如果说构造曲线是用“铁丝”构造模型，那么曲面建模就是将一张张“皮”往这些“铁丝”上蒙面。建模时，先将复杂的外表面分解成若干个组成面，这些组成面可以由符合特定曲面构造规律的曲线构成，然后通过面与面之间的拼接，构成所需的曲面。其中组成面的构造方式多种多样，常用的组成面有直纹面、旋转面、扫描面、导动面和混合曲面等。如图4所示，模型的通道曲面可以由4张组成面拼接而成，而每张组成面由混合曲面构造而成。混合曲面是通过若干条截面曲线沿着两条轨迹曲线扫描而成的圆滑曲面。每张混合曲面中至少需要两条截面曲线和两条轨迹曲线。混合曲面好比是在铁轨上奔跑的火车，两条轨迹曲线就是两条铁轨，而若干条截面曲线就是火车站点，其构造方式犹如火车在铁轨上平稳行驶。

图4 四张混合曲面拼接

    3.曲面与特征体的融合

    由于曲面建模实际上是采用蒙面方式构造零件的形体，因此很容易在建模中遗漏对某个面的处理，通常称这种情况为“丢面”。同时依靠蒙面的方法将各个面粘贴上去，往往会在面与面之间的拼接处产生重叠或间隙，不能保证建模精度。此外，曲面建模中没有确定面与面、面与体之间的相互关系，所以模型建好后工程制造人员很难判定这个物体是一个实心体还是一个薄壳，从而无法计算其质量特性。因此在数控加工中，只处理某一表面不会产生问题，但如果同时处理多个表面的加工和检验就可能出现干涉，这时必须将面与特征体进行融合，使其成为一个实心体。图5所示为利用融合曲面与特征体完成双塔通道的零件模型。

图5 双塔通道的零件模型

    4.利用曲面建模生成薄壳及其分型面

    至此，符合要求的双塔通道的零件模型已经建立，但是这仅仅完成了一半。下面还需要以双塔通道的零件模型为参考实体，制作通道处的薄壳曲面。薄壳的平均厚度为8mm。薄壳的材料是一种特殊的型砂，在型砂中加入一定比例的粘结剂，加热到一定温度就凝结成型，冷却后的砂型薄壳具有一定的硬度、韧性和耐热性。利用这种材料特殊的物理性能，可制成专门生产砂型薄壳的模具。模具的核心部分由两组长方体镶块构成，每组镶块分别可以产生上半部分通道和下半部分通道的砂型薄壳。而两个薄壳均由曲面构成，薄壳的两侧面必须与双塔完整圆滑拼接，以保证双塔通道的完整性和统一性。为了制作薄壳曲面，首先要利用原有的构造曲线产生等距曲线，作为生成薄壳曲面的框架；其次必须将薄壳侧面的构造曲线投影到双塔侧面重新生成构造曲线，以保证薄壳侧面和双塔侧面的完整圆滑拼接；最后利用投影线作为“剪刀线”将双塔侧面裁剪后与其他组成面拼接成薄壳曲面。由于薄壳由曲面构成，因此其分型面也应该是曲面。分型面是模具中用以取出制品和浇注系统凝结材料的可分离的接触表面。在模具设计中，必须考虑成型时分型面的形状和位置，以便于模具成型。所以应将薄壳侧面曲线和底部边界作为分型线分别投影到长方体镶块的侧面以构成曲面分型面，如图6中所示。

图6 薄壳及其分型面

    5.运用布尔运算拆分凸、凹模

    在具备了分模的第一要素分型面之后，即可利用前面建立的分型面将长方体镶块拆分成凸模和凹模。这里使用的分模方法是布尔运算。布尔运算是一种逻辑运算，它代表一种因果关系，具有三种基本运算方式：“或”运算，“与”运算和“反”运算。穿越长方体镶块的分型面就好比一把无形的“布尔刀”，利用布尔“反”运算可以将长方体分割成具有不同形体特征的凸模和凹模，如图7所示。生成凸、凹模后，还要对凸模和凹模进行一些必要的局部修饰，例如工艺圆角、进料口、浇口型芯、推杆孔和紧固螺孔等。

图7 凸模镶块和凹模镶块

    6.模具的装配

    凸模镶块和凹模镶块生成后，就可以在CimatronE的装配环境中采用由上而下的方式完成整套模具其他零件的制作。在CimatronE中装配模块的方法，是采用限制物体自由度的方法来建立零件之间的相互约束关系，并依据全相关原则可以修改任意零件之间的相互位置关系及其本身的几何形状，从而使整体设计更加直观、全面。采用这样的模块装配方法，设计者可以在显示屏上将自己抽象的思维形象地描述出来，而不必在想象中耗费过多的精力。这就好比建筑房屋，首先打下扎实的地基、柱子和梁，然后逐层地添砖加瓦，而在这里凸模镶块和凹模镶块就是坚实的地基。在完成了模块的装配后，就可以在两组镶块的基础上逐步添加凸模板、凹模板、带肩导柱、导柱导套、推板、推杆、支架和电加热杆等零件来组成完整的双塔通道的砂型模具了。

    二、结论和展望

    通过上面的例子可以看出，集成模具CAD/CAM技术的CimatronE在进行复杂的曲面零件的设计时具有强大的曲面建模和特征建模功能，特别是在对模具分型面的生成和凸、凹模型腔的建模方面，有其独到的特点和优势。实践证明，用好CimatronE能够简化产品及其模具设计，加快CAD/CAM技术集成化的步伐，促使模具制造业步入一个全新的阶段。