外文翻譯--一種使注射成型冷卻更有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 中文版

桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 1 頁 共 14 頁 一種使注射成型冷卻更有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 摘 要 對(duì)于熱塑性磨模具來說，零件的質(zhì)量和周期在很大程度上由冷卻階段決定。為了盡量減少產(chǎn)生不必要的冷卻翹曲和收縮等缺陷現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行大量的研究。我們?cè)诒疚闹刑岢隽藘?yōu)化冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，立足于幾何分析 之 上，指出冷卻線是利用冷卻形態(tài)的概念并且定義了冷卻水道的位置。在這里它們是恒定不變的，我們只用專注于流體溫度沿冷卻線的分布和強(qiáng)度。由于兩方面組成的目標(biāo)函數(shù)最小化，我們制定的這個(gè)溫度分布測定表明必須選出最優(yōu)的這 種 方法。本文所期待的是收縮零件質(zhì)量以及改善翹曲條件 。 關(guān)鍵詞： 逆向問題；熱傳導(dǎo)；注塑成型；冷卻設(shè)計(jì) 1 引言 熱塑性注塑模具在塑料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域被廣泛地使用。這個(gè)過程基本分為四個(gè)階段： 模腔填充，塑料固化，冷卻以及推出塑件。在這些階段中，專門為零件的冷卻時(shí)間約占了進(jìn)程總時(shí)間的百分之七十。并且塑件的部分質(zhì)量會(huì)被這個(gè)階段直接影響。因此，必須盡可能均勻地冷卻零件，這樣的話，如凹痕、翹曲、收縮等不良缺陷會(huì)減少，而熱殘余應(yīng)力也將會(huì)達(dá)到最小化。冷卻時(shí)間、數(shù)量、位置和水道的大笑的關(guān)鍵因素是最佳進(jìn)水參數(shù)，對(duì)冷卻液溫度和流體之間的傳熱和內(nèi)表面的水道系數(shù)。設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)主要是根據(jù)設(shè) 計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，然而新的快速成型工藝的發(fā)展有可能使得在制造形狀復(fù)雜的水道時(shí)這個(gè)經(jīng)驗(yàn)顯得不夠用。所以，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須歸結(jié)于一個(gè)優(yōu)化問題。 1.1 熱傳導(dǎo)分析 用熱傳導(dǎo)注入工件傳輸?shù)难芯渴且粋€(gè)非線性問題是由于對(duì)溫度參數(shù)的依賴。 然而，影響模具的等熱物理參數(shù)，如熱導(dǎo)率和熱容量保持在不變的溫度范圍內(nèi)。此外，聚合物的結(jié)晶作用往往被忽視，以及與模具和零件熱接觸電阻被認(rèn)為是恒定的。溫度場的演化通常是通過求解傅立葉周期邊界條件方程而得到的， 這種演變可分為兩個(gè)部分：一個(gè)是循環(huán)的一部分，另一個(gè)是平均短暫的一部分。由于熱穿透深度 并沒有影響到溫度場，循環(huán)部分常常很容易被忽視 3。許多人用平均循環(huán)來分析，這樣可以簡化微積分，但忽略了周圍的波動(dòng)影響，這些影響平均有 15和 40 3組成。零件的水道分布越接近就會(huì)導(dǎo)致周圍的平均波動(dòng)就越高。 因此，這種配置就顯得非常重要，瞬態(tài)傳熱模型是指在靜止的定期狀態(tài)。但即使是這樣，定期的瞬間溫度分析還是將被優(yōu)先考慮在平均周期分析之前。瞬間溫度分析應(yīng)該注意在研究實(shí)踐中的設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)是否用于冷卻的設(shè)計(jì)。無論桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 2 頁 共 14 頁 零件的質(zhì)量好壞，本設(shè)計(jì)的第一階段也是最重要的階段之一都應(yīng)是熱傳導(dǎo)設(shè)計(jì)。 1.2 成型優(yōu)化技術(shù) 在參 考文獻(xiàn)中，各種優(yōu)化程序已經(jīng)被使用，但這些都是以同樣的目標(biāo)為重點(diǎn)。 Tang 4 等人從一個(gè)優(yōu)化的過程中獲得了最小的梯度和冷卻時(shí)間。 Huang 試圖獲得在溫度分布均勻狀態(tài)時(shí)的最高生產(chǎn)效率，即最小的冷卻時(shí)間 5，同時(shí)溫度分布處于均勻狀態(tài)。Lin6總結(jié)了 3 個(gè)實(shí)際的模具設(shè)計(jì)師的目標(biāo)，最冷的部分溫度均勻，達(dá)到理想的模具溫度，以便下一個(gè)零件可以被使用，以減少周期時(shí)間。 多個(gè)循環(huán)之間的一致性的最佳選擇是冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置。而事實(shí)上，時(shí)間越長，模具表面之間的型腔和冷卻水道的距離越近，模具的溫度分布也 將 更高。 相反的是 ，模具表面之間的型腔和冷卻水道的距離越短距離，更快的熱量變化會(huì)產(chǎn)生聚合物，但模具表面的非均勻溫度可導(dǎo)致部分缺陷。這里首先應(yīng)控制參數(shù)，然后是控制型腔的位置和水道的大小，最后是冷卻液流速和流體溫度。此時(shí)有兩種方法將被引用，第一種為了盡量減少目標(biāo)函數(shù) 4和 7而去尋找水道的最佳位置。第二種方法是基于形冷卻線的研究。 Lin6定義了一種冷卻線代表所在的冷卻通道，這個(gè)冷卻線性表示了位于流道口的最佳條件（在冷卻水道的位置）。 Xu 8 等人進(jìn)一步的研究表明能夠降低冷卻部位的單元，并執(zhí)行每個(gè)冷卻單元的優(yōu)化。 1.3 算法的實(shí)現(xiàn) 為了得出答案，我們要用數(shù)值方法來計(jì)算。 傳熱分析是由邊界元素之一 7或有限元法 4組成的。這種分析的第一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是未知數(shù)的數(shù)目計(jì)算低于有限元素分析的數(shù)目的將計(jì)算，只是它的界限是網(wǎng)狀的是一個(gè)問題，因此用這種解決方案來計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間比利用有限元分析要短。然而此方法僅限于某些問題上，有限元方法對(duì)于另一些問題來說是首選的，因?yàn)槔锩娴臏囟刃枰坝薪?jīng)驗(yàn)的研究來制定最佳的界限。 為了計(jì)算最優(yōu)參數(shù)的最小化目標(biāo)函數(shù)， Tang 4 等人使用鮑威爾的共軛方向搜索法，馬西 7 等人使用在序貫二次規(guī)則 的基礎(chǔ)上的梯度方法，它不僅可以找到解決問題的關(guān)鍵所在，而且還確定了線性進(jìn)化方法。 Huang 5 等人通過遺傳學(xué)算法來得到解決方案，最后的這種算法試圖解決的范圍包括了很多方面，所以是非常耗時(shí)的。要想模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)時(shí)間花費(fèi)達(dá)到最小化，就必須確定方法（共軛梯度）來達(dá)到一個(gè)可接受的、更迅速的、優(yōu)先的解決方案。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 3 頁 共 14 頁 2 研究方法 2.1 目標(biāo) 本文所介紹的方法適用于優(yōu)化的冷卻 T 形部分（圖 1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這種情況在許多論文中可能會(huì)比較容易實(shí)現(xiàn)，尤其是在與 Tang4等人所做的研究中。 通過對(duì)部分形態(tài)的分析，兩個(gè)平 面 1 和 3 分別介紹了侵蝕和擴(kuò)張（冷卻線）部分（圖 1）。作為第三類的溫度條件，固定的流體溫度是冷卻線 3 熱傳導(dǎo)的邊界條件。尋找這些流體的溫度是該優(yōu)化的關(guān)鍵所在，避免使用冷卻線方法來優(yōu)化冷卻水道的數(shù)量和大小。這顯示了在哪些位置是不理想的水道，復(fù)雜的零件在此種情況下具有更好的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵摬糠种械那治g線的位置相對(duì)應(yīng)的最低聚合物固化厚度的冷卻階段更容易得到。 圖 1：半 T 形幾何圖 2.2 目標(biāo)函數(shù) 在冷卻系統(tǒng) 最 優(yōu)化 設(shè)計(jì) ,質(zhì)量 應(yīng)該是最重要的一部分 。 因?yàn)?在這一 過程 中 的最小冷卻時(shí)間是 由模具厚度和材料特性 所影響的， 在給定時(shí)間達(dá)到最高質(zhì)量是很重要的。 流體溫度直接影響模具的溫度和組成部分 ,湍流流動(dòng)的唯一參數(shù)是控制冷卻液溫度 。 接下來，流體溫度和周圍的零件優(yōu)化分布的測定是需要優(yōu)化的參數(shù)，作為一個(gè)目標(biāo)函數(shù) S 在冷卻期結(jié)束時(shí)生成， 第一個(gè)任期 S1 的目標(biāo)是達(dá)到一個(gè)溫度水平的侵蝕作用。 3 結(jié)論 本章中， 開發(fā)的一種優(yōu)化方法確定冷卻的溫度分布線獲得均勻溫度場 。 從而 導(dǎo)致部分最小梯度和最小的冷卻時(shí)間 。 與 文獻(xiàn)中的方法相比 ,可以 顯示其效率和效益 。 值得注意的是它不需要指定一個(gè)預(yù)先冷卻通道的數(shù)量 。 進(jìn)一步的工作將包括在決定后驗(yàn)所需的最少數(shù) 量的渠道相匹配的解決方案最佳的流體溫度曲線。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 4 頁 共 14 頁 一種使用設(shè)計(jì)特征和工藝參數(shù)來估計(jì)模具成本的集成框架 摘 要 模具是一種基本沒有廢料的生產(chǎn)工具，例 如注塑模和壓鑄模。 它可能占超過 25%的產(chǎn)品總成本和開發(fā)時(shí)間 ， 特別是當(dāng)訂單數(shù)量很小 。 結(jié)合一個(gè)科學(xué)家模具成本估算和控制方法 ， 發(fā)展快速和低成本的工具 成為至關(guān)重要的問題。 本文提出了一種集成方法和模具成本估算 ，基于 成本驅(qū)動(dòng)的概念和成本 修飾的 方法。 成本 驅(qū)動(dòng) 包括腔的幾何特征和核心 ,由分析成本估算方法估算基本模具成本 。 成本修飾則包括模具參數(shù)，例如分型線、表面紋理、頂出機(jī)構(gòu)、模 具材料和模具制造的總成本。這種方法已經(jīng)在十三個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中測試過， 平均偏差 在 0.40%。 該模型可以很容易地估算各種模具的成本和實(shí)施成本修飾，通過自定義使用質(zhì)量功能展開方法，這也是在本文中主要描述的。 關(guān)鍵詞：成本估算；壓鑄模具；注射成型；質(zhì)量功能部署。 1 引言 當(dāng)今產(chǎn)品生產(chǎn)周期通常是不到 1980年代一半的 ,由于頻繁的新產(chǎn)品有更多的功能進(jìn)入市場。制造業(yè)競爭力 對(duì) 衡量縮短更換模具的市場而言 ,沒有劃線質(zhì)量和成本。減少更換模具的一種方法是采用凈形狀附近 (NNS)制造工藝 ,例如注塑 ,壓鑄等涉及更少的步驟來獲得所需 的形狀。但是，模具（壓鑄或注塑）是一個(gè) NNS 生產(chǎn)的基本方要，消耗了成本、時(shí)間和專業(yè)知識(shí)等大量的資源。 一個(gè)典型的壓鑄模具或注塑模具由兩部分構(gòu)成：固定部分和移動(dòng)部分對(duì)接在一起 ,分開在彈射一部分。建設(shè)的一個(gè)典型的冷室壓鑄模具圖 1 所示。 模具的主要工作部件是 型芯 和 型腔 ，傳遞所需熔料到幾何腔內(nèi)，這些可能是制造單塊或組合的插入。第二部分包括進(jìn)料系統(tǒng)、脫模系統(tǒng) ,核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)和緊固件。充料系統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪，噴嘴和流道，包括從注射機(jī)噴嘴的熔模腔。噴射機(jī)制用于排出核心或腔的模制品。上面所有的元素被安置在一套模塊 ,由塊的支持、指導(dǎo)和 其他元素支撐。部分零件，包括型芯、型腔和充料系統(tǒng)在工廠專門制作。其他零件可以從供應(yīng)商獲得標(biāo)準(zhǔn)配件。模具裝配和功能試驗(yàn) 可 詢問經(jīng)驗(yàn)豐富的工匠與工具設(shè)計(jì)師。 模具行業(yè)目前由日本、德國、美國、加拿大、韓國、臺(tái)灣、中國、馬來西亞、新加坡和印度 支配。模具 的主要 需求 包括汽車、電子、消費(fèi)品和電氣設(shè)備行業(yè) 。 塑料模具占模具行業(yè)的主要份額 ， 大約 60%的 廠房 屬于 全球 中小規(guī)模 1。模具需求 在印度每年 就超過 6億美元 ,年增長率超過 10%在過去十年 間 。在印度，不同類型模具所占份額為： 板材塑料模具 為 33 、 沖壓模具 為 31 、 壓鑄模具 為 13，夾具 為 13 ，模具供應(yīng)商為10 2。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 5 頁 共 14 頁 圖 1 典型的壓鑄模具結(jié)構(gòu) 工具行業(yè)正日益面臨的壓力 ， 減少模具開發(fā)的時(shí)間和成本 ,提供更好的精度和表面粗糙度 ,提供 可行性 ,以適應(yīng)未來的設(shè)計(jì)變更和滿足要求 ,縮短了生產(chǎn)周期 。為 滿足這些需求 ,新技術(shù)例如 高速加工、淬硬鋼加工、流程建模工具設(shè)計(jì)自動(dòng)化、并行工程、快速原型和快速模具已被應(yīng)用 。要 成功操作 以及 保持競爭優(yōu)勢(shì) ,有必要建立量化的成本估算桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 6 頁 共 14 頁 的 方法 。 我們當(dāng)前研究的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)系統(tǒng) ,集成框架開發(fā)的快速工具 (注 塑模具和模具 )和壓力壓鑄應(yīng)用程序 。 依照 我們 所 提出的方法 ， 在未來一段 時(shí)間里， 一個(gè) 比較合理的 系統(tǒng)的成本估算 將會(huì)實(shí)現(xiàn)，對(duì) 不同模具 使用不同的 開發(fā)路線 也是我們要考慮的 。 2 以前的作品 用于產(chǎn)品和模具在技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的成本估計(jì)方法有相當(dāng)大的相似性 。 這些方法可以歸類為 :直觀法 ,類比法 ,分析法 , 幾何特征法和基于參數(shù)的方法。 在直觀的方法上，成本估算的準(zhǔn)確性取決于成本評(píng)估師的經(jīng)驗(yàn)和理解的能力。估價(jià)通常是在與模具設(shè)計(jì)師協(xié)商進(jìn)行的。通過長期的合作，可以獲得與模具和模具開發(fā)成本有關(guān)的估計(jì)，但這種方法仍然是在小作坊和小工廠里的 做法。 在類比的方法 上 ，模具 的 成本 估計(jì)基于 以前的模具制造的 RM 的 相似性系數(shù) 。 在這項(xiàng)技術(shù)中，模具編碼考慮模具尺寸，模具材料，復(fù)雜性，噴射器和門控機(jī)制 的 因素。 估價(jià)的 人開始比較新的模具設(shè)計(jì)與所有以前的設(shè)計(jì)中最接近的匹配。 其 基本假設(shè)是：類似的問題也有類似的解決方案， 再利用上述 3來解決實(shí)際問題。 然而 ，這種方法，也被稱為基于案例的推理， 它 需要一個(gè)完整的案例庫和一個(gè)適當(dāng)?shù)臋z索系統(tǒng) 。 到目前為止 ，這個(gè)檢索系統(tǒng) 并沒有 為 模具成本估算 作出報(bào)告 。 在分析成本估算 上 ，整個(gè) 制造業(yè)的 活動(dòng)分解成 多個(gè)基本 任務(wù)，每個(gè)任務(wù)是 一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式 計(jì)算 制造成本。 例如，一個(gè)用于加工成本 的 普遍方程： 加工成本 =（切割長度 /每分鐘進(jìn)給量）機(jī)器操作成本 威爾遜（在引言 4，第 6章，第 121 頁）在用于集成車削和銑削操作中，提出了用于復(fù)雜的幾何因子的數(shù)學(xué)模型： di =尺寸的特征 ； ti =相應(yīng)尺寸的公差 ； N =尺寸的總數(shù)量。 這是借助一個(gè)例子之后所解釋的。 另一種方法稱為基于活動(dòng)的成本核算（ ABC） ，其所 涉及應(yīng)用到制造特定產(chǎn)品的所有步驟的分析方法， 在每一步中所涉及去 估計(jì)的資源（材料，勞動(dòng)力和能源）。 這 樣一個(gè)詳細(xì)的方法 用于 各種過程，包括 克里斯【 5】所開發(fā)的鑄件 。 在工具室，這種方法 被使用于 復(fù)雜型腔幾何形狀的模具的情況下。模具成本的來源可以分為三類：模具 的 基本成桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 7 頁 共 14 頁 本，功能元件（型芯，型腔鑲塊）的成本和二次元件成本。在每個(gè)類別中，需要通過加工獲得所需的 時(shí)間和其 幾何 形狀 作為成本 4 的 參考 條件 。 可以預(yù)期的是， 建立和驗(yàn)證成本方程，以及在實(shí)際 中運(yùn)用它 ， 都是非常 繁瑣的任務(wù)。 在基于 特征 的 方法上 ，模具的幾何特征（缸，槽，孔，筋，等）作為成本動(dòng)因 所使用 。模具制造 的 成本估計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)公式或工具，如基于知識(shí)的系統(tǒng)和動(dòng)脈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。陳、劉 6 用特征識(shí)別的方法來評(píng)估一個(gè)新的注塑產(chǎn)品的 成本效益 的設(shè)計(jì) 。他們認(rèn)為，一個(gè)產(chǎn)品是一套功能和特征關(guān)系的聚集。 ，這些功能的關(guān)系轉(zhuǎn)換成模具相關(guān)成本評(píng)估的一部分功能。 Chin 和 Wong 用決策表的知識(shí)來估算注塑模具的成本。 在參數(shù)成本估算 上 ，技術(shù)，物理或功能的參數(shù)作為 成本估價(jià)的 基礎(chǔ)。 這種方法允許一個(gè)產(chǎn)品的特征（設(shè)計(jì)工程師可利用的）以經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的技術(shù)價(jià)值形式存在。 Sandarac和 maslekar 8 利用回歸模型方法在注塑模具成本估算 下 使用逆向技術(shù) 。 Lowe 和Walshe9利用注塑模具制造作為參考資料，模具費(fèi)用估計(jì)采用線性回歸方式來進(jìn)行分析。 總之 , 成本 相似 法 和成 本函數(shù)法 （成本因素）是兩 種 模具成本估算 的 方法。 在其他 的方面上 ，在工具室 里 ,新模具和以前的模具開發(fā)之間的相似性是用來作為參考。 直觀和類比的方法，屬于這一類的。 在廣泛使用的直觀的方法中，成本評(píng)估師可能不會(huì)只站在一個(gè)角度上來確定所有的風(fēng)險(xiǎn)因素，因此，類比方法用于估算模具基本成本和其他次要成本是很容易的，也是很成功的。然而，在（型芯和型腔）功能元件的情況下，要分組成為其幾何形狀，得出加工順序 ,將成為比較困難的任務(wù)，并且得到的產(chǎn)品與設(shè)計(jì)時(shí)的產(chǎn)品會(huì)有所不同。 在第二種方法上，模具成本之間的相關(guān)性及其驅(qū)動(dòng) 程序都以數(shù)學(xué)函數(shù)來表達(dá)。 分析方法，基于活動(dòng)的成本核算，基于特征的方法和參數(shù)計(jì)算方法屬于這一范疇。 雖然分析以及估計(jì)的方法適用于簡單零件的加工費(fèi)用，但是難以適用于復(fù)雜幾何的模具，因?yàn)樗鼈兊闹圃毂容^困難。同樣，基于特征的成本估計(jì)也是難以適用于復(fù)雜模具，因?yàn)槟壳暗奶卣髯R(shí)別的分類和算法不能處理相對(duì)復(fù)雜的模具。此外，這些技術(shù)可能無法考慮裝配約束條件的影響，比如表面粗糙度要求、模具的試模和其他因素。 參數(shù)化 的成本核算方法的功能就像一個(gè)黑盒子 功能一樣 ，通過 關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)參數(shù)與數(shù)量有限的模具的總成本， 這是 很難證明或解釋的結(jié)果。 Menges 和 Mohren 為了注塑模具成本估算開發(fā)了一種的綜合辦法，把相似的注塑模具以及同類結(jié)構(gòu)構(gòu)件組合在一起，而且確定了每個(gè)小組的代價(jià)函數(shù)。成本組成部分為腔模具、模架、基本功能零部件和特殊功能零件。腔模具和電火花電極加工的機(jī)械加工成本是由機(jī)械加工時(shí)間和加工工序所決定，以及像分型面、分型線、表面質(zhì)量、削減核心、公差精度、加工難度系數(shù)和腔數(shù)量等因素也決定了每小時(shí)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。模架被假設(shè)是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。如流道、熱流道系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出系統(tǒng)的基本功能零件成本估算，要按個(gè)數(shù)來估計(jì)。含有特殊功能零件，如側(cè)向分型抽芯、三板模 模具、側(cè)凸輪和退扣式設(shè)備的桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 8 頁 共 14 頁 成本是在使用設(shè)備的基礎(chǔ)上增加實(shí)際費(fèi)用，其中有一個(gè)局限性是，對(duì)深腔類零件的平均加工時(shí)間估計(jì)不夠準(zhǔn)確所造成的結(jié)果，如復(fù)雜形狀模具要求不同的機(jī)械加工方法，像粗加工，邊角料加工。主要是因?yàn)榍邢鞯毒叩某叽绱笮?，幾何形狀限制，定向和設(shè)置的原因。 其次，計(jì)算中似乎沒有考慮二次曲面加工的成本（尤其是嵌入式型腔或型芯），模具材料成本的影響（直接影響切削工具的選擇和加工時(shí)間），標(biāo)準(zhǔn)模架的二次加工（為了適應(yīng)型腔、側(cè)型芯和配件，專用噴射器機(jī)械和熱流道噴射器等），還有的在成本估算過程中過分關(guān)注額外的加工費(fèi)用 。 這種方法在使用過程中平均每 5-8 個(gè)變量中會(huì)使用超過 15-20 個(gè)分析變量，這就需要建立統(tǒng)計(jì)分析模型和提供研究機(jī)會(huì)來計(jì)算。 一般來說，在開發(fā)工具中的單一模具類型（如注塑模具或壓鑄模具），上述所給的方法只能提供相對(duì)準(zhǔn)確的估計(jì)。模具制造仍被認(rèn)為以技能和經(jīng)驗(yàn)為導(dǎo)向的制造業(yè)，而且它本身是不重復(fù)。因此，這就需要制定一個(gè)通用的模具成本估算模式，可以方便的為不同類型的模具和復(fù)雜的加工過程來實(shí)施估價(jià)，以適應(yīng)成本估價(jià)人的決策。我們提出了一種成本模型可以適應(yīng)以上的要求，基于成本動(dòng)因的概念和成本估價(jià)。成本動(dòng)因取決于零件幾何形狀和加 工時(shí)間。成本估價(jià)取決于零件的復(fù)雜性，而且可以自定義使用質(zhì)量功能部署方法來計(jì)算，這也是本文所要討論的重點(diǎn)。 3 模具成本估算的框架 一個(gè)典型的注塑模具汽車零部件（假設(shè)模具壽命為 25 萬件）的成本構(gòu)成如圖 2 11所示。這表明，模具成本（ 41）在總成本中占很大一部分的份額，因此，必須精確地估算模具的成本。用于其它應(yīng)用（加壓模鑄，鍛造，金屬板工具等）當(dāng)中的模具成本也反應(yīng)了相似的問題。模具成本包含了模具材料、模具設(shè)計(jì)與制造中的費(fèi)用。在這些模具成本中，模具制造成本占了最大的份額，而且是我們工作的核心。我們提出的 模具成本估算模型的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。在這種方法中，所有的幾何特征都映射到機(jī)械加工特征中，這是通過分析成本作為成本動(dòng)因和它們的成本的計(jì)算方法。模具的復(fù)雜性等因素被認(rèn)為是影響成本估價(jià)的其他因素。從此以后，這種模具將被用來代表注塑及壓鑄模具。 3.1 成本驅(qū)動(dòng)因素：型芯和型腔特征 基于特征的設(shè)計(jì)，一部分是依照幾何特征（如整體，孔，槽和肋）中的某一空間特征和功能關(guān)系的建造，編輯和操作。該部分特征用于生成模具型腔的特點(diǎn)，表 1 中表明了在零件和模具間的特征圖譜。模具特征被分析用來確定模具的幾何尺寸、制造工藝和相對(duì)制造成本 。從本質(zhì)上講，型腔大小和形狀復(fù)雜的特征會(huì)對(duì)模具制造方法的選擇有細(xì)微差別，如成本驅(qū)動(dòng)的選擇。制造方法以一維、二維等方面用來代表工具的運(yùn)轉(zhuǎn)或工件軸的 X， Y， Z， A， B 和 C 方向，以取得所需的幾何結(jié)構(gòu)。用于特性制造的相對(duì)成本（基桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 9 頁 共 14 頁 本模具成本），應(yīng)基于我們的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)有足夠的模具設(shè)計(jì)和成本數(shù)據(jù)不可用時(shí)，這是很有用的。更精確的成本估算可以與分析成本方法相結(jié)合，以為后期加工提供便利。 模具制造成本的幾何結(jié)構(gòu)可以按公式 1 來計(jì)算。使用 預(yù)先決定的技術(shù)參數(shù)如每分鐘（ S）和機(jī)械小時(shí)率。機(jī)床加工每小時(shí)的加工費(fèi)用總和得出基本模具成本： Lf=總的特征切割長度（ f= 1 到 n） S =相應(yīng)進(jìn)給速度（毫米 /分） Mf=相應(yīng)的機(jī)器速率（小時(shí) / 60） If=加工復(fù)雜因素 I n=特征數(shù)量。 為了達(dá)到成本估算，在計(jì)算加工復(fù)雜因素時(shí)，沒必要考慮到每個(gè)特征 （過程工程師將會(huì)選擇制造過程和相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，同時(shí)要考慮到幾何尺寸公差）的所有方面。機(jī)械小時(shí)率早已經(jīng)考慮到了這些影響。其他因素的影響，如設(shè)置的參數(shù)、工具的數(shù)量和它們的序列號(hào)，這依靠幾何的復(fù)雜程度（表面，他們的取向和特殊關(guān)系）。所以，我們?cè)诠?1 中 引入一種加工工藝的常數(shù)“ K”。在電火花拋光和機(jī)床加工中， K 值的 變化范圍從0.05 至 0.5。 因此，加工復(fù)雜性因素的一個(gè)特征可以給出： 例如，考慮到一個(gè)直徑 20+0.018 毫米和深度 16 0.010 毫米為特征的圓形整體。在這種情況下，直徑 20 是一種主要尺寸和公差 0.018 毫米可以通過鉸孔操作來實(shí)現(xiàn)。因此，這有必要只考慮到深度，即 16 0.010 毫米。鉸孔操作通常是在電腦數(shù)值控制立式加工中心或鏜床上執(zhí)行的。設(shè)置的參數(shù)有一種，刀具的參數(shù)可以有四種情況（中心鉆，定心鉆，鉆頭和鉸刀）。因此，加工過程常數(shù)被認(rèn)為是 0.2。因此，以上所述特征加工的復(fù)雜計(jì)算公式如下： 3.2 成本估算：模具復(fù)雜因素 在注塑模具和壓鑄模具的制造中，有很多模具復(fù)雜性的因素，有一些因素是不能影桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 10 頁 共 14 頁 響總成本以及被認(rèn)為成本估算。這些因素包含分型面的復(fù)雜程度、側(cè)型芯的存在、表面粗糙度和質(zhì)地、噴射器機(jī)械和模具材料。從我們的經(jīng)驗(yàn)確定了表 2-4，作為基本的模具成本（來源于方程 3）的百分比，這里有它們成本估算費(fèi)用的詳細(xì)解釋。 3.2.1 分型面的復(fù)雜性 在注塑模具和壓鑄模具的設(shè)計(jì)中，選擇最合適的分型面是一項(xiàng)很重要的步驟。許多研究人員報(bào)告不同的算法來選擇一個(gè)分型面，分別就模具型腔的零件，易于制造和美學(xué)方向而論。 由于受機(jī)械加工復(fù)雜性（因?yàn)榍邢鞯毒邘缀涡螤畹募s束）和模具裝配時(shí)間的影響，一個(gè)復(fù)雜零件的加工會(huì)大大增加制造成本。一個(gè)空間的分型面讓它很難被分成兩等分。有時(shí)候，它導(dǎo)致的結(jié)果是再次加工，這是沒有經(jīng)過基于特征的方法。考慮到這些不確定因素，模具分型面復(fù)雜性因素被分為三個(gè)等級(jí)：直分型面、一般分型面和自由分型面。直分型面不會(huì)施加任何額外費(fèi)用，然而，一般分型面和自由分型面的成本將分別會(huì)多出 10 20和 20 40，這些安排在后面的部分中討論。 3.2.2 側(cè)型芯的存在 產(chǎn)品的側(cè)面包括側(cè)孔或側(cè)凹，阻礙了從模具中的推出。為 了能成型這樣的產(chǎn)品，需要這樣一種側(cè)向分型的機(jī)構(gòu)，它們應(yīng)在推出產(chǎn)品前使用。側(cè)向分型和抽芯機(jī)構(gòu)需要的零件有導(dǎo)柱、導(dǎo)軌、側(cè)滑塊和液壓氣動(dòng)執(zhí)行器等，它們會(huì)增加額外的費(fèi)用。如果產(chǎn)品的幾何形狀要求的內(nèi)抽芯的數(shù)量存在于不同的方向，那么型芯尺寸和成本就會(huì)大大增加，從而模具加工及裝配時(shí)間也會(huì)大大增加。雖然側(cè)型芯的加工費(fèi)用已經(jīng)在成本估算中確定過了，但由于復(fù)雜的附加配件，二次加工會(huì)在所難免。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)這個(gè)成本估算（c）的相應(yīng)值在表 2 中。 3.2.3 表面粗糙度和紋理 模具表面通常是拋光表面粗糙度 Ra 至 0.2 0.8um， 一些表面紋理可能被添加到模具的成型零件中，增加了一些外觀或功能要求。這需要像電火花毛化、照片蝕刻工藝和表面專業(yè)處理等措施，增加了模具制造商的工作。因此，拋光和紋理處理會(huì)增加額外的成本，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這里的成本估算值（ p）分別列于表 3 中。 3.2.4 推出機(jī)構(gòu) 對(duì)于模具的 推出機(jī)構(gòu)，其 零件包括一個(gè)簡單的頂針或推件板機(jī)構(gòu)，或一個(gè)復(fù)雜的液壓氣動(dòng)執(zhí)行的機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)取決于工件的幾何形狀和生產(chǎn)所需的效率。此外，推出機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致更大的型芯尺寸來容納滑塊、推件板、驅(qū)動(dòng)器， 推出機(jī)構(gòu) 等多桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 11 頁 共 14 頁 種零件。因此，頂出機(jī)構(gòu) 的總成本增加費(fèi)用要根據(jù)其類型而定。這個(gè)成本估算（ e）值列于表 4 中。 3.2.5 模具材料 注塑模具和壓鑄模具的材料應(yīng)具有的機(jī)械性能有：高硬度、熱變形小，高抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。常用的注塑模具和壓鑄模具的工具鋼有 P20 和 P18 號(hào)， En-24、 A3、 D1、D2， H11 和 H13 這些材料比一般鋼材要昂貴。在該模具材料成本的基礎(chǔ)上，直接應(yīng)用模架（在總成本模式考慮時(shí)）。由于對(duì)刀具壽命的影響，模具材料的特點(diǎn)也影響到了制造成本。最近的發(fā)展是淬硬模具鋼，這表明表面精度和表面粗糙度不能改善高速加工。以碳鋼熱作模具鋼模具材料為 例，在十多個(gè)案例的平均研究在基礎(chǔ)上，模具材料因子（m）可提高 2-10的基本模具費(fèi)用。 4 建立成本估算 由表 2-4 中可以看出，一個(gè)模具或模具總成本的各種因素的影響是相互聯(lián)系的。而在表中給出的數(shù)值是根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)得出的，它們無法在其他地方適用，除非他們有一個(gè)龐大的案例庫，用以驗(yàn)證相同的案例。因此要進(jìn)行成本估算必須定制一個(gè)單獨(dú)的工具庫。 自定義的使用成本估算方法之一是運(yùn)用多元回歸分析。這包括收集歷史資料、建立回歸系數(shù)或成本估算關(guān)系（ CER）。然而，在商業(yè)工具庫中設(shè)立的多元回歸分析可能無法模擬真實(shí)的情況，因 為制造注塑模具和壓鑄模具的工具種類繁多，以及需要計(jì)算大量的歷史。 我們提出另一種基于質(zhì)量功能展開的方法來建立成本估算，以克服上述限制（質(zhì)量功能展開）方法。 QFD 的基礎(chǔ)理論是項(xiàng)目實(shí)物模型，并建立由不同模具參數(shù)因素來考慮成本。用戶必須評(píng)估作為參考的基本成本，以及裝配模具參數(shù)（分型面的復(fù)雜性，表面粗糙度等）的影響。這提高了總成本估算的準(zhǔn)確性。表 5 說明了模具參數(shù)及其相關(guān)費(fèi)用在開發(fā) QFD的基礎(chǔ)成本模式時(shí)應(yīng)考慮的因素。該方法所涉及的步驟如下： 1識(shí)別主要的模具參數(shù)，包括基本模具和模具特色制造等。 2把模具參數(shù)不同 層次的復(fù)雜等級(jí)加以分類（ QFD 的列參數(shù)）。 3除了基本模具制造成本，確定模具成本要素（質(zhì)量功能配置行）等。 4確定占基本模具成本的百分比中較大的成本要素。比如，分型面加工成本是基本模具成本的 10%，因此，成本估價(jià)一般是 0.1。 5考慮到發(fā)展關(guān)系矩陣的復(fù)雜性，使用 1-9 的數(shù)值范圍（ 1=弱， 3=中， 9 =強(qiáng)）。 6構(gòu)建相關(guān)矩陣，使用 0.1-1.0 的數(shù)值范圍（ 0.1 =弱， 0.3=中， 0.9 =強(qiáng)）。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 12 頁 共 14 頁 7為使矩陣的關(guān)系正?；?，應(yīng)使用沃瑟曼方法。正規(guī)化矩陣的歸一系數(shù)由以下方程式 12給出： 8計(jì)算每個(gè) 重要的模具技術(shù)參數(shù)。 9. 技術(shù)參數(shù)可以被用為各自的成本估算。注塑模具和壓鑄模具成本估算的全部方法論用第五部分的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例來說明。 圖 4 壓鑄組件的模具 5 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例 圖 4 顯示了一個(gè)鋁制零件吊扇使用，以及相應(yīng)的壓模嵌入件。風(fēng)扇組件的生產(chǎn)采用冷室加壓模鑄法工藝。模具設(shè)計(jì)與開發(fā)存在相當(dāng)?shù)碾y度在于一些零件組成小的幾何特征和分裂分型面。電腦數(shù)值控制電火花加工工藝被用來做來制造型芯和型腔，并插入模具H13 的材料中。模架、噴射器和螺絲均購自標(biāo)準(zhǔn)件的供應(yīng)商。 5.1 基本模具制造成本 用鑄造一個(gè) CAD 的 模型被用來輸入作為設(shè)計(jì)模具的基礎(chǔ)。為了估算基本模具成本，模具加工特征和相應(yīng)的過程應(yīng)縮進(jìn)。然后，加工費(fèi)用要使用均衡器 3 來估算。模具特色加工和它的臨界尺寸（我的尺寸特性）和相應(yīng)的尺寸公差（尺寸公差的維度）是被考慮在復(fù)雜性因素的計(jì)算。結(jié)果表明見表 6。用以下的價(jià)格（印度盧比， 1 盧比 0.02 美元）： 5.2 成本估算 這個(gè)例子中模具的主要特征復(fù)雜性考慮如下： 1.直分型面（簡單）； 2.兩面圓形孔洞分割（錯(cuò)配幾率）； 3.12 個(gè)頂針（直徑最小為 3 毫米，最大為 8 毫米）； 4.模具材料為 H13（需要淬火，回火，很難加 工）； 5.表面粗糙度 Ra0.4um（需要拋光）； 6.方芯數(shù)：無； 桂林電