三維CAD注射模具設(shè)計(jì)外文翻譯文獻(xiàn)

三維CAD注射模具設(shè)計(jì)外文翻譯文獻(xiàn)三維CAD注射模具設(shè)計(jì)外文翻譯文獻(xiàn)(文檔含中英文對(duì)照即英文原文和中文翻譯)翻譯:三維CAD知識(shí)付諸注射模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)一、介紹近年來(lái)，塑料制品制造行業(yè)迅猛發(fā)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(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量和高效的制品加工有著十分重要的意義。想要保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的模具制造公司，希望通過(guò)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化來(lái)縮短模具設(shè)計(jì)和制造的周期。因此，計(jì)算機(jī)輔助注塑模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAIMDS）的發(fā)展正逐漸成文工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的焦點(diǎn)。最近發(fā)表的論文表明，自動(dòng)化模具設(shè)計(jì)的研究主要集中于單個(gè)組件的模具工藝。例如，翁等人以及拉維集中研究送料系統(tǒng)；王等人主要研究噴射系統(tǒng)；其他人研究的重點(diǎn)是總體設(shè)計(jì)。一般注塑模具系統(tǒng)的研究大多數(shù)可以分為兩個(gè)領(lǐng)域：功能、概念和初步模具設(shè)計(jì)以及自動(dòng)化模具生成算法。注塑模具的功能、概念和初步設(shè)計(jì)主要用于前模設(shè)計(jì)。此類設(shè)計(jì)包括選擇一個(gè)合適的模架、安排型腔布局、設(shè)計(jì)分流道以及設(shè)計(jì)澆口，目的是為了對(duì)于一個(gè)特定的要求提出大量不同的產(chǎn)品理念。布里頓等人通過(guò)提出功能-環(huán)境-行為-結(jié)構(gòu)模型，從功能的角度解決了注塑模具設(shè)計(jì)的問(wèn)題。這項(xiàng)研究制造出了很多設(shè)計(jì)的互換件?？扑顾蜅钐岢隽水a(chǎn)品范圍模型，以支持不同設(shè)計(jì)案例中設(shè)計(jì)信息的再利用。產(chǎn)品范圍模型的總體結(jié)構(gòu)大致是從設(shè)計(jì)功能方面定義的，該功能的設(shè)計(jì)與各系列設(shè)計(jì)方案以及潛在方案與知識(shí)鏈之間的內(nèi)在聯(lián)系息息相關(guān)。葉等人提出了一種自動(dòng)化初始設(shè)計(jì)的算法，能夠計(jì)算出型腔數(shù)并自動(dòng)化地設(shè)計(jì)出型腔。注塑模具的初始設(shè)計(jì)涉及對(duì)模具組件廣泛的實(shí)驗(yàn)知識(shí)。因此，許多研究人員采用以實(shí)驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)的方法。他們開發(fā)了一些以實(shí)驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，用來(lái)建議塑料材料的選擇、捕獲注塑模具零件的設(shè)計(jì)特征、分析可塑性、自動(dòng)生成模具設(shè)計(jì)工藝以及開發(fā)產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)。這樣的系統(tǒng)有諸如GERES(尼爾森),PLASSEX（阿格拉沃爾和瓦蘇德萬(wàn)),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(xué)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)(曾等人)。但是，這些知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)只考慮吧了總體設(shè)計(jì)的某些方面，作為一個(gè)注塑模具的自動(dòng)生成系統(tǒng)，需要做大量的理論研究工作，以自動(dòng)地確定分型方向和分型面、生成分型面、識(shí)別削弱特征以及生成型腔。拉維和斯利瓦尼桑提出了九個(gè)規(guī)則，工程師可以用它們?cè)谥破分虚_發(fā)合適的分型面。這些規(guī)則分別是投影面積、平整度、收縮力、同軸度、削弱力、尺寸穩(wěn)定性、流動(dòng)率、加工表面和定向凝固?；莺妥T提出了行程型腔和型芯的掃描方法。型腔和型芯是經(jīng)過(guò)一系列的步驟生成的，在拉伸方向掃描生成一個(gè)實(shí)體，這個(gè)實(shí)體的一端是從第一個(gè)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(jié)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(fā)展的方法，因此可以生成側(cè)型芯以及相應(yīng)的型芯和型腔板。該方法由三個(gè)步驟組成，設(shè)計(jì)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(shuō)，一個(gè)模具由多個(gè)型腔、型芯和側(cè)芯組成?；莼诙嗝骟w外部和內(nèi)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(xì)分技術(shù)被開發(fā)用來(lái)評(píng)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(gè)方法沒(méi)有考慮到內(nèi)部削弱力。付等人和倪等人根據(jù)外環(huán)槽和成型件的內(nèi)環(huán)槽，提出了一種削弱力的新分類?？紤]到方向、位置、數(shù)量和削弱力特征量，他們提出了分型方向的標(biāo)準(zhǔn)，而分型方向正是基于此確定的。付等人通過(guò)擠壓分型線邊緣和使用布爾查運(yùn)算創(chuàng)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(fù)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(guò)這種方法形成的分型線和分型面是平面內(nèi)的。 目前，對(duì)于自動(dòng)化模具設(shè)計(jì)的研究還仍然在進(jìn)行中。然而，有一些方法是相當(dāng)?shù)睦碚摶?，而模具設(shè)計(jì)卻可能有著相當(dāng)復(fù)雜的制品幾何形狀。大多數(shù)模具開發(fā)活動(dòng)要有很高的技術(shù)水平，以及各種專業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。由于自動(dòng)化模具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)前的技術(shù)，所以它更適合用于提供只能規(guī)則或指導(dǎo)方針，防止設(shè)計(jì)過(guò)程中與約束產(chǎn)生沖突。這些規(guī)則在具體的模具設(shè)計(jì)環(huán)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(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了初始模具設(shè)計(jì)、具體的模具設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)和交互式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造軟件。本文的第二部分，從設(shè)計(jì)師的角度，概述了注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程的分析。二、注塑模設(shè)計(jì)過(guò)程要求分析 注塑模具設(shè)計(jì)由兩個(gè)步驟組成：初始設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。初始設(shè)計(jì)由前期階段的模具設(shè)計(jì)作出的決定組成，如模具結(jié)構(gòu)類型、型腔數(shù)、流道類型、澆口類型和模架類型。詳細(xì)設(shè)計(jì)由內(nèi)嵌（型芯/型腔）設(shè)計(jì)、彈射系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻和排氣組件設(shè)計(jì)、裝配分析和最終的起早組成。 為了開發(fā)一種好的計(jì)算機(jī)輔助注塑模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，需要執(zhí)行“他們有什么”和“他們想要什么”的分析。他們有什么：-客戶對(duì)該制品的要求。這包括制品詳細(xì)的幾何形狀和尺寸要求。-現(xiàn)有模具設(shè)計(jì)庫(kù)。這個(gè)設(shè)計(jì)庫(kù)涵蓋了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或預(yù)先設(shè)計(jì)的部件及其裝配，例如，模架（定模架和半動(dòng)模架）和模腔（定模腔和半動(dòng)模腔）。-注塑模具設(shè)計(jì)中的專用知識(shí)。注塑模具的初始設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的專用知識(shí)，主要是從有經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)師那里獲得的。這些知識(shí)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(gè)智能并且交互式的模具設(shè)計(jì)環(huán)境。模具的設(shè)計(jì)往往是由一系列的設(shè)計(jì)程序組成的，這些程序通常需要?jiǎng)?chuàng)建一定的模具零件，并且裝配現(xiàn)有的模具零件。這種模具設(shè)計(jì)環(huán)境不需要是完全自動(dòng)化的，尤其是對(duì)于許多復(fù)雜的制品。智能并且交互式的設(shè)計(jì)環(huán)境將是使一些有用的自動(dòng)化算法、啟發(fā)性知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師的在線互動(dòng)相結(jié)合的一個(gè)很好的選擇。-設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或預(yù)先設(shè)計(jì)的部件及其裝配（獨(dú)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?cè)诮Y(jié)構(gòu)和幾何形狀上是相似的，而這可以用于其他注塑模具的設(shè)計(jì)。這些零件與塑料模具制品是相互獨(dú)立的，他們大多是標(biāo)準(zhǔn)件，可以在不同的模具設(shè)計(jì)和模具組中重新使用。-型芯和型腔設(shè)計(jì)中有用的方法（包括實(shí)體設(shè)計(jì)與分析算法）。型芯、型腔系統(tǒng)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(gè)系統(tǒng)中的所有組件都對(duì)制品有依賴性。同時(shí)，這些零件是模具設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部件，他們的幾何要求可能是非常復(fù)雜的。因此，一些用于設(shè)計(jì)基于半自動(dòng)和半相互作用的型芯和型腔的工具是非常有用的。-裝配設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)中，模具被表示為一個(gè)完整的幾何和拓?fù)鋵?shí)體模型，這個(gè)模型是由一個(gè)三圍歐式空間中面、邊、頂點(diǎn)組成。這樣的表示適用于視覺(jué)顯示和執(zhí)行幾何計(jì)算密集型任務(wù)，例如工程分析與仿真。但是，對(duì)于基于制品幾何實(shí)體及其關(guān)系的高層信息的要求決策的任務(wù)，這種形式是不適用的。模具設(shè)計(jì)師喜歡裝配環(huán)境的設(shè)計(jì)，而不是簡(jiǎn)單實(shí)體模型的環(huán)境。這個(gè)理念也是由Ye等人提出來(lái)的。-設(shè)計(jì)制造。一個(gè)完整的注塑模具設(shè)計(jì)開發(fā)周記是由模具設(shè)計(jì)和模具制造工藝組成的。為了使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)，模具的制造特點(diǎn)應(yīng)是由特定的數(shù)控機(jī)床抽象出來(lái)并分析的。無(wú)論是工藝規(guī)劃還是數(shù)控代碼都應(yīng)該是自動(dòng)化生成，使最終設(shè)計(jì)的模具得以制造。-設(shè)計(jì)圖紙。對(duì)于許多公司來(lái)說(shuō)，注塑模具的設(shè)計(jì)必須表示有著詳細(xì)尺寸的工程制圖。能夠從最終的注塑模具設(shè)計(jì)中自動(dòng)生成這些圖紙的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造工具將是有用的。 基于上述分析，我們研究的重點(diǎn)是開發(fā)代表“他們有什么”和“他們想要什么”的技術(shù)。 代表“他們想要什么”實(shí)際上是知識(shí)和注塑模具對(duì)象的表示。開發(fā)“他們有什么”意味著將為注塑模具設(shè)計(jì)的智能、交互式的工具，結(jié)合到一個(gè)完整的設(shè)計(jì)環(huán)境中。因此，為模具設(shè)計(jì)師提出的IKB-MOULD實(shí)現(xiàn)了上述的兩個(gè)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