輥壓
關注創建者：AutoCAE-李建品 創建時間：2021-01-13
輥壓的視頻教程
Altair電池包解決方案系列研討會之EDEM電池制造工藝應用
Altair電池包解決方案系列研討會之EDEM電池制造 1.電極粉末材料建模； 2.工藝過程模擬； 3.電池輥壓分析； 4.電池膨脹分析； 5.高級分析功能。
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workbench滾輪壓制成型案例和教程
視頻教程詳細講述了模型導入，網格劃分，材料設置，轉動副joint設置，摩擦接觸對設置，滾輪轉速，求解計算，后處理查看應力，變形，應變和輥壓動態動畫生成過程。 ? ? 購買課程后，如果有疑問可以郵件咨詢：921238461@qq.com
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輥壓的實例教程
輥壓成形分析：
（1）底座和輥輪為先設置為可變形體，后續將其約束為剛體
（2）量綱：t-mm
前處理：
1幾何模型的構建：ABAQUS建模-底座、輥輪和板料
2.材料參數定義：根據實際自行定義
（1）創建材料
（2）創建截面
（3）截面指派
3.網格系統的構建：
（1）裝配
（2）網格劃分
（3）單元類型選擇：C3D8R
求解：
1.求解器的設定
（1）求解器：質量縮放加快求解
（3）輸出設定保持默認
2.連接關系的構建
（1）接觸屬性：摩擦系數0.2
（2）接觸關系：輥輪和底座與板料接觸部位為主面，板料上下面為從面
（3）約束：底座及其參考點、輥輪及其參考點都設置為剛體約束
3.邊界條件的設定
（1）位移邊界條件：底座完全固定，板料約束X方向和Z方向的位移，加快求解；輥輪設置其轉動速度和Z方向的位移速度。
后處理：
圖1 Mises應力云圖
圖2 等效塑性應變云圖
仿真動畫
模型及其分析過程僅供參考，距實際工程應用仍存在不足。
展開 四、輥壓成形技術
輥壓成形工藝通過順序配置的多道次成形軋輥，把卷材、帶材等金屬板帶不斷地進行橫向彎曲，以制成特定斷面的型材。輥壓成形的優勢在于能夠加工其他工藝無法實現的復雜形狀。一般，輥壓成形為等截面零件，近年來開始開發三維變截面輥壓成形技術。其優勢是合理設計型材的幾何斷面，提高承載能力，減輕零件質量。
輥壓成形因其成本低和效率高而得到重視，凱迪拉克ATS地板有８件采用超高強度鋼輥壓成形，奔馳新Ｂ級車地板有多個零件采用輥壓成形，材料利用率在90%以上。圖5所示為三維輥壓技術可能生產的乘用車車身變截面零件。
2005年瑞典開發了3D柔性輥壓技術，2011年開發完成世界上第一條3D柔性輥壓生產線，通過伺服電動機驅動，可以實現軋輥上下移動、水平移動及轉動，生產寬度可變、深度可變的零件。德國DATAM公司也完成了3D柔性輥壓生產線的開發，用于商用車大梁及乘用車邊梁。
2014年，我國北方工業大學與一汽集團公司聯合開發出我國自主研發的首套高強度鋼三維輥壓生產制造控制系統。開發了3D柔性輥壓技術，用于變截面零件輥壓成形。
五、半固態成形技術
麻省理工學院的研究人員在1972年首次提出采用半固態加工技術可以得到高性能的鋁合金。20世紀90年代，半固態技術開始在汽車部件上應用。目前，美國AEMP、德國EFU、意大利StamPal、法國Pechiney、美國Alunax工程工業公司和瑞士Alusuisse公司均已形成相當的產業規模，大量用于交通運輸和武器裝備零部件的制備。鋁合金半固態成形件的單件尺寸與質量也不斷加大，意大利StamPalSPa和菲亞特公司生產的半固態鋁合金零件重達7kg。
展開 輥壓成形技術
輥壓成形工藝通過順序配置的多道次成形軋輥，把卷材、帶材等金屬板帶不斷地進行橫向彎曲，以制成特定斷面的型材。輥壓成形的優勢在于能夠加工其他工藝無法實現的復雜形狀。一般，輥壓成形為等截面零件，近年來開始開發三維變截面輥壓成形技術。其優勢是合理設計型材的幾何斷面，提高承載能力，減輕零件質量。輥壓成形因其成本低和效率高而得到重視，凱迪拉克ATS地板有８件采用超高強度鋼輥壓成形，奔馳新Ｂ級車地板有多個零件采用輥壓成形（見圖5），材料利用率在90%以上。圖5所示為三維輥壓技術可能生產的乘用車車身變截面零件。
2005年瑞典開發了3D柔性輥壓技術，2011年開發完成世界上第一條3D柔性輥壓生產線，通過伺服電動機驅動，可以實現軋輥上下移動、水平移動及轉動，生產寬度可變、深度可變的零件。德國DATAM公司也完成了3D柔性輥壓生產線的開發，用于商用車大梁及乘用車邊梁。
2014年，我國北方工業大學與一汽集團公司聯合開發出我國自主研發的首套高強度鋼三維輥壓生產制造控制系統。開發了3D柔性輥壓技術，用于變截面零件輥壓成形。
半固態成形技術
麻省理工學院的研究人員在1972年首次提出采用半固態加工技術可以得到高性能的鋁合金。20世紀90年代，半固態技術開始在汽車部件上應用。
展開 為建立輥壓工藝參數與電極孔隙結構以及電池整體性能的定量關系， 研究者開展了大量的理論模型與數值模擬工作。如Meyer等［88］通過對石墨負極和NCM正極的輥壓過程施加不同速度變化的線負載并跟蹤，根據孔隙率減小量，基于數學模型參數量化了極片在收斂到最大密度和最小孔隙率時不同的壓實阻力。 Kang等［89］采用同步透射X射線顯微斷層掃描系統研究了不同組成比例NCM電極輥壓過程中孔隙率、孔徑分布、比表面積以及曲折度等電極微結構的演化規律，如圖8（a）所示。結果發現輥壓過程有助于形成更小的孔徑與均勻的孔徑分布，增加電化學活性面積，從而提高倍率性能。對于電極微觀結構進行建模，并對其進行輥壓工藝仿真也是目前仿真工藝的方向之一，如Giménez等［90］通過實驗測得單顆粒的載荷-應變曲線，建立單顆粒的彈塑性模型，如圖8（b）所示，進而搭建極片的離散元模型，仿真輥壓前后電極孔隙率、厚度、電導率參數變化，以及輥壓后電極的彈性恢復特性。在此基礎上， 他們還對輥壓過程中NCM電極離子/電子電導率、黏附強度的影響進行了研究［91］， 發現相同輥壓負載下， 較高的初始孔隙率會導致更低的最終孔隙率。
圖8 輥壓工藝仿真技術演化
注：（a） 電極輥壓前后x-CT微觀表征及三維重構［89］； （b） 輥壓過程載荷-應變曲線的仿真結果［90］； （c） 基于實驗/仿真數據驅動評估電極輥壓過程中電極微結構演化、電池特性的研究流程［92］； （d）基于分子動力學的介觀模型仿真［77］。
結合實驗結果、數值模擬與機器學習方法， Duquesnoy等［92］開發出實驗/仿真數據驅動的電極微結構生成算法，如圖8（c）所示，利用機械學習算法建立輥壓參數電極特性的定量關系，由此有效地評估了輥壓壓力、電極材料組分、曲折度、導電率等電極微結構特征對電池電化學性能的影響規律。
展開 圖4 保險杠
2.高強度異型材生產設備介紹
針對汽車零部件產量較大、準時化生產嚴格、精度要求相對較高等特點，其生產設備多采用自動化線，作為保險杠本體的輥壓件，其生產工藝是從開卷-（校平）-切頭對焊；送料沖孔（壓印）單元到輥壓成形、切斷以及在線焊接技術應用，自動化、可靠性的要求越來越高。
高強度（一般抗拉強度小于1200-1450MPa）冷彎型材，其孔型可以采用在線或線下加工，但為了提高生產效率一般對不影響滾輪設計的部位進行輥壓成形前局部沖凸，大多數需要在線預沖。提前預沖的板帶，在成形過程中會出現孔位漂移、孔型畸變，甚至會改變輥壓變形機理、改變回彈量，進而影響產品精度，使廢品率提高。
2.1、開口高強度型材輥壓生產線
特色工件就是門檻件以及部分保險杠本體。與傳統的輥壓成形工藝路線相同，大多可以利用開卷、輥壓成形、切斷機組來生產，切斷后再來做沖壓加工。所不同的是高強度冷彎型材成型機必須剛性足夠、精度更高，來減少回彈，確保產品精度。而對于需要彎弧、孔型復雜、局部預凸的型鋼，則必須配置校平機、在線沖孔設備。在線沖孔機一般采用液壓機、多模位液壓機，機械壓力也可選用，但適應范圍相對較窄。
開口保險杠的彎弧比較復雜，由于高強度鋼截面回彈難以控制，邊部在線彎曲容易起皺，所以輥壓成形設備是關鍵。當然，也可以線下拉彎完成。
2.2、閉口高強度型材輥壓自動生產線
閉口保險杠輥壓件，一般是B型，焊口大部分在型材中部，需要在成型后把兩層金屬焊接在一起，以滾焊工藝為主。管式防撞桿是對縫焊接，可以高頻或者激光焊，對于鍍鋅板則選用激光焊最佳，焊接強度高，熱影響區小。
無論采用何種焊接方式，焊后整形要充分，必要時使用芯子增加整形道次。彎弧時，模具設計考慮截面特性，防止變形。
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輥壓的最新內容
AIFEM 2024R1新增對可掃掠幾何體的六面體網格自動劃分功能，面向工業領域的成型件、輥壓件以及其它的形狀規則的零部件，快速生成高精度的六面體、三棱柱及混合網格。
圖3 自動六面體網格劃分
3）耦合連接功能
AIFEM 2024R1新增耦合連接功能，包含剛性（RBE2）、柔性（RBE3）兩種類型，可用于快速創建組件之間的連接關系，也可用作載荷與約束的作用點。
案例三：輥壓烘箱動網格熱仿真
當前的鋰電池極片涂布生產工藝，主要采用的是濕法涂布方式，濕法涂布工藝中，是將正極或負極材料涂布在正極或負極集流體表面后，經過烘干貼合在一起，而烘干工序的主要設備為烘箱，對極片的生產效率和涂層的質量起到了至關重要的作用，同時烘箱也是能耗消耗最高的鋰電池生產設備之一，并且在濕法涂布中，nmp溶劑的應用雖然對正負極材料帶來利好，但同時也帶來了需要把控安全和集中回收等問題。
SHAPE公司輥壓成形后3D彎曲這根CR1700M車頂縱梁。圖片由SHAPE公司提供
圖片由福特汽車公司提供
3D輥壓成形：尋找到問題解決方案？
3D輥壓成形已被推薦作為在超高強度鋼中制造一些略復雜的幾何形狀的替代方法。
SSAB的碰撞性能專家提議在其Docol?電動車設計概念中使用1700兆帕鋼的3D輥壓成形來保護電池 。
工藝現狀
環件軋制（下述簡稱環軋，也稱為碾環）工藝是一種常見的回轉塑性成形工藝，該工藝利用碾環機的軋輥對環狀毛坯件進行連續局部輥壓，使毛坯件在回轉運動中逐步產生截面的變形，環直徑逐漸增加（或先減少在增加），從而獲得目標零部件。
工藝現狀
環件軋制（下述簡稱環軋，也稱為碾環）工藝是一種常見的回轉塑性成形工藝，該工藝利用碾環機的軋輥對環狀毛坯件進行連續局部輥壓
2.4 輥壓工藝
電極輥壓工藝是將烘干后正負極集流體上的涂布粉體材料經過輥壓機壓實的過程［66］。輥壓時極片在對輥壓力的作用下，活性顆粒發生流動、重排以及嵌入。輥壓后的電極顆粒間以及顆粒與集流體間接觸更加緊密，能有效增加正負極材料壓實密度［78］，從而達到改善電極導電性能以及電池體積能量密度的目的［79-80］。
在工程實踐中，將壓實后的電極密度及孔隙率作為評價輥壓工藝的關鍵指標。
液壓油缸被廣泛地應用在水泥生產中的回轉窯、篦冷機、輥壓機、堆取料機等主機設備上。液壓油缸的密封元器件既是易損件，也是液壓油缸的核心零部件，直接影響著油缸的穩定運行。為了長時間的穩定運行，需要定期進行維修保養，更換密封件。
(4)涂層的壓實密度及孔隙率
在生產過程中，電池極片的涂層壓實密度通過下式計算，
而考慮到極片輥壓時，金屬箔材存在延展，輥壓后涂層的面密度通過下式計算。
前面提到，涂層由活物質相、碳膠相和孔隙組成，孔隙率可由下式計算。
擠壓機等；
3，金屬板材加工機械：激光切割機、等離子切割、線切割、火焰切割、高壓水射流切割；數控沖床、數控轉塔沖床、沖床安全保護裝置（安全光柵、安全光幕、光幕傳感器等）、折彎機/剪板機、聯合沖剪機、彎管機、卷板機、開槽機等；
4，特種成形機械：管材成形機、激光切管機、線材成形機、輾壓機、簧機械、螺釘機械、鉚釘、壓鉚緊固件及設備、增量成形機（無模數控成形機）、拉絲機、粉末冶金、電磁成形機、內高壓成形、輥壓機
物理預鈉化
物理預鈉化是將鈉粉或鈉箔在一定的壓力下直接輥壓到極片表面，或者將鈉金屬粉末加入到漿料中，與活性物質、導電劑、黏結劑混合均勻后制成電極，從而實現預鈉化的目的。但是，金屬鈉的質地柔軟，難以形成穩定的粉末。并且與金屬鋰相同，金屬鈉的活性極高，難以在空氣中穩定和安全地存放，因此，使用金屬鈉粉末的預鈉化方法只能夠在無氧無水的手套箱中進行。
