分模面設(shè)計的原理和步驟分析

隨著材料科學(xué)和計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，許多木制品、鋼制品、陶瓷制品乃至玻璃制品等工業(yè)和生活用品正在被塑膠產(chǎn)品所代替。據(jù)有關(guān)資料報道，1995年，美國人均年消耗塑膠量為129kg，德國為122kg，日本、意大利均為90kg.由此可見，工業(yè)發(fā)達國家對塑膠產(chǎn)品的需求量很高。塑膠件的制造需要各種各樣的模具。由于模具屬單件生產(chǎn)，所以其設(shè)計、制造周期較長，一般中等復(fù)雜程度的模具從設(shè)計、生產(chǎn)到試模大約需100150天。因此，為縮短周期，采用了許多先進的設(shè)計、制造方法。如快速激光掃描技術(shù)和快速成型技術(shù)與CAD/CAM技術(shù)的結(jié)合，使模具的設(shè)計、制造周期大大縮短，以往需要數(shù)周時間才可繪制完成的電腦立體模型可在一天內(nèi)完成，并可直接編制成CNC程序來制作模具。

　　在模具的設(shè)計過程中，必須首先確定開模方向、設(shè)計分模面，否則模具的加工無從談起。進入90年代以來，人們從實踐中逐步認識到開模方向的優(yōu)化和分型面設(shè)計的重要性，并進行了一些研究，但在公開發(fā)表的文獻中，這方面的報道還不多。HuiK.C.等人提出了利用啟發(fā)式搜索法來確定開模方向，也有人提出根據(jù)可見性圖自動確定分模方向的算法，提出最優(yōu)的分模方向是使模具中抽芯數(shù)量最少。Antonia等人提出了接近錐的概念。RaviB.和SrinivwarM.N.提出了分模面設(shè)計的確定準則。在此基礎(chǔ)上，本文研究了模具分模面的計算機輔助設(shè)計。

　　1開模方向的確定

　　從理論上講，對于一個塑件而言，任何一個方向都可以作為開模方向，但在許多情況下，開模方向選擇的合理與否，直接影響模具的抽芯數(shù)量和模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，從而影響模具的生產(chǎn)制造周期和成本。因此，開模方向的確定是模具設(shè)計的第一步。

　　11接近錐的概念

　　當一射線的始點在塑件表面的某一點，而該射線不再與塑件的其它部分相接觸，這條射線的方向就叫做可接近方向。描述所有可接近方向的模型叫接近錐。在確定開模方向時，接近錐用部分球面來表示。為分析問題方便，又常把接近錐分為局部接近錐（LAC）和全局接近錐（GAC）.局部接近錐不考慮周圍其它部分的影響，12確定開模方向

　　根據(jù)接近錐的定義，任何一個平面的局部接近錐都是一個半球，而某一區(qū)域的全局接近錐是圍成該區(qū)域的所有平面的局部接近錐的交集。

　　2分模面的設(shè)計

　　21分模線的確定

　　在設(shè)計分模面之前，首先必須確定塑件上分模線的形狀和位置。當開模方向確定后，就比較容易確定分模線了。因為，分模線在開模方向上的投影與塑件在該方向上的投影的外輪廓線重合，所以，可以用一平行于開模方向的直線沿物體投影的外輪廓線移動，并求出該直線在每一位置與物體表面的相交情況。

　　（1）直線與物體表面相交于一點，則該點即為分模線上的點。

　　（2）直線與物體表面相交于一條直線段，則這條直線段上任一點都可做為分模線上的點，具體確定哪一點做為分模線上的點，一般以其與相鄰點連線最短為原則。亦可通過交互方式來確定。

　?。?）直線與物體相交于多點、多段直線段，說明此處的全局接近錐與開模方向的交集為0，故此區(qū)域設(shè)計抽芯，分模線應(yīng)根據(jù)抽芯的形狀和大小來確定。

　　根據(jù)模具的設(shè)計原則，抽芯一般應(yīng)盡可能在下模。

　　22分模面的設(shè)計

        在計算機建模過程中，選擇邊界表示法，即用若干表面的集合來表示物體（塑件），這些表面可能是平面，也可能是曲面。因此，利用21中提供的方法求出的分模線可能是由直線段組成的封閉環(huán)，也可能是由曲線段或直線段與曲線段共同圍成的封閉環(huán)。根據(jù)分模線的形狀，分模面分為兩類。

　　（1）在分模線的直線段和平面曲線段，以平面作為分模面，且該分模面垂直于開模方向；（2）在空間曲線段以曲面作為分模面，考慮到加工方便，通常取直紋曲面。

　　由此可見，分模面是由直線沿一定的軌跡運動而形成的。當分模面為平面時，可以用該段分模線的任一點的切線和法線來表示分模面；當分模面為曲面時，可利用曲線上各點的主法線來生成分模面，這樣容易在計算機中建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為進一步分析和加工提供條件。

　　利用本文提出的分模面的設(shè)計方法，不但提高了模具CAD/CAM的效率，也在一定程度上解決了由于分模面選擇不當而產(chǎn)生倒勾造成脫模困難等問題，并提高了分模面的可加工性。

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