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橡膠切條機切邊工藝建模

發布于:2019-12-08 16:13:55

有限元模型


板料切邊過程通常可以認為是平面應變問題。由于切邊過程,我們主要關心切邊區域(凹模邊緣區域),因此僅建立該區域幾何模型,圖1所示為橡膠切邊幾何模型,板料厚度為0.08mm,橡膠厚度為1mm,寬度均取0.2mm,不使用壓邊圈,凹模為剛性模,圓角半徑為0.01mm,各個部件初始間隙為0.001mm。因為板料一側足夠長,另一側則為槽的對稱中心,故約束板料和橡膠兩側沿橫向運動。


圖1 柔性模具切邊幾何模型


為了減少計算時間,同時獲得較高精度的計算結果,采用局部細化網格技術,切邊區域有限元單邊長度約為0.001mm,圖2所示為有限元模型的初始網格。在切邊過程中,因為橡膠的變形較大,因此較容易產生單元的過度扭曲,為避免該問題,橡膠的單元沿板厚方向尺寸應適當設置大一些,在本文中,該方向單元邊長約為0.01mm,寬度方向單元邊長為0.002mm。


圖2 板料有限元網格劃分


材料性能


⑴板材。


在本文中,有限元仿真與切邊試驗均使用厚度為0.08mm的鈦箔。材料的本構模型可用冪指數形式表示。材料拉伸試驗尺寸如圖3所示,在Zwick(100kN)單向拉伸試驗機上進行。等效應力應變曲線如圖4所示,材料性能參數如表1所示。


表1 TA1材料性能


厚度t/mm 楊氏模量/GPa 屈服強度/MPa 強度系數k/MPa 硬化指數n 0.08 108 260 1004 0.44


圖3 拉伸試件


圖4 等效應力應變曲線(TA1,0.08mm)


⑵橡膠。


橡膠是一種超彈性、近似不可壓縮材料,超彈性材料由應變能函數W確定,其函數為某點、某處單位體積內應變能與應變的關系。在ABAQUS中有多種描述超彈性體的本構模型,本文中選用Mooney-Rivlin(M-R)本構方程,該材料模型可很好預測超彈性材料行為。Mooney-Rivilin模型是在各向同性的基礎上推導出來的,它有三向應變分量的多種組合形式。


本試驗采用的橡膠,邵氏硬度(Shore hardness)為60HA,密度為1100kg/m3,單向拉伸試驗在“Zwick(100kN)”試驗機上完成其等效應力應變曲線如圖5所示,雙向拉伸試驗在R·Xiao等使用的雙向拉伸試驗機上完成,其等效應力應變曲線如圖6所示。使用ABAQUS對上述試驗數據計算得到的材料常數如表2所示。


圖5 橡膠單軸拉伸應力應變曲線


圖6 橡膠雙軸拉伸等效應力應變曲線


表2 ABAQUS計算的M-R常數


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





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