基于Dynaform的镍始极板冲压成形研究

论文摘要

镍及镍合金是航空、航天、化工和机器制造业等领域不可缺少的重要材料。在镍的湿法冶炼中,始极板作为阴极发挥着重要的作用,它的强度、刚度和平整性对电解镍的质量有着重要影响,因此解决始极板加工的质量问题在镍的湿法冶炼中是一个关键的技术。在目前的生产工艺条件下,采用压制加强筋手段来改善由于始极板板面尺寸大,厚度薄而造成其刚度差等缺陷是一种最简单、有效的方式。目前国内对加强筋在始极板上的排列布置方案的设计与选择仍多依赖于设计人员的经验和直觉,并通过反复的试验、调整来保证方案的选择能够符合预计要求。这样不仅需要消耗大量的人力和物力,而且设计周期长、效率低,不能满足企业的需要。利用板料冲压成形过程的数值模拟技术,通过对多种镍始极板的加强筋布置方案进行对比分析来选择一种较优的方案,可以有效地缩短镍始极板设计周期、改善其加工质量及其使用性能、降低开发风险和生产成本。本文从板料成形的基本特点、研究方法等方面出发,分析和研究了现有的板料成形过程的数值模拟理论及关键技术,包括:弹塑性本构关系,Hill厚向异性屈服准则,单元的选择,接触处理与求解方法,板料成形相关参数设置等,并阐述了板料冲压成形中起皱、破裂、回弹等三种典型的成形缺陷。本文针对在镍电解过程中要求始极板在电解槽中保持良好的垂直度和刚度,并且需满足生产出的电解镍要带有产品标识等问题,设计了五种镍始极板加强筋与标识布置方案。采用目前应用较为广泛的板料冲压成形数值模拟分析专用软件Dynaform在成形参数设置相同的条件下,对每种加强筋布置方案进行板料冲压成形数值模拟,得出凹模与板坯之间的接触力和回弹位移,以回弹位移的绝对偏差作为设计方案的评价与选择的依据,选出一种最能满足生产工艺要求的镍始极板加强筋与标识布置方案。本文所运用的研究方法和分析的结果不仅能够为镍始极板成形中压筋与标识布置的最优选择提供可靠的判断依据,而且能预测出始极板在冲压成形中所需要的压力机压力参数,可以为镍始极板成形加工设备的设计选型提供理论依据。本课题的研究方法对有色金属的始极板加强筋方案设计也有一定的借鉴意义,为其它板料的冲压成形也能起到积极的推动作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 金属板料冲压成形的概述
• 1.1.1 金属板料冲压成形的特点
• 1.1.2 板料冲压成形过程分析方法概述
• 1.2 板料成形数值模拟技术
• 1.2.1 板料成形有限元数值模拟国内外研究状况
• 1.2.2 数值模拟技术在板料成形过程中的应用状况
• 1.2.3 板料成形数值仿真技术的发展趋势
• 1.2.4 板料成形模拟分析软件
• 1.3 课题的提出
• 1.4 课题研究意义与研究内容
• 1.4.1 课题研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 板料成形数值模拟基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 物体构形和运动描述
• 2.3 虚功方程
• 2.4 单元的选择
• 2.4.1 壳单元的选取
• 2.4.2 BeIytschko .Tsay薄壳单元
• 2.5 弹塑性本构关系
• 2.6 Hill厚向异性屈服准则
• 2.7 接触处理技术
• 2.7.1 接触点搜索
• 2.7.2 接触力计算
• 2.7.3 摩擦力计算
• 2.8 板料成形有限元分析求解方法
• 2.8.1 静力隐式算法
• 2.8.2 动力显式算法
• 2.8.3 静力显式算法
• 2.9 冲压成形中缺陷分析
• 2.9.1 破裂
• 2.9.2 起皱
• 2.9.3 回弹
• 2.10 板料成形有限元模拟的一般过程
• 2.11 本章小结
• 第三章 影响板料成形的主要参数
• 3.1 应变强化指数n
• 3.2 厚向异性系数r
• 3.3 摩擦系数u
• 3.4 凸模的速度v
• 3.5 压边力F
• 3.6 本章小结
• 第四章 镍始极板的结构方案与建模
• 4.1 镍始极板生产工艺要求
• 4.2 镍始极板的结构方案
• 4.2.1 镍始极板成形几何参数
• 4.2.2 镍始极板的方案设计
• 4.3 镍始极板的五种方案比较
• 4.4 镍始极板的实体建模
• 4.4.1 Solid Edge软件简介
• 4.4.2 镍极板实体造型
• 4.5 本章小结
• 第五章 镍始极板冲压成形数值仿真
• 5.1 eta/Dynaform软件介绍
• 5.2 冲压成形过程模拟
• 5.2.1 零件模型的导入及有限元网格的划分
• 5.2.2 有限元网格的修补
• 5.2.3 生成有限元模型
• 5.2.4 成形参数的设置
• 5.2.5 输出求解设置
• 5.2.6 求解计算
• 5.2.7 回弹设置
• 5.2.8 冲压成形结果分析
• 5.3 镍始极板结构方案比较分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 本人在攻读硕士学位期间发表论文情况