)系統(tǒng) [ 13,14 ] ，這個(gè)新的 C 空間方法 能 使自動(dòng)布局設(shè)計(jì)系統(tǒng) 在 所有可行的布圖設(shè)計(jì)中進(jìn)行更系統(tǒng)的搜索。 一般 來 說 ， 一個(gè) 系統(tǒng) 的 當(dāng) 該系統(tǒng) 的 每個(gè)自由度被視為一個(gè)層面 的結(jié)果而導(dǎo)致的 空間。配置空間 中的區(qū)域被標(biāo)記為堵塞區(qū)域 或自由 區(qū)域 。在自由地區(qū)的點(diǎn)對(duì)應(yīng) 于組件間 沒有相互干擾的系統(tǒng) 的 有效配置。在被 堵塞區(qū)域的 點(diǎn)對(duì)應(yīng) 于組件間相互 干擾的系統(tǒng)的無效配置。 洛薩諾 形 [ 15 ]以解決機(jī)器人路徑規(guī)劃 的 問題和關(guān)于 這方面的研究一項(xiàng)調(diào)查已 被 明智和鮑耶 [ 16 ] 報(bào)道 。 面的 問題（例如 ， [ 17,18 ] ）和運(yùn)動(dòng)裝置的自動(dòng)化分析與設(shè)計(jì)（例如， [ 19 ） 。作者在 由 多個(gè)國家 組成的 自動(dòng)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)做研究時(shí) [ 22 ， 23日 ]研究 了一種 （ a） 冷卻 水 道 模具組件 （ b） （ c） 圖 3冷卻系統(tǒng)的自由度 個(gè)冷卻系統(tǒng)的 C 空間 一個(gè) 高維 示給定的 某一冷卻系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 中 所有可行的布圖設(shè)計(jì)。 圖 3給出了一個(gè)例子。冷卻系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 由 4冷卻 水 道組成。從初步設(shè)計(jì) 中 生成一個(gè)布局設(shè)計(jì)，渠道的中心和長(zhǎng)度 需要被 調(diào)整。 正如 圖 3所示 ，該 水 道 c 1的中心可沿著 X 2 方向 移動(dòng) ，其長(zhǎng)度可以沿 X 3 方向調(diào)整。同樣地 ， 度的可以沿 X 4方向調(diào)整，而其中心 可以按 X 3所描述的調(diào)整 ，因此必須 與 調(diào)整 C 1保持連接 性的 情況 相同。 通過 運(yùn)用類似的 觀 點(diǎn) 對(duì) 其他 水 道，可以看出，冷卻系統(tǒng)有 5個(gè) 自由度，它們都是標(biāo)注為 i= 1 ， 2 ， ?? 5 。原則上， 這個(gè)空間的 自由 區(qū)域 中的任何一點(diǎn) 都 給 定 了一 個(gè) 對(duì) 應(yīng)的 坐標(biāo)值 在 X 可以用來界定渠道的幾何 位置且 沒有與其他模具組件造成干擾。在一個(gè)冷卻系統(tǒng)的高維 確定 一個(gè)自由區(qū)域 ，第一步是 在獨(dú)立水 道的 建 自由區(qū)域。 立水道的 c 空間構(gòu)造 當(dāng) 一個(gè)獨(dú)立的水 道 獨(dú) 時(shí) ，它 有 三 個(gè) 自由度， 則 X 1 和 X 2為 其中心位置 而 X 3是 它的長(zhǎng)度。 因 為理想的中心位置和長(zhǎng)度已經(jīng) 在 初步設(shè)計(jì) 中 指明， 因此 假定一個(gè)固定的允許最大變化 量 δ C 為 理 的 。 的 最初 確定 的自由 區(qū)域 ，是一個(gè)尺寸 為 δc×δc×δC 的 三維立 方體 。為 避免與模具組件 生 任何可能的干擾當(dāng) 水 道 通過 鉆 孔 插入模具 內(nèi)部時(shí) ，鉆 頭 直徑 D 和沿 鉆 孔 深度 必須 考慮。 假設(shè) 直徑 D ， 始時(shí)用 D/2 + "抵銷，其中 道 內(nèi) 壁和 附近 的一個(gè)組 件間 所允許的最 短 距離。 增長(zhǎng)有效的減少了水道 長(zhǎng)度對(duì)于直線 說 。 以 圖 4 為 例子 。圖 4（ a）表明 了水 道 三模 具 組件 能會(huì) 與 擾。圖 4（ b）顯示了模具組件 O' , O ', O '和 O "的偏移 及 段 與 如果 他 組成部分沒有交 匯點(diǎn)，那么，原來的水 道 會(huì)與 模具組件 相交 。 （ a） 水道 （ b） 模具組件和 三個(gè)組件 （ c） 模具組件和 （ d） （ e） （ f） 4在一個(gè)通道 水 道是 通過 鉆 孔 從對(duì)模具 的表 面插入 的 ，任何 如 礙 以及 鉆 孔 深度 將會(huì) 影響 水 道的構(gòu)建 。鉆 孔 深度 及 補(bǔ)償 O"沿鉆 孔 的方向 延伸 ，直到 鉆到 模具對(duì) 應(yīng)的另一 面 生成水道為止。 直線 i 的終點(diǎn) 。 如 圖 4（ c） 所示 ，如果點(diǎn) i"之外 ，沿 產(chǎn)生 水道 水 道 下 方法 取得。 首先 ，初 始自由 地區(qū) 用如 圖 4（ d）所示 的 作為 中心構(gòu)建 的。 然后插入與模具交叉取得 B 0 。 B 0 代表 有可能 的變化 當(dāng)僅 考慮插入的模具幾何形狀 時(shí) 。 然后 減去 4（ e）和（ f）顯示 了這種 減法以及 這種 例子 的結(jié)果 本接近法構(gòu)建冷卻系統(tǒng)的 C 空間 在一個(gè)冷卻系統(tǒng) 的 C 空間 中 確定 自由區(qū)域 個(gè)冷卻 水 道的自由 區(qū)域必須以一個(gè)適當(dāng)?shù)姆绞?“ 交叉 ” ， 以 使障礙的效果 能恰當(dāng)?shù)耐ㄟ^ 有 水 道 來說 。然而 在 兩個(gè)不同 水 道之間 的自由區(qū)域的 標(biāo)準(zhǔn)布爾交叉口無法執(zhí)行，因?yàn)樗麄兊?一般跨距 于 不同的軸線。 以 圖 3為 例子 ， 2的 別為（ X 3 ）和（ X 1 ， 。為 了更 方便 在 不同的 C 空間中的 自由 區(qū)域 之間 確定 交叉口，從一個(gè)渠道 和 另一個(gè)渠道的 推算一個(gè)地區(qū)是必要的。以下批注首先介紹了 并 將用于隨后的討論和其余的文件。 標(biāo)記法用于描述高維空間 S 過坐標(biāo)定義的 = {X 1, X 2, . . . , X n}. 過坐標(biāo)定義的 {X , X , . . . , X }. 指在 一個(gè)點(diǎn) p n = (x 1, x 2, . . . , x n) n(R n ? S n) 標(biāo)記法用于描述冷卻系統(tǒng) n 水道的 數(shù)目。 n 。 s 空間。 由地區(qū)。也就是說，它是 獨(dú)立水道 由 區(qū)域 。 空 間。 自由區(qū)域 。也就是說，它是冷卻系統(tǒng)的自由 區(qū)域 。 假設(shè) 5（ a）用一唯和三唯的的空間點(diǎn)明了突出的例子 (i) ( 而 ( ? 對(duì) (i) 坐標(biāo)是一樣的如果 同一區(qū)間時(shí)。對(duì) ( (n 在區(qū) 間。因?yàn)? ，當(dāng)點(diǎn)位于 時(shí) 于 對(duì)另一坐標(biāo) 可以是任意值；特別對(duì) ( (假設(shè)水道 m，因?yàn)樗鼈兿嘟员仨氝B接。這樣它們的 n、 假設(shè) 那是一個(gè) 結(jié)論？對(duì)應(yīng)到在 S n 中 一個(gè)點(diǎn) P n 已選定為 保持連通性，結(jié)論呢？ 選擇 在以使 應(yīng)點(diǎn) 同坐標(biāo) 在 共同 的 軸線。這意味著 以是任何點(diǎn) 在區(qū)間 ，該方法 已經(jīng)在前面予以定義。 在 區(qū)域 區(qū)域 一點(diǎn) 的簡(jiǎn)化。 圖 5（ b ）說明 了相應(yīng)的 區(qū)域 。 投影的正式定義 如 下面 所示 。 定義 1 （投影） ˉ m? Xˉ n, m ( 是一個(gè)點(diǎn) (x‘ 1 ,x’2 ,?? ,x‘ m ),因?yàn)?X‘ i = x’i = 為 i? [1,m]。 為了在隨后的討論中簡(jiǎn)化符號(hào)，這一 投影 是被視為 單獨(dú)點(diǎn) 間。也即是 m ( ={ . ˉ m? Xˉ n， m ( 是一個(gè)區(qū)間 { n ( = { }. ˉ m? Xˉn , Xˉ n? Xˉm ,并且 Xˉ n∩ Xˉ m? ? , m( 是一個(gè)區(qū)間 { I( = I( },其中 ˉ n∩ Xˉ m ，如果 n∩ Xˉ m =? ， m( 則定義為 n) 定義在區(qū)間 m? n), 正如在 討論 的，在 的任意點(diǎn) 冷卻系統(tǒng)的每個(gè)自由度給 定了一個(gè) 值，使 水 道與其他模具組件 在幾何空間 是不 會(huì)發(fā)生 任何干涉。 另一方面， 對(duì) 每個(gè) 點(diǎn) s 個(gè) 自由區(qū)域 。 因此， 義 如下。 定義 2 （一個(gè)冷卻系統(tǒng) C 空間的自由區(qū)域） = { P R O ? i ∈ [1, } 圖 5 點(diǎn)和 區(qū)間 在 根據(jù)定義 從 區(qū)間投影 始終只包含一個(gè)單一的點(diǎn)，因?yàn)榭?距 s s 每一個(gè) 自由 區(qū)域 構(gòu)造 ，已經(jīng)在第 解釋。 從 面的定理是 很有用的 。 定理 1 . 這定理 很直觀表明為 找 出 所有的 先投影 到冷卻系統(tǒng) C 空間 . 以從投影的布 爾交叉口得到。定理 1的 證明和所用的引理， 都已 在附錄 中標(biāo)出 。 空間的表示和計(jì)算 為了表示 自由 區(qū)域 便 于 在一個(gè)高維空間 的區(qū)域 布爾 交叉 口之間的計(jì)算，我們可以利用類似 [ 21,24 ]中的 一種細(xì)胞枚舉法?；舅悸肥?用 一 高維立方體 在 逐漸靠近 一高維 區(qū)間 每個(gè) 立方體 是 通過 對(duì)每個(gè)軸指定間隔 來確定的。 兩個(gè) 區(qū)間的 交匯點(diǎn)是 通過 兩 個(gè)立方 塊交匯點(diǎn)所取得的。兩個(gè)高維 立方體 的交叉 點(diǎn) 只不過是在每個(gè)軸 的立方體 之間間隔的 普通 交叉 點(diǎn) 。 假 設(shè)每個(gè) 近似由 維 立方體組成 ， 投影 （ 便可近似 由 立方體組成 。使用定理 1 對(duì) 構(gòu)建 ，需要 三維 立方體中 交叉， 用一個(gè) 三維 立方體只中的最大值表示 。雖然用來代表 交叉點(diǎn) 中間結(jié)果的 立方體的 數(shù)量和 可 通過特殊技術(shù) 減少， 可以預(yù)料到 記憶和計(jì)算的要求仍然是 這種方法的 主要問題 。 在下一節(jié)中 將介紹一種更先進(jìn)的 方法。 （ 二） 在 配置空間 個(gè) 水道的 自由 區(qū)域 （一） 一個(gè) 擁有 四個(gè) 水 道和四 個(gè) 自由度 的 簡(jiǎn)單冷卻系統(tǒng) 間構(gòu)建的一種有效率技術(shù) 對(duì) 表示 和 構(gòu)建時(shí) 為了避免高的內(nèi)存和計(jì)算的要求 ，我們選擇不 表示和 不計(jì)算相反，我們專注于 對(duì) 每一 獨(dú)立水 道 的 C 否有效的 技術(shù)。首先，我們看 顯示在圖 6的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)例子 。假設(shè)在這個(gè)例子中模具沿 在 不存在變異， 那么 冷卻系統(tǒng)有四個(gè) 如 圖 6（ a ）所 示 的 自由度。每個(gè) 水 道 圖 6（ b ） 所示 。 為水道 慮一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法。首先，點(diǎn) 1P 可以從 選擇， 以使 會(huì)和 任何障礙 發(fā)生 干涉。然而， 1S 由 X 1 和 X 2 確定 ， 而 2 中 。因此 那 些在 S 2 中的 障礙所施加的 約束 ，還必須考慮。 為了找出 設(shè)計(jì) 1C 的所有可行點(diǎn)， 1與 2“ 交叉 ” 。這個(gè) “ 交叉點(diǎn) ” 結(jié)果 如 圖 6（ c ） 所示 ，這是通過移動(dòng)區(qū)間 x 2 < 6 得到 的 ，因?yàn)樵撟杂?區(qū)域 2 × 2 ? [ 6 ， 10 ] 。現(xiàn)在 ，如圖 6（ c ） 所以 示 給定 一個(gè) 與任何 障礙 不發(fā)生干涉的水 道 1C ，并在其 自由 區(qū)間的 任何一點(diǎn)的選定，始終為 C 2 存在著 這樣 一種設(shè)計(jì) ： 例如，它可以連接到 1C （他們都有一個(gè)共同的 × 2 值 ）并 和任何障礙 不發(fā)生干涉 。然而 ， 這個(gè)簡(jiǎn)單方法 的 一個(gè)主要問題是 在 為C 1 和 C 2 進(jìn)行 有效的設(shè)計(jì) 時(shí)并 不保證冷卻系統(tǒng)其他 水 道存 在 有效的設(shè)計(jì) 。 例如，如果一個(gè)點(diǎn) 1P 選定 如 圖 6（ d） 所示 ， 則 × 2 ∈ [ 8 ,10 ] ,那么 由 2 × 3 ∈ [6 ， 8 ] ，在 4沒有有效點(diǎn) 和3個(gè)區(qū)間。 上述例證表明，在為 水 道 1C 設(shè)計(jì)時(shí)，只考慮 與 1C 相鄰并有 一個(gè)共同軸 的 2C 的 自由 區(qū)域 1 2 不恰當(dāng)?shù)?。事實(shí)上，其他所有 的 必須加以考慮， 盡管 他們 的 C 空間并 沒有共同軸 和 1C （ 且 他們 也不和 C 1 相鄰 ）， 因?yàn)榻M成 冷卻系統(tǒng)的冷卻 水 道 是相接 的 。一個(gè)自由度 的 選 擇會(huì) 影響 冷卻系統(tǒng)另一自由度的 選擇 。 為 每一個(gè) 獨(dú)立水 道 的 C 空間 發(fā)展一個(gè)設(shè)計(jì)的過程 ， 主要關(guān)注的是 ： 在一個(gè) 水 道 C 的空間選擇一個(gè)點(diǎn) 后 ，必須始終存在 和 所有其他 s 以使 所有的 水 道可以連接到 一起 形成一個(gè)有效的冷卻系統(tǒng)。為解決這一問題， 每 個(gè) 量 s 必要的。 （ c）在與 2交以后的自由區(qū)間 （ d） 為 計(jì)的一個(gè)有效點(diǎn) 為 無效的設(shè)計(jì)。 圖 6 定義 3 。 義為 影 = ( 顯然，對(duì) 在 定 的 任何點(diǎn) 始終存在著相應(yīng)的點(diǎn) ，因?yàn)?點(diǎn) 投影 ， 在 選中的 任何點(diǎn)， 很明顯 總是有一些相應(yīng)的設(shè)計(jì) 對(duì)應(yīng) 其他所有的渠道 以使 這些 水 道可以連接在一起形成一個(gè)有效的冷卻系統(tǒng)。因此， 為了 保證冷卻 系統(tǒng)能 有效的設(shè)計(jì) ， 構(gòu)建 是 很重要的 。 根據(jù)定理 3， 影 。然而，如在 第 討論 的 ，我們 并 不想 構(gòu)建 于 大容量 空間 和 繁瑣 計(jì)算要求。另一種可供選擇的更有效的 方法是直接 構(gòu)建 而不是 作用 在高維空間 這個(gè)方法 通過 一個(gè)工作在空間三 維 或更少 維數(shù)的 序列 運(yùn)行來 建構(gòu) 該方法正式介紹之前，在圖 6所舉的例子再次 被 使用 來 說明 這種方法 的基本概念。為了開始 一個(gè)設(shè)計(jì)過程， 在 1 點(diǎn) P 1 =（ × 1 ， × 2 ） 首先被選擇如 圖 7所示 。因?yàn)?1P 有一點(diǎn) 2x 在 2X 中 ， 2x 必須有一個(gè)值， 以 使我們可以 找到 2P =（ × 2 ， × 3 ）在 2 又 2P 有一個(gè)坐標(biāo)3標(biāo)3以 使我們可以 找到3P=（ × 3 ，× 4 ） 在3外， 因?yàn)樵?43X ， 4P =（3x， 4x ） 必須在 4 圖 7顯示 了 為 水道 1C 構(gòu) 建 一個(gè)有效設(shè)計(jì) 的 點(diǎn) 1P 、 2P 、3P 的順序。 上述例子顯示， 為了 在代表 1C 所有的有效設(shè)計(jì)的 1S 中 確定有效的 區(qū)間 ， 自由區(qū)域 44影響應(yīng)該 可以 “ 促使 ”3間在3然后 是 2S ，最后 是 1S 。在 1S 的有效區(qū)域產(chǎn)生 的結(jié)果 包括 1 234所有影響。 為達(dá)到這一目的 ， 組 合 的運(yùn)作正式 被 界定。 定義 4 （組成） 對(duì)于 在一個(gè)冷卻系統(tǒng) 里的 兩個(gè)相鄰 水 道 1i?C ，他們從 1i?C 的自由 區(qū)域的 組合 ，標(biāo)注為?而 他們 從 1i?C 到 由區(qū)域的組合 ，標(biāo)注為1，定義如下： (b)個(gè)通道的自由地區(qū) 配置 空間 圖 6 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)化的例子 對(duì)于 冷卻系統(tǒng)一個(gè) 水 道 {列的構(gòu)成， 從 域的 組成，標(biāo)注為R，定義 如 下文。 如果 如果 如果 圖 8顯示 了促使 4,1列。第一步是要 構(gòu)建4,3就像 圖 8（ a）所示 這已被給定在4,3? 。然后 如 在圖 8（ b）所示 的構(gòu)建由公式 =,3 。最后 ， ， 由 =)? 如圖 8（ c）所示 。 從圖 8（ c）很明顯的得出 ， 對(duì)組成 冷卻系統(tǒng)的所有 水 道 的 自由 區(qū)域存在著 影響。因此， 對(duì)于 中的任意 一點(diǎn)， 可以 保證冷卻系統(tǒng) 的 一個(gè)有效設(shè) 計(jì) 可以 被 構(gòu)造。 通過組合序列的 運(yùn)用，一個(gè)有效的設(shè)計(jì)可以 通過 在每個(gè)擇點(diǎn) 獲得。在其他所有水道的 自由 區(qū)域已經(jīng)組合到不過，我們也想確保沒有 將 有效的設(shè)計(jì) 從 自由 區(qū)域中 排除 ，當(dāng)組合序列被 應(yīng)用 以后 。否則， 有 些可能提供更佳的冷卻性能 的 有效設(shè)計(jì) 將不能 用 這個(gè)方法得到。以 設(shè)計(jì)為例， 圖 8（ c）的 不僅 僅 代表著 部份有效設(shè)計(jì)，而且代表著 有的有效設(shè)計(jì) ，這對(duì) 說尤為重要 。為了解決這一問題，我們提出以下定理 ：應(yīng)用水 道 {的 一個(gè)序列 {,i? [1, 冷卻系統(tǒng) 。 定理 2 定理 2 說明 代表 水道 有有效的設(shè)計(jì) 可以 通過1，間的一個(gè)布爾交 點(diǎn) 得到。這定理的一個(gè)重要特點(diǎn)是 以在三維立體空間 中 計(jì)算得到，因1，在 所以 交 點(diǎn)在 此外1，可以通過在這 樣 ， 以通過 在三維立體空間 的 序列得到。如果在第 中的 假設(shè)說明再次 被 使用，即是 說 如果每個(gè) 過 維立 方體 近似 得到 ， 那么j，可以 用 M 個(gè) 三維 立方體表示 。 所以 ， 有的 三維立 方體 需要代表所有的 因此可以 證明三維立 方體 之間 的 交 點(diǎn) O 需要產(chǎn)生所有 的 因此，使用定理 2 可以防止在 高維空間存儲(chǔ) 區(qū)域的 需要， 并可以 避免高 容量 和 繁瑣 計(jì)算的要求 如 在定理 1所證明的 。 圖 8 構(gòu)建所用的序列 以下給出了定理 2的 證明 。它由兩部分組成 ： 該引理中 所 使用的證明 如 附錄 所示 。 理 2 證明 （ 1） 為了證明： （ i） 由 1i，1i，CR 1有相同的坐標(biāo) 在 1用同樣的方法，我們可以確定一點(diǎn) 2 2使 1 2有相同的坐標(biāo) 在 12 使用這種方法，我們 也 可以 確定 一系列點(diǎn) k? [1,i 以使 那么 1 具有相同的坐標(biāo)在軸線 1k?S 。 （ （ b） 4,2 ,3 2建 用類似的方法，我們可以 確定 另一系列點(diǎn) k? [i+1,以使 那么 1 具有相同的坐標(biāo)在軸線 1k?S 。 由（ i）及（ 知 ，我們 確定 了一系列的點(diǎn) k? [1,以使 在連續(xù)的任何兩個(gè)相鄰的點(diǎn)具有相同的坐標(biāo)在他們的共同軸線。 對(duì)于由一系 列冷卻 水 道 { 構(gòu)成的冷卻系統(tǒng)，在兩相鄰 水 道 1i?C 的 1?一些共同 的軸線由于它們 之間的 空間 聯(lián)系。此外，如果在 空間有一個(gè) 公共 軸cX，在于 有 水道 的 C 空間 。 所以， 由上述方法 構(gòu)建的 一系列點(diǎn) k? [1,為 每個(gè)軸提供 唯一的坐標(biāo) 。 令 由 坐標(biāo) 構(gòu)建的 點(diǎn)。很明顯 ： （ c） 4,1 ,2 1建 用類似的方法，可以得到 ： 初始設(shè)計(jì) 給定一個(gè)為 冷卻系統(tǒng)指定 一系 列 水 道和他們理想幾何 尺寸的 初步設(shè)計(jì)，第一步是 為 每個(gè)水 道建構(gòu)一個(gè)后，每個(gè) 水 道的 以通過 應(yīng)用定理 2的組 合操作 得到。 為 冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生 初始 設(shè)計(jì) 的 一個(gè)方法 是 ，是要從 選出一套坐標(biāo)。為了簡(jiǎn)化解釋，假設(shè)每個(gè) 水 道 擁有 自由度 1?而1?i?C 有著相同的坐標(biāo) 。 為了 生成一個(gè)設(shè)計(jì)，在 點(diǎn) （ 1X ， 2X ）必須被 選擇。然后， 點(diǎn)3擇 為了讓（ 2X ，3X）在 2 。此選擇 4．候選設(shè)計(jì)產(chǎn)生 由于冷卻系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)對(duì)水道系列和它們的理想幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了具體化，第一步要做的是為每個(gè)水道建立 后通過將復(fù)合應(yīng)用應(yīng)用到定理 2中得 到每個(gè)水道的 個(gè)產(chǎn)生冷卻系統(tǒng)候選設(shè)計(jì)的方法是從如后 列中選出坐標(biāo)系。為簡(jiǎn)化闡述，假設(shè)每個(gè)水道 自由度為 1? 1?鄰近水道 1?用。為得到一個(gè)設(shè)計(jì)，選擇了 然后，選擇一個(gè) 。這個(gè)選擇過程在下一個(gè)水道 到確定所 有的自由度時(shí)停止。此方法的一個(gè)重要的特點(diǎn)是在一個(gè)步進(jìn)中無論坐標(biāo)值如何選取，后續(xù)步驟中總存在一個(gè)下一坐標(biāo)可選有效值。 5．應(yīng)用源運(yùn)算法則的自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程 為測(cè)試 [25]。在實(shí)施 由一系列 成，其中 ～ 1之間， 得帶一個(gè)形狀設(shè)計(jì)，用到了前面部分提到的方法和應(yīng)用 g 作為一個(gè)百分比值來選擇坐標(biāo)。例如， 中坐標(biāo) 的有效值的在區(qū)間 和 ，其中， 就得 的選取值為 ，（也就是 在第一區(qū)間）否則 就設(shè)置為 （也就是 在第二區(qū)間內(nèi)）一個(gè)單點(diǎn)交叉操作，一個(gè)轉(zhuǎn)化操作和轉(zhuǎn)跡線輪選擇方法 [26]被用于 前研究中提到的模糊記值方法 [13,14]對(duì)相對(duì)于機(jī)構(gòu)的候選設(shè)計(jì)的適合性進(jìn)行快速評(píng)定。必須注意的是在在 立起每個(gè)水道的 ， 經(jīng)過一次建立得到，因此不會(huì)影響 一部分給出了一些由 圖 9（ a）顯示出了實(shí)例部分的 2個(gè)觀察結(jié)果。圖 9（ b）顯示了當(dāng)只考慮系統(tǒng)冷卻效果時(shí)，具體給出每個(gè)冷卻水道的理想位置的冷卻系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)。（為了便于表征，只給出了行腔部分冷卻系統(tǒng)的圖示）。在理想位置上，水稻 生干涉現(xiàn)象。用提出的方法進(jìn)行布局設(shè)計(jì)， 自動(dòng)化，就建立起了每個(gè)水道的 。例如，圖 9（ g）和（ h）顯示了水道 的 和 。值得注意的是 是通過將 和其他 復(fù)合得到，因此 是 亞設(shè)置，如數(shù)據(jù)明顯指出。在所有的 計(jì)算完成之后， 9（ j）顯示了演變過程中得到的初始設(shè)計(jì)最大適合值。最大適合值在產(chǎn)生值接近 600時(shí)開始收斂。如圖 9（ c）所 示，冷卻系統(tǒng)由 15個(gè) 自由度組成，他們的值在表 1中列出。叫“初始設(shè)計(jì)”的行顯示初始設(shè)計(jì) 的值。下一行顯示設(shè)計(jì) 1的值，它是 000生產(chǎn)后得到最好的設(shè)計(jì)。如表中明顯之處，涉及 1通過 減小 9（ d）顯示設(shè)計(jì) 1，這個(gè)調(diào)整對(duì)應(yīng)于 沿著 之間的干涉。這個(gè)調(diào)整對(duì)水道 和 到 也適用。表 1也顯示設(shè)計(jì) 1中所有其它的 值都保持在規(guī)定初始至 差以內(nèi)。 為更好的表征 成分 沿著 截，如圖 9（ e）所示。這個(gè)新障礙增加了自由區(qū)域 的約束以至于 方向體 移動(dòng)性受到很大限制。這個(gè)效應(yīng)在更新 中顯示出來，如圖 9（ i）所示，其中只有 的上部分在圖 9（ h）中顯示出來。以所有水道新的 再次調(diào)用 。適合值在圖 9（ k）中顯示。值得注意的是最佳適合值比設(shè)計(jì) 1中獲得的要小。這很合理，因?yàn)榧s束的增加，偏移量與真實(shí)值的差距很大。又 在表 1的最后一行中顯示出來。如表中所示，調(diào)整 5干涉。這同沿 相對(duì)應(yīng)。現(xiàn)在 和 截面不能通過調(diào)整 使其光亮。而調(diào)整 和 ，相應(yīng)地將 沿 沿 （ e）所示。為保持連結(jié)性， 和 也作相應(yīng)的調(diào)整。設(shè)計(jì) 2顯示，當(dāng)一個(gè)水道的約束數(shù)（如 ）變化時(shí)，提出 和 ）中去，以至于所有這些水道的可行設(shè)計(jì)組得到相應(yīng)的調(diào)整。 圖 10（ a）到（ d）可見，兩個(gè)設(shè)計(jì)中，冷卻時(shí)間為 20高模 上。它們的最大溫度偏差小于 ，這 表明兩種情形下，提出的方法能夠得到滿意的設(shè)計(jì)布局。從圖 10（ c）和（ d）觀察得到，同設(shè)計(jì) 2比較，涉及 1 中工件大部分沒有產(chǎn)生變色。這表明在設(shè)計(jì) 1中很多工件的溫度偏差在 以內(nèi)。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì) 2中，隨著空腔中的水道向模壓移動(dòng)了 5卻效果變得不均勻，這表示當(dāng)施加很多約束時(shí)，保持初始理想冷卻效果很困難。它也解釋了為什么設(shè)計(jì) 2的最大適切性稍微小于設(shè)計(jì) 1的最大適切性。 （ a）示例零件 （ b）冷卻系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì) （ a）冷卻系統(tǒng)的 15個(gè)自由度 （ b）設(shè)計(jì) 1 （ b）移動(dòng) 2O 和 13C 相交 （ b） 設(shè)計(jì) 2 圖 9 分層設(shè)計(jì) 表 7． 討論與結(jié)論 在執(zhí)行 個(gè)單元列舉方案被用于簡(jiǎn)化這個(gè)方法的執(zhí)行，在目前的執(zhí)行中， 冷卻系統(tǒng)設(shè)這個(gè)分辨率是足夠的，因?yàn)閷?duì)一個(gè)好的調(diào)整，如 卻系統(tǒng)的功能變化是很難發(fā)現(xiàn)的，然而，該研究中所發(fā)展 的理論與方法并不局限于相應(yīng)的表現(xiàn)項(xiàng)目。實(shí)際上，基于理論 2的方法，所有 維空間內(nèi)完成，因此標(biāo)準(zhǔn)校核模型技巧可以應(yīng)用。 該研究的一個(gè)主要貢獻(xiàn)是發(fā)展了一個(gè)特別的支持布局設(shè)計(jì)的 用這個(gè) 有的可行布局設(shè)計(jì)很好的被顯示出來。同時(shí)我們得出了該方法不僅可以用于冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)支持，還可以用于生產(chǎn)制造。該方法克服特殊啟發(fā)產(chǎn)生布局設(shè)計(jì)的局限，如前面的方法 [13， 14]。這個(gè) 使設(shè)計(jì)者在不用檢查冷卻系統(tǒng)截面和其它模型插件能夠開發(fā)出設(shè)計(jì)方法。 該研究主要目的集中在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾何形狀構(gòu)成方面。在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，其它參數(shù)如冷流率，冷卻時(shí)間，包裝時(shí)間，擠出時(shí)間都需要被考慮進(jìn)來。一個(gè)可行的方法就是將這些所有參數(shù)進(jìn)行考慮插入配備更復(fù)雜的 [8]報(bào)道所示。需要對(duì)該方法進(jìn)一步研究，其他研究方向包括 初始設(shè)計(jì)選擇水道之間的變化幾何形狀和拓?fù)浼s束扽。 鳴謝 該文章中所完成的工作得到香港城市大學(xué)戰(zhàn)略研究部（項(xiàng)目 大力支持。 （ a）設(shè)計(jì) 1的模具溫度 （ b）設(shè)計(jì) 2的模具溫度 （ c）設(shè)計(jì) 1零件的不同溫度 （ d）設(shè)計(jì) 2零件的不同溫度 圖 10。 用 具冷卻分析 系統(tǒng) 比較這兩個(gè)布 圖設(shè)計(jì) 引理 2 在 ‘ 如果 ‘ 那么 引理 3 在那么 引理 4 在 給定任意兩個(gè) '果 ??它們對(duì) 引理 5 給定兩個(gè)區(qū)間 足 ??在 的區(qū)間 足： 引理 6 給定三個(gè)區(qū)間 足 ?? ?在 的區(qū)間 足： 引理 7 引理 8 給定兩個(gè)區(qū)間 足 ??中點(diǎn) ，點(diǎn) ，如果 那么： 定理 1 參考文獻(xiàn)：