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.doc

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3100272.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別方法來對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別,并在識別的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化；然后,提出了基于有限元的離散方法,對簡化的產(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:TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A1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，還對整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)和成本有很大的影響.對于一些規(guī)則產(chǎn)品，模具分型線的確定是比較簡單的，但對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)重要研究內(nèi)容。2相關(guān)研究對分型線的確定，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)凹特征對模具分型線的影響，對于多自由曲面產(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)凹特征對模具分型線確定的影響，提出了基于圖的特征識別方法對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別，還提出了基于有限元方法對包含自由曲面的產(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:1.在確定模具分型線前,首先對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征應(yīng)用提出的側(cè)凹特征識別方法進(jìn)行識別,并根據(jù)特征識別的結(jié)果簡化產(chǎn)品模型,從而避免了側(cè)凹特征對模具分型線的影響；2.型簡化后,應(yīng)用有限元離散方法對產(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3.1表面的可見性產(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.DP表示模具的脫模方向，iL表示面錯(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iDLP0,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iDLP錯(cuò)誤!未找到引用源。0,則錯(cuò)誤!未找到引用源。為不可視面；如果iDLP=0錯(cuò)誤!未找到引用源。則Ft錯(cuò)誤!未找到引用源。為過渡面。3.2單一表面和復(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)DP錯(cuò)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Fi的法向，則可根據(jù)如下規(guī)則來判斷網(wǎng)格的可視性：如果iDLP0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iDLP錯(cuò)誤!未找到引用源。0錯(cuò)誤!未找到引用源。,則iF錯(cuò)誤!未找到引用源。為不可視網(wǎng)格；如果iDLP=0錯(cuò)誤!未找到引用源。,則iF錯(cuò)誤!未找到引用源。為過渡面。一些簡單的產(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DP表示模具的脫模方向,Lji表示單元面Fji的法向。如圖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4.1簡化的產(chǎn)品模型因?yàn)閭?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,首先要對產(chǎn)品中的側(cè)凹特征進(jìn)行識別,并對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化。識別特征的方法較多7,本文提出了一種基于圖的特征識別方法。在識別過程中,首先將產(chǎn)品模型用面屬性鄰接圖(FaceAttributeAdjacencyGraph,FAAG)8的方式表示，然后通過在產(chǎn)品FAAG中搜索側(cè)凹特征子圖的方式來識別側(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)n1,在割集(將側(cè)凹特征的子圖從產(chǎn)品FAAG圖中分離出來的一組邊)Ac中,所有的邊都為凸邊，在子圖U中，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n1,在割集Ac中,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n1,n8,在割集Ac中,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,如果對產(chǎn)品的FAAG應(yīng)用遍歷方式進(jìn)行搜索,則搜索的時(shí)間將會(huì)非常長。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FAAG圖分解為兩部分,一部分為產(chǎn)品FAAG,一部分為側(cè)凹特征FAAG。側(cè)凹特征識別后,為了方便模具分型線的確定,還需要對產(chǎn)品模型進(jìn)行簡化,簡化的過程即產(chǎn)品FAAG重構(gòu)的過程。4.2產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化簡化模型后,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ijf；其中代表了產(chǎn)品的模型；錯(cuò)誤!未找到引用源。代表模型的每個(gè)表面；M代表表面的號碼，這樣一來，每一個(gè)外表面即可表示為ijf錯(cuò)誤!未找到引用源。；其中m表示橫向的網(wǎng)格數(shù)量，n表示縱向的網(wǎng)格數(shù)量。三角形或四邊形網(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。4.3分離復(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