聚氨酯橡胶模具微冲裁关键问题研究

摘要

随着微机电系统的高速发展，仪器设备产品的微型化及其快速高精度制造成为目前的研究热点。微冲裁技术作为一种全新的塑性成形技术，具有成形精度高，生产效率高的特点，在航空航天、精密电子仪器、生物、医疗等领域都将得到广泛的应用。聚氨酯橡胶冲裁技术经常用于板料厚度低于0.3mm的冲裁中，该类模具采用弹性体聚氨酯橡胶替代刚性的凸模或者凹模，因而降低了模具的制造成本，缩短了制造周期，同时其自身成形特点决定了冲裁件的表面质量良好。将该技术用于微小零件生产，将有效地降低生产成本，提高生产效率。
　　本文在分析研究聚氨酯橡胶冲裁模成形机理的基础上，归纳出聚氨酯橡胶冲裁模的设计要点。该类模具必须选用硬度在90A以上的浇注型聚氨酯，而且必须过盈安装在容框内，其压缩量不应大于30％，容框应进行强度校核确保容框可以承受聚氨酯橡胶受压后所引起的胀力，模具的压料方式也是决定冲裁能否成功的关键因素。针对具有微细结构特征微小零件的外形特点设计出微型模具，并对模具的承压能力和失稳弯曲应力进行校核。运用有限元软件ABAQUS/Explicit建立聚氨酯橡胶微冲裁模分析模型，对板料冲裁过程进行数值模拟。建立T2的Johnson-Cook本构模型和断裂准则，建立三维几何模型，以均布载荷替代聚氨酯橡胶与板料的相互作用。分析了冲裁过程中板料的断裂规律，结果表明微细结构直角处为最后断裂处;随冲裁速度的增加，板料受到的压应力也不断增大。减小聚氨酯凹模高度，采用阶梯式压料，解决所得冲件微细结构部分不完整的问题。在不同厚度的T2薄铜箔上冲制出特征尺寸为100μm的微零件，且表面质量良好。实验结果表明，冲件与模具之间存在尺寸差，模具尺寸小于冲件外形尺寸，随着板料厚度的降低，尺寸差减小，但是尺寸差与板料厚度的比值却在增大，说明材料在刃口处拉伸和弯曲变形越来越严重。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及应用价值

1．2 国内外微冲裁技术研究现状

1．3 聚氨酯橡胶模及数值模拟的研究现状

1．3．1 聚氨酯橡胶冲裁模研究现状

1．3．2 橡胶模具数值模拟技术研究现状

1．4 聚氨酯橡胶微冲裁模研究的必要性分析

1．5 论文主要研究内容

2 聚氨酯橡胶冲裁模成形机理及设计要点

2．1 聚氨酯橡胶冲裁模简介

2．1．1 聚氨酯橡胶

2．1．2 聚氨酯橡胶冲裁模具简介

2．2 聚氨酯橡胶冲栽模冲裁机理

2．2．1 冲裁机理

2．2．2 材料变形过程分析

2．3 聚氨酯橡胶冲裁模设计要点

2．3．1 容框设计与强度校核

2．3．2 聚氨酯橡胶垫设计

2．3．3 压板设计

2．3．4 凸凹模设计

2．3．5 凸凹模尺寸确定

2．4 冲裁力计算

2．4．1 单位压力计算

2．4．2 冲裁力的计算

2．5 本章小结

3 聚氨酯橡胶微冲裁模设计

3．1 微型零件

3．2 冲裁模设计

3．2．1 聚氨酯橡胶模总体结构

3．2．2 元件参数设计

3．2．3 所需冲压机压力计算

3．2．4 试模

3．3 模具改进

3．3．1 凸模

3．3．2 压料板

3．4 凸模强度与稳定性校核

3．4．1 承压能力校核

3．4．2 失稳弯曲应力校核

3．5 本章小结

4 微冲裁数值模拟与实验分析

4．1 材料模型的建立

4．1．1 聚氨酯橡胶模数值模拟难点分析

4．1．2 聚氨酯橡胶作用力加载方式

4．1．3 材料本构模型及参数确定

4．1．4 断裂损伤准则

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 有限元几何模型建立

4．2．2 相关控制参数

4．3 模拟结果及分析

4．3．1 冲裁过程分析

4．3．2 应力集中分布区域分析

4．3．2 冲裁速度对应力的影响

4．4 微冲裁实验研究

4．4．1 实验设备

4．4．2 冲裁件质量分析

4．4．3 问题及解决

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢