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橡胶切条机切边工艺建模

作者:  来源:  更新时间:2019-12-08 16:13:55  点击次数:

有限元模型


板料切边过程通常可以认为是平面应变问题。由于切边过程,我们主要关心切边区域(凹模边缘区域),因此仅建立该区域几何模型,图1所示为橡胶切边几何模型,板料厚度为0.08mm,橡胶厚度为1mm,宽度均取0.2mm,不使用压边圈,凹模为刚性模,圆角半径为0.01mm,各个部件初始间隙为0.001mm。因为板料一侧足够长,另一侧则为槽的对称中心,故约束板料和橡胶两侧沿横向运动。


图1 柔性模具切边几何模型


为了减少计算时间,同时获得较高精度的计算结果,采用局部细化网格技术,切边区域有限元单边长度约为0.001mm,图2所示为有限元模型的初始网格。在切边过程中,因为橡胶的变形较大,因此较容易产生单元的过度扭曲,为避免该问题,橡胶的单元沿板厚方向尺寸应适当设置大一些,在本文中,该方向单元边长约为0.01mm,宽度方向单元边长为0.002mm。


图2 板料有限元网格划分


材料性能


⑴板材。


在本文中,有限元仿真与切边试验均使用厚度为0.08mm的钛箔。材料的本构模型可用幂指数形式表示。材料拉伸试验尺寸如图3所示,在Zwick(100kN)单向拉伸试验机上进行。等效应力应变曲线如图4所示,材料性能参数如表1所示。


表1 TA1材料性能


厚度t/mm 杨氏模量/GPa 屈服强度/MPa 强度系数k/MPa 硬化指数n 0.08 108 260 1004 0.44


图3 拉伸试件


图4 等效应力应变曲线(TA1,0.08mm)


⑵橡胶。


橡胶是一种超弹性、近似不可压缩材料,超弹性材料由应变能函数W确定,其函数为某点、某处单位体积内应变能与应变的关系。在ABAQUS中有多种描述超弹性体的本构模型,本文中选用Mooney-Rivlin(M-R)本构方程,该材料模型可很好预测超弹性材料行为。Mooney-Rivilin模型是在各向同性的基础上推导出来的,它有三向应变分量的多种组合形式。


本试验采用的橡胶,邵氏硬度(Shore hardness)为60HA,密度为1100kg/m3,单向拉伸试验在“Zwick(100kN)”试验机上完成其等效应力应变曲线如图5所示,双向拉伸试验在R·Xiao等使用的双向拉伸试验机上完成,其等效应力应变曲线如图6所示。使用ABAQUS对上述试验数据计算得到的材料常数如表2所示。


图5 橡胶单轴拉伸应力应变曲线


图6 橡胶双轴拉伸等效应力应变曲线


表2 ABAQUS计算的M-R常数


邵氏硬度(HA) 常数 常数 常数 泊松比60 0.123 0.0272 0 0.4





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