镀层薄板冲压成形有限元模拟

论文摘要

金属表面镀层处理是材料表面改性的重要方法,随着环保、节能和生产成本等的新要求,逐步形成了“先对基材表面镀层处理,后对带金属表面镀层材料精密塑性成形”的加工方式。目前,有限元法已成为研究板料成形的一种重要方法,这种方法不仅可以预测板料成形过程中的应力、应变分布、成形缺陷以及分析缺陷产生原因,而且可以比较准确的分析工艺参数对成形过程的影响。本文首先对板料成形的研究现状进行综合评述,然后讨论镀层薄板有限元成形模拟中的关键问题,最后采用ANYSY/LS-DYNA软件模拟镍镀层薄板成形过程,研究冲压工艺参数与模具参数对镍镀层薄板成形的影响,并对部分模拟结果进行实验验证。本文的主要研究内容及结果如下:（1）通过对镍镀层薄板冲压成圆筒件的过程进行模拟,得到了镍镀层和基体的应力应变场、厚度变化及冲压力行程曲线。计算结果表明镀层和基体在凹模圆角处的应力应变场最大,镀层的应力分布较之基体复杂,表现为圆筒件底部分布不均匀。同时发现在凸模圆角处板料最易拉裂,基体与镀层的减薄率分别达到了4.8%与6.7%,冲压力先增后降,当冲压深度为12.62571mm时,冲压力达到最大值15.41846KN。（2）为了对模拟结果进行验证,对镍镀层薄板冲压圆筒件进行了实验研究,结果表明模拟得到的圆筒件形状与实验很好的吻合,模拟圆筒件深度为15.6mm,实际的深度为16mm。最后,通过扫描电镜观察了界面的结合情况,同时采用扫描电镜附带的软件测量了镀层厚度变化,发现界面未见开裂现象,镀层厚度变化趋势与模拟结果一致。（3）研究了压边力对镍镀层薄板成形质量的影响。发现此板料在没有加压边力的情况下会出现起皱,而施加较小的压边力（400N、800N）,冲压的后期阶段会出现起皱,当压边力为1KN时,冲压件质量较好。最后为了改善板料的成形性能,设计了一条变压边力曲线,结果表明此压边力不仅能够防止起皱,而且有效的防止拉裂。（4）采用有限元法研究了摩擦系数、凹模半径、冲压速度等工艺参数对镍镀层薄板成形的影响。发现摩擦系数增加,冲压力随之增加,基体与镀层在最薄处的厚度均变薄,镀层变薄较之基体更严重。同时发现凹模半径减少,冲压速度增加均会增加板料的拉裂机会。通过本文的研究,得到了镍镀层薄板的成形特征,了解了工艺参数对镍镀层薄板成形的影响。研究结果对镍镀层薄板的工业冲压具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 板料冲压成形概述
• 1.1.1 板料成形过程
• 1.1.2 板料冲压成形受力及变形分析
• 1.1.3 冲压成形中常出现的问题
• 1.1.4 冲压成形的分析方法
• 1.1.5 板料冲压成形工艺流程
• 1.2 塑性有限元法分类及常用有限元软件
• 1.2.1 塑性有限元法分类
• 1.2.2 常用有限元软件
• 1.3 板料成形数值模拟研究进展及发展趋势
• 1.3.1 板料成形数值模拟研究进展
• 1.3.2 板料成形数值模拟发展趋势
• 1.4 镍镀层薄板制备、形貌与冲压加工路线
• 1.4.1 镍镀层薄板制备、形貌
• 1.4.2 镍镀层薄板冲压加工路线
• 1.5 本文的选题依据及主要内容
• 1.5.1 本文的选题依据
• 1.5.2 本文主要内容
• 第2章 板料成形有限元模拟理论基础
• 2.1 变形过程的物质描述及空间描述
• 2.2 大变形下的应变与应力
• 2.3 板料成形常用的屈服模型
• 2.4 板料成形中常用的材料模型
• 2.5 基于动力显式算法的成形模拟原理
• 2.6 接触算法
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于ANSYS/LS-DYNA板料成形模拟关键问题
• 3.1 ANSYS/LS-DYNA简介
• 3.2 板料成形有限元分析的一般流程
• 3.3 板料成形模拟关键问题
• 3.3.1 单位问题
• 3.3.2 单元选择问题
• 3.3.3 有限元网格划分问题
• 3.3.4 沙漏及控制问题
• 3.3.5 穿透问题及解决措施
• 3.3.6 求解时间问题
• 3.3.7 后处理问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于 ANSYS/LS-DYNA 的镍镀层薄板成形模拟
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.2 计算结果分析
• 4.2.1 冲压成形过程
• 4.2.2 冲压深度比较
• 4.2.3 界面结合情况分析
• 4.2.4 应力应变分析
• 4.2.5 厚度变化分析
• 4.2.6 板料的拉裂趋势分析
• 4.2.7 冲压力分析
• 4.3 镀层对基体成形性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 镍镀层薄板成形工艺参数有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 压边力的研究
• 5.2.1 压边力概述
• 5.2.2 起皱的基本原因
• 5.2.3 压边力优化控制
• 5.3 摩擦系数的影响
• 5.4 凹模圆角半径的影响
• 5.5 冲压速度的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A：攻读硕士学位期间发表的学术论文