شبیه ‌سازی و مطالعه تجربی اثر پارامترهای هندسی صفحات دوقطبی فلزی پیل‌سوختی بر پروفیل برگشت فنری در فرآیند شکل‌دهی استمپینگ

امروزه استفاده از صفحات دوقطبی فلزی در صنعت پیل‌سوختی به دلیل هزینه بسیار پایین‌تر آن نسبت به صفحات ضخیم گرافیتی که با روش ماشینکاری تولید می‌شوند، مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. بهترین روش برای تولید صفحات دوقطبی فلزی، استفاده از فرآیند شکل‌دهی است. در میان انواع روش‌های شکل‌دهی، فرآیند شکل‌دهی استمپینگ از سرعت تولید بالاتر، سادگی فرآیند و هزینه تولید پایین‌تری برخوردار است. یکی از مشکلات عمده شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی، برگشت فنری ورق بعد از شکل دهی می باشد که موجب اعوجاج و عدم یکنواختی در کانال های شکل گرفته می گردد. در این پژوهش تاثیر پارامترهای هندسی همچون ابعاد و زاویه دیواره کانال، شعاع گوشه، عمق کانال و تاثیر پارامتر فرآیندی همچون روانکار بر پروفیل پرشدگی و برگشت فنری ورق شکل دهی شده از جنس فولاد زنگ نرن 304 با ضخامت 1/0 میلی متر بررسی گردید. به همین منظور، در ابتدا به کمک نرم افزار المان محدود آباکوس، شبیه سازی انجام شد و صحت نتایج به کمک آزمایش های تجربی بررسی شد. در ادامه با تغییر پارامترهای ورودی در شبیه سازی، خروجی های نامبرده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که زاویه دیواره و پهنای کانال بیشترین تاثیر را بر مقدار برگشت فنری صفحات شکل دهی شده دارند. نتایج در ارتباط با پارامتر فرآیندی چون تاثیر روانکار نشان داد که مقدار برگشت فنری تقریبا مستقل از پارامتر روانکار است. اما در شرایط کاملا برابر، در حالت استفاده از روانکار، توزیع تنش در گوشه ها و دیواره کانال بسیار یکنواخت تر است.

Numerical and experimental investigation of the effect of geometrical parameters on the springback metallic bipolar plates in the stamping process

Today, the use of metallic bipolar plates in the fuel cell industry has attracted the attention of many researchers due to its much lower cost than thick graphite plates produced by machining. The best method for the production of metallic bipolar plates is forming process. Among the different forming methods, the stamping process has a higher production rate, simpler process, and lower production cost. One of the major problems in the formation of the metallic bipolar plates is the springback of the sheet after forming, which causes distortion and nonuniformity in the formed channels. In this study, the effects of geometrical parameters such as draft angle, corner radius, depth of channel and process parameter such as lubricant on filling profile as well as springback of formed sheet made of stainless steel 304 with a thickness of 0.1 mm were investigated. For this purpose, the simulation was performed using ABAQUS finite element software and the results were verified by experimental analysis. Then the outputs were evaluated by changing the input parameters in the simulation. The results showed that the draft angle and channel width had the most influence on the springback value of the formed plates. The results related to the process parameter such as the lubricant effect showed that the springback value is almost independent of the lubricant parameter. However, in quite equal conditions, the stress distribution in the corners and channel walls is much more uniform when using the lubricant.