بخشی از مقاله
چکیده
صفحات دو قطبی، یکی از اجزاء مهم پیل هاي سوختی است که با روش هاي محدودي قابلیت ساخت دارند.در این مقاله ساخت صفحات دو قطبی آلومینیومی با روش شکل دهی با دمش گازي و سپس شبیه سازي فرآیند توسط نرم افرار اجزاء محدود آباکوس 6.9.3 مورد بررسی قرار می گیرد . براي این منظورنمونه هایی به قطر 68 میلیمتراز جنس آلومینیوم به ضخامت 0/2 میلیمترتهیه گردید .
قالب ها با الگوي پینی با قطر و ارتفاع متفاوت از طریق ماشینکاري ساخته شد. نمونه ها برروي قالب قرار گرفته و به کمک ورقگیر کاملا محکم شده تا از نشت گاز جلوگیري نماید. سپس کل مجموعه در داخل یک کوره قرار گرفته و تا دماي 500 درجه سانتی گراد گرم گردید . جهت شکل دهی از گاز آرگون استفاده شده است . این گاز از طریق مجرایی به داخل قالب منتقل شده ودر اثر فشار ناشی از این گاز، ورق به سمت قالب فشرده و در نهایت شکل قالب را به خود می گیرد.
پارامترهاي مورد بررسی عبارتند از: پهنا و ارتفاع پین ها و فشار شکل دهی.همچنین پارامترهاي دما، جنس ورق، شعاع لبه بیرونی و فاصله بین پین ها ثابت در نظر گرفته شده است .براي ارزیابی حالات مختلف، از توزیع ضخامت در مسیر مشخص و پروفیل پر شدگی ورق در درون قالب استفاده شده است.نتایج حاصله نشان می دهد که با افزایش فشار گاز دمشی، پرشدگی قالب افزایش می یابد و همچنین بیشترین نازك شدگی ورق، در محل تماس با لبه بیرونی پین ها می باشد.
١- مقدمه
پیل سوختی یک مبدل انرژي الکتروشیمیایی است که انرژي شیمیایی را به جریان الکتریسیته تبدیل می کند. یک پیل سوختی از چندین سلول کوچک در کنار هم ساخته می شود. در داخل هر سلول، یک غشاي پلیمري متخلخل، دو عدد الکترود و دو عدد صفحه دو قطبی فلزي وجود دارد.وظایف این صفحات عبارتند از: جدا کردن سلولها، جدایش گازها، تامین استحکام کلی سلول و محل تجمع الکترون هاي آزاد شده. اهمیت ساخت این صفحات بدین دلیل است که بیش از %80 وزنی پیل سوختی و بیش از % 30 هزینه تولید پیل هاي سوختی بر روي این صفحات متمرکز است.[1]
از آنجاییکه ضخامت این صفحات بسیار کم - عموما کمتر از 0.2 میلی متر - و نسبت کشیدگی ورق در حین شکل دهی زیاد است لذا احتمال پارگی و چروکیدگی در ورق ها افزایش می یابد. لذا شکل دهی این ورق ها کاري بسیار دقیق و حساس بوده و متعاقبا روش هاي مورد استفاده در تولید این صفحات نیز حایز اهمیت می باشد. این صفحات تاکنون به روش هاي متعددي ساخته شده اند که در ذیل به طور اجمالی چند نمونه از این روش ها بررسی شوند.
لیو و هیوا [2] در سال 2010 روش شکل دهی با پد لاستیکی را جهت شکل دهی صفحات دو قطبی با الگوي کانالی شکل از جنس فولادSS304 با ضخامت 0.1 میلیمتر به کار بردند. پارامتر هاي مورد بررسی در این پژوهش عبارت بودند از : شعاع بیرونی و شعاع داخلی شیار ها و زاویه امتداد دیواره ها.نتایج حاصل نشان داد که با افزایش شعاع بیرونی و درونی لبه هاي قالب، پرشدگی قالب افزایش می یابد.
همچنین بیشترین نازك شدگی ورق در حین شکل دهی، در محل تماس با لبه هاي قالب است.آنها در مقاله دیگري [3]در سال 2010 روش شکل دهی با پد لاستیکی را در قالبهاي محدب و مقعرمورد بررسی قرار دادند و تفاوت ها و شرایط مختلف در چگونگی پر شدن ورق را مطالعه نمودند. نتایج حاصل نشان داد که اگر نسبت عرض کانال به عرض خنک کاري - w/s > 1 - باشد،روش قالب مقعر مناسب است و در غیر این صورت روش قالب محدب مناسب است.
ساساوات و همکاران [4]در سال 2007 ساخت این صفحات با الگوي کانالی از ورق فولادي SS304 و به ضخامت 0.051 میلی متر به روش هیدروفورمینگ و سپس اتصال مکانیکی این صفحات به یکدیگر را بررسی نمودند.پارامترها عبارت بودند از پهنا و ارتفاع کانال و شعاع لبه هاي خارجی . نتایج حاصله بیانگر این موضوع بود که با افزایش فشار سیال، درصد پرشدگی قالب افزایش می یابد.
همچنین شکل گیري ورق در قالب تک راهه به جهت عدم محدودیت در جریان مواد بهتر از دیگر قالب ها است.داندر و همکاران [5]در سال 2010 مقاومت خوردگی صفحات دو قطبی ساخته شده به روش هیدروفورمینگ و استمپینگ را بر روي ورق فولادي ss304 مورد بررسی قرار دادند. پارامترهاي مورد بررسی عبارت بودند ازسرعت پانج، نرخ فشار و نیروي لازم در فرآیند استمپینگ و فشار سیال در فرآیند هیدروفورمینگ. نتایج بیانگر کاهش مقاومت خوردگی صفحات تولید شده در هر دو روش در مقایسه با ورق اولیه بود.همچنین به این نتیجه رسیدند که جهت بهبود مقاومت خوردگی صفحات تولید شده، مقادیر بهینه اي در سرعت پانچ روش استمپینگ و نرخ فشار در فرآیند هیدروفورمینگ وجود دارد.
-2 مواد و روش تحقیق
الف- مواد
جهت انجام آزمایشات از ورق آلومینیومی Al-8111 با ضخامت 0.2 میلی متر استفاده می شود. قطر نمونه ها 67 میلی متر می باشد. ترکیب شیمیایی ورق مذکور در جدول 1 آورده شده است.
ب- روند انجام آزمایشات
شماتیک کلی فرآیند شکل دهی با دمش گازي در شکل1 و اجزاء قالب و تجهیزات به کار رفته در شکل2 نشان داده شده است.
معرفی پارامترهاي قالب:
در ساخت صفحات دو قطبی پیل سوختی چندین پارامتر مهم وجود دارد که عبارتند از :
الف - پهناي کانال : - w - که عبارتست از کم ترین فاصله بین پین ها.
ب - پهناي خنک کاري : - s - که قطر پین هاي موجود می باشد.
ج - شعاع لبه بیرونی قالب - R -
د - شعاع لبه درونی قالب - r -
ه - ارتفاع پین - h - شماتیک این پارامترها در شکل3 و همچنین نمونه اي از قالب ساخته شده در شکل4 آورده شده است.
