[发明专利]一种流体冲击板料成形的电磁成形装置及其成形方法

说明书

本发明公开了一种流体冲击板料成形的电磁成形装置及其成形方法，电磁成形装置包括电磁成形线圈、凹模、驱动板和用于将板料密封压紧在凹模上的压边块，驱动板与压边块的内孔密封滑接，板料、驱动板和压边块形成一压力容腔，压力容腔内设有流体，电磁成形线圈设置在压力容腔外且靠近驱动板设置。本发明采用高速流体驱动零件微成形，能利用高速率提高材料的成形极限和减小回弹的优势，同时流体能够实现将板料完全压靠在凹模模腔，提高成形精度。

技术领域

本发明涉及材料加工成形技术领域，尤其涉及一种流体冲击板料成形的电磁成形装置及其成形方法。

背景技术

近年来，随着微机电系统技术的迅速发展，微通道类零件如微通道换热器、微型燃料电池双极板以及微生物芯片等在能源、微电子、航空航天和生物医疗等领域得到了广泛应用。以微型燃料电池为例，文献“A high efficient micro-proton exchange membranefuel cell by integrating micro-nano synergical structures”中提到：在各种可替代能源中，燃料电池被认为是21世纪首选的洁净能源，因此国内外都对其尤为重视。文献“Fabrication of metallic bipolar plate for proton exchange membrane fuelcells by rubber pad forming”中对燃料电池原理有详尽阐述：质子交换膜燃料电池是目前各种燃料电池中实用程度较高的一类，是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置，其电解质为全氟磺酸型离子交换膜，工作温度一般在60～100℃。双极板作为质子交换膜燃料电池的关键部件之一，其质量决定了电池堆体积功率密度和质量功率密度的大小，影响电池的成本和性能，其成本占整体成本的60％左右，重量占总重量的80％以上，成为制约燃料电池产业化的瓶颈。在各种燃料电池双极板中，金属双极板因其导电性好、机械强度高、阻气性好、易于批量生产等特点而应用广泛。双极板上的流场类型多样，蛇形流场内部气体和水分布均匀，传质和传热效果好，是目前常用的一种流场结构。

电磁成形技术是利用金属在强脉冲磁场中受到的电磁力作用使其发生塑性变形的一种高速、高能率，短时脉冲加工技术，电磁成形过程中材料的延展性和材料的成形极限大幅度提升，成形零件具有质量好、精度高等特点，并且电磁成形设备可控性和重复性好，工艺过程易实现机械自动化，因此电磁微成形技术一经兴起便迅速发展起来，其在微制造领域将具有广阔的发展前景。但是目前电磁成形在微成形领域仍然存在几个问题：(1)微成形区域主要发生胀形减薄变形；(2)难以充满整个模具，成形后的零件与模具之间存在较大的间隙；(3)电磁成形采用线圈结构，那么金属导线正对的零件部位受到较大电磁力，而导线和导线之间采用绝缘材料填充，那么绝缘材料对应的零件部位受到较小甚至没有电磁力，这导致零件受力不均匀，难以满足零件的微成形特性。

发明内容

本发明目的在于提供一种流体冲击板料成形的电磁成形装置及其成形方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种流体冲击板料成形的电磁成形装置，包括电磁成形线圈、凹模、驱动板和用于将板料密封压紧在所述凹模上的压边块，所述驱动板与所述压边块的内孔密封滑接，所述板料、驱动板和压边块形成一压力容腔，所述压力容腔内设有流体，所述电磁成形线圈设置在所述压力容腔外且靠近所述驱动板设置。

进一步的，所述凹模上设置有对所述板料加热的加热装置。

进一步的，所述加热装置包括设置在所述凹模内的加热棒，所述凹模上设置有多个成型腔，所述加热棒设置在所述成型腔之间；或者所述加热装置包括连接在凹模上以在所述凹模内形成加热电流的两个电极。

进一步的，所述驱动板包括靠近所述电磁成形线圈的电导层和靠近所述流体的成型层，所述电导层的电导率大于所述成型层，且该电导层的强度小于所述成型层。

进一步的，所述成型层电导层为纯铜层或者纯铝层，所述成型层为金属铁层或者铝合金层。