بررسي پارامترهاي موثر درهيدروفرمينگ صفحات دو‌قطبي فلزي پيل سوختي با شيار مارپيچ موازي

Study of effective parameters inhydroforming of fuel cell metallic bipolar plates with parallel serpentine flow field

صفحات دو قطبي‌مورد استفاده در پيل هاي سوختي از مهمترين و پر هزينه ترين اجزاي يك پيل سوختي مي باشند. صفحات دو قطبي فلزي به دليل وزن و هزينه كمتر، بهترين گزينه براي جايگزيني صفحات فلزي ضخيم ماشين‌كاري شده يا گرافيتي هستند.انتخاب فرايند شكل دهي مناسب، يكي از مهمترين موضوعات مطرح در تكنولوژي پيل سوختي است. در حال حاضر، فرايند هيدروفرمينگ به دليل قابليت شكل دهي قطعاتي با وزن كم و هندسه پيچيده براي توليد صفحات دو قطبي فلزي بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد.از بين الگوهاي مختلف صفحات دوقطبي، الگوي كانال جريان مارپيچ، داراي دو عيب عمده پارگي ماده در حين فرايند شكل دهي و توزيع جريان نامناسب در حين عملكرد مي باشد. در اين پژوهش، شكل دهي يك الگوي شياري مارپيچ متصل به هم بر روي صفحاتي از جنس فولاد زنگ نزن 304 با فرايند هيدروفرمينگ به صورت تجربي و شبيه سازي اجزاي محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. اثر پارامتر هاي فرايندي و هندسي قالب بر روي توزيع ضخامت و درصد پر شدگي پروفيل هم مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داده است كه با افزايش فشار شكل دهي، پر شدگي قالب افزايش مي يابد و ضخامت ناحيه بحراني به دليل افزايش نسبت كشش، بيشتر كاهش مي يابد. همچنين مشاهده شد كه فرايند هيدروفرمينگ از قابليت تكرار پذيري بالايي برخوردار است.

Bipolar plates are the most important and expensive components used in fuel cells. Metallic bipolar plates are the best choice to replace graphite or machined thick metal plates due to their lightweight and low cost. Selection of suitable forming process is one of the main subjects in fuel cell technology. Nowadays, hydroforming process is commonly used for the production of metallic bipolar platesbecause of its capability in forming lightweight and complex parts. Among the various patterns of bipolar plates, serpentine flow field pattern inevitably brings two main defects of rupture of material during forming process and uneven flow distribution in practical operations. In this research, forming of a slotted interdigitated serpentine pattern on SS304 stainless steel sheet by hydroforming process has been examined using finite element simulation and experiment. The effects of process parameters and die geometry on the thickness distribution and filling percent are also studied. It is concluded that by increasing the forming pressure, filling percent of the die increases and the thickness of critical region is more reduced due to the increasing of drawing ratio. Also, it was found that hydroforming process has high repeatability.