模具專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--多自由曲面產(chǎn)品注塑模具分型線的自動(dòng)確定 中文版

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多自由曲面產(chǎn)品注塑模具分型線的自動(dòng)確定 邵 健 11 ,呂 震 22 ,柯映林 11 ( 1. 浙江大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所 , 浙江 杭州 310027 2. 浙江大學(xué)城市學(xué)院 , 浙江 杭州 310015 【關(guān)鍵詞 】 :模具 ,分型線 ,特征識(shí)別 ,有限元 【摘 要】 : 為有效地確定多自由曲面產(chǎn)品模具分型線問題 , 提出了一種將特征識(shí)別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方法。在該方法中 , 首先 , 提出了基于圖的特征識(shí)別方法來對(duì)產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識(shí)別 , 并在識(shí)別的基礎(chǔ)上對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行簡(jiǎn)化 ; 然后 , 提出了基于有限 元的離散方法 , 對(duì)簡(jiǎn)化的產(chǎn)品模型的所有組成面進(jìn)行離散 , 并根據(jù)網(wǎng)格面的可視性來判別組成面的可視性 ; 最后 , 將產(chǎn)品中的所有組成面分成可視面組、不可視面組和退化面組 , 并通過抽取可視面組或不可視面組的最大邊環(huán)來確定模具的分型線。研究實(shí)踐表明 , 通過該方法可以有效地解決多自由曲面產(chǎn)品模具分型線的確定問題 , 提高模具設(shè)計(jì)的效率。 中圖分類號(hào) : T 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A 1 引言 模具型腔的設(shè)計(jì)過程一般包括脫模方向的選擇、分型線的確定和分型面的生成 3個(gè)步驟。其中分型線的確定是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，不但影響到后 續(xù)分型面的生成，還對(duì)整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)和成本有很大的影響 具分型線的確定是比較簡(jiǎn)單的，但對(duì)于一些包含自由曲面的產(chǎn)品，模具的分型線往往難以確定。在一般的模具型腔設(shè)計(jì)過程中 ,分型線往往由模具工程師通過一些經(jīng)驗(yàn)的方式來判斷確定。但通過這種方式來確定模具的分型線，設(shè)計(jì)效率不高，同時(shí)由于設(shè)計(jì)者的疏忽也有可能造成分型線確定失誤的問題。因此探索分型線的自動(dòng)生成技術(shù)是模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。 2 相關(guān)研究 對(duì)分型線的確定 ， 有 3 類典型的方法 ： 1） 文獻(xiàn) [2] 等提出的通過拉伸零件最大投影輪廓線的方法來 確定產(chǎn)品的分型線 ； 2） 文獻(xiàn) [3] 等提出的通過對(duì)塑件模型切片來生成分型線的方法 ； 3） 文獻(xiàn) [4]等提出的通過對(duì)注塑件表面進(jìn)行分組并抽取最大邊環(huán)來自動(dòng)生成分型線的方法。在這 3 種方法中 ， 都沒有考慮產(chǎn)品中的側(cè)凹特征對(duì)模具分型線的影響 ， 對(duì)于多自由曲面產(chǎn)品，無法有效地確定模具的分型線。文獻(xiàn) [5]等雖在文獻(xiàn) [ 4] 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn) ,但對(duì)于多自由曲面產(chǎn)品 , 也無法有效地確定模具的分型線。 為此 ， 本文提出了一種將特征識(shí)別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方法 ， 不但考慮了側(cè)凹特征對(duì)模具分型線確定的影響 ， 提出了基于圖的 特征識(shí)別方法對(duì)產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識(shí)別 ， 還提出了基于有限元方法對(duì)包含自由曲面的產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散 ， 以解決自由曲面在模具分型線的確定過程中可能產(chǎn)生的歧義 ， 加快模具分型線的自動(dòng)確定過程。與前述的 3類分型線確定方法相比 ，該方法的主要特點(diǎn)在于 : 首先對(duì)產(chǎn)品中的側(cè)凹特征應(yīng)用提出的側(cè)凹特征識(shí)別方法進(jìn)行識(shí)別 , 并根據(jù)特征識(shí)別的結(jié)果簡(jiǎn)化產(chǎn)品模型 , 從而避免了側(cè)凹特征對(duì)模具分型線的影響 ； 應(yīng)用有限元離散方法對(duì)產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散 , 并根據(jù)網(wǎng)格面的可視性來綜合判斷產(chǎn)品模型表面的可視性 , 消除自由曲面在判斷面可視性時(shí)的不確定性。 3 基本概念 面的可見性 產(chǎn)品的表面一般由平面和自由曲面組成 , 一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品往往都由平面組成 , 但一些外形和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品 , 其表面則既包含平面 , 也包含自由曲面。對(duì)于平面來說 , 因?yàn)槠浞ㄏ蛭┮?, 所以一定為可視、不可視或過渡面中的一種。但對(duì)于曲面來說 , 由于其法向并不惟一 , 既有可能全為可視或不可視 , 也有可能部分可視、部分不可視。因此 , 要判斷曲面的可視性 , 必須應(yīng)用有限元方法。在有限元模型中 , 產(chǎn)品模型的表面往往離散為一些小的單元模型。由于這些單 元的表面都為平面 , 可以方便地判斷出這些單元的可視性 . ? ?? 示模具的脫模方向， ? ??面 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的法向，則可根據(jù)如下規(guī)則來判斷面的可視性：如果 ? ??? ??P>0, 則 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為可視面；如果 ? ??? ??未找到引用源。 0, 則 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為不可視面；如果 ? ??? ??P=0錯(cuò)誤 !未找到引用源。 則 未找到引用源。為過渡面。 一表面和復(fù)雜表面 所有表面的產(chǎn)品可以轉(zhuǎn)化為 二維網(wǎng)格對(duì)各 組成部分進(jìn)行有限元分析。網(wǎng)格包含以下三種類型： (a)可見網(wǎng)眼 (b)無形 的網(wǎng) (c)過渡網(wǎng)格。 設(shè) ? ?? 誤 !未找到引用源。 表示模具的脫模方向 ,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表示面 可根據(jù)如下規(guī)則來判斷網(wǎng)格的可視性：如果 ? ??? ??P>0錯(cuò)誤 !未找到引用源。 , 則錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為可視網(wǎng)格；如果 ? ??? ??未找到引用源。 0錯(cuò)誤 !未找到引用源。 , 則未找到引用源。 為不可視網(wǎng)格；如果? ??? ?? P =0錯(cuò)誤 !未找到引用源。 , 則 誤 !未找到引用源。 為過渡面。一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品往往都由平面組成 , 但一些外形和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品 , 其表面則既包含平面 , 也包含自由曲面。對(duì)于平面來說 , 因?yàn)槠浞ㄏ蛭┮?, 所以一定為可視、不可視或過渡面中的一種。但對(duì)于曲面來說 , 由于其法向并不惟一 , 既有可能全為可視或不可視 , 也有可能部分可視、部分不可視。因此 , 要判斷曲面的可視性 , 必須應(yīng)用有限元方法。在有限元模型中 , 產(chǎn)品模型的表面往往離散為一些小的單元模型。由于這些單元的表面都 為平面 , 可以方便地判斷出這些單元的可視性。一般情況下 ? ?? 示模具的脫模方向 ,圖 2 所示 , 圖 2a 為可視表面 , 所有的單元面均為可視單元面 ; 圖 2b 為不可視表面 , 所有的單元面均為不可視單元面 ; 圖 2c 為可視、不可視同存表面 , 在其 單元面中 , 既存在可視單元面 , 又存在不可視單元面和過渡單元面。其中“ +”表示可視單元面 , “ -”表示不可視單元面 ,“ 0”表示過渡單元面。 4 確定分型面的過程 化的產(chǎn)品模型 因?yàn)?側(cè)凹特征的存在會(huì)直接影響到模具分型線的正確確定。因此 , 在確定模具的分型線前 , 首先要對(duì)產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識(shí)別 , 并對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。識(shí)別特征的方法較多 [7] , 本文提出了一種基于圖的特征識(shí)別方法。在識(shí)別過程中 , 首先將產(chǎn)品模型用面屬性鄰接圖 ( 8] 的方式表示，然后通過在產(chǎn)品 搜索側(cè)凹特征子圖的方式來識(shí)別側(cè)凹特征。 圖 1 所示為 3 種典型類型的側(cè)凹特征的子圖。圖 1a 為一凹類型的側(cè)凹特征及其子圖 U， 該側(cè)凹特征只有一個(gè)特征生成面 ( 側(cè)凹特征附著的面 ) 在割集( 將側(cè)凹特征的子圖從產(chǎn)品 中分離出來的一組邊 ) A c 中 , 所有的邊都為凸邊 ， 在子圖 所有的邊都為凹邊 ； 圖 1b 為一凸類型的側(cè)凹特征及其子圖U, 該側(cè)凹特征也只有一個(gè)特征生成面 在割集 , 所有的邊都為凹邊 , 在子圖 U 中 ,所有的邊都為凸 邊 ; 圖 1c 所示為一通孔類型的側(cè)凹特征 , 該側(cè)凹特征有兩個(gè)特征生成面 在割集 , 所有的邊都為凸邊 , 在子圖 U 中 , 所有的邊都為凹邊。在子圖匹配的過程中 , 如果對(duì)產(chǎn)品的 用遍歷方式進(jìn)行搜索 , 則搜索的時(shí)間將會(huì)非常長(zhǎng)。因此 , 在實(shí)際的搜索過程中 , 總是先找到產(chǎn)品中所有的特征生成面然后再確定子圖的割集 , 并利用割集將產(chǎn)品的 分解為兩部分 , 一部分為產(chǎn)品 一部分為側(cè)凹特征 凹特征識(shí)別后 , 為了方便模具分型線的確定 , 還需要對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行簡(jiǎn)化 , 簡(jiǎn) 化的過程即產(chǎn)品構(gòu)的過程。 品模型轉(zhuǎn)化 簡(jiǎn)化模型后 ,產(chǎn)品將會(huì)被轉(zhuǎn) 換成采用離散曲面模型 ,采用有限元分析方法。無論怎樣的平面 ,曲面或自由曲面產(chǎn)品模型可以表示為 2維表面網(wǎng)格，轉(zhuǎn)換過程如圖 4所示。 該產(chǎn)品模型可以描述為 ? ? ；其中Ω代表了產(chǎn)品的模型； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 代表模型的每個(gè)表面； 樣一來，每一個(gè)外表面即可表示為 ? ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ；其中 角形或四邊形網(wǎng)格是當(dāng)前常用的轉(zhuǎn)化過程。雖然網(wǎng)格的數(shù)量是由經(jīng)驗(yàn)確定的 ,有一些原則是可以照辦，例如網(wǎng)格的數(shù)量的多少表面與表面的曲 率有關(guān)。網(wǎng)格的數(shù)量越大 ,其表面曲率越大。 離復(fù)雜表面 產(chǎn)品中可視、不可視同存的表面 , 稱為復(fù)合產(chǎn)品表面 , 而對(duì)于單一的可視面或不可視面 , 則稱為單一產(chǎn)品表面。在確定模具的分型線前 , 必須將復(fù)合產(chǎn)品表面分解為單一產(chǎn)品表面 , 從而在將這些產(chǎn)品表面歸入可視或不可視面組時(shí) , 就不會(huì)產(chǎn)生二義性。在對(duì)復(fù)合 產(chǎn)品表面進(jìn)行分解前 , 首先要獲取這些產(chǎn)品表面對(duì)應(yīng)脫模方向的最大外輪廓線 , 以最大輪廓線為界 , 復(fù)合產(chǎn)品表面就可以分解為單一產(chǎn)品表面。在分解過程中 , 首先要做 1個(gè)垂直于產(chǎn)品脫模方向的平面為投影平面 , 并將產(chǎn)品表面投影到投影平面上。投影后 , 首先找到產(chǎn)品表面在投影平面上的投影輪廓線 , 然后沿脫模方向拉伸投影輪廓線并與產(chǎn)品表面相交 , 則所確定的交線即為該產(chǎn)品表面的最大外輪廓線。如圖 3 所示為復(fù)合產(chǎn)品表面的分解過程示意。圖中的 Λ 表示投影平面。 S+ 和 經(jīng)過分解后的單一產(chǎn)品表面 ,S+ 表示可視表面 , 示不可視表面。 模具的分型線即為產(chǎn)品中可視面組和不可視面組的最大邊環(huán) , 因此 , 為了正確地確定模具的分型線 , 首先要將產(chǎn)品中所有過渡面調(diào)整到可視面組或不可視面組中去。在調(diào)整過程中 , 首先要判斷過渡面最大輪廓線與可視面組或不可視面組最大邊環(huán)的關(guān)系。 (1) 如果過渡面的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 大輪廓線在可視面組的最大邊環(huán)內(nèi) , 則將過渡面調(diào)整到可視面組中去 , 調(diào)整規(guī)則表述為33 ? .(2) 如果過 渡面的最大輪廓線在不可視面組的最大邊環(huán)內(nèi) , 則將過渡面調(diào)整到不可視面組中去 , 調(diào)整規(guī)則表述為 :33 ?其中 , 示產(chǎn)品中的可視面組 , 示產(chǎn)品中的不可視面組 , 示產(chǎn)品中的過渡面組 , 33 中的第 ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 )(3 )(3錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表示不可視面組的最大邊環(huán)。設(shè)過渡面組 3中的面組為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 '3G, 調(diào)整到 的面組為'3G 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 , 則最后確定的模具的分型線為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。)()( 3231 ???? 。 5 實(shí)例研究 本文提出的多自由曲面產(chǎn)品模具分型線的確定方法已在注塑模具型腔設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) , 系統(tǒng)的開發(fā)基于 U G 平臺(tái) , 開發(fā)工具為 + 和 U G/ 基于 臺(tái)的一組 2 次開發(fā)工具 , 包括 U G/ 用程序界面 ( A io , 。該開發(fā)工具可以使用戶方便地對(duì)產(chǎn)品 B- r 型中的幾何和拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行操作 , 實(shí)現(xiàn)用戶的自定義功能。 圖 4 所示為某汽車車燈產(chǎn)品的產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品模型中 , 不但存在側(cè)凹特征 , 同時(shí)模型表面也存在自由曲面 , 因此在確定零件的模具分型線前 , 首先要對(duì)產(chǎn)品模型中的側(cè)凹特征進(jìn)行識(shí)別并對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。因?yàn)榇_定的脫模方向?yàn)?Z 軸方向 , 所以在產(chǎn)品模型中 , 實(shí)際的側(cè)凹特征為產(chǎn)品側(cè)壁的通風(fēng) 孔。產(chǎn)品中另外的特征 , 由于其特征方向都與脫模方向一致 , 并不構(gòu)成真正的側(cè)凹特征。圖 4b 所示為經(jīng)過簡(jiǎn)化后的產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型簡(jiǎn)化后 , 即可應(yīng)用有限元方法對(duì)簡(jiǎn)化產(chǎn)品模型的表面進(jìn)行離散。本例中采用的網(wǎng)格為四邊形網(wǎng)格 , 網(wǎng)格單位為 8, 離散后的產(chǎn)品模型如圖 4c 所示。對(duì)所有的網(wǎng)格面確定其可視性 , 并由此來判斷模型表面的可視性。由于在該產(chǎn)品模型中并不存在復(fù)合產(chǎn)品表面 , 可以直接將所有的產(chǎn)品表面歸入可視面組、不可視面組和過渡面組中。在將所有的過渡面通過調(diào)整規(guī)則調(diào)整到可視面組和不可視面組之后 , 即可確定模具的分型線。 圖 4d 所示為最終經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)確定的該測(cè)試產(chǎn)品的模具分型線。 6 結(jié)束語 本文提出了一種將特征識(shí)別技術(shù)和有限元方法相結(jié)合的模具分型線確定方法 , 可以有效地確定多自由曲面產(chǎn)品的模型分型線的問題 , 從而縮短模具設(shè)計(jì)的周期 , 提高模具設(shè)計(jì)的效率。通過對(duì)數(shù)十個(gè)多自由曲面產(chǎn)品的測(cè)試表明 , 系統(tǒng)自動(dòng)確定的模具分型線與設(shè)計(jì)師依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷確定的模具分型線的情況完全吻合。目前 , 該方法已經(jīng)應(yīng)用于筆者所開 發(fā)的注塑模具型腔設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中 , 運(yùn)行情況良好。 參考文獻(xiàn) [1] , N, “ 1251990. 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