基于知识与事例的注塑模具分型面设计技术

摘要:在全面地分析了分型面自动生成技术的基础上，分型面设计提出了基于知识与事例推理的分型面设计方法，并给出了基于事例推理的分型面设计过程。一个事例库包含有分型面信息并构建了主型状特征，分型面自动设计结合了正向推理方法和相似求解方法。标准知识库也是建立了包括知识，规则和经验的分型面设计。实例验证了该方法的有效性，提高了模具设计的质量和效率

关键词：注射模  分型面设计  基于事例推理  相似求解

0  引言

作为注射模设计的重要阶段之一，分型面的选择会直接影响注射模的结构设计，模具制作成本，分型面的加工，以及最后加工塑件的质量。因此合理的选择分型面是注射模设计成功和了解注射模分模设计基础的先决条件。在最近的几年，分型面和注射模具自动加工是计算机辅助设计的热点和难点。在全球有许多研究人员做了大量的课题研究工作。但是那些先前的工作只是研究几何型状和分型面位置的关系,围绕着在构建数字模型的基础上实质分析塑料件的形状。由于多样性和塑件结构的复杂性，在实际应用中那些方法有一些缺点。

随着大量的有经验和有理论的模具设计，分型面设计方法中提出了基于模具知识和事例推理并呈现出计算机辅助设计过程与模具设计相结合的模具自动成型方法。

知识与事例推理就是指应用相似判断和推理处理一个新的设计并构建知识库和事例库以及基于各自知识与原则。分型面设计是成功设计的基础也是模具成功设计的经验，而新的设计不只是适合模具分型面设计原则也同样包括了以前设计的成功经验。因此这个方法更方便、便快，相比与推理来解决分型面设计以及构建数字模型更有效。对于许多种类分型面设计经验来说简要设计和经验会更容易通过事例表示。因此知识和事例推理分型面的设计方法是非常适合工程师的流行想法和习惯。

1  基于知识与事例的分型面设计构架

知识与事例的分型面设计的一般方式是找一个合理的表面设计和几何学特征。模具主形状特征就是库的索引，随后在事例库中寻找事例相似的主形状特征，分型面就能通过相似判断和推论策略来产生。同时，相关的知识和分型面设计原则与设计者经验就能总结到知识库中。被设计者作为分型面设计的辅助信息查询和参考。事例构成的推理设计方法是对分型面设计者理性选择的指导。

知识与事例的模具分型面设计主要由以下各项：①构建知识库，针对注射模设计，一个分型面设计规则知识库贯穿、整合了分型面设计以及设计者经验的相关知识与设计规则。②构建分型面位置事例库。一个分型面位置事例库是由事例描述和事例库基于各种模型和先前的成功设计事例组成。描述分型面位置的关键是事例模具和主要模型特征组织并通过不同的模型来决定分型面位置。因为分型面的位置主要取决于主形状特征，所以事例库机构应该适合于在设过程中的查询。③判定模具主形状特征。最初部分的形特征应该是在分型面位置决定前识别。因此，主特征索引需要找到针对的模具构造类型。因此模型部分和模具分型面之间的无缝连结就能被了解。④系统推论和搜索模型。从分型面位置事例中搜索和匹配相似形状特征是分型面位置事例搜索过程的主要过程。因此构建形状特征索引模型的核心是准确认识事例推论和快速查询。⑤自动生成分型面。在履行的设计进程和调整后，选择相似的形状特征模型来决定分型面位置，需要的模具分型面就能自动生成了。⑥存储的事例。丰富的分型面位置事例库是提高分型面设计和推理效果的重要基础。系统提供系统存储器和选择基于分类事例特征的每一个设计任务的最终结果。

知识与事例的注塑模具分型面设计流程图如图1所示

图1 基于知识与事例的分型面设计流程

2  建立知识库和事例库

知识库是重要的资源它能帮助设计者选择分型面位置。知识库的构成和描述应该适合实际模具设过程并易于设计者查询和参考。因此，通常人们用的分型面设计和设计经验的知识和原则被总结并整合。分型面设计被确定和被简单识别。所有的规则在库中被数字和文字描述和表达，同时给出了“推荐”和“不推荐”的数字组成的设计方法，使设计者能基于实际设计事例作出合理的选择。

图2所示了系统通过设计规则选择分型面的位置。分型面设计主要取决于模型主形状特征和确认导入事例搜索的形状特征。这种关系结构的事例库会按照形状特征和特征树来确定构建的模型，并被分类储存。通过不同性质部分的形状特征来进行分类，部分模型的共有因素就当作父节点，子节点能继承父节点的所有属性，并比父节点多一个特征。至于单个事例的关系会通过一层一层被传递。特征属性的数目就会不断增加，特征属性就会越来越具体和接近实例，它们之间的关系也越来越来复杂。这种分类方法能有助于通过形状特征寻找事例库索引和解决复杂模型问题。

图2 知识库分型面设计实例

3  事例描述和查询

3.1  事例描述

事例库描述是知识库运行的基础，它要能描述一个存在的成功设计事例并作为数据信息才能被计算机识别和处理。内容和描述的方法会对处理相似问题的质量和效率产生影响。

事例描述可以用部分模型事例表示=分类数据+分型面位置。索引信息的形状特征的一部分，即部分形状特征是索引能查询到的相似事例的主形状特征。分型面位置也是来自这个事例，因此在分型面位置库中有一些典型形状的部分和对应分型面位置的部分。公式描述是

事例事例

当,是子形状特征节点的注射模事例，,n是事例库的编号，,是解决方案，也就是分型面位置，,其中m是可用的分型面位置事例模型。

分类事例库如图3所示，成型加工的形状描述在事例中按照数字排列，而下一层包含比上一层多一个的形状特征。它继承和发展了基于上一层的事例模型信息。图4给出了复杂事例的解决方案，这方案是通过调用部分模型的样板程序，如此来查找形状特征事例的索引。

图3 分型面位置事例库组织构造

图4 复杂事例的组织构造

3.2  基于乘法规则的分类查找

事例查找是推论机制的重要组成，查找的实质是寻找相匹配的程序，因此构建推论机制程序也是构建查找策略和相似匹配程序。策略对推论效果和结论都有好的作用。查询的目的是找到塑件模具相似主形状特征的分型面位置事例。因此这种方法的目的是在基于乘法规则的组织下构造事例。分类查找意味着通过查询程序在事例库中从头至尾的寻找，但是那个分支可以找下去需要根据乘法规则来判断了。

图5展示了一个孔特征模型的分阶段类型，它可以看作是减法布尔类型通过两层轴特征和一个内圆的辅助特征相减而成。推论查询过程是：第一，先行判断，如果特征1是轴类型，然后轴特征就获得为事例1；接着进行二次判断，如果特征2还是轴特征类型则完成布尔判断并减去事例2，中心线位置与先前的位置相同，这样关于孔特征的轴类型事例就获得了。

图5 建立在产品标准上的初步推理

应用这个推论方法能获得高效率，因为沿着一条分支查询不需要访问所有的数据。如果推论规则和事例都是成熟的，那么某些模型的相似形状特征是能在基于乘法规则下很快的通过分类查找的方法找到的。此外，在基于事例的分型面自动设计过程中，事例不需要完全与模型相同。只需要主形状特征相似并且分型面位置相对于这两个模型的主形状特征相似就可以。在这也提出了相似模型分型面的自动设计。

4  相似模型分型面解决方案

一个事例的分型面相对于主特征有特别的位置关系，而这些关系总是表现在一个特定的表面上，一个特定的断面或经过某一个点以及某个特征等。这些位置关系就是2D矢量，也就是

P=X(p,n)

其中    P-特殊位置关系

X-矢量

p-分型面特征点

n-分型面法向矢量

换句话说，分型面特征由一个法向矢量n和一个特殊的点p构成。对于每个分型南事例模型，矢量X是不变化的。至于面与相似的事例模型有关，如果分型面在最上面，那么点P是分型面的中心点，n是法向矢量。

首先，找到相对于事例模型的关系点P的位置，然后替换角色模型的位置关系并确定分型面的位置，解决过程可以用以下式子表示

其中 Sp-表面

Cm-事例模型

Pm-角色模型

fi,fj-Sp,Cm的定位特征

左边的项目是分型面相对于事例模型的特别位置，并且对目标模型有某种联系。依据目标模型形成分型面结构的复杂性，分型面的设计包括以下几个方面

（1）分型面是平面。对于这部分的主要特征是平面，有一个可以直接找到的p点和矢量n。用矢量式表示为X(p,n)，目标模型的分型面位置就可以确定了。如图6所示。依据事例库选择上表面作为分型面。因此点p就是目标模型立方体上表面的中心点，当n为该表面的法向矢量且这两个值能在特征库中被找到，因此分型面位

置能轻松解决了。

图6 平面分型面

（2）梯状分型面。梯状分型面特征普遍用在部分模具上，如图7所示最先要做的是找到矢量X1,X2,...,X5的每一个梯面，然后梯分型面就通过那些矢量约束的综

图7 梯形分型面

合作用得到。

曲面分型面。当分型面是曲面时解决程序是很复杂的，如图8所示的部分就是一个例子，它的主要特征参数，比如说半圆弧、中心线和它的分布位置，应该依照曲面来寻找。然后解决模型的构成，再输入特征参数到要解决的模型替换后，分面线就会产生，分型面也会获得。如果分型面是自由形态的表面，那么

图8 曲形分型面

目标模型会更加复杂。

（3）复杂结构的模具部分。更多复杂结构的模具只是一种相似事例但不存在分型面位置事例库中，事例模具由推论程序产生也存在着重大的不同。这种事例模具只能解决一部分复杂结构，但是分模线的位置可能是相似的。

以9所示的图为例子来说，它包含了几部分的结构因素，在这没有相似的事例库，但是它的分型面还是可以通过运用图6的流程，而且它的上表面可能作为分型面因为它们的分型面位置是相似的。如果像这样类似的方法解决不了了，那么通过人机交互来决定分型面的结果是否要储存，如此分型面位置事例库的事例就会不断增加。

图9 复杂部分分型面

5  设计举例

我们的运算法则已经发展成为一个非常好用的工具包并可为Visual C++ AutoCAD 2000 ObjectARX服务。图示7是一个测试模型，其结果是分型面的轮廓。它是一种典型的梯分型面。在分型面选择的过程中，知识库，事例库，正向推理策略被运用。相似求解方法和布尔数学方法在子分型面中应用在最后的分型面上。图10是2D局部模型分型面的例证。

图10 检验模具分型面选择

6  结论

基于知识与事例的注塑模具分型面设计的前提是有相似于最先部分索引的形状特征，并由其决定模具分型面位置的相似解决方法。这种方法在基于丰富知识与事例上会有较高的设计效率和可靠性，它也有以下几项特性

（1）分型面位置分类事例库构建在大量特征事例的基础上，它使查询变得更加方便。

（2）形状特征索引，分类查询是基于乘法规则的查询方法。它能高效率和快速推断出事例模具的那些主形状特征与模件相似。

（3）在事例模具与目标模具间用相似的形状特征。类似模具的分型面解决方案就会找到，它能快速准确的决定分型面的位置。结果，模具的设计质量和效率得到提高。