附录一 外语文献译文（英文原文）译文研究高级制造技术（2002）19:821-8292002年伦敦施普林格出版社有限公司基于特征的参数的压铸模浇注系统的设计S.H.吴K. S.李和J. Y. H.复机械工程学系，新加坡国立大学，新加坡本文提出了一种半自动化的压铸模具的浇注系统设计方法。这种方法结合了P-Q2技术和基于特征的参数化设计，实现浇注系统自动生成的几何和基于特征的参数化设计技术。它还使用户能够在早期阶段结合在设计他们的专长。用户定义的门功能是预先定义和存储在门库，然后从库中检索，在设计和应用所需的参数和位置的门部分。算法的基础上的P-Q2技术的基础上提出浇注系统的相关参数计算。设计原型已经开发使用这种方法，该系统能够缩短时间，为构建三维几何门元素，如门，热流道，溢出，射套筒，浇口等。关键词：基于特征的设计，浇注系统;参数设计；P-Q2技术1、介绍1.1背景 压铸被广泛应用于工业，由于其高强度和良好的性能。压铸的质量基本上是由那些使其成形的压铸模具决定的。模具浇注系统的设计是关键，因为它会影响后续的设计程序，并影响了整个模具的质量，模具设计过程中涉及到设计的浇注系统，冷却系统，射出系统，模具基地等铸造产品。传统的浇注系统设计是基于压铸情况逐个进行的过程。当压铸部分文件被接受，模具设计师将根据自己的经验确定具体的压铸零件的浇注系统，计算相关尺寸及参数，然后再从新开始浇铸要素的几何建模。当另一个新的压铸零件文件被接受，将重复同样的程序。此外，由于在第一次尝试时难以实现精确的设计，需要反复修改甚至重新设计。这种试错的过程通常会导致花费很长的时间和增加模具基本成本。他可以应用于压铸行业的自动化或半自动化的压铸模具设计过程。然而，现在还没有可用于计算机辅助设计的压铸方法的报告，从CAD模型1中提取的铸造信息。最近，注意力在个别的模具浇注系统的自动化或半自动化的设计要素上，但是有一点发表在这些领域的作品。压铸模具和注塑模具之间有一些相似之处，但前者有一个更为复杂的浇注系统。虽然注塑模具的供料和热流道系统的自动化设计进行了研究2,3，规则是不严格适用于压铸模具浇注系统设计。 IMOLD（智能模具设计和装配系统）是一种专门的半自动化的注塑模具设计4软件包，但是，由于其局限性，它不能直接用于压铸模具设计。1.2浇注系统的设计浇注系统是由几个浇注元素如：浇口，溢出，热流道，压铸储桶，和浇道组成的，是一个通道，通过它的molten822 S.H. Wu等系列。金属流入型腔5,6。由于在模具中的流动和热效应，模具的大小，形状，和浇注元素的位置是压铸的关键性能。在浇注系统设计的个例的基础上，有一些要注意的共同点。例如，溢出和压铸储桶通常是简单的形状，而热流道大多是在截面积一致。最常用的浇口分为两种类型：横向浇口和切向浇口。因此，它可以规范这些重复使用的浇注元素的几何形状。浇注系统应不仅旨在使金属成功进入型腔，也必须匹配每个压铸机，因为一个特定的浇注系统的压铸在不同的机器上是不同的。模具的浇注系统，不应超过本机的能力，并且设计应保持在满足设计要求的最低限度。1.3 P-Q2技术P-Q2技术，需要考虑到机器和压铸的特点，将显示模具是如何在压铸机内执行的6-8。机器的特性曲线描述了在给定的流量（Q）下多大的压力（P）的适用于金属机器。纵坐标代表金属压力和横坐标代表一个平方规模的流量，机器曲线是直线（图1）中的P-Q2图，它的表达方程式（1）： (1)Pmax在最大的金属压力作用下柱塞到达冲程终点时，Qmax是在柱塞为空射速度时的最大流量。柱塞的大小和射入速度设置是两个影响的机器曲线梯度的因素。一个有特定浇注系统的模具，有其自身的特性曲线。在模具中，浇口面积（Ag），金属压力和流量之间的关系可以由公式（2）决定的： (2)是金属的密度,Cd是模具的流量系数。因此，可以绘制其他表示模具的特性曲线的直线（图1）。模具曲线的梯度随着浇口面积的增大而降低。图1。一个特定模具和机器的P-Q2图。给定一个特定模具和机器可以从两条曲线的交汇点得知其浇口面积Ag，流量（Q）。使用相对公式计算可由填充速度（Vg）和填充时间（t）得出流量（Q）。 Vg和t的值反映了模具填充的质量。在压铸时，如果Vg太低，将留有很多空气和气孔;如果Vg太高，会发生模具冲蚀。 t值决定了压铸表面的质量。填充时间t越短，表面质量会越好，但是，t越短越不经济。有一些准则被用来选择最佳的Vg和t。根据使用指南，可以在尝试不同的浇铸面积，柱塞直径，浇铸速度时实现为最佳的流动条件找出最好的t和Vg组合。1.4参数化设计参数化设计的概念已纳入许多CAD/ CAM系统，如Unigraphics系统，Pro / Engineer的，和SolidWorks等。参数设计与多种变量尺寸设计有关，如：控制参数。它是一个用于创建基于参数模型的有效的工具。在本文中，参数模型所包含的原理形状和尺寸参数要首先定义和存储。任何具有相同拓扑的限制，但不同的尺寸的参数模型的变化，可以通过指定一组特定值的参数化模型的参数。这种方法使参数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扑结构。参数化设计，不仅提高了设计效率，还可以通过改变参数模型的参数，更简单快捷地更新和修改现有设计。9-11。1.5基于特征的设计基于特征的设计用于产品属性的功能定义设计和由一组几何参数表示的功能设计12。大多数CAD系统包含一个用于一般的设计形式的特征库。一些CAD软件提供了一些广泛使用的特征的标准形式，如孔，槽，圆柱，圆锥等。标准形式功能在某些应用中，可能还不够，例如，模具设计过程中反复使用了一些类似的的浇注元素，它有特定的几何结构，所以可以使用用户定义的功能。一个用户定义的功可执行一个独特的功能。具有丰富经验和专业知识的设计人员可以构建用户自定义的功能，这些用户自定义的功能有更多的功能上的意义和设计的目的。预定义的功能是存储在库中的一个参数化的模型或原型。当在设计中使用时，实例是通过参数模型创建的。2、方法本研究的方法是将P-Q2技术和基于特征的参数化设计结合在一起，为压铸模具823作浇注系统设计的。首先建立一个浇铸参数库，将浇铸参数的定义存储在库中。有需要时可以在库中增加额外的应用程序的特定功能。提出一种算法来计算如浇口面积，填充时间，填充速度的工艺参数。并且通过从库中检索出浇注元素，自动生成出几何参数。这种方法使设计人员能够使用预定义的功能完成模具的几何形状的设计，而不是从头开始建模。图2显示了浇注功能创建和检索过程的流程图。图2浇铸参数创建和检索的流程图2.1流量估计和工艺参数的测定在计算过程中的数据算法是基于P-Q2技术的，在最佳的流量条件下估计出最佳的模具和机器的组合。根据不同的表面质量要求的，确定临界值，填充时间和浇口的速度的规则，列于表1。当给予一定的柱塞尺寸，射出速度设置，浇口面积，计算充填时间和浇口速度，并与临界值进行比较。填充时间越短，表面质量越好，但它通常需要一个更大的浇口面积，这将增加取出浇注系统的难度。因此，填充时间和浇口速度的最佳组合将是一个填充时间和浇口的速度接近其临值（见表1）的平均值。表1 确定t和vg临界值的规则假设，压铸机经测试有Pmax和Qmax，并且其柱塞直径是d0，液压保持不变。如果型腔总体积为V，使用下面的算法得到最佳的流动条件：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 f0)f0 = f;Record current value of d, SpeedSetting, Ag,Q,t,vg;Print YN, Ag, Q, t, and vg to information windows;Increases Ag by Aginc;Increase SpeedSetting by 0.05; if (new plunger is available) change plunger size d;else (d = 0);if(optimal = 1) Output the recorded value of d, SpeedSetting,Ag,Q,t,vg to user interface;else Send massage “The machine is not suitable.”;导出上述条件的最佳的流动的过程就相当于在机器上进行了一系列的模具试验。输出包括浇口面积，填充时间，流量，和浇铸速度，以及柱塞直径和射出速度的数据设置，并存储在数据库中，然后用来确定浇注系统的几何参数和机器设置。在浇注系统设计的其他知识也适用于对已知的用户输入的数据的标准进行评估，或确定浇铸元素的几何参数。从设计师的经验以及手册和教科书等知识中获得，并且代表规则和功能方面6,13。例如，浇口深度应不超过0.8倍的压铸件厚度，最小的浇口深度由浇铸速度决定。建议系统采用一定的规则来检查用户输入的浇口深度值，以确保它在所需的值的范围内。该系统还能够计算总的预计零件的面积，估计所需的夹紧力。如果超出机器的锁模能力所需的夹紧力，它会提示用户更改腔、柱塞大小或液压的数量。其他规则可能有助于在一定的条件下，计算相关的尺寸，例如：给定宽高比的梯形热流道的截面积，系统824 S. H. Wu et al. 会自动计算截面轮廓的深度和宽度。2.2用户定义的选通功能创建和特征库浇注系统设计的其他知识也是Hoffmann 和 Joan-Arinyo 在定义两个子过程14的的功能中提出的一种方法。首先是使用标准的表格功能或现有的用户自定义功能创建几何形状。二是要定义的属性提取功能的信息，并捕捉几何和等式关系的限制因素。实例化过程中需要用户输入参数和选择匹配的基准，以生成和附加部分功能。Chen 和Wei 12提出了通过五个步骤来创建用户自定义特征的方法。在他们的做法中，用户自定义的功能是根据