[發明專利]一種燃料電池金屬流場板的配合式成形方法和裝置

有效

• 申請號: 201210579657.9
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103022517A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 王勻;許楨英;張凱;殷蘇民;王雪鵬;王誠強;蔣素琴;朱凱;陸廣華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種燃料電池金屬流場板的配合式成形裝置，包括底座、X軸向平臺、Y軸向平臺、壓邊裝置、控制系統和成形系統。底座上方設置有X軸向導軌，所述X軸向導軌上設置有可在其上移動的X軸向平臺，在X軸向平臺上設置有Y軸向導軌，在Y軸向導軌設置有可在其上移動的Y軸向平臺，Y軸向平臺上裝有成形系統。成形系統包括立柱、X軸向橫柱、精密數控裝置、上成形模頭和下成形模頭。其中在Y軸向平臺的左邊裝有立柱，采用螺釘連接。立柱頂部裝有X軸向橫柱，X軸向橫柱嵌入立柱頂部，采用鉚接連接立柱與X軸向橫柱；X軸向橫柱另一端裝有精密數控裝置，精密數控裝置由上向下依次由壓電陶瓷上墊板、壓電陶瓷、壓電陶瓷下墊板、壓力傳感器、位移傳感器上墊板、位移傳感器、固定墊板、上成形模頭組成。相對于立柱，Y軸向平臺右邊裝有固定塊，固定塊與Y軸向平臺用螺釘連接，將帶有螺紋的下模頭嵌于固定塊中，實現下模頭的固定。此成形系統的特征在于上模頭為凸模(凸模形狀由流場板流道形狀決定)，下模頭為凹模(凹模形狀和凹度由流場板溝槽形狀和深度決定)，兩模頭中心線重合，上下模頭相向并且配合相容，下模頭固定，上模頭可縱向移動?？刂葡到y與成形系統和X軸向平臺、Y軸向平臺相連接，其中與成形系統相連接的控制系統由計算機、D/A轉換器、控制單元、壓電陶瓷驅動器和A/D轉換器組成，其中控制單元一端與精密數控裝置和壓電陶瓷驅動器相連，另一端通過D/A轉換器與計算機相連，A/D轉換器一端與計算機相連，另外一端分別與壓力傳感器和位移傳感器相連，控制系統實現起始位置找準、上成形模頭加載、下壓量、加工軌跡、壓電陶瓷精密加載以及回程的控制。其中與X軸向平臺、Y軸向平臺相連接的控制系統由計算機、D/A轉換器、控制單元組成，其中控制單元一端連接著X軸向平臺、Y軸向平臺，一端通過D/A轉換器與計算機相連。底座的右邊設置有壓邊裝置，壓邊裝置由螺栓、彈簧、壓板、螺紋孔、支撐座和連接螺釘組成。其中基材放置在支撐座上，彈簧套在螺栓上，螺栓通過螺紋孔固定在支撐座上，彈簧通過壓板將基材固定住和實現壓邊的作用，連接螺釘實現支撐座與底座的連接。此壓邊裝置特征在于，支撐座高度與下模頭高度相同，用以保證加工基材時固定住的下模頭可以直接與基材下表面接觸。具體工藝步驟如下：

基材固定好后，X軸向平臺通過導軌移向支撐座內，當下模頭到達流場板的起始位置后停下，此時下模頭與流場板下表面直接接觸。上模頭通過精密數控裝置控制根據流道深度進行下壓。保持上成形模頭位置，然后由控制系統控制X軸向平臺、Y軸向平臺根據流場板流道的走向進行移動，其中移動方向與移動速度都由控制系統控制。上下成形模頭沿著流場板流道走向，通過微小區域塑性成形的積累，完成整個流場的成形，成形過程包括上模頭的沖壓和擠壓的作用以及下模頭的支撐作用，最終得到金屬流場板。其特征在于將上成形模頭作為金屬流場板上流道的成形工具，下模頭作為支撐，達到保證金屬流場板流道精度的作用。

2.根據權利要求1所述的一種燃料電池金屬流場板的配合式成形裝置，其特征在于根據預先設計的燃料電池金屬流場板的結構形式和流道截面形狀，設計并加工上成形模頭，然后根據預先設計的燃料電池金屬流場板流道的溝槽狀，設計并加工下模頭，使上下模頭在形狀上能配合與兼容。

3.根據權利要求1所述的一種燃料電池金屬流場板的成形方法，其特征在于所述的成形模頭工作部分的形狀和流道截面形狀相對應，對于半圓形流道截面，上成形模頭工作部分的形狀為半圓形，下成形模頭的內凹形狀也相應為圓形；對于梯形流道截面，上成形模頭工作部分的形狀為梯形，下成形模頭的內凹形狀也相應為梯形；對于三角形流道截面，上成形模頭工作部分的形狀為三角形，下成形模頭的內凹形狀也相應為三角形。為了提高成形模頭的耐磨性，對成形模頭工作部分進行強化處理；根據不同的流場結構選擇相應的上成形模頭起始下壓點和加工軌跡，實現平行流場、交指型流場、蛇型流場的微成形；所述的金屬流場板基材可以選擇不銹鋼、鈦合金、鋁合金等各種金屬材料和各種改性材料，流場板基材厚度在40～1200μm范圍內，根據不同的流場板基材，可以通過優化加工參數對金屬流場板的成形過程進行控制，可選擇的參數包括上成形模頭下壓量、成形模頭運動路徑(X軸向平臺、Y軸向平臺移動路徑)、成形模頭加工速度(X軸向平臺、Y軸向平臺移動速度)、壓邊力大小、成形模頭的個數、結構、幾何尺寸和形狀等參數。

4.根據權利要求1所述的一種燃料電池金屬流場板的成形方法，其特征在于通過同時布置多對成形模頭，在控制系統對微成形模頭運動路徑的控制下，可以同時實現多個相同流場結構的金屬流場板的加工。