复杂金属箔板件精密成形机理与技术基础研究

以具有大面积微小特征的燃料电池金属极板软模成形为代表的复杂金属箔板件精密成形过程为研究对象，采用材料试验、软模成形实验和数值模拟技术相结合的方法，对该成形过程建立有效的有限元模型；系统研究金属极板局部典型微小特征的软模成形规律，确定考虑材料尺度效应的金属箔板极限拉深比；系统研究金属箔板在软凸模和软凹模之间的材料转移模式，揭示金属极板软模成形协调变形机理，确定合理的拉深比整体分布；研究影响成形极限和成形精度的主要因素和影响规律，完善复杂金属箔板件精密成形机理，建立金属极板软模成形工艺理论和优化方法，为高精度高效低成本金属极板成形技术提供科学依据。本项目对于发展复杂金属箔板成形理论和方法，促进燃料电池和新能源技术应用具有重要学术价值和实际意义。

质子交换膜燃料电池金属双极板具有大面积微小流道特征，占燃料电池电堆总重量的70%、总成本的60%以上，是质子交换膜燃料电池实用化的关键部件，电池装配要求极板成形后残余应力小、整体平面精度高、微小特征形状尺寸精确、表面光洁。本项目以具有大面积微小特征的燃料电池金属极板为代表的复杂金属箔板件精密成形机理与技术基础研究，拓展金属箔板成形工艺的应用范围，为燃料电池金属极板的制造探索新方法。.本项目主要从以下4各方面开展研究工作。1）通过金属箔板的半球胀形实验得到成形极限曲线，通过单向压缩试验得到应力应变曲线，通过分析平均应力三轴度得到不锈钢断裂准则，通过微观分析得到裂纹生成机理，从而逐步建立精确的材料本构模型，获得3项材料性能测试装备和方法的相关专利；2）通过小面积不锈钢极板成形实验得到局部流道尺寸的周期性规律，通过大面积不锈钢极板成型模拟建立误差预测补偿方法，通过极板结构和公差设计确定合理的流道尺寸；3)通过不锈钢极板焊接组成双极板，探明激光焊接参数对焊接质量及变形的影响规律；4）通过全尺寸不锈钢极板成形实验，得到全局流道尺寸与变形的关系，并制定相应的抑制装配变形应力的整体弧形极板结构，增强极板的整体刚度，获得1项发明专利。