Abaqus模拟热成型过程

   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