0 引言

大型覆盖件成型模具的圆角对冲压件的最终质量、合模率影响很大，减小凹圆角半径是模具企业常用的方法，是不可缺少的设计环节。传统方法主要由钳工手工研磨模具的凹圆角，劳动强度大、效率低且质量难以保证。目前已经普遍采用CAD软件，在数控加工前预先减小型面中凹圆角半径，主要有以下两种方法：（1）选择所有的凹圆角，沿着负Z方向落下一定距离；（2）应用曲面变形功能减小凹圆角，凸圆角保持不变，使上下贴合存在缝隙，产品靠凸模成型。在当前设计方法中，只能逐个处理圆角，导致操作繁琐、设计周期长，无法处理侧部圆角，导致后续增加研磨工作量，同时生成圆角面的质量较差。

目前提供圆角解决方案的软件很少，仅有Tebis、NX两款国外软件，提供逐个圆角的处理方法，设计效率低，而且价格非常昂贵。因此，为了提高大型覆盖件成型模的设计制造效率和圆角质量，基于国产三维CAD系统研发高效、灵活的圆角处理功能是非常必要的。

1 系统设计

在模具型面设计时，设计人员需要将上游企业提供的模具型面数据导入到CAD软件中，后续工作流程如图1所示。首先是准备工作，需要先打散整个模面，使其分解为单个面，由于第三方数据的原因，会产生多余的顶点，为了便于后续的圆角调整，需要删除这些顶点；然后，最关键的是圆角检索和调整处理，用户需要批量减小圆角，来提高圆角的处理效率，此阶段是整个解决方案的重中之重；再次，针对一些无法自动处理的圆角，需手工辅助进行调整或删除；最后，保存文件，并导出数据。在整个工作流程中，保证处理圆角的成功率是最重要的，也是解决用户最实际的问题。

图1 用户工作流程

通过上述业务需求的分析，结合实际工作流程，可以将凹R角预处理功能分解为三部分，功能结构如图2所示。模面预处理部分是圆角处理的基础，有利于提高自动处理圆角的成功率；自动调整圆角部分是核心功能，实现批量圆角的检索、分割和减小处理；手工调整圆角部分起到辅助作用，针对一些特殊无法自动处理的圆角面，需要通过手工方式来修补圆角面。在整个凹R角预处理功能中，三部分相辅相成，缺一不可。

图2 凹R角预处理功能结构

2 系统实现

2.1 模面预处理

由于模具用户的模面数据大部分都是来源于CATIA、NX等软件，中间数据交换格式文件都是以IGES为主，当读入IGES数据时都会自动把片体打散为单个面[10]，面法向可能存在不一致。但有些数据可能来自STEP文件，由于STEP文件不会自动打散片体。因此，需要将这些曲面先打散，保持所有面法向一致。

经分析发现，在模面预处理部分需提供以下两个命令：

（1）分离：实现打散一整张片体，分解成分散的单个面。

（2）面反转：调整面法向，保持一致。

分离命令中从指定面中分离出所有面的关键算法代码如下：

CMD_MNG.GotVlNum (APID, SRFINP2, &valNum );

if ( valNum == 0 ) {

m_button4.StFcus();

break; }

2.2 自动调整圆角

目前CAD软件在处理圆角过程中，只能逐个选择圆角，操作复杂繁琐，为了方便用户操作，增强功能的易用性，需要软件能够按照圆角尺寸、凹凸性等条件自动检索识别出来，同时为了方便管理圆角面，需归类识别出所有圆角面，最大化满足用户的使用要求。

此外，由于型面数据的精度问题，不能完全保证识别出所有的圆角面，还需要对不能自动识别的圆角进行分割处理，如图3所示，使其大部分面变成规则圆角面，便于后续提高圆角调整的成功率。通过自动批量处理的方法，实现快速的调整圆角，提高圆角的处理效率，同时也要提供多种应用方法来满足不同场景的圆角。

图3 圆角分割示意图

因此，在自动调整圆角部分需提供以下三个命令：

（1）圆角检索

把曲面中符合条件的圆角面检索出来，圆角检索流程如图4所示，根据面的UV方向计算距离是否在允许公差范围内，判断识别是否是圆角面。从需求实现角度来看，主要实现以下功能：

检索对象：把指定面作为检索对象，检索出面中所有的圆角面。

检索设置：检索一定半径范围内的所有凸或凹圆角面。

颜色和图层设置：检索出的圆角面指定颜色和分配图层。

图4 检索圆角面流程

圆角检索命令中检索曲面上所有单个面的关键算法代码如下：

stat=TiInqComFac(&idCom1,&numfac1,&faceidP);

if (stat != 0){

goto rtn;}

stat=TiInqComFac(&idCom2,&numfac2,&faceidP);

if (stat != 0){

goto rtn;}

（2）圆角分割

把曲面中不规则的圆角面分割为规则和不规则的圆角面，不规则的圆角面将不能再被分割，主要实现功能：根据面的几何拓扑关系，自动分割圆角面。

圆角分割命令中的面分割关键算法部分代码如下：

if (m_SetDivSEve != ITEM_SEVE_VALUE) {

m_cmbSetDiv.SetCurSel(m_SetDivSEve);}

{return m_cmbSetDiv.GetCurSel();}

if (nDivide == 1) {

DivideFillet(&tmpFltInf,divComFlt,divFacFlt); }

（3）圆角减小

参照圆角周围面的延长面，根据减小的圆角半径值，重新创建圆角面，实现圆角的减小处理，主要实现以下功能：

调整方式：提供按比例缩小、指定半径值、指定减小值三种调整方式，可自定义相关参数。

颜色和图层设置：减小的圆角面指定颜色和分配图层。

圆角分割：针对不规则的圆角，增加自动分割圆角处理功能。

圆角减小命令中逐个圆角循环处理的关键算法代码如下：

while (pos != NULL) {

if (!UpdateProgress(++nLoop)) {

break; }

if (nMode == D4OPT2 || fltRadInf.FltType == FIXEDRAD) {

bRet = ReduceGradualRadius(&fltInf, nMode, dValue, nDivide, newFltidAry);

} else{

continue; }}

2.3 手工调整圆角

在自动处理圆角时，有些圆角存在质量差和精度低等问题，无法实现自动处理，此类型的圆角就需要手工调整功能进行处理。通过分析此类圆角的类型，凹R角预处理功能中提供六个功能进行手工调整圆角，包括边线附加、顶点附加、边线删除、面修剪、N边填充和精确整体变形。其中前三个功能主要实现面上顶点附加、边线附加和删除，在保证面的质量前提下，通过改变面的拓扑几何关系方法，正确的处理一些不规则的三角形、多边形等曲面；后三个功能主要实现面的修剪、填充变形处理，解决在面面交汇位置出现空洞、错位等问题。通过应用手工调整的方式，尽量修补完善更多的面，来提高型面的整体质量。上述六个功能属于软件中已具备的命令，在此不再做详细介绍。

3 应用实例

凹R角预处理功能已经在国产三维CAD系统SINOVATION中实现，并已经应用到六家大型冲压模具设计制造企业。以调整变形车门模面上的圆角为例，首先根据设置的参数，如图5所示，检索车门模面中的所有凹圆角面；随后，如图6所示，圆角半径按比例缩小20%，自动批量减小所有的圆角面。通过现场的调试和验证，用户给出了高度的评价，非常认可凹R角预处理功能的实用性和准确性。从整个设计过程分析，减少了用户修改圆角工作量的80%左右。

图5 圆角检索处理

图6 圆角减小处理

通过凹R角预处理功能，可以清晰查看到圆角减小后的变化效果。图7展示了把圆角R10减小到R8的前后对比效果。

图7 圆角减小前后对比效果

通过内部测试和用户现场测试凹R角预处理功能，分析出凹R角预处理功能可以处理的所有圆角类型，如表1所示。其中，可以自动减小R角的类型有平直R角、圆弧R角、单边渐变R角、双边渐变R角，需要手工调整R角的类型有合流部位R角。

表1 所有圆角类型

4 结束语

本文通过分析冲压模具用户的实际生产设计需求，在国产三维CAD系统SINOVATION中实现了凹R角预处理功能的研发，基于传统的手工调整圆角方法，增加了自动批量处理圆角的方法和特殊圆角面的分割处理，为模具型面的设计提供了一套完整的圆角预处理功能，使用户能够在软件中预先减小各种类型的圆角面，省去了后期繁琐的手工研磨过程，提高了型面的设计效率。经过现场用户验证，相比传统方法，修改圆角工作量减少了80%左右，得到了用户的高度评价。