CN103341943B - 塑料板料高压热风渐进成形装置及其成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塑料板料高压热风渐进成形装置及其成形方法，所述塑料板料高压热风渐进成形装置安装在数控渐进成形机床上，它包括空气压缩机、加热系统、气嘴、红外线测温仪、夹紧装置，所述空气压缩机通过管路与加热系统连接，所述加热系统通过弯管与气嘴连接；采用压缩空气代替现有技术中的金属工具来施加变形力，可以避免塑料板料两侧同时与两个工模具接触，防止因局部拉伸载荷过大而发生扭曲和撕裂；采用热风局部逐点加热塑料板料，使塑料板料处于高弹态下，极大减少了塑料板料的变形抗力，提高了塑料板料的成形性能。
Description
技术领域
本发明属于板料渐进成形加工技术领域，具体涉及一种利用高压热风加工塑料板料的装置及其成形方法。
背景技术
塑料由于具有高的比强度和比刚度、好的化学稳定性和价格低廉等特点在医学、航空和汽车制造等领域得到越来越广泛的应用。但是对塑料进行加工成形必须在熔融态或高弹态下进行，加工塑料板料能量消耗高，设备和模具投入高，因此，传统的生产过程并不适合于新产品的开发以及单件、小批量塑料零件的生产。而且原有的快速原型制造技术(RPM)所用的塑料主要限于光敏树脂、丙烯酸类和环氧类等专用塑料，价格昂贵，适用面窄，在塑料零件的成形方面有很大局限性。
渐进成形技术是近年来发展起来的新技术，渐进成形不需要模具或只需要靠模，借助工件的3D模型能够快速完成零件的成形，特别适合单件或小批量零件的生产，具有花费低、板料的成形能力高、可成形传统冲压难以成形的材料等优点。
渐进成形技术目前主要用于加工钣金件，采用渐进成形技术成形塑件的文献报道并不多。4年前，Franzen等第一次成功地使用单点渐进成形技术成形商用PVC板料；Martins研究了POM、PE、PA和PC等常用塑料板料的可渐进成形性能，发现无论是无定型塑料还是高结晶度塑料，都能够将塑料板料顺利成形为具有一定深度的塑料制品。可以判定，渐进成形技术能够弥补原有的快速成型技术的不足，采用通用塑料，可以加工出具有相当复杂程度的塑料壳体类零件，成本低，周期短。
目前塑料板料的渐进成形过程，均采用常温塑料板料，无外加热，仅依靠工具头与板料之间的摩擦来提升塑料板料的温度，从而导致塑料板料成形时的温度过低，断裂伸长率不高，因而无法充分发挥其变形能力。
发明内容
为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种塑料板料高压热风渐进成形装置及其成形方法，可以提高塑料板料成型极限，实现小到中批量的复杂形状产品的渐进成形加工。
本发明提供的塑料板料高压热风渐进成形装置及其成形方法，所述塑料板料高压热风渐进成形装置安装在数控渐进成形机床上，它包括空气压缩机、加热系统、气嘴、红外线测温仪、夹紧装置，所述空气压缩机通过管路与加热系统连接，所述加热系统通过弯管与气嘴连接；塑料板料高压热风渐进成形装置，它还包括连接杆和固定板，所述弯管固定安装在固定板上；它还包括拉杆，所述拉杆左、右对称设置在数控渐进成形机床的两端，所述夹紧装置包括空心支撑台和压边圈，所述空心支撑台安装在拉杆上；所述红外线测温仪设置在塑料板料的上方。
一种使用塑料板料高压热风渐进成形装置成形塑料板料的方法，包括以下步骤：一、生成加工轨迹：采用三维制图软件建立模型，并将模型沿加工路径方向离散，生成各等高线层面上的加工轨迹，将此轨迹指定为数控渐进成形机床主轴的运动轨迹；二、制成顶支撑模型：将步骤一所生成的加工轨迹偏移一个板料厚度值，生成新的加工轨迹，再利用数控机床，采用生成的新的加工轨迹加工出顶支撑模型；三、准备塑料板料：将塑料板料下料，切割成指定的尺寸，备用；四、装夹：将备好的塑料板料装夹到塑料板料高压热风渐进成形装置的夹紧装置，使塑料板料的几何中心与夹紧装置压边圈的几何中心重合，将步骤二中加工得到的顶支撑模型安装在数控渐进成形机床的工作台上，支撑于塑料板料下方；五、加工：当装夹和定位工作完成之后，启动空气压缩机，空气压缩机产生压缩空气，压缩空气流经加热系统而被加热，再从气嘴喷出，气嘴按照步骤一生成的加工轨迹，对塑料板料进行加热，通过红外线测温仪监控板料成形区域的温度保持在待加工板料的热成形温度区间范围内，并在加热的过程中逐点渐进成形，每加工完一层，塑料板料和气嘴共同下移相同的高度，实现逐层渐进成形，直至成形完成。
本发明提供的塑料板料高压热风渐进成形装置及其成形方法，其有益效果在于，采用压缩空气代替现有技术中的金属工具来施加变形力，可以避免塑料板料两侧同时与两个工模具接触，防止因局部拉伸载荷过大而发生扭曲和撕裂；采用热风局部逐点加热塑料板料，使塑料板料处于高弹态下，极大减少了塑料板料的变形抗力，提高了塑料板料的成形性能。
附图说明
图1是本发明一个实施例的整体结构示意图。
图中标注：
1.空气压缩机；2.气嘴；3.加热系统；4.拉杆；5.管路；6.固定板；7.连接杆；8.红外线测温仪；9.压边圈；10.塑料板料；11.空心支撑台；12.弯管；13.顶支撑模型；14.工作台。
具体实施方式
下面参照附图，结合一个实施例，对本发明提供的塑料板料高压热风渐进成形装置及其成形方法进行详细的说明。
实施例
参照图1，本实施例的塑料板料高压热风渐进成形装置及其成形方法，所述塑料板料高压热风渐进成形装置安装在数控渐进成形机床上，它包括空气压缩机1、加热系统3、气嘴2、红外线测温仪8、数控渐进成形机床、夹紧装置，所述空气压缩机通过管路5与加热系统3连接，所述加热系统3通过弯管12与气嘴2连接；塑料板料高压热风渐进成形装置，它还包括连接杆7和固定板6，所述弯管12固定安装在固定板6上；所述数控渐进成形机床的左、右两端对称设置有拉杆4，所述夹紧装置包括空心支撑台11和压边圈9，所述空心支撑台11安装在拉杆4上；所述红外线测温仪设置在塑料板料10的上方。
一种使用塑料板料高压热风渐进成形装置成形塑料板料的方法，以厚度为3mm的PS板为例进行说明，具体包括以下步骤：一、采用UG软件的CAD模块建立三维CAD模型，并利用其CAM功能将CAD模型沿加工路径方向离散，生成各等高线层面上的加工轨迹，并将此轨迹指定为数控渐进成形机床主轴的运动轨迹；二、将步骤一生成的加工轨迹偏移一个板料厚度值3mm，生成新的加工轨迹，再利用数控机床，读取生成的新的加工轨迹加工出顶支撑模型13；三、将厚度为3mm的PS板料下料成尺寸为230mm×230mm的PS板料，备用；四、将备好的PS板料装夹到塑料板料高压热风渐进成形装置的夹紧装置，使PS板料的几何中心与压边圈的几何中心重合，用压边圈压住PS板料四周15mm装夹在空心支撑台上，将步骤二中加工得到的顶支撑模型安装在数控渐进成形机床的工作台14上，支撑于PS板料下方；五、启动空气压缩机，产生压力为0.8MPa的压缩空气，流经加热系统而被加热，再从气嘴喷出，正对待加工的PS板料，通过红外线测温仪监控PS板料成形区域的温度为155℃；六、采用步骤一生成的加工轨迹，在加热的过程中逐点渐进成形，每加工完一层，塑料板料和气嘴共同下移相同的高度，实现逐层渐进成形，直至成形完成。
Claims (5)
1.一种塑料板料高压热风渐进成形装置，其特征在于：所述塑料板料高压热风渐进成形装置安装在数控渐进成形机床上，它包括空气压缩机、加热系统、气嘴、红外线测温仪、夹紧装置，所述空气压缩机通过管路与加热系统连接，所述加热系统通过弯管与气嘴连接。
2.根据权利要求1所述的塑料板料高压热风渐进成形装置，其特征在于：它还包括连接杆和固定板，所述弯管固定安装在固定板上。
3.根据权利要求1所述的塑料板料高压热风渐进成形装置，其特征在于：它还包括拉杆，所述拉杆左、右对称设置在数控渐进成形机床的两端，所述夹紧装置包括空心支撑台和压边圈，所述空心支撑台安装在拉杆上。
4.根据权利要求1所述的塑料板料高压热风渐进成形装置，其特征在于：所述红外线测温仪设置在塑料板料的上方。
5.一种使用权利要求1所述的塑料板料高压热风渐进成形装置成形塑料板料的方法，其特征在于：包括以下步骤：一、生成加工轨迹：采用三维制图软件建立模型，并将模型沿加工路径方向离散，生成各等高线层面上的加工轨迹，将此轨迹指定为数控渐进成形机床主轴的运动轨迹；二、制成顶支撑模型：将步骤一所生成的加工轨迹偏移一个板料厚度值，生成新的加工轨迹，再利用数控机床，采用生成的新的加工轨迹加工出顶支撑模型；三、准备塑料板料：将塑料板料下料，切割成指定的尺寸，备用；四、装夹：将备好的塑料板料装夹到塑料板料高压热风渐进成形装置的夹紧装置，使板料的几何中心与夹紧装置压边圈的几何中心重合，将步骤二中加工得到的顶支撑模型安装在数控渐进成形机床的工作台上，支撑于塑料板料下方；五、加工：当装夹和定位工作完成之后，启动空气压缩机，空气压缩机产生压缩空气，压缩空气流经加热系统而被加热，再从气嘴喷出，气嘴按照步骤一生成的加工轨迹，对塑料板料进行加热，通过红外线测温仪监控板料成形区域的温度在其热成型温度区间内，塑料板料在加热的过程中逐点渐进成形，每加工完一层，塑料板料和气嘴共同下移相同的高度，实现逐层渐进成形，直至成形完成。
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