Finite Element Analyse af pulverkompakteringsproces for ikke-bondede neodymbaserede permanente magneter

Finite Element Analysis of a Powder Compaction Process for non-bonded Neodymium-based Permanent Magnets

Eriksen, Iver Ørksted

4. semester

Virksomhedsteknologi, Kandidat

2011

2011-10-11

85

Dette kandidatspeciale undersøger pulverkompaktering af ikke-bondede, neodymbaserede permanente magneter med fokus på at optimere værktøjsgeometrien og reducere atypisk abrasivt slitage af stempler. Når bindemiddel udelades, kræves kompressionsspændinger op til ca. 1200 MPa for at konsolidere grønemnet, hvilket stiller store krav til værktøjsudformning. Processen beskrives analytisk, numerisk og eksperimentelt; den numeriske del udføres i LS-DYNA, hvor pulverets opførsel under komprimering modelleres med en to-fladet geologisk cap-model. De konstitutive inputparametre blev formuleret som et invers problem og søgt estimeret med finite difference-baseret least squares, men instabiliteter i materialerutinen hindrede en robust automatisk optimering. I stedet blev et kombineret teori- og parameterstudie anvendt til at identificere parameterkombinationer, der reproducerede proces’ kraftrespons, og modellen blev yderligere valideret via densitetsfordeling baseret på volumetrisk plastisk tøjning. På den baggrund blev en forbedret stempelgeometri udvalgt, og en langtidstest viste gode resultater. Projektet anbefaler desuden at skifte stempelmateriale til hårdmetal (carbidstål) og at forkorte stemplers styrestykke for at øge levetid og procesrobusthed.

This master’s thesis investigates powder compaction of unbonded, neodymium-based permanent magnets with the goal of optimizing tool geometry and reducing atypical abrasive wear of punches. Without a binder, consolidation of the green body requires compaction pressures up to about 1200 MPa, imposing stringent demands on die and punch design. The process is described analytically, numerically, and experimentally; the numerical work uses LS-DYNA, modeling powder behavior during compaction with a two-surface geological cap model. The constitutive input parameters were posed as an inverse problem and initially sought via finite-difference-based least squares, but instabilities in the material routine prevented robust automatic optimization. Instead, a combined theoretical and parametric study was used to identify parameter sets that reproduced the process force response, and the model was further validated through density distributions derived from volumetric plastic strain. Based on this, an improved punch geometry was selected, and a long-term test yielded good results. The project also recommends switching the punch material to carbide steel and shortening the punch guide section to enhance tool life and process robustness.

[Dette resumé er genereret med hjælp fra AI direkte fra projektet (PDF)]

Download
Vis denne rapport i AAU Studenterprojekter