بررسي تجربي و شبيه سازي پارامترهاي فرآيندي و هندسي به منظور شكل دهي صفحات دوقطبي فلزي با الگوي پين شكل

The Experimental and Simulation Investigation of Process and Geometrical Parameters for Hydroforming of Pin-type Metallic Bipolar plates

در سال هاي اخير به دليل مزاياي عمده صفحات دوقطبي فلزي استفاده از اين صفحات در پيل هاي سوختي مورد استقبال قرار گرفته است. پژوهش هاي گوناگوني پيرامون روش هاي مختلف شكل دهي اين صفحات صورت گرفته است. عمده اين پژوهش ها بر روي الگوي مسير جريان شياري بوده است. در حالي‌كه در برخي از موارد كه ميزان افت فشار در مسير جريان از اهميت بالايي برخوردار مي باشد، الگوي مسير جريان پين شكل عملكرد مناسبي از خود نشان مي دهد. در اين پژوهش شكل دهي صفحات دوقطبي فلزي از جنس فولاد زنگ نزن 304 با ضخامت 11/0 ميلي‌متر و با الگوي پيني به كمك فرآيند هيدروفرمينگ بطور تجربي و شبيه سازي مورد بررسي قرار گرفته است. متغيرهاي مورد مطالعه شامل اثر زاويه ديواره قالب، اندازه پخ لبه پين، نسبت عمق به عرض پين و فشار شكل دهي بر روي توزيع ضخامت و درصد پرشدگي پروفيل مي باشد. به اين منظور دو قالب با زاويه ديواره صفر و 15 درجه با مقطع دايره اي تهيه شد. سپس به كمك واحد اعمال فشار در فشارهاي مختلف تست‌هاي آزمايشگاهي انجام شد. پس از انجام آزمايش هاي مورد نظر و بررسي نتايج مشخص گرديد كه وجود زاويه در ديواره قالب باعث توزيع يكنواخت تر ضخامت و دقت بالاتر پروفيل قطعه شكل يافته شده است. همچنين محدوده مناسب براي هر يك از پارامترهاي هندسي قالب تعيين گرديد.

In recent years the use of metallic bipolar plates for fuel cells has been considered. Several studies have been conducted on the various methods of forming these plates. Most of this research has been done on the serpentine flow fields. I In some cases where the pressure drop is an important factor the pin-type flow fields shows good performance. In this research, hydroforming of metallic bipolar plates with circular pin-type pattern from stainless steel 304 with 0.11mm thickness is investigated experimentally and numerically. For this purpose, the effect of geometrical parameters such as the die wall angle, the die chamfer dimension, the depth-to-width ratio of the die, and forming pressure on the profiles, filling percent, thickness distribution and thinning percent of the formed parts are investigated. In this regard, two dies with wall angle of 0 and 15 degree were prepared. Then experimental tests were done at different pressures. After performing the required tests, the results show that the die wall angle leads to a more uniform thickness distribution and higher precision of the parts profile. Also, the suitable range of die geometrical parameters was determined.