不銹鋼雙極板之微流道衝壓製程分析

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題名:	不銹鋼雙極板之微流道衝壓製程分析
作者:	葉峻銘陳聰嘉廖能通
貢獻者:	機械工程系
關鍵詞:	微沖壓製程雙極板不繡鋼質子交換膜燃料電池
日期:	2011
上傳時間:	2013-07-22 15:13:06 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	本論文之目的在於解析不銹鋼雙極板微流道沖壓製程的成形性與微觀尺寸效應之影響。研究中提出以剛性沖頭對長、寬皆為50mm，厚度為50μm 的不銹鋼薄板(SUS 304)進行微沖壓製程，並在每一極板上製作出21條陣列式梯形流道，其流道寬度及深度分別為0.8與0.75mm。透過有限元素法與實驗比對，以尋求最佳製程參數。本文之有限元素法是運用Prandtl-Reuss之塑流法則，結合有限元素變形理論與updated Lagrangian formulation(ULF)觀念，建立一庫侖摩擦法則之增量型彈塑性大變形有限元素分析程式以模擬不銹鋼雙極板微流道之成形製程。本論文中亦運用選擇性減化積分法SRI (slective reduced integration)與四節點四邊形退化殼元素所推導之形狀函數至剛性矩陣中。在處理彈塑性狀態及模具與板料間的接觸問題，則採用廣義的方式處理，此方式可有效處理彈塑性狀態的計算上的問題，並且延伸到處理模具與板料之間的接觸問題。而微觀材料參數則以傳統拉伸試驗求得知數據，針對不同厚度(0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0mm)變化進行比例式之修正，以得出具有微觀尺度效應之材料式，如此可使有限元數分析更加精確。本論文之研究重點在於探討傳統巨觀材料參數與比例因子修正後的材料參數之差異，以觀察尺寸效應之影響。藉由模擬與分析微沖壓成形製程之全部變形履歷資料、衝頭負荷與衝程之關係、應力與應變分布、厚度分布、X-Z平面與Y-Z平面流道截面深度及截面厚度，並透過試驗結果驗證。另外，加入不同參數變化如:摩擦力、正交異向性值、模具倒角、板料厚度與流道形狀 (梯形、方形、三角形、半圓形)等進行微沖壓製程，由結果指出最容易出現破裂區域均在主流道與次流道之轉角處。而不同流道形狀的成形性，經分析後得到半圓型具有較佳的成形性，其次是梯形。由研究結果顯示利用微沖壓製作薄不銹鋼雙極板不僅可降低成本也可加速生產時程，而本文以ULF(Updated Lagrangian Formulation)的觀念建立一彈塑性大變形有限元素分析模式，並比較傳統巨觀應力-應變關係式與比例因子修正後的關係式，結果指出修正後的材料式較能符合實際成形情況，該比例法亦可運用於SUS304不銹鋼微觀任意厚度得修正，以省略繁複的拉伸試驗。除了應用所建立之分析程式之外，並選取SUS 304進行微沖壓成形之實驗，將可作為日後進行微衝壓測試之參考。本論文所提出之方法能夠有效的模擬不銹鋼金屬雙極板之微流道沖壓製程。因此，可廣泛應用在各種流道形狀的沖壓製程上，建立完善分析數據及預估微沖壓過程中產生的各式問題，有利降低試誤損失及增進生產速率，進而使得燃料電池可朝向更精確微小化之發展。
顯示於類別:	[機械工程系(所)] 【機械工程系】博碩士論文

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