柔性热控薄膜冲孔工艺与模具仿真优化设计

发布时间：2017-10-21 21:51

  本文关键词：柔性热控薄膜冲孔工艺与模具仿真优化设计

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【摘要】：随着尖端科学技术的不断发展,各种复合材料及其衍生物材料的开发利用已成为人类进步不可或缺的重要组成部分。近年来,柔性热控薄膜(PI)以其优良的综合性能在航空航天、国防科技以及电子信息等高新技术领域发挥着极其重要的作用。目前,虽然我国在柔性热控薄膜的冲孔方法和冲孔工艺方面取得了较大进步,但是生产的薄膜性能不全,工艺性相对较差,无法完全满足柔性热控薄膜的特殊用途。因此,进一步研究薄膜的冲孔方法和工艺流程、探讨冲孔参数对冲孔过程的影响,并对影响冲孔成形过程的冲孔模具进行结构优化已成为迫切需要。针对以上所提出的问题,本文主要以柔性热控薄膜为冲孔研究对象,基于冲孔过程所出现的弹性变形、塑性变形和粘性变形理论,利用ANYSY/LS-DYNA软件建立了冲孔模型,同时结合柔性热控薄膜冲孔成形的有限元数值模拟仿真方法,对冲孔过程进行了研究。此外,对应用于热控薄膜冲孔的冲孔模具进行了结构优化设计,具体研究内容有以下几方面:(1)结合柔性热控薄膜弯曲刚度小、柔性大等特点,在冲孔之前就需给薄膜加载预张力,使其获得一定的结构刚度,然后采用Bingham本构方程从力学的角度分析了薄膜冲孔过程中发生的变形和断裂过程,同时探讨了银纹的生长机理和断裂机理的基本规律,并推导出了凸模冲孔时所需的冲孔速度。最后,通过分析薄膜材料发生变形时应力应变与时间的关系解释了薄膜材料的屈服准则。(2)在保证冲孔过程顺利完成的前提下对冲孔模具的传动方式进行了结构优化,同时对冲孔模具传统结构也进行了改进设计,提高了冲孔效率,避免了高精度凸模冲头在冲孔时所受到的的机械损伤。(3)选择有限元法作为模拟仿真薄膜冲孔成形的方法,并利用有限元动力分析软件ANYSY/LS-DYNA对柔性热控薄膜进行了隐式求解和显式求解,根据隐式—显式求解结果在后处理器LS-PREPOST中获得了冲孔过程的应力应变分布和变形曲线,结果表明:薄膜材料的变形主要集中在凸凹模刃口之间,且变形量随着凸模冲裁深度的增加而增大,直至最终完全断裂。(4)选择冲孔深度和冲孔速度两个工艺参数对冲孔成形过程进行了数值模拟仿真,并绘制了不同冲孔深度值所对应的行程关系曲线和不同冲孔速度所对应的时间应力关系曲线,由曲线可知,当薄膜张力保持在8kg,冲孔深度值选择0.6mm,冲孔速度大小选择150mm/s时,冲孔效果最佳。
【关键词】：热控薄膜 冲孔工艺 仿真 模具 优化设计
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB43
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 课题背景及意义13-15
• 1.2 国内外孔加工研究现状15-18
• 1.2.1 国外孔加工研究现状15-17
• 1.2.2 国内孔加工研究现状17-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第2章 柔性热控薄膜冲孔成形过程20-33
• 2.1 柔性热控薄膜冲孔原理20-23
• 2.2 冲孔薄膜的力学分析23-24
• 2.3 冲孔薄膜的成形机理24-28
• 2.4 冲孔薄膜的断裂过程28-31
• 2.4.1 银纹现象28-29
• 2.4.2 银纹引发的原因29-30
• 2.4.3 银纹的生长方式30
• 2.4.4 银纹的断裂过程30-31
• 2.5 冲孔薄膜的屈服准则31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 柔性热控薄膜冲孔成形的有限元理论33-48
• 3.1 ANSYS/LS-DYNA简介33-34
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA的计算流程34-35
• 3.3 显式动力学有限元基本方程35-37
• 3.4 柔性热控薄膜冲孔成形的有限元分析步骤37-47
• 3.4.1 单位的统一37
• 3.4.2 单元类型的选择37-38
• 3.4.3 定义材料属性38
• 3.4.4 实体建模38-39
• 3.4.5 网格划分39-41
• 3.4.6 设定接触类型41-42
• 3.4.7 有限元仿真中沙漏的成形及控制42-43
• 3.4.8 状态方程43
• 3.4.9 时间步长控制43-45
• 3.4.10 LS-DYNA隐式-显式分析求解45-46
• 3.4.11 后处理46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 冲孔模具结构优化设计48-58
• 4.1 冲孔模具传动方式的结构优化48-54
• 4.1.1 传动系统简介48
• 4.1.2 液压传动系统48-49
• 4.1.3 气压传动系统49-51
• 4.1.4 冲孔模具传动方式的结构优化设计51-54
• 4.2 冲孔模具传统结构的改进设计54-57
• 4.2.1 冲孔模具凸模结构的优化设计54-56
• 4.2.2 冲孔模具凸模固定方式的改进设计56
• 4.2.3 冲孔模具卸料装置的改进设计56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 柔性热控薄膜冲孔成形的有限元数值模拟58-72
• 5.1 建立有限元模型58-59
• 5.2 隐式有限元求解59-62
• 5.3 显示有限元求解62-67
• 5.3.1 显式有限元求解步骤62-63
• 5.3.2 显式有限元结果分析63-67
• 5.4 柔性热控薄膜冲孔工艺参数的有限元模拟67-71
• 5.4.1 冲孔深度值的有限元模拟67-69
• 5.4.2 凸模冲孔速度的有限元模拟69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 总结与展望72-74
• 论文总结72-73
• 工作展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文78

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本文编号：1075370