一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置及方法

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置及方法。

背景技术：

1、金属双极板作为质子交换膜燃料电池结构的重要组件，起着支撑膜电极结构、提供氢气和氧气通道、收集电子、传导热量等诸多重要作用。为进一步降低燃料电池重量、提升汽车、飞行器的续航时间及稳定性，兼备良好的导电、传热、耐腐蚀性和轻质高强性能的ti-6al-4v双极板被应用于燃料电池。双极板成形时，由于常温下ti-6al-4v变形抗力大、成形极限低、成形性能差，严重限制了双极板微通道结构极限纵横比的进一步提高；高纵横比、变径微通道冲压过程ti-6al-4v钛合金发生剧烈塑性变形，不同区域残余应力差异大，导致不均匀变形引起的回弹缺陷严重。而在塑性成形过程中，引入不同的能量场，在不同物理机制的作用下，可改善金属成形件的成形质量。鉴于此，本发明提供一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置及方法，实现对不同物理场组合加载下金属双极板成形质量的对比，获得最优多物理场辅助加载工艺，提升金属双极板的成形质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置及方法，以解决上述背景技术中存在的问题，用于实现对不同加载方式下金属双极板成形质量及微观组织演化的探究。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置,包括上支撑座和设置在所述上支撑座下方的下支撑座，安装于万能试验机，所述上支撑座和所述下支撑座之间设置有双极板成形上模、双极板成形下模和绝缘垫，所述双极板成形上模的右侧和所述双极板成形下模的左侧均设置有预置凸台，用于脉冲电流的接入，可以通过脉冲电源设置相应的脉冲电流参数，所述双极板成形上模的一侧设置有超声变幅杆，所述超声变幅杆上设置有超声波换能器，超声波换能器外接超声波发生器，所述双极板成形下模靠近所述双极板成形上模的表面设置有试样。

3、优选的，所述双极板成形上模设置在所述双极板成形下模的上方，所述绝缘垫设置有两个，两个所述绝缘垫分别设置在所述上支撑座与所述双极板成形上模、所述下支撑座与所述双极板成形下模之间，为防止脉冲电流对试验设备的损害。

4、优选的，两个所述绝缘垫与所述双极板成形上模、所述双极板成形下模的尺寸分别相同。

5、优选的，所述上支撑座、所述下支撑座、所述绝缘垫、所述双极板成形上模和所述双极板成形下模之间通过绝缘套筒和紧固螺钉连接。

6、一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验方法，包括以下步骤：

7、s1、通过紧固螺钉实现双极板成形上模，双极板成形下模与上支撑座、下支撑座和绝缘垫之间的连接；

8、s2、不施加多能场辅助，确定测试参数，进行冲压试验，获得成形后的双极板，实验结束后测量回弹角，观察表面质量，并进行微观组织观察；

9、s3、基于电脉冲辅助双极板冲压成形时，在双极板成形上模右侧和双极板成形下模左侧的预置凸台处引入脉冲电流，设置脉冲电流参数，引入电流结束后，关闭电源，启动冲压设备，完成金属双极板冲压成形，实验结束后测量回弹角，观察表面质量，并进行微观组织观察；

10、s4、基于超声波辅助双极板冲压成形时，在与超声波换能器外接的超声波发生器上设置超声参数，引入超声能场，同时启动冲压设备，完成金属双极板冲压成形，实验结束后测量回弹角，观察表面质量，并进行微观组织观察；

11、s5、多能场耦合金属双极板冲压成形时，同时引入脉冲电流和超声能场，同时启动冲压设备，完成金属双极板冲压成形，实验结束后测量回弹角，观察表面质量，并进行微观组织观察；

12、s6、在s2、s3、s4、s5步骤结束后，对比不同辅助工艺下金属双极板的表面质量和回弹角大小。

13、因此，本发明采用上述一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置及方法，具备以下有益效果：

14、(1)能够实现不同物理场作用下金属双极板成形质量及微观组织演化的探究；

15、(2)基于同一套实验装置，可以实现无多物理场辅助、超声场辅助、电场辅助、电场-超声协同辅助四种加载方式下金属双极板成形质量的对比，从而获得最优的多物理场辅助冲压工艺，减少模具设计、制造和调试的时间及费用。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置，其特征在于：包括上支撑座和设置在所述上支撑座下方的下支撑座，所述上支撑座和所述下支撑座之间设置有双极板成形上模、双极板成形下模和绝缘垫，所述双极板成形上模的右侧和所述双极板成形下模的左侧均设置有预置凸台，所述双极板成形上模的一侧设置有超声变幅杆，所述超声变幅杆上设置有超声波换能器，所述双极板成形下模靠近所述双极板成形上模的表面设置有试样。

2.根据权利要求1所述的一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置，其特征在于：所述双极板成形上模设置在所述双极板成形下模的上方，所述绝缘垫设置有两个，两个所述绝缘垫分别设置在所述上支撑座与所述双极板成形上模、所述下支撑座与所述双极板成形下模之间。

3.根据权利要求2所述的一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置，其特征在于：两个所述绝缘垫与所述双极板成形上模、所述双极板成形下模的尺寸分别相同。

4.根据权利要求3所述的一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置，其特征在于：所述上支撑座、所述下支撑座、所述绝缘垫、所述双极板成形上模和所述双极板成形下模之间通过绝缘套筒和紧固螺钉连接。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置及方法，属于燃料电池技术领域，包括上支撑座和设置在所述上支撑座下方的下支撑座，所述上支撑座和所述下支撑座之间设置有双极板成形上模、双极板成形下模和绝缘垫，所述双极板成形上模的右侧和所述双极板成形下模的左侧均设置有预置凸台，所述双极板成形上模的一侧设置有超声变幅杆，所述超声变幅杆上设置有超声波换能器，所述双极板成形下模靠近所述双极板成形上模的表面设置有试样。本发明采用上述一种多物理场辅助金属双极板冲压成形实验装置及方法，可以实现不同物理场作用下金属双极板成形质量及微观组织演化的探究。

技术研发人员：杨岩峰,金凤臻,李恒,蔡文涛,边天军
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16