燃料电池金属双极板精密成形技术研究和发展

首先对国内外关于金属双极板的材料选择进行了概述,然后对已有的各种精密成形工艺的选材、生产原理和特点进行了详细介绍,在此基础上提出了塑性成形作为一种生产效率高、零件机械力学性能好的生产工艺是金属双极板成形技术将来的发展方向。     

PEMFC金属双极板冲压成形数值模拟与实验

目的 研究金属双极板冲压成形过程中各工艺参数和模具结构参数对成形质量的影响。方法 采用Dynaform有限元分析软件对SS304双通道蛇形流道双极板冲压成形过程进行模拟。研究模具圆角半径、模具锥度、压边力、拉延筋等因素对双极板成形质量的影响。结果 增加模具圆角半径和模具锥度可防止双极板破裂。适当增大压边力能有效消除起皱缺陷,设置拉延筋能有效改善坯料流动情况,必要时需设置多重拉延筋使零件成形完全。当模具圆角半径为0.25 mm,模具锥度为0°,拉伸深度为0.5 mm,压边力大小为60 kN,并采用双重拉延筋的情况下,所成形的金属双极板质量良好,无破裂、起皱、成形不足等缺陷。结论 模拟结果与实验结果一致,验证了模拟结果的正确性,可见采用冲压工艺成形金属双极板是可行的。     

质子交换膜燃料电池金属双极板表面碳基防护镀层研究进展

质子交换膜燃料电池作为第五代燃料电池,因具有工作温度低、启动速度快、功率密度高等优点而引起了人们的广泛关注。双极板在质子交换膜燃料电池中扮演着重要角色。石墨因具有良好的化学稳定性和导电性,一度被广泛用于制备双极板。但石墨双极板存在制造成本高和材质脆等不足,近年来逐步被金属双极板所代替。与石墨双极板相比,金属双极板虽然具有良好的力学性能、易加工性和低渗透性等优点,但其易在酸性工作环境中发生腐蚀,且产生的腐蚀产物会毒化催化剂,使燃料电池的性能变差。通过在金属双极板表面制备防护镀层,可显著提高金属双极板的耐蚀性和导电性,进而延长燃料电池的使用寿命。其中,碳基防护镀层具有较理想的耐蚀性和可调控的导电性,且成本较低,有望规模化应用于金属双极板表面。本文介绍了近年来金属双极板用石墨、导电聚合物、石墨烯、非晶碳等碳基防护镀层的研究进展。     

脉冲电流对超薄316L板微流道成形精度的影响

目的 研究在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,将脉冲电流单独作用于保压阶段、冲压阶段以及作用于整个冲压过程(冲压阶段+保压阶段)3种通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响。方法 以316L不锈钢薄板作为实验材料,调节流经样品的电流参数,分别为0、10、20、30 A,分析脉冲电流参数和通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响规律。结果 在高电参数下,当采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2时,在保压阶段可促进应力松弛,具有最佳的回弹抑制效果,其成形深度回弹可减小73.88%。在不同电参数下,3种成形方式对双极板流道壁厚分布具有相似的影响。槽顶和槽底的壁厚减薄相对较小,减薄量为原板材厚度的2%~6%;流道直壁壁厚减薄为原板厚度的9%~15%;而外圆角和内圆角区域的壁厚减薄较大,达到27%~30%。结论 在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,以不同方式施加脉冲电流,均可以显著提升流道深度,对壁厚影响并无明显差别。特别地,采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2可以显著提升对流道回弹的抑制效果。     

氢循环泵用涡旋盘成形工艺的研究现状

在“碳达峰、碳中和”背景下,我国氢能及燃料电池汽车产业发展迅速。作为典型的多层、薄壁杯类复杂件,涡旋盘是氢燃料电池系统用涡旋式氢循环泵的核心零件,其性能的优劣对氢燃料电池汽车的氢循系统性能有着极其重要的影响。主要综述了国内外涡旋盘的成形工艺,包括数控铣削、液态压铸、液态模锻、固态热锻、粉末冶金成形等,并分析探讨了不同成形工艺的优缺点;在此基础上,结合笔者的研究经历着重介绍了一种具有“高效短流程”特点的一模四件涡旋盘零件半固态多向挤压成形新工艺,设计了相应的成形模具,并详细介绍了适用于该工艺的模具浇道系统。     

质子交换膜燃料电池用金属双极板表面改性的研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组成部分,起收集传导电流、分隔氧化剂和燃料以及支撑电池堆等作用,占整个电池质量和成本的很大比重。目前PEMFC双极板材料主要有石墨、金属及相关复合材料。与其他双极板相比,金属双极板因具有导电导热性好、机械强度高、易加工和成本低等优点而受到重视,但其面临腐蚀及表面层钝化影响电池性能等问题。为此,国内外研究者对金属双极板的表面改性开展了广泛的研究,并取得了很大进展。     

质子交换膜燃料电池双极板材料的研究

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,具有隔离反应介质、收集电流、提供气体通道的作用.寻找性能低且成本优良的双极板材料已成为质子交换膜燃料电池产业化技术研究中的重要课题.综述了各种双极板材料的优缺点,提出了双极板材料的发展方向.     

钛合金的应用现状及加工技术发展概况

钛合金具有密度小、强度高、耐高温和抗腐蚀性好等优点,在航空航天、船舶、汽车、医疗、化工和能源等领域获得了广泛的应用.首先从航空航天和非航空航天领域综述了钛合金的应用现状;然后从热处理、焊接性能和表面处理技术三个方面综述了钛合金加工工艺及性能;最后叙述了钛合金的最新成形技术,即超塑性成形技术、近净成形技术、激光成形制造技术及计算机模拟技术,并展望了钛合金的应用前景及发展方向.     

纯钛燃料电池双极板软模成形工艺研究

目的 研究软模成形过程中塑性应变比r值对双极板成形深度及壁厚的影响,探究不同工艺参数对双极板尺寸的影响规律。方法 通过单向拉伸实验得到纯钛极薄带的力学性能参数,然后采用橡胶软模成形方法制备纯钛燃料电池双极板,利用光学显微镜对制备的双极板尺寸及壁厚进行测量并深入分析。结果 TD取向的r值最大为2.56,沿该方向成形时,纯钛极薄带在载荷为300 kN、软模硬度为77HA条件下得到的双极板深度最大,为0.293 mm;同时,其壁厚减薄较小,在减薄最严重的位置壁厚减薄率仅为13.52%。结论 较大的载荷与适宜的软模硬度能得到较好的双极板深度,对双极板周期无影响;双极板深度、壁厚与r值有关,r值越大,纯钛极薄带抵抗壁厚减薄的能力越强,成形深度越大。     

半固态压力成形工艺的研究进展

半固态成形工艺具有能耗低、制件性能好、可以实现近净成形等特点,近年来倍受人们关注.本文综述了半固态成形工艺在金属及金属基复合材料成形中的应用及其数值模拟技术的研究进展,并对其今后的发展研究方向进行了展望.     

高强钢变厚板汽车B柱热成形数值模拟及主要参数分析

目的 研究热成形过程中冲压件温度场、应力场的变化规律,探究主要工艺参数对冲压件成形的影响规律。方法 利用Abaqus软件建立热力耦合模型,对汽车B柱的热冲压成形过程进行数值模拟,分析板料及模具的温度和应力变化,确定主要工艺参数对冲压件的影响规律,利用得到的规律指导B柱模具的设计与制造,最后对B柱进行冲压试验。结果 在热成形前的物料转移阶段,板材厚度差的存在使过渡区产生了温度梯度和内应力的变化;在热成形阶段,以减薄率为评判标准,确定了摩擦因数为0.35、冲压速度为100 mm/s时B柱的成形效果最好;对B柱的成形结果进行了分析,由局部减薄率的变化得到了模具缺陷的位置,由过渡区的偏移量得到了模具等厚区的长度,由板材温度变化确定了最佳保压时间为8 s。结论 基于Abaqus软件,构建了B柱的热冲压有限元模型,对板材出炉至成形结束阶段进行了数值模拟与分析,在此基础上对B柱制件进行了冲压试验,发现制件的质量缺陷明显减少,对制件的指定点进行了面检测,合格率达到了95.83%,表明了分析结果的可靠性,同时也验证了有限元分析的准确性。     

汽车门槛内板零件冲压数值模拟及参数优化

针对汽车覆盖件冲压变形复杂,成形工艺参数难以确定等特点,基于DYNAFORM软件对汽车门槛内板零件的拉延成形过程,及不同工艺参数对成形结果的影响进行了研究。用优化的工艺参数进行模拟验证,从而为工艺设计和试模提供理论指导。     

Manufacturing methods for metallic bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cell

The bipolar plate (BP) is one of the main drivers of the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stack cost, and must also perform some critical functions simultaneously within the stack to ensure the required level of overall performance and durability. Therefore, the choice of material and production method for BPs that will meet the requirements for commercial BPs is crucial in PEMFC development. Compared to other material options such as graphite and composites, metals are more promising for the production of durable, thin, light, and low-cost BPs. However, there is still a need to reduce their processing cost through the development of cost-effective and mass production-friendly forming techniques that will not jeopardize the performance and durability of the formed plates. This paper discusses the various currently available fabrication methods for metallic BPs, with attention to their potentials for mass production and capabilities to produce plates that meet the performance and cost targets of commercial PEMFC BPs. In prospects of development drivers going forward, the potentials of hydroforming to outperform stamping for mass production of low-cost metallic plates are discussed. Current limitations facing high-quality metallic BP production and research trends are also highlighted.     

燃料电池电极板材料工艺发展趋势

电极板是燃料电池的关键核心部件,起到分隔气体、提供反应界面、传导电流的作用。根据燃料电池应用工况的不同,电极板的材料选择与制造工艺路线也有所不同。材料工艺是决定燃料电池设计、质量、成本的核心要素。着重论述了金属、石墨、树脂作为电极材料的工艺路线。针对金属电极板材料,论述了车载、航空航天2种工况下不锈钢、钛材的成形设计准则、工艺路线、产品性能,并分析比较了不同成形方法中设备、模具工装和工艺路线的适用性。针对石墨电极材料,对比了硬石墨一次模压成形和柔性板石墨模压成形2种工艺,并根据各自的基材状态选择了合适的工艺路线,同时根据工艺路线的特点分析了产品的优缺点。在复合材料中主要选择了金属、石墨、树脂3种材料,根据制备原理,复合材料双极板有结构复合电极、材料复合电极和工艺复合电极3个研究方向。在结构复合电极方面,主要论述了石墨与金属复合的设计思路和结构特点;在材料复合电极方面,主要论述了热固性树脂和热塑性树脂与石墨复合的工艺路线和产品特点;在工艺复合电极方面,主要论述了微型燃料电池极板的制造理念和方法,并借鉴了微机械加工工艺路线,设计制造了复合工艺极板。最后展望了燃料电池电极板的箔材研发方向、级...     

汽车中央通道冲压回弹及其补偿研究

为了研究回弹量及回弹补偿对冲压件成形的影响,以某车型中央通道为研究对象,针对其型面复杂、模型边界高、成形曲度大的特点,采用有限元分析软件Dynaform5.7.1对其进行成形分析、回弹模拟分析和回弹补偿模拟分析.利用截面法对成形及回弹后的零件进行分析,获得边缘回弹量和角度回弹量;经两次反向修模补偿,得到优化的模具型面;利用优化后的模具型面进行模具设计,并对中央通道进行实际生产验证,结果表明,采用截面法和模具型面补偿法能够使最终生产出的零件的回弹量减小,且成形效果更好.     

顶盖内板拉深工艺分析及模具设计

根据顶盖内板的结构特点,分析了零件的冲压工艺性,确定了成形步骤.为获得成形质量良好的零件,以有限元模拟软件Autoform为平台,对零件的拉深成形过程进行了模拟.以模拟结果为依据,指导并详细介绍了各个工序模具的设计要求和整体结构.生产试验表明:有限元模拟结果准确度高,模具设计合理,结构可靠,能保证零件的成形质量,满足批...