شبیه سازی فرآیند شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی به روش هیدروفرمینگ و مقایسه نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی

صفحات دوقطبی یکی از مهمترین اجزای یک پیل سوختی به حساب می آیند. این صفحات از جنس های مختلف نظیر صفحات گرافیتی، کامپوزیتی و فلزی (بخصوص فولاد زنگ نزن) و با فرآیندهای متفاوت نظیر ماشینکاری، قالبگیری و شکل دهی ساخته می شوند. در سال های اخیر استقبال زیادی از صفحات فلزی دوقطبی شکل دهی شده به عمل آمده است. در بحث طراحی الگو های مسیر جریان بر روی این صفحات، از الگوهای متفاوتی نظیر مارپیچ، موازی و پینی استفاده می شود. از بین این الگوها، شکل دهی صفحات دوقطبی با مسیر جریان پینی یکی از پیچیده ترین حالت ها می باشد. تاکنون گزارشی مبنی بر شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی با الگوی پینی مشاهده نشده است. به دلیل اهمیت بالای این نوع مسیر جریان و راندمان بالای آن در شرایط دما بالا و پیچیدگی شکل دهی آن، شکل دهی صفحات فلزی دوقطبی با مسیر جریان پینی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن 304 با ضخامت 11/0 میلیمتر و با الگوی پینی به کمک فرآیند هیدروفرمینگ بطور شبیه سازی و تجربی بررسی شد. در ابتدا با مقایسه دو حالت شکل دهی با قالب محدب و مقعر امکان شکل دهی الگوی پینی مورد بررسی قرار گرفت. در این مورد چهار پارامتر درصد پرشدگی، درصد نازک شدگی، زبری سطح آندی- کاتدی و دقت ابعادی نواحی آندی– کاتدی و کانال مسیر جریان بررسی شد. سپس با انتخاب حالت شکل دهی مناسب (از بین دو حالت محدب و مقعر)، پارامتر های مختلف نظیر نسبت عمق به عرض، هندسه پین، زاویه دیواره، ابعاد پخ و سطح فشار تغییر داده شد و اثر آنها بر روی درصد نازک شدگی و درصد پر شدگی بررسی شد. بدین منظور ابتدا چند تست تجربی به عمل آمد و در ادامه با انجام شبیه سازی و تایید نتایج آن، به منظور بررسی گسترده تر، از شبیه سازی استفاده شد. در نهایت، پس از بررسی پارامترهای مختلف مربوط به هندسه های مختلف پین، بهترین پارامترها به منظور شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی با الگوی پینی شکل با هندسه های دایروی و بیضوی با نسبت قطر کوچک به قطر بزرگ 7/0 و 4/0 ارایه شد. در طی این پایان نامه، صفحات دوقطبی فلزی سالمی با الگوی پینی شکل در هندسه های مختلف (هندسه های دایروی و بیضوی با نسبت قطر کوچک به قطر بزرگ 7/0 و 4/0) به کمک روش هیدروفرمینگ برای نخستین بار شکل دهی شدند. علاوه بر قابلیت شکل دهی چنین صفحاتی، نمونه هایی با نسبت عمق به عرض زیاد (67/0) (که از نسبت عمق به عرض نمونه های شیاری شکل داده شده در دیگر پژوهش ها بیشتر می باشد) بطور کامل و بدون وجود آثاری از پارگی شکل داده شد.