《塑料模具冷却系统的自动设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塑料模具冷却系统的自动设计.doc（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、塑料注射模具冷却系统的自动设计 摘 要 本研究扩展了我们以前对初步设计阶段的自动化调查冷却系统设计的工艺布局设计阶段。而在功能方面冷却系统的初步设计阶段考虑，布局设计阶段涉及的设计的功能性和可制造性。图形结构捕捉一个给定的初步设计图的遍历算法，从图形结构产生候选的冷却回路。启发式搜索技术开发的冷却回路的布局设计的初步生产计划生成。对布图设计的模糊评价框架开发的各种设计方案的生成率。一个实验实验系统来验证该方法的可行性，并从系统生成的例子来说明设计过程自动化的主要步骤。Q 2004 Elsevier公司保留所有权利。关键词：设计自动化；自动化设计合成；塑料注射模冷却系统的设计1、简介 对塑料注射
2、模冷却系统的作用是在注射成型过程中提供的热调节。当热塑料熔体进入模具的型腔，它通过冷却系统冷却并凝固散热。在冷却阶段一般约占注射成型过程的总周期时间的三分之二，高效冷却的过程是非常重要的生产力。冷却系统在产品的质量也起着重要的作用。冷却系统提供整个部分均匀冷却防止收缩，内部应力，保证了产品的质量，和脱模的问题。除了功能方面，冷却系统的设计还应考虑系统的可制造性来控制模具的建设成本。 冷却系统的设计是个复杂的过程，可以分为三个阶段：初步设计、布局设计和详细设计。虽然，CADCAM系统广泛应用于注塑模具的设计，它们主要局限在详细设计阶段提供的几何建模工具。专业独立的或附加的软件包，为模具结构各部件
3、或子系统的设计提供了交互式几何建模工具也可售。然而，有限的研究工作的自动化工具，可以发挥更积极的作用，在初步设计阶段的报道。在以前的研究项目中，我们开发了一个基于特征的方法创建初步设计自动和给定一个塑件形状复杂，基于特征的方法分解成更简单的部分的形状特征，称为冷却特点。冷子流程，然后自动生成每个确认功能提供所需的冷却功能。在目前的研究中，在设计过程的自动化扩展到规划设计阶段。技术的发展而产生的设计自动从初步设计考虑到冷却系统的功能和制造方面。2、相关工作 有四个主要的研究领域为塑料注射模具冷却系统，相关即计算机辅助工程（CAE）分析，优化设计，新的制造技术，和自动化的设计合成。大多数早期的研究
4、工作专注于CAE分析。经过二十多年的广泛研究，商业CAE软件包如MoldFlow软件Moldex3D目前已经广泛的应用于实践，分析一个给定的设计。这些CAE方法预测的温度分布和冷却时间的变化。效率和质量可以实际模具制造之前估计。而CAE方法能够分析一个给定的设计，他们不建议改变设计的问题时，从分析检测结果。优化方法报告利用CAE分析结果优化设计。给定一个初始的冷却结构设计，目标函数转化为一个测量温度的均匀性和冷却效率。目标函数表示的参数与配置的冷却系统和工艺条件。通过优化算法与冷却分析算法相结合，初步设计可以微调优化冷却系统的设计。 最近，方法，建立更好的冷却系统，采用新的制造技术已被报道。代
5、替传统的钻孔方法产生的直线通道，Sachs等人。报道了一个方法，利用实体自由成形制造技术生产的随形冷却水道。这样的渠道从模具中的印象，保持一定的距离，因此，精确的温度控制是可能的，即使是一个具有复杂形状的零件。据报道，温度分布更加均匀，塑件的尺寸控制，从而可以实现更好的。Sun等人。用数控铣床铣槽产生的U形冷却通道。这种技术类似于形冷却的方法，在渠道能够按照模具形状的印象。随形冷却方法，在温度控制的改进也有报道。 我们的工作重点是在冷却系统的自动设计合成，这是一个方面，没有得到很好的研究。在我们以前的工作基于特征的技术，初步设计了自动生成。本文报道的工作集中在版图设计自动化。自动布局设计过程转
6、化为一个启发式搜索过程。通过启发式搜索设计自动化是一种常用的技术，并已在机械设备自动化设计研究。启发式引导的设计过程是基于冷却性能和候选设计可制造性模糊评价。在各种应用领域的自动可制造性分析已经被广泛的研究，并grupta等人。报告全面调查。评价方法研究的灵感来自于报道的方法在可制造性评价机械零件和安装计划。模糊逻辑在评估使用的灵感来自于模糊逻辑在注射模设计中的各方面研究中的成功应用，包括分模方向的确定和可塑性分析。3、该方法的概述 在初步设计阶段，主要要解决的问题是，功能要求，冷却要求，一个给定的塑料部分。初步设计指定的类型（例如u-circuit，平行通道，鼓泡器、冷却塔等），大小（例如通
7、道长度和直径），和冷却元件的冷却形式的子流程的大致位置。每个子流程提供冷却功能，带走的部分区域的热。我们以前的研究表明，初步设计主要可以从零件的几何形状决定的，和一个自动化的设计特征识别方法。给出的初步设计，完成冷却流程的开发在布局设计阶段通过连接各个子流程和冷却的元素结合在一起。版图设计过程中考虑可制造性和对冷却流程物理实现的可行性。 在目前的研究中，调查的重点是冷却不使用并行冷却系统或者只有一个冷却回路系统。要处理包括的主要项目：主要的冷却单元的位置，通道连接冷却通路和流程，以及冷却系统的入口和出口的位置。每个项目的设计是相互关联的，设计过程分为四个主要阶段的操作。（a）一个图结构推导表示
8、图的初步设计和修改，便于后续操作。（b）冷却回路图结构的生成。（c）候选的冷却回路，通过发展初步的生产计划对布图设计的一代。（d）对冷却性能和可制造性的候选布局设计的评价。 设计过程的第一阶段是准备阶段，从而导出以利于后续操作形成初步的设计表现。从第二阶段，控制结构在设计过程中用来控制进程从一个阶段过渡到下一个，和回溯从后期到前一阶段。设计过程转化为一个搜索过程，即在每一个阶段的候选设计选择处理。一个搜索树来表示设计过程，如图所示图1，在搜索树的每个节点代表一个操作或操作输出。作为一个选择在某个阶段，最终可能会导致在后期一个死胡同，回溯法是重要的设计过程。例如，一个候选人的冷却回路，最终可能导
9、致布局设计，冷却性能具有非常低的评级。为了寻找一种替代方案，设计过程的回溯到调查第二阶段（a）从相同的进口替代的冷却回路；或（b）替代进口并生成一个新的冷却回路，然后重复后续阶段的开发方案设计。（图2）（1）对一部分冷却系统的初步设计。为便于说明，只有模具的一半显示核心。显示了设计过程中产生的最终的布局设计。（2）显示了两个在设计过程的第二阶段产生的替代品。 图1表示设计过程的搜索树 图2自动布局设计过程 3.1、图的表示和操作的初步设计 一组子流程组成的各种类型的冷却元件形成一个初步的冷却系统设计，生成的布局设计的一个基本问题是身份适当的连接子流程内（例如一组平行通道之间的互连）和相邻的子流
10、程（如连接在两u-circuits相邻两层）使他们可以连接到形成一个完整的冷却回路。 基于图形的技术来解决这个问题，这包括三个主要步骤。（a）设计的初步设计图。（b）在图中添加额外的节点和边为代表的各种可能的联系和子流程中。（c）用一个具体的图的遍历的方法找到对应的候选冷却回路的路径。步骤1和2是在下面的小节描述的步骤3，并将在下一节中描述的。3.2、图表示这是初步设计图最初是一套相互独立的子图的构造，使得每个子流程的初步设计规定的子图表示。在子图中的每条边代表一个冷却通道，每个节点表示一个入口，出口，或连接点之间的相邻通路。在图的边上都标有一个属性：L，C的边缘或x-edge。L用于表示直线
11、边缘冷却通道（L）。C-EDGE用于表示冷却通道的边缘形状复杂（C型）。x-edge用于边表示通道，从而起到互连的子流程或子流程内（冷却元件X通道）。冷却元件在每个子流程如下：一个人的冷却通道，两节点连接的L的使用；对平面冷却元件（如u-circuit或V-channel），一个简单的路径的节点组成的交替序列L型边使用；具有一个入口和出口，在彼此接近的元素（如鼓泡器和挡板），或一个元素与三维复杂的冷却通道（如冷却塔），两节点连接的C-EDGE使用。3.2.1图改性 冷却系统不使用并联冷却只有一个冷却回路对应于该图表示一个简单的路径。搜索图的一个适当的简单路径连接所有或大部分的冷却元件在初步设计
12、规定的，应是一个连通图的图。然而，图初步建成代表初步设计是没有关系的，因为有子图对应的各个子流程之间没有连接，和子流程本身可能不通过连接组件的图形表示。因此，最初的图要修改的一组操作，成为连接图。3.2.2改性的运算 这些子图只包含L型边，这为代表的渠道L型边躺在同一平面上，被称为运算。典型的冷却元件被运算包括u-circuits，v-channels，以及并联冷却通道位于同一平面集。每个L-图进行了修改，如果有必要，形成至少一个周期的一个连通子图。改性是通过添加额外的通道，连接现有渠道的终点了。显示结果图结构源于一个简单的例子，初步设计了图2。注意，图的结构是由两个连通子图，并且每个子图是由
13、L型边这代表了冷却元件在初步设计规定的，和X边这是在图形修改补充。 图3冷却系统的初步设计图3.2.3子图融合 合并的子图的目的是将个体形成连通图的子图。由于每个子图代表一个初步设计中指定的子通路，合并过程应（i）避免在子图的任何重大修改；和（ii）使用尽可能短的x-edge每当一个x-edge需要建立一个连接。这些确保合并过程中不造成的初步设计是在单独的子图表示的意义偏差。合并的过程包括两个阶段。 在第一阶段，只运算被认为是。考虑两运算LGI和LGJ躺在飞机的PLI和PLJ。他们合并，如果（我）PLI和PLJ他们之间是平行的几何距离小于阈值；或（ii）PLI和PLJ在同一平面上，并有一对平行
14、的通道，一个来自LGI和其他从LGJ这样，他们之间的几何距离小于阈值。在前一种情况下，LGI和LGJ合并成一个单一的子图，按照下面的方法添加节点和边。在原代表相应的渠道运算翻译是从PL等距离的平面I和PLJ。在后者的家，LGI和LGJ通过将通路对合并（因此在子图对应边）由一个单一的通道，两通道之间的谎言。 在第二阶段，所有子图被考虑进去。任何两个子图的合并如果距离他们之间是最小的。这个距离两个子图之间GI和GJ是指之间的最小距离距离边缘之间的GI和一个边缘GJ。这个距离之间的边缘EI对GI和边缘EJ对GJ是指由通道之间的最短距离EI和EJ。合并执行迭代，直到所有的子图合并成一个单一的图。 合并
15、两个子图GI和GJ（没有必要运算），一个x-edge（可能是一个额外的节点）添加；这相当于增加一个通道连接两个子流程为代表的GI和GJ。该通道的冷却效应没有在初步设计阶段考虑，最短的渠道应该是用来避免在冷却系统的冷却效果有明显的变化。因此，这个新通道的两端点，对每一个子流程，应放置的位置处的最小距离GI和GJ得到了。如果出现两平行通道之间的最小距离，两个新的渠道（这两X边）的构建。在每个通道的结束点至少有一个是在子流程存在的终点。如果相同的最小距离发生平行通路多间，X边用相同的方法添加到每一对。连通图G从合并过程中获得的是代表不同的方式冷却元件和子流程可以连接。连通图的初步设计图2。4、候选冷却回路的生成从连接图找到候选人的冷却回路G从上一步得到的，入口是第一选择的节点间的G。启发式算法可以根据一个特定的成型条件的具体要求，这个选择。一个简单的启发式，对应的冷却系统设计的一个常见的做法是选择节点，靠近门的位置。从选定的入口节点，一组简单的路径是从G通过遍历G使用一个特定的递归的深度优先搜索算法。在搜索树，捕捉所有简单路径对应的候选冷却回路选用进口的搜索结果。对设计过程的要求是，冷却回路产生应尽可能多的冷却元件的连接。这就要求简单的路径应尽可能长。的概念最大路径因此，介绍。给定一个节点n零进入G一开始，路径n零最大如果终止于一个结点nn这样，所有节点相邻nn包括在路径。换句话说
