一种高分子板料渐进成形极限测试的方法技术

本发明专利技术属于高分子板料渐进成形领域，具体涉及一种高分子板料渐进成形极限测试的方法，本发明专利技术先利用球形弧面回转体曲面件加工来明确高分子板材成形起皱失效的大致角度范围，然后再利用锥形件逼近最终确定渐进成形极限。本发明专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明专利技术定义了高分子板料起皱作为渐进成形失效的判定标准，即板料成形发生起皱即达到了板材的成形极限；将球形弧面回转体零件与锥形件逼近加工相结合，极大地减少了高分子板料成形极限角测量的工作量；弥补了传统以破裂作为渐进成形失效依据的不足，提出了一种高分子板料渐进成形极限角精确测量方法；有利于渐进成形技术在高分子板材加工中的推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子板料渐进成形领域，具体涉及一种高分子板料渐进成形极限测试的方法，可以利用此方法找出高分子板料的渐进成形极限角θmax，为高分子板材渐进成形提供参考。
技术介绍
板料渐进成形技术是一种柔性加工技术，最早是由美国的Leszak在上世纪60年代提出，90年代由日本学者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。渐进成形基于计算机技术和数控技术的先进制造技术，它利用“分层制造”的思想，将创建好的三维模型离散成二维轮廓形状，导出数控程序进行分层加工，利用板料的局部变形累积成最终的整体变形。渐进成形技术具有高柔性、低成本、高效率等优势，成形时所需成形力小所以能大幅度提高板料的成形极限，是近年来飞速发展的一种板料成形技术。渐进成形角是任意加工位置轮廓切线与水平方向的夹角。研究认为，金属板材的渐进成形属于剪切变形，其厚度变化遵循余弦定理减薄原则，即δ＝δ0*cosθ(其中δ0是板材初始厚度，θ为成形角，δ是成形后成形角θ位置的理论厚度)，根据这个理论，当加工件加工到某个角度θ产生破裂时，即以该角度作为板材在该加工条件下的成形极限角θmax。目前，高分子板料的渐进成形研究在国内外还处于初始阶段，如Franzen等人利用渐进成形技术实现了PVC板料的成功应用，并对PVC板料的渐进成形极限进行基础性研究；Le等人研究了渐进成形试验过程中，不同的工艺参数对PP渐进成形极限的影响等。但是前述研究都没有提出一种系统的高分子板材渐进成形极限的判断方法，限制了渐进成形技术在高分子板材加工中的推广应用。由于高分子板材在加工中对温度等参数比较敏感，渐进成形加工过程中在板料破裂之前很容易出现软化起皱现象，不同于金属板材以破裂为渐进成形失效的判定依据。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供了以起皱为成形失效标准的高分子板料渐进成形极限测试的方法。考虑到高分子板料失效形式为区域起皱，不容易准确找出初始起皱点，本专利技术先利用球形弧面回转体曲面件加工来明确高分子板材成形起皱失效的大致角度范围，然后再利用锥形件逼近最终确定渐进成形极限，本专利技术可以有效测试出高分子板材的渐进成形极限角θmax。为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的一个技术方案为：一种高分子板料渐进成形极限测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立球形弧面回转体模型，并依据模型生成渐进成形数控代码；(2)在渐进成形机床上装夹需要测试的高分子板材，以步骤(1)生成的数控代码开始加工该球形弧面回转体，当高分子板材加工件开始发生起皱时停止加工，在加工件初始起皱区域任选一点，以该点的成形角作为起皱基准成形角θJ；(3)取θ＝θJ创建圆锥模型并生成加工数控代码,在渐进成形机床上完成锥形件的渐进成形加工，其中θ为锥形件成形角度，圆锥模型中D为锥形件口部直径，H为锥形件高度；(4)分析步骤(3)得到的加工后的锥形件，圆锥模型的D,H参数不变，如果加工后的锥形件发生起皱，按照创建新的圆锥模型并生成相应的渐进成形数控代码，直至加工出不起皱的锥形件；如果加工后的锥形件没有发生起皱，则按照创建新的圆锥模型并生成相应的渐进成形数控代码，直至出现起皱的锥形件；其中n＝1，....，n为实际构建锥形件的次数且n从1开始递增直至加工出满足条件的锥形件；Δθ为设定的起皱基准成形角θJ与高分子板材的成形极限角θmax之间的误差范围；(5)分析步骤(4)中渐进成形加工得到的系列锥形件，取起皱锥形件中最小成形角θ，即为此高分子板材的极限成形角θmax。在步骤(4)中，Δθ＝(5％～10％)θJ。在步骤(2)中，高分子板材加工件加工时，在初始起皱区域任选一点P(X,Z)，并将该点的成形角设为起皱基准成形角，则起皱基准成形角θJ＝arccos(Z/R)，式中Z＝Zd-h，Zd为成形件高度，h为所选起皱点处的高度，R为球面半径。θJ是按照步骤(1)中加工的球形弧面回转体起皱区域获取的，与板材的成形极限角θmax之间会有一定的误差，Δθ就是给出的一个角度误差范围，然后通过后续的锥形件加工比较精确的找出θmax。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)由于高分子与金属板料物理特性的差异，其失效形式的判决标准也存在较大差异，本专利技术定义了高分子板料起皱作为渐进成形失效的判定标准，即板料成形开始发生起皱即达到了板材
的成形极限；(2)将球形弧面回转体零件与锥形件插值逼近加工相结合，极大地减少了高分子板料成形极限角θmax测试的工作量；(3)弥补了传统以破裂作为渐进成形失效依据的不足，提出了一种高分子板料渐进成形极限角θmax精确测量方法；(4)有利于渐进成形技术在高分子板材加工中的推广应用。附图说明图1球形弧面回转体模型；图2锥形件模型。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步地说明。根据图1-2，一种高分子板料渐进成形极限测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立球形弧面回转体模型，并依据模型生成渐进成形数控代码；如图1所示，在UG等CAD平台上以半径为R的圆弧旋转得到球形弧面回转体模型，并依据该模型以渐进成形工具头进给量生成相应的成形数控代码(以下步骤中生成成形数控代码的方法均与本步骤相同)；ZC、XC是指半径为R圆弧的圆心坐标，R指球面半径。以图1为例，由圆弧旋转得到的球形弧面回转体模型，由于球面不同高度位置的切线与水平方向夹角即为该位置的成形角，即可以利用一个模型获得不同的成形角。加工中在球形件初始起皱区域任选一点P(X,Z)，并将该点的成形角设为起皱基准成形角，则起皱基准成形角θJ＝arccos(Z/R)(式中Z＝Zd-h，Zd为成形件高度，h为所选起皱点处的高度，R为球面半径)。(2)在渐进成形机床上装夹需要测试的高分子板材，以步骤(1)生成的数控代码开始加工该球形弧面回转体，当高分子板材加工件开始发生起皱时停止加工，在加工件初始起皱区域任选一点，以该点的成形角作为起皱基准成形角θJ；(3)取θ＝θJ创建圆锥模型(容易在UG等CAD平台上得到该模型)并依据该圆锥模型以渐进成形工具头进给量生成相应的加工数控代码并在渐进成形机床上完成锥形件的加工，如图2所示，其中θ为设定的锥形件成形角度，圆锥模型中D为锥形件口部直径，H为锥形件高度；(4)分析步骤(3)得到的加工后的锥形件，圆锥模型的D,H参数不变，如果加工后的锥形件发生起皱，按照创建新的圆锥模型并按前述的方法生成相应的渐进成形数控代码，直至加工出不起皱的锥形件；如果步骤(3)加工后的锥形件没有发生起皱，则按照创建新的圆锥模型并生成相应的渐进成形数控代码，直至加工得到起皱的锥形件；其中n＝1，2，....,n为实际构建锥形件的次数且n从1开始递增直至加工出满足条件的锥形件；Δθ为设置的起皱基准成形角θJ与高分子板材的成形极限角θmax之间的误差范围；步骤(4)中的θ为新的圆锥模型对应的锥形件的成形角度；具体地，当步骤(3)得到的加工后的锥形件发生起皱，按照创建新的圆锥模型并按前述的方法生成相应的渐进成形数控代码，先取n＝1，即按照公式θ＝(θJ-Δθ)构建新的圆锥模型并加工，得到的加工件如果不起皱，则可以判断极限成形角(θJ-Δθ)<θmax<θJ随n增加按照插值逼近找到θmax；当步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子板料渐进成形极限测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立球形弧面回转体模型，并依据模型生成渐进成形数控代码；(2)在渐进成形机床上装夹需要测试的高分子板材，以步骤(1)生成的数控代码开始加工该球形弧面回转体，当高分子板材加工件开始发生起皱时停止加工，在加工件初始起皱区域任选一点，以该点的成形角作为起皱基准成形角θJ；(3)取θ＝θJ创建圆锥模型并生成加工数控代码,在渐进成形机床上完成锥形件的渐进成形加工，其中θ为锥形件成形角度，圆锥模型中D为锥形件口部直径，H为锥形件高度；(4)分析步骤(3)得到的加工后的锥形件，圆锥模型的D,H参数不变，如果加工后的锥形件发生起皱，按照创建新的圆锥模型并生成相应的渐进成形数控代码，直至加工出不起皱的锥形件；如果加工后的锥形件没有发生起皱，则按照创建新的圆锥模型并生成相应的渐进成形数控代码，直至出现起皱的锥形件；其中n＝1，....，n为实际构建锥形件的次数且n从1开始递增直至加工出满足条件的锥形件；Δθ为设定的起皱基准成形角θJ与高分子板材的成形极限角θmax之间的误差范围；(5)分析步骤(4)中渐进成形加工得到的系列锥形件，取起皱锥形件中最小成形角θ，即为此高分子板材的极限成形角θmax。...

【技术特征摘要】
1.一种高分子板料渐进成形极限测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立球形弧面回转体模型，并依据模型生成渐进成形数控代码；(2)在渐进成形机床上装夹需要测试的高分子板材，以步骤(1)生成的数控代码开始加工该球形弧面回转体，当高分子板材加工件开始发生起皱时停止加工，在加工件初始起皱区域任选一点，以该点的成形角作为起皱基准成形角θJ；(3)取θ＝θJ创建圆锥模型并生成加工数控代码,在渐进成形机床上完成锥形件的渐进成形加工，其中θ为锥形件成形角度，圆锥模型中D为锥形件口部直径，H为锥形件高度；(4)分析步骤(3)得到的加工后的锥形件，圆锥模型的D,H参数不变，如果加工后的锥形件发生起皱，按照创建新的圆锥模型并生成相应的渐进成形数控代码，直至加工出不起皱的锥形件；如果加工后的锥形件没有发生起皱，则按照创建新的圆锥模型并生成相应的渐进成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：查光成，陆传凯，周循，李泽坤，彭伟，胡健，陆媛媛，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32