電沉積鎳涂層薄板的沖壓成形極限預(yù)測與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著社會(huì)信息化進(jìn)程的不斷加快,各種便攜式通訊設(shè)備廣泛使用,促進(jìn)了電池行業(yè)的迅速發(fā)展。電沉積鎳涂層薄板作為高性能電池的外殼,因其具有直接成形,無需后續(xù)電鍍,易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的特點(diǎn),得到了廣泛應(yīng)用。所以對(duì)鎳涂層薄板的成形性能進(jìn)行研究是一個(gè)很有意義的課題。
　　本文針對(duì)鎳涂層薄板的成形極限,將涂層與基體區(qū)分開來,給予涂層足夠的重視,考慮涂層的力學(xué)特性以及與基體的界面結(jié)合強(qiáng)度?；诎辶侠焓Х€(wěn)理論和復(fù)合板思想,分別采用理論方法與數(shù)值模擬

2、方法研究鎳涂層薄板的成形極限。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　為確定材料的本構(gòu)關(guān)系,根據(jù)鎳涂層薄板的應(yīng)力、應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用多項(xiàng)式擬合方法得到了基體和涂層的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系;分別根據(jù)Swift分散頸縮理論和M-K理論,推導(dǎo)出涂層薄板的頸縮判據(jù),并依此判據(jù)計(jì)算鎳涂層薄板的成形極限。計(jì)算結(jié)果表明,兩種理論所得到的成形極限曲線接近,而且成形極限與材料的厚向異性指數(shù)R、涂層的厚度以及板料的初始不均度f有關(guān),R越大,涂層越薄,f越接近于1,則成

3、形極限曲線越高。
　　運(yùn)用有限元顯式動(dòng)力算法模擬電池殼的成形過程,獲得了基體與涂層的應(yīng)力、應(yīng)變分布及厚度變化;通過不同參數(shù)下模擬結(jié)果的比較、分析,對(duì)摩擦系數(shù)、壓邊力進(jìn)行了優(yōu)化。模擬結(jié)果表明,涂層薄板能順利成形,最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在靠近凹模圓角的直壁部位,而在凸模圓角處板料減薄最嚴(yán)重。同時(shí)得到,涂層三向主應(yīng)力均比基體小得多,約為基體的一半,但其分布較基體復(fù)雜。此外,通過提取基體與涂層界面的節(jié)點(diǎn)界面應(yīng)力,分析可得成形過程中最大界面應(yīng)力為剪

4、應(yīng)力,值約為40.3MPa,小于結(jié)合強(qiáng)度,涂層沒有從基體上剝落。
　　根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)極限應(yīng)變求得用于韌性斷裂準(zhǔn)則的材料常數(shù);結(jié)合有限元模擬得到的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù),應(yīng)用韌性斷裂準(zhǔn)則預(yù)測鎳涂層薄板的成形極限,預(yù)測結(jié)果表明涂層先于基體破壞。同時(shí),利用理論成形極限圖檢驗(yàn)預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性,經(jīng)驗(yàn)證,應(yīng)用有限元模擬與韌性斷裂準(zhǔn)則相結(jié)合的方法預(yù)測鎳涂層薄板的成形極限,能得到比較滿意的結(jié)果。
　　通過本文研究,得到了電沉積鎳涂層薄板成形極限圖的右