在注塑模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中轻黑，必須首先確定合理的脫模方向和分型線(xiàn)搅轿，進(jìn)而由脫模方向和分型線(xiàn)生成分型面，三者是后續(xù)模具詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)熬北。而且根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)疙描，脫模方向和分型線(xiàn)及其由他們決定的分型面是影響模具成本的幾個(gè)主要參數(shù)。因?yàn)槊撃７较蚝头中途€(xiàn)的確定以及由分型線(xiàn)確定的分型面形狀會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性讶隐，進(jìn)而影響模具的成本起胰。不合理的脫模方向、分型線(xiàn)設(shè)計(jì)和不合理的分型面形狀很可能導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)的失敗巫延。因此在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中效五，確定這三個(gè)參數(shù)往往需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。如果能夠利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)確定模具的脫模方向和分型線(xiàn)炉峰，并由他們生成合理的分型面畏妖，這無(wú)疑將對(duì)降低注塑模成本，提高注塑模設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度起到重要的作用该捎。

　　因模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化和智能化的需要-直到20世紀(jì)90年代娇歹，人們才開(kāi)始重視對(duì)自動(dòng)分模技術(shù)的研究F自動(dòng)分模技術(shù)主要包括模具脫模方向自動(dòng)確定、模具分型線(xiàn)的自動(dòng)確定和模具分型面的自動(dòng)生成三個(gè)方面的內(nèi)容枝扭。脫模方向是分型線(xiàn)自動(dòng)確定技術(shù)和分型面自動(dòng)生成技術(shù)的基礎(chǔ)，而分型線(xiàn)決定了分型面的形狀及其復(fù)雜性蝗腻，因而分型線(xiàn)自動(dòng)確定是實(shí)現(xiàn)注塑模自動(dòng)分模技術(shù)的關(guān)鍵孵钱。從公開(kāi)發(fā)表文獻(xiàn)資料來(lái)看，關(guān)于模具分型線(xiàn)的自動(dòng)確定技術(shù)的研究都是基于特征識(shí)別及規(guī)則判別的方法拓币。朱喜林等在A(yíng)ntonial等人提出的接近錐概念基礎(chǔ)上提出用計(jì)算的方法確定脫模方向昏滔，并利用投影的方法實(shí)現(xiàn)分模線(xiàn)的確定。Tan等人提出了自動(dòng)確定分型線(xiàn)的兩種方法琳宽。一種是通過(guò)三角剖分塑件表面來(lái)生成分型線(xiàn)的方法挫肆。該方法首先依據(jù)脫模方向?qū)λ芗谋砻孢M(jìn)行三角剖分，并把這些三角面片分為可見(jiàn)面、不可見(jiàn)面和退化面料离。塑件上的可見(jiàn)面與不可見(jiàn)面的公共邊構(gòu)成分型線(xiàn)的組成邊辈净，并通過(guò)重組這些邊，得到分型線(xiàn)袁串。該方法由于涉及塑件體表面的三角面片劃分概而，因此算法效率不高。另一種方法是通過(guò)對(duì)塑件模型進(jìn)行切片來(lái)生成分型線(xiàn)囱修。但該方法存在由于離散精度問(wèn)題引起的分型線(xiàn)位置不準(zhǔn)確等不足赎瑰。Nee等人提出通過(guò)對(duì)塑件面進(jìn)行分組并抽取最大邊環(huán)來(lái)自動(dòng)生成分型線(xiàn)的方法。該方法具有較高的效率破镰，不足之處在于沒(méi)有排除對(duì)確定分型線(xiàn)沒(méi)有貢獻(xiàn)的側(cè)凹面餐曼，也沒(méi)有考慮當(dāng)分型線(xiàn)不完全由塑件邊組成時(shí)的情況，并且只確定一種分型線(xiàn)鲜漩。Weinstein等人提出了通過(guò)對(duì)塑件面進(jìn)行凹凸區(qū)域劃分來(lái)確定分型線(xiàn)位置的方法晋辆。Ravi和Srinivasan則提出了計(jì)算機(jī)輔助分型線(xiàn)和分型面設(shè)計(jì)的9個(gè)判據(jù)，以幫助用戶(hù)確定一個(gè)合理的分型面宇整。他們還給出了一種確定分型線(xiàn)的方法瓶佳，即先求出塑件在與脫模方向相垂直的平面上的投影的輪廓，然后沿著脫模方向拉伸輪廓線(xiàn)鳞青，分型線(xiàn)即為拉伸體與塑件體的交線(xiàn)霸饲。Ganter和Tuss給出了一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助澆注模分型線(xiàn)的生成算法，該方法使用用戶(hù)選擇的分型面截切制件键先，得到一種平面分型線(xiàn)置芋，但該方法僅局限于平面分型線(xiàn)的確定。

　　周等則提出一種在模具脫模方向和塑件側(cè)凹特征已知的前提下牺道，采用對(duì)塑件表面進(jìn)行分組并抽取最大邊環(huán)來(lái)自動(dòng)生成塑件的分型線(xiàn)的方法栋湃。該方法首先根據(jù)模具的脫模方向7塑件的幾何特性和拓?fù)潢P(guān)系，對(duì)塑件的所有非側(cè)凹面進(jìn)行分組颈顽，然后抽取不同面組的最大邊環(huán)铲桑，得到兩種候選分型線(xiàn)，最后采用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計(jì)算各種分型線(xiàn)的評(píng)價(jià)因子盖赛，確定塑件的優(yōu)選分型線(xiàn)掺薪。該方法實(shí)質(zhì)是對(duì)Nee等人的方法的一個(gè)改進(jìn)，它能夠解決由平面甜届、二次曲面組成的塑件分型線(xiàn)的自動(dòng)確定啤邑，但不適用于帶有自由曲面的塑件。在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上岩模，本文提出一種在模具脫模方向和塑件側(cè)凹特征已知的前提下津函，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)搜索并優(yōu)化來(lái)確定模具分型線(xiàn)的方法肖粮。

　　1 相關(guān)術(shù)語(yǔ)

　　注塑模具最核心的是零件的型腔和型芯。一般的尔苦，型腔是指成型注塑件的外部形狀涩馆，型芯是指成型注塑件的內(nèi)部形狀。脫模方向即為使型腔蕉堰、型芯分開(kāi)的一對(duì)相反的方向凌净。分型線(xiàn)是指塑件與模具相接觸的邊界線(xiàn)，它與脫模方向相關(guān)屋讶。分型面是指型腔與型芯相接觸的表面冰寻，它與分型線(xiàn)相關(guān)，它應(yīng)該包含分型線(xiàn)皿渗。圖1是相關(guān)術(shù)語(yǔ)的示例斩芭。

　　本文引入了主投影面和主輪廓線(xiàn)的概念，其定義如下:

　　主投影面：與脫模方向垂直的平面乐疆，記為Fz划乖；

　　主輪廓線(xiàn)：塑件在主投影面上的投影的外輪廓線(xiàn)，亦即分型線(xiàn)在主投影面上的投影挤土，記為L(zhǎng)z阶庆。

　　2 分型線(xiàn)自動(dòng)搜索

　　分型線(xiàn)的自動(dòng)搜索算法的基本思想為：依據(jù)脫模方向和側(cè)凹特征，首先將塑料制件沿脫模方向Pd向主投影面Fz投影巧杰，得到主輪廓線(xiàn)><=然后排除所有側(cè)凹特征上的頂點(diǎn)铺享，搜索并標(biāo)記塑件上在Fz上的投影在Lz上的所有頂點(diǎn){Vi}，投影記為{V'i}谈嚣；按照{(diào)Vi}搜索并標(biāo)記塑件上在Fz上的投影在Lz上的所有邊線(xiàn){Ei}潘乖，投影記為{E'i}；然后再依次遍歷Ei琅沟，找出所有包含Ei的無(wú)重復(fù)投影的環(huán)線(xiàn){Lij}毛龟；過(guò)濾{Lij}中所有重復(fù)的環(huán)線(xiàn)，得到無(wú)重復(fù)的環(huán)線(xiàn){L'ij}区基，檢查其中的每一條環(huán)線(xiàn)的投影是否與Lz相一致胡撩，若不一至則按照一定的規(guī)則R修正，則最后{L'ij}中的每一條環(huán)線(xiàn)都可能成為分型線(xiàn)京嗽，即候選分型線(xiàn)镰对；最后，對(duì){L'ij}中的每一條候選分型線(xiàn)墨叛，根據(jù)分型線(xiàn)的評(píng)價(jià)因子計(jì)算它的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值，圖? 分型線(xiàn)的自動(dòng)搜索算法進(jìn)行優(yōu)化評(píng)價(jià)模蜡，確定一條最佳的分型線(xiàn)漠趁。

　　2.1 分型線(xiàn)投影

　　分型線(xiàn)是在給定脫模方向下扁凛，塑件能順利出模的最大環(huán)線(xiàn)，反映到主投影面上就是主輪廓線(xiàn)闯传。

　　2.2 投影映射關(guān)系

　　塑料制件上的頂點(diǎn)和邊線(xiàn)在主投影面上投影并不都是在主輪廓線(xiàn)上谨朝，因而需要搜索出塑料制件上的頂點(diǎn)和邊線(xiàn)與主輪廓線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即投影映射關(guān)系甥绿。該投影映射關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用一個(gè)圖來(lái)表示字币，頂點(diǎn)即為圖的節(jié)點(diǎn)，邊線(xiàn)即為圖的邊共缕，該圖可以稱(chēng)為分型線(xiàn)投影映射圖洗出，簡(jiǎn)稱(chēng)映射圖，記為G图谷。搜索投影映射關(guān)系的過(guò)程翩活，也就是映射圖的建立的過(guò)程。

　　設(shè)V便贵、E分別為塑件外表面上的頂點(diǎn)和邊線(xiàn)倒恭，即V、E塑件遂辐，V'棠岭、E'分別為V、E在Fz上的投影骤扰，則對(duì)與主輪廓線(xiàn)Lz有投影映射關(guān)系的V滨锯、E可定義如下:

　　V={V|V'=V在Fz上的投影Lz}，E={E|E'=E在Fz上的投影Lz}

　　由V图汪、E建立的映射圖G杏蟋，應(yīng)該滿(mǎn)足以下準(zhǔn)則/關(guān)系:

　　(1) G={V,E}塑件；92) G'={V',E'}=G在Fz上的投影=Lz（重合）讳汇。

　　在映射圖的建立的過(guò)程中震崎，首先要排除側(cè)凹特征上的頂點(diǎn)和邊線(xiàn)，然后選定起始頂點(diǎn)枪第，為處理的方便汉锡，需要對(duì)映射圖的頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)號(hào)（即映射圖應(yīng)為標(biāo)號(hào)有向圖），頂點(diǎn)標(biāo)號(hào)按照逆時(shí)針?lè)较蚨等洌瑥纳系较聵?biāo)定扰肌，邊線(xiàn)的方向也是按逆時(shí)針、從上到下的方向標(biāo)定熊杨。

　　2.3 候選分型線(xiàn)的確定

　　在映射圖中可以找出多種回路曙旭，若對(duì)于某一種回路，它在主投影面上對(duì)應(yīng)的投影與主輪廓線(xiàn)相一致晶府，則此回路就是一種候選分型線(xiàn)桂躏。若不相一致钻趋，則存在一條或多條邊線(xiàn)的投影分割主輪廓線(xiàn)，即有一個(gè)以上的回路與主輪廓線(xiàn)相對(duì)應(yīng)剂习，因而需要按照一定的規(guī)則進(jìn)行修正蛮位。

　　修正規(guī)則：設(shè)L1和L2為映射圖的兩個(gè)無(wú)邊線(xiàn)重復(fù)的回路，L'1和L'2分別為L(zhǎng)1和L2在Fz上的投影鳞绕，若L'1和L'2各自都不能與Lz重合失仁，而L'1+L'2包含Lz，則存在E'= L'1 n L'2使得L'1-E' + L'2-E'=Lz们何，設(shè)E'的兩端點(diǎn)為P'1萄焦、P'2，對(duì)應(yīng)于L1和L2上的映射點(diǎn)分別為P11帅珍、P12和P21忠牛、P22，那么最后修正的回路是：

　　L=L1-P11P12+P11P21+L2-P21P22+P22P12司报，其中P11P12克鼠、P21P22分別為L(zhǎng)1和L2 上的點(diǎn)P11、P12和P21偎洋、P22切分的部分滚尼，P11P21和P22P12則是兩點(diǎn)間的連線(xiàn)。

　　2.4 分型線(xiàn)優(yōu)化評(píng)價(jià)

　　通過(guò)目標(biāo)函數(shù)對(duì)所求得的多種候選分型線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化評(píng)價(jià)睁奶，選取目標(biāo)值最大的一種作為優(yōu)選的分型線(xiàn)鉴吕。

　　從模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、生產(chǎn)效率和加工成本考慮爵蝠，并依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)捌唾，我們選擇分型線(xiàn)復(fù)雜程度、脫模距和模具加工復(fù)雜程度作為影響分型線(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的三種因素揩墓，建立反映與分型線(xiàn)有關(guān)的模具設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)吆视。

　　目標(biāo)函數(shù)Fobj=F1XW1+F2XW2+F2XW2 式中：F1為分型線(xiàn)復(fù)雜程度；F2為脫模距酥宴；F2為模具加工復(fù)雜程度啦吧；W1，W2和W2是加權(quán)因子拙寡，反映不同影響因子的重要程度授滓，取值范圍在0到1之間，用戶(hù)可以根據(jù)它的重要程度定義其值的大小肆糕，且滿(mǎn)足：W1+W2+W2=1般堆。

　　(1) 分型線(xiàn)復(fù)雜度F1

　　在模具實(shí)際設(shè)計(jì)中，分型線(xiàn)有直線(xiàn)诚啃、弧線(xiàn)郁妈、復(fù)雜曲線(xiàn)等多種形狀浑玛。分型線(xiàn)復(fù)雜度是指分型線(xiàn)平直程度绍申。分型線(xiàn)為直線(xiàn)時(shí)噩咪，可簡(jiǎn)化模具的設(shè)計(jì)、加工极阅，減少塑料從模腔中溢出的可能性胃碾，并可保證成形塑件尺寸的穩(wěn)定性等。而且分型線(xiàn)為直線(xiàn)時(shí)蛹鼎，分型線(xiàn)的長(zhǎng)度也是最小样京，因此分型線(xiàn)的復(fù)雜度可通過(guò)分型線(xiàn)的總長(zhǎng)度來(lái)表示。分型線(xiàn)的總長(zhǎng)度計(jì)算公式為式中：Ei為分型線(xiàn)的邊線(xiàn)長(zhǎng)度列充，n為分型線(xiàn)所包含的邊線(xiàn)數(shù)品痕。

　　(2) 脫模距F2

　　脫模距是指模具開(kāi)模后從模具中順利取出塑件所需的開(kāi)模距離。它影響加工的復(fù)雜程度和注射成型周期频咨。最大脫模距離定義為沿脫模方向分型線(xiàn)端點(diǎn)到塑件的所有頂點(diǎn)最遠(yuǎn)的距離府贰，即式中：Vfl(j)(j)表示第i種分型線(xiàn)的第j個(gè)端點(diǎn)；Vpart為塑件上離分型線(xiàn)的端點(diǎn)Vfl(j)(j)距離最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)埃账；Pd為脫模方向窑岖。

　　(3) 模具加工復(fù)雜度F2

　　這個(gè)因子同模具制造成本相關(guān)，可以直接同模具成型面相聯(lián)系唱棍。一般地匹惊，應(yīng)將塑件的大部分面位于模具的型芯一側(cè)，使型腔面較少估喷，這樣加工簡(jiǎn)單凛忿，且可減少模具上下模合模對(duì)不上的可能性。該因子的計(jì)算公式為 F2=n2/(n1+n2)

　　式中：n1和n2分別為型芯竞川、型腔對(duì)應(yīng)成型塑件體的面數(shù)店溢。

　　(4) 評(píng)價(jià)參數(shù)值的正則化

　　由于各評(píng)價(jià)參數(shù)的值和單位不一致，因此在計(jì)算各評(píng)價(jià)值時(shí)流译，需對(duì)它們進(jìn)行正則化逞怨。各評(píng)價(jià)值的正則化方法如下：

　　正則分型線(xiàn)復(fù)雜度,最小的分型線(xiàn)復(fù)雜度Min{Fi}除以對(duì)應(yīng)的分型線(xiàn)復(fù)雜度。例如：有三條分型線(xiàn)福澡，對(duì)應(yīng)的分型線(xiàn)的復(fù)雜度分別為：205mm叠赦、185mm、235mm革砸，則正則分型線(xiàn)復(fù)雜度依次為：0.902(185/205)除秀、1(185/185)、0.787(185/235)算利。

　　類(lèi)似的册踩，可以定義：

　　正則脫模距,最小的脫模距Min(F2)除以對(duì)應(yīng)的脫模距泳姐。

　　正則模具加工復(fù)雜度=最小的模具加工復(fù)雜度Min(F2)除以對(duì)應(yīng)的模具加工復(fù)雜度。

　　3 算法實(shí)現(xiàn)

　　本文提出的算法已在微機(jī)上以三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)囤檐，用C++編程實(shí)現(xiàn)门烧。候選分型線(xiàn)的評(píng)價(jià)結(jié)果如下

　　加權(quán)因子：W1=0.4，W2=0.3膊护，W2=0.3鹅棺，W1+W2+W2=1

　　候選分型線(xiàn)評(píng)價(jià)值見(jiàn)表1。

　　本文探討了采用依據(jù)脫模方向?qū)⑺芰现萍蛑魍队懊嫱队傲懿常玫街鬏喞€(xiàn)脂性，然后建立主輪廓線(xiàn)與塑件表面上的邊線(xiàn)和頂點(diǎn)投影映射關(guān)系，從中得到多種候選分型線(xiàn)荷十，最后根據(jù)分型線(xiàn)的評(píng)價(jià)因子計(jì)算各分型線(xiàn)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值汹振，確定最佳分型線(xiàn)的方法。該方法的特點(diǎn)在于:

　　提出了基于建立投影映射關(guān)系方法求候選分型線(xiàn)从秃，排除了側(cè)凹特征頂點(diǎn)和邊線(xiàn)沼津，具有較高的可靠性和效率；

　　對(duì)周等提出的分型線(xiàn)的優(yōu)化方法進(jìn)行了改進(jìn)钢战，簡(jiǎn)化了分型線(xiàn)復(fù)雜程度的計(jì)算沾尔；

　　避開(kāi)了非側(cè)凹面的分類(lèi)，該方法也就不受制件是否帶有自由曲面的限制弟头。目前提出的方法能解決那些主輪廓線(xiàn)與其邊線(xiàn)存在投影映射關(guān)系的塑件的分型線(xiàn)的自動(dòng)搜索吩抓，對(duì)于主輪廓線(xiàn)與其邊線(xiàn)不存在投影映射關(guān)系的塑件還需要做進(jìn)一步的處理，這將是我們下一步研究工作所要考慮的問(wèn)題赴恨。

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