復雜塑性成形產(chǎn)品模型多視域映射理論研究及應用.pdf

1、隨著計算機技術的快速發(fā)展,CAD、CAE、CAM等單元數(shù)字化技術已廣泛應用到模具制造行業(yè),但從實際應用情況來看,大多數(shù)系統(tǒng)仍處于孤立應用狀態(tài)或停留在較低層次的信息交換,制約了數(shù)字化技術效能的進一步發(fā)揮,導致企業(yè)難以快速響應動態(tài)多變的客戶需求和應對激烈的市場競爭。實現(xiàn)信息集成與過程集成是實施數(shù)字化制造的關鍵,本文通過對塑性成形產(chǎn)品模型多視映射理論與關鍵技術的研究,重點探索了產(chǎn)品數(shù)字化模型在不同開發(fā)階段模型間的映射與轉換機制,以期為數(shù)字化制

2、造技術在模具企業(yè)中的有效實施奠定基礎。
　　 由于塑性成形零件大多包含復雜的自由曲面,現(xiàn)有的特征識別技術難以從含有自由曲面的幾何模型中獲取相應的特征信息。本文提出了一種基于曲率域表示模型的通用特征識別及其向不同領域應用特征映射的方法。該方法通過對零件曲面進行全局曲率分析,根據(jù)曲率分布對曲面進行分類和分割,以獲得對應于原零件模型的曲率域表示,然后由曲率域表示進一步得到零件的形狀特征。根據(jù)凸凹性和拓撲性質的不同,形狀特征可分為7類,

3、并統(tǒng)稱為通用特征。通用特征作為一種既不依賴于具體應用領域,又具備一定工程意義的高層次信息載體,可成為產(chǎn)品各開發(fā)活動的共享模型,供不同領域從中獲取自身所感興趣的特征信息。為此,通過將領域知識從特征映射過程中分離,本文建立了一套覆蓋產(chǎn)品模型映射全過程的特征映射機制及相應的應用接口,包括:凸凹特征模型的選擇、特征信息的組合、領域特征的匹配以及領域特征附加信息的計算與添加。這些用于模型映射的接口與通用特征模型一同構成了面向多視域模型映射應用的核

4、心,各應用領域只需在領域知識、算法及知識推理技術的支持下,根據(jù)自身需求對映射接口加以實現(xiàn),便可完成由通用特征模型向該領域應用模型的映射與轉換。
　　 基于以上思想方法,本文構建了相應的多視域模型映射平臺,并著重研究了通用特征向制造、分析等領域特征模型映射的實現(xiàn)方法。
　　 CAPP系統(tǒng)作為實現(xiàn)CAD/CAM集成的橋梁和紐帶,已廣泛應用到各種制造工藝中。對于塑性成形產(chǎn)品而言,一般會涉及到塑性成形工藝和模具制造工藝兩種工藝的

5、設計。對此,本文提出將多視域模型映射平臺作為不同CAPP系統(tǒng)公共的前端服務平臺,避免了各系統(tǒng)直接由底層CAD模型提取自身感興趣的信息,而專注于本領域知識庫和制造資源數(shù)據(jù)的構建,并在通用特征這一更高信息層次上進行特征映射與轉換。本文以沖壓成形和模具加工兩種工藝為例,詳細討論了各種工藝特征與通用特征間的映射機制。其中通用特征在領域特征匹配規(guī)則的支持下,其映射對象可覆蓋到各類工藝特征,而不受自由幾何形體及變拓撲性質方面的約束,體現(xiàn)了通用特征對

6、不同應用領域特征的適應能力。
　　 注塑零件的DFM(Design for Mouldability)分析是計算輔助注塑模具設計的重要研究內容,其中由零件幾何模型得到側凹特征及其脫模方向等信息,是進行DFM分析和模具設計優(yōu)化的基礎。本文基于多視域模型映射平臺提出了由通用特征向側凹特征映射的具體方法,憑借通用特征識別算法的優(yōu)點,彌補了現(xiàn)有算法不能有效識別含有自由曲面零件模型側凹特征的缺陷。通過運用幾何推理與自由曲面可視映射的精確算

7、法,解決了具有復雜鄰接關系及包含有自由曲面?zhèn)劝继卣髅撃７较虻挠嬎銌栴}。其中針對不同類型的側凹特征(集合),可采取單一方向或一對反方向兩種方案對其進行脫模分析,使計算結果更符合實際生產(chǎn)的需求。以上信息無論為面向注塑件的DFM分析還是為計算機輔助注塑模具設計都提供了重要的決策支持。
　　 現(xiàn)代產(chǎn)品設計模式要求設計和分析緊密結合,以實現(xiàn)“設計—評價—修改設計”過程的集成化。由于目前CAD與CAE系統(tǒng)大多獨立開發(fā),兩者對產(chǎn)品描述的信息需

8、求及內部表示方法完全不同,要實現(xiàn)兩者雙向的集成,離不開大量的人工參與。本文利用領域特征提供的高層語義和幾何信息,提出了基于特征的模型簡化及多種算法聯(lián)合運用的模具型面網(wǎng)格剖分技術和關鍵區(qū)域局部加密的板料組合型網(wǎng)格劃分技術,以提高“設計”到“評價”流程的自動化程度。另一方面,利用模具網(wǎng)格與特征之間的關聯(lián)信息,建立起分析數(shù)據(jù)與設計模型間的特征映射,使分析結果能依附于特征表現(xiàn)出來;此外,針對不同類型的形狀特征,提供了基于傳統(tǒng)造型技術的半自由特征