订书机外壳注射模设计文献综述.doc

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吉林化工学院

文献综述

订书机外壳注射模设计

Injection Mold DesignForThe ShellOfStaple

性质:

毕业设计□毕业论文

教学院：

机电工程学院

系别：

机械电子系

学生学号：

11410521

学生姓名：

胡艾

专业班级：

机自1105

指导教师：

孔繁星

职称：

讲师

起止日期：

2015.3.1～2015.3.28

吉林化工学院

JilinInstituteofChemicalTechnology

吉林化工学院本科毕业设计文献综述

注塑模设计的知识构建及应用

摘要：

注塑模设计水平低、管理技术落后已成为制约我国模具行业进一步发展的瓶颈。

本文将知识管理的先进管理理念引入注塑模设计知识管理领域，提出了构建注塑模设计知识管理系统的思路。

本文同时简单介绍了基于几种软件的注塑模设计和应用。

关键词：

注塑模；知识；磨具设计；应用

1引言

模具是各类产品的母体，是注塑、挤塑、冲压、铸造等各类工艺的重要成型部件。

目前采用模具制造的各类工业产品已广泛应用于机械、电子、医疗、航天、船舶、汽车等相关产业。

因此如何快速有效的设计模具，并对其成型工艺进行预判已经成为了模具设计制造的主要工作。

注塑模设计是注塑模制造中的关键。

一副结构合理的注塑模不仅能顺利地生产出高质量的塑件，还可以简化模具的加工过程和提高生产效率，从而降低生产成本并提高附加值。

同时，注塑成型还是一个复杂、影响因素众多、很难用精确理论模型进行描述的过程，属于弱理论强经验领域，设计经验是注塑模具方案确定与结构设计最重要的组成部分之一[1]。

在我国成为“世界加工中心”的大趋势下和模具行业本身多年的积累，我国的模具工业在经历了近十几年的大发展之后，逐步进入了战略调整期，模具工业的发展重新面临着机遇和挑战。

当前的模具行业中，中小型模具企业比重偏多，主要从事家电模具及中低档模具制造，产品样式雷同，设计制造水平低，利润空间急剧萎缩，已形成恶性竞争的态势；而在利润空间很大的大型注塑模尤其是汽车等大型精密复杂注塑模市场上，国内企业无论在数量还是产品质量上，都难与国外同类企业抗衡。

目前，国产汽车用注塑模具只能满足中低档车型的要求，高档轿车用大型精密复杂模具（包括保险杠、仪表板等成型模具在内）则依赖于进口。

通过与国外同类企业比较，国内模具设计制造水平低，管理技术落后已成为制约我国大型精密复杂注塑模具发展的瓶颈[2]。

随着信息技术的发展和知识经济时代的到来，应用先进的信息技术带动和提升模具工业的设计制造水平，应用知识管理的先进管理理念提高模具企业的管理层次，就成为解决国内模具行业面临问题的重要途径。

因此，非常有必要就大型注塑模设计制造过程开发出一整套数字化知识管理平台，实现模具生产的信息化、高效化。

这也是弥补与发达国家在这一领域的差距，赶上世界先进模具制造水平的必由之路。

2注塑模具设计的知识构建

2.1系统功能模块划分

大型注塑模设计知识管理系统，应包括以下这五个模块：

系统功能管理、基础知识管理、文档资料管理、知识分布管理和信息交流工具。

这样划分既符合软件开发的模块化开发方法，又便于软件的编程。

如图1所示[3]。

图1系统功能模块划分图

下面简要介绍各个模块的主要功能。

①系统功能管理模块[4]

该模块包括用户权限管理、数据配置管理和用户使用帮助三个子模块。

它担负着整个系统的日常管理工作，并维护整个系统的一致性和完整性。

系统功能管理模块为系统管理员的行为提供支持，但系统管理模块并不直接与系统管理员打交道，而是通过用户界面层完成。

②基础设计知识管理模块

该模块以现有大型注塑模设计理论与设计方法为基础，将设计过程中常用的设计参数资料与计算方法通过软件封装，既能为设计人员提供方便快捷的资料查找工具又能充当实用的设计计算工具。

②文档资料管理模块

文档资料管理是系统的最重要的模块之一。

在大型注塑模设计过程中，会产生大量的设计文档、图纸等资料，对这些文档资料必须加以管理。

该模块包括六个小模块:

塑件信息管理、模具实例管理、模具零件管理、设计标注管理、设计案例管理和项目资料管理。

④知识分布管理模块

知识分布管理模块主要是为了解决大型注塑模设计过程中大量存在的设计经验（隐性知识）而采取的间接管理方法。

通过知识专家的管理，可以让设计人员快速找到解决某类问题的专家，通过与专家的交流与沟通来解决问题，这样也为企业管理层掌握企业的知识分布提供了直接的参考资料。

⑤信息交流工具模块

通信工具在注塑模设计过程中是必不可少的。

通过通信工具可以将分散的设计人员集结起来，共同完成设计任务。

另外，联机会议工具还提供了在线视频、网络会议等功能[1]。

2.2设计方法及技术路线

1．

（1）设计方法[5]

大型注塑模设计知识管理系统的设计可以分为三个阶段进行：

①通过对合作企业知识管理现状的调查，分析企业在注塑模设计知识管理上存在的问题，得出合作企业在注塑模设计知识管理方面的需求（前文已述）；

②以软件工程知识和企业知识管理理论为指导，并借鉴其它知识管理软件与信息管理软件开发方面的经验，将软件开发分为系统需求分析、系统设计、程序编写和系统测试完善四个阶段;

③选用BorlandDelphi7.0并结合MSSQLServer2000数据库工具开发系统各个功能模块。

（2）技术路线

根据系统设计方法，我们将系统开发过程分为6个阶段，各阶段的技术路线如图2所示。

图2系统开发流程图

①需求分析

通过对合作企业在注塑模设计知识管理状况的调查，分析出合作企业在注塑模设计知识管理上的需求，并以此确定系统的类型。

②总体设计

根据以上需求分析，确定系统的管理内容和管理目标，并拟定系统的开发任务书。

④详细设计

在开发任务书的指导下，构建系统的整体框架及各个功能子模块，并对系统各个功能子模块进行数据库设计和界面设计，拟定系统开发计划书。

⑤编写代码

根据系统整体框架和各个功能子模块的要求,以MSSQLServer2000为后台数据库管理工具，采用BorlandDelphi7.0开发语言进行系统代码编写。

⑤测试完善

对各个功能子模块的功能进行测试,并逐步完善各个子模块的功能。

⑥系统集成

通过统一的人机交互界面将各个功能子模块进行集成[2]。

3注塑模设计的应用

3.1基于CAD的注塑模设计应用

注塑模具中关键的零部件主要是型芯与型腔[4]。

成型零件的工作尺寸是指型腔和型芯直接构成塑件的尺寸。

例如型腔和型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸、孔间距离尺寸等。

成型零件工作尺寸的精度直接影响了塑件的精度。

下面以型腔尺寸的CAD实现为例说明：

型腔（或凹模）是成型塑件外型的模具零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中型腔的磨损会使包容尺寸逐渐增大。

所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。

具体计算公式如下[6]：

型腔的径向尺寸计算公式：

L=[Ls（1+Scp）-3D/4]+δ

式中：

Ls—塑件外形径向公称尺寸；

Scp—塑料的平均收缩率，

D—塑料尺寸公差；

δ—模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3~1/6，即δ=（1/3~1/6）D。

从计算公式可以看出，型腔的径向尺寸包含两部分Ls（1+Scp）及-3/4D组成，在绘制三维数模时，通常是按照制件的基本尺寸绘制，不考虑其公差尺寸；为了得到合理的由计算公式得到型芯与型腔尺寸，在绘制型芯与型腔时，必须先对制件数模进行修整。

LS（1+Scp）该部分尺寸可利用软件中的比例缩放功能。

如果塑件精度要求不是很高，-3/4D该部分尺寸可约等于-1/2D，然后利用软件中的偏置功能，将该尺寸面向材料内侧偏置-1/2D。

缩放及偏置完成后，可利用软件中的模型检查功能，检查制件各面与开模方向的角度，修整拔模角，完成后绘制型芯与型腔三维模型[7]。

型芯尺寸在CAD软件中的实现方法与上述方法相同。

模具中位置尺寸（如孔的中心距尺寸）在使用过程中磨损的影响可以忽略不计，只考虑模具制造公差、磨损和成型收缩率波动的影响，其计算公式如下：

式中：

CS—塑件位置尺寸；SCP—塑料的平均收缩率，；δ—模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3～1/6，即δ=（1/3～1/6）D。

3.2基于UG的注塑模设计应用

UGNX是当今世界上最先进、最主流的工业设计软件之一。

UGMoldWizard是UG软件的一个独立的应用模块，也是运用于注塑模具自动设计的专业应用模块。

它运用知识嵌入的基本理念，按照注塑模具设计过程的一般顺序来实现模具设计的整个过程。

在此过程中，它只需根据一个产品的三维实体模型，即可建立一套完整的且与产品造型参数相关的三维实体模具。

它不但能自动设计一般注塑模具，还能结合运用软件的其他应用模块来拓展其功能，设计出复杂程度较高的注射模具[8]。

UGNXCAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）主要包括实体建模、曲面建模、同步建模、工程制图、钣金设计、装配建模等模块。

实体建模是基于约束的特征造型功能和基于显示的直接几何造型功能无缝地集成一体，提供了强大的复合建模功能[9]。

3.3基于推理技术在注塑模设计的应用

在推理方法上。

知识推理（Knowledge-BasedReasoning，KBR）可分为：

基于规则的推理（Rule-BasedReasoning，RBR）；基于事例的推理（Case-BasedReasoning，CBR）和基于模型的推理MBR[10]。

3.3.1基于事例推理技术

基于事例推理（CBR-Case-BasedReasoning）是目前研究较多的智能问题解决方法之一，它是通过访问知识库中过去同类问题的求解从而获得当前问题解决的一种推理模式。

一个典型的事例推理过程可以归纳如下：

根据当前的问题从事例库中检索出相应的事例；调整该事例中的求解方案，使之适合于求解当前问题;求解当前问题并形成新的事例；根据一定的策略将新事例加入到事例库中。

它是一种相推理方法。

其设计模式是直接利用以往的设计实例而不是直接利用设计经验的总结。

基于CBR的注塑模结构设计的具体过程如下：

①检索模具整体框架事例库，查找相似的事例。

②若找到相似的事例，利用当前注塑件与相似注塑模事例的注塑件之间的差异，通过基于规则的方法来改写事例，产生一个当前注塑模的整体结构框架，否则由用户自己创建一个整体结构框架。

③对于注塑模整体结构架中每一个组成零件和组件，通过检索零件和组件事例库找出相似的事例。

④如果找到相似的事例，则根据当前注塑件与事例的差异，通过基于规则的方法改写事例，产生当前模具的零件和组件，否则由用户定制，产生零件和组件。

⑤根据模具的整体结构框架，装配模具的零部件，产生完整的模具。

⑥将设计结果作为经验存入相应的事例库中。

3.3.2基于模型推理技术

MBR技术是随着计算机编程技术的发展而发展的。

在早期，以面向过程的方法进行编程时，MBR被定义为模拟。

即以计算机建立一个真实世界进程的系统模型，由于系统建模是编程必要的步骤，MBR被逐渐淡化。

但是随着面向对象的编程技术的出现，随着面向对象的分析和设计方法（ObjectorientedAnalysisandDesign,OOA/D）的提出，MBR又被注入了新的活力[11]。

MBR技术在建模上可由整体到局部分为：

①组织模型：

负责分配和调度整个系统中各个模块的功能；

③模块模型：

用于进行变换、嵌套、组合以产生复合输入问题的解；

④组件模型：

用于进行组件的功能特征和物理特征的构建及调试。

MBR技术在理论上采用约束系统进行推理。

首先，运用组件描述语言（ComponentDescriptionLanguage,CDL）将组件的约束特征描述出来；然后，将约束特征转化入并行约束编程（ConcurrentConstraintProgramming,CCP）框架，即约束系统,进行推理。

CCP框架将输入问题的外部约束与组件及模块间的内部约束进行匹配、组合最终得到输出结果[12]。

4总结

一个先进的知识管理系统的引入，初步实现了对注塑模设计知识的管理，能够从不同程度上提高生产管理水平和生产效率。

而基于多种绘图软件的注塑模设计的应用能够使注塑模设计在一个更全面的平台上得以更全面、更广泛的实现，能让注塑模设计更完善[13]。

参考文献

[1] MATINI,HADZISTEVICM,JANKOH,etal.ACAD/CAE-integratedinjectionmolddesignsystemforplasticproducts[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturin,2012,63（5）:

[2] 马瑞伍．大型注塑模设计知识管理系统研究[D]．[出版地不详]：

学位授予单位缺失，2006．

[3] 单方，陈璞，李美村．事例推理技术在注塑模设计中的应用研究[J]．广东工业大学学报，2001（03）：

37-39+45．

[4] 黄志高，周华民，李德群．基于CBR的注塑模设计专家系统的研究与开发[J]．塑料科技，2005（04）：

8-11．

[5] 李厚佳，张晓岩．三维CAD技术在注塑模设计中的应用研究[J]．塑料科技，2012（12）：

72-74．

[6] 曹玉成．基于精益生产的注塑模生产流程改进[D]．[出版地不详]：

学位授予单位缺失，2012．

[7] 仰建武．快速可换型芯注塑模CAD关键技术研究[D]．[出版地不详]：

学位授予单位缺失，2001．

[8] 张君．基于CAE技术的注塑模浇注系统优化设计[D]．[出版地不详]：

学位授予单位缺失，2003．

[9] 潘柏松．注塑模适应性重构设计方法研究[D]．[出版地不详]：

学位授予单位缺失，2007．

[10] 刘荣亮，刘斌．应用Moldflow软件分析优化手机后盖壳注塑模设计[J]．工程塑料应用，2007（10）：

31-33．

[11] 李明亮．基于UG的摄像头夹子注塑模设计[J]．塑料科技，2010（12）：

81-83．

[12] NEEAC,FUM-w,FUHJH,etal.DeterminationofoptimalpartingdirectionsinplasticinjectionMOLDdesign[J].CIRPAnnals-ManufacturingTechnology,1997,46

（1）.

[13] WEN-RENJ,YU-HUNGT,TAI-CHIHL.Algorithmforautomaticundercutrecognitionandlifterdesign[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturin,2013,69（5-8）.

[14] IN-HOS,JONG-MYOUNGP,SUNG-CHONGC.Web-basedInterferenceVerificationSystemforInjectionMoldDesign[J].Computer-AidedDesignandApplications,2006,3（1-4）.

TheApplicationAndknowledgeConstructionOfInjectionMoldDesign

Abstract:

Ithasbecomeabottleneckonthefuturedevelopmentofourmouldindustrythatthelowdesignlevelandtheout-of-datemanagementoflargeinjectionmold.Theknowledgemanagementisbroughtintothefieldofinjectionmolddesignknowledgemanagement.Themethodofconstructingtheinjectionmolddesignknowledgemanagementsystemisproposed.Alsointroducesseveralsoftware-basedinjectionmolddesignandapplication.

Keywords：

injection；knowledge；molddesign；application

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