外文翻譯--在多材料注射模設(shè)計(jì)中要綜合考慮可制造的工藝性 英文版

1、<p>　　在多材料注射模設(shè)計(jì)中要綜合考慮可制造的工藝性</p><p>　　Ashis戈帕爾班納吉，栗學(xué)軍，格雷格福勒，Satyandra K. Gupta</p><p>　　機(jī)械工程學(xué)院和系統(tǒng)研究所</p><p>　　馬里蘭大學(xué)，大學(xué)園，美國(guó)馬里蘭州20742</p><p><b>　　摘要</b>&

2、lt;/p><p>　　多材料注射模不同于傳統(tǒng)的注射成型過(guò)程，在注射成型的第二個(gè)和后續(xù)階段期間已經(jīng)存在了一個(gè)成型零件。因此，在設(shè)計(jì)多材料成型時(shí)，需要另外考慮并解決其工藝性能。在本文中，我們首先提出一種方法，有系統(tǒng)的確定多材料成型中獨(dú)特的成型工藝過(guò)程和設(shè)計(jì)原則，以避免這些潛在的工藝性問(wèn)題。然后，我們提出了一個(gè)全面的工藝性分析方法，既包括傳統(tǒng)的單一材料成型規(guī)則以及已經(jīng)被確定的多材料成型規(guī)則。我們的分析表明，有時(shí)需要對(duì)傳統(tǒng)

3、的規(guī)則進(jìn)行廢除或者修改。最后，對(duì)于每一個(gè)新的可制造性問(wèn)題，本文介紹自動(dòng)檢測(cè)潛在的事件和產(chǎn)生的重新設(shè)計(jì)的建議的算法。這些算法已經(jīng)應(yīng)用在了計(jì)算機(jī)輔助制造性分析系統(tǒng)。本文提出的方法適用于模具成型上的多點(diǎn)噴射。我們認(rèn)為本文介紹可制造性分析的技術(shù)將有助于減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間多使用在注塑成型材料中。</p><p>　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)制造性分析；產(chǎn)生重新設(shè)計(jì)建議；多材料注塑成型。</p><p><b

4、>　　1 引言</b></p><p>　　在過(guò)去幾年，各種多材料注塑成型的（MMM）模具已經(jīng)出現(xiàn)在適用在不同部分有不同的材料制成的對(duì)象類(lèi)制造多材料實(shí)物。由于制造和裝配步驟是在模具內(nèi)部，要使進(jìn)行裝配作業(yè)和生產(chǎn)周期時(shí)間顯著減少。此外，要事產(chǎn)品質(zhì)量得以提高，而制造缺陷的可能性，總生產(chǎn)成本可盡量減少。在多材料注塑成型模具中，多種不同的材料注入到一個(gè)多階段的模具。在成型階段是不能使填補(bǔ)在一次成型階段暫

5、時(shí)封鎖的。在第一次注射材料階段后，一個(gè)或多個(gè)模具封鎖的部分打開(kāi)和下料注入。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到所需的多種材料的部分生成.現(xiàn)今，幾乎每一個(gè)行業(yè)（如汽車(chē)，消費(fèi)品，玩具，電子，電動(dòng)工具，家電），使傳統(tǒng)單一材料注射成型（SMM）進(jìn)程的使用開(kāi)始使用多材料成型過(guò)程。一些常見(jiàn)的應(yīng)用包括：多顏色的物體，皮芯安排，模內(nèi)裝配對(duì)象，軟觸摸組件（剛性基板部分）和選擇性遵守對(duì)象。每個(gè)應(yīng)用程序種類(lèi)的典型例子如圖1所示 。</p><p>　　

6、從根本上有三個(gè)不同類(lèi)型的多材料成型過(guò)程。在多材料注射成型中多組分注塑成型的也許是最簡(jiǎn)單，最常見(jiàn)的形式。它涉及到在單一模具相同的或不同的澆口位置同時(shí)或順序注入兩種不同的材料。多點(diǎn)注射成型（MSM）的是最復(fù)雜和適用于多材料注射成型的過(guò)。它涉及到不同的材料注入地進(jìn)入指定的序列，其中模腔的幾何形狀可部分或完全改變模具之間的序列。多模成型只涉及周?chē)爸圃斓淖⑺芩芰狭慵?shù)脂。與多材料注射成型這三個(gè)階段都大大不同。每個(gè)特定的多材料注射成型的過(guò)程需要

7、其自己的一專(zhuān)</p><p>　　用設(shè)備，但一定的有一個(gè)同時(shí)滿(mǎn)足多材料注射成型的設(shè)備要求。本文介紹的技術(shù)適用于在多模成型和多點(diǎn)噴射成型。</p><p>　　目前只存在有限的文獻(xiàn)，描述如何設(shè)計(jì)成型多材料的實(shí)物。因此很少有設(shè)計(jì)師們知道需要的知識(shí)來(lái)如何做到這一點(diǎn)?？紤]一個(gè)由兩部分組成的A和B部分是由多材料成型生產(chǎn)裝配的例子。事實(shí)上，很多用戶(hù)認(rèn)為，如果新的A部分和B部分滿(mǎn)足傳統(tǒng)成型的規(guī)則，然后組

8、裝AB的可塑性也將使多種材料成型?？伤苄允侵竿ㄟ^(guò)該裝配（或部分）可以成型一個(gè)或多個(gè)多材料成型（或單一材料注射成型）的進(jìn)程，例如，滿(mǎn)足基本功能和審美要求的零件或裝配或模腔形狀是可以改變的不損害模具件（即模具可以被打開(kāi)，毛刺可能被去除，然后模具可關(guān)閉） 。然而，這種概念并不總是正確的。圖2顯示了一個(gè)裝配是由多材料的成型。在這種情況下，兩個(gè)部分可以單獨(dú)成型沒(méi)有任何問(wèn)題。但是，他們作為成型裝置在使用過(guò)成型過(guò)程導(dǎo)致制造問(wèn)題。成型后在第一階段內(nèi)的一

9、部分，它不可能實(shí)行第一階段的部分而其作為注入塑料將在內(nèi)部流動(dòng)和破壞本已成型的部件.這個(gè)成型強(qiáng)調(diào)第二階段為開(kāi)發(fā)新的設(shè)計(jì)規(guī)則，是針對(duì)多材料成型中具體解決制造中遇到的問(wèn)題。檢測(cè)這個(gè)問(wèn)題和相應(yīng)的新設(shè)計(jì)的建議將在5.3中所述。</p><p>　　另一方面，也有多材料成型，而至少一個(gè)或部分會(huì)不會(huì)被用作為一個(gè)傳統(tǒng)的成型件零件。然而，這部分可以成型時(shí)，作為裝配的一個(gè)組成部分進(jìn)行。圖3強(qiáng)調(diào)了這種情況。雖然傳統(tǒng)的塑料注塑規(guī)則的應(yīng)用

10、將得出的結(jié)論是零件B不能被制造，但它可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)腁B型模具成型序列組裝。例如，在這種情況下，我們首先需要模具分為A部分和B部分，然后用二次注塑模具操作。</p><p>　　多材料注射成型明顯不同于單材料注射成型的原因可以作如下解釋。第一階段已成型的（A成分）的一部分在第二成型階段充當(dāng)“模塊”。因此，在目前成型階段，塑料模塊存在于除了一塊金屬模塊件。因此，這第二個(gè)階段是從根本上不同于傳統(tǒng)的單一材料注塑性質(zhì)。

11、圖4說(shuō)明了在潛移默化中的兩個(gè)回轉(zhuǎn)滾筒多材料注射成型成型階段的條件了的情況。雖然在這兩個(gè)型芯的形狀保持一致的階段，型腔形狀的變化，在第二次注射中已經(jīng)成型零件作為一個(gè)額外的“模塊”。</p><p>　　此外，第一階段的部分，作為塑料“模塊”的是不與總裝配分開(kāi)。這迫使我們要避免應(yīng)用上被稱(chēng)為總毛重的整體形狀的某些部分的傳統(tǒng)造型設(shè)計(jì)的一些規(guī)則。按總目標(biāo)，我們指??的是固態(tài)物體由兩部分正規(guī)化聯(lián)合創(chuàng)建組成。這就是為什么，只是

12、確保第一階段的部分總形狀可塑性而不解決這個(gè)問(wèn)題了。圖 5說(shuō)明了這一情況，盲目地檢查總目標(biāo)所有的分型面的表面反而會(huì)使我們誤認(rèn)為它不能被成型。事實(shí)上，這并非如此，我們應(yīng)該只需要測(cè)試在該成型階段成型面被再成型（即從模具件隔開(kāi)），同時(shí)確定一個(gè)可行的成型于上述討論工序。</p><p>　　基于上面的討論，我們得出這樣的結(jié)論我們需要新的方法來(lái)分析制定多模實(shí)物可制造性。在當(dāng)前的論文中，我們只考慮可制造性問(wèn)題產(chǎn)生的原因是成分的

13、形狀和總毛重。圖 6顯示了側(cè)向分型面制造問(wèn)題的一個(gè)例子，他們需要被去除，以形成一個(gè)可行的成型序列。在該對(duì)象的總圖所示側(cè)向分型不能由任何多模成型的過(guò)程中制造，由于這兩個(gè)成分在深內(nèi)側(cè)向分型都不是可塑性的。輕微的成分重新設(shè)計(jì)使我們能夠進(jìn)行多材料注射成型的運(yùn)作，成分A可先注射然后注入成分B，只要有類(lèi)似的熔點(diǎn)或A比B組在較高溫度下熔化。第三階段系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)第五階段的出現(xiàn)在多材料成型中取得的新的制造問(wèn)題，從國(guó)家過(guò)渡的過(guò)程流程圖代表成型工序流。在開(kāi)發(fā)一

14、個(gè)系統(tǒng)的可制造性分析方法，接下來(lái)的任務(wù)是開(kāi)發(fā)應(yīng)用這些新規(guī)則的詳細(xì)辦法。一個(gè)全面的方法概述如何以及何時(shí)新的多材料成型設(shè)計(jì)規(guī)則需要應(yīng)用和傳統(tǒng)的單一材料成型的規(guī)則必須適用，修改或抑制已在第4節(jié)中提出。最后，算法提出檢測(cè)這些違反的規(guī)則，并產(chǎn)生在第5節(jié)重新設(shè)計(jì)可行的建議。所有的算法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助制造性分析系統(tǒng)。最后，我們?cè)诘?節(jié)說(shuō)明了本文的貢獻(xiàn)和局限性。</p><p><b>　　相關(guān)研究</b&g

15、t;</p><p>　　各種各樣的計(jì)算方法都出現(xiàn)了提供軟件輔助執(zhí)行制造性分析[Gupt97a，Vlie99]。這種制度顯著的差別是在方法，范圍和復(fù)雜程度?？纯雌渲幸粋€(gè)范圍是軟件工具提供制造成本的近似估算。在另一方面是，進(jìn)行詳細(xì)的可制造性分析，并提供先進(jìn)的工具，重新設(shè)計(jì)的建議。對(duì)于分析一個(gè)設(shè)計(jì)制造，現(xiàn)有的方法大致可以分為兩類(lèi)?；谛螤钜?guī)則，最直接途徑[Ishi92，Rose92，Shan93]是從設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)直接檢

16、查來(lái)確定不可行的設(shè)計(jì)屬性。在間接或計(jì)劃為基礎(chǔ)的方法[Gupt95，Gupt97b，Gupt98，Haye89，Haye94，Haye96]，第一步是生成制造性計(jì)劃，然后評(píng)估計(jì)劃可制造性設(shè)計(jì)的能力。在復(fù)雜交互的制造業(yè)務(wù)領(lǐng)域中這種方法是有用的。</p><p>　　一些領(lǐng)先的專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)已公布了注塑塑料零件可制造性指導(dǎo)方針，以幫助設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段[Bake92，Truc87]考慮到可制造性。波利[Poli01]也描述

17、了所有主要的聚合物加工過(guò)程包括注塑成型，壓縮成型和傳遞模塑質(zhì)的可制造性設(shè)計(jì)規(guī)則。此外，諸如通用電氣[Gene60]公司已產(chǎn)生自己的塑料部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這種準(zhǔn)則顯示好的和壞的設(shè)計(jì)實(shí)例。這就留給設(shè)計(jì)師的選擇權(quán)，在有需要時(shí)運(yùn)用它們?；旧嫌袃煞N類(lèi)型的準(zhǔn)則。第一種類(lèi)型是處理可制造性問(wèn)題，而與第二類(lèi)是處理部分功能。在這里我們將只涵蓋第一類(lèi)的準(zhǔn)則。它們列舉如下：</p><p>　　a）內(nèi)圓角應(yīng)建立和角應(yīng)為圓形，使熔融塑料暢順

18、流到的所有成分的部分。適用半徑逐步過(guò)渡盡量減少與模具填充相關(guān)的取向度，從而在統(tǒng)一的模流 [Mall94]。此外，這也避免了高應(yīng)力集中問(wèn)題。圖7顯示了如何設(shè)計(jì)對(duì)需要的部分進(jìn)行修改，以消除尖角。</p><p>　　b）分型面必須仔細(xì)選擇，使“分離”和金屬“關(guān)閉”泄露可以減至最低。通常情況下，泄露（塑料材料固化泄漏）發(fā)生在分型面，那里的模具件直接接觸對(duì)方。圖8說(shuō)明了如何在加加強(qiáng)勁肋的部分必須重新設(shè)計(jì)，以改變分型面的位

19、置。從而改變了這個(gè)泄露形成的位置。在第一種情況，泄露沿所有運(yùn)的部分，破壞了成分質(zhì)量。然而，在第二種設(shè)計(jì)中他們發(fā)生在頂面，因此可以很容易地取出。</p><p>　　c）采用截面厚度薄而均勻，使整個(gè)零件可以以同樣的速度迅速冷卻下來(lái)。厚的部分比薄的部分需要更長(zhǎng)的時(shí)間冷卻。例如，在第一部分中顯示在圖9中，跟薄的部分比，較厚的熱成型的路段將繼續(xù)降溫和收縮更多。這將會(huì)導(dǎo)致一定程度的內(nèi)部應(yīng)力的部分地方壁厚度的變化。這些殘余內(nèi)

20、應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致翹曲，降低使用性能。如果可能的話(huà)，必須重新設(shè)計(jì)要完全消除這種厚度的變化的部分。另外，在模具填充中錐形過(guò)渡可以用來(lái)避免殘余應(yīng)力，高應(yīng)力集中和模具中急流轉(zhuǎn)變。只要可行，截面厚度必須減少成型中取型芯的部分，并用加強(qiáng)筋，以彌補(bǔ)在較薄的部分剛度的損失[Mall94]。</p><p>　　d）側(cè)抽芯（側(cè)型芯，型芯分離，斜導(dǎo)柱等）必須用于創(chuàng)建零件或側(cè)向分型特征的部分，應(yīng)重新設(shè)計(jì)以消除側(cè)向分型特征。圖10顯示了一個(gè)塑

21、料零件，側(cè)向分型部位任何側(cè)抽芯不能成型。在這個(gè)圖中顯示一個(gè)簡(jiǎn)單的重新設(shè)計(jì)解決了這個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　e）拔模角度需要給定垂直或近乎垂直的壁以便零件可以從模具裝置中輕松的拆下來(lái)。圖11顯示，錯(cuò)誤的拔模角度，就不可能彈出零件。使用錐型的內(nèi)向側(cè)壁（向型芯方面）這個(gè)問(wèn)題就會(huì)圓滿(mǎn)解決。拔模角也大大減少了加工和零件磨損，由滑動(dòng)摩擦以及劃傷或擦傷（型腔）零件外表面很大程度上被消除。典型的，所需的拔模角度范圍依賴(lài)于諸如

22、深度拉伸，材料硬度，表面潤(rùn)滑性和材料收縮[Mall94]等參數(shù)。</p><p>　　計(jì)算注塑件的可制造性分析的工作領(lǐng)域主要集中于兩個(gè)不同的領(lǐng)域。第一個(gè)領(lǐng)域是處理單一材料零件的重塑性。零件的重塑性是當(dāng)模具打開(kāi)它能夠被很容易地從模具組裝（型芯，型腔和側(cè)向分型）彈出。決定零件是否是能重塑相當(dāng)于決定是否存在一個(gè)主要脫模方向，側(cè)型芯和分型心組合，這樣就滿(mǎn)足重塑的標(biāo)準(zhǔn)。陳等人[Chen93]描繪了一個(gè)可視圖找到一個(gè)可行的辦

23、法，盡量減少脫模方向的一邊型芯的數(shù)量。輝 [Hui97]介紹啟發(fā)式搜索技術(shù)，選擇一個(gè)分型面，型芯和插入內(nèi)部分形。近似于內(nèi)側(cè)向分型的方法也已發(fā)展[Gu99，F(xiàn)u99，Lu00，Yin01]?；舅枷肼浜笥谶@些方法。為了找到潛在側(cè)向分型使用了零件的識(shí)別技術(shù)。每個(gè)類(lèi)型分型方向的選擇都有其自己的特點(diǎn)。最佳的脫模方向的選擇，是基于一些求值函數(shù)。</p><p>　　安等人 [Ahn02]描述的移動(dòng)平均線，聲音算法來(lái)測(cè)試一個(gè)

24、零件，事實(shí)上，可塑性使用兩件式模具（沒(méi)有任何側(cè)抽芯），如果這樣，就獲得所有這些可能的分型方向。在此基礎(chǔ)上，埃爾伯等 [Elbe05]發(fā)展外形圖上表示的算法來(lái)解決一般的自由形式曲面的形狀，兩件模具可分性問(wèn)題。 McMains和Chen [McMa04]已經(jīng)確定弧形（二維樣條）邊多邊形成型性可塑性和分型方向。最近，Kharderkar等[Khar05]已經(jīng)提出了新的可編程圖形硬件加速算法來(lái)測(cè)試零件的可塑性，并幫助重新設(shè)計(jì)的圖形顯示識(shí)別和分型

25、。Dhaliwal等 [Dhal03]描述了計(jì)算的每一個(gè)多面體面臨的全部可訪問(wèn)錐面精確算法。利用這些，Priyadarshi和Gupta[Priy04]開(kāi)發(fā)了多件模具的算法設(shè)計(jì)。在自動(dòng)多件式模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域工作的包括陳和羅森[Chen02，Chen03]等其他名人。</p><p>　　在第二個(gè)區(qū)域工作中的塑料流動(dòng)模擬注塑成型過(guò)程。許多商業(yè)系統(tǒng)可以幫助設(shè)計(jì)人員執(zhí)行可制造性分析。另外，像有限元分析系統(tǒng)，有限元分析軟件，

26、有限元軟件包等，可用于預(yù)測(cè)和解決一些問(wèn)題，如對(duì)某些零件的一部分強(qiáng)度是否足夠的問(wèn)題。由于在多材料注塑成型與單一材料成型在相同情況下出現(xiàn)這類(lèi)問(wèn)題，適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)包裝可以被用來(lái)克服它們。</p><p><b>　　識(shí)別成型問(wèn)題的來(lái)源</b></p><p>　　許多不同的原因可導(dǎo)致在多材料成型中的可制造性問(wèn)題。 因此包括材料的不相容性，在不同階段的冷卻系統(tǒng)的相互作用，噴嘴的分

27、布位置，可塑性和推出系統(tǒng)的問(wèn)題。在本文中，從多材料對(duì)象的形狀導(dǎo)致我們主要集中在可制造問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，我們側(cè)重于出現(xiàn)在第二次噴射中由于內(nèi)部的模腔塑料材質(zhì)復(fù)雜的制造業(yè)并發(fā)癥。本文描述的操作，適用于多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)滾筒噴射（圖4和圖12所示），多點(diǎn)刻度噴射（圖13和圖14所示），和二次成型過(guò)程（如圖15所示）。</p><p>　　在這里需要注意的是，部分設(shè)計(jì)需要進(jìn)行修改，大大取決于對(duì)多材料成型的自然過(guò)程中，習(xí)慣的成型方法。圖

28、。16說(shuō)明這個(gè)概念使用在三個(gè)不同的部分設(shè)計(jì)。第一個(gè)對(duì)象可以通過(guò)二次注塑成型過(guò)程，而第二個(gè)對(duì)象可以使用或者超模壓成型或刻度式多點(diǎn)噴射成型過(guò)程?；剞D(zhuǎn)滾筒進(jìn)程應(yīng)該用于模具的最后一部分。因此，很明顯，具體相關(guān)的設(shè)計(jì)過(guò)程規(guī)則在多材料注塑至關(guān)重要?，F(xiàn)在讓我們嘗試系統(tǒng)地確定相應(yīng)的可制造性設(shè)計(jì)規(guī)則，以便能處理這些問(wèn)題的框架。這些設(shè)計(jì)規(guī)則將在稍后第4和第5部分，一旦問(wèn)題被檢測(cè)出來(lái)提供有意義的解決方案。一種識(shí)別所有的制造性問(wèn)題的使用潛在電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并研究

29、失效模式的一種新方法將在下面提出。這種技術(shù)的有效性，首先驗(yàn)證了比較確定的與傳統(tǒng)注射成型響應(yīng)方針的設(shè)計(jì)規(guī)則的故障模式。隨后，采用同樣的方法，在檢測(cè)和診斷過(guò)程中的所有多材料注射成型潛在的可制造性問(wèn)題。這項(xiàng)計(jì)劃是關(guān)于全面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型，它不忽視任何可能出現(xiàn)的問(wèn)題，而產(chǎn)生多個(gè)異構(gòu)物體的幾何形狀。</p><p>　　圖17顯示了單一材料注射成型的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。很明顯，五個(gè)陳述完整的顯示，可以獲得成分合格的質(zhì)量。四個(gè)常見(jiàn)的可

30、能的失效模式（如圖17和表1所示）。即使它們中的任何一個(gè)發(fā)生，有缺陷的部件將形成。這些模式已被映射到相應(yīng)的矩陣表1所示。由此，設(shè)計(jì)規(guī)則已經(jīng)緩解了每個(gè)問(wèn)題。也許應(yīng)該注意這里指出一個(gè)特定的失效模式可以由多個(gè)問(wèn)題和/或單一的解決方案（設(shè)計(jì)規(guī)則）就可能足以去除多個(gè)引起的問(wèn)題。這些問(wèn)題以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則，現(xiàn)列舉如下：</p><p>　　1）不完整的模具型腔填充：解決辦法是，應(yīng)該填充有尖角的地方。一個(gè)簡(jiǎn)單的方法可以用來(lái)檢測(cè)

31、這種角落和他們周?chē)?。如果這兩個(gè)在兩個(gè)邊之間的共同交集點(diǎn)的切向量建立一個(gè)尖角，那么這相當(dāng)于一個(gè)急轉(zhuǎn)彎。在這種情況下，兩個(gè)交集邊緣一定要截?cái)嗪捅仨毥⑿“霃綀A?。▓A角）加入截?cái)嗖糠?，這樣沿圓弧切向量趨勢(shì)得到改變。</p><p>　　2）閃光的現(xiàn)象：分型面在交叉面上出現(xiàn)閃光是不允許的，應(yīng)避免此問(wèn)題。不均勻的分層方法建議由[Wong98]可以??用來(lái)形成了具有平面和曲面零件分型面。由于閃光導(dǎo)致人體工程學(xué)和審美上的一些問(wèn)

32、題，零件應(yīng)使產(chǎn)生的閃光可很容易地刮掉或減少。</p><p>　　3）存在的殘余應(yīng)力：壁厚應(yīng)盡可能地薄而均勻以減少這個(gè)問(wèn)題。內(nèi)側(cè)表面的三維變換零件幾何形狀可以計(jì)算以獲得相關(guān)的半徑的函數(shù)，即從內(nèi)側(cè)表面的距離到邊界表面上的最近點(diǎn)。此函數(shù)直接給出所有沿周邊的部分墻體截面厚度值（并因此變化）。</p><p>　　4）模具成型件之間的碰撞和塑料成分：第一設(shè)計(jì)原則是應(yīng)重新設(shè)計(jì)，以盡可能消除這種側(cè)向分

33、型。如果這是不可能的，那么可行的一方的側(cè)抽芯必須存在模具這樣的區(qū)域 .第二個(gè)重要的解決辦法是，與主分型方向上的法線方向幾乎垂直的方向應(yīng)該有足夠的拔模角度。通常與零件是如此一致，主要的脫模方向與垂直軸線重合。分型面的識(shí)別需要做成錐形，然后實(shí)際上他們已經(jīng)研究模具設(shè)計(jì)文獻(xiàn)的普遍問(wèn)題。從數(shù)學(xué)上說(shuō)，我們希望給所有分型面一個(gè)拔模角度，其法線面的角度是接近90度垂直線，即角偏差小于一個(gè)臨界值。雖然這種分析可以基于軟件合理輕松地使用的技術(shù)，同樣的事情可

34、以更有效地利用硬件[Khar05]頂點(diǎn)程序。</p><p>　　5）刀具磨損和零件損壞與以前解決問(wèn)題的設(shè)計(jì)建議規(guī)則是完全相同的，都需要解決這些問(wèn)題。</p><p>　　因此，我們可以總結(jié)出這一方法使我們能夠識(shí)別五種已經(jīng)宣布在第2部分所列所有傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)則。因此，推斷此為多材料成型工藝的想法是有道理。圖18顯示了多材料成型工藝的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。在這里，而不是四個(gè)，多達(dá)八個(gè)失效模式可

35、能會(huì)導(dǎo)致有缺陷的部件和一個(gè)可接受的多材料成型品質(zhì)形成九個(gè)部分需要對(duì)象。相應(yīng)的八個(gè)相應(yīng)失效模式的問(wèn)題（原因）和可能的解決方案（設(shè)計(jì)規(guī)則），已經(jīng)在表2完成。</p><p>　　但是，可以預(yù)測(cè)的方案在這種情況下更加復(fù)雜。兩種涉及到這里的問(wèn)題，一些單一材料成型的共同點(diǎn)和一些特有的多材料成型。此外，所有傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)規(guī)則不能適用于所有的成型過(guò)程。一些需要應(yīng)用在第一階段，一些應(yīng)用在第二階段，在這兩個(gè)階段的一些。同樣，一些設(shè)

36、計(jì)只需要考慮顧及到實(shí)體的重量，而有些要同時(shí)處理的一個(gè)或兩個(gè)獨(dú)立的部分。同樣，某些單一材料注射成型的規(guī)則必須選擇性使用的兩個(gè)成分的某些面或總重量對(duì)象。</p><p>　　所有這些觀察結(jié)果將直接在本節(jié)的圖中介紹，在這里我們總結(jié)出基于實(shí)際的例子，一個(gè)完全新的可制造性分析框架要在多材料注射成型的進(jìn)程發(fā)展中得出的推論。事實(shí)上，我們的模型清楚地表明，所有的新多材料注射成型的設(shè)計(jì)規(guī)則，以及在現(xiàn)有的單一材料成型的準(zhǔn)則修改，必須

37、在第二個(gè)階段是從根本上塑造什么是傳統(tǒng)的注塑成型中遇到不同問(wèn)題的事實(shí)。在第二階段我們不僅必須刪除并插入第二階段新的模具件，模腔具有不同的外觀。在成分A中一個(gè)永不拆除塑料“模件”的形式，在退出而不以任何碰撞，刀具磨損，而造成導(dǎo)致熔融塑料注射，冷卻，物體總形狀等其他問(wèn)題。所有這些制造性問(wèn)題介紹如下。</p><p>　?。?）不完全充填模腔-有鋒利的角落都應(yīng)該被填滿(mǎn)在零件部分。</p><p>

38、　　（2）對(duì)“脫?！昂徒饘?“關(guān)閉” 發(fā)生閃光-分型面不應(yīng)交叉，在“脫?！暗拿婧徒饘佟瓣P(guān)閉”閃光不允許在兩個(gè)成分中出現(xiàn)分型面交叉。</p><p>　　（3）殘余應(yīng)力的存在-這兩個(gè)部分都必須有薄，均勻的壁厚</p><p>　　（4）完成最后階段中模件之間的碰撞和推出桿，刀具磨損，開(kāi)模零件損壞，非交匯垂直的墻壁須成錐形，也就是說(shuō)，它們應(yīng)該有足夠的拔模角度。</p><p

39、>　?。?）其他?？熘g的可能性的碰撞（和成品/部分完成的對(duì)象），在開(kāi)模和合模成型階段刀具磨損和零件損壞，為了消除這些問(wèn)題應(yīng)該存在一個(gè)可行的成型序列。為了易于簡(jiǎn)潔容易的理解，今后這種一系列可制造性問(wèn)題被稱(chēng)為不可行成型工序問(wèn)題。</p><p>　?。?）在開(kāi)合模和合模前不必要的摩擦在第二階段的初期——所有的接觸面的法線垂直于開(kāi)模方向應(yīng)該是錐形，以便它會(huì)降低不必要的摩擦。</p><p&g

40、t;　　（7）在第二成型階段額外的塑料出現(xiàn)“關(guān)閉”閃光，美觀的交匯面不應(yīng)該出現(xiàn)在金屬跟塑料交匯的地方。擠出槽（即溝槽設(shè)計(jì)之間提供一個(gè)已經(jīng)成型零件和模具）應(yīng)該在這樣的共同平面創(chuàng)建使第二個(gè)材料限制模具和在第一個(gè)組件完成的表面上不閃光。</p><p>　　（8）過(guò)度界面變形- 無(wú)支撐的，薄片應(yīng)該不存在。相反，支撐墊需要提供額外的硬度在第一個(gè)零件中，以剛性能夠承受在第二階段的注射壓塑壓力。</p><

41、;p>　?。?）額外的殘余應(yīng)力在總的實(shí)物中- 徹底熱應(yīng)力和流體流動(dòng)分析必須使用，必須使用模擬軟件，以確定最佳的熱管理解決方案（外部模具加熱和冷卻），在第二階段成型期間注意使本已成型塑料采取適當(dāng)保溫的效果。</p><p>　　一種新的五個(gè)可制造性問(wèn)題和設(shè)計(jì)規(guī)則的詳細(xì)描述如下。</p><p>　　3.1 不可行成型序列</p><p>　　不可行的成型工序意味

42、著多材料對(duì)象不能生產(chǎn)，因?yàn)閿M議成型序列是不可行的。通常這個(gè)問(wèn)題是由側(cè)向分型特征的存在引起的，它體現(xiàn)在本身五個(gè)不同的方式。它們列舉如下，所有這些原因在不同類(lèi)型多材料成型過(guò)程已經(jīng)歸納于表3。</p><p>　?。?）這兩個(gè)部分是由不同的材料組成，其中一個(gè)具有比其他更高的熔點(diǎn)。然后這個(gè)部分必須首先被塑造，如果它是非可塑性那么多材料成型無(wú)法進(jìn)行。在其他部分和總目標(biāo)的可制造性在這種情況下并不重要。</p>

43、<p>　?。?）現(xiàn)在讓我們考慮這兩個(gè)組成部分是同一種材料（不同顏色）或有類(lèi)似的熔點(diǎn)不同材料制成。如果兩個(gè)部分都不是單獨(dú)可塑性，那么沒(méi)有可行的序列存在無(wú)法啟動(dòng)成型過(guò)程。</p><p>　?。?）如果表面需要在第二階段脫模，多材料模具成型側(cè)向分形制造是不可能的。</p><p>　?。?）除了上述三個(gè)條件，如果側(cè)型芯表面第一階段成分與第二階段的組成部分任何一個(gè)面接觸 ，或者如果這

44、些側(cè)型芯表面不創(chuàng)建與型芯有足夠的接觸，它產(chǎn)生了在旋轉(zhuǎn)滾筒多點(diǎn)注射成型的問(wèn)題。</p><p>　?。?）同理如果除了前三個(gè)條件，如果不存在任何在第一階段的成分，就是不能共享第二階段組成部分，或者如果非共享部分不能由鑲塊得到，鑲塊多點(diǎn)注射成型就不能這樣做。</p><p>　　圖19明確突出了不同的多材料注射成型的處理這個(gè)不可行成型序列問(wèn)題。假設(shè)我們被允許按照序列首先成型A然后再成型B面，考

45、慮所有的組成材料，在圖19（a）明確說(shuō)明如何清除內(nèi)部分型（造成需要脫模的表面）在A組份使我們能夠進(jìn)行二次注塑的操作。在圖19（b）項(xiàng)，序列A，B有足夠的接觸面積為原來(lái)的部分設(shè)計(jì)過(guò)程與滾筒之間抓住型心和成分A。通過(guò)輕微的修改成分的幾何，這個(gè)問(wèn)題得到糾正??。在圖19（c）原件設(shè)計(jì)沒(méi)有任何一個(gè)可以抓住側(cè)側(cè)滑塊部分。因此，它需要突出的成分B使A，B成為一個(gè)可行的側(cè)滑塊推移。</p><p>　　3.2開(kāi)合模不必要的摩擦

46、</p><p>　　另一個(gè)重要的考慮是如何用獨(dú)特的多材料注射成型的連續(xù)階段的模具來(lái)相互接觸，并與部分完成組成部分。如果一個(gè)成分的幾何設(shè)計(jì)不當(dāng)，在關(guān)/閉成型階段有可能使單個(gè)模件和/或成分之間的模具和塑料件過(guò)多的摩擦。這種摩擦都可能會(huì)損壞模具及零件和正在生產(chǎn)以及不必要的壓模機(jī)壓力。應(yīng)當(dāng)指出，如果拔模角度不正確使用，那么塑料件和模具之間的摩擦呈現(xiàn)在單一材料成型注射問(wèn)題，因此可能導(dǎo)致更高的零件成本。然而，模具沒(méi)有明顯損

47、壞。另一方面，兩件模具鋼摩擦在多材料注射成型的情況下構(gòu)成一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，造成嚴(yán)重?fù)p失的摩擦模件。因此，這種摩擦是不能容忍的。</p><p>　　一個(gè)簡(jiǎn)單的從摩擦的考慮和兩個(gè)相應(yīng)的重新設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)例子如圖20所示。在圖20（a），在模具開(kāi)?；蚝夏r(shí)垂直模具墻會(huì)傾向于彼此之間摩擦以及第一次注射材料。這種效果是特別嚴(yán)重時(shí)，一塊模具與塑料材料接觸金屬模件相互摩擦，是不可取的，但不是很危險(xiǎn)時(shí)。為了避免這種情況

48、，兩種可能重新設(shè)計(jì)分別如圖20（b）和圖20（c）所示。圖 20（b）為首選設(shè)計(jì)，所有雙方的部件和模具的垂直交接已減少。薄壁部分是有可能在這種情況下。但是，有時(shí)可能需要垂直塑壁從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)傳遞。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)妥協(xié)，如圖20（c）所示。壁上的交接（其中摩擦效果尤為糟糕）部分是錐形，其余部分保持垂直。這種設(shè)計(jì)在實(shí)踐中行之有效的部分提供了相當(dāng)?shù)谋诤袷怯脕?lái)承受因推桿缺乏拔模角度的額外壓力。當(dāng)然，這樣的設(shè)計(jì)成本會(huì)很多。</p&g

49、t;<p>　　3.3精加工面不正常的材料閃光</p><p>　　閃光的定義是多余的材料在成型零件上形成不良的表面和/或邊緣。 閃光是一種人體工程學(xué)相關(guān)測(cè)量，因?yàn)樗ǔＪ羌?xì)而尖銳，引起不適，甚至劃痕/切口需要人工去除。在一般情況下，應(yīng)盡量減少閃光發(fā)生的可能性產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，或者將必須將手動(dòng)成型（即通過(guò)磨削或銼削）刪除。閃燈時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些脫熔融樹(shù)脂通過(guò)模具薄缺口打在模腔上，通常在型芯和型腔交界處。凝固的樹(shù)

50、脂，然后在缺口成型，而這個(gè)部分是連接這些不必要的薄薄的塑料帶彈出。</p><p>　　從圖21可以看出，除了金屬上與金屬閃光成型接觸面，多材料注射成型允許在金屬上的塑料接觸面出現(xiàn)閃光。由于金屬停止閃光，塑料停止閃光可形成金屬模具的任何地方相遇（“關(guān)閉”），如圖21（a）所示塑料。擠出槽可以用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，圖21（b）展示了一個(gè)對(duì)象，從外部美觀重新設(shè)計(jì)確保閃光只在一個(gè)小腔的位置。</p><

51、p>　　3.4 分型面過(guò)度變形</p><p>　　對(duì)于多才來(lái)哦注射成型分型面過(guò)度變形發(fā)生在第二個(gè)材料注射入型腔時(shí)。這個(gè)問(wèn)題通常發(fā)生在二次成型或側(cè)滑塊成型過(guò)程。兩個(gè)過(guò)程的成型階段有不同的型芯和型腔。在第一個(gè)階段后，附加的型腔在雙方的部分完成對(duì)象形成：一個(gè)在型芯的側(cè)面，另一個(gè)在型腔的側(cè)面。因此，如果部分完成的對(duì)象，即第一個(gè)零件，沿開(kāi)模方具有大的面積和小的厚度，在第二次注射材料高壓下會(huì)產(chǎn)生彎曲。彎曲的部分將觸模

52、件，從而美觀的質(zhì)量將受到嚴(yán)重影響。此外，由于兩種材料之間的分型面改變，柔軟的表面和堅(jiān)硬的型芯布置的使產(chǎn)品可能有更多的質(zhì)量問(wèn)題。圖22顯示了兩個(gè)材料對(duì)象在成型第一個(gè)零件時(shí)有一個(gè)薄的懸臂部分。這使得它在第二次成型階段容易彎曲。筋的添加（如第二圖所示）可以防止這種類(lèi)型的分型面過(guò)度變形。</p><p>　　3.5 第二個(gè)成型階段額外的殘余應(yīng)力</p><p>　　塑料材料與金屬模具件相比導(dǎo)熱系數(shù)

53、更低。這可能導(dǎo)致第二個(gè)組成部分非均勻冷卻，其表面與模具件接觸比表面接觸先前塑造的第一個(gè)部分會(huì)冷卻得更快。這反過(guò)來(lái)，可能導(dǎo)致更多的殘余應(yīng)力存在，熱應(yīng)力在第二部分，它將再次影響其使用功能。因此，為了盡量避免減少非正常應(yīng)力，可用模流軟件像塑料模流檢測(cè)、模流結(jié)構(gòu)、模流零件顧問(wèn)等。應(yīng)用于模擬流體流動(dòng)和溫度/對(duì)象中的應(yīng)力分布。模擬結(jié)果將指導(dǎo)我們找出最適合的模具設(shè)計(jì)，其中可能包括適當(dāng)?shù)臒峁芾砭C合解決方案。這個(gè)問(wèn)題只是改變零件的形狀不容易修復(fù)，并不會(huì)再

54、后面的章節(jié)討論。</p><p><b>　　可制造性分析方法</b></p><p>　　給定一個(gè)多材料對(duì)象，我們感興趣的是確定潛在的可制造性設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的問(wèn)題對(duì)象的實(shí)例。</p><p>　　我們假設(shè)輸入以下可供分析的方法：一個(gè)多材料裝配對(duì)象O={（la，ma），（lb，mb）}，多材料注塑成型過(guò)程的類(lèi)型，模具設(shè)計(jì)和開(kāi)模方向。模具設(shè)計(jì)生成使

55、用[Li03，Li04，Priy06]中描述的技術(shù)。多材料對(duì)象可以建模為一個(gè)同質(zhì)的零件裝配。每個(gè)零件對(duì)象li裝配表示為實(shí)體模型，具有物質(zhì)屬性mi與之相關(guān)聯(lián)。材料屬性mi定義每個(gè)零件的同質(zhì)材料類(lèi)型。本文針對(duì)目前只有兩種不同材料的物體。</p><p>　　正如已經(jīng)提及的第1和第3部分，可制造性分析不能僅僅考慮做任何新的或孤立的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)則。相反，兩者結(jié)合的規(guī)則是明智的，要正確分析了O使用的la和lb的可制造性。所有

56、的可制造性分析步驟可以歸納為一個(gè)已在以下各段解釋的方法形式。我們的方法處理所有可能的情況下都能準(zhǔn)確地得出的結(jié)論，不管它是否真實(shí)，O采用多材料注射成型有或沒(méi)有輕微的重新設(shè)計(jì)和重新調(diào)整操作。該原理和邏輯流程來(lái)自狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖18所示。</p><p>　　我們的方法包括以下步驟：</p><p>　　1）首先，我們需要確保一個(gè)存在可行的成型序列（應(yīng)用MR1的規(guī)則）。這是通過(guò)使用5.1節(jié)介紹的方

57、法。這一步的結(jié)果也被用于在步驟2和3。</p><p>　　2）應(yīng)用傳統(tǒng)注射成型L1和L2的規(guī)則。</p><p>　　a）首先，我們?cè)趌1和l2上利用R1（缺乏明顯的棱角）、R2（避免不良閃光）和R3（確保薄而均勻壁厚）的設(shè)計(jì)規(guī)則。</p><p>　　b）然后，我們需要仔細(xì)的應(yīng)用R5（給予正確的拔模角度）的規(guī)則。首先，我們找到所有垂直（或近乎垂直）的表面，分別讓

58、零件l1和l2的表面是F1和F2。然后我們刪除所有配合面（l1和l2所共有的表面），分別從F1和F2獲得F11和F22。最后，我們應(yīng)用正確的草圖（正如前面第三節(jié)的解釋?zhuān)┰谒蠪v的表面上集F11和F22的結(jié)合。數(shù)學(xué)上，F(xiàn)11?= F1-（F1∩F2），F(xiàn)22= F2-（F1∩F2）和FV=F11∪F22。使對(duì)象O內(nèi)表面兩個(gè)階段完成一次成型。在第二個(gè)成型階段，我們應(yīng)該只應(yīng)用拔模角度，這些垂直面（對(duì)象O的外部表面）接觸模具件，這樣對(duì)象O可以

59、容易的從模具組件上拆下。這部分零件制圖的設(shè)計(jì)往往大大簡(jiǎn)化。這樣的例子如圖23所示。由于內(nèi)部零件l1沒(méi)有一個(gè)垂直的主要的脫模方向，也沒(méi)有必要錐化外部的垂直壁（F1和F2表面）。因此，內(nèi)部的結(jié)合面l2也不需要進(jìn)行錐化。</p><p>　　在l1和l2上應(yīng)用多材料注射成型特定的規(guī)則。</p><p>　　a）應(yīng)用在MR2上的設(shè)計(jì)規(guī)則（在l1和l2之間錐化結(jié)合面）如5.2節(jié)的詳解。</p&

60、gt;<p>　　b）同樣，應(yīng)用在MR3（目前在塑料上“關(guān)閉”金屬結(jié)合面沒(méi)有得到驗(yàn)證）和MR4（確保沒(méi)有無(wú)支撐的薄片存在）上的規(guī)則也適用，當(dāng)有需要時(shí)，分別按照下面的5.3節(jié)和5.4節(jié)提到的規(guī)則作為指南。</p><p>　　c）最后，規(guī)則MR5需要運(yùn)用和適當(dāng)?shù)臒峁芾矸桨福ㄔ赱Meng01]中有描述）以確保零件獲得均勻的冷卻。</p><p>　　檢測(cè)可制造性問(wèn)題及生成重新設(shè)計(jì)

61、</p><p>　　本節(jié)介紹了詳細(xì)的算法，在第三部分描述的檢測(cè)四個(gè)具體的多材料成型注射模設(shè)計(jì)的可制造性問(wèn)題，并提供可行的重新設(shè)計(jì)的建議。檢測(cè)是通過(guò)檢查是否滿(mǎn)足相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則。應(yīng)當(dāng)指出，我們的方法不考慮對(duì)象的功能要求。設(shè)計(jì)人員需要確定這些建議從功能上看是否可以接受。</p><p>　　5.1 檢測(cè)不可行的成型序列</p><p>　　這一分節(jié)介紹一個(gè)方法確定是否存

62、在一個(gè)多材料注射成型對(duì)象的可行成型序列。列的不可行性分析涉及成型確定是否存在一個(gè)可行的成型序列，該對(duì)象可以通過(guò)給定的多材料注塑成型工藝組成。如果沒(méi)有這樣的可行序列存在，則該方法自動(dòng)確定原因和產(chǎn)生重新設(shè)計(jì)的建議。一個(gè)做同樣的正式算法描述如下。該算法的輸入是完全一樣的工藝性分析，與上一節(jié)所述的方法相同。輸出可以是一個(gè)結(jié)論，即對(duì)象O使用任何的多材料注塑成型工藝都是不可塑造或一個(gè)可行的成型序列。</p><p>　　我們

63、的方法包括以下步驟：</p><p>　　a）檢測(cè)移動(dòng)平均線和主機(jī)板是否相同，如果不相同，是否有類(lèi)似的熔化溫度。如果回答以上任何幾個(gè)問(wèn)題都是肯定的，那么這兩個(gè)零件都可以第一次成型。優(yōu)先考慮的是一個(gè)具有較大體積和更大的一些特性（如筋、支承板、角撐板、頂桿等）。如果有一個(gè)更大體積而其他更大的一些特性，然后優(yōu)先考慮為實(shí)現(xiàn)充分的冷卻，前者在第二階段更困難。否則，該零件應(yīng)擁有更高的注射熔點(diǎn)，讓la選定零件。</p&g

64、t;<p>　　b）我們現(xiàn)在需要測(cè)試零件的可塑性。我們分析每一個(gè)側(cè)向分型特征以驗(yàn)證他是否可行，且模具使用一個(gè)側(cè)抽芯。對(duì)于這一步，我們使用的方法介紹如下。如果模具的任何一個(gè)側(cè)向分型特征不可行，那么生成重新設(shè)計(jì)的建議是：“像la一樣刪除側(cè)向分型特征”。但是，如果這樣的操作也未能重新設(shè)計(jì)（因功能需求或其他原因），那么我們得出這樣的結(jié)論，由于創(chuàng)建了一個(gè)不可行的側(cè)向分型特征使la不可塑造。</p><p>　

65、　c）如果前面的步驟成功，即la是可塑性或者我們我們能夠創(chuàng)建一個(gè)可塑性類(lèi)型，然后我們到步驟d）。否則，如果可能（從熔點(diǎn)因素），我們現(xiàn)在首先試著塑造lb，然后到la。如果這個(gè)序列可行（由步驟b測(cè)試）），我們進(jìn)行步驟d）；否則，我們得出這樣的結(jié)論，對(duì)象O多材料注射成型由給定的工藝不能進(jìn)行塑造，并終止該算法。</p><p>　　d）總形狀的可塑性將受到考驗(yàn)。再次，下文所描述的方法是用來(lái)驗(yàn)證模具的每一個(gè)側(cè)向分型特征是否

66、能夠成型，只需要在第二個(gè)成型階段通過(guò)表面脫模成型。如果任何這樣的模具結(jié)構(gòu)不可行，產(chǎn)生類(lèi)似這樣的重新設(shè)計(jì)的建議在步驟b）中指出：“刪除側(cè)向分型特征，使得O是可塑性”。如果遭遇到不可能創(chuàng)建側(cè)向分型特征，我們打算使用二次成型工藝，然后轉(zhuǎn)到步驟g）。但是，如果可塑性是滿(mǎn)足的，但旋轉(zhuǎn)滾筒或多點(diǎn)注射成型鑲塊用來(lái)塑造對(duì)象，然后我們分別到步驟e）或者f）。否則，如果可塑性測(cè)試失敗，我們?cè)俅蔚贸鼋Y(jié)論，O是不可塑性和終止該算法。</p>&l

67、t;p>　　e）如果沒(méi)有接觸到第一個(gè)零件的側(cè)型芯表面或第二個(gè)階段零件的任何表面，這些側(cè)型芯表面創(chuàng)建足夠把握接觸共同的型芯區(qū)域，使該零件可以收縮到型芯上，然后進(jìn)行步驟g）。少有幾個(gè)毫米的投影沿開(kāi)模方向要建立足夠的接觸。否則，如果可能的序列都沒(méi)有嘗試過(guò)，然后回去試試另外一個(gè)。另一方面，根據(jù)問(wèn)題的原因，一個(gè)（或兩個(gè)）以下提出了重新設(shè)計(jì)的建議：“修改第一個(gè)零件的設(shè)計(jì)，這樣沒(méi)有表面接觸共同的型芯與第二階段零件的任何一個(gè)面有聯(lián)系”，“在側(cè)型芯

68、表面和共同的型芯之間為了創(chuàng)建足夠的接觸面積需要改變第一階段零件的設(shè)計(jì)”。如果這樣的重新設(shè)計(jì)無(wú)法完成，然后停止并報(bào)告說(shuō)對(duì)象O使用旋轉(zhuǎn)滾筒多材料注射成型工藝是不可塑造的。</p><p>　　f）如果存在第一階段部分零件與第二階段零件不能共享，這種非分享部分形成一個(gè)穩(wěn)定牢固的鑲塊，然后轉(zhuǎn)到步驟g）。另外，就如同在步驟e），如果兩個(gè)序列沒(méi)有看著，另一個(gè)應(yīng)該被試過(guò)了。否則，最初產(chǎn)生重新設(shè)計(jì)的建議是：“修改第一階段的部分設(shè)

69、計(jì)，以便它的一部分與第二個(gè)零件不共享，這部分是大到足以把握正確的鑲塊”。如果這樣的重新設(shè)計(jì)是不可行的，然后結(jié)束，并報(bào)告模具O無(wú)法使用多材料注射成型工藝。</p><p>　　g）讓獲得成型序列表示L1，l2和相應(yīng)的材料屬性表示m1和m2。</p><p>　　現(xiàn)在，我們將描述如何確定一個(gè)給定的側(cè)向分型特征的可塑性。這種特征檢測(cè)是使用在[Priy06]中描述的技術(shù)。我們開(kāi)始角度適當(dāng)?shù)膶?duì)象Q（

70、它可以是la、lb或O），側(cè)向分型特征F是代表n個(gè)角度的設(shè)置：F=｛f1，……，fn｝。在我們的分析，我們也可以利用主要的脫模方向+d和-d和成型外殼（矩形框封閉模具裝配）尺寸。</p><p>　　模具成型件的側(cè)向分型特征不能沿著主要的脫模方向而沒(méi)有相交部分。圖24說(shuō)明了這一個(gè)部分，有兩個(gè)這樣側(cè)向分型特征形式的孔。因此，為了讓一個(gè)可行的側(cè)抽芯存在，在側(cè)向分型特征F周?chē)鷳?yīng)該有足夠的空間，使側(cè)型芯首先轉(zhuǎn)動(dòng)并離開(kāi)側(cè)向

71、分型方向且不同于+d和-d。在完成這個(gè)轉(zhuǎn)化后，側(cè)型芯相對(duì)于Q部分沿其中一個(gè)主要分離方向移動(dòng)。因此，兩個(gè)轉(zhuǎn)化需要從Q中完全脫離側(cè)型芯?，F(xiàn)在可以確定模具f是否可行，我們分別通過(guò)分析各側(cè)向分型角度f(wàn)1。對(duì)于每個(gè)角度f(wàn)1∈F，我們計(jì)算兩個(gè)向量的集合，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)型芯可以將模具f1從模具外殼移出。如果到了后面，所有這些集合的交集非空，那么我們可以得出結(jié)論F是可塑的，否則不是。這種方法的詳情可參見(jiàn)[Bane06]。</p><p&

72、gt;　　正如前面所討論的第三部分，圖19（a）、（b）和（c）顯示了三個(gè)不同例子為了成型，成型序列不可行的問(wèn)題將被檢測(cè)，并分別檢測(cè)旋轉(zhuǎn)滾筒和技術(shù)指標(biāo)。該對(duì)象顯示在圖19（a）的左邊，由于存在不可能的模具側(cè)向分型特征而不能被塑造成型。在這種情況下，重新設(shè)計(jì)的建議是：“消除在零件la上的側(cè)向分型特征F1和F2”。圖19（b）左邊顯示的是又一個(gè)不可能的模具對(duì)象，利用旋轉(zhuǎn)滾筒多點(diǎn)注射成型為零件A側(cè)型芯表面共同的型芯沒(méi)有足夠把握的接觸面積。因此

73、，重新設(shè)計(jì)的相應(yīng)建議是：“修改型芯的側(cè)面f1在改變la型腔的時(shí)候仍然保持型芯的接觸”。同樣，圖19（c）左邊的模具對(duì)象是不可行的，其不能夠正確的掌握零件A的鑲塊。因此，下面產(chǎn)生重新設(shè)計(jì)的建議是：“在第一個(gè)階段成型完成后，修改la上的外部表面f2、f3、f4和f5，在型芯和型腔發(fā)生改變時(shí)使la上有表面可以保持與鑲塊的接觸。 圖19（a）、（b）和（c）的右邊顯示的是基于上述提到的重新設(shè)計(jì)的建議，左側(cè)的三個(gè)對(duì)象可能重新設(shè)計(jì)。</p&g

74、t;<p>　　5.2 檢測(cè)開(kāi)模和合模時(shí)不必要的摩擦</p><p>　　在摩擦過(guò)程中，兩個(gè)金屬片的摩擦明顯比一個(gè)金屬件與塑料的摩擦更嚴(yán)重。在傳統(tǒng)的注塑模中不適當(dāng)?shù)陌文Ｐ倍仍斐赡＞咂c塑料件的摩擦。然而，在多材料成型注塑模中缺乏適當(dāng)?shù)陌文Ｐ倍瓤赡軙?huì)導(dǎo)致兩種模具鋼件互相摩擦，從而造成模具件的損壞更嚴(yán)重。</p><p>　　該方法以確定這個(gè)問(wèn)題的發(fā)生，總結(jié)如下。首先，從第二個(gè)零

75、件l2的所有面，可從共同的側(cè)型芯找到面F。其次，從F面，刪除兩個(gè)零件之間的結(jié)合面。然后，檢查是否有任何部分的面在F平行于開(kāi)模方向。同樣，在模具件的所有結(jié)合面檢查是否存在任何一個(gè)面的法線垂直于開(kāi)模方向。如果是的話(huà)，那么這個(gè)問(wèn)題會(huì)發(fā)生。在這種情況下，突出顯示或標(biāo)記所有（或其中的部分）的重要面孔，會(huì)生成以下重新設(shè)計(jì)的建議“突出面臨重新定位l2上的面和模具件，他們不平行于開(kāi)模方向”。</p><p>　　我們也可以應(yīng)用這

76、條規(guī)則到第一個(gè)零件l1的所有面上，可從第一個(gè)模具的側(cè)型腔和屬于l2的所有相應(yīng)的結(jié)合面平行于開(kāi)模方向。雖然這是首選，但是不是強(qiáng)制的，它是由設(shè)計(jì)者決定執(zhí)行與否。設(shè)計(jì)者可能不適用，因?yàn)檫@個(gè)有功能要求（例如，避免在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)零件之間的滑移）或美觀的要求。然而，在這種情況下，零件截面的厚度可能需要增強(qiáng)以防止由額外的注射壓力引起的變形。</p><p>　　圖20（a）顯示的是一個(gè)對(duì)象在第一個(gè)成型階段在模件和兩個(gè)型腔之間

77、和第一個(gè)零件l1間存在摩擦。我們的算法分析這一情況，并給出了兩個(gè)不同的重新設(shè)計(jì)的建議：</p><p>　　首先，重新設(shè)計(jì)選項(xiàng)：“增加面f1、f11、f2和f22在l1和l2及模具件上的拔模角度，這樣他們?nèi)匀粵](méi)有平行于開(kāi)模方向”。</p><p>　　重新設(shè)計(jì)一個(gè)可行的選項(xiàng)：“增加面f1和f11在l2及模具件上的拔模角度；除了適當(dāng)?shù)脑黾恿慵孛婧穸韧獗３制渌钠叫兴芗凇?。圖20（b）和圖

78、20（c）顯示的是基于前者和后者可能分別建議重新設(shè)計(jì)。</p><p>　　5.3 檢測(cè)材料精加工面非正常閃光</p><p>　　如果兩個(gè)不同零件的兩個(gè)面共享一個(gè)共同的邊緣，且兩個(gè)面的大致的法線（即兩者間的法線夾角在在幾度一下）也沿著邊緣，可能使精加工表面出現(xiàn)非正常閃光。如果表面覆蓋不當(dāng)?shù)牟牧鲜怪兊妹烙^，那么物體需要重新設(shè)計(jì)沿著共同的邊緣增加一個(gè)凹槽，這樣兩個(gè)面就沒(méi)有直接相互接觸。因此

79、導(dǎo)致塑件形狀的變化或過(guò)去的改變。為了合并這一變化在模具中的設(shè)計(jì)，雖然幾千元的訂單可能會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用，由于有審美的要求，有時(shí)是沒(méi)有其他的可選擇的。這樣做的算法如下所述：</p><p>　?。?）讓F1成為L(zhǎng)1審美學(xué)上重要的面，讓F2成為L(zhǎng)2審美學(xué)上重要的面，（設(shè)計(jì)者需要詳細(xì)的說(shuō)明F1和F2）</p><p>　　（2）如果有表面和F1和F2表面相互接觸，從F1和F2兩個(gè)面之間刪除這些表面

80、。</p><p>　　（3）如果F1和F2的表面使用一個(gè)共同的邊緣e1，且F1和F2的法線方向都平行于開(kāi)模方向，則重新設(shè)計(jì)就建議“沿邊緣e增加凹槽”。</p><p>　　圖21（a）顯示了一個(gè)對(duì)象的不良閃光將發(fā)生在第二個(gè)階段第一個(gè)零件精磨的頂面上。我們的算法分析這個(gè)對(duì)象并且給出重新設(shè)計(jì)的建議“在F3表面和F1或F2的共同平面e1邊緣L2增加一個(gè)圓形的凹槽”。 系統(tǒng)可以沿著指定的邊緣自動(dòng)

81、添加粉碎槽，但設(shè)計(jì)者需要選擇粉碎槽的寬度和深度。圖21（b）顯示的是一個(gè)基于這項(xiàng)建議的一個(gè)可能的重新設(shè)計(jì)。</p><p>　　5.4 分型面過(guò)度變形檢測(cè)</p><p>　　除了對(duì)所有的單一材料注射成型部件（如壁厚、螺紋等）設(shè)有強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，多材料注射模設(shè)計(jì)還介紹了一些額外的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)以確保零件有足夠的強(qiáng)度。很多事實(shí)表明，這些新的考慮是直接導(dǎo)致高溫和高壓的液體塑料進(jìn)入模具型腔并接觸到部

82、分完成的零件。如果零件的幾何設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會(huì)損壞在隨后的注射材料。對(duì)于檢測(cè)這個(gè)問(wèn)題的方法是在分析部分完成對(duì)象強(qiáng)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行，當(dāng)?shù)诙N材料注射到模具中時(shí)是第二個(gè)階段。由于型芯和型腔的成型工藝是兩個(gè)不同索引板的階段，第二個(gè)階段的型芯不能夠很好的支持部分完成對(duì)象。對(duì)于旋轉(zhuǎn)滾筒工藝，兩個(gè)階段的型芯是相同的，因此，部分完成對(duì)象在注射材料壓力下可以再次支持型芯。因此，我們只要分析精密注塑模具或索引板工藝塑造對(duì)象的問(wèn)題。</p>&l

83、t;p><b>　　此方法的輸入包括：</b></p><p>　?。?）完成的部分對(duì)象O1。</p><p>　?。?）第二個(gè)階段是模具組裝。</p><p>　　這種方法有以下五個(gè)步驟：</p><p>　　第一步是通過(guò)指定的位置和澆口尺寸將第二種材料M2注射到模具中。注射材料壓力的選擇要以確保模具對(duì)流動(dòng)長(zhǎng)度、

84、體積和材料類(lèi)型的最佳方式進(jìn)行填充。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)使用物料流動(dòng)模擬軟件來(lái)指定澆口的位置和尺寸。關(guān)于注射材料的壓力，可以根據(jù)注射機(jī)的規(guī)格和相關(guān)的注射材料參數(shù)值而定。關(guān)于材料在澆口的壓力可以根據(jù)[Bryc96]提出的方法進(jìn)行計(jì)算。我們假設(shè)材料注射在O1表面上的壓力值和材料在澆口的注射壓力相同。</p><p>　　第二步是產(chǎn)生O1的網(wǎng)格。大多數(shù)有限元分析軟件提供了對(duì)幾何模型對(duì)象自動(dòng)生成網(wǎng)格的功能，我們使用Pr

85、o / Mechanica軟件生成網(wǎng)格。</p><p>　　第三步是指定材料和O1邊界條件的屬性。M1的屬性可以通過(guò)塑料材料屬性表獲得。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，需要包括的屬性有楊氏模量和泊松比。對(duì)于O1的邊界條件可以在交界面和模具裝配件和O1之間的基礎(chǔ)上指定。然后，對(duì)于O1的邊界條件可以通過(guò)指定添加制約因素到所有交界面上。</p><p>　　第四步是添加O1的負(fù)荷。在注射材料壓力和澆口位置及尺寸

86、的基礎(chǔ)上添加對(duì)O1表面的負(fù)載。負(fù)載的位置可以根據(jù)澆口的位置來(lái)指定。注射材料的截面面積和澆口的相同。然后施加在O1表面上的負(fù)載可以通過(guò)注射材料的壓力進(jìn)行模擬。這個(gè)壓力值是評(píng)估產(chǎn)品的截面面積和注射材料的壓力。</p><p>　　第五步是在前四個(gè)步驟的基礎(chǔ)上通過(guò)有限元分析軟件確定這個(gè)問(wèn)題的影響程度。前面四個(gè)步驟獲得的信息將輸入有限元分析程序。問(wèn)題解決后，輸出在屏幕上顯示。輸出包括各節(jié)點(diǎn)的位移?；陲@示的變形，設(shè)計(jì)人員

87、可以判斷問(wèn)題是否重大。在第三節(jié)中解釋?zhuān)^(guò)度界面變形的原因是第一個(gè)組件有一個(gè)大的面積和開(kāi)模方向的厚度較小。</p><p>　　因此，這個(gè)問(wèn)題的解決辦法是，像第一個(gè)零件一樣增加分型面支撐墊支撐結(jié)構(gòu)。然后，在第二個(gè)階段，因?yàn)橹螇|的支持與第二個(gè)階段的塑件相互接觸使第一部分的變形不會(huì)那么的明顯。這個(gè)解決方案將會(huì)改變第一個(gè)零件的形狀，從而改變了兩個(gè)組件之間的分型面。無(wú)論怎樣，這種變化是可以由設(shè)計(jì)者控制的，無(wú)論是從美學(xué)還是

88、功能都可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)人員的要求。</p><p>　　圖22（a）顯示的是在第二個(gè)階段一個(gè)對(duì)象發(fā)生分型面變形過(guò)大。因此，“在零件薄板上沿著S截面在f1和f2兩個(gè)面上添加支撐結(jié)構(gòu)，如筋或分型面支撐墊”重新設(shè)計(jì)的建議提供給設(shè)計(jì)者。設(shè)計(jì)者需要選擇一個(gè)合適的分型面支撐墊或筋的形狀和圖案，使系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些特征添加到塑件上。在系統(tǒng)添加這些特征之后可以再次評(píng)估分型面的變形情況。如果需要額外的分型面支撐墊可以添加，以減少變形。圖2

89、2（b）顯示的是在此基礎(chǔ)上建議重新設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　5.5 應(yīng)用</b></p><p>　　在此前所有的四個(gè)分節(jié)討論的這些不同類(lèi)型的例子中，我們已經(jīng)成功的應(yīng)用了這一節(jié)中描述的算法和測(cè)試。該系統(tǒng)應(yīng)用在C++和使用Visual Studio 6.0和微軟的基礎(chǔ)上。以ACIS 7.0作為幾何內(nèi)核。任何CAD系統(tǒng)的產(chǎn)生，我們可以輸入“sat”文件來(lái)創(chuàng)建系統(tǒng)

90、文件。更具體的說(shuō)，我們使用的是實(shí)體CAD系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了兩部分的內(nèi)容，一次成型工藝，模具設(shè)計(jì)和開(kāi)模方向作為輸入。它分析的對(duì)象，如果任何多材料模具設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)違反規(guī)則，它將報(bào)告違反并生成適當(dāng)?shù)闹匦略O(shè)計(jì)的建議。除有限元以外的所有步驟，如類(lèi)似于本文所示的復(fù)雜零件采取明顯低于一秒鐘之內(nèi)的運(yùn)行。通過(guò)使用Pro/Mechanica軟件對(duì)有限元的步驟進(jìn)行分析。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b>

91、</p><p>　　對(duì)于多種材料制造的對(duì)象采用多材料注塑模，當(dāng)這些對(duì)象大批量生產(chǎn)時(shí)，其處理成本明顯低于分層制造工藝。因此，多材料注塑模在制造業(yè)中越來(lái)越流行，因?yàn)樗軌蛏a(chǎn)更高質(zhì)量的多材料產(chǎn)品。然而，目前對(duì)于描述如何設(shè)計(jì)成型多材料注塑模的文獻(xiàn)是十分有限的。</p><p>　　在注射成型的第二個(gè)和后續(xù)階段期間已經(jīng)存在了一個(gè)成型零件，多材料注塑模明顯不同于傳統(tǒng)注射成型過(guò)程。因此，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)

92、出了一套系統(tǒng)的方法來(lái)執(zhí)行多材料對(duì)象設(shè)計(jì)成型制造過(guò)程中的分析。本文公布下列新結(jié)果：</p><p>　?。?）它確定了下列五種類(lèi)型的可制造性問(wèn)題：在模具的開(kāi)模和合模時(shí)出現(xiàn)不必要的摩擦及閃爍著不良的成型孔，過(guò)度的分型面變形，塑件的成型保溫效果、成型序列不可能實(shí)現(xiàn)。這些問(wèn)題是不會(huì)出現(xiàn)在傳統(tǒng)的注塑成型，也是多材料成型唯一的問(wèn)題。</p><p>　?。?）在多材料成型中本文介紹了一整套方法來(lái)執(zhí)行工

93、藝性分析的每一個(gè)步驟。該算法不僅運(yùn)用了新的設(shè)計(jì)規(guī)則，而且它提出了一個(gè)全面的分析方法，它以一種合適的方式融合了傳統(tǒng)塑料成型模具的設(shè)計(jì)規(guī)則。</p><p>　　（3）該算法也明確了上述所描述的每一個(gè)工藝性問(wèn)題都有可能發(fā)生。我們的算法也可以生成重新設(shè)計(jì)的的高層次建議。目前，我們的算法不試圖修改對(duì)象的幾何形狀。這些修改的開(kāi)展由我們的算法在人類(lèi)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上生成重新設(shè)計(jì)的建議。所有的算法已經(jīng)運(yùn)用到計(jì)算機(jī)輔助工藝性分析系統(tǒng)，

94、該設(shè)計(jì)規(guī)則在不同的例子中得到很好的實(shí)踐。</p><p>　　該算法和本文介紹的技術(shù)將有助于縮短相關(guān)的多材料成型對(duì)象的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。我們預(yù)計(jì)，多材料注塑模工藝將很快被接受并且使多材料注塑模成為一個(gè)很有吸引力的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　我們目前的算法有以下限制：</p><p>　　我們沒(méi)有考慮可能由于材料的不兼容引起的制造業(yè)并發(fā)癥。對(duì)翹曲，收縮效應(yīng)、和兩個(gè)不同

95、材料的結(jié)合需要評(píng)估潛在的可制造性問(wèn)題。</p><p>　　我們目前的重點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程中由于第二個(gè)注塑成型塑料零件的存在而引起的并發(fā)癥。不同的階段需要不同的澆口位置和冷卻系統(tǒng)。這些交互作用在考慮可制造性問(wèn)題時(shí)都需要加以評(píng)估。</p><p>　　我們認(rèn)為只有兩個(gè)材料的對(duì)象才能實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)大將需要處理三個(gè)或四個(gè)實(shí)物。</p><p>　　總之，由于設(shè)計(jì)空間的擴(kuò)大，他們提供的

96、多材料注射模工藝正在迅速的成為流行的制造工藝。多材料注塑模具有非常適用于生產(chǎn)先進(jìn)材料界面的仿生產(chǎn)品這樣的好處。我們相信，在本文中所描述的材料向讀者介紹了一類(lèi)重要的工藝，可能使他們?cè)诮?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不均的現(xiàn)實(shí)中獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　這項(xiàng)研究得到了美國(guó)國(guó)家基金會(huì)的支持和部分資助DMI0093142和DMI0457058，并通

97、過(guò)了微型飛行器穆里陸軍研究辦公室（批準(zhǔn)號(hào)：軍隊(duì)W911NF0410176）。在這個(gè)文件中所表達(dá)的是作者個(gè)人的看法，不一定反應(yīng)贊助商的意見(jiàn)。</p><p>　?。╝）—尾燈（多種顏色） （b）各種刷子（表面/中心布置）</p><p>　　（c）—一個(gè)注射器（成型裝配） （d）—無(wú)線電鋸?fù)鈿ぃㄜ浻|柄）</p>&l

98、t;p><b>　?。╡）規(guī)則夾子</b></p><p>　　圖1：多材料注射成型對(duì)象</p><p>　　圖2：沖突的例子#1</p><p>　　圖3：沖突的例子#2</p><p>　　圖4：兩個(gè)不同階段的旋轉(zhuǎn)滾筒多點(diǎn)注射成型過(guò)程</p><p>　　圖5：檢查表面，在第二個(gè)成型階段

99、只有確定需要脫模的可行的成型序列</p><p>　　圖6：重新設(shè)計(jì)一個(gè)組件以消除側(cè)向分型和創(chuàng)建可行的成型序列</p><p>　　初始設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)改良</p><p><b>　　圖7：圓化尖角</b></p><p>　　初始設(shè)計(jì)

100、 設(shè)計(jì)改良</p><p>　　圖8：閃光的位置發(fā)生變化</p><p>　　初始設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)改良</p><p>　　圖9：創(chuàng)建薄而均勻的截面厚度</p><p>　　初始設(shè)計(jì)

101、 設(shè)計(jì)改良</p><p>　　圖10：重新設(shè)計(jì)以消除側(cè)向分型使零件為非可塑性</p><p>　　初始設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)改良</p><p>　　圖11：給予正確的拔模角度（非?？鋸埖模?lt;/p><p>　　圖12：旋轉(zhuǎn)滾筒注射過(guò)程</p&

102、gt;<p><b>　　第一次成型階段</b></p><p>　　第二次成型階段（鑲塊旋轉(zhuǎn)180°）</p><p>　　圖13：在鑲塊中兩個(gè)不同階段的多點(diǎn)注射成型過(guò)程</p><p>　　圖14：鑲塊系統(tǒng)的成型過(guò)程</p><p>　　第一個(gè)成型階段