为了提高塑料制品的生产效率和降低生产成本，一模多腔的模具结构得到了越来越广泛地应用。多腔模具需要复杂的流道结构支持，所以流道布局的设计非常重要，直接影响了塑件的成型质量。目前对于流道布局方面的研究较少，设计师在进行流道布局设计时主要依靠自己的知识和经验，这对缺乏经验的设计师而言往往需要耗费较多的时间。

针对以上问题，提出了一种注射模流道自动布局方法，通过对流道单元的拓扑建模，构建了流道单元的拓扑模板库，基于该模板库可以实现流道布局拓扑模型的构建。对于模型构建过程中可能存在的多种布局方案，设计了一种模糊评价方法来对流道布局方案进行评价。

图1 注射模流道自动布局流程

注射模流道自动布局流程如图1所示，主要包括初始信息输入、拓扑模型转化、流道布局方案生成和模糊评价4个模块。

初始输入信息包括型腔布局方案、塑件浇口位置和模具参数等。型腔布局方案和塑件浇口位置既可以通过系统提供的型腔布局模块和浇口分析模块来确定，也可以由设计师手动设计。模具的参数信息包括模具的结构和尺寸等。初始输入信息决定了最终生成的流道布局方案。

为了对流道布局进行拓扑建模，初始信息输入后需要完成从几何模型向拓扑模型的转化。塑件的几何模型是三维的，而流道的布局一般是在同一个平面上，所以需要将塑件的几何模型向流道平面进行投影。塑件的浇口位置和主流道的位置也要相应地从几何空间映射到流道平面。经过以上处理后，所有的准备工作便已就绪。

流道布局方案生成是实现注射模流道自动布局的关键。在流道布局方案生成过程中，拓扑模板数据库提供了必要的支持，它包含了各种常见的流道单元，采用了标准的数据库分层结构，支持设计师的个性化定制和扩展。在满足约束条件的情况下，拓扑模板通过相互组合和连接最终生成流道的布局方案。

在流道布局方案生成过程中，可能存在多个可行方案，为了方便设计师对布局方案的选择，系统引入了一种模糊评价方法，该方法通过选取流道平衡性和原料利用率作为评价因子，建立了布局方案的模糊评价机制。

根据注射模流道布局的拓扑和结构特征对其进行自顶向下的递归分解，最终得到的不可再分的流道基本构成单位，称为流道单元。流道单元可以看作是具有特定拓扑和结构形式的流道布局基本设计单位，通过将不同流道单元按照一定规则进行组装，可以得到多种流道布局方案。因为常见流道单元的拓扑和结构形式比较固定，所以可以将模板技术引入到流道单元的建模中来，流道单元的拓扑模板可以形式化的描述为：

<Topological Template> ::= <ID><Objects><Parameters><Rules>

其中<ID>表示流道单元拓扑模板名称，是模板的唯一标识；<Objects>表示组成流道单元拓扑模板的对象，主要包括一些特征点和特征线；<Parame⁃ters>表示流道单元拓扑模板的工程参数，通过编辑这些参数可以完成流道单元拓扑模板的实例化；<Rules>表示约束规则集合，它不仅刻画了模板组成对象之间必须遵循的规则和约束，同时也描述了该模板和其他模板进行信息交换、支持协同操作的标准。

流道单元拓扑模板的参数化模型创建完成后，模板的工程参数信息会记录在表格中。

流道布局拓扑模型的构建是一个自底向上对流道建模的过程，它从浇口位置点开始沿横向和纵向2个方向逐步收敛到主流道进浇点。横向收敛主要是对浇口位置点进行等量分组，然后建立各个子分组内拓扑单元的连接，纵向收敛是建立分组与分组之间拓扑单元的连接。收敛必须遵循对等原则，即各分组中采用的流道单元和连接情况相同，并以相同的方式建立上级串联单元。所以在自底向上的建模过程中，只要完成一个单元分组的收敛，即可推导出整个流道布局模型。

对浇口位置点进行等量分组，计算每个分组Li的中心点位置Oi，以O为入口点，Li中的点为出口点，通过模板匹配，构建流道单元Ui，将Ui的入口点添加到容器V中。

将V中所有的入口点重新进行分组，然后递归执行第1步，直至主流道的熔体入口。

平衡式1模6腔模具的流道布局建模过程示意图如图3所示。根据分组方式的不同，流道布局存在2种可行方案，如图3所示。在这2种方案中，L1、L2和L3分组采用流道单元（2-1）进行连接，L0采用流道单元（3-1）进行连接，在连接时流道单元（3-1）的3个出口点分别与L1、L2和L3分组中流道单元的入口点相连。

对于某种型腔布局方式，在进行流道布局拓扑建模时可能存在多种流道布局方案。为了使设计师能够方便地选择其中较优的方案，必须对这些布局方案的优劣做出评判。因此，模糊评价方法的引入就显得十分必要了。

模糊综合评价是伴随模糊数学发展而兴起的一种新型多因素评价方法，非常适合解决受多种因素影响的非确定问题。在运用模糊评价方法时，一个很重要的问题就是评价因素的确定。从生产实际出发，选择从流道平衡性和原料利用率2个方面对得到的流道布局方案进行评价。流道平衡性反映的是塑件质量控制方面的要求，而原料利用率反映的则是成本控制方面的要求，选用的这2个评价指标可以比较全面地对流道布局方案进行评价，符合模糊评价标准选定的原则。流道布局方案的评价标准用下式表示：

体的情况做出更准确的评价。例如，当塑件质量要求较高时，设计师可能会将I b设置为高，I c设置为低。而当塑件原料成本较高时，设计师可能将I b设置为一般，Ic设置为高。

式中：Lmax——主流道到最远型腔的距离，mm；Lmin——主流道到最近型腔的距离，mm。

式（2）给出了一种评价流道布局平衡性的近似方法，由定义可知，流道平衡因子的取值范围为(0,1]，自然平衡流道的流道平衡因子达到最大值1。

原料利用因子Ic。在塑件生产过程中，原料的损耗主要体现在流道凝料上，流道是熔体流入型腔的通道，在模具每次开合模后流道凝料会作为废料从模具中顶出，所以流道凝料是造成原料浪费的关键因素。为了评价原料损耗在流道布局设计中的影响，引入原料利用因子Ic评价指标，其计算公式如下：

对于某种型腔布局的多个流道布局方案，型腔的总体积都是一样的，流道的当量直径大致相同，所以它们的原料利用因子的差别主要体现在流道的总长度上。一般流道的总长度越长，原料利用因子的值越小，流道总长度越短，原料利用因子的值越大。

来源：模具工业