一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法

文档序号:9339565阅读:617来源:国知局
一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高分子板材渐进成型方法,属于高分子板材的渐进成形加工技术 领域。
【背景技术】
[0002] 板料渐进成形(IncrementalSheetForming,ISF)是上世纪60年代由美国的 Leszak提出的一种无模柔性成形技术,90年代由日本的松原茂夫等对该技术进行了进一 步研究,逐渐引起了各国学者的重视。渐进成形技术是一种基于计算机技术、数控技术和塑 性成形技术基础之上的先进制造技术,其主要特点是引入快速原型制造中"分层制造"的思 想,将复杂产品三维CAD模型沿成形轴线方向离散成许多断面层,即分解成一系列等高线 层,并生成各等高线层面上的加工轨迹,成形工具头在计算机控制下沿该等高线层上的加 工轨迹运动,对板材进行渐进塑性加工。渐进成形具有柔性度高、生产成本低、产品开发周 期短等一系列的特点,在近几年受到了各国学者的广泛关注和研究。
[0003] 除了加工金属板材,目前渐进成形工艺逐渐被利用来加工高分子板材。传统的注 塑成形、滚塑成型、吹塑成型等高分子成形加工,均是采用模具进行大批量生产。对于小批 量、单件化的的加工,现有的成形工艺难以满足需求,利用渐进成形技术可以很好的实现单 个、小批量高分子零件的低成本、高效率加工,可以大大缩短产品研发周期。
[0004] 高分子材料具有比较好的延展性,所以其渐进成形性能良好,渐进成形极限角一 般也较大。但相对于金属板材,高分子板材的刚度、强度较差,当受到较大外力作用时容易 产生失稳扭曲变形。如图3所示,渐进成形过程中板材受到工具头的作用力可分解为轴向 力Pz、径向力Pr、切向力Pe,除了剪切变形,这些力会对零件产生一定的弯矩和扭矩,随着加 工深度的增加,工具头对高分子成形件的弯矩、扭矩也会逐渐增大。同时,渐进成形中由于 工具头与高分子坯料的反复摩擦会导致板料温度升高,由于高分子材料对温度比较敏感, 当超过一定的临界温度时,材料会发生一定程度的软化。渐进成形过程中在温升及弯扭矩 作用下,高分子加工件由于刚性差很容易产生扭曲变形,这也直接影响到渐进成形工艺在 高分子板材中的加工应用。

【发明内容】

[0005] 为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种能够有效改善板材受力状 况,实现高分子板材的渐进成形加工,有效改善零件的加工质量的高分子板材渐进成形的 工艺方法。
[0006] 为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
[0007] -种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法,其特征是,包括如下步骤:
[0008] 1)根据高分子零件形状,确定其成形主方向;
[0009] 2)根据步骤1)中的零件成形主方向,找出零件的最大成形角@ ;
[0010] 3)根据高分子零件材料及厚度选择金属支撑背板;
[0011] 4)测定金属支撑背板的渐进成形极限角0 _,并使得?;
[0012] 5)将选择好的金属支撑背板置于高分子板材下方,并利用紧固装置将两端固定;
[0013] 6)根据零件CAD模型,生成高分子零件的渐进成形加工数控代码;
[0014] 7)在机床中输入加工数控代码,完成零件加工。
[0015] 前述的一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法,其特征是,所述步骤 2) 中成形角W为加工位置法矢与Z轴的夹角。
[0016] 前述的一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法,其特征是,所述步骤 3) 中,支撑背板材料选择铝板或铜板;支撑背板的厚度取高分子板材厚度的1/3-1/2。
[0017] 本发明所达到的有益效果:1)金属背板为高分子板材提供有效的刚度、强度支 撑,同时成形回弹会给高分子零件施加反向压力,有效改善了高分子零件的受力状况,能有 效避免高分子零件在加工中的局部扭曲变形;2)金属背板可以有效改善高分子零件成形 中的整体扭曲偏转;3)金属背板刚性支撑可以有效控制高分子加工件局部的颈缩减薄,可 以实现高分子加工件厚度的有效控制;4)提高渐进成形工艺的适应性,有助于渐进成形技 术在高分子零件加工中的推广使用。
【附图说明】
[0018] 图1是支撑背板示意图;
[0019] 图2是支撑背板工作原理图;
[0020] 图3是渐进成形工件受力原理图。
[0021] 图中附图标记的含义:
[0022] 1-工具头,2-夹紧装置,3-金属背板,4-高分子板材。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0024] 本发明涉及的一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法,能够有效改善 高分子板材渐进成形零件的质量,具体包括如下步骤:
[0025] 1)根据高分子零件形状,确定其成形主方向。
[0026] 2)根据步骤1)中的零件成形主方向,找出零件的最大成形角,这里成形角ar为 加工位置法矢与Z轴的夹角。
[0027] 3)根据高分子零件材料及厚度选择金属支撑背板,这里支撑背板材料选择铝板或 铜板,尤其是塑性较好的铝板和铜板,支撑背板的厚度一般取高分子板材厚度的1/3-1/2。
[0028] 4)测定金属支撑背板的渐进成形极限角0_,并使主要是防止在高 分子零件完成加工前,金属支撑背板因超过自身极限成形角9 _而过早发生破裂,破裂位 置的强度、刚度会急剧下降,同时无法对高分子加工件提供必要的支撑力,达不到应有的支 撑效果。
[0029] 5)将选择好的金属支撑背板置于高分子板材下方,并利用紧固装置将两端固定。
[0030] 6)根据零件CAD模型,生成高分子零件的渐进成形加工数控代码。
[0031] 7)在机床中输入加工数控代码,完成零件加工。
[0032] 现有技术中,高分子板材相对于金属板材刚度、强度都比较差,同时对温度比较敏 感,当加工中由于摩擦增温达到一定的临界点后材料会一定程度的变软,渐进成形中在工 具头对板材的局部作用力下,很容易导致高分子板材产生失稳扭曲。同时,由于高分子材料 温度升高软化后,在加工过程中很材料很容易在温度较高位置发生颈缩减薄,成形件厚度 不再符合余弦定理 ?CG%,导致厚度无法控制。
[0033] 而本方法中,选择合适材质、厚度的金属支撑背板置于高分子板材下面,在成形时 为高分子板材提供支撑,支撑板较高的刚度、强度,以及在成形过程中的弹性回复会给高分 子零件施加外压力P,如图3所示,可以有效改善高分子板材在渐进成形中的受力状况,解 决高分子成形零件失稳、扭曲及厚度颈缩减薄等问题,有效提升高分子板材的渐进成形质 量。
[0034] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法,其特征是,包括如下步骤: 1) 根据高分子零件形状,确定其成形主方向; 2) 根据步骤1)中的零件成形主方向,找出零件的最大成形角曰; 3) 根据高分子零件材料及厚度选择金属支撑背板; 4) 测定金属支撑背板的渐进成形极限角θ_,并使得 5) 将选择好的金属支撑背板置于高分子板材下方,并利用紧固装置将两端固定; 6) 根据零件CAD模型,生成高分子零件的渐进成形加工数控代码; 7) 在机床中输入加工数控代码,完成零件加工。2. 根据权利要求1所述的一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法,其特征 是,所述步骤2)中成形角曰为加工位置法矢与Z轴的夹角。3. 根据权利要求1所述的一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法,其特征 是,所述步骤3)中,支撑背板材料选择铝板或铜板;支撑背板的厚度取高分子板材厚度的 1/3-1/2〇
【专利摘要】本发明公开了一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法。本发明所达到的有益效果:1)金属背板为高分子板材提供有效的刚度、强度支撑,同时成形回弹会给高分子零件施加反向压力,有效改善了高分子零件的受力状况,能有效避免高分子零件在加工中的局部扭曲变形;2)金属背板可以有效改善高分子零件成形中的整体扭曲偏转;3)金属背板刚性支撑可以有效控制高分子加工件局部的颈缩减薄,可以实现高分子加工件厚度的有效控制;4)提高渐进成形工艺的适应性,有助于渐进成形技术在高分子零件加工中的推广使用。
【IPC分类】B29C67/00
【公开号】CN105058796
【申请号】CN201510482596
【发明人】查光成, 史晓帆, 赵伟, 陆传凯, 周循, 黄凯, 孔凡新
【申请人】南京工程学院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月7日
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