棋盤式微流道雙極板冲壓製程之分析

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題名:	棋盤式微流道雙極板冲壓製程之分析
作者:	林蔣承陳聰嘉連得銘
貢獻者:	機械工程系
關鍵詞:	金屬雙極板棋盤式冲壓微流道質子交換膜燃料電池
日期:	2012
上傳時間:	2013-07-23 13:20:28 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	雙極板是質子交換膜燃料電池中關鍵組件之一，但傳統石墨雙極板成本昂貴且需要幾毫米厚度，所以金屬雙極板因而產生。本文使用有限元素分析程式模擬不銹鋼雙極板棋盤式微流道冲壓製程，材料為長與寬皆為15mm，厚度0.05mm 的不銹鋼薄板(SUS304)，以剛性沖頭對材料做微沖壓製程，在雙極板上沖出棋盤式6*6 顆圓形凸緣流道，流道寬度和深度分別為0.75mm 和0.5mm，探討冲壓製程最佳成形性及微觀尺寸效應影響。本文有限元素法是運用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變形有限元素分析程式以模擬金屬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rmin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。本文研究重點在於藉由模擬與分析微冲壓成形製程之全部變形履歷資料、冲頭負荷與冲程之關係、應力與應變分布、厚度分布、截面深度及截面厚度，並選用SUS304 薄板進行微冲壓成形之實驗，與模擬結果作比對以驗證本分析程式之可靠性。另外，使用不同參數有：摩擦係數、模具倒角半徑、板料厚度、模具角度與柱體形狀 (梯柱、方柱、圓柱以及錐柱) 等做變化進行微冲壓製程分析。不同柱體形狀的成形性，經分析後得到梯柱具有較佳的成形性，其次是圓錐柱；在冲程方面，除了0.5mm 以外也實際做過其他冲程之模擬與實驗，在模擬時發現冲程只要高於0.5mm 就會有裂痕之情形，此情形與實際冲壓得出之成品相符合；越接近板材中央處所量測出的流道深度會越深，越外圍的流道深度受到板材翹曲的影響，流道深度會越淺。本文建立有限元素分析模式，亦比較傳統巨觀材料模型與比例因子修正後的材料模型，結果指出修正後的材料模型較能符合實際成形情況，該比例因子修正法亦可運用於SUS304 不銹鋼微觀任意厚度的修正，以省略繁複的拉伸試驗。本論文所提出之方法能夠有效地模擬不銹鋼金屬雙極板之微流道冲壓製程。因此，可廣泛應用在各種流道形狀的冲壓製程上，建立完善分析數據及預估微冲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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