钎料薄片电磁压制平面用螺旋线圈及放大器的优化研究

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钎焊广泛应用于国防、汽车、航空航天和微电子封装领域,传统钎料为改善其焊接性能与制备加工性能,多含有镉、铅等有害元素,不利于全球可持续发展的环保需求。为此,无铅、无镉环保钎料的研发与应用得到了世界各国的广泛关注与高度重视,但环保钎料薄片用传统方法制备时,由于产生了大量的合金化脆性相,导致其成形加工性能差,很难加工成薄片。鉴于此,本课题组提出粉末电磁压制加烧结的制备工艺,从而回避传统方法因先合金化导致其后续成形加工困难的难题。新的制备工艺下,粉末电磁压制密度直接影响钎料的焊接性能,而线圈和放大器是影响钎料压制密度的两个关键因素。因此有必要系统研究线圈与放大器对电磁压制过程的影响,提高压制粉末的致密度,改善钎料的综合性能,为电磁压制工艺装置优化设计提供理论依据。  本文首先介绍了银基环保钎料的研究和应用现状、电磁成形技术的特点以及线圈与放大器的结构形式和主要功能;然后分析了电磁场有限元分析的基本理论,采用 ANSYS有限元软件建立了平面螺旋线圈的电磁场分析模型,分析结果表明,平面螺旋线圈的受力在半径1/2处最大,两侧随距离延伸逐渐减小;针对导线截面尺寸比例、线圈与驱动片的距离、线圈匝间距、线圈与驱动片的尺寸比例、作用时间与驱动片冲量之间的非线性关系,采用 BP神经网络建立了其关系模型;分析了上述各参数对驱动片冲量的影响,采用粒子群算法进行优化,结果表明:线圈截面尺寸比例为2.4,线圈与驱动片的距离为1.2mm,线圈匝间距为0.7mm,线圈与驱动片的尺寸比例为0.5,作用时间为3×10?4s条件下,驱动片冲量最大;建立了电磁压制成形的有限元模型,将电磁场分析中得到的驱动片受力映射到电磁压制过程中,研究放大器锥角对电磁压制过程的影响规律,讨论了不同锥角放大器条件下压制冲头的受力情况,得到放大器锥角为45°时,传递到冲头上能量最大,最有利于粉末压制成形。
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