一种金属双极板制造装置及其工作方法与流程

本发明涉及一种金属双极板制造装置及其工作方法。

背景技术：

在能源危机和环境危机的背景下，新能源的研究和开发日益成为关注的热点，目前双极板主要有三大类：石墨板、石墨-聚合物复合板和金属板。其中，金属双极板的机械加工性能好，致密性好，能够使电堆的体积比功率大幅得到提高，导电和导热性好，同时易于实现批量生产，因此可以降低电堆的成本，所以金属双极板的制造受到了许多研究者的重视；目前金属双极板的生产方法有通过使用液压的精密冲裁压力机作为压机，但这种基于传统冲压成形的加工金属双极板方法，需要制备高精度的凸、凹模具，对模具的导向和配合精度要求高，同时对于沟槽形状的改进成本高，工艺柔性差；还有通过电容器组对密封的线圈进行放电，在线圈中产生瞬态的脉冲磁场，驱动板表面产生感应涡流，该感应涡流产生的方向与线圈电流方向相反，使得线圈与驱动片产生排斥力，排斥力作用在软膜上，软膜带动板坯贴膜成形。这种基于电磁力的成形方式，在连续加工过程中，线圈长时间在强脉冲电流的作用下，存在发热问题，使用寿命短，使得生产的成本提高；此外，化学刻蚀、线切割、辊压成形和机械切削等加工方式，加工效率底，加工效率低，加工费用高，且批量生产较困难。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种金属双极板制造装置及其工作方法，不仅结构合理，而且成本较低，实用高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种金属双极板制造装置，包括有上下两支撑板，两支撑板间通过螺纹杆连接，上下支撑板间自上而下依次为上凹模、上软膜与上冲击板，上冲击板下方设置有一金属箔，所述螺纹杆中段均螺接有一水平朝前延伸的电木块，该电木块中部均设置有导电铜块，该金属箔左右两端分别放置在左右导电铜块上，并通过压紧块压紧，金属箔下方均沿金属箔所在平面与上方上凹模、上软膜、上冲击板对称设置有下冲击板、下软膜、下凹模，该左右导电铜块均连接有接线片进行通电。

进一步的，所述螺纹杆设置有四根，分别安装在下支撑板上表面四角处，且竖直朝上延伸穿过电木块与上支撑板，并在上支撑板上表面通过螺母与垫片进行调节固定，该电木块前后端均上下贯穿开设有螺纹孔，并通过螺母调节固定。

进一步的，所述电木块中部均朝下开设有一凹槽，该凹槽均前后延伸，且导电铜块比凹槽在竖直高度上高出1mm，导电铜块均安装在凹槽内，该凹槽与电木块均沿其长度方向上下贯穿开设有四个通孔，以供四个螺栓自下而上穿设，位于导电铜块前后端的通孔均用于固定接线片，位于导电铜块中部的两通孔均用于螺栓将导电铜块、金属箔、压紧块连接。

进一步的，上凹模下表面左右两端均朝上开设有两固定孔，下凹模上表面左右两端均朝下开设有两固定孔，以利于通过螺栓将凹模与支撑板固定装配，上凹模底端朝上开设有一切割槽，且切割槽内壁均为刃口，以利于切割落料，该下凹模与上凹模形状大小均一致。

进一步的，所述上软膜与下软膜形状大小一致，且软膜与凹模间均留有用以放置坯料的间隙，上下软膜均为长方体橡胶体。

进一步的，所述上下冲击板形状大小一致，上冲击板上方与上软膜紧密贴合，下表面与金属箔贴合；下冲击板上表面与金属箔贴合，下表面与下软膜紧密贴合，上下冲击板均为高强度钢板材质。

进一步的，位于左右导电铜块的接线片分别外接在提供强脉冲电流的放电系统的两接线端，该放电系统包括有电源、变压器、整流器、限流电阻、电容器组、充电开关和放电开关。

进一步的，所述接线片均在其一端开设有圆孔以供螺栓穿过固定，且接线片的厚度均大于4mm，以确保强脉冲电流通过时更加稳定。

一种金属双极板制造装置的工作方法，按以下步骤进行：首先将坯料放置到下凹模上，然后依次安装上下软膜、下冲击板，调整电木块上螺母进行调整电木块水平位置，使电木块上的左右导电铜块的上表面与下冲击板的上表面平齐，然后将金属箔平放在下冲击板的正中央，金属箔左右两端均延伸到左右两导电铜块上，经压紧块压紧，压紧后旋紧螺母将电木块固定，再依次安装上上冲击板、上软膜、坯料、上凹模和上支撑板；

设备充电：根据坯料的厚度和面积，确定加工所需的的冲击力，再依据冲击力的大小设定放电电压，闭合充电开关，对电容器组进行充电，直至充电结束；

设备放电：最后闭合放电开关，电容器组对金属箔放电，闭合放电开关对金属箔放电，瞬时强脉冲电流通过金属箔，使得金属箔发生爆炸，产生高温高压等离子体；

冲击成形：高温高压的等离子体释放强大压力，强压力作用在冲击板上，而冲击板推动软膜作用在坯料上，使坯料与凹模配合作用，当坯料通过凹模刃口时，先完成坯料的剪切，获得金属双极板所需的外形，然后软膜继续推动金属双极板运动，完成双极板流道的成形；

取件复位：旋动螺纹杆上方的螺母，将加工好的金属双极板取出，放入新的金属双极板坯料和金属箔，为下一次的金属双极板的加工作准备。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明将电爆成形的原理应用在金属双极板成形工艺中，成形时间短，这样高速率的加载可以改善材料的成形性能，提高材料的成形极限，可用来成形难成形的材料，并达到好的成形效果，增加了原材料的选择范围。

2、本发明与传统冲压成形工艺相比，工装简单，仅需要单边模具，金属双极板流场修改的灵活性提高。

3、金属箔成本低，每次加工完成后可更换，可保证加工持续进行，解决了电磁成形工作时线圈发热和使用寿命的问题，同时能一次成形两个金属双极板，提高了生产效率，降低了成本。

4、集成了软膜成形的优点，减小了金属双极板的回弹，保证了质量。

5、采用电爆驱动力驱动的方式，拓宽了金属双极板成形的工艺窗口。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例除电木块外的半剖示意图；

图2为本发明实施例放电系统的电路图；

图3图1中下凹模的结构示意图；

图4为图1中电木块的结构示意图；

图5为图1中金属箔的结构示意图。

图中：1-支撑板，2-螺纹杆，3-上凹模，4-上软膜，5-上冲击板，6-金属箔，7-电木块，8-导电铜块，9-压紧块，10-下冲击板，11-下软膜，12-下凹模，13-接线片，14-下支撑板，15-上支撑板，16-螺母，17-螺纹孔，18-凹槽，19-通孔，20-螺栓，21-切割槽，22-电源，23-变压器，24-整流器，25-限流电阻，26-电容器组，27-充电开关，28-放电开关,29-坯料，30-固定孔。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~5所示，一种金属双极板制造装置，包括有上下两支撑板1，两支撑板间通过螺纹杆2连接，上下支撑板间自上而下依次为上凹模3、上软膜4与上冲击板5，上冲击板下方设置有一金属箔6，所述螺纹杆中段均螺接有一水平朝前延伸的电木块7，该电木块中部均设置有导电铜块8，该金属箔左右两端分别放置在左右导电铜块上，并通过压紧块9压紧，金属箔下方均沿金属箔所在平面与上方上凹模、上软膜、上冲击板对称设置有下冲击板10、下软膜11、下凹模12，该左右导电铜块均连接有接线片13进行通电。

在本发明实施例中，所述螺纹杆设置有四根，分别安装在下支撑板上表面四角处，且竖直朝上延伸穿过电木块与上支撑板15，并在上支撑板上表面通过螺母16与垫片进行调节固定，该电木块前后端均上下贯穿开设有螺纹孔17，并通过螺母调节固定。

在本发明实施例中，所述电木块中部均朝下开设有一凹槽18，该凹槽均前后延伸，且导电铜块比凹槽在竖直高度上高出1mm，导电铜块均安装在凹槽内，该凹槽与电木块均沿其长度方向上下贯穿开设有四个通孔19，以供四个螺栓自下而上穿设，位于导电铜块前后端的通孔均用于固定接线片，位于导电铜块中部的两通孔均用于螺栓20将导电铜块、金属箔、压紧块连接。

在本发明实施例中，上凹模下表面左右两端均朝上开设有两固定孔30，下凹模上表面左右两端均朝下开设有两固定孔，以利于通过螺栓将凹模与支撑板固定装配，上凹模底端朝上开设有一切割槽21，且切割槽内壁均为刃口，以利于切割落料，该下凹模与上凹模形状大小均一致。

在本发明实施例中，所述上软膜与下软膜形状大小一致，且软膜与凹模间均留有用以放置坯料29的间隙，上下软膜均为长方体橡胶体。

在本发明实施例中，所述上下冲击板形状大小一致，上冲击板上方与上软膜紧密贴合，下表面与金属箔贴合；下冲击板上表面与金属箔贴合，下表面与下软膜紧密贴合，上下冲击板均为高强度钢板材质。

在本发明实施例中，位于左右导电铜块的接线片分别外接在提供强脉冲电流的放电系统的两接线端，该放电系统包括有电源22、变压器23、整流器24、限流电阻25、电容器组26、充电开关27和放电开关28。

在本发明实施例中，所述接线片均在其一端开设有圆孔以供螺栓穿过固定，且接线片的厚度均大于4mm，以确保强脉冲电流通过时更加稳定。

一种金属双极板制造装置的工作方法，并按以下步骤进行：首先将坯料放置到下凹模上，然后依次安装上下软膜、下冲击板，调整电木块上螺母进行调整电木块水平位置，使电木块上的左右导电铜块的上表面与下冲击板的上表面平齐，然后将金属箔平放在下冲击板的正中央，金属箔左右两端均延伸到左右两导电铜块上，经压紧块压紧，压紧后旋紧螺母将电木块固定，再依次安装上上冲击板、上软膜、坯料、上凹模和上支撑板；

设备充电：根据坯料的厚度和面积，确定加工所需的的冲击力，再依据冲击力的大小设定放电电压，闭合充电开关，对电容器组进行充电，直至充电结束；

设备放电：最后闭合放电开关，电容器组对金属箔放电，闭合放电开关对金属箔放电，瞬时强脉冲电流通过金属箔，使得金属箔发生爆炸，产生高温高压等离子体；

冲击成形：高温高压的等离子体释放强大压力，强压力作用在冲击板上，而冲击板推动软膜作用在坯料上，使坯料与凹模配合作用，当坯料通过凹模刃口时，先完成坯料的剪切，获得金属双极板所需的外形，然后软膜继续推动金属双极板运动，完成双极板流道的成形；

取件复位：旋动螺纹杆上方的螺母，将加工好的金属双极板取出，放入新的金属双极板坯料和金属箔，为下一次的金属双极板的加工作准备。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的金属双极板制造装置及其工作方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。