[发明专利]一种提高螺栓紧固件滚镀膜厚度均匀性的仿真方法

说明书

本发明公开了一种提高螺栓紧固件滚镀膜厚度均匀性的仿真方法，包括以下步骤：（1）建模：利用三维制图软件建立零件和电镀生产线的三维空间模型，建立电镀生产线数字化模型数据库；（2）计算零件空间位置状态：利用滚镀运动仿真软件，求出不同时间步长内，零件的矢量坐标；（3）求解出零件的膜厚：将矢量坐标数据输入到滚镀膜厚仿真软件内，同时输入零件模型，得到每个时间步长结束的时间点零件在滚筒内的堆叠摆放状态，求解每个时间步长内累积的膜厚分布；（4）数据处理。本发明简单易行、可以准确、可靠的预测紧固件滚镀的膜厚分布和膜厚风险区域预测，并可在设计阶段提前发现问题，减少验证周期，费用，减少工艺人员繁杂工作量。

技术领域

本发明属于紧固件滚镀镉技术领域，具体涉及一种提高螺栓紧固件滚镀膜厚度均匀性的仿真方法。

背景技术

镉对钢铁基材属于阴极保护镀层，但在高温或海洋气候下，则属于牺牲性阳极保护镀层。常温下空气中不变色，在潮湿空气中会氧化形成保护膜，可防止继续氧化腐蚀。镉的氧化物不溶于水，耐腐性强，电镀镉层焊接性与润滑性良好，氢脆性小，光泽性佳，附着力强，是航空航天及航海领域所用钢铁紧固件防腐首选，并得到广泛的应用。

螺栓紧固件镀镉由于单批次产品数量多，大多采用滚镀的工艺进行加工。滚镀工艺又称滚筒电镀工艺，是将一定数量的待镀零件放置于专用滚筒中，在滚动状态下以间接导电的方式进行电镀。由于零件在电镀过程中，在滚筒内随机的进行碰撞、翻滚、跌落等运动，从而导致零件表面的位置和镀层状态难以判断。传统的方法是通过不断调整工艺和工装，不断的在生产现场采用试镀的方式进行改进、总结和提升滚镀镉的质量，然后固化流程及经验，需要漫长的过程。镉层的电镀方式获取分有氰电镀和无氰电镀，较之于电镀锌等工艺，因槽液的分散能力、覆盖能力及镀层均匀性能较差，尤其是在滚镀镉的工艺中，膜厚的均匀性非常难以控制。对于常规的挂镀方式，零件在电镀过程中是静止的，是处在一个稳定的状态下进行金属离子的沉积，所以，目前行业内有很成熟的有限元分析仿真软件，借助仿真技术进行工艺、工装及设备优化，是很容易的。但是在滚镀过程，零件的位置和状态是随机分布的，目前的方法很难全面考察和研究滚镀的工艺过程，所以急需研究一种提高螺栓紧固件滚镀膜厚度均匀性的仿真方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种提高螺栓紧固件滚镀膜厚度均匀性的仿真方法。

一种提高螺栓紧固件滚镀膜厚度均匀性的仿真方法，包括以下步骤：

（1）建模：利用三维制图软件建立零件和电镀生产线的三维空间模型，建立电镀生产线数字化模型数据库，所述电镀生产线数字化模型数据库包括槽体网格数据、滚筒网格数据、阳极的网格和极化数据、电镀液的电流效率随电流密度变化的数据、Tafel曲线等数据；

（2）计算零件空间位置状态：将滚镀过程拆分为多个时间步长，利用滚镀运动仿真软件计算经过每个时间步长内连续运动后零件的空间位置状态，得到每个时间步长结束时的零件的矢量坐标，实现滚镀过程中零件动态过程的静态等效分析，矢量坐标是“XX,XY,XZ,YX,YY,YZ,ZX,ZY,ZZ”九个角动量坐标和零件几何中心点三维坐标值“X,Y,Z”等12个数据；

（3）求解出零件的膜厚：将每个时间步长得到的矢量坐标数据输入到滚镀膜厚仿真软件内，同时输入零件模型，得到每个时间步长结束的时间点零件在滚筒内的堆叠摆放状态，求解每个时间步长内累积的膜厚分布，具体地是利用有限元分析方法，借助溶液中离子迁移与电沉积模型、巴特勒–褔尔默方程（Bulter-Volmer Equation）以及法拉第定律等理论基础，计算出零件在特定摆放状态下的膜厚分布, 滚镀运动仿真软件和滚镀膜厚仿真软件是elscya plating manager软件中的不同的模块；

（4）数据处理：最后将得到的每个时间步长的膜厚分布数据，通过对应的进行线性加和和数据映射的方法，得到最终的零件表面滚镀膜厚分布，在分析过程中，改变工艺、工装、滚动和电流电压的设定，都会要影响最终膜厚的分布。