Gia công tấm lưỡng cực titan: Đạt độ phẳng và độ chính xác kênh dẫn

Quy trình nhiều bước của Sendot Technology đảm bảo khả năng kiểm soát kích thước và độ sạch vượt trội khi gia công các kênh dẫn dòng trên tấm lưỡng cực titan.

Tổng quan về dự án

	Thông tin
Ngành	Năng lượng Hydro
Sản phẩm	Tấm lưỡng cực titan
Công nghệ	Gia công CNC
Vật liệu	Titanium Grade 2
Thách thức	Yêu cầu độ phẳng cao (0,01 mm), độ chính xác vi kênh dẫn phức tạp
Số lượng	5 chiếc
Thời gian giao hàng	14 ngày

Giới thiệu sản phẩm

Khi năng lượng hydro đóng vai trò ngày càng lớn trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch, nhiều công ty hàng đầu đang tăng cường đầu tư vào việc phát triển nó. Có một công ty đã dành gần một thập kỷ làm việc trên toàn bộ chuỗi giá trị hydro và tham gia vào các dự án nghiên cứu hydro xanh quan trọng.

Trong quá trình phát triển một máy điện phân màng trao đổi proton mới, nhóm R&D của họ cần các tấm lưỡng cực có độ chính xác cao. Các bộ phận này, được làm từ thép không gỉ hoặc hợp kim titan, bao gồm các kênh dẫn dòng phức tạp và đòi hỏi độ phẳng cùng chất lượng bề mặt nghiêm ngặt.

Với năng lực gia công chính xác 5 trục và kinh nghiệm dày dạn trong việc gia công hợp kim titan, Sendot Technology cung cấp các giải pháp tùy chỉnh kết hợp giữa tính năng, độ tin cậy và sự ổn định trong sản xuất.

Phân tích cấu trúc chi tiết

Tấm lưỡng cực là một tấm mỏng đồng đều làm bằng titan, với kích thước 170mm*130mm*2mm. Các rãnh được phân bố đều trên một mặt, với chiều rộng nhỏ hơn 1mm, đòi hỏi độ chính xác +-0,05mm. Ngoài ra, độ phẳng yêu cầu là +-0,01mm, điều này làm tăng độ khó gia công.

Giải pháp gia công cho tấm lưỡng cực độ chính xác cao

Việc chế tạo tấm lưỡng cực với cả độ chính xác cỡ vi mô lẫn hiệu suất ổn định đặt ra những thách thức đặc thù, đặc biệt khi làm việc với các chi tiết titan thành mỏng và các kênh dẫn dòng hẹp.

Yêu cầu thiết kế và điểm gia công cho kênh dẫn dòng chính xác

Kênh dẫn dòng là một cấu trúc quan trọng. Chức năng chính của nó là phân phối đều và chính xác hydro, oxy và chất điện phân, để đảm bảo phản ứng điện phân diễn ra đồng đều trên bề mặt điện cực màng. Do đó, để có được các kênh dẫn dòng đạt chuẩn, có nhiều chi tiết đáng lưu ý trong quá trình sản xuất.

Có thể thấy trong hình bên dưới rằng các kênh dẫn dòng rộng 0,81mm và sâu 0,51mm. Và tấm lưỡng cực thường được xếp chồng thành nhiều lớp để phân phối môi chất đồng đều, nên yêu cầu về độ chính xác rất quan trọng, lên đến ±0,005mm.

Để đạt được độ chính xác này, chúng tôi thường áp dụng chiến lược gia công nhiều bước:

• Gia công thô: Loại bỏ phần lớn vật liệu dư thừa, để lại lượng dư đồng đều cho công đoạn tinh.
• Bán tinh và tinh: Sử dụng dụng cụ đường kính nhỏ với tốc độ tiến dao thấp để phay tỉ mỉ ra cấu trúc chi tiết.
• Lựa chọn vật liệu dụng cụ: Do đường kính dụng cụ nhỏ, nguy cơ gãy cao và ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước. Chúng tôi sử dụng dụng cụ cấp K10 với hàm lượng coban cao, mang lại độ cứng và khả năng chống va đập tuyệt vời, đảm bảo hiệu suất ổn định trong suốt quá trình.

Độ sạch bề mặt và kiểm soát ba via trong gia công kênh dẫn

Trong các tấm lưỡng cực này, chất lỏng tinh khiết sẽ chảy qua trong suốt quá trình điện phân, vì vậy không được có tạp chất. Các vết dao rõ rệt cũng sẽ gây ra phân bố áp suất không đều sau khi sản phẩm được ghép nối, ảnh hưởng đến chức năng của tấm lưỡng cực.

Để ngăn ngừa những vấn đề này, các kênh dẫn phải luôn sạch, và độ nhám bề mặt cần được giữ trong khoảng Ra0.8. Các máy năm trục của chúng tôi, có khả năng đạt tốc độ lên đến 32.000 vòng/phút, có thể đạt độ nhám thấp tới Ra0.2 mà không cần gia công sau. Tuy nhiên, để cân bằng chi phí và hiệu suất gia công, chúng tôi thường sử dụng máy ba trục trong sản xuất. Bằng cách cài đặt tốc độ trục chính cao và tốc độ tiến dao thấp trong giai đoạn tinh, chúng tôi vẫn có thể đạt được độ hoàn thiện bề mặt Ra0.8 theo yêu cầu.

Ngoài ra, hợp kim titan có xu hướng dính vào dụng cụ cắt, thường gây ra ba via. Để giảm thiểu điều này, chúng tôi chọn dụng cụ có lớp phủ TiAlN, giúp giảm độ bám dính và cải thiện chất lượng bề mặt. Sau khi gia công, chúng tôi dùng bàn chải lông cứng để loại bỏ ba via còn sót lại, kiểm tra bề mặt dưới độ phóng đại ở góc nghiêng, và hoàn thiện bằng khí nén để đảm bảo mọi mạt vụn được làm sạch.

Làm thế nào để đáp ứng yêu cầu độ phẳng cao?

Tấm lưỡng cực được sử dụng trong nhiều lớp xếp chồng. Nếu độ phẳng vượt dung sai và áp suất cục bộ không đủ, có thể xảy ra rò rỉ khí. Do những yêu cầu chức năng như vậy, độ chính xác về độ phẳng của tấm lưỡng cực là 0,01mm.

Vì là tấm mỏng, tấm lưỡng cực dễ bị biến dạng. Và tất cả các kênh dẫn đều phân bố trên một mặt, nên biến dạng khó kiểm soát bằng cách gia công lật mặt. Dựa trên kinh nghiệm của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng máy mài để gia công tấm. So với CNC, máy mài sinh ít nhiệt hơn, ít biến dạng hơn, và có thể đạt độ phẳng cùng độ hoàn thiện tốt hơn.

Chiến lược kiểm soát độ phẳng trong gia công tấm mỏng

Đầu tiên, chúng tôi sẽ mài mặt màu đỏ để trực tiếp đạt độ phẳng 0,01, và sẽ không gia công thêm trên mặt này. Sau đó, mặt màu đỏ sẽ được dùng làm chuẩn để phay ra các cấu trúc khác ở mặt đối diện. Cuối cùng, chúng tôi sẽ kẹp mặt ngược làm đáy, và các kênh dẫn sẽ được phay ra trong lần kẹp này.

Với cấu trúc mỏng, biến dạng nhỏ là không thể tránh khỏi nếu không có sự can thiệp của ngoại lực. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đề xuất áp dụng một ngoại lực trong quá trình kiểm tra độ phẳng nhằm mô phỏng điều kiện lắp ráp thực tế. Vì tấm lưỡng cực sẽ được lắp đặt dưới áp suất khi sử dụng, khách hàng đã xem xét và chấp nhận phương pháp kiểm tra này là hợp lý và phù hợp với các tình huống ứng dụng thực tế.

Phản hồi

Sau khi nhận được các chi tiết, khách hàng đã chia sẻ những nhận xét sau:
“Các tấm lưỡng cực đã vượt qua kiểm tra và đáp ứng mọi yêu cầu. Độ phẳng 0,01 mm và độ chính xác của các kênh dẫn dòng vượt xa mong đợi của chúng tôi. Các chi tiết đã được lắp đặt thành công, và hệ thống điện phân đang vận hành trơn tru. Chúng tôi mong muốn đặt thêm nhiều đơn hàng với các bạn.”

Với công nghệ gia công CNC tiên tiến, khả năng kiểm soát dung sai chặt chẽ, và chuyên môn sâu về các hình học phức tạp, Sendot Technology cung cấp các bộ phận độ chính xác cao đáp ứng những tiêu chuẩn chất lượng khắt khe nhất. Từ tạo mẫu đến sản xuất số lượng nhỏ, chúng tôi cung cấp các giải pháp gia công đáng tin cậy cho các ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực năng lượng, ô tô, y tế và công nghiệp.