注塑模CAD冷却系统

现有的一些注塑模CAD系统中，冷却系统通常采用交互的几何造型方法。这种方法仅起到高级造型工具的作用，设计过程仍然十分繁琐。而且，在模具设计过程中，大型复杂注塑模的模板上有近百个水孔和水道，手工设计时容易使水孔和水道与模板其它部分发生干涉；孔的附属零件的形状和位置不能跟随孔发生变化；标注和出孔表时要对每个孔进行测量；定模水孔深度需手工计算，对复杂型腔极易出错。因此，开发出一套方便实用的冷却系统自动生成软件，对提高注塑模设计效率具有重要作用。

二、冷却系统设计的功能需求

实际应用中，注塑模动模冷却系统主要包括动模板上的水孔和动模相邻模板上对应的密封圈槽。水孔的形式采用直通式，即由通过横向水孔连接的纵向水孔组成。生成的水孔不仅需满足与型面的最小距离要求，而且要避免和其它孔发生干涉，同时还应记录位置和尺寸信息以满足二维图的标注和出孔表的要求。密封圈槽是对应水孔的附属结构，当水孔的位置或尺寸发生变化时，密封圈槽跟着发生变化，同时保证不与其它零件干涉。

定模冷却系统主要包括定模板上的水道和连接水道，水道的形式采用多级式。生成的水道不仅需确保与型腔面间距在给定距离内，同时要与其它水道保持安全距离，而且当用户设计的水道位置不满足要求时，系统应根据实际情况调整其关联水道和连接水道的位置。图1所示是该模块的功能组成。

三、水孔/水道自动生成算法

1、动模水孔生成算法

在进行动模水孔设计时，需要知道水孔布置位置、水孔直径以及与型面的最小距离。当设计人员给定了这些参数后，即可自动生成相应的水孔。具体算法步骤如下：

(1) 以水孔的中心点为圆心，以水孔直径与两倍距离型面的最小距离之和为半径，以动模板的高度为高做一圆柱体，遍历圆柱体得到圆柱面。

(2) 用该圆柱面与动模板做实体减运算，得到包含所有干涉面的圆柱体。

(3) 遍历圆柱体即得到可能与该水孔发生干涉的面的集合setA。

(4) 以水孔的中心点为起点，沿水孔的方向作射线，判断相邻两交点是否在同一圆柱面，得到横向水孔的面的集合setB。

(5) 从setA中排除setB即得到所有与该水孔发生干涉的面的集合setFace。

(6) 以水孔的中心点为起点，以用户输入的水孔直径为直径，以模板厚度与用户设置的最小距离之差为高度，沿水孔的方向作一初始的孔。

(7) 求生成的孔与setFace的最小距离。

(8) 判断minDis是否与用户设置的最小距离相等。若相等，则执行（9）；若不相等，则将孔的高度减去用户设置的最小距离与所做的孔与setFace的最小距离之差，再从（7）到（8）循环执行。

(9) 记录水孔位置和尺寸信息以满足二维图的标注和出孔表的要求。

2、定模水道生成算法

进行定模水道设计时，需要知道产品模型、水道中心线或水道的起始点与中间点、水道直径以及距离型面的最小距离等条件进行水道的设计。具体算法步骤如下：

(1) 根据用户选择的轨道线或轨道点生成的轨道线，判定水道所在的模板。

(2) 选择轨迹线要修改的端点，根据用户指定类型修改轨迹线的末端属性。

(3) 根据调整后的轨迹线和水道直径生成管道体。

4) 根据水道与型腔表面的最小距离要求调整管道体的位置，得到的管道体即为水道的实体。

(5) 生成的管道体与模板求交，得出水道，并根据用户指定类型（堵头、水管、贯穿、延伸、相切）生成相对应的端点。

(6) 记录水道的属性，包括：名称、位置、深度等，供生成二维图标注使用。

四、关联设计

1、水孔和密封圈槽的关联设计

UDO（User Defined Object），即用户定义对象，是UG为开发应用程序提供的特定的对象实体。利用该对象实体，可记录整形数、实形数和字符串，同时还可记录与该UDO对象相关的其它实体对象名。当相关实体对象发生变化时（删除、更新等），该UDO对象实体可被

激发调用一回调函数进行相应的几何操作处理。利用UDO对象的这一特性，即可方便地建立水孔和密封圈槽的关联关系，并实现自动更新。为此，建立表1所示UDO对象类的描述。

表1 Hole_udo UDO类

在Hole_udo中，主要记录了水孔的定义和几何描述，其中：Doubles[0～m]为密封圈槽的尺寸和位置参数，Link_defs[0]为与水孔相关联的密封圈槽几何模型，Link_defs[1]为水孔的几何模型。

当水孔的尺寸或位置发生变化时，会触发Hole_udo中的更新回调函数Hole_udo_update_cb，此函数会搜索Hole_udo中的Link_defs[1]（即水孔的信息），从Link_defs[1]中提取相应的尺寸和位置信息并将信息写入Doubles[0～m]（对应密封圈槽的尺寸和位置参数），最后通过Doubles[0～m]来调整密封圈槽的尺寸和位置。水孔被删除时，会触发Hole_udo中的Hole_udo_delete_cb，此函数会删除Link_defs[0]（密封圈槽几何模型）并删除与之对应的Hole_udo对象。这样，运用UDO技术就实现了水孔和密封圈槽关联。

2、水道与型腔表面的关联设计

为确保模具强度，水道与型面需满足用户输入的最小距离要求。生成水道前，先用生成的管道体的面与产品求距离，判断是否满足给定的最小间距，若不满足，则根据管道体与型腔的结构关系自动调整管道体对应的轨迹线。自动调整算法具体步骤如下：

(1) 求管道体的面与模具型面的距离。

(2) 若满足给定的最小间距，则执行（5），否则假定相差为D，若轨迹线的两点X 相等，将该轨迹线沿Y移动+D，若轨迹线的两点Y相等，将该轨迹线沿X 移动+D，判断是否满足要求，否则，移动-D。

(3) 调整与该轨迹线相关联的其它轨迹线长度。

(4) 根据调整后的轨迹线生成的管道体，求管道体的面与模具型面之间的距离，判断间距是否满足最小距离的要求。若满足，则执行（5），否则，提示用户，并给出不满足要求的轨道线的坐标信息。

(5) 循环执行（1）到（4），直到所有管道体检测完成。

五、应用实例

在上述原理和方法的基础上，开发了相应的注塑模动模板冷却系统自动生成模块。对于动模，只需选择水孔位置点和水孔的入面，设置水孔直径和距离型面的最小距离，该模块即可自动