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注塑成型的智能模具設計工具
Jagannath Yammada, Terrence L. Chambers, Suren N. Dwivedi
路易斯安那州大學機械系—拉法耶特
邵強譯
摘要：注塑是最流行的生產(chǎn)熱塑性產(chǎn)品的工藝，而模具設計是一個關鍵的方面。在模具設計的領域里需要專業(yè)知識，而最重要的是在這方面的經(jīng)驗。當其中之一缺乏時，在一個反復試驗的基礎上，合適的選擇制造塑料模具的組成部分。在設計中引入不同的設計方法，這將增加生產(chǎn)成本。
本文介紹了智能模具設計工具的發(fā)展。該工具是獲取有關模具設計進程和代表了符合邏輯方式的知識。獲得的知識是模具設計過程中確定性和不確定性的信息。一旦開發(fā)了模具設計工具，它將指導用戶根據(jù)不同的客戶規(guī)格選擇一個適當?shù)乃芰夏＞摺?
導言
注塑工藝所要求的專業(yè)知識和最能體驗它成功實施的重要經(jīng)驗，這些常?？刂瞥尚蛥?shù)的過程效率。有效地控制和優(yōu)化這些參數(shù)可以在制造過程中實現(xiàn)一致性，它采取的是一部分一部分的質(zhì)量和成本的形式。
制造商的經(jīng)驗水平?jīng)Q定如何有效地控制工藝參數(shù)。有時由于人為的錯誤，還有的情況下，由于經(jīng)驗不足，缺乏時間，資源和小范圍的創(chuàng)新都將會導致其不一致性。以知識為基礎的工程設計為建立所謂的“智能模式”的問題提供了一種可行的解決辦法，用這種方法從而來解決所有的問題。
IKEM
以工程模塊的注塑工藝為基礎的智能知識（ IKEM ）是一種軟件技術，它是領先一步的并行工程和CAD / CAM系統(tǒng)。它集成了目前有關設計和制造工藝的知識，通過產(chǎn)品開發(fā)設計階段的工程變更，從而有助于減少幾個工作時，使用戶設計教學的各個方面。該系統(tǒng)將用于注塑成型的反復和流程整合的設計。目前的工藝包含許多手工計算， CAD圖形結構和從以往項目中獲得的經(jīng)驗。一旦工程師完成了設計，這將是有價值的成就。
該項目已將IKEM分為三大模塊。
1.模塊的成本估算
2.模具設計模塊
3 .制造模塊
投入IKEM制度的兩種形式：CAD模型（臨娥檔案）和輸入特定的用戶界面形式。圖1顯示的這種投入是進入每個模塊來輸出給用戶。
圖1 組織IKEM項目
智能模具設計工具
這種模具設計工具，其基本形式是一個Visual Basic應用程序輸入到一個文本文件，其包含有關部分和用戶輸入形式的信息。該文本文件包含從Pro / E的信息檔案中獲得的有關部分幾何解析。用于估計模具的層面和其他各種功能的輸入。
文獻綜述
模具設計是注射成型過程中的另一個階段，在該階段有經(jīng)驗的工程師在很大程度上有助于過程的自動化，提高其效率。需要注意進入設計模具時間的問題。通常情況下，設計工程師是根據(jù)表和標準手冊來設計模具，其設計過程中需要消耗大量的時間。此外，大量的時間花在用標準CAD軟件來設計模具的建模部分。不同的研究人員以不同的方式處理問題，從而減少設計模具所花費的時間。Koelsch和James[ 2 ]采用了成組技術，以減少模具設計時間。采用一個獨特的編碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由一些注塑模具部分組成。在注塑模中需要一般的和可用于其他生產(chǎn)線注塑成型所需工具的開發(fā)。軟件系統(tǒng)實施的編碼系統(tǒng)也已開發(fā)。工程師在這一領域中獲得的經(jīng)驗和知識可以使模具設計過程自動化。在并行工程環(huán)境[ 3 ]中，為了試圖在注塑模具設計過程中建立一個系統(tǒng)方法，而采取現(xiàn)在模具設計系統(tǒng)。他們研究的目標是開發(fā)模具發(fā)展的進程，這一進程有利于以并行工程為基礎的實踐，和建立一個以知識為基礎的可制造性以及產(chǎn)品需求的模具設計。
在模具設計過程中，研究人員通過各種方式捕捉只有確定性信息或不確定性信息試圖自動化模具設計過程。這項獨特的研究試圖建立一個具有捕捉信息的模具設計應用，其兩種形式是確定性和不確定性。
采取的辦法
為了發(fā)展智能模具設計工具，以及模具設計傳統(tǒng)方法的研究。在設計模具尤其是塑料的一部分，應用開發(fā)商和設計工程師共同工作。在這段時間內(nèi)，工程師所采取的辦法是選擇模具基地密切觀察和利用他的知識/經(jīng)驗確定的選擇過程的各個方面。另外，工程師有時會根據(jù)發(fā)生的情況參照表格和手冊，以規(guī)范其甄選過程。這一過程將會被記錄下來，以便以后的應用。在項目的投入和產(chǎn)出的下一階段制定這一問題。這涉及到從用戶所給出的產(chǎn)品和最低數(shù)量的投入來確定哪些模具布局的信息是用戶最需要的。
根據(jù)在模具設計工作中收集到的資料和工程師所遵循轉(zhuǎn)化為if - then規(guī)則。在所有可能的情況下，策表是用來處理某一方面的模具設計進程。應用程序開發(fā)環(huán)境根據(jù)這樣的規(guī)則框架，然后整理成模塊和他人互動。最后在塑料零件制造行業(yè)中應用有效性的測試。
適當?shù)倪x擇模具基地
通常情況下，適當?shù)倪x擇模具制造業(yè)基地涉及塑料零件
估測腔的數(shù)目
在一個特定的時間里腔的數(shù)量取決于所需的若干零件。還有其他一些問題，如塑化能力的機器，廢品率等，在模具基地這將影響到一些腔。
決定插入及其尺寸的存在
插入促進模具基地的復用性，因此有助于降低制造成本。根據(jù)現(xiàn)有的可重用性和成本性插入新的命令作出選擇尺寸和數(shù)量的決定。
確定流道的大小和位置
流道的大小取決于材料的成型。雖然考慮其他材料特性決定了渠道規(guī)模所需的流量。流道的位置，主要取決于拓撲流道的使用。雖然通告熱流道系統(tǒng)始終是最好的分支熱流道系統(tǒng)，其廣泛用于避免流道的平衡。
??確定澆口的直徑
澆口的直徑基本上決定模具的大小，腔的數(shù)目，或要填補某一特定時間塑料的數(shù)目。
定位蓋茨
塑料進入腔中能均勻填補腔內(nèi)每一點。門可設在任何一點，但在進入圓形腔的中段時對周邊填補矩形腔。
確定生產(chǎn)線的大小和位置
生產(chǎn)線位于模具相互間的標準距離形式。在一個直徑范圍內(nèi)該公約沒有位于生產(chǎn)線的模具壁。
基于上述結論而決定模具尺寸
基于上述所有決定的近似模具尺寸可估計和四舍五入到最接近的產(chǎn)品編號。在建模之前考慮到上述所有方面，從而模具基地降低了重新設計的成本和時間。
問題的提出
基于需要人類的知識/經(jīng)驗、數(shù)據(jù)表等消耗時間的問題，這個問題的發(fā)展應用如圖2所示。
圖2模具設計模塊的組織。
大多數(shù)的一些投入，如一些腔，腔的圖像尺寸，周期時間是根據(jù)客戶規(guī)格，其他投入，如塑化能力等，可從機器規(guī)格中獲得。輸出的應用中包含了模具尺寸和其他資料，這顯然有助于從基礎目錄中選擇標準的模具。除了輸入和輸出，圖2也顯示了各種產(chǎn)品最后產(chǎn)出的模塊。
制定規(guī)則
在這一階段，以專家知識為代表的多種形式。該規(guī)則可申述為質(zhì)與量兩方面的知識。通過定性的知識，我們可以確定有關可以得到解決計算問題的信息。我們指的不確定性信息，是根據(jù)以往情況而只是作為一個遵循規(guī)則，規(guī)則的運作情況。一個典型的規(guī)則進行說明如下：
If Material = “Acetal” And
RunnerLength <= 3 And
RunnerLength > 0 Then
RunnerDia =0.062
EndIf
重要的是當制定的規(guī)則，在一個緊湊的方式我們所代表的信息，能同時避免重復，不完整和不一致的情況。決策表幫助解決所有上述問題的檢查和全面的冗余問題發(fā)言的表達。作為一個例子，在這一過程中選擇適當?shù)哪＞呋?，基地?guī)模的模具依賴于一些洞和刀片。為了確保所有組合洞的可能和被視為我們使用決策表的插入，后來決定用表內(nèi)的規(guī)則。表1顯示以上的一個情況，模具方面是相同的。
表1 。樣本決策表
圖3 。不同組合的插入和腔的模具尺寸
空洞的數(shù)目是一個整體和插入的數(shù)目是一個具有相同的模具尺寸的情況下，另一情況下空洞的數(shù)目為2和4 。這三種情況可歸結為一個單一的規(guī)則：
If NumberOfInserts=1 Then
MoldWidth = (InsertWidth + 2) MoldLength = (InsertLength + 2) MoldThickness = InsertThickness
EndIf
為了方便和清晰而利用標準的編程語言，將這些規(guī)則用模塊化的方式排列。每個模塊產(chǎn)生了一系列的產(chǎn)量，將這些產(chǎn)量投入到其他模塊中。
測試的應用
使用智能模具設計的應用驗證各種測試案例。每一個案件的部分資料，如多種多樣的模具資料和信息是機器和人類專家驗證的結果，這就是這個信息中的應用。表2顯示了這樣一個測試情況：一部分需要兩個空洞且沒有插入本。給出了近似模具尺寸的應用，流道層面，澆道長度尺寸和流道的基礎上腔圖片尺寸和其他信息。
表2 。顯示程序的輸入和輸出的典型測試案例。
模具方面取得一個非常接近典型人權專家設計的測試案例，但沒有明確表明使用標準模具的基礎，就像一個具體模具模具的二甲醚基地目錄。然而，從模具目錄中選擇適當?shù)哪＞呋兀＞叱叽缡怯杏玫?。基于正在使用的流道尺寸的材料，只限于特定范圍的拍攝尺寸。
摘要
本文介紹了采取的智能應用方式對發(fā)展中國家，在模具基地的基礎上對模具設計進行選擇用戶輸入。第一次設計模具基地的知識獲取過程是顧問與行業(yè)專家，一方面通過收集資料，另一方面能通過確定性書籍和數(shù)據(jù)表。所收集的信息可定性和定量了解模具甄選過程，在不同的模塊中代表規(guī)則排列的形式。決策表是用來縮小法治基礎和法治基礎作出全面的問題域。在塑料零件制造行業(yè)，開發(fā)應用中使用不同的模塊規(guī)則，然后測試其有效性時，選擇適當?shù)哪＞呋亍?
參考文獻
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2. Koelsch, James R., 1999, “Software boosts mold design efficiency “ Molding Systems, v 57, n 3, p 16-23.
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