# 铝制家电包装泡沫模具分模功能技术规格说明书

> 文档定位：**铝泡沫模具分模方向的专题规格文档**。
> 本文保留该方向的需求背景、规格设想与能力边界，不作为当前项目整体状态的权威说明。当前状态见 [../../STATUS.md](../../STATUS.md)，总体架构见 [../../ARCHITECTURE.md](../../ARCHITECTURE.md)，活跃技术债见 [../../TECH_DEBT.md](../../TECH_DEBT.md)。

## 文档信息

| 项目 | 内容 |
|------|------|
| **文档名称** | 铝制家电包装泡沫模具分模功能技术规格说明书 |
| **版本** | 1.0 |
| **日期** | 2026-03-13 |
| **项目** | geMoldInsight 模具分模功能增强 |

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## 1. 项目背景与目标

### 1.1 项目背景

铝制家电包装泡沫是一种广泛应用于家电产品缓冲包装的特殊材料，其模具设计具有以下特点：

- **材料特性**：铝泡沫密度低(0.4-0.8 g/cm³)，发泡倍率高，需要特殊的成型工艺
- **产品特性**：壁厚较大(通常 20-100mm)，形状复杂，表面质量要求高
- **模具特性**：需要耐腐蚀模具材料，加强排气系统，特殊的浇注系统

### 1.2 项目目标

开发一套专业的铝制家电包装泡沫模具分模系统，实现：

1. **自动分模算法** - 针对铝泡沫产品结构特性的智能分模
2. **参数自定义** - 分模角度、分型线精度、型腔匹配度等
3. **三维可视化** - 实时显示分模效果，支持交互调整
4. **质量检测** - 自动验证分模面质量、结构合理性、生产可行性
5. **数据接口** - 兼容现有软件，标准数据导出

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## 2. 功能需求规格

### 2.1 自动分模算法

#### 2.1.1 分型面自动检测

**功能描述**：自动分析产品几何特征，计算最优分型面位置和方向

**需求规格**：

| 需求项 | 详细说明 | 优先级 |
|--------|----------|--------|
| 表面法向量分析 | 统计产品所有面的法向量分布 | P0 |
| 最优方向计算 | 基于法向量统计计算最优分型方向 | P0 |
| 多分型面支持 | 支持复杂产品的多个分型面 | P1 |
| 倒扣检测 | 自动识别产品倒扣区域 | P1 |
| 分型面优化 | 平滑处理分型面，减少毛刺 | P2 |

**算法输入**：
- 产品 3D 模型 (STEP/IGES 格式)
- 产品材料类型
- 产品尺寸参数

**算法输出**：
- 分型面方程 (平面参数)
- 分型面位置 (Z 坐标或自定义)
- 置信度评分 (0-100%)

#### 2.1.2 铝泡沫特性适配

**功能描述**：针对铝泡沫材料的特殊参数设置

**需求规格**：

| 参数 | 范围 | 默认值 | 说明 |
|------|------|--------|------|
| 发泡倍率 | 1.5-4.0 | 2.5 | 铝泡沫发泡倍率 |
| 目标密度 | 0.3-0.8 g/cm³ | 0.5 | 成型后泡沫密度 |
| 收缩率 | 0.5%-3.0% | 1.5% | 铝泡沫收缩率(较大) |
| 成型温度 | 300-450°C | 380°C | 发泡成型温度 |

**材料数据库**：

```python
foam_materials = {
    "AlSi10Mg": {
        "density": 0.45,
        "expansion_ratio": 2.5,
        "shrinkage_rate": 0.015,
        "molding_temp": 380,
        "description": "常用铝硅泡沫"
    },
    "AlSi12": {
        "density": 0.50,
        "expansion_ratio": 2.2,
        "shrinkage_rate": 0.012,
        "molding_temp": 360,
        "description": "高强度铝泡沫"
    },
    "Pure Al Foam": {
        "density": 0.35,
        "expansion_ratio": 3.0,
        "shrinkage_rate": 0.020,
        "molding_temp": 400,
        "description": "纯铝泡沫"
    }
}
```

#### 2.1.3 拔模角优化

**功能描述**：针对铝泡沫产品的拔模角计算

**需求规格**：

| 需求项 | 详细说明 | 优先级 |
|--------|----------|--------|
| 最小拔模角计算 | 基于产品高度和材料摩擦系数 | P0 |
| 拔模方向检测 | 自动确定脱模方向 | P0 |
| 拔模干涉检测 | 检测脱模过程中的干涉区域 | P1 |
| 拔模补偿 | 自动补偿拔模引起的尺寸变化 | P1 |

**拔模角参数**：

| 参数 | 范围 | 默认值 | 说明 |
|------|------|--------|------|
| 最小拔模角 | 1°-10° | 3° | 铝泡沫建议 3-5° |
| 拔模方向 | X/Y/Z/自定义 | 自动 | 脱模方向 |
| 摩擦系数 | 0.1-0.5 | 0.3 | 材料摩擦系数 |

### 2.2 参数自定义设置

#### 2.2.1 分模参数配置

**功能描述**：用户可自定义分模过程的各项参数

**需求规格**：

| 参数名称 | 参数类型 | 取值范围 | 默认值 | 说明 |
|----------|----------|----------|--------|------|
| 分模方式 | 枚举 | 单分型面/多分型面/自动 | 自动 | 分模策略 |
| 分型线精度 | 浮点数 | 0.01-1.0 mm | 0.1 mm | 分型线采样精度 |
| 分型面容差 | 浮点数 | 0.01-2.0 mm | 0.5 mm | 分型面拟合容差 |
| 型腔匹配度 | 浮点数 | 80%-100% | 95% | 型腔与产品匹配度 |
| 收缩补偿 | 布尔 | 是/否 | 是 | 是否应用收缩补偿 |
| 拔模处理 | 布尔 | 是/否 | 是 | 是否应用拔模角 |

#### 2.2.2 高级参数设置

**功能描述**：专家级用户可调整的高级参数

**参数面板**：

```python
advanced_params = {
    "mold_parameters": {
        "cavity_count": 1,           # 型腔数量
        "mold_material": "P20",       # 模具材料
        "surface_finish": "SPI A2",   # 表面粗糙度
        "ejection_system": "pin",    # 顶出系统
    },
    "processing_params": {
        "injection_pressure": "80-120 MPa",
        "molding_temp": "350-400 °C",
        "cooling_time": "30-60 秒",
        "ejection_temp": "60-80 °C",
    },
    "quality_params": {
        "warpage_tolerance": 0.5,    # 翘曲容差 mm
        "sink_mark_depth": 0.1,      # 缩痕深度 mm
        "weld_line_gap": 0.05,       # 熔接缝间隙 mm
    }
}
```

### 2.3 三维可视化界面

#### 2.3.1 分模过程可视化

**功能描述**：实时显示分模过程和结果

**需求规格**：

| 功能 | 说明 | 优先级 |
|------|------|--------|
| 产品模型显示 | 加载并显示原始产品 3D 模型 | P0 |
| 分型面可视化 | 在产品上显示分型面位置 | P0 |
| 分型线可视化 | 显示计算得到的分型线路径 | P0 |
| 型腔/型芯显示 | 分别高亮显示型腔和型芯 | P0 |
| 模具块显示 | 显示完整的模具块结构 | P1 |
| 剖视图 | 沿分型面剖切显示内部结构 | P1 |

#### 2.3.2 交互调整功能

**功能描述**：支持用户交互调整分模参数

**需求规格**：

| 功能 | 说明 | 交互方式 |
|------|------|----------|
| 分型面拖拽 | 沿法线方向移动分型面 | 鼠标拖拽 |
| 分型角度调整 | 调整分型面角度 | 滑块控制 |
| 视图旋转 | 360° 查看模型 | 鼠标拖拽 |
| 缩放 | 放大/缩小视图 | 滚轮 |
| 剖面切换 | 切换不同剖面视图 | 按钮切换 |
| 透明度调整 | 调整模型透明度 | 滑块控制 |
| 测量工具 | 测量距离、角度 | 点击测量 |

#### 2.3.3 可视化参数

| 参数 | 取值范围 | 默认值 |
|------|----------|--------|
| 分型面颜色 | #FF0000 (红色) | #00FF00 (绿色) |
| 分型线颜色 | #FFFF00 (黄色) | #FF00FF (品红) |
| 型腔颜色 | #0000FF (蓝色) | #00FFFF (青色) |
| 型芯颜色 | #FF8800 (橙色) | #8800FF (紫色) |
| 网格密度 | 1000-50000 点 | 10000 点 |

### 2.4 质量检测模块

#### 2.4.1 分模面质量检测

**功能描述**：自动检测分模面的质量

**检测项目**：

| 检测项 | 检测方法 | 质量标准 | 优先级 |
|--------|----------|----------|--------|
| 平滑度 | 曲率分析 | 无明显凹凸 | P0 |
| 连续性 | 边界检查 | 无间隙 | P0 |
| 几何精度 | 偏差测量 | < 0.1mm | P1 |
| 表面缺陷 | 三角网格检查 | 无破面 | P1 |

**检测输出**：

```python
quality_report = {
    "surface_quality": {
        "smoothness_score": 95,      # 平滑度评分 0-100
        "continuity_score": 100,     # 连续性评分
        "defects": [],              # 发现的缺陷列表
        "overall_score": 97          # 综合评分
    },
    "geometry_check": {
        "deviation": 0.05,           # 偏差 mm
        "tolerance_met": True        # 是否符合容差
    }
}
```

#### 2.4.2 模具结构合理性检测

**功能描述**：检测模具结构的合理性

**检测项目**：

| 检测项 | 说明 | 判定标准 |
|--------|------|----------|
| 模具尺寸 | 模具是否足够大 | 产品尺寸 + 余量 |
| 壁厚检测 | 模具壁厚是否足够 | > 10mm |
| 拔模检测 | 是否有倒扣无法脱模 | 无倒扣或已处理 |
| 干涉检测 | 运动件是否干涉 | 无干涉 |
| 冷却系统 | 冷却通道是否合理 | 分布均匀 |

#### 2.4.3 生产可行性评估

**功能描述**：评估模具的生产可行性

**评估项目**：

| 评估项 | 评估方法 | 输出 |
|--------|----------|------|
| 注塑压力 | 投影面积 × 压力系数 | 压力值 (MPa) |
| 锁模力 | 投影面积 × 材料压力 | 力值 (吨) |
| 成型周期 | 体积/冷却速度 | 时间 (秒) |
| 材料利用率 | 流道体积/产品体积 | 百分比 |
| 生产成本 | 材料+工艺+时间 | 估算成本 |

### 2.5 数据接口

#### 2.5.1 导入接口

**支持的格式**：

| 格式 | 说明 | 优先级 |
|------|------|--------|
| STEP | 标准 CAD 交换格式 | P0 |
| IGES | 另一种 CAD 交换格式 | P1 |
| BREP | OpenCASCADE 原生格式 | P1 |
| STL | 三角网格格式 | P2 |

#### 2.5.2 导出接口

**导出格式**：

| 格式 | 说明 | 用途 |
|------|------|------|
| STEP | 分模后模具模型 | CAD 软件 |
| IGES | 分模后模具模型 | CAM 软件 |
| STL | 3D 打印/快速成型 | 3D 打印 |
| JSON | 分模参数和结果 | 数据交换 |
| PDF | 质量检测报告 | 文档输出 |

#### 2.5.3 API 接口

**内部 API**：

```python
# 分模分析 API
POST /api/mold/analyze
{
    "product_file": "file",
    "material": "AlSi10Mg",
    "params": {
        "draft_angle": 3.0,
        "parting_tolerance": 0.1,
        "cavity_match": 95
    }
}

# 获取分模结果
GET /api/mold/result/{task_id}

# 导出分模结果
GET /api/mold/export/{task_id}?format=step
```

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## 3. 技术架构规格

### 3.1 系统架构

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    表示层 (Presentation)                 │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐    │
│  │  Web 界面   │  │  3D 可视化  │  │  参数面板   │    │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
                           │
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    业务层 (Business Logic)              │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐    │
│  │ 分模算法    │  │ 质量检测    │  │  参数优化   │    │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
                           │
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    数据层 (Data Layer)                  │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐    │
│  │ PythonOCC  │  │  数据库     │  │  文件存储   │    │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
```

### 3.2 模块设计

#### 3.2.1 分模算法模块

**模块职责**：核心分模算法实现

**主要类**：

```python
class AluminumFoamMoldGenerator:
    """铝泡沫模具分模生成器"""
    
    def __init__(self, params: MoldParams):
        self.params = params
        self.material_db = FoamMaterialDatabase()
    
    def analyze_product(self, shape: TopoDS_Shape) -> ProductAnalysis:
        """分析产品几何特征"""
        pass
    
    def detect_parting_surface(self, shape, analysis) -> PartingSurface:
        """检测分型面"""
        pass
    
    def calculate_parting_line(self, shape, surface) -> PartingLine:
        """计算分型线"""
        pass
    
    def apply_draft_angles(self, shape, direction) -> Shape:
        """应用拔模角"""
        pass
    
    def split_cavity_core(self, shape, surface) -> Tuple[Shape, Shape]:
        """分离型腔和型芯"""
        pass
    
    def generate_mold_block(self, cavity, params) -> Shape:
        """生成模具块"""
        pass
```

#### 3.2.2 质量检测模块

**模块职责**：分模质量检测和评估

**主要类**：

```python
class MoldQualityInspector:
    """模具质量检测器"""
    
    def inspect_surface(self, surface) -> SurfaceQualityReport:
        """检测分模面质量"""
        pass
    
    def inspect_structure(self, mold) -> StructureQualityReport:
        """检测模具结构"""
        pass
    
    def assess_feasibility(self, mold, params) -> FeasibilityReport:
        """评估生产可行性"""
        pass
    
    def generate_report(self) -> QualityReport:
        """生成质量报告"""
        pass
```

#### 3.2.3 可视化模块

**模块职责**：3D 可视化渲染和交互

**主要类**：

```python
class MoldVisualizationController:
    """模具可视化控制器"""
    
    def load_model(self, shape):
        """加载 3D 模型"""
        pass
    
    def render_parting_surface(self, surface):
        """渲染分型面"""
        pass
    
    def render_parting_line(self, line):
        """渲染分型线"""
        pass
    
    def render_cavity_core(self, cavity, core):
        """渲染型腔/型芯"""
        pass
    
    def set_interaction_mode(self, mode):
        """设置交互模式"""
        pass
    
    def export_view(self, format):
        """导出视图"""
        pass
```

### 3.3 数据结构

#### 3.3.1 分模参数

```python
@dataclass
class MoldSplitParams:
    """分模参数"""
    # 分模参数
    split_mode: SplitMode = SplitMode.AUTO
    parting_tolerance: float = 0.1  # mm
    parting_line_precision: float = 0.1  # mm
    cavity_match_rate: float = 95.0  # %
    
    # 铝泡沫参数
    foam_material: str = "AlSi10Mg"
    target_density: float = 0.5  # g/cm³
    expansion_ratio: float = 2.5
    molding_temp: float = 380  # °C
    
    # 拔模参数
    min_draft_angle: float = 3.0  # °
    draft_direction: str = "auto"
    friction_coefficient: float = 0.3
    
    # 收缩补偿
    apply_shrinkage: bool = True
    shrinkage_rate: float = 0.015  # 1.5%
    
    # 高级参数
    cavity_count: int = 1
    mold_material: str = "P20"
    ejection_system: str = "pin"
    
    # 质量标准
    warpage_tolerance: float = 0.5  # mm
    sink_mark_tolerance: float = 0.1  # mm
```

#### 3.3.2 分模结果

```python
@dataclass
class MoldSplitResult:
    """分模结果"""
    # 几何数据
    product_shape: TopoDS_Shape
    cavity_shape: TopoDS_Shape
    core_shape: TopoDS_Shape
    parting_surface: TopoDS_Shape
    parting_line: List[Point3D]
    mold_block: TopoDS_Shape
    
    # 分析数据
    product_analysis: ProductAnalysis
    quality_report: QualityReport
    
    # 参数数据
    params_used: MoldSplitParams
    warnings: List[str]
    suggestions: List[str]
```

---

## 4. 验收标准

### 4.1 功能验收

| 序号 | 验收项 | 验收标准 | 测试方法 |
|------|--------|----------|----------|
| 1 | 分型面检测 | 能正确分析产品几何并给出分型面建议 | 导入测试产品验证 |
| 2 | 分型线计算 | 计算得到真实的分型线路径（非简化矩形） | 对比验证 |
| 3 | 参数自定义 | 所有参数可自定义设置且生效 | 参数修改测试 |
| 4 | 3D 可视化 | 正确显示分模各组件 | 目视检查 |
| 5 | 交互调整 | 拖拽/滑块等交互响应正常 | 操作测试 |
| 6 | 质量检测 | 输出正确的质量报告 | 报告验证 |
| 7 | 数据导出 | 支持 STEP/JSON 格式导出 | 导出测试 |

### 4.2 性能验收

| 指标 | 目标值 | 说明 |
|------|--------|------|
| 分模速度 | < 30 秒 | 典型产品 |
| 渲染帧率 | > 30 FPS | 交互操作时 |
| 内存占用 | < 2 GB | 典型产品 |
| 并发支持 | 5 用户 | 同时使用 |

### 4.3 质量验收

| 指标 | 目标值 | 说明 |
|------|--------|------|
| 分型面准确率 | > 95% | 自动检测准确率 |
| 质量检测覆盖率 | 100% | 所有检测项 |
| 导出格式兼容 | STEP/IGES | 主流 CAD/CAM |

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## 5. 实施计划

### 5.1 阶段划分

| 阶段 | 时间 | 内容 |
|------|------|------|
| 第一阶段 | 1-2 周 | 基础框架搭建，参数系统 |
| 第二阶段 | 3-4 周 | 分模算法优化，质量检测 |
| 第三阶段 | 5-6 周 | 可视化增强，交互功能 |
| 第四阶段 | 7-8 周 | 数据接口，测试集成 |

### 5.2 里程碑

- [ ] M1: 完成参数系统 (第 2 周)
- [ ] M2: 完成改进的分模算法 (第 4 周)
- [ ] M3: 完成质量检测模块 (第 6 周)
- [ ] M4: 完成可视化功能 (第 6 周)
- [ ] M5: 完成数据接口 (第 7 周)
- [ ] M6: 完成集成测试 (第 8 周)

---

## 6. 附录

### 6.1 术语表

| 术语 | 英文 | 说明 |
|------|------|------|
| 分型面 | Parting Surface | 模具中分离型腔和型芯的平面 |
| 分型线 | Parting Line | 产品与分型面的交线 |
| 型腔 | Cavity | 模具中形成产品外形的空腔 |
| 型芯 | Core | 模具中形成产品内形的凸起 |
| 拔模角 | Draft Angle | 便于脱模的倾斜角度 |
| 收缩率 | Shrinkage Rate | 冷却后尺寸收缩比例 |
| 发泡倍率 | Expansion Ratio | 发泡前后的体积比 |

### 6.2 参考资料

1. 《塑料模具设计手册》
2. 《铝泡沫材料成型工艺》
3. PythonOCC 官方文档
4. Three.js 官方文档

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**文档结束**