大面积微流道极板超声场助校形装置的制作方法

本发明涉及一种大面积微流道极板超声场助校形装置，属于超薄板材复杂微结构件成形制造领域。

背景技术：

大面积薄板微流道极板等具有传质、换热等多种作用，在燃料电池、高效换热器等领域有着广泛的应用。为了减小体积和质量，提高传质、换热等效能，该类构件的壁厚很小，通常小于100μm，微流道槽宽尺寸小于1.0mm，并且，为了极板装配、封装等还需其他附属结构，微结构分布不均匀，导致该类构件在成形制造中极易产生翘曲、微流道深度误差较大等缺陷，给后续的装配、封装以及传质、换热等性能带来不利影响。

由非均匀塑性变形引起的微流道极板翘曲，内部存在很大的内应力，采用常规的、简单施加压力校形方法，很难对其应力状态产生影响，难以去除该类面型翘曲等缺陷，而且，极板壁厚很薄，外加作用力较大时，极易到时其破裂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大面积微流道极板超声场助校形装置，其利用超声场能够去除应力、提高微流道深度的一致性，高效且方便。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大面积微流道极板超声场助校形装置，与外部驱动装置连接，所述大面积微流道极板超声场助校形装置包括固定组件、与所述固定组件对接且在外力作用下使得待成形目标成形的成形组件、及用以将外部驱动装置的力传递至所述成形组件的超声振子，所述固定组件包括固定板及设置在所述固定板上的底座；

所述固定板上开设有第一凹槽，所述大面积微流道极板超声场助校形装置还包括设置在所述第一凹槽内且与所述底座连接的弹性件，所述弹性件在所述底座的重力作用下处于压缩状态。

进一步地，所述固定组件还包括防止所述底座水平移位的限位板，所述限位板通过紧固件固定设置在所述固定板上。

进一步地，所述限位板上设置有收容部，所述底座收容于所述收容部内且至少部分突伸出所述收容部。

进一步地，所述底座上设置有凸块，所述收容部内设置有用以限制所述凸块行程的止位件，所述凸块与所述止位件之间留有间隙。

进一步地，所述成形组件包括第一模具及与所述第一模具对接的第二模具，所述第一模具与所述驱动组件连接，所述第二模具设置在所述底座上。

进一步地，所述底座上设置有第二凹槽，所述第二模具具有与所述第二凹槽形状相匹配的凸起；所述第二凹槽与所述凸起的横截面的形状为球面状。

进一步地，所述第一模具具有朝向所述第二模具设置的第一成形面，所述第二模具具有朝向所述第一模具设置的第二成形面，所述第一成形面及第二成形面上设置有微结构。

进一步地，所述微结构为不平整面，所述不平整面为波浪形面、弧形面、斜坡形面及楔形面中的任一种。

进一步地，所述超声振子的工作频率范围为10-40khz，纵向振幅范围为0.5-10μm。

进一步地，所述待成形目标为极板，所述弹性件为弹簧。

本发明的有益效果在于：通过设置有超声振子，超声振子用以将外部驱动装置的作用力传递至成形组件，同时固定板上设置有第一凹槽，第一凹槽内设置有弹性件，弹性件在底座的重力作用下处于压缩状态，以给底座向上的反作用力。底座在外部驱动装置的作用力及弹性件的反作用力的双重作用下，使得待成形目标与成形组件之间能够紧密且均匀接触，以达到去除内应力、减小成形组件与待成形目标之间的摩擦的效果，从根本上消除大面积微流道极板翘曲的缺陷。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的大面积微流道极板超声场助校形装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明的一较佳实施例中的一种大面积微流道极板3超声场助校形装置，其与外部驱动装置连接。在本实施例中，所述外部驱动装置为精密材料试验机，其可以实现校形过程中位移、力的实时显示和精确控制，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

所述大面积微流道极板3超声场助校形装置包括固定组件1、与所述固定组件1对接且在外力作用下使得待成形目标成形的成形组件2、及用以将外部驱动装置的力传递至所述成形组件2的超声振子4，精密材料试验机具有横梁，超声振子4通过支架固定在横梁上，并随着横梁上下移动。在本实施例中，所述待成形目标为极板3，所述极板3上设置有深度不等的微流道。所述超声振子4的工作频率范围为10-40khz，纵向振幅范围为0.5-10μm。诚然，所述超声振子4的工作频率范围及纵向振幅范围也可为其他，在此不做具体限定。

其中，所述固定组件1包括固定板11及设置在所述固定板11上的底座12，所述固定板11上开设有第一凹槽111，所述大面积微流道极板3超声场助校形装置还包括设置在所述第一凹槽111内且与所述底座12连接的弹性件14，所述弹性件14在所述底座12的重力作用下处于压缩状态，处于压缩状态的弹性件14始终给底座12一个向上的弹性作用力，从而使得成形组件2在弹性作用力及外部驱动装置的作用力下与待成形目标紧密均匀接触，以消除大面积微流道极板3翘曲缺陷。成形组件2与待成形目标之间的接触力可以通过弹性件14来调整，在本实施例中，所述弹性件14为弹簧14。诚然，在其他实施例中，所述弹性件14也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

所述固定组件1还包括防止所述底座12水平移位的限位板15，所述限位板15通过紧固件13固定设置在所述固定板11上。其中，所述限位板15上设置有收容部，所述底座12收容于所述收容部内且至少部分突伸出所述收容部。为了使得限位板15受力均匀，在本实施例中，所述收容部设置在限位板15的中间，且所述收容部贯穿所述限位件设置以使得底座12与固定板11连接。所述底座12上设置有凸块121，该凸块121设置在底座12的两侧，相应的，所述收容部内设置有用以限制所述凸块121行程的止位件151，所述凸块121与所述止位件151之间留有间隙，以使得底座12可在竖直方向上实现位置微小微调，以达到待成形目标与成形组件2之间的紧密均匀接触的效果。在本实施例中，所述止位件151为槽口，所述凸块121设置在槽口内且所述凸块121设置底座12的两侧的底部。

所述成形组件2包括第一模具21及与所述第一模具21对接的第二模具22，所述第一模具21与第二模具22可拆卸连接，所述第一模具21与外部驱动装置连接，所述第二模具22设置在所述底座12上。所述第一模具21具有朝向所述第二模具22设置的第一成形面，所述第二模具22具有朝向所述第一模具21设置的第二成形面，，待成形目标用以放置在第一模具21及第二模具22的中间，即第一成形面与第二成形面的中间。其中，所述第一成形面及第二成形面上设置有微结构。所述微结构为不平整面，所述不平整面为波浪形面、弧形面、斜坡形面及楔形面中的任一种，第一成形面及第二成形面上的微结构相互配合。

所述底座12上设置有第二凹槽122，所述第二模具22具有与所述第二凹槽122形状相匹配的凸起221；所述第二凹槽122与所述凸起221的横截面的形状为球面状。诚然，在其他实施例中，所述第二凹槽122与凸起221的横截面的形状也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。极板3在超声场、压力及弹簧14力的作用下，产生微小变形，极板3内的应力得到释放，从而消除极板3翘曲等缺陷。同时，极板3上深度较小的微流道受力较大，产生塑性变形，在超声场提升塑性变形性能、减小界面摩擦力等作用下，深度小的微流道深度逐渐增大，直至极板3上所有的微流道深度相同。该过程中，可以根据微流道面积、极板3材料性能等，调节超声振子4功率、作用时间等工艺参数，以获得最佳的效果。

成形组件2上还设置有用以检测外部驱动装置施加给所述成形组件2的力的大小的力传感器，该力传感器可设置在第一模具21和/或第二模具22上，且连接方式为常规，在此不做赘述。

本发明的大面积微流道极板3超声场助校形装置的具体实施过程为：调节好超声振子4的工作频率及纵向振幅，并与设好第一模具21及第二模具22与极板3之间的压力值。将极板3放置于第一模具21及第二模具22中间，通过外部驱动装置向第一模具21、第二模具22及极板3施加压力。当压力达到预设值后，打开超声振子4激励电源，将超声场通过第一模具21作用至极板3上进行校形，并根据极板3翘曲程度、薄板性能、微流道深度误差、及超声振子4的振幅确定超声场的持续时间。当超声场的作用时间达到设定值后，关闭超声振子4激励电源，启动外部驱动装置，使得第一模具21与第二模具22分离，以将成形后的极板3取出。

综上所述：通过设置有超声振子4，超声振子4用以将外部驱动装置的作用力传递至成形组件2，同时固定板11上设置有第一凹槽111，第一凹槽111内设置有弹性件14，弹性件14在底座12的重力作用下处于压缩状态，以给底座12向上的反作用力。底座12在外部驱动装置的作用力及弹性件14的反作用力的双重作用下，使得待成形目标与成形组件2之间能够紧密且均匀接触，以达到去除内应力、减小成形组件2与待成形目标之间的摩擦的效果，从根本上消除大面积微流道极板3翘曲的缺陷。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。