蓄电池外电极冷挤压方法研究及模具结构模拟仿真

摘要

蓄电池外电极是蓄电池上的一个零件，它作为蓄电池上盖板注射成型时的一个嵌件。其形状复杂，上部有较多的环台，塑性成形比较困难；下部的形状是倒的空心圆台形。蓄电池外电极的传统成形方法主要有铸造成形和压铸成形。但传统成形方法存在：生产效率低、零件质量差、环境污染大等弊端，所以有必要采用新的成形方法来制造外电极零件。 本文研究了蓄电池外电极的冷挤成形及变形，开展了对外电极冷挤压成形工艺与成形过程的数值模拟研究，拓宽了冷挤压的使用范围并提高了蓄电池外电极零件的工艺水平。利用模具CAD技术对外电极以及模具进行三维实体建模，然后采用有限元技术对电极的成形过程进行模拟分析。分析了金属在成形过程中金属的流动以及各种场量的变化，并就两种可行的毛坯进行了模拟，确定了最优的毛坯形状尺寸。鉴于外电极零件形状的复杂性，若采用普通冷挤压模具则无法顶出成形完的零件，所以需要设计一套新型的冷挤压模具。其核心是在冷挤压工艺中采用分模顶出技术。文中应用三维造型软件对瓣合凹模以及油缸曲肘机构进行建模，然后装配。运用机械原理计算出刚性结构合模力大致位置，然后运用有限元分析软件ANSYS计算考虑了弹性变形时精确的合模位置并对曲肘机构进行非线性静力学有限元模拟，得出各机构零件的应力和变形的分布规律。推断出最危险的时刻和位置。最后将三维模型导入ADAMS进行动力学分析，得到机构运动和受力的规律。研究和实验表明，利用冷挤压技术可以很好地成形该类零件，最合适的毛坯形状为圆柱形，所需的成形力的大小约为100KN。并证实了采用该套分模顶出机构具有切实的可行性和实现性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2冷挤压技术的国内外研究现状

1.3虚拟样机技术与虚拟样机设计介绍

1.4本文研究的目的及意义

1.5论文研究内容

1.6本章小结

第2章冷挤压基本概念及原理

2.1引言

2.2冷挤压的实质及分类

2.2.1冷挤压工艺的实质

2.2.2冷挤压工艺的分类

2.3冷挤压工艺的优缺点

2.3.1冷挤压工艺的优点

2.3.2冷挤压工艺的缺点

2.4冷挤压基本原理

2.4.1冷挤压金属流动规律

2.4.2应力与应变对变形的影响

2.5本章小结

第3章外电极冷挤压工艺分析及模具设计

3.1零件图

3.2工艺分析

3.3冷挤压模具设计

3.3.1冷挤压模具结构设计

3.3.2冷挤压模具尺寸设计

3.4冷挤压模虚拟设计

3.5本章小结

第4章外电极冷挤压有限元变形模拟

4.1引言

4.2DEFORM-3D有限元分析软件简介

4.3有限元模拟分析流程

4.4模拟前准备工作

4.5挤压工艺模拟

4.5.1模型初始条件设置

4.5.2对两种毛坯模拟过程分析

4.5.3圆柱毛坯挤压模拟结果

4.6本章小结

第5章挤压分合模机构设计

5.1分合模机构方案设计

5.2机构位移的特性

5.3机构力学的特性

5.4机构尺寸设计

5.5不考虑弹性变形增力比分析

5.6考虑弹性变形时的增量比分析

5.6.1建立有限元模型

5.6.2合模位置计算结果

5.7挤压模合模机构的非线性静力学分析

5.7.1模型各构件的材料

5.7.2建立有限元模型

5.7.3模拟结果分析

5.8合模机构动力学分析

5.8.1建立分析模型

5.8.2动力学计算及结果分析

5.9本章小结

第6章蓄电池外电极冷挤压试验研究

6.1实验目的

6.2实验毛坯制备

6.3实验设备

6.4试验模具及仪器

6.5实验过程

6.6实验结果对比及分析

6.6.1两毛坯成形质量对比

6.6.2两毛坯成形载荷比较

6.6.3侧向胀模力测量

6.6.4实验中发现的问题

6.7本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文