[发明专利]一种交互式确定铸件分型面的方法

说明书

本发明公开一种交互式确定铸件分型面的方法，适合于利用计算机，交互地确定一个铸件在两砂箱造型、无砂芯工艺下的可用分型面。本发明包含以下主要步骤：读入铸件的STL模型；交互地指定分型面的法线方向；旋转铸件几何模型，使得分型面法线方向与坐标系的z轴重合；利用区间交运算法，计算铸件的水平分型面的可选范围，或者判定铸件当前水平分型面不存在。本发明无需重构三角形之间的拓扑关系，时间复杂度为线性，程序的核心实现代码不超过100行。

技术领域

本发明属于计算机辅助铸造工艺设计领域，具体说是提供一种交互式确定铸件分型面的方法。

背景技术

在所有的铸造工艺中，两箱砂型铸造工艺是最常用的工艺。在这个工艺中，采用无砂芯的工艺又应该是首选的，因为制作砂芯将增加铸造的成本并且降低生产效率。所以对于一个准备采用砂型铸造的铸件，应该优先采用两砂箱造型、无砂芯的铸造工艺。但是并不是所有铸件都能够采用这个工艺进行生产。所以在铸件的铸造工艺设计中，一个首先必须确定的问题就是：该铸件是否能够采用两砂箱造型、无砂芯的铸造工艺进行铸造？如果能，可用的分型面在什么位置？所谓的分型面就是一个水平平面，在造型时，与铸件相同的原型(木模或塑模)按照分型面被分成两部分，或者作为一个整体，埋入砂箱中。当砂子夯实后，需要将原型模具从砂型中垂直拔出，在这个过程中不能破坏砂型。

Bose等人在文献Determining the castability of simple polyhedra(Algorithmica,1997,19:84-113)中系统地研究了该问题。针对多面体的铸件模型，他们给出一个算法，能够自动判断出铸件在两砂箱造型、无砂芯工艺下的可铸性，并且对于可铸的铸件可以输出全部的分型面。但是该算法是一个平方时间复杂度的算法，并且在算法中要利用半空间的交运算和线性规划等复杂过程。

首先，一个铸件的分型面的选取不但要保证能够顺利拔模，还取决于其他因素。一般来说，分型面一旦确定，浇铸方向就确定。一个分型面在拔模上可行，而在其他方面不一定可行或最优，例如它可能导致浇铸不均匀或需要很多的透气孔。所以，在实际分型面的设计中，计算机目前所能做的只能是“辅助设计”。一个很自然的辅助形式是：设计人员根据经验首先确定拔模方向(可直接取为当前坐标系的z轴)，先判断在此方向上是否可行，如果可行再在可行的分型面中，找出最合理的。如果不可行，通过旋转铸件，进行再试。其次的考虑是，在拔模方向亦即分型面的法线方向给定的情况下，分型面的可选范围可以得到很容易的计算机程序实现。

发明内容

本发明提供一种交互式确定铸件分型面的方法，适合于利用计算机，交互地确定一个铸件在两砂箱造型、无砂芯工艺下的可用分型面。

本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤1：计算机读入铸件的STL格式的几何模型；

步骤2：计算机计算铸件的水平分型面的可选范围，或者判定铸件当前的水平分型面不存在；

步骤3：用户判断是否继续，如果继续，则转步骤4，否则转步骤6；

步骤4：用户交互地指定分型面的法线方向；

步骤5：计算机旋转铸件几何模型，使得分型面法线方向与坐标系的z轴重合，然后转步骤2；

步骤6：结束。

所述的步骤2中，计算铸件在z轴方向下的分型面可选范围的方法是区间交运算法；具体方法是，始终维持一个铸件在z轴上的分型面的可选区间I＝[zmin,zmax]，初始时I取为[-∞,+∞]，然后对铸件的每个面确定一个区间I_i＝[zmin_i,zmax_i]，并且进行I与I_i的交运算，将运算结果赋予当前的I，即对每个面做如下运算：