一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè)試的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于高分子板料漸進(jìn)成形領(lǐng)域，具體涉及一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè)試的方法，本發(fā)明先利用球形弧面回轉(zhuǎn)體曲面件加工來(lái)明確高分子板材成形起皺失效的大致角度范圍，然后再利用錐形件逼近最終確定漸進(jìn)成形極限。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：本發(fā)明定義了高分子板料起皺作為漸進(jìn)成形失效的判定標(biāo)準(zhǔn)，即板料成形發(fā)生起皺即達(dá)到了板材的成形極限；將球形弧面回轉(zhuǎn)體零件與錐形件逼近加工相結(jié)合，極大地減少了高分子板料成形極限角測(cè)量的工作量；彌補(bǔ)了傳統(tǒng)以破裂作為漸進(jìn)成形失效依據(jù)的不足，提出了一種高分子板料漸進(jìn)成形極限角精確測(cè)量方法；有利于漸進(jìn)成形技術(shù)在高分子板材加工中的推廣應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè)試的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高分子板料漸進(jìn)成形領(lǐng)域，具體涉及一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè) 試的方法，可以利用此方法找出高分子板料的漸進(jìn)成形極限角9 max，為高分子板材漸進(jìn)成形 提供參考。
【背景技術(shù)】
[0002] 板料漸進(jìn)成形技術(shù)是一種柔性加工技術(shù)，最早是由美國(guó)的Leszak在上世紀(jì)60年代 提出，90年代由日本學(xué)者松原茂夫等對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步研究，逐漸引起了各國(guó)學(xué)者的 重視。漸進(jìn)成形基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)，它利用"分層制造"的思想，將 創(chuàng)建好的三維模型離散成二維輪廓形狀，導(dǎo)出數(shù)控程序進(jìn)行分層加工，利用板料的局部變 形累積成最終的整體變形。漸進(jìn)成形技術(shù)具有高柔性、低成本、高效率等優(yōu)勢(shì)，成形時(shí)所需 成形力小所以能大幅度提高板料的成形極限，是近年來(lái)飛速發(fā)展的一種板料成形技術(shù)。
[0003] 漸進(jìn)成形角是任意加工位置輪廓切線與水平方向的夾角。研究認(rèn)為，金屬板材的 漸進(jìn)成形屬于剪切變形，其厚度變化遵循余弦定理減薄原則，即S = SQ*cos0(其中是板材 初始厚度，9為成形角，S是成形后成形角0位置的理論厚度），根據(jù)這個(gè)理論，當(dāng)加工件加工 到某個(gè)角度9產(chǎn)生破裂時(shí)，即以該角度作為板材在該加工條件下的成形極限角9 max。目前，高 分子板料的漸進(jìn)成形研究在國(guó)內(nèi)外還處于初始階段，如Franzen等人利用漸進(jìn)成形技術(shù)實(shí) 現(xiàn)了PVC板料的成功應(yīng)用，并對(duì)PVC板料的漸進(jìn)成形極限進(jìn)行基礎(chǔ)性研究;Le等人研究了漸 進(jìn)成形試驗(yàn)過(guò)程中，不同的工藝參數(shù)對(duì)PP漸進(jìn)成形極限的影響等。但是前述研究都沒(méi)有提 出一種系統(tǒng)的高分子板材漸進(jìn)成形極限的判斷方法，限制了漸進(jìn)成形技術(shù)在高分子板材加 工中的推廣應(yīng)用。
[0004] 由于高分子板材在加工中對(duì)溫度等參數(shù)比較敏感，漸進(jìn)成形加工過(guò)程中在板料破 裂之前很容易出現(xiàn)軟化起皺現(xiàn)象，不同于金屬板材以破裂為漸進(jìn)成形失效的判定依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了以起皺為成形失效標(biāo)準(zhǔn)的高分子板料漸進(jìn)成形 極限測(cè)試的方法。考慮到高分子板料失效形式為區(qū)域起皺，不容易準(zhǔn)確找出初始起皺點(diǎn)，本 發(fā)明先利用球形弧面回轉(zhuǎn)體曲面件加工來(lái)明確高分子板材成形起皺失效的大致角度范圍， 然后再利用錐形件逼近最終確定漸進(jìn)成形極限，本發(fā)明可以有效測(cè)試出高分子板材的漸進(jìn) 成形極限角9m ax。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的一個(gè)技術(shù)方案為:一種高分子板料漸進(jìn) 成形極限測(cè)試的方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007] (1)建立球形弧面回轉(zhuǎn)體模型，并依據(jù)模型生成漸進(jìn)成形數(shù)控代碼；
[0008] (2)在漸進(jìn)成形機(jī)床上裝夾需要測(cè)試的高分子板材，以步驟（1)生成的數(shù)控代碼開(kāi) 始加工該球形弧面回轉(zhuǎn)體，當(dāng)高分子板材加工件開(kāi)始發(fā)生起皺時(shí)停止加工，在加工件初始 起皺區(qū)域任選一點(diǎn)，以該點(diǎn)的成形角作為起皺基準(zhǔn)成形角0J;
[0009] (3)取0 = 0j創(chuàng)建圓錐模型并生成加工數(shù)控代碼，在漸進(jìn)成形機(jī)床上完成錐形件的 漸進(jìn)成形加工，其中9為錐形件成形角度，圓錐模型中D為錐形件口部直徑，H為錐形件高度；
[0010] (4)分析步驟(3)得到的加工后的錐形件，圓錐模型的D，H參數(shù)不變，如果加工后的 錐形件發(fā)生起皺，按照
創(chuàng)建新的圓錐模型并生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形數(shù)控代碼，直 至加工出不起皺的錐形件;如果加工后的錐形件沒(méi)有發(fā)生起皺，則按照
創(chuàng)建新 的圓錐模型并生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形數(shù)控代碼，直至出現(xiàn)起皺的錐形件;其中n=l，. ...，n為 實(shí)際構(gòu)建錐形件的次數(shù)且n從1開(kāi)始遞增直至加工出滿(mǎn)足條件的錐形件；A 0為設(shè)定的起皺 基準(zhǔn)成形角與高分子板材的成形極限角9max之間的誤差范圍；
[0011] (5)分析步驟(4)中漸進(jìn)成形加工得到的系列錐形件，取起皺錐形件中最小成形角 9，即為此高分子板材的極限成形角0 max。
[0012] 在步驟⑷中，A0 = (5%~l〇%)0j。
[0013] 在步驟(2)中，高分子板材加工件加工時(shí)，在初始起皺區(qū)域任選一點(diǎn)P(X，Z)，并將 該點(diǎn)的成形角設(shè)為起皺基準(zhǔn)成形角，則起皺基準(zhǔn)成形角 0j = arccos(Z/R)，式中Z = Zd_h，Zd 為成形件高度，h為所選起皺點(diǎn)處的高度，R為球面半徑。
[0014] 0J是按照步驟（1)中加工的球形弧面回轉(zhuǎn)體起皺區(qū)域獲取的，與板材的成形極限 角0 max之間會(huì)有一定的誤差，A 0就是給出的一個(gè)角度誤差范圍，然后通過(guò)后續(xù)的錐形件加 工比較精確的找出
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
[0016] (1)由于高分子與金屬板料物理特性的差異，其失效形式的判決標(biāo)準(zhǔn)也存在較大 差異，本發(fā)明定義了高分子板料起皺作為漸進(jìn)成形失效的判定標(biāo)準(zhǔn)，即板料成形開(kāi)始發(fā)生 起皺即達(dá)到了板材的成形極限；
[0017] (2)將球形弧面回轉(zhuǎn)體零件與錐形件插值逼近加工相結(jié)合，極大地減少了高分子 板料成形極限角9 max測(cè)試的工作量；
[0018] (3)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)以破裂作為漸進(jìn)成形失效依據(jù)的不足，提出了一種高分子板料漸 進(jìn)成形極限角9 max精確測(cè)量方法；
[0019] (4)有利于漸進(jìn)成形技術(shù)在高分子板材加工中的推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1球形弧面回轉(zhuǎn)體模型；
[0021] 圖2錐形件模型。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。
[0023] 根據(jù)圖1-2，一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè)試的方法，其特征在于，包括如下步 驟：
[0024] (1)建立球形弧面回轉(zhuǎn)體模型，并依據(jù)模型生成漸進(jìn)成形數(shù)控代碼;如圖1所示，在 UG等CAD平臺(tái)上以半徑為R的圓弧旋轉(zhuǎn)得到球形弧面回轉(zhuǎn)體模型，并依據(jù)該模型以漸進(jìn)成形 工具頭進(jìn)給量生成相應(yīng)的成形數(shù)控代碼（以下步驟中生成成形數(shù)控代碼的方法均與本步驟 相同）；ZC、XC是指半徑為R圓弧的圓心坐標(biāo)，R指球面半徑。以圖1為例，由圓弧旋轉(zhuǎn)得到的球 形弧面回轉(zhuǎn)體模型，由于球面不同高度位置的切線與水平方向夾角即為該位置的成形角， 即可以利用一個(gè)模型獲得不同的成形角。加工中在球形件初始起皺區(qū)域任選一點(diǎn)P(X，Z)， 并將該點(diǎn)的成形角設(shè)為起皺基準(zhǔn)成形角，則起皺基準(zhǔn)成形角 0j = arccos(Z/R)(式中Z = Zd_ h，Zd為成形件高度，h為所選起皺點(diǎn)處的高度，R為球面半徑）。
[0025] (2)在漸進(jìn)成形機(jī)床上裝夾需要測(cè)試的高分子板材，以步驟（1)生成的數(shù)控代碼開(kāi) 始加工該球形弧面回轉(zhuǎn)體，當(dāng)高分子板材加工件開(kāi)始發(fā)生起皺時(shí)停止加工，在加工件初始 起皺區(qū)域任選一點(diǎn)，以該點(diǎn)的成形角作為起皺基準(zhǔn)成形角0J;
[0026] (3)取0 = 0j創(chuàng)建圓錐模型（容易在UG等CAD平臺(tái)上得到該模型）并依據(jù)該圓錐模型 以漸進(jìn)成形工具頭進(jìn)給量生成相應(yīng)的加工數(shù)控代碼并在漸進(jìn)成形機(jī)床上完成錐形件的加 工，如圖2所示，其中0為設(shè)定的錐形件成形角度，圓錐模型中D為錐形件口部直徑，H為錐形 件高度；
[0027] (4)分析步驟(3)得到的加工后的錐形件，圓錐模型的D，H參數(shù)不變，如果加工后的 錐形件發(fā)生起皺，按照
創(chuàng)建新的圓錐模型并按前述的方法生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形 數(shù)控代碼，直至加工出不起皺的錐形件;如果步驟(3)加工后的錐形件沒(méi)有發(fā)生起皺，則按 照
創(chuàng)建新的圓錐模型并生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形數(shù)控代碼，直至加工得到起皺的錐 形件;其中n = l，2,....，n為實(shí)際構(gòu)建錐形件的次數(shù)且n從1開(kāi)始遞增直至加工出滿(mǎn)足條件 的錐形件；A 0為設(shè)置的起皺基準(zhǔn)成形角與高分子板材的成形極限角0max之間的誤差范 圍；步驟(4)中的0為新的圓錐模型對(duì)應(yīng)的錐形件的成形角度;具體地，當(dāng)步驟(3)得到的加 工后的錐形件發(fā)生起皺，按照
創(chuàng)建新的圓錐模型并按前述的方法生成相應(yīng)的漸 進(jìn)成形數(shù)控代碼，先取n=l，即按照公式0 = (0j_ A 0)構(gòu)建新的圓錐模型并加工，得到的加 工件如果不起皺，則可以判斷極限成形角（91-八0)〈0_\〈0:隨1!增加按照插值逼近找到0_^ 當(dāng)步驟(3)得到的加工后的錐形件不發(fā)生起皺，當(dāng)取n=l時(shí)，得到的加工件如果發(fā)生起皺， 則可以判斷極限成形角4〈9_〈（￥&0)隨1!增加按照插值逼近找到0_;
[0028] (5)分析步驟(4)中漸進(jìn)成形加工得到的的系列錐形件，取起皺錐形件中最小成形 角0，（即在n次加工里，取起皺錐形件中成形角0的最小值），則可認(rèn)為0即為此高分子板材的 極限成形角9 max。
[0029] 在步驟(4)中，優(yōu)選 A0 = (5% ~l〇%)0j。
[0030] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同形式的替換，這些改進(jìn) 和等同替換得到的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè)試的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 建立球形弧面回轉(zhuǎn)體模型，并依據(jù)模型生成漸進(jìn)成形數(shù)控代碼； (2) 在漸進(jìn)成形機(jī)床上裝夾需要測(cè)試的高分子板材，以步驟(1)生成的數(shù)控代碼開(kāi)始加 工該球形弧面回轉(zhuǎn)體，當(dāng)高分子板材加工件開(kāi)始發(fā)生起皺時(shí)停止加工，在加工件初始起皺 區(qū)域任選一點(diǎn)，以該點(diǎn)的成形角作為起皺基準(zhǔn)成形角9j; (3) 取0 = 創(chuàng)建圓錐模型并生成加工數(shù)控代碼，在漸進(jìn)成形機(jī)床上完成錐形件的漸進(jìn) 成形加工，其中Θ為錐形件成形角度，圓錐模型中D為錐形件口部直徑，H為錐形件高度； (4) 分析步驟(3)得到的加工后的錐形件，圓錐模型的D，H參數(shù)不變，如果加工后的錐形 件發(fā)生起皺，按照創(chuàng)建新的圓錐模型并生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形數(shù)控代碼，直至加 工出不起皺的錐形件;如果加工后的錐形件沒(méi)有發(fā)生起皺，則按照0 = + 創(chuàng)建新的圓 錐模型并生成相應(yīng)的漸進(jìn)成形數(shù)控代碼，直至出現(xiàn)起皺的錐形件;其中n = l，....，n為實(shí)際 構(gòu)建錐形件的次數(shù)且η從1開(kāi)始遞增直至加工出滿(mǎn)足條件的錐形件；△ Θ為設(shè)定的起皺基準(zhǔn) 成形角與高分子板材的成形極限角0max之間的誤差范圍； (5) 分析步驟(4)中漸進(jìn)成形加工得到的系列錐形件，取起皺錐形件中最小成形角Θ，即 為此高分子板材的極限成形角9max。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè)試的方法，其特征在于，在步 驟(4)中，Δθ = (5%~10%)θ:。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分子板料漸進(jìn)成形極限測(cè)試的方法，其特征在于，在步 驟(2)中，高分子板材加工件加工時(shí)，在初始起皺區(qū)域任選一點(diǎn)P(X，Z)，并將該點(diǎn)的成形角 設(shè)為起皺基準(zhǔn)成形角9j，則起皺基準(zhǔn)成形角9j = arccos(Z/R)，式中Z = Zd_h，Zd為成形件高 度，h為所選起皺點(diǎn)處的高度，R為球面半徑。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK105891423SQ201610244097
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】查光成, 陸傳凱, 周循, 李澤坤, 彭偉, 胡健, 陸媛媛
【申請(qǐng)人】南京工程學(xué)院