[发明专利]一种燃料电池金属流场板的配合式成形方法和装置

权利要求书

1.一种燃料电池金属流场板的配合式成形装置，包括底座、X轴向平台、Y轴向平台、压边装置、控制系统和成形系统。底座上方设置有X轴向导轨，所述X轴向导轨上设置有可在其上移动的X轴向平台，在X轴向平台上设置有Y轴向导轨，在Y轴向导轨设置有可在其上移动的Y轴向平台，Y轴向平台上装有成形系统。成形系统包括立柱、X轴向横柱、精密数控装置、上成形模头和下成形模头。其中在Y轴向平台的左边装有立柱，采用螺钉连接。立柱顶部装有X轴向横柱，X轴向横柱嵌入立柱顶部，采用铆接连接立柱与X轴向横柱；X轴向横柱另一端装有精密数控装置，精密数控装置由上向下依次由压电陶瓷上垫板、压电陶瓷、压电陶瓷下垫板、压力传感器、位移传感器上垫板、位移传感器、固定垫板、上成形模头组成。相对于立柱，Y轴向平台右边装有固定块，固定块与Y轴向平台用螺钉连接，将带有螺纹的下模头嵌于固定块中，实现下模头的固定。此成形系统的特征在于上模头为凸模(凸模形状由流场板流道形状决定)，下模头为凹模(凹模形状和凹度由流场板沟槽形状和深度决定)，两模头中心线重合，上下模头相向并且配合相容，下模头固定，上模头可纵向移动。控制系统与成形系统和X轴向平台、Y轴向平台相连接，其中与成形系统相连接的控制系统由计算机、D/A转换器、控制单元、压电陶瓷驱动器和A/D转换器组成，其中控制单元一端与精密数控装置和压电陶瓷驱动器相连，另一端通过D/A转换器与计算机相连，A/D转换器一端与计算机相连，另外一端分别与压力传感器和位移传感器相连，控制系统实现起始位置找准、上成形模头加载、下压量、加工轨迹、压电陶瓷精密加载以及回程的控制。其中与X轴向平台、Y轴向平台相连接的控制系统由计算机、D/A转换器、控制单元组成，其中控制单元一端连接着X轴向平台、Y轴向平台，一端通过D/A转换器与计算机相连。底座的右边设置有压边装置，压边装置由螺栓、弹簧、压板、螺纹孔、支撑座和连接螺钉组成。其中基材放置在支撑座上，弹簧套在螺栓上，螺栓通过螺纹孔固定在支撑座上，弹簧通过压板将基材固定住和实现压边的作用，连接螺钉实现支撑座与底座的连接。此压边装置特征在于，支撑座高度与下模头高度相同，用以保证加工基材时固定住的下模头可以直接与基材下表面接触。具体工艺步骤如下：

基材固定好后，X轴向平台通过导轨移向支撑座内，当下模头到达流场板的起始位置后停下，此时下模头与流场板下表面直接接触。上模头通过精密数控装置控制根据流道深度进行下压。保持上成形模头位置，然后由控制系统控制X轴向平台、Y轴向平台根据流场板流道的走向进行移动，其中移动方向与移动速度都由控制系统控制。上下成形模头沿着流场板流道走向，通过微小区域塑性成形的积累，完成整个流场的成形，成形过程包括上模头的冲压和挤压的作用以及下模头的支撑作用，最终得到金属流场板。其特征在于将上成形模头作为金属流场板上流道的成形工具，下模头作为支撑，达到保证金属流场板流道精度的作用。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属流场板的配合式成形装置，其特征在于根据预先设计的燃料电池金属流场板的结构形式和流道截面形状，设计并加工上成形模头，然后根据预先设计的燃料电池金属流场板流道的沟槽状，设计并加工下模头，使上下模头在形状上能配合与兼容。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属流场板的成形方法，其特征在于所述的成形模头工作部分的形状和流道截面形状相对应，对于半圆形流道截面，上成形模头工作部分的形状为半圆形，下成形模头的内凹形状也相应为圆形；对于梯形流道截面，上成形模头工作部分的形状为梯形，下成形模头的内凹形状也相应为梯形；对于三角形流道截面，上成形模头工作部分的形状为三角形，下成形模头的内凹形状也相应为三角形。为了提高成形模头的耐磨性，对成形模头工作部分进行强化处理；根据不同的流场结构选择相应的上成形模头起始下压点和加工轨迹，实现平行流场、交指型流场、蛇型流场的微成形；所述的金属流场板基材可以选择不锈钢、钛合金、铝合金等各种金属材料和各种改性材料，流场板基材厚度在40～1200μm范围内，根据不同的流场板基材，可以通过优化加工参数对金属流场板的成形过程进行控制，可选择的参数包括上成形模头下压量、成形模头运动路径(X轴向平台、Y轴向平台移动路径)、成形模头加工速度(X轴向平台、Y轴向平台移动速度)、压边力大小、成形模头的个数、结构、几何尺寸和形状等参数。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属流场板的成形方法，其特征在于通过同时布置多对成形模头，在控制系统对微成形模头运动路径的控制下，可以同时实现多个相同流场结构的金属流场板的加工。