精密成形工程

作者：柯文正, 杨培勇, 郑楒禹, 杜瑜宾, 武飞宇, 陆维

单位：国家电投集团氢能科技发展有限公司, 北京 100076

关键词：钛合金箔材,屈服轨迹,屈服准则,双极板,数值仿真,多步冲压成形

基金：国家重点研发计划（2022YFB2502401）

目的 探索钛合金箔材在不同加载条件下的屈服行为,评估不同屈服准则的适用性。然后通过有限元仿真,为钛合金双极板的成形过程提供理论依据,研究其在多步成形过程中的变形特性。方法 在不同比例加载条件下进行单向与双向拉伸实验,获得0.1 mm钛箔的基本力学性能参数及初始屈服轨迹,然后采用Hill48屈服准则、Barlat89屈服准则、Yld2000-2d屈服准则对其进行理论预测。基于Hill48屈服准则进行有限元模拟,探究钛合金箔材在多步成形双极板过程中的变形行为,建模时通过减少微流道数目,同时保留双极板基本细节特征,来提高计算效率。结果 Hill48与Yld2000-2d屈服准则预测能力接近,平均误差为4%~7%,Barlat89屈服准则的预测误差最大;采用Hill48屈服准则预测的精度最高,平均误差仅为1.4%。在多步成形模拟过程中,钛双极板微流道转角处的减薄率较大,而型腔边缘减薄率在10%以内;保压卸载后的微流道中仍然有较大的残余应力,说明该部分容易产生应力集中,从而导致箔材的损伤开裂。结论 在钛合金箔材的屈服预测中,Hill48屈服准则具有较高的精度,有限元仿真结果为钛合金双极板的成形工艺优化提供了重要的理论支持。

来源：2025年第10期

《精密成形工程》期刊编辑部

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