聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法、系统及仿真方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法、系统及仿真方法，所述的金属双极板至少具有若干二阶流道结构；且所述方法包括：S1、确定多个受力分析区域，所述受力分析区域依据待加工的金属双极板所需的受力情况确定；S2、逐一对各个受力分析区域进行解析以获取各自对应的受力参数，所述受力参数用于表征各个受力分析区域对应的二阶流道分段结构的设计参数；S3、基于所述设计参数，确定二阶流道结构的全部设计参数；S4、通过软模成形工艺构造金属双极板；所述软模成形工艺中采用橡胶垫与凸模配合形成二阶流道结构。本发明专利技术采用具有更高功率密度的二阶流道结构代替传统的一阶流道看，以低成本高效率的方式成形金属双极板。

【技术实现步骤摘要】
聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法、系统及仿真方法
本专利技术涉及金属双极板结构设计与成形
，尤其涉及一种聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法分析系统以及仿真方法。
技术介绍
现有的金属双极板的加工成形方式主要有精密冲压、辊压成形、电子雕刻、化学腐蚀；且已有的双极板多由具有普通一阶流道的结构构成。但是这种流道功率密度低。其中，对于精密冲压方法，其是靠压力机和精密冲压模具对板材施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。但是这种成形方式对模具的要求高，因此生产成本也较高。其中，对于辊压成形方法，其是指依靠材料的塑性移动特性，采用滚动挤压的原理成形各种复杂制件的工艺。然而使用这种方式生产的双极板表面平整度较差且生产效率较低。其中，对于电子雕刻方法，其是指将光信号或数字信号，通过光电转换和电磁转换变成雕刻刀机械运动，从而使板材成形的过程。但是这种加工方法生产效率较低并且生产成本较高。其中，对于化学腐蚀方法，其是指将多余金属材料与周围腐蚀介质发生化学反应而获得所需形状的成形方法。但是这种加工方法生产成本较高同时生产效率偏低。
技术实现思路
基于此，为解决现有技术所存在的不足，特提出了一种聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法，其特征在于，所述的金属双极板至少具有若干二阶流道结构；且所述加工成形方法至少包括下述步骤：S1、确定多个受力分析区域，所述受力分析区域依据待加工的金属双极板所需的受力情况确定；S2、逐一对各个受力分析区域进行解析以获取各自对应的受力参数，所述受力参数用于表征各个受力分析区域对应的二阶流道分段结构的设计参数；S3、基于所述设计参数，确定二阶流道结构的全部设计参数；S4、通过软模成形工艺构造金属双极板；所述软模成形工艺中采用橡胶垫与凸模配合形成二阶流道结构。可选的，在其中一个实施例中，所述橡胶垫为聚氨酯橡胶垫。可选的，在其中一个实施例中，所述对受力分析区域进行解析的过程包括：首选创建每一受力分析区域各自对应的应力平衡微分模型，其次，基于每一受力分析区域各自对应的屈服准则，确定出每一受力分析区域各自对应的受力分析模型；所述二阶流道结构至少被分为7个受力分析区域。可选的，在其中一个实施例中，所述对受力分析区域进行解析的具体过程包括：S21、创建第一受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：对应的受力分析模型为：其中，第一受力分析区域板厚t1＝t0，t0为初始板厚，为金属模具与板表面的摩擦力，为板与橡胶垫表面的摩擦力，k为剪切屈服应力，m1和m2分别是不同表面之间的摩擦系数，σ1为第一受力分析区域对应的的径向拉应力，L1为第一受力分析区域板材的长度，σ1-f为第一受力分析区域的最终径向拉应力，a1为第二受力分析区域与第一受力分析区域宽度方向的分界点；S22、创建第二受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：对应的屈服准则方程:根据上述公式，得到：由于第一受力分析区域最终厚度等于二受力分析区域的初始厚度，最终得到对应的受力分析模型为其中，t2为第二受力分析区域板厚，r1为第二受力分析区域板厚的圆角半径，σ2为第二受力分析区域对应的的径向拉应力，P为板材受到的垂直应力；a2为第二受力分析区域与第三受力分析区域宽度方向的分界点；t1-f为第一受力分析区域板材的最终厚度；t2-f为第二受力分析区域板材的最终厚度，θ1为第二受力分析区域板材的转角角度；第二受力分析区域内所述中间变量x其范围为x∈[a1，a2]；S23、创建第三受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：对应的屈服准则方程:由于第二受力分析区域的最终厚度等于第三受力分析区域的初始厚度，即t3-i＝t2-f，根据上述公式，得到对应的受力分析模型为：其中，t3为第三受力分析区域板厚，r1为第二受力分析区域板厚的圆角半径，σ3为第三受力分析区域对应的的径向拉应力，P为板材受到的垂直应力，a3为第三受力分析区域与第四受力分析区域宽度方向的分界点；t3-f为第三受力分析区域板材的最终厚度；第三受力分析区域内所述中间变量x其范围为x∈[a2，a3]；L2为第三受力分析区域板材的长度；S24、创建第四受力分析区域对应的第一应力平衡微分模型，所述第一应力平衡微分模型公式：对应的屈服准则方程:由于第三受力分析区域的最终厚度等于第四受力分析区域的初始厚度，即t4-i＝t3-f，根据上述公式，得到：创建第四受力分析区域对应的第二应力平衡微分模型，所述第二应力平衡微分模型公式：对应的屈服准则方程:由于第四受力分析区域的最终厚度等于第五受力分析区域的初始厚度即t4-f＝t5-i，根据上述公式，得到：联合公式(12)与(15)，获得对应的受力分析模型为其中，at-min为板材的厚度最薄的位置；t4为第四受力分析区域板厚，r2为第四受力分析区域板厚的圆角半径，σ4为第四受力分析区域对应的的径向拉应力，a4为第四受力分析区域与第五受力分析区域宽度方向的分界点；t5-i为第五受力分析区域板材的初始厚度，θ2为第四受力分析区域的转角角度，θ3为第六受力分析区域的转角角度；第四受力分析区域内所述中间变量x其范围为x∈[a3，a4]；S25、创建第五受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：对应的屈服准则方程:由于第五受力分析区域的最终厚度等于第六受力分析区域的初始厚度即t5-f＝t6-i，根据上述公式，得到对应的受力分析模型为：其中，t5为第五受力分析区域板厚，θ3为第五受力分析区域板厚的转角角度，σ5为第五受力分析区域对应的的径向拉应力，a5为第五受力分析区域与第六受力分析区域宽度方向的分界点；第五受力分析区域内所述中间变量x其范围为x∈[a4，a5]；S26、创建第六受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：对应的屈服准则方程:由于第六受力分析区域的最终厚度等于第七受力分析区域的初始厚度即t7-i＝t6-f，根据上述公式，得到对应的受力分析模型为：其中，t6为第六受力分析区域板厚，r3为第六受力分析区域板厚的圆角半径，σ6为第六受力分析区域对应的的径向拉应力，a6为第六受力分析区域与第七受力分析区域宽度方向的分界点，L3为第五受力分析区域板材的长度；；S27、创建第七受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：根据上述公式，得到对应的受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法，其特征在于，所述的金属双极板至少具有若干二阶流道结构；且所述加工成形方法至少包括下述步骤：/nS1、确定多个受力分析区域，所述受力分析区域依据待加工的金属双极板所需的受力情况确定；/nS2、逐一对各个受力分析区域进行解析以获取各自对应的受力参数，所述受力参数用于表征各个受力分析区域对应的二阶流道分段结构的设计参数；/nS3、基于所述设计参数，确定二阶流道结构的全部设计参数；/nS4、通过软模成形工艺构造金属双极板；所述软模成形工艺中采用橡胶垫与凸模配合形成二阶流道结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法，其特征在于，所述的金属双极板至少具有若干二阶流道结构；且所述加工成形方法至少包括下述步骤：
S1、确定多个受力分析区域，所述受力分析区域依据待加工的金属双极板所需的受力情况确定；
S2、逐一对各个受力分析区域进行解析以获取各自对应的受力参数，所述受力参数用于表征各个受力分析区域对应的二阶流道分段结构的设计参数；
S3、基于所述设计参数，确定二阶流道结构的全部设计参数；
S4、通过软模成形工艺构造金属双极板；所述软模成形工艺中采用橡胶垫与凸模配合形成二阶流道结构。


2.根据权利要求1所述的聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法，其特征在于，所述二阶流道结构具有呈周期状分布的波纹起伏结构，所述波纹起伏结构包括一阶流道结构以及在所述一阶流道结构上顶部形成向中心靠拢的尖部结构。


3.根据权利要求1所述的聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法，其特征在于，所述橡胶垫为聚氨酯橡胶垫。


4.根据权利要求1所述的聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法，其特征在于，S2中所述对受力分析区域进行解析的过程包括：首选创建每一受力分析区域各自对应的应力平衡微分模型，其次，基于每一受力分析区域各自对应的屈服准则，确定出每一受力分析区域各自对应的受力分析模型。


5.根据权利要求4所述的聚氨酯软模成形金属双极板加工成形方法，其特征在于，所述对受力分析区域进行解析的具体过程包括：
S21、创建第一受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：



对应的受力分析模型为：



其中，第一受力分析区域板厚t1＝t0，t0为初始板厚，为金属模具与板表面的摩擦力，为板与橡胶垫表面的摩擦力，k为剪切屈服应力，m1和m2分别是不同表面之间的摩擦系数，σ1为第一受力分析区域对应的的径向拉应力，L1为第一受力分析区域板材的长度，σ1-f为第一受力分析区域的最终径向拉应力，a1为第二受力分析区域与第一受力分析区域宽度方向的分界点；
S22、创建第二受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：



对应的屈服准则方程：



根据上述公式，得到：



由于第一受力分析区域最终厚度等于二受力分析区域的初始厚度，最终得到对应的受力分析模型为



其中，t2为第二受力分析区域板厚，r1为第二受力分析区域板厚的圆角半径，σ2为第二受力分析区域对应的的径向拉应力，P为板材受到的垂直应力；a2为第二受力分析区域与第三受力分析区域宽度方向的分界点；t1-f为第一受力分析区域板材的最终厚度；t2-f为第二受力分析区域板材的最终厚度，θ1为第二受力分析区域板材的转角角度；第二受力分析区域内所述中间变量x其范围为x∈[a1，a2]；
S23、创建第三受力分析区域对应的应力平衡微分模型，所述应力平衡微分模型公式为：



对应的屈服准则方程：



由于第二受力分析区域的最终厚度等于第三受力分析区域的初始厚度，即t3-i＝t2-f，根据上述公式，得到对应的受力分析模型为：



其中，t3为第三受力分析区域板厚，r1为第二受力分析区域板厚的圆角半径，σ3为第三受力分析区域对应的的径向拉应力，P为板材受到的垂直应力，a3为第三受力分析区域与第四受力分析区域宽度方向的分界点；t3-f为第三受力分析区域板材的最终厚度；第三受力分析区域内所述中间变量x其范围为x∈[a2，a3]；L2为第三受力分析区域板材的长度；
S24、创建第四受力分析区域对应的第一应力平衡微分模型，所述第一应力平衡微分模型公式：


...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿雨，腾飞，王国栋，蒋磊，孙俊才，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21