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1、适用于饮料容器注塑模具的模块化设计适用于饮料容器注塑模具的模块化设计适用于饮料容器注塑模具的模块化设计摘要 本工作采用模块化设计理念设计饮料容器的注塑模具。本研究旨在找出一种控制模具开发成本和时间的关系并提高产品设计的方法。这项调查包括两部分：功能编码和建立标准作业程序，专门设计用于饮料容器的注塑模具设计和制造。第一，注塑模具被分成几个模块，每个具有特定功能。每个模块又分为几种结构单元，具有子功能或分包功能。第二，每个单元的尺寸和规格都被标准化，每个兼容接口都是由相关单元构成。本工作采用了一个杯形的饮料容器，用于实验模块化设计方法的性能评估。实验结果表明，与传统方法相比，制造注塑模具的模块化设

2、计方法缩短了36的开发时间和降低1923的成本。同时，在不同的产品设计的方面，模块化的设计思想能帮助设计师。此外，该功能的代码，有助于有效地管理和维护产品和模具。关键词 饮料容器、注塑模具、模块化设计、产品家族一、序言 最近，越来越多的市场竞争和日益不同客户的需求已经迫使竞争对手增加了他们推出新产品到市场的速度。然而，开发一个大规模生产的模具需要考虑的因素很多，包括产品的几何形状，尺寸，精度，从而会导致产品开发时间延长。引入模块化设计理念到产品设计中是促进产品的开发一个关键，因为它增加了设计的灵活性和缩短交货时间1-4。同时，高水平的产品模块化提高了产品创新性，灵活性和客户服务5。模块化用于分

3、割一个复杂的产品为可以独立创建并能很容易被互换使用的模块6，7。有三个可实现模块化的一般领域，包括设计中的模块化（MID），使用中的模块化（MIU），生产中的模块化（MIP）8。 MID的涉及规范执行特定功能的基本结构单元，从而促进了柔性装配的各种产品9，10。 MID可以揭示产品的结构，即不同的产品之间的关系。相关产品被称为产品系列，包括基本的和具体的功能。多用途设计可以提高开发的产品系列的利益，从而降低生产成本11，12。 MIU是以消费者为导向，以满足便于使用和个别产品的分解。 MIP实现了用工厂的地板联合大量的组件模块，这些模块进行组装脱线，然后带到主装配线被纳入到一个小和一系列简单的

4、任务中。MID已被广泛应用于许多领域，在降低成本和设计的多样性中产生了显着效果13，14。然而，采用模块化设计模具的实证研究是有限的15-18。因此，本研究旨在通过采用模块化设计和开发出一个用于饮料容器注塑模具的标准作业程序来降低模具开发时间，这将由几十甚至上百个组件组成。二、注塑模具设计的一般程序基本上，注塑模具一套包括两个主要组成部分，凹模和凸模。熔融塑料通过一个凹模浇道进入型腔。浇道指引熔融塑料的流动通过流道和浇口进入型腔几何以形成所需的部分。型腔内壁与开模方向平行的一部分是通常有一定的角度方便开模。脱模角度选择主要是依赖腔的深度和塑料材料的收缩率。通常模具的设计使模具打开时成型零件在凸

5、模上。顶针或推板被放置在模具的任意一边，推动成品成型的产品或热流道系统。冷却的标准方法是让冷却液通过一系列孔钻过模具板，并通过软管连接在一起，形成一个连续的途径。从模具冷却液吸收热量，并保持在一个适当的温度来巩固塑料模具是最有效的方式。为了减轻维护和排气，型腔和型芯被分开称为插入件。通过不同的插入件，一个模具可以使相同部分有几个变化。一般的模具设计过程中包含两部分19：零件设计和模具设计。零件设计过程中主要包含五个步骤：定义主要开模方向，确定芯和型腔，收缩率计算，确定开模的角度，然后再确定分型线。模具设计过程中主要包括模具材料的选择，定位成型零件，设计型芯和型腔，设计组件，设计冷却剂通道，创建

6、复位杆，加顶杆，创造浇口和流道，加入定位环和浇口衬套等。三、饮料容器的应用模块化设计本研究适用于饮料容器的注塑模具的模块化设计，通过五个阶段的过程中，如下：（1）产品分类和机器规格，（2）根据功能模块划分为注塑模具，（3）划分为单独的模块子功能，设计和组装的各单位之间的关系，（4）结构单元的标准化，（5）编码标准的结构单元的多个单位。下面将详细介绍这些单个进程。3.1 产品分类和机器规格这一步的分类基于其几何形状和尺寸的饮料容器，并选择最合适的规格生产的机器。注塑机的五大参数，包括足够的锁模力，足够的理论注射容积，拉杆之间有足够的距离，足够的模具厚度范围，和足够的锁模压力。3.2 基于功能的注

7、塑模具模块划分这一步划分成几个模块与各个功能设置的模具。分工的原则，包括一般规则，表决规则，适用规则，交换规则。一般来说，模块必须包含所有的功能饮料容器的注塑模具。在各功能模块的划分规则，必须至少包含一个基本的功能和各单位必须履行其自己的特定功能。至于适用的规则，履行单一功能的单位是首选。对于交换规则，基本单位应该是模块之间的互换后分裂成产品系列模具。 3.3 划分成多个单位与子功能模块设计和组装的各单位之间的关系图1说明了饮料容器模具，其中包括几个功能模块的结构。各个模块的功能得到进一步扩展到通过子功能或子子功能的结构单元。划分模块，包括夹紧模块，热流道模块，成型模块，弹出模块和指导模块。在

8、注塑机上的个别单位和模块精确定位夹紧模块功能。热流道模块是保持通过加热熔融塑料的流动性。成型模块控制注塑零件的几何形状和尺寸精度。退出模块退出从模腔注塑零件。准确定位在男性和女性的模具合模工作的指导模块。 3.3.1 几何设计结构元素 标准的结构元素配制成半成品，完成成品的几何轮廓，从而大大缩短制造模具的交货时间。图2所示的模块化设计，模具开发过程中与传统工艺之间的比较。标准的结构元素，因为他们预先制造成一般的形状，并要求最小的制造业产生成品，生产速度快。 图3显示了在这项研究中研究的饮料容器的几何图案。模具对产品的形状最好的体现，是有一个简单的几何形状。例如，圆柱体和长方体分别代表杯型和盆型

9、容器。其余的组件模块化，用堆放打块类似的方式以促进其有效整合成一套完整的注塑模具。 3.3.2 结构单元设计大会 数以百计的结构要素参与新产品开发，每个都含有大量的尺寸。组装这样一个复杂的系统可能经常失败，因为发生在尺寸小的失误。本研究定义涉及与工会尺寸的相互装配关系结构元素的尺寸。这些尺寸被简化为一个傻瓜打样效果。组装结构元素的程序介绍如下： （1）模块组装 两条线将模具分为四个装配模块。第一条线是定义的凹模和凸模的模具分型线。第二条线定义前部和后部的热流道板之间的边界。装配顺序如下凸模，凹模，热流道板前，后部热流道板的顺序。 （2）装配方向单位 每个单位属于上述四个组装模块组装在一个序列，

10、即确定注塑零件的外观尺寸，进一步确认产品相关的模具插入和模具尺寸腔，模具插入固定夹紧模块，确定热流道模块的尺寸，用母模结构部件计算夹板精确的尺寸，最后选择注塑机的规格。主要装配顺序如下产品，模具刀片，夹紧板，注塑机。 3.4 结构单元的标准化 为饮料容器的注塑模具的结构单位，产品系列的概念进一步引入增加的共性和各职能单位之间的互换性。图4说明了一个相互替代的冷却系统的例子。此外，图 5显示了各种产品的家庭使用的顶出系统的设计。3.4.1 冷却系统的设计冷却系统包括两个单位：凸模冷却装置和凹模冷却装置。凸模冷却装置，包括喷泉，双螺旋，单螺旋和块板，冷却效率在递减顺序列出的类型。基于制造成本和散热

11、效果，双螺旋式的优先次序。至于凹模冷却装置，它包括多段，块板，U形，冷却效率在递减顺序列出的线性类型。块板在制造成本和散热效果的基础上优先考虑。 3.4.2 弹射装置的设计 饮料容器通常是薄壁和理想的弹射机制是空气喷射器，基于防止注塑部件损坏的可取性。作为注塑材料，高收缩，推板，可以选择顺利分开的产品和模具。空气喷射器的设计采用了两个模具插入，即，一个L型插座和一个线式插座周围的出风口。在L型插座的空气进入外围的模具插入和从注塑模具分割为模具插入部分。空气中的线式插座是注入底部，然后从模腔中弹出。推板推出一个型芯或推出一腔模具的成型零件。它是连接到一个型芯和线性移动的关键。3.5 编码标准的结

12、构单元指定结构单元的尺寸后，本次调查引入了编码系统，以协助管理这些组件和单位。 3.5.1 结构单元代码 本研究使用三个数字编码所有结构单元（图6a）。第一个数字为主要功能的代码，其中代表产品的几何形状和尺寸，象征着标准化的结构单元。第二位是子功能代码，代表材料，被广泛用于结构单元的材料清单（BOM）的帐单。第三位数字代表每个结构单元的特点，包括产品，家庭和尺寸的代码。 3.5.2 产品识别复杂的代码 此代码是专为快速搜索的结构单位，在产品开发过程中相互交换。此代码集成在一个特定的容器的制造与相关的所有结构单元，也揭示了模具的几何形状和尺寸，产品特点的信息，如图6B所示。四、容器产品开发程序

13、基于上述的模块化设计方法，设计饮料容器注塑模具标准作业程序可以生成。因此，按着程序可以很容易地设计新产品的模具，并确定互换的结构单元，它可以帮助有效地管理和维护产品和模具。图7显示了饮料容器的注塑模具设计标准作业程序。过程包括九个步骤如下所示。 第1步。产品规格确认：为了准确地描述几何形状，尺寸精度高，产品质量特性，这一步定义的产品与它的几何的特点，如宽度，高度，投影面积和重量。 第2步。制造设施分析：基于信息从第1步，最适合的注射成型机是由检查规范，如锁模力，模具厚度，数量，范围和日光。 第3步。注塑模具的模块化设计：通过塑造成几个功能模块的功能分工，一个特定的容器的注塑模具能迅速和轻松地开

14、发模块堆叠。模块设计，包括模具凸模，凹模模块，热流道模块，和其他模块。 第4步。产品和单位编码：每个结构单元被分配一个组件代码，然后将其产品的特点相结合，产生复杂的产品识别码。因此，相互交换的单位可在产品开发阶段。此外，代码系统简化了模具的维护和产品管理。 第5步。模块化对象名单：根据从第3步的结构规格，注塑模具所有组在BOM中列出。例如，图8作为一个杯形注塑模具BOM的例子如图所示。这一步，有利于在随后的报价和生产调度过程中便于操作。 第6步。组件图：由于结构单元的尺寸是半成品，在步骤5中列出的BOM信息仅仅是模具设计的初始阶段。为工程的目的，所有为满足顾客的要求和规范设计的注塑模具的结构单

15、元必须在绘制工程图纸上体现。 第7步。结构单元制造：BOM和组件绘图产生，分别在步骤5和6的信息，这一步使工厂车间进一步制造的注塑模具。第8步。模具装配和检验：这一步检查各单位在第7步，以保证模具制造质量。基于模具的装配图，相关模块和结构单位的位置准确地组装。例如，图 9给出了一个咖啡杯的注塑模具，它是用来确认每个组件的关系装配图。 第9步。模具测试和批量生产：完成上述八个步骤后，最后一步进行测试模具、注塑机，并实现批量生产。五、验证和讨论 这项研究采用了一个杯形的饮料容器实验的模块化设计方法的性能评估。由于结构单元的规格，使最初的单元形状的预处理只需要本地预处理，以获得精确的尺寸，在模具开发

16、中模具开发时间将大大减少。表1列出了一个杯形的容器中的模具开发，表明采用模块化设计，模具开发时间与传统工艺相比减少约36。而高效的制造和设计相结合的材料，使一批采购的组件规格标准化可以降低总的生产成本。表2列出了一个杯形的容器模具开发和采用模块化设计时发现与传统工艺相比，模具的制造成本降低了1923，。此外，采用模块化设计还具有其他优势，如： 1。以客户为导向的设计：饮料容器的注塑模具的模块化设计增加多样性，涉及分割成五个主要功能模块和14个子功能结构单元的模具。通过创建一个单位之间的相互兼容的接口，个别结构单元已经规范和标准化。此外，在注射装置冷却效果的结构与各种功能的家庭定义中产品含有不同

17、类型的模具插入的冷却装置和不同类型的弹出效果。每个单位是可以更换，促进产品的装配和拆卸，提高设计的灵活性，提高生产者的能力，以适应市场变化，满足各类客户的需求。 2。提供信息，以方便快速的产品开发：使用标准的功能模块和结构单位的编码系统，使建设一个标准的产品开发过程。此过程使设计人员能够迅速遵循正确的设计步骤，并进一步完善详细的注塑模具设计。 3。维护产品和模具的有效管理：开发的编码系统，使快速反应，提供可用的组件是从股票持有单位之间的相互更换，以修复查询。此外，产品和产品特性的信息结构单元的编码使用一个专门的个人识别号码，以促进新产品开发。六、结论 本研究采用模块化设计理论和原则制造饮料容器

18、的注塑模具。可以更换的标准组件的模具设计标准作业程序的开发已被证明。这项工作提出了模块化设计思想，研究了作为一个单一的杯形和盆形的容器注塑模具，在节省时间和降低生产成本方面产生了有效的结果。基于饮料容器的数据，建造标准结构单元，应用计算机辅助设计和计算机辅助制造，揭示了模块化设计的效果。实际案例研究表明，标准作业程序使各类产品的标准组件的设计简单，从而可以大大减少工作时间和成本。因此该方法是在饮料容器的模具设计是可行的，也适用于其他注塑模具。对于长期的模具开发，产品使用的普通单位购买一批有经济效率的产品应该是有价值的。参考文献1. Mota JQ, Castro LM (2004) Indus

19、trial agglomerations as localized networks: the case of the Portuguese injection industry. Environ Plan 36(2):2632782. Pine B, Pietrocini T (1993) Standard modules allow mass customization at bally engineered structures. Plann Rev 21:203. Shirley GV (1992) Technical change and manufacturing for comp

20、etitive manufacturing. Integrating design and manufacturing for competitive advantage 821034. Feitzinger E, Lee HL (1997) Mass customization at HewlettPackard: the power of postponement. Harvard Bus Rev 75(1):1161215. Lau KW, Yam CM, Tang E (2009) The complementarity of internal integration and prod

21、uct modularity: an empirical study of their interaction effect on competitive capabilities. J Eng Tech Manage 26:3053266. Stone R, Wood K (2002) A heuristic method for identifying modules for product architectures. Design Stud 21:5317. Salhieh SM, Kamrani AK (2008) Modular design. Int J Adv Manuf Te

22、ch 207226. doi:10.1007/978-0-387-47321-5_108. Pandremenos J, Paralikas J, Salonitis K, Chryssolouris G (2009) Modularity concepts for the automotive industry: a critical review. CIRP J Manuf Sci Tech 1:1481529. Baldwin CY, Clark KB (1997) Managing in an age of modularity. Harv Bus Rev 75:849310. Ulr

23、ich K (1995) The role of product architecture in the manufacturing firm. Res Policy 24:41944011. Meyer MH, Utterback JM (1993) The product family and the dynamics of core capability. Sloan Manage Rev 25:294712. Hsiao SW, Liu E (2005) A structural component-based approach for designing product family

24、. Comput Ind 56:132813. Lau KW, Yam CM, Tang E (2007) The impact of product modularity on competitive capabilities and performance: an empirical study. Int J Prod Econ 105:12014. Gershenson JK, Prasad GJ, Zhang Y (2003) Product modularity: definitions and benefits. J Eng Design 14:29531315. Jong WR,

25、 Wu CH, Liu HH, Li MY (2009) A collaborative navigation system for concurrent mold design. Int J Adv Manuf Tech 40:21522416. Chin LS, Mok CK, Zu X (2007) Modeling and performance simulation of mould-design process. Int J Adv Manuf Tech 34:23625117. Cho Y, Leem C, Kitae S (2006) An assessment of the

26、level of informatization in the Korea mold industry as a prerequisite for ecollaboration:an exploratory empirical investigation. Int J Adv Manuf Tech 29:89791118. Nagahanumaiah RR, Mukherjee NP (2005) An integrated framework for die and mold cost estimation using design features and tooling parameters. Int J Adv Manuf Tech 26:1138114919. Rosato DV, Rosato DV (1995) Injection molding handbook, 2nd edn. International Thomson Publishing, USA