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1、申请上海交通大学硕士学位论文注塑模具冷却系统关键技术研究与开发学 校 : 上 海 交 通 大 学院 系 : 材 料 科 学 与 工 程 学 院塑 性 成 形 技 术 与 装 备 研 究 院 专 业 : 材 料 科 学 与 工 程硕 士 生 : 王 玮研 究 方 向 : 模 具 CAD 及 其 开 发 技 术导 师 : 周 雄 辉 教 授上 海 交 通 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 塑 性 成 形 技 术 与 装 备 研 究 院 2013 年 2 月Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong Universityfor the Degr
2、ee of MasterKey Technology Research and System Development of Cooling Channels in Injection moldAuthor: WANG WeiSpecialty: Mold CAD and Development Technology Advisor I: Prof. ZHOU XionghuiInstitute of Forming Technology & Equipment, School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong Un
3、iversityShanghai, China February, 2013木 人 郑 重 声 明 : 所 M 交的学位论文注塑校 A 冷 却 系 统 乂 键 技 术 研 究 与 开 发 , 是 本 人 在 导 师 的 指 士 卜 , 独 、 : 进 行 研 究 丄 作 所 取 得 的 成 果 。 除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外 , 本 论 文 小 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 巳 经 发 七 或 撰 过 的 作 品 成 对 木 文 的 研 究 做 出 屯 要 贞 献 的 个 人 和 集 体 , 均 己 在 文 屮 以 明 确 方 式 标 明 。 木 人 完
4、伞 意 识 到 +声 明 的 法 律 结 见 由 本 人 承 担 。卞 位 论 文 作 开 签 名 : 3 #H 期 : 州 5?年 a 月 iin本 学 位 论 文 作 者 完 全 r 解 学 校 打 关 保 留 、 使 川 学 位 论 文 的 规 定 , 冋 意 学 校 保 留 并 向 国 家 街 关 部 n 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 , 允 许 论 文 被 査 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 七 海 交 通 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 , 可 以 采 用 影 印
5、、 缩 印 或 彳 H 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。保 密 , 在 _年 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。 木 学 位 论 文 属 于不 保 密 y(请 在 以 上 方 框 内 打 “/”)学 位 论 文 作 者 签 名 : 指 导 教 师 签 名 : L1 期 :祌 ) 年 a 月 彳 口 口 期 : 年 : 月 6 口注 塑 模 具 智 能 设 计 关 键 技 术 研 究 与 系 统 开 发摘 要在 注 塑 模 具 的 众 多 结 构 中 , 冷 却 系 统 作 为 注 塑 模 具 中 的 关 键 技 术 之 一 , 在 控 制 模具温度方面起着
6、至关重要的作用。冷却系统可以将熔融塑料固化成形过程中 释放 的大部分热量带走,能达到快速成形制品、均匀冷却、预防残余应力和不均 匀收缩 引起的翘曲变形、缩短成形周期的目的。冷却系统的设计是否合理有效, 既能影响 到产品的外观、质量和尺寸,还密切关系到产品的生产效率。因此,研 究提高模具 冷却系统设计质量与效果的智能 CAD 技术与方法,具有重要的理论与 实际应用价 值。在 此 背 景 下 , 本 文 以 企 业 实 际 需 求 为 依 托 , 致 力 于 注 塑 模 具 冷 却 系 统 的 研 究 与 开发。在全面分析总结相关理论与知识的基础上,将常见的冷却系统设计原则 和结 构融合在注塑模具
7、冷却系统开发中;针对冷却系统干涉检查工作量大,且干 涉后手 工调整冷却管道位置效率低的不足,综合考虑模具的温度、模具结构强度、 冷却回 路不能与模具零件发生干涉和模具的加工成本等因素,提出了基于遗传算 法的冷却 管道的交互设计和自动生成的两种实施方案,以及基于 hightower 算法的 冷却管道 的自动生成方案;对注塑模具冷却系统设计中常用的功能,如干涉检查、 冷却性能 评价、添加辅件等做了相应开发工作。最后运用 NX /OPEN API 和 VS 2010 为开发工具将算法实现,成功开发了一套基于:NX 的注塑模具冷却管理智能设计 系统。实例测试表明,该系统可以有效地提高注塑模具冷却系统设
8、计的质量与效率。关键词:注塑模具,冷却系统,自动排布,遗传算法,线探索法,干涉检查Key Technology Research and System Development of Cooling Channels in Injection moldABSTRACTAs one key technology among the main functional structures in the injection mold, cooling system plays a vital role in controlling mold temperature. Cooling system can
9、 take away most of the heat which is released by molten plastic in the process of solidification, which can help the product be cooled uniformly and quickly,prevent differential shrinkage and internal stress, shorten the moldingcycle. Not only the rationality of the cooling system design has an effe
10、ct on the dimensional accuracy, quality and appearance of the product, but also has a direct relationship with the efficiency of production. Therefore it is very important to research on the advanced technology and methods about how toimprove the mold cooling system design, which has an important si
11、gnificance in promoting the development of the injection mold CAD technology.Under the background, with the demands of enterprises, this paper is committed to the research about key technology in the cooling system in the injection mold as target object. The theories and knowledge of cooling system
12、in the injection mold is summarized completely. The system is integrated with the common principle and structure, including mold temperature, mold structurestrength, non-interference between the cooling channels and mold components and tooling cost. The system also takes the low efficiency of manual
13、 adjustment of cooling channels into account. The system gives interactive design and automatical generation based on genetic algorithm, as well as automatical generation based on hightower algorithm. Whafs more, the system developed common function in the cooling system including interference detec
14、tion function,the cooling channels design performance evaluation function and adding the accessories.According to the practical demands of the cooling system, an intelligent cooling system is developed with NX/OPEN API and vs2010.The results of example test that this system has greatly improved qual
15、ityKEY WORDS : injection mold, cooling system, automatic layout, genetic algorithm, hightower, interference detectionHI目 录才 商 胃 .IABSTRACT .II第 一 章 绪 论 .11.1 弓丨 W .11.2 注塑模具 CAD 技术的发展概况 .11.2.1 注塑模具设计发展过程 .11.2.2 注塑模具 CAD 技术发展趋势 .31.3 注塑模具冷却系统研究现状 .41.4 课题背景,研究意义及其研究的主要内容 .71.4.1 课题背景及研究意乂 .71.4.2 课
16、题研究的内容 .71.5 本章小结 .8第 二 章 冷 却 系 统 设 计 的 理 论 基 础 .92.1 弓丨 W .92.2 冷却系统对塑件成形的影响 .92.3 注塑模具冷却系统的设计 .102.3.1 注塑模具冷却系统设计原则 .102.3.2 注塑模具冷却系统设计方式 .102.4 注塑模具冷却系统的设计 .132.4.1 冷却性能指标 .132.4.2 加工制造成本指标 .142.4.3 模具结构强度指标 .152.5 本章小结 .16第 三 章 冷 却 管 道 排 布 的 关 键 技 术 与 算 法 .173.1 冷却系统智能设计功能模块 .173.2 基于遗传算法的冷却管道排布
17、 .183.2.1 遗传算法基本介绍 .183.2.2 基于遗传算法的冷却管道交互设计 .203.2.3 基于遗传算法的冷却管道自动生成 .233.3 基于路径生成算法的冷却管道自动生成 .293.3.1 路径生成算法基本介绍 .293.3.2 基于 hightower 算法的冷却管道自动生成 .303.4.1 干涉检查技术 .333.4.2 最小距离算法 .343.5 本章小结 .35第 四 章 注 塑 模 具 冷 却 系 统 辅 助 设 计 技 术 与 开 发 .374.1 注塑模具冷却系统交互设计 .384.1.1 外接直通式 .394.1.2 平面回路式 .464.1.3 多层回路式 .474.2 注塑模具冷却系统自动生成 .484.3 冷却管道设计性能评价功能 .494.4 干涉检查 .504.5 添加辅件 .514.6 本章小结 .54第 五 章 系 统 运 行 实 例 .555.1 系统菜单 .555.2 系统运行实例 .555.2.1 交互设计 .555.2.2 模具冷却系统设计 .605.3 本章小结 .62第 六 章 结 论 与 展 望 .636.1 结论 .636.2 展望 .64参 考 文 献 .65SC.69攻 读 硕 士 学 位 期 间 完 成 的 论 文 .70
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