活動(dòng)圈注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)

活動(dòng)圈注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì),活動(dòng),流動(dòng),注塑,成型,工藝,模具設(shè)計(jì) 附件1：外文資料翻譯譯文 基于知識(shí)與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)技術(shù) 摘要:在全面地分析了分型面自動(dòng)生成技術(shù)的基礎(chǔ)上，分型面設(shè)計(jì)提出了基于知識(shí)與事例推理的分型面設(shè)計(jì)方法，并給出了基于事例推理的分型面設(shè)計(jì)過程。一個(gè)事例庫包含有分型面信息并構(gòu)建了主型狀特征，分型面自動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)合了正向推理方法和相似求解方法。標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)庫也是建立了包括知識(shí)，規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)的分型面設(shè)計(jì)。實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性，提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率 關(guān)鍵詞：注射模 分型面設(shè)計(jì) 基于事例推理 相似求解 0 引言 作為注射模設(shè)計(jì)的重要階段之一，分型面的選擇會(huì)直接影響注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具制作成本，分型面的加工，以及最后加工塑件的質(zhì)量。因此合理的選擇分型面是注射模設(shè)計(jì)成功和了解注射模分模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的先決條件。在最近的幾年，分型面和注射模具自動(dòng)加工是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在全球有許多研究人員做了大量的課題研究工作。但是那些先前的工作只是研究幾何型狀和分型面位置的關(guān)系,圍繞著在構(gòu)建數(shù)字模型的基礎(chǔ)上實(shí)質(zhì)分析塑料件的形狀。由于多樣性和塑件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在實(shí)際應(yīng)用中那些方法有一些缺點(diǎn)。 隨著大量的有經(jīng)驗(yàn)和有理論的模具設(shè)計(jì)，分型面設(shè)計(jì)方法中提出了基于模具知識(shí)和事例推理并呈現(xiàn)出計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程與模具設(shè)計(jì)相結(jié)合的模具自動(dòng)成型方法。 知識(shí)與事例推理就是指應(yīng)用相似判斷和推理處理一個(gè)新的設(shè)計(jì)并構(gòu)建知識(shí)庫和事例庫以及基于各自知識(shí)與原則。分型面設(shè)計(jì)是成功設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)也是模具成功設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，而新的設(shè)計(jì)不只是適合模具分型面設(shè)計(jì)原則也同樣包括了以前設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)。因此這個(gè)方法更方便、便快，相比與推理來解決分型面設(shè)計(jì)以及構(gòu)建數(shù)字模型更有效。對(duì)于許多種類分型面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來說簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)會(huì)更容易通過事例表示。因此知識(shí)和事例推理分型面的設(shè)計(jì)方法是非常適合工程師的流行想法和習(xí)慣。 1 基于知識(shí)與事例的分型面設(shè)計(jì)構(gòu)架 知識(shí)與事例的分型面設(shè)計(jì)的一般方式是找一個(gè)合理的表面設(shè)計(jì)和幾何學(xué)特征。模具主形狀特征就是庫的索引，隨后在事例庫中尋找事例相似的主形狀特征，分型面就能通過相似判斷和推論策略來產(chǎn)生。同時(shí)，相關(guān)的知識(shí)和分型面設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)就能總結(jié)到知識(shí)庫中。被設(shè)計(jì)者作為分型面設(shè)計(jì)的輔助信息查詢和參考。事例構(gòu)成的推理設(shè)計(jì)方法是對(duì)分型面設(shè)計(jì)者理性選擇的指導(dǎo)。 知識(shí)與事例的模具分型面設(shè)計(jì)主要由以下各項(xiàng)：①構(gòu)建知識(shí)庫，針對(duì)注射模設(shè)計(jì)，一個(gè)分型面設(shè)計(jì)規(guī)則知識(shí)庫貫穿、整合了分型面設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)與設(shè)計(jì)規(guī)則。②構(gòu)建分型面位置事例庫。一個(gè)分型面位置事例庫是由事例描述和事例庫基于各種模型和先前的成功設(shè)計(jì)事例組成。描述分型面位置的關(guān)鍵是事例模具和主要模型特征組織并通過不同的模型來決定分型面位置。因?yàn)榉中兔娴奈恢弥饕Q于主形狀特征，所以事例庫機(jī)構(gòu)應(yīng)該適合于在設(shè)過程中的查詢。③判定模具主形狀特征。最初部分的形特征應(yīng)該是在分型面位置決定前識(shí)別。因此，主特征索引需要找到針對(duì)的模具構(gòu)造類型。因此模型部分和模具分型面之間的無縫連結(jié)就能被了解。④系統(tǒng)推論和搜索模型。從分型面位置事例中搜索和匹配相似形狀特征是分型面位置事例搜索過程的主要過程。因此構(gòu)建形狀特征索引模型的核心是準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)事例推論和快速查詢。⑤自動(dòng)生成分型面。在履行的設(shè)計(jì)進(jìn)程和調(diào)整后，選擇相似的形狀特征模型來決定分型面位置，需要的模具分型面就能自動(dòng)生成了。⑥存儲(chǔ)的事例。豐富的分型面位置事例庫是提高分型面設(shè)計(jì)和推理效果的重要基礎(chǔ)。系統(tǒng)提供系統(tǒng)存儲(chǔ)器和選擇基于分類事例特征的每一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的最終結(jié)果。 知識(shí)與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示 圖1 基于知識(shí)與事例的分型面設(shè)計(jì)流程 2 建立知識(shí)庫和事例庫 知識(shí)庫是重要的資源它能幫助設(shè)計(jì)者選擇分型面位置。知識(shí)庫的構(gòu)成和描述應(yīng)該適合實(shí)際模具設(shè)過程并易于設(shè)計(jì)者查詢和參考。因此，通常人們用的分型面設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)和原則被總結(jié)并整合。分型面設(shè)計(jì)被確定和被簡(jiǎn)單識(shí)別。所有的規(guī)則在庫中被數(shù)字和文字描述和表達(dá)，同時(shí)給出了“推薦”和“不推薦”的數(shù)字組成的設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)者能基于實(shí)際設(shè)計(jì)事例作出合理的選擇。 圖2所示了系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)規(guī)則選擇分型面的位置。分型面設(shè)計(jì)主要取決于模型主形狀特征和確認(rèn)導(dǎo)入事例搜索的形狀特征。這種關(guān)系結(jié)構(gòu)的事例庫會(huì)按照形狀特征和特征樹來確定構(gòu)建的模型，并被分類儲(chǔ)存。通過不同性質(zhì)部分的形狀特征來進(jìn)行分類，部分模型的共有因素就當(dāng)作父節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)能繼承父節(jié)點(diǎn)的所有屬性，并比父節(jié)點(diǎn)多一個(gè)特征。至于單個(gè)事例的關(guān)系會(huì)通過一層一層被傳遞。特征屬性的數(shù)目就會(huì)不斷增加，特征屬性就會(huì)越來越具體和接近實(shí)例，它們之間的關(guān)系也越來越來復(fù)雜。這種分類方法能有助于通過形狀特征尋找事例庫索引和解決復(fù)雜模型問題。 圖2 知識(shí)庫分型面設(shè)計(jì)實(shí)例 3 事例描述和查詢 3.1 事例描述 事例庫描述是知識(shí)庫運(yùn)行的基礎(chǔ)，它要能描述一個(gè)存在的成功設(shè)計(jì)事例并作為數(shù)據(jù)信息才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理。內(nèi)容和描述的方法會(huì)對(duì)處理相似問題的質(zhì)量和效率產(chǎn)生影響。 事例描述可以用部分模型事例表示=分類數(shù)據(jù)+分型面位置。索引信息的形狀特征的一部分，即部分形狀特征是索引能查詢到的相似事例的主形狀特征。分型面位置也是來自這個(gè)事例，因此在分型面位置庫中有一些典型形狀的部分和對(duì)應(yīng)分型面位置的部分。公式描述是 事例F,S=事例(F1,F2,?Fn,S1,S2,?Sn) 當(dāng)F=(F1,F2,?Fn),Fj是子形狀特征節(jié)點(diǎn)的注射模事例，i=1,2?,n,n是事例庫的編號(hào)，S=(S1,S2,?Sn),Sj是解決方案，也就是分型面位置，j=1,2?,m,其中m是可用的分型面位置事例模型。 分類事例庫如圖3所示，成型加工的形狀描述在事例中按照數(shù)字排列，而下一層包含比上一層多一個(gè)的形狀特征。它繼承和發(fā)展了基于上一層的事例模型信息。圖4給出了復(fù)雜事例的解決方案，這方案是通過調(diào)用部分模型的樣板程序，如此來查找形狀特征事例的索引。 圖3 分型面位置事例庫組織構(gòu)造 圖4 復(fù)雜事例的組織構(gòu)造 3.2 基于乘法規(guī)則的分類查找 事例查找是推論機(jī)制的重要組成，查找的實(shí)質(zhì)是尋找相匹配的程序，因此構(gòu)建推論機(jī)制程序也是構(gòu)建查找策略和相似匹配程序。策略對(duì)推論效果和結(jié)論都有好的作用。查詢的目的是找到塑件模具相似主形狀特征的分型面位置事例。因此這種方法的目的是在基于乘法規(guī)則的組織下構(gòu)造事例。分類查找意味著通過查詢程序在事例庫中從頭至尾的尋找，但是那個(gè)分支可以找下去需要根據(jù)乘法規(guī)則來判斷了。 圖5展示了一個(gè)孔特征模型的分階段類型，它可以看作是減法布爾類型通過兩層軸特征和一個(gè)內(nèi)圓的輔助特征相減而成。推論查詢過程是：第一，先行判斷，如果特征1是軸類型，然后軸特征就獲得為事例1；接著進(jìn)行二次判斷，如果特征2還是軸特征類型則完成布爾判斷并減去事例2，中心線位置與先前的位置相同，這樣關(guān)于孔特征的軸類型事例就獲得了。 圖5 建立在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)上的初步推理 應(yīng)用這個(gè)推論方法能獲得高效率，因?yàn)檠刂粭l分支查詢不需要訪問所有的數(shù)據(jù)。如果推論規(guī)則和事例都是成熟的，那么某些模型的相似形狀特征是能在基于乘法規(guī)則下很快的通過分類查找的方法找到的。此外，在基于事例的分型面自動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，事例不需要完全與模型相同。只需要主形狀特征相似并且分型面位置相對(duì)于這兩個(gè)模型的主形狀特征相似就可以。在這也提出了相似模型分型面的自動(dòng)設(shè)計(jì)。 4 相似模型分型面解決方案 一個(gè)事例的分型面相對(duì)于主特征有特別的位置關(guān)系，而這些關(guān)系總是表現(xiàn)在一個(gè)特定的表面上，一個(gè)特定的斷面或經(jīng)過某一個(gè)點(diǎn)以及某個(gè)特征等。這些位置關(guān)系就是2D矢量，也就是 P=X(p,n) 其中 P-特殊位置關(guān)系 X-矢量 p-分型面特征點(diǎn) n-分型面法向矢量 換句話說，分型面特征由一個(gè)法向矢量n和一個(gè)特殊的點(diǎn)p構(gòu)成。對(duì)于每個(gè)分型南事例模型，矢量X是不變化的。至于面與相似的事例模型有關(guān)，如果分型面在最上面，那么點(diǎn)P是分型面的中心點(diǎn)，n是法向矢量。 首先，找到相對(duì)于事例模型的關(guān)系點(diǎn)P的位置，然后替換角色模型的位置關(guān)系并確定分型面的位置，解決過程可以用以下式子表示 其中 Sp-表面 Cm-事例模型 Pm-角色模型 fi,fj-Sp,Cm的定位特征 左邊的項(xiàng)目是分型面相對(duì)于事例模型的特別位置，并且對(duì)目標(biāo)模型有某種聯(lián)系。依據(jù)目標(biāo)模型形成分型面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，分型面的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面 （1） 分型面是平面。對(duì)于這部分的主要特征是平面，有一個(gè)可以直接找到的p點(diǎn)和矢量n。用矢量式表示為X(p,n)，目標(biāo)模型的分型面位置就可以確定了。如圖6所示。依據(jù)事例庫選擇上表面作為分型面。因此點(diǎn)p就是目標(biāo)模型立方體上表面的中心點(diǎn)，當(dāng)n為該表面的法向矢量且這兩個(gè)值能在特征庫中被找到，因此分型面位 置能輕松解決了。 圖6 平面分型面 （2） 梯狀分型面。梯狀分型面特征普遍用在部分模具上，如圖7所示最先要做的是找到矢量X1,X2,...,X5的每一個(gè)梯面，然后梯分型面就通過那些矢量約束的綜 圖7 梯形分型面 合作用得到。 曲面分型面。當(dāng)分型面是曲面時(shí)解決程序是很復(fù)雜的，如圖8所示的部分就是一個(gè)例子，它的主要特征參數(shù)，比如說半圓弧、中心線和它的分布位置，應(yīng)該依照曲面來尋找。然后解決模型的構(gòu)成，再輸入特征參數(shù)到要解決的模型替換后，分面線就會(huì)產(chǎn)生，分型面也會(huì)獲得。如果分型面是自由形態(tài)的表面，那么 圖8 曲形分型面 目標(biāo)模型會(huì)更加復(fù)雜。 （3） 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具部分。更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具只是一種相似事例但不存在分型面位置事例庫中，事例模具由推論程序產(chǎn)生也存在著重大的不同。這種事例模具只能解決一部分復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但是分模線的位置可能是相似的。 以9所示的圖為例子來說，它包含了幾部分的結(jié)構(gòu)因素，在這沒有相似的事例庫，但是它的分型面還是可以通過運(yùn)用圖6的流程，而且它的上表面可能作為分型面因?yàn)樗鼈兊姆中兔嫖恢檬窍嗨频?。如果像這樣類似的方法解決不了了，那么通過人機(jī)交互來決定分型面的結(jié)果是否要儲(chǔ)存，如此分型面位置事例庫的事例就會(huì)不斷增加。 圖9 復(fù)雜部分分型面 5 設(shè)計(jì)舉例 我們的運(yùn)算法則已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)非常好用的工具包并可為Visual C++ AutoCAD 2000 ObjectARX服務(wù)。圖示7是一個(gè)測(cè)試模型，其結(jié)果是分型面的輪廓。它是一種典型的梯分型面。在分型面選擇的過程中，知識(shí)庫，事例庫，正向推理策略被運(yùn)用。相似求解方法和布爾數(shù)學(xué)方法在子分型面中應(yīng)用在最后的分型面上。圖10是2D局部模型分型面的例證。 圖10 檢驗(yàn)?zāi)＞叻中兔孢x擇 6 結(jié)論 基于知識(shí)與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)的前提是有相似于最先部分索引的形狀特征，并由其決定模具分型面位置的相似解決方法。這種方法在基于豐富知識(shí)與事例上會(huì)有較高的設(shè)計(jì)效率和可靠性，它也有以下幾項(xiàng)特性 （1） 分型面位置分類事例庫構(gòu)建在大量特征事例的基礎(chǔ)上，它使查詢變得更加方便。 （2） 形狀特征索引，分類查詢是基于乘法規(guī)則的查詢方法。它能高效率和快速推斷出事例模具的那些主形狀特征與模件相似。 （3） 在事例模具與目標(biāo)模具間用相似的形狀特征。類似模具的分型面解決方案就會(huì)找到，它能快速準(zhǔn)確的決定分型面的位置。結(jié)果，模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率得到提高。 附件2：外文原文（復(fù)印件）