PEMFC金属双极板成形工艺分析及数值模拟

为寻求一种操作成本低,容易批量生产的金属双极板加工方法,把级进模冲压成形工艺应用于制造具有8条微小平行沟槽的质子交换膜燃料电池金属双极板,分析了制件的冲压成形工艺,给出了合理的排样图,利用DYNAFORM有限元方法模拟分析了关键的工艺步骤,模拟结果表明利用级进模冲压成形工艺制造0.1 mm厚SS304不锈钢双极板是可行的。提供了制造金属双极板的可行性解决方案,该方案具有一定的柔性和通用性。     

油箱盖板拉深成形的有限元分析及工艺参数优化

以油箱盖板为研究对象,利用Dynaform有限元软件模拟了油箱盖板的拉深成形过程,分析了板料拉深成形过程中的起皱与拉裂等缺陷,选取模具间隙、冲压速度以及压边力3种工艺参数进行正交试验及参数优化,通过正交试验的极差分析得出影响油箱盖板最大减薄率的主次顺序为:模具间隙、压边力、冲压速度.此外由方差分析可知模具间隙及压边力对最大减薄率的影响显著.模拟结果表明,油箱盖板拉深成形的最优工艺方案为:模具间隙1.5t,冲压速度3000 mm·s-1以及压边力60 kN,其零件的最大减薄率及最大增厚率分别为13.23％与11.12％.采用拉深模具对优化后的工艺方案进行实验验证,零件的最大减薄率及最大增厚率分别为14.87％与12.64％,模拟结果与实验结果比较吻合,且油箱盖板的成形质量较好.     

基于能量法的PEMFC不锈钢双极板成形起皱分析

针对不锈钢双极板冲压过程中容易起皱的问题,利用能量法原理分析了不锈钢双极板冲压成形过程中起皱缺陷的折皱个数和压边力大小之间的关系,并给出板材临界起皱的条件。通过Dynaform软件分析了双极板在不同压边力条件下的成形过程。数值模拟结果显示,当压边力小于临界压边力时,板材出现了严重的起皱;压边力大于临界值时,起皱缺陷得到明显改善。双极板的冲压实验结果和模拟结果相吻合,结果表明,压边力对双极板成形质量的影响较大,能量法分析能够为压边力的设置提供参考;能量法和数值模拟能够预测和分析双极板的冲压成形情况,为加工出高质量的双极板提供指导。     

基于MLP-PSO算法的锆合金支撑架成形质量优化

为了提高锆合金支撑架的冲压成形质量，基于Dynaform软件和正交试验设计方法，将最大减薄率作为评价指标，研究了折弯半径、板料厚度、摩擦因数、凸凹模间隙、压边力和冲压速度等参数对支撑架成形质量的影响规律。通过数值模拟获得了样本数据，利用多层感知机神经网络训练出预测支撑架减薄率的模型，对各因素的相关性进行分析，并通过粒子群优化算法得到了最优参数方案。结果表明：多层感知机神经网络模型能够有效预测支撑架的减薄率。在影响支撑架冲压的各参数中，折弯半径和摩擦因数的影响较大，凸凹模间隙和冲压速度的影响较小。采用粒子群算法优化后的参数方案进行冲压成形，最大减薄率降低24.2%,可有效降低支撑架的破裂率，提高支撑架的冲压成形质量。     

汽车后围加强板多目标成形工艺参数优化

针对后围加强板在成形过程中易出现破裂和起皱等问题,采用田口试验法,建立后围加强板最大减薄率和最大增厚率与冲压速度、压边力、模具间隙、摩擦系数和拉延筋阻力系数的五因素四水平田口试验,通过有限元分析软件Dynaform对16组试验进行模拟分析,结果表明压边力对后围加强板成形的减薄率和增厚率贡献最大.利用Design-Exprt软件对田口试验结果进行多目标优化,将最优工艺参数组合在Dynaform中模拟验证.结果表明多目标优化结果与验证结果接近,优化方法效果明显,可为模具设计和生产提供借鉴.     

基于响应面的汽车中立柱内板影响因素多目标优化

以某汽车中立柱内板为研究对象,选取摩擦系数、冲压速度、压边力和凸凹模间隙为设计变量,采用最优拉丁超立方实验设计选取了30组实验方案,使用Autoform R6软件对拉延后的最大增厚率和最大减薄率进行有限元模拟。利用模拟结果建立最大增厚率和最大减薄率两个目标值的4阶响应面近似模型,并分析了影响因素对目标值的影响。多目标优化后得到的摩擦系数为0. 17、冲压速度为3500 mm·s-1、压边力为450 k N、凸凹模间隙为0. 55 mm,此时的最大增厚率为0. 95%、最大减薄率为10. 65%。使用优化后的工艺参数进行模拟,得到的最大增厚率和最大减薄率的模拟值分别为0. 96%和12. 20%,证明了多目标优化结果的有效性。根据优化后的工艺参数组合进行零件试生产,可以生产出无起皱开裂且满足要求的汽车中立柱内板拉延件,提高了零件从设计至生产的效率。     

质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的关键部件,对燃料电池的寿命、成本及性能具有重要影响。相比于石墨双极板和碳基复合材料双极板,金属双极板体积小、强度高、导电性能优异,已成为PEMFC双极板的主流材料。然而金属双极板易在PEFMC两极环境中产生腐蚀,且极板表面生成的氧化膜会降低其导电性,严重阻碍了金属双极板的进一步应用。从金属双极板基材选材、涂层结构设计及其性能等方面综述了金属双极板表面改性研究进展,特别探讨了金属双极板金属基涂层（贵金属、金属碳/氮化物、合金等）和碳基涂层（石墨、导电聚合物、无定型碳等）的最新研究成果,从涂层的膜基结合强度、耐蚀性、导电性和疏水性等方面探讨了现有涂层的优劣,涂层结构复合和纳米化有助于提升涂层的致密性,同时可进一步提升涂层导电性和耐蚀性。如何降低金属双极板材料和表面改性成本,提高极板耐蚀性、导电性和可靠性成为双极板研究的趋势,其对PEFMC性能提升和产业化推进具有重大意义。     

汽车后桥壳冲压成形分析及实验研究

针对汽车后桥壳实际冲压成形中存在的缺陷,基于DYNAFORM软件对后桥壳冲压成形过程进行数值模拟,分析了压边力、冲压速度对冲压成形的影响。设计了正交实验优化工艺参数,以最大减薄率为评价指标,选取冲压速度、压边力、摩擦系数、凹凸模间隙为因素。结果表明,各因素对最大减薄率影响的主次关系依次为冲压速度、摩擦系数、压边力、凹凸模间隙。最优成形工艺参数为:冲压速度为1000 mm·s~(-1)、压边力为300 k N、摩擦系数为0. 12、凹凸模间隙为6. 2 mm。在最优工艺参数下,制件的最大减薄率为14. 35%,最大增厚率为8. 38%,模拟结果的成形质量良好,并进行实际的冲压成形实验,实际制件与有限元模拟结果相比,最大减薄率误差为7. 65%,最大增厚率误差为0. 6%。制件无破裂、起皱,表面质量良好,模拟结果与实验结果基本吻合。     

基于稳健设计的冲压成形工艺参数多目标优化

以某梁类零件为研究对象,以获得最小减薄率及增厚率为目标,结合稳健设计、均值分析和变量分析,得出各工艺参数对减薄率及增厚率的影响程度及作用趋势。最后运用综合加权评分法确定同时兼顾减薄率和增厚率的最优工艺参数组合为摩擦因数0.125、冲压速度2 500 mm/s、凸凹模间隙1 mm、板料偏置量1 mm,最终优化后的零件减薄率降低了26.85%,增厚率降低了49.33%,可为冲压成形提供指导。     

燃料电池金属极板成形规律

双极板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,采用薄金属板制备双极板能够提高燃料电池的比功率、降低生产成本。文章运用有限元软件对薄金属极板的成形过程进行模拟,分析了板料在成形过程中的应变分布、厚度分布、延伸率等模拟结果,总结出蛇形流场结构金属极板的成形规律,并成功应用于实验中。该研究工作为全尺寸金属双极板的制备提供了可靠依据。     

质子交换膜燃料电池金属双极板材料研究进展

双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中具有隔离反应介质、收集电流、提供气体通道的作用，金属材料用于双极板面临腐蚀及表面层钝化影响电池性能等问题．在介绍了研究金属双极板性能的方法，包括接触电阻测试、电池极化性能测试、模拟电化学方法等测试方法的同时，着重介绍了在双极板中应用的不同种类铁基金属材料、轻金属材料的性能及各种表面涂层技术的研究进展．简单介绍了PEMFC中，金属双极板材料研究所应重点解决的技术问题．     

基于多目标粒子群算法的冲压成形工艺优化

基于Pareto最优解集的多目标粒子群优化算法和有限元方法,提出了一种解决板料冲压成形工艺优化的方法。以方盒件冲压成形为例,将最大增厚率和最大减薄率作为目标函数,以压边力、模具间隙、摩擦系数、冲压速度和凹模圆角半径作为设计变量,建立多目标数学模型。首先运用正交设计安排有限元仿真,然后利用RBF神经网络建立冲压成形工艺参数与厚度变化率之间的近似模型,再利用基于Pareto最优解集的多目标粒子群优化算法对冲压工艺参数优化得到一组非劣解集,最后从非劣解集中选取一组最优粒子。结果表明,利用该方法能快速、有效获得最优参数,起皱现象明显改善,避免产生破裂。     

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。     

某新能源汽车轻量化地板件冲压成形参数设计及优化

针对某新能源汽车轻量化地板件在冲压成形过程中发生的拉裂和起皱等缺陷进行研究,采用有限元模拟和实验设计相结合的方法,对工艺方案进行优化设计。以压边力F、摩擦系数μ和凹模下压速度v为影响因素,提出以最大减薄率Y_1和最大增厚率Y_2两个函数作为成形质量评价目标函数,进行多目标优化。采用正交实验设计实验方案,并在Design-Expert中对建立的优化模型进行多目标求解,最终得到了期望值最高的最优化冲压成形参数组合为:压边力F=160kN、摩擦系数μ=0.1、凹模下压速度v=2 m·s~(-1)。并通过工厂的实际试模检验了优化方案的可靠性。     

冲压PEMFC蛇形流道金属双极板转角区厚度减薄研究

经过三蛇形流道金属双极板冲压成形实验,发现双极板流道转角区因应力集中发生厚度减薄,出现局部破裂现象.因此,从优化转角区肋的拔模斜度、倒圆半径和转角区肋的高度值等方面,提出并比较了4种结构优化方案,通过非线性数值仿真软件对4种优化方案进行了仿真研究.结果表明,当选用优化转角区肋的拔模斜度和倒圆半径方案,拔模斜度至30°和...     

基于CAD/CAE的前翼板支架拉延模设计

运用CAE分析软件对前翼板支架成形过程进行了仿真分析，预测了拉延成形过程中的起皱和拉裂等缺陷，模拟分析得出前翼板支架起皱分析图、厚度变化图和成形极限图，并依此来判定其成形效果。运用正交试验法研究了压边力、冲压速度、摩擦因数、模具间隙和拉延筋阻力系数5个工艺参数对成形结果的影响，获得了工艺参数优化组合为：压边力1800 kN、冲压速度2000 mm·s^-1、摩擦因数0.16、模具间隙1.1t、拉延筋阻力系数0.5,优化后产品最大减薄率为20.4%,最大增厚率为7.5%,符合产品要求。利用UG WAVE技术，采用自顶向下的装配建模，快速设计出了前翼板支架拉延模具结构，该技术符合参数化产品设计过程和规则，使模具设计和修改更加便利。最后在试模阶段对前期工艺方案进行了验证，得到的试模结果和仿真分析结果基本保持一致，产品最大减薄率为21.3%,最大增厚率为8.1%,均满足成形要求。     

质子交换膜燃料电池极板及其表面改性研究进展

在质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs）的部件中,双极板是重要组成部分。双极板约占燃料电池成本、质量、体积的40 %、80 %、50 %。传统的PEMFC因为石墨双极板的材料、工艺等问题,造成其体积和质量较大,这增加了汽车的重量,缩小了汽车底盘地可用空间,影响了质子交换膜燃料电池汽车的性能。因此开发体积小、成本低、制备工艺简单的双极板对推进质子交换膜燃料电池的商业化应用具有重要意义。金属双极板因其成本低、力学性能好、导电性、导热性、体积相对易控等特点,在PEMFC领域备受关注。但金属双极板在PEMFC环境中易生成钝化膜,导致其接触电阻增加。因此,如何在提高金属双极板耐蚀性的同时,保持良好的导电性,是当前对PEMFC研究的重点。本文综述了石墨、复合材料和金属双极板制备工艺及表面改性方法。讨论了双极板及其表面碳化物涂层、金属涂层和氮化物涂层的优缺点,并比较了这些涂层在PEMFC环境下的耐腐蚀性和界面接触电阻性能。     

基于CAE和灰色关联的汽车前门外板冲压成形工艺参数多目标优化

以某车型前门外板为例,根据AutoForm初步数值模拟结果,将成形最大减薄率和修边后最大回弹量作为优化目标,以拉延R角半径、拉延筋阻力、摩擦系数、压边力、冲压速度为自变量,设计5因素4水平的正交试验。采用灰色关联分析法,对正交试验数据进行处理,计算各工艺参数对目标函数的关联系数和关联度,得到多目标优化的最优工艺参数组合:拉延R角半径为27 mm、拉延筋阻力为175 N·mm~(-1)、摩擦系数为0.13、压边力为1450 kN、冲压速度为2500 m·s~(-1)。使用优化过后的成形工艺参数在AutoForm中进行再次模拟,结果显示成形最大减薄率和修边后最大回弹量都得到合理控制。将优化后的工艺参数用于指导工艺设计和模面回弹补偿,然后进行模具结构设计、制造和试模,实际结果表明,前门外板冲压成形质量合格。     

预成形件对超高强钢板热冲压减薄率的影响

为了降低超高强钢板在热冲压过程中的减薄率,以车轮侧盖为研究对象,设计了4种预成形件结构方案,通过有限元模拟分析预成形件形状、尺寸对减薄率的影响,基于模拟结果,进行了预成形件热冲压实验。结果表明:热冲压件的显微组织为板条马氏体,显微硬度达到460 HV以上;零件球窝处材料减薄率最大,预成形有利于降低材料减薄率;预成形件储料面积越大,热冲压件材料减薄率越小;预成形件为深度为22.8 mm的圆拱形储料结构且切角时,材料减薄率最小,为11.67%,壁厚均匀性较好。实际热冲压实验结果和数值模拟结果基本一致。     

基于灰色关联的铝合金板拉深成形扭曲回弹工艺参数优化

针对铝合金板成形工艺参数如何选取的难点,利用灰色关联准则对铝合金板成形质量进行分析,通过因子关联度的方差分析,获得铝合金板成形工艺中的主要影响因子。为了减少板料成形工艺参数优化时间,以铝合金板成形中主要影响因子为设计变量,以板料成形后扭曲回弹、增厚、减薄为成形目标,使用拉丁超立方抽取样本,通过Dynaform软件进行数值模拟获得训练样本,利用人工免疫算法训练RBF神经网络,建立主要影响因子与成形目标之间的RBF神经网络近似模型,最后采用人工免疫算法对该模型进行优化,获得最优工艺参数。以Numisheet'96 S梁为研究对象,利用本文所提出的方法进行拉深成形研究,通过对比分析优化前后的成形结果,证明了该方法能极大地提高铝合金板的成形质量。