[發明專利]燃料電池雙極板復合軟模成形裝置及方法

在審

• 申請號: 201710322094.8
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107052118A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 王傳杰;張鵬;陳剛;郭斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B21D22/10
• 分類號: B21D22/10;B21D37/10;H01M8/0258;H01M8/0206
• 代理公司: 威海科星專利事務所37202
• 代理人: 初姣姣

技術領域

本發明涉及燃料電池金屬雙極板結構精密制造領域，具體涉及一種燃料電池雙極板復合軟模成形裝置及方法。

背景技術

燃料電池具有清潔、高效、能源可再生等特點，被認為是代替傳統能源最有力的競爭者，有望代替常規發動機成為未來汽車的主要動力來源，并可應用到電子產品、航空航天、固定電站等多個領域，市場潛力巨大。阻礙燃料電池商業化最主要的原因是雙極板制造成本太高，約占總成本的30％～45％，選擇合適的雙極板材料和加工工藝是降低成本的主要途徑之一。

常用的雙極板材料主要包括石墨、復合材料和金屬。金屬具有強度高、加工性能好、導電導熱性強、成本低等優點。金屬雙極板是替代目前制造成本高、可靠性差的石墨雙極板的最好選擇。現有燃料電池金屬雙極板加工技術包括電火花、線切割、刻蝕、鑄造、化學腐蝕、剛模沖壓、液壓成形等，但存在成形精度、表面質量差、成本高等技術問題。彈性體軟模沖壓成形存在雙極板過渡圓角區域充填困難的缺點，固體顆粒具有流動性好、承壓能力強、可以非均勻傳壓、可生成較大主動摩擦力等優良特性，因此可以克服其它剛性模以及軟模成形的各種缺點，在成形方面具有顯著的優勢。如果能將二者的優勢結合起來，必將能大大提高零件的成形性能和成形質量。因此，開展金屬雙極板結構復合軟模加工技術研究，具有十分重要的經濟意義。

中國專利文獻CN101306448A(專利申請號200810055020.3)公開了一種金屬板料剛性顆粒或可壓縮粉末半模成形工藝，利用顆粒代替凸模，該技術有利于復雜形狀零件的加工成形，降低模具加工的成本，提高勞動生產效率，有利于自動化的實現。

中國專利文獻CN101504984A(專利申請號200910061252.4)公開了燃料電池金屬雙極板成形模具及成形方法，本發明公開的是單一橡膠軟模成形技術，模具結構簡單，生產效率高，同時軟模成形零件無回彈和翹曲現象。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺點和不足，提出了一種燃料電池金屬雙極板結構低成本、高質量、批量化制造的問題，提供一種模具結構簡單，模具制造成本低，生產效率高，降低金屬雙極板的制造成本，同時復合軟模成形沖壓件貼模性好，尤其利于雙極板圓角過度區域的成形，無翹曲和回彈現象，成形零件尺寸精度高、表面質量好的燃料電池雙極板復合軟模成形裝置及方法。

本發明通過以下措施達到：

一種燃料電池雙極板復合軟模成形裝置，設有具有導柱導套結構的模架，模架上安裝一動模板和一定模板，動模板在導柱導套的導向作用下與定模板之間產生相對運動，其特征在于：動模板上安裝凸模，定模板上安裝軟模容框，容框內底層放置聚氨酯軟模，聚氨酯軟模上面放置顆粒軟模。

本發明上模板和下模板通過導套和導柱組成封閉的框架，模具的其余附屬機構都安裝在該封閉的框架上，所述模具的其余附屬機構包括凸模、軟模Ⅰ、軟模Ⅱ、凸模固定板、軟模容框；其中凸模通過凸模固定板固定在上模板上，凸模固定板經螺栓與上模板底部固定連接；軟模容框通過螺栓固定在下模板上；軟模Ⅰ和軟模Ⅱ置于軟模容框內，軟模Ⅰ置于軟模Ⅱ上面，上模板通過導套和導柱實現上下往復運動，凸模隨上模板上下移動，坯料置于凸模和軟模Ⅰ之間。

本發明凸模的底面由一系列的微型筋構成，微型筋寬度為0.1-1.0mm、深度為0.05-1.0mm，相鄰的微型筋間距范圍為0.1-2.0mm，用來達到成形出雙極板微流道結構的目的。

本發明中上模板、下模板之間的導向是靠導套和導柱來保證的，為了保障成形過程中，凸模不發生變形或破壞，并提高凸模耐磨性，模具材料選用模具鋼Cr12MoV，并進行淬火處理。

本發明中的軟模容框為了保障成形過程中，凹模容框不發生變形或破壞，模具材料選用模具鋼Cr12MoV，并進行淬火處理，容框結構根據零件結構尺寸設計成外圓內方式結構，內部方形結構設計過的圓角，減小應力集中。

本發明還提供了一種利用上述模具裝置燃料電池雙極板復合軟模成形，包括如下步驟：將金屬薄板放置于軟模容框內并置于顆粒軟模的上面，通過壓力機活動橫梁向下運動，驅動動模板運動并將凸模壓力施加在金屬薄板上，凸模與坯料接觸后在壓力機作用下繼續下行并擠壓坯料和復合軟模，使坯料填充滿凸模型腔，得到金屬雙極板構件，其具體步驟為：

步驟一：上模板在壓力機的驅動下帶動凸模一起上行，上行至凸模距凹模固定板上表面2-5mm的位置時停止；

步驟二：將經過裁剪的薄板坯料放置于軟模容框與軟模Ⅰ組成的型腔內；