[發明專利]一種高分子板料漸進成形極限測試的方法

有效

• 申請號: 201610244097.X
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105891423B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 查光成;陸傳凱;周循;李澤坤;彭偉;胡健;陸媛媛
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,薛海霞

技術領域

本發明屬于高分子板料漸進成形領域，具體涉及一種高分子板料漸進成形極限測試的方法，可以利用此方法找出高分子板料的漸進成形極限角θ_max，為高分子板材漸進成形提供參考。

背景技術

板料漸進成形技術是一種柔性加工技術，最早是由美國的Leszak在上世紀60年代提出，90年代由日本學者松原茂夫等對該技術進行了進一步研究，逐漸引起了各國學者的重視。漸進成形基于計算機技術和數控技術的先進制造技術，它利用“分層制造”的思想，將創建好的三維模型離散成二維輪廓形狀，導出數控程序進行分層加工，利用板料的局部變形累積成最終的整體變形。漸進成形技術具有高柔性、低成本、高效率等優勢，成形時所需成形力小所以能大幅度提高板料的成形極限，是近年來飛速發展的一種板料成形技術。

漸進成形角是任意加工位置輪廓切線與水平方向的夾角。研究認為，金屬板材的漸進成形屬于剪切變形，其厚度變化遵循余弦定理減薄原則，即δ＝δ₀*cosθ(其中δ₀是板材初始厚度，θ為成形角，δ是成形后成形角θ位置的理論厚度)，根據這個理論，當加工件加工到某個角度θ產生破裂時，即以該角度作為板材在該加工條件下的成形極限角θ_max。目前，高分子板料的漸進成形研究在國內外還處于初始階段，如Franzen等人利用漸進成形技術實現了PVC板料的成功應用，并對PVC板料的漸進成形極限進行基礎性研究；Le等人研究了漸進成形試驗過程中，不同的工藝參數對PP漸進成形極限的影響等。但是前述研究都沒有提出一種系統的高分子板材漸進成形極限的判斷方法，限制了漸進成形技術在高分子板材加工中的推廣應用。

由于高分子板材在加工中對溫度等參數比較敏感，漸進成形加工過程中在板料破裂之前很容易出現軟化起皺現象，不同于金屬板材以破裂為漸進成形失效的判定依據。

發明內容

為了克服上述缺陷，本發明提供了以起皺為成形失效標準的高分子板料漸進成形極限測試的方法。考慮到高分子板料失效形式為區域起皺，不容易準確找出初始起皺點，本發明先利用球形弧面回轉體曲面件加工來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成形極限，本發明可以有效測試出高分子板材的漸進成形極限角θ_max。

為了實現上述發明目的，本發明所采用的一個技術方案為：一種高分子板料漸進成形極限測試的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)建立球形弧面回轉體模型，并依據模型生成漸進成形數控代碼；

(2)在漸進成形機床上裝夾需要測試的高分子板材，以步驟(1)生成的數控代碼開始加工該球形弧面回轉體，當高分子板材加工件開始發生起皺時停止加工，在加工件初始起皺區域任選一點，以該點的成形角作為起皺基準成形角θ_J；

(3)取θ＝θ_J創建圓錐模型并生成加工數控代碼,在漸進成形機床上完成錐形件的漸進成形加工，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參數不變，如果加工后的錐形件發生起皺，按照創建新的圓錐模型并生成相應的漸進成形數控代碼，直至加工出不起皺的錐形件；如果加工后的錐形件沒有發生起皺，則按照創建新的圓錐模型并生成相應的漸進成形數控代碼，直至出現起皺的錐形件；其中n＝1，....，n為實際構建錐形件的次數且n從1開始遞增直至加工出滿足條件的錐形件；Δθ為設定的起皺基準成形角θ_J與高分子板材的成形極限角θ_max之間的誤差范圍；

(5)分析步驟(4)中漸進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θ_max。

在步驟(4)中，Δθ＝(5％～10％)θ_J。

在步驟(2)中，高分子板材加工件加工時，在初始起皺區域任選一點P(X,Z)，并將該點的成形角設為起皺基準成形角，則起皺基準成形角θ_J＝arccos(Z/R)，式中Z＝Z_d-h，Z_d為成形件高度，h為所選起皺點處的高度，R為球面半徑。