分模面设计的原理和步骤分析

随着材料科学和计算机应用技术的发展，许多木制品、钢制品、陶瓷制品乃至玻璃制品等工业和生活用品正在被塑胶产品所代替。据有关资料报道，1995年，美国人均年消耗塑胶量为129kg，德国为122kg，日本、意大利均为90kg.由此可见，工业发达国家对塑胶产品的需求量很高。塑胶件的制造需要各种各样的模具。由于模具属单件生产，所以其设计、制造周期较长，一般中等复杂程度的模具从设计、生产到试模大约需100150天。因此，为缩短周期，采用了许多先进的设计、制造方法。如快速激光扫描技术和快速成型技术与CAD/CAM技术的结合，使模具的设计、制造周期大大缩短，以往需要数周时间才可绘制完成的电脑立体模型可在一天内完成，并可直接编制成CNC程序来制作模具。
在模具的设计过程中，必须首先确定开模方向、设计分模面，否则模具的加工无从谈起。进入90年代以来，人们从实践中逐步认识到开模方向的优化和分型面设计的重要性，并进行了一些研究，但在公开发表的文献中，这方面的报道还不多。HuiK.C.等人提出了利用启发式搜索法来确定开模方向，也有人提出根据可见性图自动确定分模方向的算法，提出最优的分模方向是使模具中抽芯数量最少。Antonia等人提出了接近锥的概念。RaviB.和SrinivwarM.N.提出了分模面设计的确定准则。在此基础上，本文研究了模具分模面的计算机辅助设计。
1开模方向的确定
从理论上讲，对于一个塑件而言，任何一个方向都可以作为开模方向，但在许多情况下，开模方向选择的合理与否，直接影响模具的抽芯数量和模具结构的复杂程度，从而影响模具的生产制造周期和成本。因此，开模方向的确定是模具设计的第一步。
11接近锥的概念
当一射线的始点在塑件表面的某一点，而该射线不再与塑件的其它部分相接触，这条射线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锥。在确定开模方向时，接近锥用部分球面来表示。为分析问题方便，又常把接近锥分为局部接近锥（LAC）和全局接近锥（GAC）.局部接近锥不考虑周围其它部分的影响，12确定开模方向
根据接近锥的定义，任何一个平面的局部接近锥都是一个半球，而某一区域的全局接近锥是围成该区域的所有平面的局部接近锥的交集。
2分模面的设计
21分模线的确定
在设计分模面之前，首先必须确定塑件上分模线的形状和位置。当开模方向确定后，就比较容易确定分模线了。因为，分模线在开模方向上的投影与塑件在该方向上的投影的外轮廓线重合，所以，可以用一平行于开模方向的直线沿物体投影的外轮廓线移动，并求出该直线在每一位置与物体表面的相交情况。
（1）直线与物体表面相交于一点，则该点即为分模线上的点。
（2）直线与物体表面相交于一条直线段，则这条直线段上任一点都可做为分模线上的点，具体确定哪一点做为分模线上的点，一般以其与相邻点连线最短为原则。亦可通过交互方式来确定。
（3）直线与物体相交于多点、多段直线段，说明此处的全局接近锥与开模方向的交集为0，故此区域设计抽芯，分模线应根据抽芯的形状和大小来确定。
根据模具的设计原则，抽芯一般应尽可能在下模。
22分模面的设计
在计算机建模过程中，选择边界表示法，即用若干表面的集合来表示物体（塑件），这些表面可能是平面，也可能是曲面。因此，利用21中提供的方法求出的分模线可能是由直线段组成的封闭环，也可能是由曲线段或直线段与曲线段共同围成的封闭环。根据分模线的形状，分模面分为两类。
（1）在分模线的直线段和平面曲线段，以平面作为分模面，且该分模面垂直于开模方向；（2）在空间曲线段以曲面作为分模面，考虑到加工方便，通常取直纹曲面。
由此可见，分模面是由直线沿一定的轨迹运动而形成的。当分模面为平面时，可以用该段分模线的任一点的切线和法线来表示分模面；当分模面为曲面时，可利用曲线上各点的主法线来生成分模面，这样容易在计算机中建立相应的数据结构，为进一步分析和加工提供条件。
利用本文提出的分模面的设计方法，不但提高了模具CAD/CAM的效率，也在一定程度上解决了由于分模面选择不当而产生倒勾造成脱模困难等问题，并提高了分模面的可加工性。