基于知識的注塑模概念設(shè)計研究.pdf

D i e a n d Mo u l d T e c h n o l o g y N o . 3 2 0 0 6 文章編號:1 0 0 1 - 4 9 3 4 ( 2 0 0 6 ) 0 3 - 0 0 1 2 - 0 4 基于知識的注塑模概念設(shè)計研究 文勁松，麻向軍 ( 華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國家工程研究中心 聚合物成型加工工程教育部重點實驗室，廣東廣州5 1 0 6 4 0 ) 摘要:注塑模設(shè)計具有很大的經(jīng)驗性，開發(fā)基于知識的注塑模概念設(shè)計系統(tǒng)具有很重要 的意義?；谥R推理的關(guān)健是制品信息的確定、知識的獲取和表達， 提出了以注塑制品設(shè) 計信息為設(shè)計前提的基于 知識的注塑模概念設(shè)計系 統(tǒng)，建立了 注塑制品的信息 模型與 模具結(jié) 構(gòu)信息模型，論述了 知識的分類及表示方法，并給出了 求解策略。 關(guān)鍵詞: 知識;注塑模; C A D / C A E / C A M;集成 中圖分類號: T G 2 4 1文獻標識碼: A A b s t r a c t :T h e r e i s a l a r g e e x p e r i e n c e d c h a r a c t e r i s t i c i n i n j e c t i o n mo l d d e s i g n .I t h a s a n i m p o r t a n t i n t e r e s t t o d e v e l o p k n o w l e d g e - b a s e d c o n c e p t u a l d e s i g n s y s t e m o f i n j e c t i o n m o l d . T h e k e y p o i n t o f k n o w l e d g e - b a s e d r e a s o n i n g i s d e t e r m i n a t i o n o f p r o d u c t i n f o r ma t i o n a s w e l l a s a c q u i r e m e n t a n d r e p r e s e n t a t i o n o f k n o w l e d g e . K n o w l e d g e - b a s e d c o n c e p t u a l d e s i g n s y s t e m o f i n j e c t i o n m o l d w h i c h i s b a s e d o n d e s i g n i n f o r m a t i o n o f i n j e c t i o n p r o d u c t i s p u t f o r w a r d .T h e i n f o r m a t i o n m o d e l s o f b o t h i n j e c t i o n p r o d u c t a n d m o l d s t r u c t u r e a r e s e t u p .T h e c l a s s i f i c a t i o n a n d r e p r e s e n t a t i o n m e t h o d o f k n o w l e d g e a r e d i s c u s s e d . A n d t h e a l g o r i t h m i s g i v e n . K e y w o r d s : k n o w l e d g e ;i n j e c t i o n m o l d ; C A D / C A E / C A M; i n t e g r a t i o n 1 注塑模具的概念設(shè)計 一般來說，一個設(shè)計過程可以分為概念設(shè) 計、詳細設(shè)計和加工制造三個過程。在概念設(shè)計 階段，主要是產(chǎn)生各種設(shè)計方案，并對各種方案 進行評價，得到最合理、最經(jīng)濟的方案。當概念 設(shè)計結(jié)束后，設(shè)計的絕大部分因素就被確定下來 了。因此，概念設(shè)計在一次設(shè)計過程中占有極為 重要的作用，在這個階段，盡量詳細地考慮到各 種情況并進行評價，選擇出最優(yōu)的設(shè)計方案，有 助于后續(xù)設(shè)計的完成，可以減少后續(xù)設(shè)計的反 復(fù)，從而提高設(shè)計效率、減少產(chǎn)品制造時間。 從廣義上說，注塑模具的概念設(shè)計包括注塑 制品和注塑模具兩方面的概念設(shè)計，本文討論的 注塑模具的概念設(shè)計不包括注塑制品的概念設(shè) 計，僅是根據(jù)己有的注塑制品進行模具的概念設(shè) 計。 根據(jù)模具中各個部件所起的作用，一般可將 注塑模細分為以下幾個組成部分 毛成型部件、 澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部件、推出機構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)、側(cè) 抽芯機構(gòu)和標準模架。 根據(jù)以上分析，提出以下注塑模具的概念設(shè) 計: 已知條件: 收 稿日 期:2 0 0 5 - 1 1 - 2 9 基金項目: 廣州市科委應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目 ( 2 0 0 3 7 1 - C 0 3 1 1 ) 0 作者簡介: 文勁松 ( 1 9 6 8 ) ，男，副教授。 模 具 技 術(shù) 2 0 0 6 .N o .3 ( 1 )塑料制品圖:完整的尺寸標注、精度等 級、以及各種技術(shù)要求，如脫模斜度、外觀質(zhì)量 等。 ( 2 )塑料件生產(chǎn)批量。 ( 3 )制品所選用的塑料牌號。 ( 4 )生產(chǎn)條件:如注射機的型號、規(guī)格及有 關(guān)數(shù)據(jù)等。 求解注塑模具的總體結(jié)構(gòu)，即上面所說的七 大部件 ( 當然對有些制品的模具來說，不一定全 部包括以上七大部件，如有些模具不需要側(cè)抽芯 結(jié)構(gòu)等) ，以及注塑制品的可制造性評價。圖1 表 示了注塑模概念設(shè)計的過程。 R e a s o n i n g , K B R ) 用來解決與過 程知識及敘述 性知識有關(guān)的問題，基于實例的推理方法 ( C a s e - B a s e d R e a s o n i n g , C B R ) 用來 解決 與實 例 知識有關(guān)的問題，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ( A r t i f i c i a l N e u - r a l N e t w o r k s , A N N)用來處理樣本知識，本文 主要討論用基于知識的推理方法進行注塑模的 結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2 注塑制品信息模型定義 輸入概念設(shè)計輸出 注塑模具的設(shè)計是以注塑制品為基礎(chǔ)的，并 要考慮到現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備及人員配置，只有充分 考慮到各方面的要求才能設(shè)計出一副可靠的模 具。下面根據(jù)模具設(shè)計知識來建立注塑制品的信 息模型。 2 . 1材料信息 圖 1 注塑模概念設(shè)計過程 在注塑模具概念設(shè)計過程中，模具設(shè)計師采 用了以下三種知識: ( 1 ) 過程性知識 ( P r o c e d u r a l k n o w l e d g e ): 對客觀事物的精確描述，可以用準確的數(shù)學(xué)模型 來表達。如:型腔數(shù)目的各種計算公式、各種剛 度、強度的計算與校核等。 ( 2 ) 敘述性知識 ( D e c l a r a t i v e k n o w l e d g e ): 對客觀事物的描述能夠用語言文字來表達，能方 便地將知識顯式地以明確規(guī)范化的語言表達出 來。 ( 3 ) 潛意識 ( T a c i t k n o w l e d g e ):是指客觀 事物不能或難以用明確規(guī)范化的語言表達出來， 即使專家本身也很難說出他們的理由，具有很強 的跳躍性和非結(jié)構(gòu)性，表現(xiàn)為人類專家經(jīng)驗知識 量積累到一定程度以后一個質(zhì)的飛躍，用這些經(jīng) 驗 ( 比如以往設(shè)計成功的范例)通過聯(lián)想 “ 想當 然”地作出快速決策。它可分為實例知識和樣本 知識。 在設(shè)計時，設(shè)計師采用的知識不是單一 的，是多種知識的綜合運用。因此，針對不同的 知識，注塑模概念設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)采用不同的處理 方法。 基于知識的推理方法 ( K n o w l e d g e - B a s e d 塑料的性能包括力學(xué)性能、物理化學(xué)性能以 及成型收縮率等，不同的塑料對模具的結(jié)構(gòu)有不 同的要求，主要影響澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、成型 工藝參數(shù)及尺寸的轉(zhuǎn)換。由于在一般情況下，已 經(jīng)指定了塑料的品種牌號，所以只需根據(jù)塑料品 牌從數(shù)據(jù)庫中查找需要的數(shù)據(jù)。 2 . 2幾何信息 塑料制品的幾何形狀決定了模具的總體結(jié) 構(gòu)，制品的幾何形狀很難用語言來描述，然而在 概念設(shè)計階段只是進行模具總體方案的設(shè)計，比 如是否采用側(cè)抽芯、用何種推出機構(gòu)等。只有在 詳細設(shè)計階段才進行零件的細節(jié)設(shè)計，因此，可 對制品的幾何信息定義如下: ( 1 )制品的形狀:包括制品外輪廓形式、外 形尺寸、制品表面的復(fù)雜程度。 ( 2 )制品的局部結(jié)構(gòu):制品的孔和凸臺的軸 線是否與分型方向平行。 ( 3 )制品的尺寸精度:分為高精度、一般精 度和低精度，其分類標準見參考文獻【 1 . ( 4 )制品的表面粗糙度:決定模具成型零件 的拋光方法。 ( 5 )分型線類型:分為平面、階梯及曲線三 D i e a n d Mo u l d T e c h n o l o g y N o . 3 2 0 0 6 不 中 。 ( 6 )制品其他信息:體積、制品在分型方向 的投影面積。 3 . 5脫模機構(gòu) 脫模機構(gòu)是在模具打開后用來推出制品的裝 分為推桿，推管，推板和脫螺紋等四種類型。 2 . 3制品的生產(chǎn)條件及批量要求信息 置， 3. 6 冷卻系統(tǒng) 現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備對模具的結(jié)構(gòu)有很重要的影 響，不同的注射機鎖模力、注射量、注射壓力、 模板尺寸、開模行程、推出行程等各種數(shù)據(jù)有較 大的差異，從而直接影響到模具的型腔數(shù)目、標 準模架的外形尺寸等。制品的生產(chǎn)批量影響到模 具型腔數(shù) 目的選擇。 冷卻介質(zhì)采用冷卻水，主要是冷卻管的直徑 及長度，其計算過程參見參考文獻 1 1 . 3 . 7標準模架 標準模架的主要標志為國標代號、外形尺寸 和模具結(jié)構(gòu)型式。 3 模具結(jié)構(gòu)信息模型定義 4 注塑制品及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計知識的表達 在上面的論述中己經(jīng)知道一副模具主要有七 大部分，在此基礎(chǔ)上，把模具結(jié)構(gòu)細分為如下幾 大部件。在這個分類中，沒有考慮熱流道和無流 道模具，脫模及側(cè)抽芯機構(gòu)均采用機械方式。 注塑模概念設(shè)計專家系統(tǒng)是在華中科技大學(xué) C A D中心開發(fā)的設(shè)計專家系統(tǒng)工具D E S T 2 .0 的基 礎(chǔ)上開發(fā)的，其知識表達的結(jié)構(gòu)如圖2 所示3 3 . 1型腔設(shè)計 型腔設(shè)計分為型腔數(shù)目 和型腔布置兩部分， 型腔數(shù)目的計算有許多種方法，計算方法見參考 文獻 2 1 。型腔的排列分為直線型、H 型、圓型和 復(fù)合型排列。 屬性槽 槽名 繼承屬性 槽值類型 槽值 關(guān)系槽 關(guān)系名 繼承屬性 槽值類型 對象實例 象 方法槽 槽名 繼承屬性 方法名 規(guī)則槽 槽名 繼承屬性 規(guī)則集 方 法 方法名 消息模式表 局部變量定義 方法過程體 規(guī)則集 規(guī)則f 規(guī)則2 3 . 2成型件設(shè)計 方法過程體 成型鑲件便于加工，易于保證各型腔形狀與 尺寸的一致性，便于更換，包括凹模、凸模鑲件 及成型桿和螺紋型芯等。成型鑲件的信息包括數(shù) 目、使用的材料、加工方法及外觀加工。 i f 規(guī)則前提 t h e n 規(guī)則結(jié)果 圖2 面向?qū)ο蟮闹R表達的基本結(jié)構(gòu) 3 . 3澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道及澆口。由于 主流道的結(jié)構(gòu)一般比較固定，因此主要是確定分 流道的截面形狀和澆口類型及數(shù)量。 3 . 4側(cè)抽芯機構(gòu) 側(cè)抽芯機構(gòu)成型制品內(nèi)凹或側(cè)孔，根據(jù)動力 源分為手動、液動或氣動以及機械三種類型，本 文只考慮機械類型。 下面是型腔數(shù)目確定的知識表達片斷。 U n i t :型腔數(shù)目 i n k n o w l e d g e - b a s e I n j e c t i o n . k b s ;/型腔數(shù)目 框架屬于I n j e c t i o n /知識庫 S u p e r c l a s s e s : 注塑 模 設(shè) 計;刀 父 類名 M e m b e r S l o t : 精度f r o m型腔數(shù)目 ; /精度槽 I n h e r i t a n c e : O v e r r i d e ;/ 繼承屬性 V a l u e C l a s s : S T R I N G ; / / 變量類型 V a l u e s : U n k n o w n ;/數(shù)值 模 具 技 術(shù) 2 0 0 6 .N o .3 E n d s l o t ;/結(jié)束標記 Me m b e r S l o t :型腔數(shù)目 確定規(guī)則f r o m型 腔數(shù)目;/規(guī)則槽 I n h e r i t a n c e : Ov e r r i d e ; V a l u e C l a s s : R u l e s ;/規(guī)則集 Va l u e s : r u l e l : f a c t 制品 精度=“ 高” t h e n 注塑模設(shè)計. 型腔數(shù)目 = 4 ; E n d S l o t ; Me mb e r S l o t : 目: I n h e r i t a n c e Va l u e Cl a s s : 型腔數(shù)目 確定f r o m型腔數(shù) 刀方法槽 Me t h o d ; Me t h o d s ;/方法 圖3基于符號知識的交互式推理求解策略 V a l u e s :型腔數(shù)目 確定; E n d s l o t ; En d Un i t 5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及推理策略 不明確時，用戶可以提請系統(tǒng)給予幫助，用戶可 以通過知識庫中知識的核實確定結(jié)論正確與否。 重復(fù)以上過程，直到把整個求解問題完成為止。 該系統(tǒng)能夠較好地