CN108656507B - 一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法及其装置 - Google Patents

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    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
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    • B29C53/18—Straightening or flattening of plates or sheets

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法，包括以下步骤：S01：在渐进成形机床上配备低速电机，将低速电机通过联轴器与工具头连接；S02：通过直线插补方法输出数控加工代码；S03：确定高分子板料渐进成形进给速度ν；S04：计算当量半径r；S05：给予工具头转动的角速度ω，使得ω＝ν/r。本发明还公开了一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的装置。本发明的一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法及其装置，通过降低工具头与板料之间平均相对速度，从而改善高分子板料的扭曲和起皱。

Description

一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法及其装置
技术领域
本发明涉具体涉及一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法及其装置，属于高分子渐进成形加工领域。
背景技术
由于高分子与金属材料本身的差异性，二者渐进成形的缺陷也不一样。金属板料渐进成形的缺陷主要为破裂，而高分子板料渐进成形的缺陷则为破裂、扭曲和起皱等。其中扭曲是由于在渐进成形时加工方向单一引起的，在成形件上表现为材料的周向偏移。高分子材料的力学性能比金属材料低很多，因而十分容易随着工具头的转动产生周向偏移，当周向偏移累加到高分子材料能承受极限时就会发生扭曲甚至破裂。
在渐进成形时，一般的做法是将工具头通过夹紧装置固定在机床主轴上，工具头与机床主轴的运动完全一致，二者没有相对转动。在进行加工时，工具头与板料之间没有相对滚动，完全为滑动摩擦，板料会随着工具头在加工方向上进行堆积和偏移，因而板料具有发生扭曲和起皱的倾向。由于高分子板料的刚度、硬度和密度等材料属性都比较低，同时高分子材料对温度比较敏感，工具头与板材之间的滑动摩擦会产生大量热量极易导致板材发生软化，更容易产生扭曲和起皱缺陷。
由吉林大学研究的滚动工具头(CN201010030832)可以在一定程度上减少工具头与板材之间的摩擦，局部改善扭曲和起皱，但是其工具头端部的滚动体必须为完整的球形滚珠，当要求工具头顶部形状不是球体时，滚动工具头就失去了效用。此外，滚动工具头是依靠与加工板材之间的摩擦而发生的被动滚动，无法对滚动速度的大小实现实时量化控制及调节，因而产生的效果也比较有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，解决现有技术的不足，提供一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法及其装置。通过低速电机实时调节工具头的转速，精确地对进给速度进行补偿,使工具头与板料之间的平均相对速度降低到零，从而改善高分子板料的扭曲和起皱。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法，包括以下步骤：
S01：在渐进成形机床上配备低速电机，将低速电机通过联轴器与工具头连接；
S02：通过直线插补方法输出数控加工代码；
S03：确定高分子板料渐进成形进给速度ν；
S04：计算当量半径r；
S05：给予工具头转动的角速度ω，使得ω＝ν/r；
S03中，进给速度ν的计算方式为：
Figure BDA0001616754510000021
其中，k为系数、CT为热容、αL为线膨胀系数、λ为导热系数、t为板料厚度。
S04中，当量直径r为工具头与板料接触部分的圆弧上各点到工具头轴线距离的平均值，具体计算方式为
Figure BDA0001616754510000022
其中R为工具头半径，θ为成形角。
一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的装置，包括低速电机，所述低速电机与连接零件的下端连接，所述连接零件的上端与机床主轴连接，所述低速电机通过联轴器与工具头连接。
所述低速电机与连接零件之间通过螺纹连接。
所述连接零件的上端与机床主轴之间通过螺纹连接。
所述低速电机为伺服驱动器。
本发明的有益效果：1、使工具头与板料的平均相对速度为零，降低二者摩擦产生的热量；2、改善了高分子板料渐进成形扭曲和起皱缺陷；3、有利于渐进成形技术在高分子零件加工中的推广和应用。
附图说明
图1为本发明的一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的装置的结构图；
图2为本发明的一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的装置中工具头在板料表面运动示意图；
图3为本发明的一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱中工具头在板料表面运动的剖视图。
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。
如图1所示，本发明提供一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的装置，包括低速电机1，低速电机1优选为伺服驱动器。低速电机1与连接零件2的下端通过螺纹连接，连接零件2的上端与机床主轴通过螺纹连接，低速电机1通过联轴器3与工具头4连接。
本发明一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法，包括以下步骤：
步骤一：在渐进成形机床上配备低速电机，将低速电机通过联轴器与工具头连接；
步骤二：通过直线插补方法输出数控加工代码；
步骤三：确定高分子板料渐进成形进给速度ν。高分子板料渐进成形的起皱与加工中产生的热量是正相关，降低工具头的进给速度可以减少产生的热量。不同的高分子材料的热学性能也不同，热学性能包括热容、热膨胀、热传导和耐热性等。热容越高表明材料升高相同的温度可以吸收跟多的热量，线膨胀系数越高表明吸收相同的热量材料膨胀得越厉害，导热系数越高表明材料导热性能越好也更容易散热。进给速度v应与热容正相关，与热膨胀负相关，与热传导正相关，与耐热性正相关。此外，进给速度与板料厚度负相关。
本发明中进给速度ν的计算方式为：
Figure BDA0001616754510000041
其中，k为系数(大概范围为50-60)、CT为热容、αL为线膨胀系数、λ为导热系数、t为板料厚度。
步骤四：计算当量半径r，当量半径r通过以下方式求得。如图3所示，圆弧AB为工具头与板料接触部分，圆弧上各点到工具头轴线OB距离的平均值即为当量半径r。其结果为图示阴影部分面积与BC长度之商，即
Figure BDA0001616754510000042
式中R为工具头半径，θ为成形角。
步骤五：给予工具头转动的角速度ω，使得ω＝ν/r；
本发明的工作原理如图2所示，板料表面5的进给速度为ν，低速电机使工具头转动速度为ω，其中ω＝ν/r，r为当量半径。低速电机使工具头产生自转(由于渐进成形进给速度不快，工具头自转速度也相应比较缓慢)，对工具头与板料之间的相对速度进行补偿，工具头与高分子板料间的平均相对速度由改善前的ν降低到改善后的零，从而达到了改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱缺陷的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种改善高分子板料渐进成形扭曲和起皱的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01：在渐进成形机床上配备低速电机，将低速电机通过联轴器与工具头连接；
S02：通过直线插补方法输出数控加工代码；
S03：确定高分子板料渐进成形进给速度ν，进给速度ν的计算方式为：
Figure FDA0002948219670000011
其中，k为高分子板料系数、CT为高分子板料热容、αL为高分子板料线膨胀系数、λ为高分子板料导热系数、t为高分子板料厚度；
S04：计算当量半径r，当量半径r为工具头与板料接触部分的圆弧上各点到工具头轴线距离的平均值，具体计算方式为
Figure FDA0002948219670000012
其中R为工具头半径，θ为成形角；
S05:给予工具头转动的角速度ω，使得ω＝ν/r。
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