小型氢燃料电池金属双极板成形模具 技术领域 本发明属于金属薄板冲压成形模具技术领域， 涉及一种小型氢燃料电池金属双极 板成形模具。
技术背景 燃料电池技术是近年来快速发展的一项高新技术， 它为能源动力的变革和建立新 型工业文明带来契机。 氢燃料电池可以作为电动汽车的理想能源， 亦可成为军用、 民用便携 式电源， 具有十分广阔的应用前景。据统计， 我国现阶段火力发电占发电总量的 70％以上， 因此传统的混合动力汽车、 电动车并不能实现真正的低碳。 而氢燃料电池作为清洁能源， 其 批量化生产势在必行。
双极板是氢燃料电池的核心部件之一， 且成形工艺复杂、 制造成本高， 占电池堆成 本的 40％～ 60％， 占电池堆总重的 80％以上。目前生产双极板的材料主要有石墨、 复合材 料和金属等， 但是前两种材料的可制造性、 耐渗透性、 冲击振动的持久性均不如金属， 而且 加工时间比较长， 不容易大批量生产， 也限制了电池的薄型化和小型化， 从而阻碍了氢燃料 电池的商品化应用。
用金属制作双极板既易于批量生产， 又可使用薄板 (0.1 ～ 0.3mm) 而直接冲压成 形， 可以大幅提高燃料电池的比能量和比功率， 降低电池成本。 制造氢燃料电池金属双极板 的材料主要是不锈钢、 钛和铝合金等， 随着电镀技术的发展， 金属双极板的稳定性和耐腐蚀 性将会有更大的提高， 因此具有广阔的发展前景。 金属双极板作为氢燃料电池的核心部件， 其制造技术是国内外燃料电池制造商重点研发的课题。较之橡胶垫成形、 液压成形和电化 学刻蚀等工艺， 用冲压成形所表现出来的高效率、 低消耗、 高一致性、 高精度和高复杂程度 是其它加工制造方法所不能比拟的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于金属双极板成形的多工位级进模， 使用一套模 具， 高效率、 低消耗、 高一致性、 高精度的自动连续生产出满足要求的氢燃料电池金属双极 板。
本发明的技术方案是一种金属双极板成形多工位级进模， 它由 10 个工位组成， 在 冲压过程中板料依次通过各工位， 被连续冲压成形， 至最后工位落料成形为双极板， 且该模 具具有较高的生产效率， 为双极板的批量生产奠定基础。 为达到上述目的， 本级进模工位① 是冲 4 个半圆形切口 a， 并冲 2 个导正销孔 ； 工位②是冲切口 b 和 c ； 通过工位①、 ②冲切出 合理的工艺切口， 在冲压过程中阻断导正销孔处的板料变形， 使导料精确。工位③是空工 位； 工位④是压拉延防变形筋， 为了防止成形过程中起皱， 并减小成形所需要的压边力 ； 工 位⑤是空工位 ； 工位⑥是成形平行沟槽 ； 工位⑦是对工位⑥成形的平行沟槽进行整形 ； 工 位⑧是对平行沟槽二次整形 ； 工位⑨是冲异形孔 ； 工位⑩是落料。两个空工位的设置是为 了提高凹模镶块、 卸料板和固定板的强度， 保证各成形零件安装位置不发生干涉。 卸料板分为卸料板 I(2) 和卸料板 II(6)， 卸料板 I(2) 有压料作用， 并对工位①和工位②切口工位起 卸料作用 ； 压边圈 (5) 固定在卸料板 II(6) 上， 对工位⑥⑦⑧提供压边力， 卸料板 II(6) 又 对工位⑨和工位⑩起卸料作用 ； 两块卸料板各用 4 个导柱 (8) 导向。
本发明结构合理， 采用级进模制造氢燃料电池金属双极板工艺简单、 生产成本低、 精度高、 一致性好 ； 同时模具采用多镶块组合的方法， 可以根据要求通过更换镶块的方法来 改变成形的金属双极板沟槽形状， 增加了模具的寿命和适应性。 附图说明
图 1(A) 为氢燃料电池金属双极板制件图。
图 1(B) 为氢燃料电池金属双极板制件局部放大图。
图 2(A) 为本发明小型氢燃料电池金属双极板级进模主视图。
图 2(B) 为本发明小型氢燃料电池金属双极板级进模俯视图 ( 局部 )。
图 3 为金属双极板平行沟槽的成形、 整形过程示意图。
图 4 为凹模固定板俯视图。
图中 ： 1 上模座 ； 2 卸料板 I ； 3 垫板 ； 4 凸模固定板 ； 5 压边圈 ； 6 卸料板 II ； 7 下模 座； 8 导柱 ； 9 垫板 ； 10 凹模固定板 ； 11 切口、 冲孔镶块 ； 12 压拉延筋镶块 ； 13 方形导孔 ； 14 成形镶块 ； 15 整形镶块 I ； 16 整形镶块 II ； 17 冲异形孔镶块 ； 18 落料镶块。 具体实施方式 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明级进模主要用于成形图 1(A) 和图 1(B) 所示的平行沟槽双极板制件， 板料 厚为 0.1mm， 制件上有 8 条微平行沟槽， 微沟槽截面形状为梯形， 深度为 0.5mm。
参照图 2(A) 和图 2(B) 所示， 本发明制造小型氢燃料电池金属双极板的级进模具， 凸模固定在凸模固定板 (4) 和垫板 (3) 上， 凸模固定板 (4) 和垫板 (3) 固定于上模座 (1) 上。同样， 凹模镶块与凹模固定板 (10)， 垫板 (9)， 下模座 (7) 的关系也是如此。本模具有 10 个工位， 具体的过程如下 ： 工位①是冲 4 个半圆形切口 a， 并冲 2 个导正销孔 ； 工位②是 冲切口 b 和 c ； 通过工位①、 ②冲切出合理的工艺切口， 在冲压过程中阻断导正销孔处的板 料变形， 使导料精确。工位③是空工位 ； 工位④是压拉延防变形筋， 为了防止成形过程中起 皱， 并减小成形所需要的压边力 ； 工位⑤是空工位 ； 工位⑥是成形平行沟槽 ； 工位⑦是对工 位⑥成形的平行沟槽进行整形， 采用先成形再整形的方法成形双极板平行沟槽， 能够有效 降低沟槽处板料的变薄率， 减小一次成形中的回弹问题， 提高沟槽成形的精度 ； 工位⑧是对 平行沟槽二次整形 ； 工位⑨是冲异形孔 ； 工位⑩是落料。两个空工位的设置是为了提高凹 模镶块、 卸料板和固定板的强度， 保证各成形零件安装位置不发生干涉。 卸料板分为卸料板 I(2) 和卸料板 II(6)， 卸料板 I(2) 有压料作用， 并对工位①和工位②切口工位起卸料作用 ； 压边圈 (5) 固定在卸料板 II(6) 上， 对工位⑥⑦⑧提供压边力， 卸料板 II(6) 又对工位⑨和 工位⑩起卸料作用 ； 两块卸料板各用 4 个导柱 (8) 导向。
参照图 2(A) 和图 2(B) 所示， 工位①和②做到同一个切口冲孔镶块 (11) 上， 简化 了模具结构 ； 成形镶块 (14)、 整形镶块 I(15)、 整形镶块 II(16)、 冲异形孔镶块 (17) 和落料 镶块 (18) 相互独立， 成形镶块 (14) 和整形镶块 I(15) 及冲异形孔镶块 (17) 和落料镶块
(18) 分别组合在一起， 整形镶块 II(16) 外廓尺寸小于其它镶块， 避免在凹模固定板 (10) 形 成较长的贯通孔， 增加凹模固定板 (10) 的强度 ； 根据板料的宽度， 设置 18 个方形导料销， 方 形导料销的方形导孔 (13) 是由凹模固定板 (10) 和对应的镶块共同构成 ； 方形导料销靠近 导正销， 防止上模抬起过程中因导正销带料而引起的板料变形。
参照图 2(B)、 图 3 及图 4 所示， 可以通过更换成形镶块 (14)、 整形镶块 I(15)、 整形 镶块 II(16) 来改变双极板沟槽的类型 ； 采用先成形后整形的方法防止制件局部变薄严重， 如图 3 所示， d → e 的整形过程中， 使 d 比 e 的成形体积大 5％左右， 减少整形后的回弹变 形， 保证整形精度。如果一次整形能满足精度要求， 则可以省略整形镶块 II(16)。