[发明专利]一种基于金属背板支撑的高分子板材渐进成型方法

说明书

技术领域

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

板料渐进成形(Incremental Sheet Forming，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P_z、径向力P_r、切向力P_θ，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

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。

为了实现上述目标，本发明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θ_max，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

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。