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覆盖件模具中圆角自动减小的算法与实现

发布时间:2015-08-25 作者:徐伟 张道忠 魏威  来源:山大华天
借助CAD软件减小覆盖件模具的圆角时,容易出现圆角面变形质量差、处理效率低等问题。为此,提出了一种基于面面创建圆角的圆角自动减小算法,通过自动检索圆角、查找面边、延长面、面面倒圆角、变半径圆角等系列算法,实现了圆角面的自动批量减小处理,并在国产CAD软件SINOVATION的基础上进行了研发,大大提高了圆角设计效率。通过在车门型面圆角减小案例中的应用,表明该算法可以提高圆角减小的效率和变形后圆角面的质量,满足了模具企业高效、灵活的模具型面设计需要。

1 引言

    我国大型覆盖件成型模的制造都是由钳工制造完成,成型模的圆角对冲压件的最终质量具有很大的影响,通常都需要钳工手动进行研磨,这样很容易出现钳工的工作质量高低决定了模面质量好坏的现象,同时模具的圆角也会造成成型件的起皱、拉裂及回弹等问题。模具在拉延成形过程中,其圆角部位主要是靠凸圆角成形,凹圆角几乎不起作用,但如果凹圆角处理不好的话,容易对后续加工额外留有一定的余量,加大了钳工的研修工作量。

    在模具前期设计过程中,为了彻底解决上述问题,需要预先在CAD软件中进行凹圆角处理。目前,部分CAD软件已实现了圆角减小处理,但存在圆角面变形质量差、处理效率低等问题,不能满足模具型面设计的需要。因此,针对上述问题,本文对覆盖件模具中圆角减小的算法及圆角自动减小的实现进行了研究。

2 圆角自动减小的设计与算法

    圆角减小功能主要是针对参数化、非参数化的圆角面数据,相对原圆角面的形状,实现圆角面的减小处理。在圆角处理过程中,首先应该要分析识别出哪些是圆角面,然后再减小这些圆角面,后者是整个处理过程的核心。

    在CAD系统中,圆角减小的方法有多种,边线创建圆角和面面创建圆角是最常用的方法。其中,边线创建圆角的方法容易生成波浪式的圆角面,面质量较差;面面创建圆角的设计方法,延长面和修剪面的处理逻辑比较复杂。通过仔细的分析评估和验证,最终选用面面创建圆角的方法,而且针对这一圆角创建方法,设计了一种基于面面创建圆角的圆角自动减小算法,分析了延长面和修剪面的处理逻辑,确保圆角面的正确变形。算法的实现过程主要包括以下五个步骤:

    (1)检索圆角面:根据选择的型面,检索识别出每一个面,判断每个面是否为圆角面;

    (2)查找面边:查找圆角面的长侧和R侧边界线;

    (3)延长面:延长圆角面两侧的长边界线,延长方向是两侧R边界线的切线反方向,求出两个切平面;

    (4)面面倒圆角:延长两个切平面并进行面面倒圆角,创建出新的圆角面,修剪处理多余的面;

    (5)变半径圆角处理:处理特殊的变半径圆角面。

2.1 检索圆角面

    通过指定一系列的型面,在型面中检索出符合条件的圆角面。检索圆角面的过程,是根据每个面的几何信息判断该面是否是圆角面。因此该算法使用广泛,可以适用于参数和非参数型面。

图1 判断圆角面流程

图1 判断圆角面流程

    判断每个面是否是圆角面的算法流程,如图1所示。在判断圆角面过程中,根据输入分割点数,将圆角面分别沿着UV方向分割,分别取0.25、0.75参数位置的坐标值[7],计算求出与最近圆弧的距离,如果UV方向距离都在允许的公差范围内,才能判断此面为圆角面,否则,不是圆角面。

2.2 查找面边

    查找面边是指查找圆角面的长侧边界线和R侧边界线,主要是为延长面处理做准备。如图2所示,完成查找面边后,在圆角面的长侧边界线分别延长面,延长方向为R侧边界线的切线反方向,得到两个切平面,即延长面。

图2 长侧和R侧边界线

图2 长侧和R侧边界线

    查找圆角面的长侧边界线和R侧边界线的流程如图3所示,主要是判断圆角面的边界线的曲率半径是否与圆角的曲率半径一致。如果一致,那么该边界线为R侧边界线;不一致,则为长侧边界线。

图3 查找边界线流程

图3 查找边界线流程

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