聚碳酸酯(PC)板材热态气压胀形过程的数值模拟与实验研究

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聚碳酸酯(Polycarbonate,简称 PC)是一种综合性能优良的热塑性工程材料,其制品广泛地应用于各个领域。由于目前,对双曲率、大尺寸 PC制件的需要越来越大,而传统的注塑、挤压等加工方法对于生产大尺寸的PC制件已显得无能为力,这样限制了PC制品的更广泛应用。本文提出的热气压胀形法能克服这一缺点,可加工出双曲率、大尺寸、高质量的PC制品来。  本文介绍了国内外对PC板材的研究进展、应用概况和塑料板材热气压胀形的基本原理和特点,指出了用热气压胀形技术加工双曲率、大尺寸、高质量PC制品的重要意义和应用前景。  本文首次系统地进行了PC板材在不同温度、不同速度及不同保温时间条件下的拉伸试验,获得了其力学性能参数,为确定热气压成形工艺参数提供了实验数据,有关性能也为有限元模拟提供了材料性能数据。利用有限元对拉伸实验进行了模拟,与拉伸件光弹实验的结果进行了比较,应力分布云图吻合得较好,证明所建的有限元模型是正确的。  本文根据拉伸试验确定的获得最佳 PC板材的力学性能时所对应的工艺参数,进行了PC板材的热气压胀形实验,得到了成形后制件的壁厚与应变等数据。利用软件 DYNAFORM,对用PC板材获得的盆形件、半球形件及大件的成形过程进行了数值模拟。分析了成形过程中的壁厚、应变、应力、成形极限图等的变化情况,并与试验所获得的数据进行了比较,结果显示:两者吻合的很好。  本文还利用DYNAFORM软件,对PC盆形件在加载气压、压边力、摩擦系数、模具圆角等取不同数值,及在不用温度和不同的坯料壁厚情况下,进行了数值模拟,进一步研究了上述参数在盆形制件成形过程中,对制件壁厚分布的影响规律。  此外,本文成功地为俄罗斯某公司研制了由 PC板经热气压成形的球瓣,然后组装成的直径为2600mm“太空球”。该制品曾多次参加国际展览,图片刊登于俄文期刊《科学与生活》的封面上。这也说明本文所研发的大件热气压成形技术的先进性与实用性。
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