一种燃料电池金属双极板冲压模具及冲压方法与流程

1.本技术涉及燃料电池金属双极板生产设备技术领域，特别涉及一种燃料电池金属双极板冲压模具及冲压方法。


背景技术：

2.氢燃料电池技具有无噪音、零排放、续驶里程长、动力性高、低温正常工作、燃料加注时间短等显著优点。一个燃料电池堆由膜电极组件、双极板和端板等构成。双极板的主要功能是分隔反应气体、均匀导入反应气体、收集并传导电流、支撑膜电极、实现整个燃料电池系统快速散热和排水。为此，双极板应具有良好的导电性能、导热性能、耐腐蚀性能、阻气性能以及一定的机械强度，双极板的性能好坏直接影响电池堆的输出功率和使用寿命。
3.燃料电池由一双极板、一膜电极、一双极板交替组成。双极板在其中的作用有：分隔燃料、氧化剂、冷却液；输送燃料(h2)和空气(o2)至电极，参与电化学反应；收集电流并传导；支撑膜电极，依次连接单电池进而组成电堆；分配冷却液至冷却腔，排出反应产生的热量；排出反应产生的水等。双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，具有良好的阻气性、导电性和导热性；双极板主要包括金属双极板(由金属材料制成)、石墨双极板(由石墨材料制成)和复合双极板(由金属-石墨复合材料制成)。
4.金属双极板易加工，适合大批量生产，金属双极板的成型工艺主要包括冲压成型、铸造成型、电化学刻蚀、微细电火花铣削等多种加工工艺。其中，精密冲压成型因具有生产效率高、成本低、成型精度高等优点，成为金属双极板的主要制造工艺。
5.金属双极板的制备方案只要包括以下步骤：落料
→
预成型
→
成型
→
修边冲孔
→
焊接
→
气密性检测
→
涂层。一张金属双极板是由一片阴极板和一片阳极板焊接而成，通常阳极板和阴极板共用一套预成型模具，然后各自有一套终成型模具来生产。但现有金属双极板的制备工序为预成型，阳极板成型，阴极板成型共三批次冲压，导致效率不高，且产品质量不稳定，废品率高。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种燃料电池金属双极板冲压模具及冲压方法，以解决相关技术中现有金属双极板的制备工序为预成型，阳极板成型，阴极板成型共三批次冲压，导致效率不高的问题。
7.本技术实施例第一方面提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具，包括：
8.第一工位上模架，所述第一工位上模架的底面设有一次上成型面；
9.第三工位下模架，所述第三工位下模架的顶面设有二次下成型面；
10.第二工位中模架，所述第二工位中模架位于第一工位上模架和第三工位下模架之间；
11.所述第二工位中模架的顶面设有与一次上成型面配合的一次下成型面，所述第二工位中模架的底面设有与二次下成型面配合的二次上成型面。
12.本技术的燃料电池金属双极板冲压模具设置了上下分布的第一工位上模架和第三工位下模架，且在第一工位上模架和第三工位下模架之间设置了第二工位中模架。
13.第二工位中模架与第一工位上模架合模后能够冲压成型金属双极板预制件，第二工位中模架与第三工位下模架合模后能够冲压成型金属双极板成品件。
14.冲压模具一次冲压动作即可冲压成型金属双极板预制件和金属双极板成品件，极大地提高了金属双极板的冲压效率。且各金属双极板均由两次冲压成型，增加金属双极板刚性，降低回弹，提高金属双极板产品合格率。
15.在一些实施例中：所述第一工位上模架的底面可拆卸连接有一次上成型模芯，所述一次上成型面位于一次上成型模芯的底面；
16.所述第三工位下模架的顶面可拆卸连接有二次下成型模芯，所述二次下成型面位于二次下成型模芯的顶面。
17.在一些实施例中：所述第二工位中模架的顶面可拆卸连接有一次下成型模芯，所述一次下成型面位于一次下成型模芯的顶面；
18.所述第二工位中模架的底面可拆卸连接有二次上成型模芯，所述二次上成型面位于二次上成型模芯的底面。
19.在一些实施例中：所述第一工位上模架的顶部设有上模座，所述上模座与第一工位上模架之间通过多个第一氮气缸连接；
20.所述上模座的顶部设有驱动第一工位上模架以接近和远离第二工位中模架和第三工位下模架方向运动的伺服液压机。
21.在一些实施例中：所述第三工位下模架的底部固定设有下模座，所述下模座的顶部四角分别设有导向座，所述上模座的底部四角分别垂直设有与导向座滑动连接的外导向柱。
22.在一些实施例中：所述第三工位下模架的顶部四角分别设有连接第二工位中模架的第二氮气缸，所述第二氮气缸以弹性支撑和定位所述第二工位中模架。
23.在一些实施例中：所述第一工位上模架的底部四角分别垂直设有与第二工位中模架滑动连接的内导向柱，所述第二工位中模架的四角分别设有与内导向柱滑动连接的定位孔。
24.在一些实施例中：所述一次上成型面和二次上成型面上均设有定位金属双极板的定位槽或定位块。
25.在一些实施例中：所述第一工位上模架、第三工位下模架和第二工位中模架均为设定厚度的模具钢材料制作。
26.本技术实施例第二方面提供了一种燃料电池金属双极板的冲压方法，该方法使用上述任一实施例所述的燃料电池金属双极板冲压模具，所述方法包括以下步骤：
27.s1、将首片金属双极板胚料放入第二工位中模架的一次下成型面上；
28.s2、伺服液压机带动第一工位上模架朝接近第二工位中模架和第三工位下模架方向移动，直至一次下成型面与一次上成型面冲压金属双极板胚料形成金属双极板预制件；
29.s3、伺服液压机并带动第一工位上模架朝远离第二工位中模架和第三工位下模架方向移动；
30.s4、将金属双极板预制件取出后放入第三工位下模架的二次下成型面上，将下一
片金属双极板胚料放入第二工位中模架的一次下成型面上；
31.s5、伺服液压机带动第一工位上模架朝接近第二工位中模架和第三工位下模架方向移动，直至一次下成型面与一次上成型面冲压金属双极板胚料形成金属双极板预制件，二次下成型面与二次上成型面冲压金属双极板预制件形成金属双极板成品件；
32.s6、伺服液压机带动第一工位上模架朝远离第二工位中模架和第三工位下模架方向移动，取出金属双极板预制件和金属双极板成品件；
33.s7、重复上述s4-s6，一次性完成金属双极板预制件和金属双极板成品件的冲压作业。
34.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
35.本技术实施例提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具及冲压方法，由于本技术的燃料电池金属双极板冲压模具设置了第一工位上模架，该第一工位上模架的底面设有一次上成型面；第三工位下模架，该第三工位下模架的顶面设有二次下成型面；第二工位中模架，该第二工位中模架位于第一工位上模架和第三工位下模架之间；在第二工位中模架的顶面设有与一次上成型面配合的一次下成型面，第二工位中模架的底面设有与二次下成型面配合的二次上成型面。
36.因此，本技术的燃料电池金属双极板冲压模具设置了上下分布的第一工位上模架和第三工位下模架，且在第一工位上模架和第三工位下模架之间设置了第二工位中模架。第二工位中模架与第一工位上模架合模后能够冲压成型金属双极板预制件，第二工位中模架与第三工位下模架合模后能够冲压成型金属双极板成品件。冲压模具一次冲压动作即可冲压成型金属双极板预制件和金属双极板成品件，极大地提高了金属双极板的冲压效率。且各金属双极板均由两次冲压成型，增加金属双极板刚性，降低回弹，提高金属双极板产品合格率。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本技术实施例的结构主视图；
39.图2为本技术实施例的结构左视图；
40.图3为本技术实施例的结构立体图。
41.附图标记：
42.1、第一工位上模架；2、一次上成型模芯；3、一次下成型模芯；4、第二工位中模架；5、二次上成型模芯；6、二次下成型模芯；7、第三工位下模架；8、上模座；9、下模座；10、外导向柱；11、导向座；12、内导向柱；13、第一氮气缸。
具体实施方式
43.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.本技术实施例提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具及冲压方法，其能解决相关技术中现有金属双极板的制备工序为预成型，阳极板成型，阴极板成型共三批次冲压，导致效率不高的问题。
45.参见图1至图3所示，本技术实施例第一方面提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具，包括：
46.第一工位上模架1，该第一工位上模架1的长、宽、高尺寸依次为780mm*520mm*140mm，在第一工位上模架1的底面设有一次上成型面，一次上成型面上设有若干条凹槽，以形成凹模。
47.第三工位下模架7，该第三工位下模架7的长、宽、高尺寸依次为780mm*520mm*170mm，在第三工位下模架7的顶面设有二次下成型面，二次下成型面上设有若干条凸筋，以形成凸模。
48.第二工位中模架4，该第二工位中模架4的长、宽、高尺寸依次为640mm*300mm*65mm，且第二工位中模架4位于第一工位上模架1和第三工位下模架7之间，第一工位上模架1、第二工位中模架4和第三工位下模架7呈上、中、下三层结构。
49.第二工位中模架4的顶面设有与一次上成型面配合的一次下成型面，一次下成型面上设有若干条凹槽，以形成凹模，第二工位中模架4的底面设有与二次下成型面配合的二次上成型面，二次上成型面上设有若干条凸筋，以形成凸模。
50.本技术实施例的燃料电池金属双极板冲压模具设置了上下分布的第一工位上模架1和第三工位下模架7，且在第一工位上模架1和第三工位下模架7之间设置了第二工位中模架4。第二工位中模架4与第一工位上模架1合模后能够冲压成型金属双极板预制件，第二工位中模架4与第三工位下模架7合模后能够冲压成型金属双极板成品件。
51.第一工位上模架1、第二工位中模架4和第三工位下模架7呈上、中、下三层结构，冲压模具的一次冲压动作即可冲压成型金属双极板预制件和金属双极板成品件，达到一套模具冲压两件产品的效果，极大地提高了金属双极板的冲压效率。且各金属双极板均由两次冲压成型，增加金属双极板刚性，降低回弹，提高金属双极板产品合格率。
52.在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本技术实施例提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具，该冲压模具的第一工位上模架1的底面可拆卸连接有一次上成型模芯2，一次上成型面位于一次上成型模芯2的底面。
53.第三工位下模架7的顶面可拆卸连接有二次下成型模芯6，二次下成型面位于二次下成型模芯6的顶面。第二工位中模架4的顶面可拆卸连接有一次下成型模芯3，一次下成型面位于一次下成型模芯3的顶面。
54.第二工位中模架4的底面可拆卸连接有二次上成型模芯5，二次上成型面位于二次上成型模芯5的底面。一次上成型模芯2、一次下成型模芯3、二次上成型模芯5和二次下成型模芯6的长、宽、高尺寸均为640mm*300mm*50mm。
55.本技术实施例的一次上成型模芯2、一次下成型模芯3、二次上成型模芯5和二次下成型模芯6均采用了可拆卸连接，便于根据产品的形状进行更换，或上述模芯出现磨损后便于进行维修和更换，降低生产成本。
56.在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本技术实施例提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具，该冲压模具的第一工位上模架1的顶部设有上模座8，在上模座8与第一工位上模架1之间通过多个第一氮气缸13连接，多个第一氮气缸13连接弹性支撑第一工位上模架1。
57.在上模座8的顶部设有驱动第一工位上模架1以接近和远离第二工位中模架4和第三工位下模架7方向运动的伺服液压机(图中未画出)。伺服液压机通过快下、工进、加压、保压、泄荷、回程等阶段的工艺过程完成金属双极板的冲压作业。
58.本技术实施例的第一工位上模架1、第二工位中模架4和第三工位下模架7呈上、中、下三层结构，冲压模具的一次冲压动作即可冲压成型金属双极板预制件和金属双极板成品件，伺服液压机等动力设备资源可得到最大化利用，降低了生产成本。
59.在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本技术实施例提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具，该冲压模具的第三工位下模架7的底部固定设有下模座9，在下模座9的顶部四角分别设有导向座11，在上模座8的底部四角分别垂直设有与导向座11滑动连接的外导向柱10。
60.在第三工位下模架7的顶部四角分别设有连接第二工位中模架4的第二氮气缸(图中未画出)，第二氮气缸以弹性支撑和定位第二工位中模架4。第二氮气缸以弹性支撑和定位第二工位中模架4，避免第二工位中模架4压力过大损坏金属双极板，并保证模具合模精度。
61.在第一工位上模架1的底部四角分别垂直设有与第二工位中模架4滑动连接的内导向柱12，第二工位中模架4的四角分别设有与内导向柱12滑动连接的定位孔，内导向柱12与第二工位中模架4滑动连接，以保证模具合模精度。
62.一次上成型面和二次上成型面上均设有定位金属双极板的定位槽或定位块，便于金属双极板在一次上成型面和二次上成型面上的定位精度，防止在冲压金属双极板时，金属双极板在一次上成型面和二次上成型面上发生位置变动。
63.第一工位上模架1、第三工位下模架7、第二工位中模架4、一次上成型模芯2、一次下成型模芯3、二次上成型模芯5和二次下成型模芯6均为设定厚度的模具钢材料制作，模具钢材料优选为s45c或skd11材料。
64.参见图1至图3所示，本技术实施例第二方面提供了一种燃料电池金属双极板的冲压方法，该方法使用上述任一实施例所述的燃料电池金属双极板冲压模具，该方法包括以下步骤：
65.s1、将首片金属双极板胚料放入第二工位中模架4的一次下成型面上；金属双极板胚料为sus316l材质，尺寸为：420mm*150mm*0.1mm。
66.s2、伺服液压机带动第一工位上模架1朝接近第二工位中模架4和第三工位下模架7方向移动，直至一次下成型面与一次上成型面冲压金属双极板胚料形成金属双极板预制件；在金属双极板预制件上形成多条设定深度的浅流道沟槽。
67.s3、伺服液压机并带动第一工位上模架1朝远离第二工位中模架4和第三工位下模架7方向移动；使一次下成型面与一次上成型面相互打开便于取出金属双极板预制件。
68.s4、将金属双极板预制件取出后再放入第三工位下模架7的二次下成型面上，将下一片金属双极板胚料放入第二工位中模架4的一次下成型面上。
69.s5、伺服液压机带动第一工位上模架1朝接近第二工位中模架4和第三工位下模架7方向移动，直至一次下成型面与一次上成型面冲压金属双极板胚料形成金属双极板预制件，二次下成型面与二次上成型面冲压金属双极板预制件形成金属双极板成品件，在金属双极板成品件上形成多条设定深度的深流道沟槽；金属双极板成品件尺寸：420mm*150mm*1mm。
70.s6、伺服液压机带动第一工位上模架1朝远离第二工位中模架4和第三工位下模架7方向移动，取出金属双极板预制件和金属双极板成品件；
71.s7、重复上述s4-s6，伺服液压机一次冲压动作完成金属双极板预制件和金属双极板成品件的冲压作业。
72.工作原理
73.本技术实施例提供了一种燃料电池金属双极板冲压模具及冲压方法，由于本技术的燃料电池金属双极板冲压模具设置了第一工位上模架1，该第一工位上模架1的底面设有一次上成型面；第三工位下模架7，该第三工位下模架7的顶面设有二次下成型面；第二工位中模架4，该第二工位中模架4位于第一工位上模架1和第三工位下模架7之间；在第二工位中模架4的顶面设有与一次上成型面配合的一次下成型面，第二工位中模架4的底面设有与二次下成型面配合的二次上成型面。
74.因此，本技术的燃料电池金属双极板冲压模具设置了上下分布的第一工位上模架1和第三工位下模架7，且在第一工位上模架1和第三工位下模架7之间设置了第二工位中模架4。第二工位中模架4与第一工位上模架1合模后能够冲压成型金属双极板预制件，第二工位中模架4与第三工位下模架7合模后能够冲压成型金属双极板成品件。冲压模具一次冲压动作即可冲压成型金属双极板预制件和金属双极板成品件，极大地提高了金属双极板的冲压效率。且各金属双极板均由两次冲压成型，增加金属双极板刚性，降低回弹，提高金属双极板产品合格率。
75.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
76.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
77.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。