陳麗軍， 邱智學(xué)

(1.武夷學(xué)院 機電工程學(xué)院，福建 武夷山 354300；2.農(nóng)機智能控制與制造技術(shù)福建省高校重點實驗室，福建 武夷山 354300；3.敏實集團，浙江 寧波 315800)

0 引 言

ABS塑料易于加工成型，其制品具有質(zhì)量輕、強度高、表面光潔、抗蠕變能力強等諸多優(yōu)點。塑料電鍍的目的是將塑料表面披覆上金屬，不但增加美觀，且能補償塑料的缺點，賦予金屬的質(zhì)感，在有效改善塑料外觀及裝飾性的同時，也改善了其在電、熱及耐蝕等方面的性能，特別適用于汽車、儀器儀表、電子電器等領(lǐng)域配件的裝飾性與功能性需求[1-4]。

由于塑料電鍍后材料力學(xué)性能發(fā)生改變，剛性大大增加，為了找出材料性能改變的合理數(shù)值，本文針對ABS電鍍件進行CAE建模分析，并用試驗數(shù)據(jù)進行校核和匹配，找出較為理想的電鍍件CAE模型。

1 ABS電鍍件CAE建模

電鍍件CAE建?？梢苑譃?種方式進行：(1)鍍層和基層都采用復(fù)合殼單元；(2)鍍層和基層分別采用復(fù)合殼單元和實體單元，殼單元和實體單元表面共節(jié)點；(3)鍍層和基層都采用實體單元。理論上應(yīng)該是第(3)種建模方式結(jié)構(gòu)最為準確，因為模型中沒有進行各種簡化。

按照標(biāo)準試驗試片的尺寸進行建模，基層材料長度為80mm、寬度為10mm、厚度為3.2mm。按照電鍍的最低要求Ni+Cu≥15μm，即取正面鍍層分布為Ni、Cu層厚度為12μm，背面鍍層分布為3μm。在跨距為50mm的試片中間施加向下55N的力，取基材ABS彈性模量為2500MPa，Ni彈性模量為200GPa，Cu彈性模量117GPa。表1為三種建模方式的CAE解析比較。

表1 3種建模方式的CAE解析比較

從表1的CAE解析結(jié)果可知：3種建模方式所得到的最大位移結(jié)果差異很小基本可以忽略不計，即可以認為3種模型可以等效。但考慮到模型建立的難易程度，以下采用復(fù)合殼單元、復(fù)合殼單元和實體單元2中建模方式進行CAE解析。

2 CAE解析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)比對

為了獲取電鍍件的性能，一般需要進行彎曲試驗，來對其彈性模量等參數(shù)進行測定。從上面的分析可知，利用CAE解析可以得到電鍍件在彎曲時的最大位移，即最大撓度。通過彎曲變形時的撓曲線微分方程可以推導(dǎo)出彈性模量值的計算公式。

E=5.24457/ωMPa

(1)

式中：E為彈性模量(MPa)；ω為彎曲時的最大撓度(mm)。

2.1 復(fù)合殼單元模型CAE結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)比對

取7組Ni、Cu鍍層厚度不同的電鍍件，分別用CAE的方法和試驗的方法得到其彈性模量值，所得結(jié)果如表2所示。

表2 復(fù)合殼單元CAE結(jié)果與試驗結(jié)果

2.2 復(fù)合殼單元和實體單元模型CAE結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)比對2.3 結(jié)果分析

從表2、表3可以看出：(1)兩種模型的CAE解析結(jié)果差別很小，可以忽略不計。(2)通過CAE解析計算得到的彈性模量值比試驗的彈性模量值平均偏大40%左右，但結(jié)果對比波動相對較小，可以通過上述試驗值和CAE模擬值總結(jié)出一定的規(guī)律。

由于在電鍍過程中，Cu層和Ni層性質(zhì)相對比較穩(wěn)定，不容易發(fā)生較大變化，但是基材ABS需要經(jīng)過許多破壞性的步驟，如：粗化、中和、解膠等工藝過程，即基材ABS的性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了一些改變，故基材ABS的彈性模量在CAE解析過程中要進行調(diào)整。

表3 復(fù)合殼單元和實體單元CAE結(jié)果與試驗結(jié)果

2.4 CAE模型調(diào)整后解析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)比對

經(jīng)過多次調(diào)試，當(dāng)基材ABS的彈性模量為1000MPa時，CAE解析結(jié)果和試驗結(jié)果吻合度較好。表4為基材ABS彈性模量=1000MPa時，模擬值與試驗值的對比。

表4 模型調(diào)整后CAE結(jié)果與試驗結(jié)果

從表4可以看出，經(jīng)過模型調(diào)整后，在不同的膜厚組合下，CAE解析彈性模量值與實驗彈性模量值平均吻合度為97%左右。因此，可以通過上述模型對ABS電鍍件進行數(shù)值模擬。

3 結(jié) 論

(1)在對ABS電鍍件進行數(shù)值模擬時，采用最小膜厚計算產(chǎn)品剛性的彈性模量增加較小，結(jié)果偏安全，電鍍后基材ABS的彈性模量值的確定關(guān)系到最終電鍍件的解析結(jié)果。

(2)通過與實驗數(shù)據(jù)進行比對，文中找到較為理想的ABS電鍍件CAE解析模型，該方法可為其它基材的電鍍件數(shù)值模擬提供借鑒。