[發(fā)明專利]一種介觀尺度板材的電磁制造方法及成形裝置

有效

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• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111558646B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設計）人: 韓小濤;吳澤霖;諶祺;曹全梁;李亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B21D26/14
• 分類號: B21D26/14;B21D43/00;H01M8/0208;H01M8/021;H01M8/0258
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發(fā)明公開了一種介觀尺度板材的電磁制造方法及成形裝置，制造方法包括：將待成形的第一工件與模具相向平行的設置于模具上方，對第一工件的兩端進行壓邊約束，并將減速塊設置于模具的兩側；控制第一工件在均勻電磁力的驅(qū)動下趨向模具運動并發(fā)生形變；在均勻電磁力的驅(qū)動下，第一工件的中部區(qū)域優(yōu)先與模具碰撞，并帶動第一工件的中部區(qū)域減速為零，當靠近兩端區(qū)域碰撞到減速塊后減速直至所述第一工件的所有區(qū)域的速度為零時成形完成，而校形是通過電磁力進一步趨向模具直至完全貼合模具。本發(fā)明通過將減速塊的高度設置為小于模具的高度，使因塑性變形增長的工件靠近模具兩端的部分可以繼續(xù)向下運動，從而減小工件的褶皺和回彈，提高工件的平整度。

技術領域

本發(fā)明涉及材料成形制造領域，更具體地，涉及一種介觀尺度板材的電磁制造方法及成形裝置。

背景技術

質(zhì)子交換膜燃料電池具有效率高、工作溫度低、啟動快、接近零污染等優(yōu)點，近年來受到廣泛關注，已廣泛應用于汽車、長途運輸卡車甚至無人機。作為質(zhì)子交換膜燃料電池的關鍵部件，雙極板主要包括石墨雙極板、聚合物-碳復合材料雙極板和金屬雙極板，其約占總電池重量的75％，約占總成本的11％～45％。其中，金屬雙極板具有制造性能優(yōu)越、機械強度高、成本低等優(yōu)點，已成為未來的發(fā)展趨勢，特別是低厚度(0.05mm～0.2mm)介觀尺度下仍具有足夠機械強度的鈦合金和不銹鋼。

金屬雙極板通常需要致密而深(深約0.4mm，寬約1mm)的微流道來更好地傳遞和交換物質(zhì)，并且需要極高的平整度和表面精度以便形成由數(shù)百塊雙極板組成的堆疊(平整度偏差±1％)，而傳統(tǒng)的沖壓成形需要多組模具多道工序完成才能獲得滿足質(zhì)量要求的雙極板，使得加工過程變得困難和復雜，成本也隨著增加。因此，探索新的低成本雙極板成形工藝迫在眉睫，意義重大。

電磁成形是一種利用電磁力將工件在數(shù)百微秒內(nèi)從靜止加速到數(shù)百米每秒的速度碰撞模具的高速成形方法，可以提高金屬的成形極限，是解決不銹鋼、鈦合金這類難加工金屬成形制造難題的重要技術方案，同時可以大大減少加工工序，并降低成本。然而如何調(diào)控雙極板電磁成形過程是獲得高精度高平整度雙極板的關鍵。

現(xiàn)有的成形工藝存在以下問題：

(1)工件碰撞模具前無法獲得均勻且足夠高的速度，以便獲得均勻沖擊力。圖1示出了現(xiàn)有技術中工件的速度與位移分布圖，從圖1可以看出，工件即使受到均勻電磁力，但工件兩端因壓邊約束作用造成成形過程中工件的中部速度均勻而兩端速度偏小，導致工件兩端的流道深度偏小。

(2)薄壁工件在碰撞過程中的回彈及褶皺無法避免。成形過程中，工件發(fā)生塑性變形使其總長度會增加，若不加以控制，則工件會形成褶皺和區(qū)域性回彈，嚴重影響工件的平整度。

(3)工件初步成形后無法實現(xiàn)精準的校形。工件與模具若因二次工裝位置之間發(fā)生相對變化，會引起較大流道誤差。同時在沒有加速距離的情況下無法確保工件獲得足夠的沖擊力。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種介觀尺度板材的電磁制造方法，旨在解決現(xiàn)有技術中工件碰撞模具前無法獲得均勻的沖擊力和工件成形過程中產(chǎn)生的褶皺和區(qū)域性回彈導致工件的平整度差的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種介觀尺度板材的電磁制造方法，包括成形步驟和校形步驟，所述成形步驟具體為：所述成形步驟具體為：

(1)將待成形的第一工件與模具相向設置，且與模具之間存在間距，對所述第一工件的兩端進行壓邊約束，并將減速塊設置于所述模具的兩側，且所述減速塊的高度小于所述模具的高度；

(2)控制所述第一工件在均勻電磁力的驅(qū)動下趨向所述模具運動并加速發(fā)生形變；