重組裝飾材模具數字化設計概述

朱明月，顏宏偉

（審協江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

重組裝飾材模具數字化設計概述

Overview of recombinant decorative wood mold digital design

朱明月，顏宏偉*

（審協江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

重組裝飾材是一種新型木質復合裝飾材料，它的發展對保護珍貴天然資源，實現人工速生材的高效利用具有重要的意義。在重組裝飾材產品的生產中，模擬不同花色品種和產品紋理的自然與否主要靠模具來實現。本文概述了重組裝飾材模具及其研究現狀，分析了模具數字化設計的難點，并論證了對重組裝飾材模具進行研究的意義。

重組；裝飾；模具

在重組裝飾材產品的生產中，模擬不同花色品種和產品紋理的自然與否主要靠模具來實現。將施膠后的板坯在模具中壓合，使板坯在模具形狀的作用下膠合成各種形狀的重組裝飾材毛方。這些不同形狀的重組裝飾材經后續加工后方可獲得預先設計的裝飾紋理。

1 重組裝飾材模具的發展概況

重組裝飾材的模具按照表面形狀分為平面模和曲面模。

平面模表面平整，設計制作簡單。主要用于徑切、半徑切和編織類重組裝飾材的膠壓成型。

曲面模表面凹凸不平，呈波形紋，結構復雜，設計制造難度大。曲面模多用于裝飾紋理為曲線的重組裝飾材的膠壓成型。曲面模具表面凹凸紋的幅度不僅影響重組裝飾材裝飾紋理的形成，還影響制作木方的高度。由于木方越高，其中間部分受上下模具壓力互動的影響越小，木方的凹凸程度就小，整根木方的裝飾紋理就很難達到一致性。

傳統的模具制作方式是根據經驗，由模擬的紋理形狀，確定模具形狀參數、單板厚度和刨切角度等參數，然后進行生產。這種方式會影響同種重組裝飾材模具的一致性，導致批量化生產的產品無法達到一致，而且如果設計生產出來的模具達不到預想的效果，這個模具就失去了作用，從而造成不必要的損失。目前，隨著CAD/CAM技術的發展，三維實體造型、仿真模擬、虛擬技術已成為CAD的重要發展方向，并在產品設計和制造方面引起了重大變革。用CAD/CAE/ CAM軟件來實現重組裝飾材模具的設計和虛擬制造，可以提高模具設計的準確性，穩定產品的質量。

2 重組裝飾材模具數字化設計的難點

大部分非徑切類產品需要使用曲面模具，其設計過程較為復雜。通常需要將收集到的紋理源圖進行掃描和識別重建，通過分析、計算，得到模擬紋理所需的模具形狀和刨切角度等參數，然后再進行模具的三維曲面造型，經驗證達到滿意的效果后，方可生成模具的三維實體。重組裝飾材模具的數字化設計具有以下幾個關鍵環節：

2.1 紋理源圖的矢量化

計算機中顯示的圖形一般可以分為兩大類——矢量圖和光柵圖。矢量圖使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等等。

光柵圖片矢量化的方法較多，如可以通過一定的圖像處理手段實現圖片的二值化、細化、去噪、線條檢測、矢量化等。目前，也有很多矢量化軟件，都擁有灰度化、去噪、全自動或半自動矢量化功能。但是對于重組裝飾材紋理源圖的處理效果都不是很好。 圖片中紋理色與背景色過渡較為平滑，會導致處理后的圖形斷線較多、擬合精度低或者出現較多的鋸齒等，嚴重影響了矢量化效果。需對矢量化后的圖形進行手工處理，根據各線段之間的連接關系生成直線、圓弧、曲線等，并將其合并為多義線。

2.2 相關參數的分析計算

模具的局部角度和深度是由期望的紋理寬度D和刨切時的角度α共同決定的。根據矢量化后的二維草圖，分析計算模擬紋理所需的單板厚度參數、模具形狀和刨切角度等參數，建立紋理形狀與幾個影響因素之間關系的數學模型。

重組裝飾材產品具有豐富多彩的花紋圖案，其分析計算方法也千差萬別。因此，需對不同種類紋理的形成原理了如指掌，才能在實際設計過程中為不同種類的紋理建立合適的計算方法，基本上同種類的紋理具有相似的分析計算方法。

2.3 模具曲面的三維造型

對復雜程度較高的零件，單是使用實體特征來建立有時會很困難，因此需要借助于曲面建模。曲面是由空間特定位置上的點和線組成的，因此創建質量較好的點和線是構建曲面的基礎。可根據前面的計算結果，生成點和線，并由此構建模具曲面。

初步生成的曲面在很大程度上已經滿足要求，如圖形尺寸，基本形狀，只需進行局部修改，顯現出紋理的某些特征，使其更加趨于真實紋理即可。組成重組裝飾材模具曲面的曲線即引導線和截面線是非均勻有理B樣條曲線，影響曲線生成的因素如曲線段、起點、終點等已經基本固定，否則會影響整個圖形的紋理效果，現在只有調整曲線方向、曲線的控制點和改變權重值才能改變曲線形狀，對曲面進行局部調整。曲面的調整是一個很繁瑣的過程，要想得到與紋理源圖相似且更加真實的紋理需要進行反復調整，需要足夠的耐心，才能得出滿意的效果。

3 重組裝飾材模具研究的意義

重組裝飾材的原材料取材于普通和人工林樹種木材，如速生楊、泡桐等，易于實現產業化人工種植；在設計制造過程中充分保留了木材本身的優良特性，不破壞木材的微觀構造，通過現代技術的綜合應用，改變其色澤、花紋和圖案，賦予并超越了珍貴樹種木材的特性，大大提高了其裝飾性能和力學性能，并且保留了木材優良的天然特性和環境視覺的親和性；其規格尺寸則突破了天然原木規格的限制，根據需要可制造成任意尺寸，為木材加工業向現代化、連續化生產提供了可能；產品技術含量高，附加值高，開拓了人工速生林木材應用和木材精深加工的新領域，符合木材行業可持續發展的戰略要求，并且是劣材優用、優才少用的木材綜合利用方向之一。因此，重組裝飾材產品的大批量生產具有顯著的經濟效益、生態效益、社會效益和廣闊的市場前景。

［1］ 莊啟程主編. 科技木：重組裝飾材［M］. 北京：中國林業出版社，2004，9.

TS65

1009-797X （2015） 16-0059-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.017

朱明月（1985-），女，本科學歷，研究實習員，畢業于南京林業大學，從事機械領域的專利審查。

2015-07-06

*等同于第一作者。