[发明专利]一种基于曲率法的熔模铸件型壳三维实体网格生成方法

说明书

本发明提供一种基于曲率法的熔模铸件型壳三维实体网格生成方法，包括：在三维制图软件中设计熔模铸件的几何模型，导出三角面网格格式的STL文件，计算所有节点的法向量；用型壳的三角面网格代替实际型壳，计算出型壳所有节点主曲率极大值并获取对应的型壳厚度，构建曲率和厚度之间的函数关系；将函数关系应用到新的铸件上，计算铸件表面点云法向量，并确定型壳所有节点在法向量方向偏移距离T后的节点坐标，获得型壳外表面的点云；将铸件的网格节点作为型壳内表面，结合型壳外表面的点云，采用delaunay三角剖分方法获得熔模铸件的三维实体网格。本发明能够更加准确地进行铸件成形过程温度场和应力场模拟。

技术领域

本发明涉及熔模铸造技术领域，具体地，涉及一种基于曲率法的熔模铸件型壳三维实体网格生成方法。

背景技术

熔模铸造工艺是制造高温合金热端零部件如机匣、叶片的主要技术，型壳制备是其流程中重要的一个工序，在这类铸件铸造生产过程中，型壳的厚度并不是均匀的，其影响了型壳的力学性能，传热过程的热通量。熔模铸造数值模拟能很好的指导铸件浇注系统设计、型壳与合金之间的力学行为、铸件对环境的散热过程。而如何对型壳实体进行准确的三维数字模型构建是困难的，设计成一致的壁厚则带来一定的误差。一个较好的方法是利用三维扫描技术对型壳实体进行重构，但是这个过程是非常复杂，需要对每一个新的铸件设计进行型壳扫描，无法很好的推广和泛化。目前，虽然ProCAST软件中具有生成型壳网格的功能，并且可以设置不同厚度和不同层数，但是其具体算法和准确性并没有说明。熔模铸件型壳在不同的结构处具有不同的曲率，根据曲率推导出当前位置的型壳生成厚度，可以快速，高效的建立更接近实际的型壳三维模型。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于曲率法的熔模铸件型壳三维实体网格生成方法。

型壳制备的过程包括沾浆、淋砂、干燥、硬化的一层层重复过程，在这个过程中型壳的厚度不断变厚，但是由于曲率的影响，在凹面中会沾上更多的浆料和石英砂，在凸面中则更少。这导致生成的型壳中，如浇注系统连接处的凹面厚度大于平均厚度，而凸面直角边处的型壳厚度小于平均厚度。实际的型壳厚度与曲率存在一定的关系，构建型壳厚度与曲率的函数关系有助于更准确的铸件温度场、应力场模拟计算，从而提高铸件质量。

根据本发明的一个方面，提供一种基于曲率法的熔模铸件型壳三维实体网格生成方法，该方法包括：

在三维制图软件中设计熔模铸件的几何模型，导出三角面网格格式的STL文件，计算所有节点的法向量；

用型壳的面网格代替实际型壳实体，计算出型壳所有节点主曲率极大值并获取对应的型壳厚度，构建曲率和厚度之间的函数关系；

将所述函数关系应用到新的铸件上，计算铸件表面点云法向量，并确定型壳所有节点在法向量方向偏移距离T后的节点坐标，获得型壳外表面的点云；

将铸件的网格节点作为型壳内表面，结合型壳外表面的点云，采用delaunay三角剖分方法获得熔模铸件的三维实体网格。

进一步地，所述用型壳的面网格代替实际型壳实体，包括：根据三角面网格格式的STL文件，在ProCAST软件中生成型壳，提取出型壳的三角面网格代替实际型壳。

进一步地，所述用型壳的面网格代替实际型壳实体，包括：利用三维扫描仪测量获得型壳内外表面的点云，并划分面网格。

进一步地，所述计算出型壳所有节点主曲率极大值并获取对应的型壳厚度，其中：主曲率极大值的计算公式为k＝y”/[(1+(y')^2)^(3/2)]，其中，k为主曲率极大值，y'、y分别为函数y对x的一阶和二阶导数。

进一步地，所述计算出型壳所有节点主曲率极大值并获取对应的型壳厚度，其中：型壳厚度计算按以下步骤进行：

提取出铸件表面的STL文件和型壳整体的STL文件；