一种面向集成的注塑模冷却系统特征识别算法

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

目前，CAD和 CAE系统已经在注塑模模具设计中得到广泛应用。由于这两个系统模型不统-，运行环境也相互独立，CAE无法从 CAD模型中读取正确信息，所以用户必须在 CAE中重建适合于工程分析的几何模型 。为了增强 CAD和 CAE系统之间的消息共享和消息沟通 ，避免模型重建，提高设计效率，众多学者在注塑模 CAD/CAE系统集成方面做了大量研究，但是所研究的问题基本上集中在制品模型的自动转换 刮方面，而忽视了对冷却系统 自动转换的研究。

因此，设计师在 CAD中设计好冷却系统 CAD模型后，必须通过 CAD/CAE软件接口将 CAD模型手动转换为 CAE模型或者在 CAE系统中重复设计冷却系统，这样不仅增加了设计师的工作量，同时由于人工干预的增多，增加了出错的可能性。这些都显著降低了注国家科技支撑计划项目(2011BAF16BO0)；广东侍育部产学研结合项 目(2011I]090400368)l2013年第4期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)塑模设计分析的效率并极大地妨碍了集成系统的应用普及。

为了实现冷却系统模型从 CAD到 CAE系统的自动转换，本文在对常见的冷却系统特征进行归纳总结的基础上，提出了-种基于图的特征识别方法，定义了冷却回路特征的规则，并依据该规则实现了对冷却系统的有效识别，同时设计了-套对冷却系统进行简化的算法，能够对识别出来的冷却回路信息进行简化，并提取出用于 CAE系统的冷却系统数据，最后导入 CAE系统。

1 冷却系统特征识别特征识别就是从零件的实体模型出发，自动地识别出其中具有-定工程意义的集合形状，即特征，进而生成产品的特征模型。特征识别方法的种类从整体上可以分为两大类 ：-类是基于边界匹配的特征识别方法，例如基于规则的特征识别方法、基于图的特征识别方法 和基于痕迹的特征识别方法等；另-类是基于立体分解的特征识别方法 j，例如立体交替和分解的特征识别方法及基于单元体分解的特征识别方法等。

冷却系统-般由多条冷却回路组成，按照连接方式分类，最常用的冷却回路形式如图1所示，-般分为以下两种：串联冷却回路(如图 1a所示)和并联冷却回路(如图 1b所示)。

图 1 常见冷却回路形式分析以上冷却回路特点，容易得到冷却回路是-组直接或者间接相连的圆柱面的集合，比较适用基于图的特征识别方法。但是由于回路中圆柱面的数 目2不确定，因此无法得到固定的子图形式，所以并不适用于典型的基于图的子图匹配特征搜索策略。不过，由于冷却回路中的面具有构成单-、规则描述简单等特点，非常适合使用规则来描述冷却回路特征。

1.1 相关定义定义 1：进水口面集合表示为 ，i，， ，，i ，其中 ，为第 个进水口面， ∈，， 1，2，， ；i 必须满足以下规则 ： 的类型为圆柱面；其与进水 口平面有公共边界并且此公共边界为-个圆。

定义2：出水口面集合表示为00 ，0 ，，0 ，其中0 为第 k个出水口面，0 ∈0，k1，2，，m；ok必须满足以下规则：o 的类型为圆柱面；其与出水口平面有公共边界并且此公共边界为-个圆。

定义3：扩展面属性邻接图(EFFAAG)表示为G(N，A， )。其中，Ⅳ表示几何边界中的面，在图形中称为节点；A表示面与面之间的邻接关系，在图形中称为边； 表示对节点扩展的属性。

1.2 冷却系统特征规则的表示冷却 系统特征规则如下：假设-组 面的集合C ， 构成了-条冷却回路特征， 为集合 c中第 h个元素，h1，2，，Z，则该特征的组成元素必须满足以下规则。

第-规则：集合 c中至少包含-个元素，且元素均为圆柱面类型。

第三规则：在集合 c中任取-个元素 ，则至少存在-个fs(s≠ )与 邻接，即存在公共边界，并且由 C构造的扩展面属性邻接图是连通的，如图2所示。

1)构造扩展面属性邻接图(简称 G图)。由输入的CAD模型构造 G图，其中 只有-个属性：面的类型。面的类型有三种：平面(PF)、圆柱面(CF)和其他面(OF)。例如图3所示的冷却回路实体模型，包括-条典型的串联回路和-条典型的并联回路，它们构造的G图如图2所示。

2)求萨水口面集合，和出水口面集合 0。由指定的进水口平面和出水口平面，在 G图的基础上求取集合 ，和 0。例如在图 3a中，指定的进水 口平面为PF ，由定义 1得：与PF，有公共边界且面的类型为圆柱面(CF)的面只有 CF ，所以，为CF 。相应的，指定的出水口平面为PF ，由定义2得 0为CF7。

3)搜索冷却回路，构造冷却回路子图集CC U2013年第 4期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)对于图3所示的模型，分别执行搜索冷却回路步骤后的冷却回路子图集 C如图4所示。

a)串联冷却回路 b)并联冷却回路图4 冷却回路子图集 C2 冷却系统简化及信息提取当前，大部分冷却回路模拟软件在进行造型和分析时，采用边界元法9]，其关注的重点是冷却回路的边界信息。由于冷却回路的边界可以由CAD几何模型中冷却水管道的中心线和直径决定，因此对冷却水管道的中心线和直径的信息提取是冷却系统研究的关键。同时，由于 CAD/CAM模型主要用于模具加工，因此其必须与模具实物相吻合，而 CAE模型用于分析计算，其冷却回路的中心线必须为-组首尾相连的线段集合，所以在提取冷却系统的边界信息之前，必须首先对已得到的冷却回路子图进行简化处理，去掉多余的冷却管道信息；同时在得到正确的冷却回路子图之后还要对其进行优化处理，最终得到首尾相连的、可以直接导入CAE系统中使用的冷却回路。

中只有-个顶点与 相连，且 代表的面不属于进水口面集合 ，或者出水口面集合 0；或者所有与 相连的顶点所表示的圆柱面的中心线和 所表示的圆柱面的中心线的交点共点，则在子图C 中删除顶点 以及与它相连的边。例如图4a中的 CF 和 CF 、CF，的交点共点，应该进行删除，同理 CF 、CFs和 C 也应该删除；所得简化后的冷却回路子图如图4a中的虚线框所示。

3)重复步骤 2)，直至没有满足步骤 2)中删除条4件的顶点，将 C 标记为已处理。

4)如果冷却回路子图集 C中还存在未处理的冷却回路子图，则重复步骤 1)～步骤 3)，直至 c中所有的冷却回路子图均已处理，至此程序结束。

2)遍历 C。中所有顶点，提取顶点对应面的中心线线段和直径信息，然后将 c。标记为已处理。其中，面的直径信息可以由CAD二次开发接口函数直接得到，而中心线线段信息由于要满足线段首尾相接的条件，必须对其进行优化处理，处理步骤如下。

(2)提取Ⅳ 所对应的面的中心线 以及与 Ⅳ 相邻的所有顶点所对应的面的中心线的数据，求 与这些中心线的交点，去除重复的点后假设还存在 A个点，取这些交点里面间距最大的两点为 的两端点，中间的A-2个点将 分割成 A-1条线段，由于这相当于将-条冷却管道分割成 A-1条冷却管道，因此其直径应该与 Ⅳ 所对应的面的直径相同，将此 A-1条中心线和其直径信息作为提取的冷却回路信息保存起来；最后将 标记为已优化。冷却回路中心线的优化如图5所示。图5a所示为典型的串联冷却回路中心线的形式，对于其中线段 2代表的节点的优化过程是：首先求出线段 2与线段 1、线段 3的交点，然后将其作为优化后中心线的两端点，最后取线段 2代表的节点的直径为优化后的直径；图 5b所示为典型的并联冷却回路中心线的形式，对于其中线段 2代表的节点的优化过程是：首先求出线段 2与线段 1、线段 3以及线段4的交点，交点分别为 Ⅳ2、Ⅳ1和 Ⅳ3，此时取Ⅳ1和 Ⅳ3为优化后中心线的两端点，Ⅳ2将该中心线分为两线段，因此线段 2所示节点的优化结果为线段Ⅳ。Ⅳ2和Ⅳ2Ⅳ3，直径均为原线段 2所代表的节点的直径。

(3)如果 C。中还存在未优化顶点，从 C。中取-未优化顶点，重复步骤(1)、步骤(2)，直至 C 中所有顶点均已优化。

3)如果冷却回路子图集 C中还存在未处理的冷却回路子图，从 c中取-未处理的冷却回路子图，重复步骤 1)和步骤 2)，直至冷却回路子图集 c中所有的冷却回路子图均已经处理为止。