ساخت صفحات دوقطبی پیل سوختی از جنس فولاد زنگ‌نزن 304 به کمک فرآیند شکل‌دهی داغ با دمش گاز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

شکل­دهی داغ ورق های فلزی با دمش گاز یکی از فرآین دهای نوین در شکل دهی فلزات به شمار می رود که به دلیل افزایش شکل پذیری و کاهش تنش تسلیم فلز که درنتیجه افزایش دمای فرآیند رخ می دهد، قابلیت ساخت محصولات با اشکال پیچیده در ابعاد بسیار کوچک و بزرگ را دارد. در این پژوهش، شکل دهی صفحات دوقطبی از جنس فولاد زنگ نزن 304 با ضخامت 12 / 0 میلی متر و با الگوی شیاری مارپیچ به کمک فرآیند شکل دهی داغ با دمش گاز به صورت تجربی موردبررسی قرارگرفته است. به منظور بررسی اثر پارامترهای هندسی و فرآیندی بر روی شکل پذیری صفحات، قالبی با سه مارپیچ با هندسه های مختلف طراحی و ساخته شد و سپس آزمایش ها در دماها، فشارها و زمان­ های مختلف انجام شد. معیارهای ارزیابی شامل درصد ناز کشدگی ورق، توزیع ضخامت و عمق پرشدگی قالب در نظر گرفته شد. نتایج حاصل نشان داد عامل دما و زمان به ترتیب بیشترین و کمترین تأثیر را بر شکل­ پذیری ورق در ساخت صفحات دوقطبی دارند. از میان سه شیار با عرض­های 1، 1/5 و 2 میلی­متر، در شیار با عرض 2 میلی متر با وجود بیشترین میزان درصد پرشدگی قالب، درصد نازک­شدگی ورق در ناحیه بحرانی کمتر از شیار با عرض 5/ 1 میلی متر است. بیشترین درصد پرشدگی شیار قالب با مقدار % 8/ 88 در شیار با عرض 2 میلی­متر در دمای 1000 درجه سانتی گراد، فشار 40 بار و مدت زمان 30 دقیقه به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Fabrication of Bipolar Plates of the Fuel Cell from Stainless Steel 304 by Hot Metal Gas Forming Process

نویسندگان [English]

  • B. Aghajanloo
  • J. Hosseinipour
  • H. Jamshidi Aval
Department of Mechanical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Ira
چکیده [English]

The hot forming of a sheet metal with gas blowing is a novel method in metal forming processes. It has the ability to manufacture products with complex shapes due to high formability and a low flow stress at high temperature. In this research, the forming of bipolar plates with a slotted serpentine pattern by hot metal gas forming process has been investigated experimentally. To this end, 304 stainless steel sheets with 0.12 mm thickness have been used. In order to evaluate the geometric and process parameters effect on forming trend, a convex die that includes three slotted serpentine channel with different widths has been manufactured. Then experiments were carried out at different temperatures, pressures and periods of time. The sheet thinning percentage, the thickness distribution and the depth of die filling have been considered as evaluation criteria of experiments results. The results indicated that the temperature and the forming time have respectively the most and the least effect on the formability. Among three slots with widths of 1, 1.5 and 2 mm, despite slot with 2mm width has the most die filling percentage, the sheet thinning percentage is less than the slot with 1.5 mm width. The most filling percentage of die channel with the amount of %88.8 was observed in the slot with the width of 2 mm at a temperature of 1000 oC, the pressure of 40 bar and forming the time of 30 min.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bipolar plates
  • Gas blow forming
  • Slotted serpentine pattern
  • stainless steel 304

اصل مقاله

 

 

مراجع

[1] X. Li, I. Sabir, Review of bipolar plates in PEM fuel cells: Flow-field designs, International Journal of Hydrogen Energy, 30(4) (2005) 359-371.
[2] J.-C. Hung, T.-C. Yang, K.-c. Li, Studies on the fabrication of metallic bipolar plates—Using micro electrical discharge machining milling, Journal of Power Sources, 196(4) (2011) 2070-2074.
[3] C. -K. Jin, C. -G. Kang, Fabrication process analysis and experimental verification for aluminum bipolar plates in fuel cells by vacuum die-casting, Journal of Power Sources, 196(20) (2011) 8241-8249.
[4] Y.-M. Lee, S.-J. Lee, C.-Y. Lee, D.-Y. Chang, The multiphysics analysis of the metallic bipolar plate by the electrochemical micro-machining fabrication process, Journal of Power Sources, 193(1) (2009) 227-232.
[5] S.-J. Lee, C.-Y. Lee, K.-T. Yang, F.-H. Kuan, P.-H. Lai, Simulation and fabrication of micro-scaled flow channels for metallic bipolar plates by the electrochemical micro-machining process, Journal of Power Sources, 185(2) (2008) 1115-1121.
[6] S. Mahabunphachai, Ö.N. Cora, M. Koç, Effect of manufacturing processes on formability and surface topography of proton exchange membrane fuel cell metallic bipolar plates, Journal of Power Sources, 195(16) (2010) 5269-5277.
[7] L. Peng, X. Lai, D.a. Liu, P. Hu, J. Ni, Flow channel shape optimum design for hydroformed metal bipolar plate in PEM fuel cell, Journal of Power Sources, 178(1) (2008) 223-230.
[8] Y. Liu, L. Hua, Fabrication of metallic bipolar plate for proton exchange membrane fuel cells by rubber pad forming, Journal of Power Sources, 195(11) (2010) 3529-3535.
[9] S.-W. Choi, S.H. Park, H.-S. Jeong, J. Cho, S. Park, M.Y. Ha, Improvement of formability for fabricating thin continuously corrugated structures in sheet metal forming process, Journal of mechanical science and technology, 26(8) (2012) 2397-2403.
[10] T.-C. Chen, J.-M. Ye, Analysis of Stainless Steel Bipolar Plates Micro-Stamping Processes, Przegląd Elektrotechniczny, 88 (2012) 121-126.
[11] L. Ravi Narayan, Forming of Ferritic Stainless Steel Bipolar Plates, (2012).
[12] M. B. Owsia, S. J. Hosseinipour, M. B. Jooybari, A. Gorji, Forming of metallic bipolar plate with pin-type pattern by using hydroforming process in convex die, Modares Mechanical Engineering, 14(10) (2014) 150-158. [In Persian]
[13] N. Mohammadtabar, M. B. Jooybari, S. J. Hosseinipour, A.H. Gorji, Study of effective parameters in hydroforming of fuel cell metallic bipolar plates with parallel serpentine flow field, Modares Mechanical Engineering, 14(8) (2014) 17-27. [In Persian]
[14] S. Mahabunphachai, M. Koç, Fabrication of micro-channel arrays on thin metallic sheet using internal fluid pressure: Investigations on size effects and development of design guidelines, Journal of Power Sources, 175(1) (2008) 363-371.
[15] Y. Liu, L. Hua, J. Lan, X. Wei, Studies of the deformation styles of the rubber-pad forming process used for manufacturing metallic bipolar plates, Journal of Power Sources, 195(24) (2010) 8177-8184.
[16] L. Peng, P. Hu, X. Lai, J. Ni, Fabrication of metallic bipolar plates for proton exchange membrane fuel cell by flexible forming process-numerical simulations and experiments, Journal of Fuel Cell Science and Technology, 7(3) (2010) 031009.
[17] Z.-b. HE, X.-b. FAN, F. SHAO, K.-l. ZHENG, Z.-b. WANG, S.-j. YUAN, Formability and microstructure of AA6061 Al alloy tube for hot metal gas forming at elevated temperature, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22 (2012) s364-s369.
[18] M. S. Zoei, M. Farzin, A.H. Mohammadi, Finite element analysis and experimental investigation on gas forming of hot aluminium alloy sheet, Modares Mechanical Engineering, 11(2) (2011) 49-56. [In Persian]
[19] S. Esmaili, S.J. Hosseinipour, A.S. Sarband, Simulation and manufacturing of fuel cell bipolar plates with method of gas forming, in: National Conference of Mechanical Engineering, Malayer, Iran, 2013. [In Persian].
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 3
مرداد و شهریور 1397
صفحه 589-600

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار