Abaqus热成型过程模拟实战

热成型是一种制造过程,其将塑料片加热到柔韧性较好的成型温度,然后在模具中成型为特定形状,然后将其修整成可用的产品。

通常使用真空甚至塞子来帮助薄板形成模具的形状。


在此过程中,薄壁塑料会拉伸并变薄。

在何处发生减薄,减薄多少,取决于几何形状以及模具和薄板彼此接近的方式。

与塑料相比,模具通常温度较低,因此,当塑料接触模具时,塑料也会冷却,并且变得不易弯曲。

因此,会限制接触模具的部分的塑料进一步拉伸。  
 

在此文中,我们将提供一个模拟此过程的示例,以确定整个产品中材料的变形和厚度情况,进行温度-应力耦合分析。


作为示例,我们将使用一个盛放薯片的塑料容器来进行建模,并设置一个隔间(图1)。



图1:容器示例。



几何


模具的几何形状如图2所示。

图2:模具的几何形状。





塑料原材料是一块0.5毫米厚的塑料板,尺寸与模具的外部尺寸匹配,如图3所示。

图3:模具和塑料板的组合几何形状



材料特性


模具被认为是刚性的,所以不需要材料特性。使用与温度相关的粘弹性材料对聚丙烯板进行建模。

在较高的温度下,材料的刚度降低到初始值的10%。因为包括粘弹性,该片材在较高温度下表现出介于固体和流体之间的行为。涉及热分析,所以需定义材料导热系数和比热特性。



模型设置

分析过程中,模具处于室温(25摄氏度)。聚丙烯片材最初处于100摄氏度。作为分析的一部分,计算其温度变化。片材的外边缘被夹紧。

顶部施加1 bar的压力,这对应于底部施加真空时的超压。在分析的上半部分,压力逐渐增加,在分析的下半部分,压力保持恒定。

然后,由于聚丙烯片的粘弹性,将发生进一步的变形,考虑重力影响。

使用Abaqus / Explicit,因为可能会产生较大的变形。



结果


正如预期的那样,薄板最初各处都是100摄氏度,然后在与模具接触的区域冷却至25摄氏度。随着时间的增加,它会进一步下降并更准确地贴合模具。薄片比小隔间(用于调味料)更早地到达大隔间(用于切屑)的底部。


外壳厚度在外缘上最高,在外缘处,板材首先接触模具。它是角落中最低的,需要伸展最多。由于酱汁隔间的面积较小,而其深度与切屑隔间的深度相同,因此这里需要更多的拉伸,并且壳的厚度最低,大约是初始厚度的一半(图4)。

图4:分析结束时整个板材的外壳厚度



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