廣東模具導柱生產廠商(復合材料熱壓罐成形模具型面補償設計方法研究)
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今天給各位分享廣東模具導柱生產廠商的知識，其中也會對復合材料熱壓罐成形模具型面補償設計方法研究進行分享，希望能對你有所幫助！
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廣東模具導柱生產廠商
另外采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置快速試模裝置技術也會得到發展和提高。
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隨著以塑料代鋼以塑代木的發展和產品零件的精度和復雜程度的不斷提高，塑料模的比例將不斷提高，其精度和復雜程度也將隨著相應提高。
復合材料熱壓罐成形模具型面補償設計方法研究
本文模具型面補償設計的思路是假設材料的固化點溫度和玻璃態轉換溫度相同，則在理論上模具型面在固化點和玻璃態溫度轉換點的幾何形狀就應相同。
模具型面設計過程是以制件的設計模型固化升溫至固化點后的理想形狀作為模具型面在高溫下的初始形狀設計模具高溫型面，在熱壓罐固化降溫環境中將模具初始高溫模型降溫至室溫得到模具在常溫下的初始型面模型，再以此時的模具型面為復合材料構件和模具固化初始時的型面形狀，分析構件的固化升溫過程。
將構件在固化點時的幾何形狀與構件的高溫理想形狀比較，最終確定模具型面的理想高溫形狀。
采用復合材料構件在高溫狀態下的理想型面作為模具型面設計的依據是為了補償構件在固化降溫過程中的熱彈性變形和固化過程中因模具熱膨脹變形導致的構件變形。
同時這種設計方法還可以保證模具型面和制件型面在高溫狀態下保持一致，即材料在固化點溫度時滿足式（1）。
其中Ps、Ds分別為制件和模具高溫固化點狀態下的幾何型面，ξ為設計允許的最大誤差。
由模具設計過程的原理圖可知，經過迭代后材料的固化點形狀Ps和玻璃態轉化溫度形狀Pg滿足|Pg-Ps|≤|ξ|，也即是材料與模具在高溫狀態下滿足式（1）。
本文熱壓罐成形模具型面補償設計的具體操作過程是：①采用有限元分析軟件ABAQUS將設計的復合材料構件從室溫沿固化降溫的逆方向加載至玻璃態轉化溫度，得到構件型面在玻璃態下的理想幾何信息Pg；②以得到的構件高溫理想型面為基準，建立模具型面在高溫下的模型Dg；再將模具型面模型Dg沿固化降溫方向降至室溫，得到常溫下的模具型面模型D（0）；③分析材料在固化周期中的溫度場、固化度等變化和材料的熱、力學性能變化；④利用有限元分析軟件ABAQUS對材料固化升溫過程進行有限元數值模擬，得到材料在固化點時的幾何形狀Ps。
固化模擬過程中模具的初始型面就是步驟②中的D（0）；材料在固化初期緊貼模具，因此材料的形狀與模具型面幾何形狀相同；⑤比較步驟①、④中分別得到的材料玻璃態理想幾何形狀和材料固化點溫度時的幾何形狀，當滿足式（2）時，步驟④中材料或模具的初始幾何型面就是需要設計的模具型面在升溫后的狀態。
具體操作流程見圖3，式中i表示固化升溫階段的迭代次數。
本文采用有限元分析軟件ABAQUS對設計的碳纖維環氧樹脂基復合材料AS4/3501-6單曲面層合板構件進行與固化降溫階段相反的加載，得到層合板在玻璃態下的型面理想幾何模型。
再對該構件在固化升溫階段的溫度場、固化度變化以及應力、應變進行分析，得到層合板在固化點的幾何模型。
模擬過程中熱壓罐內溫度加載的過程如圖4所示。
有限元分析中鋼模具的熱、力學性能參數為：密度ρ7800kg/m3，彈性模量E210GPa，泊松比υ0.3，比熱C434J/（kg·℃），導熱率k60.5W/（m·℃），熱膨脹系數CTE1.2×10-5。
成形構件結構為單曲面層合板，其固化后的熱、力學性能參數采用文獻[6]中的參數值。
采用有限元分析方法，將復合材料層合板的設計模型沿圖4材料固化溫度周期曲線的c-d方向升溫至玻璃態轉化溫度，得到層合板在玻璃態轉化溫度時的離散幾何模型。
將復合材料層合板逆向升溫后得到的離散的幾何模型提取出來，利用逆向工程軟件geomagic和CAD軟件UG構造高溫時的模具型面Dg和對應的等效模具模型。
在有限元分析軟件ABAQUS中將模具的高溫等效模型沿固化降溫方向降至室溫，得到室溫下模具的離散等效模型D0。
再次采用逆向工程技術和CAD軟件利用模具離散幾何信息構建模具初始型面設計模型D（0）和等效的模具模型（圖5）以及材料在固化前的初始模型P（0）。
為了分別補償材料和模具在固化降溫階段的熱收縮變形，材料在逆向升溫過程中沒有考慮模具的影響；同時模具等效模型的降溫過程也僅是模具自身的熱收縮，沒有考慮材料的影響。
復合材料固化過程中的化學收縮應變是由材料在狀態轉變過程中的物理性能所決定的，不能通過模具型面進行補償。
因此，本文固化升溫階段的數值模擬過程沒有考慮由于化學收縮引起的應力、應變，僅考慮了固化過程中材料的熱膨脹系數、模量和固化反應放熱等變化對變形和應力的影響。
固化升溫過程中罐內環境溫度采用文獻[7]推薦的加載周期（圖4），兩個升溫階段的加載速率都是5℃/min，固化點溫度為177℃；降溫過程以-5℃/min的速率從177℃降溫至25℃，整個固化周期中熱壓罐內的溫度和壓力分布均勻。
圖6是復合材料層合板逆向升溫至玻璃態下的應力分布。
復合材料在固化過程中的約束主要是模具對它的支撐約束和熱壓罐內施加于材料表面的氣壓約束。
復合材料的固化過程是由粘流態經橡膠態向玻璃態轉化的，在這個過程中材料由于應力松弛的作用，其在固化升溫階段的應力會迅速釋放。
為了消除固化模擬過程中模具對材料沿徑向方向的約束所造成的材料應力不能釋放從而進一步造成材料中間部分的隆起變形，本文模擬過程中在材料和模具的邊緣部分引入一層橡膠層來平衡模具對材料徑向方向的約束，材料和模具的其余部分設定為接觸約束，使得模擬過程更接近實際情況。
圖7是復合材料層合板在固化點時的位移分布。
對比復合材料層合板固化升溫后的變形位移和其設計型面理想高溫形狀（圖8、圖9），經過模具型面的溫度補償后，復合材料層合板的位移變形量很小。
模具型面溫度補償后的結果表明，通過模具型面的溫度補償能夠有效補償材料固化周期過程中的熱彈性變形量。
圖6材料沿路徑c-d方向升溫至玻璃態后的應力分布。
圖7材料固化至固化點時位移分量U2的分布。
本文針對復合材料熱壓罐成形工藝過程中的熱彈性變形問題，采用對模具設計型面進行溫度補償的辦法來補償材料的熱變形。
本文模具型面的補償法是建立在引起構件彈性變形機理的基礎上。
補償過程中綜合考慮了構件固化降溫階段中的熱彈性變形和模具在固化升溫階段引起的熱變形，是一種物理的補償方法。
模具型面設計后的數值模擬結果表明，采用熱補償的模具型面設計方法設計的模具型面能夠有效補償復合材料制件成形過程中由于模具與復合材料之間熱、力學性能不一致以及固化過程中材料自身熱、力學性能變化而導致的制件固化變形問題。
圖8材料固化升溫后和逆向升溫后位移U2沿節點路徑1-1的分布。
圖9材料固化升溫后和逆向升溫后位移U2沿節點路徑1-2的分布。
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