热冲压模具自动化水路设计系统

本发明涉及的是一种热冲压模具领域的技术，具体是一种热冲压模具自动化水路设计系统。

背景技术：

1、热冲压模具设计是热冲压成形工艺的核心技术，现有设计热冲压模具冷却系统赖以模具设计师的技术与经验进行设计，通常需要反复检查水路是否发生干涉以及水路到模具型面的最大与最小距离约束，再通过模拟等方法检测是否达到所需的冷却效果，来不断调整水路的布置。工程中，热冲压模具水路设计的时间往往占到模具设计工作时间的一半以上，效率十分低下，准确度也不高。

技术实现思路

1、本发明针对现有水路设计为人工手动，整个过程中需要不断调整、检测的问题，提出一种热冲压模具自动化水路设计系统，能够自动分析处理模具镶块特征，快速生成型面冷却水路、纵向进/出水路、进/出水槽，解决热冲压模具设计过程中对模具设计师经验和对cad软件操作熟练程度的依赖问题，避免水路设计中需要不断调整、反复检测、设计工时长的问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种热冲压模具自动化水路设计系统，包括：输入模块、水路设计模块、检测模块和输出模块，其中：输入模块根据交互界面，设计用户交互界面对话框，由用户进行特征选择和参数输入，系统进行读取并整合；水路设计模块根据水路设计知识库，确定水路数量，判断水路样式，依次生成型面水路、纵向进/出水路、进/出水槽；检测模块调用最小距离算法，计算型面水路到型面的最小距离、水路到镶块孔的最小距离，对不符要求的水路进行避让处理；输出模块则在工作区域模具镶块上输出水路系统，并显示出检测报告，用户可对水路系统进行变更设计。

4、所述的输入模块选择当前工作区域模具镶块特征，输入水路设计参数，存储于外部数据表中，后期用户可根据需要自行更新，该输入模块包括：用户交互界面设计单元和水路设计参数库单元，其中：用户交互界面设计单元根据水路设计需要的原则，借助block uistyler开发工具进行界面开发，界面对话框上包含需要用户进行的操作，模具镶块特征选择和水路设计参数输入，其中水路设计参数可使用系统默认值，此外还包含取消避让、取消水槽处理，以及帮助文档、设计者信息图标按钮，并在ug nx10.0的菜单栏增加“水路智能设计系统”菜单项；水路设计参数库单元存储用户输入的参数，覆盖原有的系统默认值。

5、所述的模具镶块特征包括：型面、端面、底面、边界线。

6、所述的水路设计参数包括：冷却水路直径、水路与型面的最小/最大距离、水路间距最小/最大值、水路与侧壁的距离、水路避让距离、水槽与侧壁的最小距离。

7、所述的水路设计模块包括：型面水路设计单元和辅助机构设计单元，其中：型面水路设计单元根据水路设计知识规则库，将边界线进行偏置，确定偏置线上第一个、转角处和最后一个水路孔，通过牛顿迭代法计算水路中心孔的位置分布，及相应的对应方式，确定水路排布数量，自动判断镶块型面起伏程度，确定水路排布样式，分别生成单根/两根/三根直管道；辅助机构设计单元根据纵向水路规则，在靠近模具镶块两端面处生成纵向进/出水路，当相邻冷却水路在纵向发生重叠时共用一条进/出水路，然后将其向底面投影后拉伸，得到进/出水槽。

8、所述的牛顿迭代法，通过迭代循环地在偏置曲线上相邻两个水路孔之间均匀布置水路孔。

9、所述的自动判断镶块型面起伏程度的方法为：将两端面上对应的水路中心孔连接，调用最小距离算法，判断连接线与型面的最小距离，如距离小于零，说明型面起伏大；如距离大于用户输入的水路到型面最小距离，则调用最大距离算法，如最大距离小于用户输入的水路到型面最大距离则说明型面起伏程度小；其他则说明型面起伏程度中等。

10、所述的最小距离算法是运用曲面对象的距离算法，先在连接线上离散取若干个点，在型面上筛选出需要与其进行求交的面，然后通过nx系统提供的api函数uf_modl_ask_minimum_dist求解出离散点到镶块型面的距离值，遍历所有离散点，选择所求距离值中的最小值作为最小距离。

11、所述的最大距离算法原理与最小距离算法相似，不同的是遍历所有离散点到镶块型面的距离值中选择最大值作为最大距离。

12、所述的确定水路排布样式的规则为：型面起伏程度小的模具镶块内型面水路设置为一根直管道；型面起伏程度中等的模具镶块内型面水路设置为两根直管道对接；型面起伏大的模具镶块内型面水路设置为三根直管道连接，具体为：

13、a)布置一根直管道：连接两端面上对应的水路中心孔作为水路中心线，根据输入模块的水路设计参数，通过nx系统提供的api函数生成一根直管道。

14、b)布置两根直管道：在型面下方离散取点作为水路的中间转折点，分别连接两端的水路中心孔形成折线，在折线到型面的最小距离满足用户要求的前提下，使用最小面积判断法，即选择使折线与型面围成面积最小的作为水路中心线，然后通过扫掠得到两根直管道。

15、c)布置三根直管道：过水路中心孔做垂直于镶块型面的基准平面，计算其与型面偏置面相交线上的一阶导数突变点，选择最优的两个作为水路的中间转折点，分别连接水路中心孔与中间转折点，扫掠得到三根直管道，并将中间直管道向下延伸至镶块底面。

16、所述的检测模块在设计完成后进行水路距离检测和避让处理，该检测模块包括：距离检测单元和水路避让处理单元，其中：距离检测单元根据最小距离算法和最大距离算法，求取型面水路与型面的最小/最大距离、水路与镶块孔的最小距离；水路避让处理单元根据水路与镶块孔的距离，选择相应的避让方式，自动修改水路，避开镶块孔。

17、所述的输出模块生成水路系统和检测报告，该输出模块包括：输出单元和水路变更处理单元，其中：输出单元根据水路设计模块得到的型面水路、纵向水路、进出水槽，在工作区域模具镶块上以特征的形式输出水路系统，并以信息窗口的方式显示型面水路与型面的最小/最大距离；水路变更处理单元可以进行半自动化变更设计，用户交互选择需要变更的及变更后水路中心点，系统则自动更新水路。

18、本发明涉及一种基于上述系统的热冲压模具自动化水路设计方法，根据用户交互得到的水路设计参数和模具镶块特征，通过计算得到两水路中心孔在两端面的位置分布及对应方式，依照冷却水路随模具镶块型面设计的原则，判断型面起伏程度，布置相应的型面水路及其他辅助结构，对用于汽车b柱热冲压的模具冷却水路系统进行快速设计。

19、技术效果

20、本发明通过对水路设计规则库的整合，基于水路设计参数约束，通过自动化系统替代人工设计的工作，自动生成了型面水路、纵向进/出水路、进/出水槽，能够自动判断型面的起伏程度，确定水路排布样式，并设计了最小面积判断法，获得尽可能随模具镶块型面排布的型面水路，有助于提高冷却的均匀性。相比现有技术，本发明降低了对模具设计师设计经验和cad软件使用熟练程度的依赖，大大缩短了设计工时。

技术特征：

1.一种热冲压模具自动化水路设计系统，其特征在于，包括：输入模块、水路设计模块、检测模块和输出模块，其中：输入模块根据交互界面，设计用户交互界面对话框，由用户进行特征选择和参数输入，系统进行读取并整合；水路设计模块根据水路设计知识库，确定水路数量，判断水路样式，依次生成型面水路、纵向进/出水路、进/出水槽；检测模块调用最小距离算法，计算型面水路到型面的最小距离、水路到镶块孔的最小距离，对不符要求的水路进行避让处理；输出模块则在工作区域模具镶块上输出水路系统，并显示出检测报告，用户可对水路系统进行变更设计。

2.根据权利要求1所述的热冲压模具自动化水路设计系统，其特征是，所述的输入模块选择当前工作区域模具镶块特征，输入水路设计参数，存储于外部数据表中，后期用户可根据需要自行更新，该输入模块包括：用户交互界面设计单元和水路设计参数库单元，其中：用户交互界面设计单元根据水路设计需要的原则，借助block ui styler开发工具进行界面开发，界面对话框上包含需要用户进行的操作，模具镶块特征选择和水路设计参数输入，其中水路设计参数可使用系统默认值，此外还包含取消避让、取消水槽处理，以及帮助文档、设计者信息图标按钮，并在ug nx10.0的菜单栏增加“水路智能设计系统”菜单项；水路设计参数库单元存储用户输入的参数，覆盖原有的系统默认值；

3.根据权利要求1所述的热冲压模具自动化水路设计系统，其特征是，所述的水路设计模块包括：型面水路设计单元和辅助机构设计单元，其中：型面水路设计单元根据水路设计知识规则库，将边界线进行偏置，确定偏置线上第一个、转角处和最后一个水路孔，通过牛顿迭代法计算水路中心孔的位置分布，及相应的对应方式，确定水路排布数量，自动判断镶块型面起伏程度，确定水路排布样式，分别生成单根/两根/三根直管道；辅助机构设计单元根据纵向水路规则，在靠近模具镶块两端面处生成纵向进/出水路，当相邻冷却水路在纵向发生重叠时共用一条进/出水路，然后将其向底面投影后拉伸，得到进/出水槽。

4.根据权利要求3所述的热冲压模具自动化水路设计系统，其特征是，所述的牛顿迭代法，通过迭代循环地在偏置曲线上相邻两个水路孔之间均匀布置水路孔；

5.根据权利要求1所述的热冲压模具自动化水路设计系统，其特征是，所述的确定水路排布样式的规则为：型面起伏程度小的模具镶块内型面水路设置为一根直管道；型面起伏程度中等的模具镶块内型面水路设置为两根直管道对接；型面起伏大的模具镶块内型面水路设置为三根直管道连接。

6.根据权利要求1或5所述的热冲压模具自动化水路设计系统，其特征是，所述的确定水路排布样式的规则具体包括：

7.根据权利要求1所述的热冲压模具自动化水路设计系统，其特征是，所述的检测模块在设计完成后进行水路距离检测和避让处理，该检测模块包括：距离检测单元和水路避让处理单元，其中：距离检测单元根据最小距离算法和最大距离算法，求取型面水路与型面的最小/最大距离、水路与镶块孔的最小距离；水路避让处理单元根据水路与镶块孔的距离，选择相应的避让方式，自动修改水路，避开镶块孔。

8.根据权利要求1所述的热冲压模具自动化水路设计系统，其特征是，所述的输出模块生成水路系统和检测报告，该输出模块包括：输出单元和水路变更处理单元，其中：输出单元根据水路设计模块得到的型面水路、纵向水路、进出水槽，在工作区域模具镶块上以特征的形式输出水路系统，并以信息窗口的方式显示型面水路与型面的最小/最大距离；水路变更处理单元可以进行半自动化变更设计，用户交互选择需要变更的及变更后水路中心点，系统则自动更新水路。

9.一种基于权利要求1～8中任一所述系统的热冲压模具自动化水路设计方法，其特征在于，根据用户交互得到的水路设计参数和模具镶块特征，通过计算得到两水路中心孔在两端面的位置分布及对应方式，依照冷却水路随模具镶块型面设计的原则，判断型面起伏程度，布置相应的型面水路及其他辅助结构，对用于汽车b柱热冲压的模具冷却水路系统进行快速设计。

技术总结
一种热冲压模具自动化水路设计系统，包括：输入模块、水路设计模块、检测模块和输出模块，水路设计模块根据水路设计知识库，确定水路数量，判断水路样式，依次生成型面水路、纵向进/出水路、进/出水槽；检测模块调用最小距离算法，计算型面水路到型面的最小距离、水路到镶块孔的最小距离，对不符要求的水路进行避让处理；输出模块则在工作区域模具镶块上输出水路系统，并显示出检测报告，用户可对水路系统进行变更设计。本发明自动分析处理模具镶块特征，快速生成型面冷却水路、纵向进/出水路、进/出水槽，解决热冲压模具设计过程中对模具设计师经验和对CAD软件操作熟练程度的依赖问题，避免水路设计中需要不断调整、反复检测、设计工时长的问题。

技术研发人员：周雄辉,黄嘉倩
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13