附錄一 外語文獻譯文 （ 英文原文 ） 譯文 研究高級制造 技術 （ 2002） 19:821-829 2002 年倫敦施普林格出版社有限公司 基于特征的參數的壓鑄模澆注系統的設計 S.H.吳 K. S.李和 J. Y. H.復 機械工程學系，新加坡國立大學，新加坡 本文提出了一種半自動化的壓鑄模具的澆注系統設計方法。這種方法結合了 P-Q2 技術和基于特征的參數化設計 ， 實現澆注系統自動生成的幾何和基于特征的參數化設計技術。它還使用戶能夠在早期階段結合 在設計他們的專長 。 用戶定義的門功能是預先定義和存儲在門庫，然后從庫中檢索，在設計和應用所需的參數和位置的門部分 。 算法的基礎上的 P-Q2 技術的基礎上提出澆注系統的相關參數計算。設計原型已經開發使用這種方法 ， 該系統能夠縮短時間，為構建三維幾何門元素，如門，熱流道 ， 溢出，射套筒，澆口等。 關鍵詞：基于特征的設計，澆注系統 ；參數設計 ； P-Q2 技術 1、 介紹 1.1 背景 壓鑄被廣泛應用于工業，由于其高強度和良好的性能。壓鑄 的 質量基本上是由 那 些使其成形的 壓鑄模具 決定的 。模具澆注系統的設計是關鍵，因為它會影響后續 的設計程序，并影響了整 個 模具 的質量 ，模具設計過程中涉及到設計的澆注系統，冷卻系統，射 出 系統，模具基地等鑄造產品。傳統的澆注系統設計是基于壓鑄 情況 逐 個進行的 過程。當壓鑄部分文件被接受，模具設計師將根據自己的經驗確定具體 的 壓鑄 零件的 澆注系統，計算 相關 尺寸及參數，然后再從 新 開始 澆鑄要素 的幾何建模。當另一個新的壓鑄零件文件被接受，將重復同樣的程序。此外，由于 在 第一次嘗試 時 難以實現精確的設計 ，需要 反復修改甚至重新設計。這種試錯的過程通常會導致 花費 很長的時間和增加模具基 本 成本。 他可以應用于 壓鑄行業 的 自動化或半自動化的 壓鑄模具設計過程。然而， 現在還 沒有可用于計算機輔助設計 的 壓鑄方法 的 報 告 ，從 CAD 模型 1中提取的鑄造信息。最近，注意力 在 個別的模具澆注系統的自動化或半自動化的設計要素 上 ，但 是 有一點發表在這些領域的 作品 。 壓鑄模具和注塑模具之間有一些相似之處，但前者有一個更為復雜的澆注系統。雖然注塑 模具的供料 和熱流道系統的自動化設計進行了研究 2,3，規則是不嚴格適用于壓鑄模具澆注系統設計。 IMOLD（智能模具設計和裝配系統）是一種專門的半自動化的注塑模具設計 4軟件包，但是，由于其局限性 ， 它不能直接用于壓鑄模具設計 。 1.2 澆注系統的設計 澆注系統 是由 幾 個 澆注元素 如： 澆口，溢出，熱流道， 壓鑄儲桶 ， 和 澆道 組成的 ，是一個通道，通過它的 molten822 S.H. Wu 等系列。金屬流入型腔 5,6。由于在模具中的流動和熱效應 ，模具的 大小，形狀，和澆注元素的位置是 壓鑄的 關鍵性能。 在 澆注系統設計的 個例 的基礎上，有一些要注意的共同點。例如，溢出和 壓鑄儲桶 通常是簡單的形狀，而熱流道大多是在截面積一致。最常用的 澆口 分為兩種類型： 橫向澆口 和切向 澆口 。因此，它可以規范這些重復使用的澆注元素的幾何形狀。 澆注系統應不僅旨在 使 金屬成功 進入 型 腔，也必須匹配每個壓鑄機，因為一個特定的澆注系統的壓鑄在不同的機器上 是 不同的。模具的澆注系統，不應超過本機的能力， 并且 設計應保持在滿足設計要求 的 最低限度。 1.3 P-Q2 技術 P-Q2 技術，需要考慮到 機器 和壓鑄的特點，將顯示 模具是 如何在壓鑄機 內 執行 的 6-8。機器的特性曲線描述了在給定的流量（ Q） 下 多大的壓力（ P）的適用于金屬 機器 ?？v 坐標 代表金屬壓力和橫 坐標 代表一個平方規模的流量， 機器 曲線是直線（圖 1）中的 P-Q2 圖，它的 表達方程 式 （ 1）： 2mm a x /1 axQQPP (1) Pmax 在 最大的金屬壓力 作用下 柱塞到達 沖 程 終點 時， Qmax 是 在柱塞為 空射 速度 時的 最大流量。柱塞的大小和 射入 速度設置 是 兩個影響的機器曲線梯度 的 因素。一個 有 特定澆注系統的模具，有其自身的特性曲線。在模具 中 ， 澆口面積 （ Ag），金屬壓力和流量之間的關系可以由公式（ 2）決定的： dgCP A Q2m (2) 是金屬的密度 ,Cd 是模具 的流量 系數。因此，可以繪制其他表 示 模具的特性曲線 的 直線（圖1）。模具曲線的梯度 隨著澆口 面積 的 增大 而 降低。 圖 1。 一個 特定 模具和機器的 P-Q2圖。 給定 一個特定模具和機器可以從兩條曲線的交匯點 得知其澆口面積 Ag， 流量（ Q）。 使用相對公式計算 可由填充速度 （ Vg）和填充時間（ t） 得出 流量（ Q）。 Vg 和 t 的值反映了模具填充的質量。在壓鑄 時， 如果 Vg 太低，將 留有很多空氣 和 氣 孔 ；如果 Vg 太高， 會 發生 模具沖蝕 。 t 值決定 了 壓鑄表面 的 質量。 填充 時間 t 越 短，表面質量會 越 好，但是， t 越短越不經濟 。 有 一些準則被用來選擇最 佳 的 Vg 和 t。 根據 使用指南 ， 可以 在嘗試不同的澆鑄面積 ，柱塞直徑， 澆鑄 速度 時 實現 為 最佳的流動條件 找出 最好的 t 和 Vg 組合 。 1.4 參數化設計 參數化設計的概念已納入許多 CAD/ CAM 系統，如 Unigraphics 系統， Pro / Engineer 的，和SolidWorks 等 。 參數 設計與多種 變量尺寸設計 有關，如： 控制參數 。 它是一個用于創建基于參數模型 的 有效的工具。 在本文中， 參數模型 所 包 含的原 理 形狀和尺寸參數 要 首先定義和存儲。任何具有相同拓撲的限制，但不同的尺寸 的 參數模型的變化，可以通過指定一組特定值的參數化模型的參數。這種方法 使 參數模型代表了一部分的 集 ，其 元素 有不同的尺寸 但是 相同 的 拓撲 結構 。參數化設計，不僅提高了設計效率， 還 可以通過改變參數模型的參數 ， 更 簡單快捷地 更新和修改現有 設計。 9-11。 1.5 基于特征的設計 基于特征 的 設計用于產品屬性 的 功能定義設計和由一組幾何參數 表示的 功能設計 12。大多數 CAD 系統包含一個 用于 一般的設計形式 的 特征庫。一些 CAD 軟件提供了 一些廣泛使用的特 征的 標準形式，如孔，槽，圓柱，圓錐等。標準形式功能在某些應用中，可能 還不 夠，例如，模具設計過程中反復使用了一些類似的的澆注元素， 它 有特定的幾何 結構 ，所以可以使用用戶定義的功能。一個用戶定義的功可執行一個獨特的功能。具有 豐富 經驗和專業知識的設計人員可以構建用戶 自 定義的功能， 這些用戶自 定義的功能有更多的功能 上的 意義和設計 的目的 。預定義的功能是存儲在庫中的一個參數化的模型或原型。 當 在設計中使用 時 ，實例 是通過 參數模型創建的。 2、 方法 本研究的方法是 將 P-Q2技 術 和基于特征的參數化設計結合在一起 ，為壓鑄 模具 823作 澆注系統設計的。首先建立一個 澆鑄參數 庫 ，將澆鑄參數 的定義存儲在庫中。有需要時可以 在庫中增加額外的應用程序 的 特定功能。提出一種算法來計算如 澆口面積 ， 填充 時間， 填充 速度 的工藝參數 。并且通過 從庫 中 檢索 出 澆注元素 ， 自動生成 出 幾何參數 。 這種方法使設計人員能夠使用預定義的功能 完成 模具的幾何形狀 的 設 計 ，而不是從頭開始建模。圖 2顯示了澆注功能創建和檢索過程的流程圖。 圖 2 澆鑄參數 創建和檢索 的 流程圖 2.1 流量估計和工藝參數的測定 在 計算過程中的數據算法 是基于 P-Q2 技術 的 ， 在最佳的 流量條件下估計 出 最佳 的 模具 和 機器的組 合。根據不同的表面質量要求的 ， 確定 臨界 值，填充時間和澆口的速度 的 規則，列于表 1。當給予一定的柱塞尺寸，射 出 速度設置， 澆口面積 ，計算充填時間和澆口速度 ， 并與臨界 值 進行 比 較 。 填充 時間 越短 ，表面質量 越好 ，但它通常需要一個更大的 澆口面積 ，這將增加取出澆注系統的難度。因此， 填充 時間和澆口速度的最佳組合將是一個 填充 時間和澆口的速度接近其 臨 值（見表 1）的平均值。 表 1 確定 t 和 vg 臨界 值的規則 假設，壓鑄機 經測試有 Pmax 和 Qmax，并且其 柱塞直徑 是 d0，液壓 保持不變。如果型腔總體積為 V，使用下面的算法得到最佳的 流動條件： Flow Estimation (d0,Pmax,Qmax,V) Set SurfaceQualityRequirement； f0 = 2； Optimal = 0； d = d0； Agmin = V/(gmax tmax)； Agmax = V/(vgmin tmin)； /* Initiate the maximum and minimum of gate area, where the boundary values of vg and t correspond to table 1*/ while(d! = 0) SpeedSetting = 0.5； /* Machine power is not fully used if less than 50% */ while (SpeedSetting= 1.0) YN = 0； Ag = Agmin； while(Ag = Agmax) Compute Q, t and vg； if (t tmax or vg vgmax)YN = 0； else YN = 1； optimal = 1； f = (2 t tmin tmax)/(tmax tmin)2+ (2 vg vgmin vgmax)/(vgmin vgmax)2 ； if(f Dg； Ar Ag 其中 A, W 和 D 代表的截面積，平均寬度和深度， g 和 r 代表澆口 及 與其相連 的熱流道。 2.2.3 控制參數的定義 定義一個用戶 自 定義的澆注功能的可變尺寸 作為 可控的幾何參數，用戶可以從 界面 定義用戶通過指定的幾何參數特征所需的大小 確定 澆注元素。通常情況下，這些可變尺寸的功能意義，一個 澆鑄元素 ，如 澆口長度 （ LG），澆口深度（ DG），澆口 寬度 （ LD G） ， 熱流道長度（ L GR）的，澆口熱流道深度（ D GR）和熱流道 口寬度 （ W GR），見圖 3（ c），他們需要 與 評估值相匹配的流量條件。幾何參數的值記錄在生成的澆注元素的表達形式 中 。當用戶修改外部的幾何參數，新的值 將 傳遞給表達式，改變更新相應的澆注元素的 外形 （圖 3（ d）。 2.2.4 原點 和 坐標系的 定義 每個澆注 特征都 有它自己的 原點和 坐標系，以促進附件部分 的 功能（圖 3（ b）。當從庫中檢索 一個特征 ，它 均有從設計的原點和 坐標系 得到的 匹配的 原點和 坐標系。 這些 點可以是曲面或曲線 上的點 。 2.2.5 定義屬性 功能的信息 可以 作為屬性 被錄入 。 澆鑄參數 根據其功能分為各 個數據庫 ： 澆口 ，熱流