镀层薄板冲压成形有限元模拟

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1、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

2、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

3、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

4、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。关键词：镀层薄板；冲压成形；有限元方法；体单元；工艺参数IAbstractCoatingtreatmentofmetalsurfacehasbeenanimportantwayofmaterialsurfacemod

5、ification,alongwithnewrequirementofenergy-saving,environmentprotectandproductioncost,theprocessingmethodthatfirstlynickelwaselectrodepositedonthesubstrateandthenmetalplatingmaterialareplasticformedpreciselyhasgraduallyformed.Recently,finiteelementmethod(FEM)hasbeenanimpor

6、tantmethodtostudysheetmetalforming,thismethodcannotonlyforecastthedistributionsofstress-strainfields,discovertheformingdrawbacksandanalyzethereasonofformingdrawbacks,butalsoitcananalyzepreciselytheprocessparameter’simpacttotheformingprocess.Inthisthesis,thesyntheticalrevi

7、ewonthepresentsituationofsheetmetalformingwasfirstlypresented.Thensomeattentionproblemsduringsimulationofcoatingmaterialwereinvestigated.Finally,theformingprocessofelectrodepositednickelcoatingwassimulatlystudiedbyANSYS/LS-DYNA.Theeffectsofprocessandmoduleparameterswerest

8、udiedduringtheformingprocess.Somesimulationresultswerevalidatedbyexperiments.Themaincontentsandr