微型直流电机端子铜—铝异种金属激光微焊接模拟与实验研究

发布时间：2017-10-02 15:29

  本文关键词：微型直流电机端子铜—铝异种金属激光微焊接模拟与实验研究

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【摘要】：为了解决机械装配电刷片与端子所组成端子结构件的松动缺陷,并且为了节约成本,以及满足自动化生产的需求,课题采用铝A1100端子代替原有黄铜C2680-镀Ni端子,采用激光微焊接代替原有的机械装配来实现与C5210磷铜电刷片的结合,并验证新工艺在实际生产中的可行性和可靠性。基于ANSYS Workbench和双线性模型,编写高斯热源模块,对激光微焊接过程进行了数值模拟,以研究激光焊接工艺参数对端子结构件焊接温度场、残余应力场的影响。模拟结果表明峰值功率3 KW的焊接温度最高可达到2146℃,保证焊接结合的同时不会产生熔穿缺陷。随着温度值的下降,端子结构件焊点截面中的熔池形状由“杯状”向“碗状”过渡减小。所产生的残余应力会引起电刷片角度变形。参考有限元数值模拟结果,采用6 ms的单脉冲激光,峰值功率分别为3.0 KW和3.8KW,进行了C5210电刷片-A1100端子激光微焊接实验。通过对焊接头的裂纹、气孔等缺陷的分析,以及对其硬度与拉伸强度的测试,发现激光峰值功率3.0 KW的焊接效果更好。将激光焊接的C5210电刷片-A1100端子结构件组装成微型直流电机,跟原有产品在波形、电流、转速、扭力、寿命等方面进行测试对比,证实了新工艺的可行性和可靠性。
【关键词】：激光微焊接 C5210电刷片 A1100端子 数值模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10-12
• 1.2 铜铝异种金属焊接方法12-13
• 1.3 激光焊接技术特点及研究发展状况13-15
• 1.3.1 激光焊接技术的特点13-14
• 1.3.2 激光焊接技术的国内外研究发展状况14-15
• 1.4 焊接数值模拟发展状况及难点15-17
• 1.4.1 焊接数值模拟发展状况15-16
• 1.4.2 焊接数值模的难点16-17
• 1.5 焊接数值模拟方法17
• 1.5.1 ANSYS Workbench软件介绍17
• 1.6 课题来源17-20
• 1.7 课题研究方案20-22
• 1.7.1 组立小壳端子材料的选择20-21
• 1.7.2 组立小壳端子构件装配工艺方案的选择21
• 1.7.3 研究方案的选定21-22
• 第二章 激光焊接温度场数值模拟分析22-35
• 2.1 引言22
• 2.2 激光焊接热传导方程22
• 2.3 激光焊接边界条件的确定22-23
• 2.4 磷铜C5210-铝A1100焊接模拟23-34
• 2.4.1 材料热物性参数23-24
• 2.4.2 几何模型的建立24-26
• 2.4.3 几何网格的划分26-27
• 2.4.4 热源模型的选取27-30
• 2.4.5 温度场的计算结果及其分析30-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 激光焊接应力场数值模拟分析35-42
• 3.1 焊接热弹塑性有限元分析方法35-37
• 3.2 焊接应力场的计算37-41
• 3.2.1 焊接应力场分析方法37
• 3.2.2 焊接应力场的有限元模型的建立37-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 磷铜C5210-铝A1100激光微焊接实验42-47
• 4.1 引言42
• 4.2 实验条件与方法42-46
• 4.2.1 实验材料及实验设备42-44
• 4.2.2 实验方法44
• 4.2.3 实验步骤44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第五章 磷铜C5210-铝A1100激光微焊接实验结果分析47-57
• 5.1 引言47
• 5.2 磷铜C5210-铝A1100激光微焊接工艺分析47-56
• 5.2.1 焊点宏观特征47-50
• 5.2.2 激光焊点缺陷分析50-53
• 5.2.3 激光焊点显微硬度测试53-54
• 5.2.4 激光焊点抗拉试验54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 磷铜C5210 铝A1100端子构件产品性能验证57-70
• 6.1 引言57-58
• 6.2 验证设备及方法58-68
• 6.2.1 微型直流电机波形验证对比59-63
• 6.2.2 微型直流电机转速及电流验证对比63-64
• 6.2.3 微型直流电机功率及扭力验证对比64-68
• 6.3 微型直流电机寿命验证对比68-69
• 6.4 本章小结69-70
• 结论与展望70-71
• 一、全文结论70
• 二、工作展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-75
• 致谢75-76
• Ⅳ-2答辩委员会对论文的评定意见76

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本文编号：960371