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# 铝制家电包装泡沫模具分模功能技术规格说明书
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> 文档定位：**铝泡沫模具分模方向的专题规格文档**。
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> 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)。
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## 文档信息
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| 项目 | 内容 |
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|------|------|
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| **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 |
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| **版本** | 1.0 |
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| **日期** | 2026-03-13 |
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| **项目** | geMoldInsight 模具分模功能增强 |
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## 1. 项目背景与目标
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### 1.1 项目背景
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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：
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- **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
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- **产品特性**：壁厚较大(通常 20-100mm)，形状复杂，表面质量要求高
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- **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
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### 1.2 项目目标
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开发一套专业的铝制家电包装泡沫模具分模系统，实现：
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1. **自动分模算法** - 针对铝泡沫产品结构特性的智能分模
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2. **参数自定义** - 分模角度、分型线精度、型腔匹配度等
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3. **三维可视化** - 实时显示分模效果，支持交互调整
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4. **质量检测** - 自动验证分模面质量、结构合理性、生产可行性
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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
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### 2.1 自动分模算法
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#### 2.1.1 分型面自动检测
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**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
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**需求规格**：
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| 需求项 | 详细说明 | 优先级 |
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|--------|----------|--------|
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| 表面法向量分析 | 统计产品所有面的法向量分布 | P0 |
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| 最优方向计算 | 基于法向量统计计算最优分型方向 | P0 |
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| 多分型面支持 | 支持复杂产品的多个分型面 | P1 |
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| 倒扣检测 | 自动识别产品倒扣区域 | P1 |
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| 分型面优化 | 平滑处理分型面，减少毛刺 | P2 |
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**算法输入**：
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- 产品 3D 模型 (STEP/IGES 格式)
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- 产品材料类型
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- 产品尺寸参数
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**算法输出**：
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- 分型面方程 (平面参数)
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- 分型面位置 (Z 坐标或自定义)
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- 置信度评分 (0-100%)
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#### 2.1.2 铝泡沫特性适配
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**功能描述**：针对铝泡沫材料的特殊参数设置
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**需求规格**：
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| 参数 | 范围 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| 发泡倍率 | 1.5-4.0 | 2.5 | 铝泡沫发泡倍率 |
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| 目标密度 | 0.3-0.8 g/cm³ | 0.5 | 成型后泡沫密度 |
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| 收缩率 | 0.5%-3.0% | 1.5% | 铝泡沫收缩率(较大) |
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| 成型温度 | 300-450°C | 380°C | 发泡成型温度 |
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**材料数据库**：
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```python
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foam_materials = {
|
||
"AlSi10Mg": {
|
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"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"
|
||
}
|
||
}
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||
```
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||
#### 2.1.3 拔模角优化
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||
**功能描述**：针对铝泡沫产品的拔模角计算
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**需求规格**：
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| 需求项 | 详细说明 | 优先级 |
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|--------|----------|--------|
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| 最小拔模角计算 | 基于产品高度和材料摩擦系数 | P0 |
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||
| 拔模方向检测 | 自动确定脱模方向 | P0 |
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| 拔模干涉检测 | 检测脱模过程中的干涉区域 | P1 |
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||
| 拔模补偿 | 自动补偿拔模引起的尺寸变化 | P1 |
|
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**拔模角参数**：
|
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|
||
| 参数 | 范围 | 默认值 | 说明 |
|
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|------|------|--------|------|
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| 最小拔模角 | 1°-10° | 3° | 铝泡沫建议 3-5° |
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| 拔模方向 | X/Y/Z/自定义 | 自动 | 脱模方向 |
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| 摩擦系数 | 0.1-0.5 | 0.3 | 材料摩擦系数 |
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### 2.2 参数自定义设置
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#### 2.2.1 分模参数配置
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**功能描述**：用户可自定义分模过程的各项参数
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**需求规格**：
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| 参数名称 | 参数类型 | 取值范围 | 默认值 | 说明 |
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|----------|----------|----------|--------|------|
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||
| 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 |
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||
| 收缩补偿 | 布尔 | 是/否 | 是 | 是否应用收缩补偿 |
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| 拔模处理 | 布尔 | 是/否 | 是 | 是否应用拔模角 |
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#### 2.2.2 高级参数设置
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**功能描述**：专家级用户可调整的高级参数
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**参数面板**：
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```python
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advanced_params = {
|
||
"mold_parameters": {
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"cavity_count": 1, # 型腔数量
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||
"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
|
||
}
|
||
}
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||
```
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### 2.3 三维可视化界面
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#### 2.3.1 分模过程可视化
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**功能描述**：实时显示分模过程和结果
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**需求规格**：
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| 功能 | 说明 | 优先级 |
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|------|------|--------|
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| 产品模型显示 | 加载并显示原始产品 3D 模型 | P0 |
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| 分型面可视化 | 在产品上显示分型面位置 | P0 |
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| 分型线可视化 | 显示计算得到的分型线路径 | P0 |
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| 型腔/型芯显示 | 分别高亮显示型腔和型芯 | P0 |
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| 模具块显示 | 显示完整的模具块结构 | P1 |
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| 剖视图 | 沿分型面剖切显示内部结构 | P1 |
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#### 2.3.2 交互调整功能
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**功能描述**：支持用户交互调整分模参数
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**需求规格**：
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| 功能 | 说明 | 交互方式 |
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|------|------|----------|
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||
| 分型面拖拽 | 沿法线方向移动分型面 | 鼠标拖拽 |
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||
| 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
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||
| 参数 | 取值范围 | 默认值 |
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|------|----------|--------|
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||
| 分型面颜色 | #FF0000 (红色) | #00FF00 (绿色) |
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| 分型线颜色 | #FFFF00 (黄色) | #FF00FF (品红) |
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| 型腔颜色 | #0000FF (蓝色) | #00FFFF (青色) |
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| 型芯颜色 | #FF8800 (橙色) | #8800FF (紫色) |
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| 网格密度 | 1000-50000 点 | 10000 点 |
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### 2.4 质量检测模块
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#### 2.4.1 分模面质量检测
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**功能描述**：自动检测分模面的质量
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|
||
**检测项目**：
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| 检测项 | 检测方法 | 质量标准 | 优先级 |
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|--------|----------|----------|--------|
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||
| 平滑度 | 曲率分析 | 无明显凹凸 | P0 |
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||
| 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 |
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||
|
||
**检测输出**：
|
||
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||
```python
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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
|
||
}
|
||
}
|
||
```
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|
||
#### 2.4.2 模具结构合理性检测
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||
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**功能描述**：检测模具结构的合理性
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||
**检测项目**：
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| 检测项 | 说明 | 判定标准 |
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|--------|------|----------|
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||
| 模具尺寸 | 模具是否足够大 | 产品尺寸 + 余量 |
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| 壁厚检测 | 模具壁厚是否足够 | > 10mm |
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| 拔模检测 | 是否有倒扣无法脱模 | 无倒扣或已处理 |
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||
| 干涉检测 | 运动件是否干涉 | 无干涉 |
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| 冷却系统 | 冷却通道是否合理 | 分布均匀 |
|
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#### 2.4.3 生产可行性评估
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**功能描述**：评估模具的生产可行性
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**评估项目**：
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| 评估项 | 评估方法 | 输出 |
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|--------|----------|------|
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| 注塑压力 | 投影面积 × 压力系数 | 压力值 (MPa) |
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| 锁模力 | 投影面积 × 材料压力 | 力值 (吨) |
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| 成型周期 | 体积/冷却速度 | 时间 (秒) |
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||
| 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 |
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||
### 2.5 数据接口
|
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||
#### 2.5.1 导入接口
|
||
|
||
**支持的格式**：
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| 格式 | 说明 | 优先级 |
|
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|------|------|--------|
|
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| 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 |
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| STL | 三角网格格式 | P2 |
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||
#### 2.5.2 导出接口
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|
||
**导出格式**：
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| 格式 | 说明 | 用途 |
|
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|------|------|------|
|
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| STEP | 分模后模具模型 | CAD 软件 |
|
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| 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 |
|
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#### 2.5.3 API 接口
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|
||
**内部 API**：
|
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|
||
```python
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||
# 分模分析 API
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||
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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---
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## 3. 技术架构规格
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### 3.1 系统架构
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```
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
|
||
│ 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
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||
|
||
**模块职责**：核心分模算法实现
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||
|
||
**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
|
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| 序号 | 验收项 | 验收标准 | 测试方法 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 4 | 3D 可视化 | 正确显示分模各组件 | 目视检查 |
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| 5 | 交互调整 | 拖拽/滑块等交互响应正常 | 操作测试 |
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| 6 | 质量检测 | 输出正确的质量报告 | 报告验证 |
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| 7 | 数据导出 | 支持 STEP/JSON 格式导出 | 导出测试 |
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### 4.2 性能验收
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| 指标 | 目标值 | 说明 |
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| 分模速度 | < 30 秒 | 典型产品 |
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| 渲染帧率 | > 30 FPS | 交互操作时 |
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| 内存占用 | < 2 GB | 典型产品 |
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| 并发支持 | 5 用户 | 同时使用 |
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### 4.3 质量验收
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| 指标 | 目标值 | 说明 |
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| 分型面准确率 | > 95% | 自动检测准确率 |
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| 质量检测覆盖率 | 100% | 所有检测项 |
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| 导出格式兼容 | STEP/IGES | 主流 CAD/CAM |
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## 5. 实施计划
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### 5.1 阶段划分
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| 阶段 | 时间 | 内容 |
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| 第一阶段 | 1-2 周 | 基础框架搭建，参数系统 |
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| 第二阶段 | 3-4 周 | 分模算法优化，质量检测 |
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| 第三阶段 | 5-6 周 | 可视化增强，交互功能 |
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| 第四阶段 | 7-8 周 | 数据接口，测试集成 |
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### 5.2 里程碑
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- [ ] M1: 完成参数系统 (第 2 周)
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- [ ] M2: 完成改进的分模算法 (第 4 周)
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- [ ] M3: 完成质量检测模块 (第 6 周)
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- [ ] M4: 完成可视化功能 (第 6 周)
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- [ ] M5: 完成数据接口 (第 7 周)
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- [ ] M6: 完成集成测试 (第 8 周)
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## 6. 附录
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### 6.1 术语表
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| 术语 | 英文 | 说明 |
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| 分型面 | Parting Surface | 模具中分离型腔和型芯的平面 |
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| 分型线 | Parting Line | 产品与分型面的交线 |
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| 型腔 | Cavity | 模具中形成产品外形的空腔 |
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| 型芯 | Core | 模具中形成产品内形的凸起 |
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| 拔模角 | Draft Angle | 便于脱模的倾斜角度 |
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| 收缩率 | Shrinkage Rate | 冷却后尺寸收缩比例 |
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| 发泡倍率 | Expansion Ratio | 发泡前后的体积比 |
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### 6.2 参考资料
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1. 《塑料模具设计手册》
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2. 《铝泡沫材料成型工艺》
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3. PythonOCC 官方文档
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4. Three.js 官方文档
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**文档结束**
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