三維CAD注射模具設計外文翻譯文獻

三維CAD注射模具設計外文翻譯文獻三維CAD注射模具設計外文翻譯文獻(文檔含中英文對照即英文原文和中文翻譯)翻譯:三維CAD知識付諸注射模具設計系統一、介紹近年來，塑料制品制造行業迅猛發展。注塑成型是一種非常受歡迎的塑料零件成型方法，注塑模具對于產品質量和高效的制品加工有著十分重要的意義。想要保持競爭優勢的模具制造公司，希望通過實現設計過程的自動化來縮短模具設計和制造的周期。因此，計算機輔助注塑模具設計系統（CAIMDS）的發展正逐漸成文工業界和學術界研究的焦點。最近發表的論文表明，自動化模具設計的研究主要集中于單個組件的模具工藝。例如，翁等人以及拉維集中研究送料系統；王等人主要研究噴射系統；其他人研究的重點是總體設計。一般注塑模具系統的研究大多數可以分為兩個領域：功能、概念和初步模具設計以及自動化模具生成算法。注塑模具的功能、概念和初步設計主要用于前模設計。此類設計包括選擇一個合適的模架、安排型腔布局、設計分流道以及設計澆口，目的是為了對于一個特定的要求提出大量不同的產品理念。布里頓等人通過提出功能-環境-行為-結構模型，從功能的角度解決了注塑模具設計的問題。這項研究制造出了很多設計的互換件。科斯塔和楊提出了產品范圍模型，以支持不同設計案例中設計信息的再利用。產品范圍模型的總體結構大致是從設計功能方面定義的，該功能的設計與各系列設計方案以及潛在方案與知識鏈之間的內在聯系息息相關。葉等人提出了一種自動化初始設計的算法，能夠計算出型腔數并自動化地設計出型腔。注塑模具的初始設計涉及對模具組件廣泛的實驗知識。因此，許多研究人員采用以實驗知識為基礎的方法。他們開發了一些以實驗知識為基礎的系統，用來建議塑料材料的選擇、捕獲注塑模具零件的設計特征、分析可塑性、自動生成模具設計工藝以及開發產品的模具設計。這樣的系統有諸如GERES(尼爾森),PLASSEX（阿格拉沃爾和瓦蘇德萬),EIMPPLAN-1（秦和王),CADFEED(翁等人),ICAD(辛魁格蘭那),IKMOULD(莫克等人)以及卓克索大學的知識庫系統(曾等人)。但是，這些知識庫系統只考慮吧了總體設計的某些方面，作為一個注塑模具的自動生成系統，需要做大量的理論研究工作，以自動地確定分型方向和分型面、生成分型面、識別削弱特征以及生成型腔。拉維和斯利瓦尼桑提出了九個規則，工程師可以用它們在制品中開發合適的分型面。這些規則分別是投影面積、平整度、收縮力、同軸度、削弱力、尺寸穩定性、流動率、加工表面和定向凝固。惠和譚提出了行程型腔和型芯的掃描方法。型腔和型芯是經過一系列的步驟生成的，在拉伸方向掃描生成一個實體，這個實體的一端是從第一個模塊中去除得到的，模塊的另一端是從模具中減去的。上述步驟的結果被去除的部分在閉合位置得到型腔和型芯。信和李提出了一種型芯和型腔發展的方法，因此可以生成側型芯以及相應的型芯和型腔板。該方法由三個步驟組成，設計者確定分型線，它把制品分為兩組表面，每組表面都有分型面連接到它，然后，外部的表面再與每組的表面接觸。信說，一個模具由多個型腔、型芯和側芯組成。惠基于多面體外部和內部的削弱分析，研究了注塑模具的的可塑性。堵塞概念的提出確定了主脫模方向，而且，細分技術被開發用來評估幾何方法削弱。陳等人引入了可視映射的概念，確定了分型的方向。但這個方法沒有考慮到內部削弱力。付等人和倪等人根據外環槽和成型件的內環槽，提出了一種削弱力的新分類。考慮到方向、位置、數量和削弱力特征量，他們提出了分型方向的標準，而分型方向正是基于此確定的。付等人通過擠壓分型線邊緣和使用布爾查運算創造型芯/型腔塊，提出了一種生成分型面的方法。倪等人還提出了生成非平面的分型線和分型線的方法論。王等人提出了一種確定復雜形狀制品的分割面的方法，他們的方法是，使用一種算法分開制品。通過這種方法形成的分型線和分型面是平面內的。 目前，對于自動化模具設計的研究還仍然在進行中。然而，有一些方法是相當的理論化的，而模具設計卻可能有著相當復雜的制品幾何形狀。大多數模具開發活動要有很高的技術水平，以及各種專業設計經驗和知識。由于自動化模具設計技術的發展仍然遠遠超出了當前的技術，所以它更適合用于提供只能規則或指導方針，防止設計過程中與約束產生沖突。這些規則在具體的模具設計環境中，還提供交換工具。本文闡述了一種交互式的注塑模具設計系統，該系統集成了初始模具設計、具體的模具設計知識庫和交互式計算機輔助設計/計算機輔助制造軟件。本文的第二部分，從設計師的角度，概述了注塑模具設計過程的分析。二、注塑模設計過程要求分析 注塑模具設計由兩個步驟組成：初始設計和詳細設計。初始設計由前期階段的模具設計作出的決定組成，如模具結構類型、型腔數、流道類型、澆口類型和模架類型。詳細設計由內嵌（型芯/型腔）設計、彈射系統設計、冷卻和排氣組件設計、裝配分析和最終的起早組成。 為了開發一種好的計算機輔助注塑模具設計系統，需要執行“他們有什么”和“他們想要什么”的分析。他們有什么：-客戶對該制品的要求。這包括制品詳細的幾何形狀和尺寸要求。-現有模具設計庫。這個設計庫涵蓋了設計標準或預先設計的部件及其裝配，例如，模架（定模架和半動模架）和模腔（定模腔和半動模腔）。-注塑模具設計中的專用知識。注塑模具的初始設計和詳細設計的專用知識，主要是從有經驗的模具設計師那里獲得的。這些知識包括材料的選擇、收縮建議、型腔布局的建議等等。他們想要什么：-一個智能并且交互式的模具設計環境。模具的設計往往是由一系列的設計程序組成的，這些程序通常需要創建一定的模具零件，并且裝配現有的模具零件。這種模具設計環境不需要是完全自動化的，尤其是對于許多復雜的制品。智能并且交互式的設計環境將是使一些有用的自動化算法、啟發性知識和經驗豐富的模具設計師的在線互動相結合的一個很好的選擇。-設計標準或預先設計的部件及其裝配（獨立的制品零件）管理。除了型芯和型腔，注塑模具有很多其他的零件，他們在結構和幾何形狀上是相似的，而這可以用于其他注塑模具的設計。這些零件與塑料模具制品是相互獨立的，他們大多是標準件，可以在不同的模具設計和模具組中重新使用。-型芯和型腔設計中有用的方法（包括實體設計與分析算法）。型芯、型腔系統的幾何形狀和尺寸的確定是由模具制品直接決定的。這樣一個系統中的所有組件都對制品有依賴性。同時，這些零件是模具設計中的關鍵部件，他們的幾何要求可能是非常復雜的。因此，一些用于設計基于半自動和半相互作用的型芯和型腔的工具是非常有用的。-裝配設計。在傳統的計算機輔助設計/計算機輔助制造系統中，模具被表示為一個完整的幾何和拓撲實體模型，這個模型是由一個三圍歐式空間中面、邊、頂點組成。這樣的表示適用于視覺顯示和執行幾何計算密集型任務，例如工程分析與仿真。但是，對于基于制品幾何實體及其關系的高層信息的要求決策的任務，這種形式是不適用的。模具設計師喜歡裝配環境的設計，而不是簡單實體模型的環境。這個理念也是由Ye等人提出來的。-設計制造。一個完整的注塑模具設計開發周記是由模具設計和模具制造工藝組成的。為了使計算機輔助設計/計算機輔助制造應用于模具設計，模具的制造特點應是由特定的數控機床抽象出來并分析的。無論是工藝規劃還是數控代碼都應該是自動化生成，使最終設計的模具得以制造。-設計圖紙。對于許多公司來說，注塑模具的設計必須表示有著詳細尺寸的工程制圖。能夠從最終的注塑模具設計中自動生成這些圖紙的計算機輔助設計/計算機輔助制造工具將是有用的。 基于上述分析，我們研究的重點是開發代表“他們有什么”和“他們想要什么”的技術。 代表“他們想要什么”實際上是知識和注塑模具對象的表示。開發“他們有什么”意味著將為注塑模具設計的智能、交互式的工具，結合到一個完整的設計環境中。因此，為模具設計師提出的IKB-MOULD實現了上述的兩個要求。原文:3DCADknowledge-basedassistedinjectionmoulddesignsystemW.M.Chan.L.Yan.W.Xiang.B.T.Cheok1Introduction Inrecentyearstheplasticproductmanufacturingindustryhasbeengrowingrapidly.Averypopularmouldingprocessformakingplasticpartsisinjectionmoulding.Theinjectionmoulddesigniscriticallyimportanttoproductqualityandefficientproductprocessing.Mould-makingcompanies,whowishtomaintainthecompetitiveedge,desiretoshortenbothdesignandmanufacturingleadingtimesbyautomatingthedesignprocess.Thus,thedevelopmentofacomputeraidedinjectionmoulddesignsystem(CAIMDS)isbecomingafocusofresearchinbothindustryandacademia. Recentlypublishedpapersshowthatresearchinautomaticmoulddesignfocusesonindividualcomponentsofthemouldprocess.ForexampleOngetal.andRavifocusedtheirresearchonthefeedingsystem.Wangetal.focusedtheirresearchontheejectionsystem.Othersfocustheirresearchonthegeneraldesign.Mostresearchdoneonthegeneralinjectionmouldsystemcanbeclassifiedintotwoareas:(a)functional,conceptualandinitialmoulddesigns;and(b)algorithmstoautomatemouldgeneration. Functional,conceptualandinitialdesignsoftheinjectionmouldareappliedmainlytothepre-moulddesign.Suchdesigninvolvesselectingasuitablemouldbase,arrangingthecavitylayout,designingtherunneranddesigningthegate.Theobjectiveistocomeupwithalargenumberofverydifferentproductideasforacertainrequirement.Brittonetal.addressedinjectionmoulddesignfromafunctionalperspectivebypresentingtheFunction-Environment-Behaviour-Structure(FEBS)model.Thestudyfosteredawiderangeofdesignalternatives.CostaandYoungproposedaproductrangemodel(PRM)tosupportthereuseofdesigninformationinvariantdesigncases.ThegeneralstructureofaPRMisdefinedintermsofdesignfunctionslinkedwithsetsofdesignsolutions,interactionsbetweenpotentialsolutionsandknowledgelinks.Yeetal.presentedanapproachtoautomaticinitialdesignwithalgorithmsthatcalculatethecavitynumberandautomaticallylayoutthecavity.Theinitialinjectionmoulddesigninvolvesextensiveempiricalknowledgeofthestructureandfunctionsofthemouldcomponents.Thus,alotofresearchersadoptaknowledge-basedapproach.Severalknowledge-basedsystems(KBSs)weredevelopedtoadviseplasticmaterialselection,captureinjectionmouldpartdesignfeatures,analysemouldability,automatethemoulddesignprocessanddevelopmoulddesignformanufacture.ExamplesofsuchsystemsareGERES(Nielsen),PLASSEX(AgrawalandVasudevan),EIMPPLAN-1(ChinandWong),CADFEED(Ongetal.),ICAD(Cinquegrana),IKMOULD(Moketal.)andKBSofDrexelUniversity(Tsengetal.).However,theseKBSsconsideronlycertainaspectsofthetotaldesign. Asfortheautomaticgenerationofaninjectionmould,anumberoftheoreticalresearchworkswereconductedtoautomaticallydeterminethepartingdirection,todeterminethepartingline,togeneratethepartingsurface,torecogniseundercutfeaturesandtogeneratethecore/cavity.RaviandSrinivasanpresentedninerulesthatcanbeusedbythemoulddesignengineertodevelopasuitablepartinglineintheproduct.Theserulesareprojectedarea,flatness,draw,draft,undercuts,dimensionalstability,flash,machinedsurfacesanddirectionalsolidification.HuiandTanproposedthesweepmethodtoformthecavityandcore.Thecavityandcorearegeneratedinanumberofsteps.Sweepingthemouldpartinthedrawdirectiongeneratesasolid.Oneendofthesweptsolidissubtractedfromthefirstmouldblock.Theotherendofthemouldblockissubtractedfromthemouldpart.Theresultsoftheabovestepsaresubtractedwiththepartattheclosedpositiontoobtainthecavityandcore.ShinandLeeproposedamethodofcoreandcavitydevelopmentsothatthesidecoresandcorrespondingcoreandcavityplatescanbegenerated.Thismethodiscomposedof3steps.Thedesignerdeterminesthepartinglinethatseparatestheproductinto2groupsoffaces.Eachgroupfacehasthepartingsurfaceattachedtoit.Thenexternalfacesareaddedtoeachgroupface.Shinaddedthatamouldcouldbemadeupofmanypiecesinadditiontothecavity,coreandsidecores.Huistudiedthemouldabilityofaninjectionmouldbasedonanexternalandinternalundercutanalysisonlyforpolyhedralsolids.Ablockageconceptispresentedtodeterminethemainpartingdirectionandasubdivisiontechniqueisdevelopedtoevaluatethegeometryofanundercut.Chenetal.introducedtheconceptofvisibilitymaps(V-maps)ofthepocketstodeterminethepartingdirection.Themethoddidnottakeintoaccountinternalundercuts.Fuetal.andNeeetal.gaveanewclassificationofundercutsaccordingtotheexternalloopsandtheinternalloopsofamouldedpart.Thepartingdirectionisthendeterminedbasedontheproposedpartingdirectioncriteriaconsideringthedirections,location,numberandvolumesofundercutfeatures.Fuetal.proposedanapproachtogeneratethepartingsurfacebyextrudingthepartinglineedgesandcreatethecore/cavityblockusingtheBooleanregulariseddifferenceoperation(BRDO).Amethodologythatgeneratesnon-planarpartinglinesandsurfacesispresentedbyNeeetal..Wongetal.proposedamethodtodeterminethecuttingplaneofacomplexshapedproduct.Theirmethodusesanalgorithmthatslicestheproduct.Thepartinglineandsurfacesformedbythismethodareplanar. Currentresearchonautomaticmoulddesignisongoing.However,somemethodscanbequitetheoreticalandthemoulddesigncanhaveacomplicatedproductgeometry.Mostmoulddevelopmentactivitiesinvolveahighlevelofskill,awidevarietyofdesignexpertiseandknowledge.Duetothefactthatautomaticmoulddevelopmentisstillfarbeyondthecurrenttechnology,itismorereasonabletoprovideintelligentrulesorguidelinesthatpreventthedesignfromconflictingwithdesignconstraints.Theserulesalsoprovideinteractivetoolsinthedetailedmoulddesignenvironment.Thispaperpresentsaninteractiveknowledgebasedinjectionmoulddesignsystem(IKB-MOULD).ThissystemintegratestheinitialmoulddesignanddetailedmoulddesignwithbothknowledgebaseandinteractivecommercialCAD/CAMsoftware. Thenextsectionofthispaperoutlinesananalysisoftheinjectionmoulddesignprocessbasedonthemoulddesigner’spointofview.AlatersectionintroducesthebasicstructureofourIKB-MOULDforinjectionmoulddesign.AcasestudyoftheinjectionmoulddesignforaplasticproductinIKB-MOULDisthenpresented.Theconclusionandfutureworkislocatedinthelastsection.2Theinjectionmoulddesignprocessrequirementanalysis Aninjectionmoulddesigniscomposedoftwosteps:theinitialdesignandthedetaileddesign.Theinitialdesigniscomposedofdecisionsmadeattheearlystageofthemoulddesign,suchasthetypeofmouldconfiguration,thenumberofcavities,thetypeofrunner,thetypeofgateandthetypeofmouldbase.Thedetaileddesigniscomposedoftheinsert(core/cavity)design,theejectionsystemdesign,thecoolingandventingcomponentdesign,theassemblyanalysisandthefinaldrafting. TodevelopagoodCAIMDS,ananalysisof‘whattheyhave’and‘whattheywant’needstobeperformed.Whattheyhave:–Thecustomer’srequirementsfortheproduct.Thisincludesthedetailedgeometryanddimensionrequirementsoftheproduct.–Anexistingmoulddesignlibrary.Thislibrarycoversthestandardorpreviouslydesignedcomponentsandassembliesofthemoulddesign,forexample,themouldbase(thefixedhalfandthemovinghalf)andthepocket(thefixedhalfandthemovinghalf).–Anexpertknowledgeininjectionmoulddesign.Expertknowledgeofbothinitialanddetaileddesignsfortheinjectionmouldisobtainedmainlyfromexperiencedmoulddesigners.Suchknowledgeincludesmaterialselection,shrinkagesuggestion,cavitylayoutsuggestionandothers.Whattheywant:–Anintelligentandinteractivemoulddesignenvironment.Moulddesignisoftencomposedofaseriesofdesignprocedures.Theseproceduresusuallyrequirecertainmouldpartstobecreatedandexistingmouldpartstobeassembled.Suchamoulddesignenvironmentneednotbefullyautomatic,especiallyforcomplicatedproductswithmanyundercuts.Anintelligentandinteractiveenvironmentwillbeagoodchoicetointegratesomeusefulautomationalgorithms,heuristicknowledgeandon-lineinteractionbytheexperiencedmoulddesigner.–Standard/previousdesignedcomponents/assemblies(product-independentparts)management.Apartfromthecoreandcavity,aninjectionmouldhasmanyotherpartsthataresimilarinstructureandgeometricalshapethatcanbeusedinotherinjectionmoulddesigns.Thesepartsareindependentoftheplasticmouldproducts.Theyaremostlystandardcomponentsthatcanbereusedindifferentmoulddesignsandmouldsets.–Usefultools(includingsoliddesignandanalysiscalculation)inthecoreandthecavity(productdependentparts)design.Geometricalshapesandthesizesofthecoreandcavitysystemaredetermineddirectlybythemouldproduct.Allcomponentsinsuchasystemareproductdependent.Also,thesepartsarethecriticalcomponentsinthemoulddesign.Theirgeometricalrequirementsmaybecomplicated.Thus,sometoolsdevelopedtodesignthecoreandthecavitybasedonpartialautomationandpartialinteractioncanbequiteuseful.–Designforassembly.InconventionalCAD/CAMsystems,mouldsarerepresentedandstoredasacompletegeometricandtopologicalsolidmodel.Thismodeliscomposedoffaces,edgesandverticesinathreedimensional(3D)Euclideanspace.Sucharepresentationissuitableforvisualdisplayandperforminggeometricallycomputation-intensivetaskssuchasengineeringanalysisandsimulation.However,thisformisnotappropriatefortaskst