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    答辩PPT-镀镍金属薄板冲压成形工艺参数研究及优化设计.ppt

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    答辩PPT-镀镍金属薄板冲压成形工艺参数研究及优化设计.ppt

    镀镍金属薄板冲压成形工艺参数 研究及优化设计,,,1/40,,,,第五部分攻读硕士学位期间发表的论文,第四部分结论与展望,第三部分镍镍薄板冲压工艺参数优化研究,第二部分镍镍薄板冲压工艺参数研究与分析,第一部分简要概述,主要研究内容,2/40,第一部分简要概述,,,课题背景与研究意义,,,,绪论,国内外研究现状分析,3/40,第一部分简要概述,镀镍金属薄板是在低碳钢基体上电沉积金属镍,然后经过特殊的工艺处理,得到的具有较好延展性、耐磨损性和深冲性能的新型复合材料,它也是一种性能优异的电池外壳材料。,1.1 课题背景与研究意义,4/40,第一部分简要概述,5/40,第一部分简要概述,6/40,第一部分简要概述,,镀镍金属薄板的冲压成形性能,冲压后镀镍薄板 厚度分布和厚度减薄,7/40,第一部分简要概述,国内外研究现状,板料成形的影响因素,板料冲压成形工艺参数优化研究现状,,模具几何参数及其结构,摩擦力与摩擦系数,,压边力,1.2 国内外研究现状分析,8/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,冲压工艺参数分类,9/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,2.1 应力应变状态分析,,图3-1 拉深过程中的应力应变状态,在镀镍薄板的冲压成形过程中需要考虑厚度不均匀现象的影响。,由图可知,10/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,,2.2 有限元模型的建立,选取 LS-DYNA 材料库中的随动强化模型shell163薄壳单元,采用扫掠网格划分方法对模具和板料进行网格划分,11/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,12/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,为了尽可能真实反映出各个参数对其厚度分布的影响,考虑到不同位置的受力状态和厚度分布的不同,在它的径向依次选取八个节点作为我们的测量点 。,图3-2 有限元模型的厚度测量位置,13/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,2.3 仿真模型有效性验证,仿真对比,有限元分析,压边力实验,14/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,本文的有限元模型是有效的,仿真曲线和实验曲线基本一致,偏差不大。镀镍钢杯的形貌总体是一致的,没有存在明显的拉裂和起皱。,本文数值仿真得到的基体厚度减薄偏大,二者相差不超过1;最大减薄率不超过10,与Zhou等的研究结果一致,15/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,,凹模圆角半径的影响,对不同凹模圆角半径下镀镍薄板的拉深成形进行数值模拟,可知随着凹模圆角半径增大,镀镍钢杯的平均厚度也相应增加,凹模圆角半径处,镀镍钢杯的厚度减薄最大,凹模圆角半径变大时,最小厚度变化趋于稳定 ,16/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,冲头圆角半径的影响,可知,若冲头圆角半径取得过小,镀镍薄板材料减薄较大 ,这对后续的拉深工序是不利的,17/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,拉深模间隙的影响,可知,当模具的间隙小于或等于镀镍钢带的厚度时,在测量位置3,镀镍钢带的厚度减薄非常严重,18/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,初始基体厚度的影响,可知,随着基体厚度的增加,镀镍钢带的平均厚度分布也相应的增加。随着基体厚度的增加,最大厚度减薄率呈下降的趋势,19/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,初始镀层厚度的影响,可知,镀层厚度变化对镀镍钢杯的影响比基体厚度变化对镀镍钢杯的影响大,厚度变化明显,20/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,压边力的影响,可知,当压边力增大时,会导致镀镍钢杯的厚度减薄,如果压边力过大,则还可能会导致冲件拉裂,21/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,冲头与板料间摩擦的影响,可知,在液体润滑条件下,随着冲头与板料间摩擦系数的增加,在靠近杯底的部分,镀镍钢杯的厚度会增加。而在边界摩擦和干摩擦范围内则相对保持稳定,22/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,压边圈与板料间摩擦的影响,可知,随着摩擦系数的增加,镀镍钢杯厚度分布的平均值相应的减少;随着摩擦系数的增加,镀镍钢杯的最大厚度减薄会相应的增加 ,23/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,凹模与板料间摩擦的影响,可知,随着凹模摩擦系数的增加,镀镍钢杯的平均厚度分布值会相应的减少,24/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,25/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,2.4 Taguchi正交实验设计,26/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,Taguchi方法的主要思想是通过设置不同的控制因素,来确定噪声因素对系统响应的影响。在参数设计中,其实现方法是通过内外表的形式,即用内侧正交表来配置各因子的水平组合;然后通过外侧正交表来确定噪声因素对实验数据的影响。,27/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,本文研究的工艺参数为7因素,根据正交表的性质,选择正交表,即3水平,13因素,27个实验模型的正交表。根据正交表安排建立了27个镀镍钢带冲压成形的数值仿真模型。,工艺参数对镀镍钢杯厚度分布的影响,表4.2 工艺因素设计参数水平表,28/40,第二部分镀镍薄板冲压工艺参数研究与分析,表4.4每次试验的信噪比,29/40,第二部分镍镍薄板冲压工艺参数研究与分析,,工艺参数的 贡献率,,其他,工艺参数的贡献百分比为9.28,,,凹模圆角半径,工艺参数的贡献百分比为32.52,,,摩擦系数,工艺参数的贡献百分比为35.03,,,压边力,工艺参数的贡献百分比为23.17,表4.7 工艺参数的贡献百分比,借助专业的数学分析软件MINTABLE,可以便捷快速的进行Taguchi试验设计,30/40,第二部分镍镍薄板冲压工艺参数研究与分析,工艺参数对镀镍钢杯镀镍厚度减薄的影响,图4-3 工艺参数对镀层厚度减薄的极差值,由图4-3可知,极差分析结果与工艺参数对镀镍钢杯厚度分布的影响分析结果的趋势一致。从而基本能说明在镀镍薄板的冲压成形过程中,凹模圆角半径、压边力、摩擦系数是影响冲压成形质量的主要因素。,镀层的成形性能低于低碳钢基体,需要考虑镀层厚度减薄的影响,31/40,第三部分镀镍薄板冲压工艺参数优化研究,,,,,,,,,,,,,,,,,,,不可忽略的重要因素,摩擦系数,压边力,凹模圆角 半径,32/40,第三部分镀镍薄板冲压工艺参数优化研究,镀镍金属薄板冲压工艺参数优化研究,MATLAB中的基于模型的标准工具箱MBC)进行抽样,实验设计软件 Design expert,MATLAB 多目标遗传算法 工具箱进行计算,33/40,第三部分镀镍薄板冲压工艺参数优化研究,镀镍钢杯厚度分布和厚度减薄为考察指标,镀层最大厚度减薄率不超过10等为约束,方差分析结果表明响应面模型的拟合精度较高,能够较好地满足预测精度的要求,可以代替真实模型进行优化计算。,34/40,第三部分镀镍薄板冲压工艺参数优化研究,表5.3 镀镍薄板冲压成形优化结果,基于Pareto遗传算法的多目标优化,将第一道冲压工序模具参数代入响应面模型,计算得到基体的最大厚度减薄率为8.8477;镀层的最大厚度减薄率为11.5476,由此可见它们均不满足式(5-18)的约束条件。因而需要进行优化计算。,35/40,第三部分镀镍薄板冲压工艺参数优化研究,优化结果的有限元验证,图5-5(a)优化后基体的厚度减薄率,图5-5(b)优化后镀层的厚度减薄率,36/40,第四部分总结与展望,,,,,,,,,,,依次研究了常见工艺参数对镀镍金属薄板的冲压成形性能的影响。,确定了这些参数对镀镍金属薄板冲压成形性能的具体影响程度。,提出了基于Pareto遗传算法的工艺参数优化设计方法,获得了各设计参数的最优组合。,总结,37/40,第四部分总结与展望,展望,,,,,,,,,,,展望2,展望3,在今后的工作中,可以进行二次开发,综合研究材料属性、几何参数以及工艺参数的影响,本文主要是厚度分布和厚度减薄方面进行研究,以后可以综合研究多种方法来确保预测结果的准确性,38/40,第五部分硕士期间发表的论文,[1] 周里群, 彭宜昌, 毛昭明,何鹏程等. 基于Taguchi方法的镍涂层薄板冲压工艺参数研究[J]. 机械科学与技术(CSCD核心),已录用. [2] 周里群,毛昭明,彭宜昌等. 基于韧性断裂准则预测涂层薄板的成形极限[J].机械工程材料(CSCD核心),已录用.,39/40,Thank You ,恳请各位专家的批评指正,40/40,

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