PVC板料数控渐进成形研究

摘要

为了适应小批量、多样化发展等市场需求，本文针对热塑性聚合物柔性制造技术，系统研究采用单点渐进成形(SPIF)技术成形聚氯乙烯(polyvinyl chloride，简称PVC)板料的可行性。
　　优化选择润滑剂。采用UMT测量摩擦系数实验。以变角度圆锥杯最大成形深度作为指标，对比皂液、机油、聚四氟乙烯脂、锂基高温润滑脂、水五种不同润滑剂的润滑效果。结果表明:五种润滑剂对成形制件成形性能的影响程度由大到小为:皂液＞机油＞聚四氟乙烯脂＞水＞锂基高温润滑脂。水做润滑剂时，摩擦系数由小增大，基底暴露，起屑严重，制件表面粗糙:当机油、聚四氟乙烯脂和锂基高温润滑脂分别做润滑剂时，制件表面有轻微刀痕;选用皂液作为润滑剂成形性能和表面质量最好。因此皂液为最合适的润滑剂。
　　采用正交实验的方法研究板厚、进给速度、主轴转速、Z轴进给量和工具头直径五种工艺参数及其交互作用对PVC板料成形性能的影响，以变角度圆锥最大成形角为实验指标。结果表明:进给速度和主轴转速×工具头直径对PVC板料成形性能的影响非常显著。进给速度较小，板料成形性能相对较好;Z轴进给量越大，成形性能越好;工具头越大，成形性能越好;主轴转速过高产生磨损现象;板厚的影响可以忽略不计。
　　选择不同进给速度、主轴转速、层进给量和工具头直径进行试验，研究四种工艺参数对PVC板料成形过程中温升的影响。结果表明:进给速度减小，工具头与板料接触的时间增加，温升增加;主轴转速增加，摩擦产生的热量增加，温升增加;层进给量和工具头直径增加，工具头与板料接触面积增加，摩擦产生的热量增加，温升增加。
　　研究不同进给速度成形50°方锥件的成形精度。利用Geomagic软件将实测制件外轮廓拟合曲面与理论外轮廓曲面进行对比;测量计算方锥件的径向偏差。结果表明:进给速度增加，高度偏差增加，成形精度降低。成形后的制件存在三种主要问题:由于制件内部沿厚度方向应力分布不均匀，产生的侧壁鼓凸;残余应力的积累导致回弹;扭曲与切向力有关。采用交替工具路径可以消除扭曲现象。
　　为了研究各工艺参数对PVC板料成形后微观结构的影响，采用S-3500N扫描电镜对成形后50°方锥件变形区进行观察，发现三种现象:连接相相容性得到改善;分散相被拉伸变长形成空穴;在空穴边缘存在应力发白现象，且其周围有很多银纹。随进给速度的减小、主轴转速的增大、工具头直径的增加、层进给量增加到1.0mm时，连接相相容性得到越来越好的改善;空穴越来越大;空穴附近应力发白减少。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 板料数控渐进成形技术

1．3 数控渐进成形技术的国内外研究现状

1．3．1 板料渐进成形成形性能研究

1．3．2 热渐进成形的研究

1．3．3 成形精度研究

1．3．4 数值模拟研究

1．3．5 产品开发及应用

1．3．6 聚合物板料数控渐进成形研究现状

1．4 课题来源及主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 本文拟研究的主要内容

第2章 PVC板料渐进成形润滑方式研究

2．1 引言

2．2 不同润滑剂摩擦系数测量

2．2．1 实验材料、设备及方案

2．2．2 UMT测量摩擦系数实验结果

2．3 渐进成形实验

2．3．1 实验材料及设备

2．3．2 实验设计及方案

2．3．3 实验结果

2．4 分析与讨论

2．4．1 成形性能

2．4．2 表面质量

2．5 本章小结

第3章 PVC板料单点渐进成形工艺参数研究

3．1 引言

3．2 实验方法与程序

3．2．1 实验设备及几何模型

3．2．2 测量方法

3．2．3 实验计划

3．4 结果与讨论

3．4．1 失效形式

3．4．2 最佳工艺选择

3．4．3 实验分析

3．5 本章小结

第4章 PVC板料单点渐进成形温升研究

4．1 引言

4．2 维卡软化温度测试实验

4．2．1 实验设备及材料

4．2．2 实验方法

4．2．3 实验结果

4．3 工艺参数对温升的影响

4．3．1 实验材料及设备

4．3．2 实验设计及方案

4．4 实验结果

4．4．1 主轴转速的影响

4．4．2 层进给量的影响

4．4．3 工具头的影响

4．4．4 进给速度的影响

4．5 结果分析

4．6 本章小结

第5章 PVC板料单点渐进成形的成形精度

5．1 引言

5．2 成形精度

5．2．1 定义成形精度误差评价方法

5．2．2 理论外轮廓计算方法

5．2．3 几何模型

5．2．4 实验方案

5．2．5 50°方锥件试样成形精度的对比

5．2．5 50°方锥件试样成形精度的实验结果分析

5．3 交替工具路径改善扭曲现象

5．3．1 交替工具路径方法的提出

5．3．2 交警工具路径方法成形结果

5．4 本章小结

第6章 PVC板料单点渐进成形后的微观结构的变化

6．1 引言

6．2 实验设备与方法

6．3 方锥件变形区域微观组织比较

6．3．1 进给速度的影响

6．3．2 主轴转速的影响

6．3．3 层进给量的影响

6．3．4 工具头直径的影响

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢