一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术所达到的有益效果：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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法
本专利技术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

技术介绍
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。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。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Pθ，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。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术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。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：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θmax，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。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)中成形角为加工位置法矢与Z轴的夹角。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。本专利技术所达到的有益效果：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。附图说明图1是支撑背板示意图；图2是支撑背板工作原理图；图3是渐进成形工件受力原理图。图中附图标记的含义：1-工具头，2-夹紧装置，3-金属背板，4-高分子板材。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术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：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这里成形角为加工位置法矢与Z轴的夹角。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。4)测定金属支撑背板的渐进成形极限角θmax，并使得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θmax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。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。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导致厚度无法控制。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。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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θmax，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。

【技术特征摘要】
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θmax，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：查光成，史晓帆，赵伟，陆传凯，周循，黄凯，孔凡新，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32