CN116833264B - 燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池极板生产技术领域，具体涉及燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，该获取方法包括获取辊压成形后的第一流道成形深度、第一流道拔模角，并同时获取辊压成形后流道发生回弹所形成的回弹成形深度和回弹拔模角的步骤和获取冲压整形后的第二流道成形深度、第二流道拔模角的步骤。本发明提供的燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，可以有效获取辊冲复合成形工艺中对应成形阶段的流道参数，为流道参数的准确预测提供理论支持的同时，进而保证了金属双极板在各成形阶段中的成形精度，最终完成金属双极板的加工需求。

Description

燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法
技术领域
本发明属于燃料电池极板生产技术领域，具体涉及燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，尤其涉及一种针对燃料电池金属双极板处于辊压成形阶段和/或冲压整形阶段时，提供其对应成形阶段的流道成形深度以及拔模角的获取方法。
背景技术
金属双极板是燃料电池的重要组成部分，因其高导电性、高导热性、良好的机械加工性而备受关注。传统的燃料电池金属双极板流道成形工艺，普遍存在减薄率高、拔模角过大、成形极限低等缺陷，严重影响燃料电池堆的电化学性能、安全性能以及使用寿命。
为此，经过长时间的技术探究，现阶段形成了一种燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺，能够更优地提高金属双极板的成形精度，同时更好的减少成形后金属双极板厚度的减薄以及克服回弹因素的影响。
但是，目前多工步辊冲复合成形工艺过程中存在各成形阶段流道的参数难以有效获取或获取的参数不准确，难以预测辊冲复合成形下各成形阶段中金属双极板的成形精度，进而导致最终成形的金属双极板难以满足加工要求。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，旨在解决辊冲复合成形工艺过程中流道参数难以有效获取或获取参数不准确的问题。
本发明提供的燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，不仅能够准确获取各成形阶段中的流道参数，而且还能为各成形阶段所采用的模具参数的设计提供技术支撑。
为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，包括以下步骤：
S1.获取辊压成形后的第一流道成形深度和第一流道拔模角，并同时获取辊压成形后流道发生回弹所形成的回弹成形深度和回弹拔模角，具体包括；
S11.利用辊压成形模具的尺寸参数，获取辊压完成阶段的第一流道成形深度、第一流道拔模角和第一流道侧壁长，其中，所述辊压完成阶段指燃料电池金属双极板在辊压成形模具中刚好辊压成形结束，此时流道并未发生回弹；
S12.利用回弹角公式（1）确定出流道回弹之后所形成的回弹角，然后根据已获取的第一流道拔模角及回弹角即可确定出回弹拔模角，随后再结合已获取的第一流道侧壁长，进而确定出流道回弹完成后所形成的回弹成形深度；
公式（1）
式中，为回弹角，/>为流道中性层半径，/>为辊压成形双极板卸载前流道圆角区的弯曲中心角，M为双极板板料弯曲时产生的弯矩，E为弹性模量，I为转动惯量；
S2.获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角，具体包括；
S21.利用冲压整形模具的尺寸参数，获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角。
进一步的，所述步骤S11中利用辊压成形模具的尺寸参数，获取辊压完成阶段的第一流道成形深度、第一流道拔模角和第一流道侧壁长，具体包括：
首先，根据辊压成形模具中下辊凸模高度与上下辊的辊间隙确定出辊压完成后所形成的第一流道成形深度；
其次，利用确定的第一流道成形深度结合辊压成形模具中的侧边间隙，进一步确定出流道侧壁与水平面的夹角，然后通过公式（2）即可确定出第一流道拔模角和第一流道侧壁长；
公式（2）
式中，为第一流道拔模角，/>为辊压完成阶段流道侧壁与水平面的夹角且，/>为下辊凸模高度，/>为上下辊的辊间隙，/>为辊压成形模具的侧边间隙，/>为第一流道侧壁长。
更进一步的，根据辊压成形模具中圆角半径及辊压成形模具侧边间隙的设定范围，结合检索要素表即可获取流道圆角区的厚度。
再进一步的，所述步骤S12中利用回弹角公式（1）确定出流道回弹之后所形成的回弹角，然后根据已获取的第一流道拔模角及回弹角即可确定出回弹拔模角，随后再结合已获取的第一流道侧壁长，进而确定出流道回弹完成后所形成的回弹成形深度，具体包括：
第一、利用公式（3）确定出金属双极板板材弯曲时产生的弯矩M以及转动惯量I，
公式（3）
式中，为流道中性层半径，E为弹性模量，/>为屈服应力，K为强化系数，与材料的性质有关，n为加工硬化指数，/>为金属双极板原始板厚，b为金属双极板板材宽度；
第二、然后通过公式（1）和公式（3）确定出回弹角，
，
第三、根据公式（4）最终获得回弹拔模角和回弹成形深度；
公式（4）。
进一步的，所述步骤S21中利用冲压整形模具的尺寸参数，获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角，具体包括：
根据冲压整形模具中下模凸起高度与上下冲压模之间的模具间隙确定出冲压整形后所形成的第二流道成形深度；
利用确定的第二流道成形深度结合冲压整形模具的侧边间隙，进一步确定出冲压整形阶段流道侧壁与水平面的夹角，然后通过公式（5）即可确定出第二流道拔模角；
公式（5）
式中，为第二流道拔模角，/>为冲压整形阶段流道侧壁与水平面的夹角，/>为冲压整形模具中下模凸起高度，/>为上下冲压模之间的模具间隙，/>为冲压整形模具的侧边间隙。
本发明的有益效果：
本发明提供的燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，包括辊压成形及流道回弹后参数的获取方法和冲压整形流道参数的获取方法，基于此方法，可以有效获取辊冲复合成形工艺中对应成形阶段的流道参数，为流道参数的准确预测提供理论支持的同时，进而保证了金属双极板在各成形阶段中的成形精度，最终完成金属双极板的加工需求；此外，本发明提供的流道参数获取方法，还可为各成形阶段中采用的模具参数设计提供技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中涉及的辊压成形结束时流道并未发生回弹状态时的流道成形状态示意图；
图2是本发明中涉及的辊压成形后流道发生回弹后的状态示意图；
图3是本发明中涉及的冲压整形过程中流道成形状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
鉴于目前多工步辊冲复合成形工艺过程中各成形阶段流道的参数难以有效获取或获取的参数不准确的问题，本发明提出一种燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，本质上是提出一种针对各成形阶段中流道参数准确预测的方法，从而为成形的模具设计、金属双极板的加工精度提供保证。
因此，本发明的燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法包括：辊压成形及流道回弹后参数的获取方法和冲压整形流道参数的获取方法两大步骤。
在辊压成形及流道回弹后参数的获取方法中，本发明主要获取第一流道成形深度、第一流道拔模角、第一流道侧壁长和流道圆角区的厚度以及回弹拔模角、回弹成形深度。由于现有的参数获取方法无法有效获取回弹拔模角及回弹成形深度，因此，该步骤为本发明的核心内容。
在冲压整形流道参数的获取方法中，本发明主要获取第二流道成形深度和第二流道拔模角。
具体到本例中，燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，包括以下步骤：
S1.获取辊压成形后的第一流道成形深度和第一流道拔模角，并同时获取辊压成形后流道发生回弹所形成的回弹成形深度和回弹拔模角；和
S2.获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角。
其中，在步骤S1中，又具体包括：
S11.利用辊压成形模具的尺寸参数，获取辊压完成阶段的第一流道成形深度、第一流道拔模角和第一流道侧壁长，其中，所述辊压完成阶段指燃料电池金属双极板在辊压成形模具中刚好辊压成形结束，此时流道并未发生回弹；如图1所示。
在此步骤S11中，获取第一流道成形深度、第一流道拔模角和第一流道侧壁长的详细过程如下：
首先，根据辊压成形模具中下辊凸模高度与上下辊的辊间隙确定出辊压完成后所形成的第一流道成形深度。
其次，利用确定的第一流道成形深度结合辊压成形模具中的侧边间隙，进一步确定出流道侧壁与水平面的夹角，然后通过公式（2）即可确定出第一流道拔模角和第一流道侧壁长；
公式（2）
式中，为第一流道拔模角，/>为辊压完成阶段流道侧壁与水平面的夹角，/>为下辊凸模高度，/>为上下辊的辊间隙，/>为辊压成形模具的侧边间隙，/>为第一流道侧壁长。
S12.利用回弹角公式（1）确定出流道回弹之后所形成的回弹角，然后根据已获取的第一流道拔模角及回弹角即可确定出回弹拔模角，随后再结合已获取的第一流道侧壁长，进而确定出流道回弹完成后所形成的回弹成形深度；如图2所示，图2中流道显示的虚线为流道的中性层；
公式（1）
式中，为回弹角，/>为流道中性层半径，/>为辊压成形双极板卸载前流道圆角区的弯曲中心角且/>，M为双极板板料弯曲时产生的弯矩，E为弹性模量，I为转动惯量。
在此步骤S12中，需前期利用公式（3）首先确定出金属双极板板材弯曲时产生的弯矩M以及转动惯量I：
公式（3），
式中，为流道中性层半径，E为弹性模量，/>为屈服应力，K为强化系数，与材料的性质有关，n为加工硬化指数，/>为金属双极板原始板厚，b为金属双极板板材宽度。
然后再通过公式（1）和公式（3）确定出回弹角：
。
最后根据公式（4）获得回弹拔模角和回弹成形深度：
公式（4）。
此外，在上述辊压成形的过程中，本发明还可以根据辊压成形模具中圆角半径及侧边间隙的设定范围，结合检索要素表1即可获取流道圆角区的厚度。
表1
圆角半径/mm 0.18 0.18 0.18 0.23 0.23 0.23 0.28 0.28 0.28
侧隙/mm 0.13 0.18 0.23 0.13 0.18 0.23 0.13 0.18 0.23
厚度/mm 0.078 0.082 0.085 0.082 0.084 0.088 0.085 0.090 0.094
至此，本发明关于辊压成形过程中流道参数的获取方法结束。
在本发明的冲压整形阶段，利用冲压整形模具的尺寸参数，获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角，具体包括：
根据冲压整形模具中下模凸起高度与上下冲压模之间的模具间隙确定出冲压整形后所形成的第二流道成形深度。
利用确定的第二流道成形深度结合冲压整形模具的侧边间隙，进一步确定出冲压整形阶段流道侧壁与水平面的夹角，然后通过公式（5）即可确定出第二流道拔模角；如图3所示，
公式（5），
式中，为第二流道拔模角，/>为冲压整形阶段流道侧壁与水平面的夹角，/>为冲压整形模具中下模凸起高度，/>为上下冲压模之间的模具间隙，/>为冲压整形模具的侧边间隙。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取辊压成形后的第一流道成形深度和第一流道拔模角，并同时获取辊压成形后流道发生回弹所形成的回弹成形深度和回弹拔模角，具体包括：
S11.利用辊压成形模具的尺寸参数，获取辊压完成阶段的第一流道成形深度、第一流道拔模角和第一流道侧壁长，具体包括以下步骤：
首先，根据辊压成形模具中下辊凸模高度与上下辊的辊间隙确定出辊压完成后所形成的第一流道成形深度；
其次，利用确定的第一流道成形深度结合辊压成形模具中的侧边间隙，进一步确定出流道侧壁与水平面的夹角，然后通过公式（2）即可确定出第一流道拔模角和第一流道侧壁长；
，
式中，为第一流道拔模角，/>为辊压完成阶段流道侧壁与水平面的夹角且/>，/>为下辊凸模高度，/>为上下辊的辊间隙，/>为辊压成形模具的侧边间隙，/>为第一流道侧壁长；
其中，所述辊压完成阶段指燃料电池金属双极板在辊压成形模具中刚好辊压成形结束，此时流道并未发生回弹；
S12.利用回弹角公式（1）确定出流道回弹之后所形成的回弹角，然后根据已获取的第一流道拔模角及回弹角即可确定出回弹拔模角，随后再结合已获取的第一流道侧壁长，进而确定出流道回弹完成后所形成的回弹成形深度，具体包括以下步骤：
第一、利用公式（3）确定出金属双极板板材弯曲时产生的弯矩M以及转动惯量I，
，
式中，为流道中性层半径，E为弹性模量，/>为屈服应力，K为强化系数，与材料的性质有关，n为加工硬化指数，/>为金属双极板原始板厚，b为金属双极板板材宽度；
第二、然后通过公式（1）和公式（3）确定出回弹角，
，
式中，为回弹角，/>为流道中性层半径，/>为辊压成形双极板卸载前流道圆角区的弯曲中心角，M为双极板板料弯曲时产生的弯矩，E为弹性模量，I为转动惯量；
第三、根据公式（4）最终获得回弹拔模角和回弹成形深度；
；
在此基础上，根据辊压成形模具中圆角半径及辊压成形模具侧边间隙的设定范围，结合检索要素表即可获取流道圆角区的厚度；
S2.获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角，具体包括：
S21.利用冲压整形模具的尺寸参数，获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角。
2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板辊冲复合成形工艺流道参数获取方法，其特征在于，所述步骤S21中利用冲压整形模具的尺寸参数，获取冲压整形后的第二流道成形深度和第二流道拔模角，具体包括：
根据冲压整形模具中下模凸起高度与上下冲压模之间的模具间隙确定出冲压整形后所形成的第二流道成形深度；
利用确定的第二流道成形深度结合冲压整形模具的侧边间隙，进一步确定出冲压整形阶段流道侧壁与水平面的夹角，然后通过公式（5）即可确定出第二流道拔模角；
，
式中，为第二流道拔模角，/>为冲压整形阶段流道侧壁与水平面的夹角，/>为冲压整形模具中下模凸起高度，/>为上下冲压模之间的模具间隙，/>为冲压整形模具的侧边间隙。
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