CN101764229B - 复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法及装置，其中成形方法是根据预先设计的微型金属流场板的结构形式和流道截面形状，设计并加工微成形模头，同时根据流道形状和走向规划好微成形模头的起始位置和运动路径；微成形模头通过控制系统的控制到达流场板的起始位置后，根据流道的深度对超薄板料进行下压，保持微成形模头位置，然后由控制系统根据流场板流道的走向控制微成形模头的运动方向、路径以及加工速度完成流道压制。装置包括工作台、微塑性成形系统基材固定装置和控制系统四部分。本发明能实现任意复杂形状微金属流场板的成形，可以满足不同流道深度要求的微型金属流场板成形，具有加工简单、精度和效率高，无需或减少加工复杂的微模具、成本低、易实现自动化生产。

Description

复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法及装置

技术领域

本发明涉及一种微型燃料电池的加工技术，尤其是一种微尺度下常规微加工方法难以成形或无法成形的具有复杂结构形式的金属流场板的成形方法及装置，具体地说是一种复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法及装置。

背景技术

众所周知，随着国际能源的短缺、环境污染的日趋严重，开发清洁便利的可替代能源是必然趋势。燃料电池由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成，是一种把持续供给的燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。由于燃料电池不经过热机过程而不受卡诺循环效率限制，燃料电池将是继水力、火力、核能之后的第四代发电装置和替代内燃机的动力装置，具有污染小、效率高、移动性好、即时充电等优点。在燃料电池类型中，质子交换膜燃料电池PEMFC(Proton exchange membrane fuel cells)是以固体质子交换膜作为电解质，具有能量转换效率高、低温快速启动、环境友好等优点而有望成为洁净、高效的绿色能源供给，适合于微型化，在车辆、潜艇、可移动电源和各种微型电源上有广阔的应用前景。

PEMFC结构主要有膜电极三合一组件MEA、由两个流场板配对组成的双极板以及电池集成系统构成。PEMFC流场板是串联各个单电池的关键部件，性能要求高。流场板起到收集并导出电流、隔离和平均分配气体，同时流场板和流场板布置对电池的水热管理、反应物分布以及生成物顺利排出等影响很大，为此流场板的加工工艺研究备受关注。目前质子交换膜流场板材料的选择主要有石墨和金属等。石墨流场板的加工技术比较成熟，但是由于石墨材料的脆性和机加工性能较差，加工效率低下，石墨流场板重量占到燃料电池电堆总重量的一半以上，制造成本占到整个电池成本的60％左右，限制了PEMFC的商品化进程。而金属材料由于其导电导热性能好，强度高，可以显著降低流场板厚度而提高PEMFC的比功率，而且板料成形易于实现批量化生产，所以应用比较广。

但是同时，由于流道的特征尺寸一般在50～500μm，金属流场板的特征尺寸的微型化和高精度要求对其成形提出了挑战，在微尺度下(至少在两个方向上尺寸处于亚毫米量级)材料的力学性能和成形过程会表现出与传统尺度不同的特点，也就是尺度效应。尤其是微型PEMFC中的流场板承受高温、强腐蚀、多场耦合和压力交变的的复杂服役环境，对基材选用材料、流场形状、成形工艺和精度等都提出了更高要求，增加了微型流场板的成形难度。经检索国内外相关技术文献发现微型PEMFC流场板成形工艺方法的专利和技术报道为数不多。Yu-Ming Lee(Journal of Power Sources.2009，193(1)：227～232)研究了采用电化学微细加工对质子交换膜燃料电池金属流场板的成形；Shuo-Jen Lee(Journal of Power Sources.2005，145：369～375)提出利用电铸工艺来成形不锈钢SS304金属流场板上的微观特征；Masanori Yokoyama(International Journal of Hydrogen Energy.2008，20(33)：5678～5685.)研究了金属玻璃双极板的热压成形方法。美国Larry J.Markoski申请专利：Fuel cell apparatus and method of fabrication(燃料电池装置和加工方法)，公开号为US20050202305 A1，其中微流道的加工采用激光微造型或者化学腐蚀。美国Ian W.Kaye申请专利：High surface area micro fuel cell architecture(具有高表面积的微燃料电池结构)，公开号为US20050255368A1，专利中提到微燃料电池的微流道加工是采用晶片加工技术实现的。上海交通大学倪军申请专利：基于辊压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板制造方法，公开号为CN1964114A，其原理是根据流场板上流道结构形式，映射并加工成辊子对，对金属板材进行辊压形成流场板，加工效率高，但是对于复杂如仿生形流道相应的辊子表面加工异常困难，也不适用于复杂微流场的成形。中国专利CN101101993“基于薄板冲压成形的质子交换膜燃料电池双极板”和CN101183723“金属薄板成形的质子交换膜燃料电池双极板”报导了利用冲压工艺成形流场板的方法，其成形方法仍然借用传统的冲压方法，借助冲压凸模和凹模对板材的作用而成形流场板，需设计加工凸模与凹模，而且对于微型流场板，相应的微凸模与微凹模加工非常困难，成本高。中国专利CN1787261A提出的“一种冲压金属双极板结构及其制备方法”，是利用铣床加工出流道，然后冲压成形金属双极板，流道加工效率低下，不适用于微流道的加工。中国专利CN1933221申请的自呼吸式微型质子交换膜燃料电池的阴极流场板及制作方法，是利用微电子机械系统(MEMS)技术在硅片上加工流场板。大连理工大学刘冲申请专利：一种制备微型燃料电池金属流场板的制作工艺，公开号为CN101222057，是通过光刻和化学蚀刻方法在金属表面加工微细结构，从而形成具有各种形状流道的流场板。

目前报导的关于PEMFC流场板成形的研究和专利主要是针对具有规则形流道的流场板，采用的成形工艺主要是基于冲压成形等常规的塑性变形手段，或者利用在集成电路工业中发展基于MEMS的微加工技术，如激光微细加工、光刻、硅微加工、化学蚀刻、电化学蚀刻等。基于冲压成形等常规塑性变形手段需针对不同的流道设计加工凸模与凹模，而且随着微型流场板上流道的微型化，微型凸模与凹模的加工难度和成本急剧上升；而基于MEMS的微加工技术主要针对的是硅片或石墨，限制了加工材料的多样性，加工效率低下，不适用于微流场板的低成本批量制造。

发明内容

本发明的目的是针对现有的质子交换膜燃料电池场流板加工效率低，无法适应复杂流道加工要求的问题，提供一种无需复杂的凸模和凹模或只有凹模即可进行生产加工，且加工简单，易于批量生产，流场板制造费用可以大幅降低，有助于微型金属流场板和微型PEMFC的推广应用的复杂形状流道微复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法及装置，本发明以超薄金属板为基材，利用和流场板流道相对应的微成形模头对金属板料进行下压，然后保持该位置并根据流场板流道的走向进行运动，实现整个流场的成形，成形过程包括了冲压和挤压的作用。特别适用于微尺度下常规微加工方法难以成形或无法成形的具有复杂结构形式的金属流场板成形。

本发明的技术方案之一是：

一种复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法，其特征在于它包括以下步骤：

首先，根据预先设计的微型金属流场板的结构形式和流道截面形状，设计并加工出与流道截面形状相配的微成形模头；

其次，根据流道形状和走向编制出微成形模头的起始位置和运动路径的数控程序；

第三，将基材四边加以固定，基材的下部为悬空状态或安装有与最终成形流场板形状相配的凹模；

第四，使微成形模头到达流场板的起始位置后，根据流道的深度设置微成形模头的下压量，并对基材进行下压，保持微成形模头的下压高度，然后在程序的控制下使微成形模头沿着设定的运动路径在流场板等高地压制出流道，在压制的过程中通过微小区域塑性成形的积累，完成整个流场流道的成形，成形过程包括了冲压和挤压的作用，即可得到所需结构形式的带有复杂形状流道的金属流场板；

如果流道深度和流道宽度的比值＞1，则需根据流道深度重复第四步若干次，控制每次微成形模头的下压量，使每次的下压量不大于流道的宽度，以防止下压量过大造成基材的过度减薄而破裂，直到达到规定的流道深度。

所述的微成形模头的形状为半圆形、梯形、三角形或其他与流道截面形状相配的形状，其表面设有耐磨强化层。

所述的流道的形状为平行结构、交指形结构、蛇形结构或仿生形结构，所述流道的截面形状为半圆形、梯形、三角形或其他形状。

本发明利用压电陶瓷作为控制微成形模头极小下压量的驱动装置。

本发明的技术方案之二是：

一种复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形装置，其特征是它包括底座14、支撑座11和用来固定微成形模头18的固定垫板19，支撑座11的下端直接或通过可调定位用工作台13与底座14相连，支撑座11的上端安装有用于压装基材17的压板9；基材17的下部为空心结构或安装有凹模26；所述的固定垫板19位于基材17的上部，固定垫板19上安装有位移传感器20，位移传感器20上安装有位移传感器上垫板21，位移传感器上垫板21上安装有压力传感器22，压力传感器22上安装有压电陶瓷下垫板23，压电陶瓷24安装在压电陶瓷下垫板23上，压电陶瓷24上安装有压电陶瓷上垫板25，压电陶瓷上垫板25与精密数控驱动装置1相连，精密数控驱动装置1、位移传感器20、压力传感器22和压电陶瓷24均与控制用计算机6电气连接；控制用计算机6在程序控制下驱动精密数控驱动装置1实现对微成形模头18起始位置找准、下压量及运动路径的控制，并根据位移传感器20和压力传感器22的返回的信号实现对压电陶瓷24的精密加载。

所述的压板9通过旋装在支撑座11上端螺纹孔10中的螺栓7安装在支撑座11上，所述的螺栓7上套装有弹簧8。

所述的控制用计算机6通过D/A转换器4、控制单元3及压电陶瓷驱动器2与压电陶瓷24电气连接，压电陶瓷驱动器2的输出端压电陶瓷24相连，压电陶瓷驱动器2的输入端与控制单元3的一个输出端相连，控制单元3的另一个输出端与精密数控驱动装置1的输入端相连，控制单元3的输入端与D/A转换器4的输出端相连，D/A转换器4的输入端与控制用计算机6相连。

所述的位移传感器20和压力传感器22通过A/D转换器5与控制用计算机6相连。

上述的金属流场板基材可以选择不锈钢、钛合金、铝合金等各种金属材料和各种改性材料，流场板基材厚度在40～1200μm范围内，根据不同的流场板基材，可以通过优化加工参数对金属流场板的成形过程进行控制，可选择的参数包括微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度(扫描速度)、压边力大小、微成形模头的个数、结构、几何尺寸和形状等参数。

通过同时布置多个微成形模头，在控制系统对微成形模头运动路径的控制下，可以同时实现多个相同流场结构的金属流场板的加工。

本发明的有益效果：

1.由于仅以微成形模头作为微型流场板的成形力，减少了微凸模和微凹模的加工工时和费用，成形效率和精度高，工艺简单易控。

2.可成形的材料，可加工的微型流场板厚度尺寸的范围大，适应性强，各种难成形和各种厚度(40～1200μm)的金属材料或者表面改性金属材料的微型流场板。可加工的微流道的形状复杂程度不受限，只要选择好微成形模头形状、运动轨迹和起始位置，就可以成形出所需的具有复杂形状流道的微型流场板。

3.在微成形模头对微型流场板成形的过程中，微成形模头是通过局部塑性变形来成形的，在微成形模头运动时，对其周边区域的材料有一个局部挤压作用，可以起到材料强化作用。

4.因为微成形模头可以安置在精密数控装置上，下压量、运动路径、扫描速度等参数都可以通过控制系统精确调控，所以能够保证成形的可持续性和可重复性，易实现自动化生产。

5.采用的基材为超薄金属板料或者表面改性材料，厚度最小可达40μm，极大降低了流场板的重量和体积，相应的微型PEMFC重量和体积也大幅降低。而且采用金属板材，其导电性和导热性很好，强度高，能起到有效支撑作用。

6.通过布置多个微成形模头，可以实现单次装夹成形多块微型流场板。

附图说明

图1是无微凹模的微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形装置简图。

图2是局部放大图。

图3是有微凹模的微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形装置简图。

图4是可实现阶梯形流场成形的微凹模示意图。

图5是直流道流场板示意图。

图6是蛇形流道流场板示意图。

图7是具有点状流场结构的流场板示意图。

图8是交指形流场示意图。

图9是仿生形流道流场板示意图。

图10是具有梯形形状的微成形模头和微流道示意图。

图11是具有半圆形形状的微成形模头和微流道示意图。

图12是具有三角形形状的微成形模头和微流道示意图。

图中：1精密数控装置；2压电陶瓷驱动器；3控制单元；4D/A转换器；5A/D转换器；6控制用计算机；7螺栓；8弹簧；9压板；10螺纹孔；11支撑座；12连接螺钉；13可调定位用工作台；14底座；15流场板成形后所在位置；16微成形模头沿流道走向的运动位置；17基材；18微成形模头；18a具有梯形形状的微成形模头；18b具有半圆形形状的微成形模头；18c具有三角形形状的微成形模头；19固定垫板；20位移传感器；21位移传感器上垫板；22压力传感器；23压电陶瓷下垫板；24压电陶瓷；25压电陶瓷上垫板；26微凹模；27气体入口；27a直流道流场板的气体入口；27b蛇形流道流场板的气体入口；27c具有点状流场结构的流场板的气体入口；27d交指形流场的气体入口；27e仿生形流道流场板的气体入口28流场板28a直流道流场板；28b蛇形流道流场板；28c具有点状流场结构的流场板；28d交指形流场；28e仿生形流道流场板；29支撑梁；29a直流道流场板的支撑梁；29b蛇形流道流场板的支撑梁；29c具有点状流场结构的流场板的支撑梁；29d交指形流场的支撑梁；29e仿生形流道流场板的支撑梁；30流道；30a直流道；30b蛇形流道；30c具有点状流场的流道；30d交指形流道；30e仿生形流道；31气体出口；31a直流道流场板的气体出口；31b蛇形流道流场板的气体出口；31c具有点状流场结构的流场板的气体出口；31d交指形流场的气体出口；31e仿生形流道流场板的气体出口；32微成形模头运动轨迹；32a成形直流道的微成形模头运动轨迹；32b成形蛇形流道的微成形模头运动轨迹；32c成形具有点状流场的流道的微成形模头运动轨迹；32d成形交指形流道的微成形模头运动轨迹；32e成形仿生形流道的微成形模头运动轨迹；33阶梯形微凹模；34型面突变处。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1所示。

一种复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法，它包括以下步骤：

首先，根据预先设计的微型金属流场板的结构形式(可为平行结构、交指形结构、蛇形结构或仿生形结构)和流道截面形状(可为半圆形、梯形或三角形)设计并加工出与流道截面形状相配的微成形模头；

其次，根据流道形状和走向编制出微成形模头的起始位置和运动路径的数控程序；程序可存入控制单元3或控制用计算机6中；控制单元可采用PLC加外围电路或单片机加外围电路再加上相应的控制软件加以实现；

第三，将基材四边加以固定，基材的下部为悬空状态或安装有与最终成形流场板形状相配的凹模；如图1所示；

第四，使微成形模头到达流场板的起始位置后，根据流道的深度设置微成形模头的下压量(每次的最佳下压量以不超过流道的宽度为佳)，并对基材进行下压，保持微成形模头的下压高度，然后在程序的控制下使微成形模头沿着设定的运动路径在流场板等高地压制出流道，在压制的过程中通过微小区域塑性成形的积累，完成整个流场流道的成形，成形过程包括了冲压和挤压的作用，即可得到所需结构形式的带有复杂形状流道的金属流场板；

如果流道深度和流道宽度的比值＞1，则需根据流道深度重复第四步若干次，控制每次微成形模头的下压量，使每次的下压量不大于流道的宽度，以防止下压量过大造成基材的过度减薄而破裂，直到达到规定的流道深度。

也就是说本发明的具体做法是首先根据预先设计的微型金属流场板的结构形式和流道截面形状，设计并加工微成形模头作为微型金属流场板上流道的成形工具，微成形模头工作部分的形状和流道截面形状相对应，对于半圆形流道截面则微成形模头为半圆形，梯形流道截面则微成形模头为梯形，三角形流道截面则微成形模头为三角形，另外为了提高微成形模头的耐磨性，需要对微成形模头工作部分进行强化处理。基材四周区域通过压边力施加装置实现基材的固定和压边，然后根据流道形状和走向规划好微成形模头的起始位置和运动路径，微成形模头通过控制系统的控制到达流场板的起始位置后，根据流道的深度对基材超薄板料进行下压。保持微成形模头的垂直方向的位置，然后由控制系统根据流场板流道的走向控制微成形模头运动方向、路径以及加工速度；微成形模头等高地沿着流场板流道走向，通过微小区域塑性成形的积累，完成整个流场的成形，最终得到所需结构形式的微型金属流场板，成形过程包括了冲压和挤压的作用。根据不同的流场结构选择相应的微成形模头起始下压点和加工轨迹，实现平行流场、交指型流场、蛇型流场和仿生型流道的微成形。当流道深度和流道宽度的比值≤1，则直接利用微成形模头下压并根据流道走向进行微型金属流场板的成形；当流道深度和流道宽度的比值＞1，可以根据流道深度利用微成形模头进行多次成形，直到达到规定的流道深度。

具体实施时，金属流场板基材可以选择不锈钢、钛合金、铝合金等各种金属材料和各种改性金属材料，流场板基材厚度在40～1200μm范围内，根据不同的流场板基材，可以通过优化加工参数对金属流场板的成形过程进行控制，可选择的参数包括微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度(扫描速度)、压边力大小、微成形模头的个数、结构、几何尺寸和形状等参数。

本发明可以同时布置多个微成形模头，在控制系统对微成形模头运动路径的控制下，可以同时实现多个相同流场结构的金属流场板的加工。

实施例二。

如图1、3所示。

一种复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形装置，它包括底座14、支撑座11和用来固定微成形模头18的固定垫板19，支撑座11的下端直接或通过可调定位用工作台13与底座14相连，支撑座11的上端安装有用于压装基材17的压板9；基材17的下部为空心结构(图1)或安装有凹模26(图3)；所述的固定垫板19位于基材17的上部，固定垫板19上安装有位移传感器20，位移传感器20上安装有位移传感器上垫板21，位移传感器上垫板21上安装有压力传感器22，压力传感器22上安装有压电陶瓷下垫板23，压电陶瓷24安装在压电陶瓷下垫板23上，压电陶瓷24上安装有压电陶瓷上垫板25，压电陶瓷上垫板25与精密数控驱动装置1相连，精密数控驱动装置1、位移传感器20、压力传感器22和压电陶瓷24均与控制用计算机6电气连接；控制用计算机6在程序控制下驱动精密数控驱动装置1实现对微成形模头18起始位置找准、下压量及运动路径的控制，并根据位移传感器20和压力传感器22的返回的信号实现对压电陶瓷24的精密加载。压板9可通过旋装在支撑座11上端螺纹孔10中的螺栓7安装在支撑座11上，所述的螺栓7上套装有弹簧8。控制用计算机6可通过D/A转换器4、控制单元3及压电陶瓷驱动器2与压电陶瓷24电气连接，压电陶瓷驱动器2的输出端压电陶瓷24相连，压电陶瓷驱动器2的输入端与控制单元3的一个输出端相连，控制单元3的另一个输出端与精密数控驱动装置1的输入端相连，控制单元3的输入端与D/A转换器4的输出端相连，D/A转换器4的输入端与控制用计算机6相连。位移传感器20和压力传感器22均可通过A/D转换器5与控制用计算机6相连。

详述如下：

本发明的成形装置包括工作台、微塑性成形系统、基材固定装置和控制系统四部分。工作台可由可调定位用工作台13和底座14通过连接螺栓12相连而成，其中工作台可以实现位置的粗步调整。微塑性成形系统由下向上依次由基材17、微成形模头18、固定垫板19、位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25和精密数控装置1组成，精密数控装置1主要完成带动微成形模头18按设定运动路径移动的功能，可采用现有数据机床相应的装置加以实现，其中压电陶瓷24可以高精度地实现微成形模头18在起始位置的下压量。基材17固定装置由螺栓7、弹簧8、压板9、螺纹孔10、支撑座11和连接螺钉12组成，其中基材17放置在支撑座11上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧8通过压板9将基材17固定住，并能起到压边的作用，连接螺钉12实现支撑座11和可调定位用工作台13的连接和固定(如果没有可调定位用工作台13，则连接螺钉12可省去)。控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，其中控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连，控制系统实现起始位置找准、微成形模头加载、下压量、加工轨迹、压电陶瓷精密加载以及回程的控制。

复杂形状的阶梯形微凹模可根据微质子交换膜燃料电池金属流场板的性能和功能要求，采用LIGA、刻蚀等微加工手段制造，可以成形具有阶梯型的流道，也可以成形其他不在同一平面上的各种复杂流道。

本发明一种微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法和装置，是根据流道截面形状加工对应形状的微成形模头，微成形模头对基材下压后根据流道走向进行运动，通过局部微小区域塑性成形的积累，完成整个流场板的成形，流道截面与微成形模头形状相匹配。这不同于原来常规的微加工或基于MEMS的加工方式，针对不同的基材和流道形状，可以选择参数对成形过程进行控制。成形基材包括不锈钢、钛合金、铝合金等各种金属材料和改性金属材料，能实现任意复杂形状和不同流道深度的微金属流场板的成形，加工简单、精度和效率高，易实现自动化生产。

下面结合附图作进一步的说明：

如图1，工作台由可调定位用工作台13和底座14组成，可调定位用工作台13安置在底座14上，可以根据微成形模头18起始位置和基材17的相对位置进行粗步调整。

如图1，微塑性成形系统由下向上依次由基材17、微成形模头18、固定垫板19、位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25和精密数控装置1组成，压电陶瓷24可以高精度地实现微成形模头18在起始位置的下压量。

如图1，基材固定装置由螺栓7、弹簧8、压板9、螺纹孔10、支撑座11和连接螺钉12组成，其中基材17放置在支撑座11上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧7通过压板9将基材17固定住和实现压边的作用，压边和固定也可以采用其他液压等方式实现，连接螺钉12实现支撑座11和可调定位用工作台13的连接和固定。

如图1，控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，其中控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连，控制系统实现起始位置找准、微成形模头加载、下压量、加工轨迹、压电陶瓷精密加载以及回程的控制。

图2为图1中的局部放大图，15表示流场板成形后所在位置，16表示微成形模头18沿流道走向的运动位置。

图3所示为有微凹模的微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形装置简图，和图1所有的功能和构成相同，除了增加了微凹模26，微凹模26上加工有与流道形状一致的型腔，被固定在可调定位用工作台13上，通过微成形模头18和微凹模26的共同作用，可以成形相对应的不同形状流道。

图1和图3所示针对两个或者两个以上的多个微型流场板的同时成形问题，可以在固定垫板19上相距一定的距离对称安置两个或者多个微成形模头，微成形模头之间不能干涉，通过精密数控装置1和控制系统可以完成多块微型流场板的同时成形。

图4所示为可实现阶梯形流场成形的微凹模示意图，可以将微凹模26更换为具有复杂形状的阶梯形微凹模33，阶梯形微凹模33可以采用LIGA、刻蚀等微加工手段制造，通过微成形模头18和阶梯形微凹模33的共同作用，可以成形阶梯形流场板，其他不在同一平面上的各种复杂流道也可以成形，只要加工相应的微凹模。34为型面突变处，当微成形模头18到达型面突变处34时，控制系统发出指令，停止微成形模头18，微成形模头18在控制系统的作用下向下移动，下压量为阶梯高度差，然后重新沿着流道走向规划微成形模头18的运动路径，微成形模头18对后续的流道进行成形。

图5所示为直流道流场板示意图，在直流道流场板28a中，反应气体由直流道流场板的气体入口27a进入，气体经由直流道30a和其他其他发生反应，最后由直流道流场板的气体出口31a排出，直流道流场板的支撑梁29a起到支撑作用，提高流道板的强度，微成形模头18按照成形直流道的微成形模头运动轨迹32a可以最终实现直流道流场板的成形。

图6所示为蛇形流道流场板示意图，在蛇形流道流场板28b中，反应气体由蛇形流道流场板的气体入口27b进入，气体经由蛇形流道30b和其他其他发生反应，最后由蛇形流道流场板的气体出口31b排出，蛇形流道流场板的支撑梁29b起到支撑作用，提高流道板的强度，微成形模头18按照成形蛇形流道的微成形模头运动轨迹32b可以最终实现蛇形流道流场板的成形。

图7所示为具有点状流场结构的流场板示意图，在具有点状流场结构的流场板28c中，反应气体由具有点状流场结构的流场板的气体入口27c进入，气体经由具有点状流场的流道30c和其他发生反应，最后由具有点状流场结构的流场板的气体出口31c排出，具有点状流场结构的流场板的支撑梁29c起到支撑作用，提高流道板的强度，微成形模头18按照成形具有点状流场的流道的微成形模头运动轨迹32c可以最终实现具有点状流场结构的流场板的成形。

图8所示为交指形流场示意图，在交指形流场28d中，反应气体由交指形流场的气体入口27d进入，气体经由交指形流道30d和其他发生反应，最后由交指形流场的气体出口31d排出，交指形流场的支撑梁29d起到支撑作用，提高流道板的强度，微成形模头18按照成形交指形流道的微成形模头运动轨迹32d可以最终实现交指形流场板的成形。

图9所示为仿生形流道流场板示意图，在仿生形流道流场板28e中，反应气体由仿生形流道流场板的气体入口27e进入，气体经由仿生形流道30e和其他发生反应，最后由仿生形流道流场板的气体出口31e排出，仿生形流道流场板的支撑梁29e起到支撑作用，提高流道板的强度，微成形模头18按照成形仿生形流道的微成形模头运动轨迹32e可以最终实现仿生形流道流场板的成形。

图10所示为流道30截面为梯形，相对应的微成形模头18也具有相同的梯形形状特征。

图11所示为流道30截面为半圆形，相对应的微成形模头也具有相同的半圆形形状特征。

如图12所示为流道30截面为三角形，相对应的微成形模头也具有相同的三角形形状特征。

具体例一：

结合图1、图5和图10，微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法如下：

其成形方法是根据需要成形的微型流道30的梯形截面形状、尺寸和精度设计加工具有梯形形状的微成形模头18a，基材选择厚度为100μm的不锈钢，外形尺寸为1.2cm×1.2cm的矩形板。先将可调定位用工作台13安置在底座14上；利用连接螺钉12将支撑座11固定在可调定位用工作台13上，基材17放置在支撑座11上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧7通过压板9将基材17固定住，并起到压边的作用，压边力的调整可以通过螺栓7调节；可调定位用工作台13根据微成形模头18a和基材17的相对位置进行粗调，使得微成形模头18a和下压起始位置基本一致，固定可调定位用工作台13；安装微塑性成形系统，将微成形模头18a安装在固定垫板19中，然后由下向上依次连接位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25，最后和精密数控装置1相连接；控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，将控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连；选用优化好的成形工艺参数(微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度、压边力大小等)，同时根据直流道30a的走向规划好微成形模头18a的下压起始位置和成形直流道的微成形模头运动轨迹32a，微成形模头的运动轨迹采用编程软件产生代码输入控制用计算机6；控制用计算机6通过D/A转换器和控制单元3控制精密数控装置1的运动，使得微成形模头18a到达流场板的起始位置的上方，微成形模头18a在D/A转换器4和控制单元3的控制下根据流道的深度对基材17进行垂直下压，压力传感器22和位移传感器20通过A/D转换器5直接将信号输入控制用计算机6，随时进行比对，对于加工精度要求极高的流道，在下压到一定程度后，可以利用D/A转换器4、控制单元3和压电陶瓷驱动器2精密控制压电陶瓷24，实现微成形模头18a的极小下压量，精度可以达到0.1μm；此时保持微成形模头18a的位置，精密数控装置1按照已经编好的代码运动，驱动微成形模头18a在基材17上的局部塑性成形，通过微小区域塑性成形的积累，完成整个流场30a的成形，最终得到直流道流场板28a；当微成形模头18a到达最终位置时，控制用计算机6发出指令停止精密数控装置1的运动，驱动精密数控装置1回程；采用特殊的流场板收集装置取下流场板，以保证微型流场板的精度。

当微成形模头更换为18b、18c时，对应的流场板流道截面形状分别为半圆形和三角形。

具体例二：

结合图1、图6和图11，微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法如下：

其成形方法是根据需要成形的微型流道30的半圆形截面形状、尺寸和精度设计加工具有半圆形形状的微成形模头18b，基材选择厚度为100μm的不锈钢，外形尺寸为1.2cm×1.2cm的矩形板。先将可调定位用工作台13安置在底座14上；利用连接螺钉12将支撑座11固定在可调定位用工作台13上，基材17放置在支撑座11上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧7通过压板9将基材17固定住，并起到压边的作用，压边力的调整可以通过螺栓7调节；可调定位用工作台13根据微成形模头18b和基材17的相对位置进行粗调，使得微成形模头18b和下压起始位置基本一致，固定可调定位用工作台13；安装微塑性成形系统，将微成形模头18b安装在固定垫板19中，然后由下向上依次连接位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25，最后和精密数控装置1相连接；控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，将控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连；选用优化好的成形工艺参数(微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度、压边力大小等)，同时根据蛇形流道30b的走向规划好微成形模头18b的下压起始位置和成形蛇形流道的微成形模头运动轨迹32b，微成形模头的运动轨迹采用编程软件产生代码输入控制用计算机6；控制用计算机6通过D/A转换器和控制单元3控制精密数控装置1的运动，使得微成形模头18b到达流场板的起始位置的上方，微成形模头18b在D/A转换器4和控制单元3的控制下根据流道的深度对基材17进行垂直下压，压力传感器22和位移传感器20通过A/D转换器5直接将信号输入控制用计算机6，随时进行比对，对于加工精度要求极高的流道，在下压到一定程度后，可以利用D/A转换器4、控制单元3和压电陶瓷驱动器2精密控制压电陶瓷24，实现微成形模头18b的极小下压量，精度可以达到0.1μm；此时保持微成形模头18b的位置，精密数控装置1按照已经编好的代码运动，驱动微成形模头18b在基材17上的局部塑性成形，通过微小区域塑性成形的积累，完成整个蛇形流场30b的成形，最终得到蛇形流道流场板28b；当微成形模头18b到达最终位置时，控制用计算机6发出指令停止精密数控装置1的运动，驱动精密数控装置1回程；采用特殊的流场板收集装置取下流场板，以保证微型流场板的精度。

当微成形模头更换为18a、18c时，对应的流场板流道截面形状分别为梯形和三角形。

具体例三：

结合图1、图9和图12，微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法如下：

其成形方法是根据需要成形的微型流道30的三角形截面形状、尺寸和精度设计加工具有三角形形状的微成形模头18c，基材选择厚度为100μm的不锈钢，外形尺寸为1.2cm×1.2cm的矩形板。先将可调定位用工作台13安置在底座14上；利用连接螺钉12将支撑座11固定在可调定位用工作台13上，基材17放置在支撑座11上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧7通过压板9将基材17固定住，并起到压边的作用，压边力的调整可以通过螺栓7调节；可调定位用工作台13根据微成形模头18c和基材17的相对位置进行粗调，使得微成形模头18c和下压起始位置基本一致，固定可调定位用工作台13；安装微塑性成形系统，将微成形模头18c安装在固定垫板19中，然后由下向上依次连接位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25，最后和精密数控装置1相连接；控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，将控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连；选用优化好的成形工艺参数(微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度、压边力大小等)，同时根据仿生形流道30e的走向规划好微成形模头18c的下压起始位置和成形仿生形流道的微成形模头运动轨迹32e，因为仿生形流道30e非常复杂，需要设置多条运动轨迹和多个起始位置，微成形模头的运动轨迹采用编程软件产生代码输入控制用计算机6；控制用计算机6通过D/A转换器和控制单元3控制精密数控装置1的运动，使得微成形模头18c到达流场板的起始位置的上方，微成形模头18c在D/A转换器4和控制单元3的控制下根据流道的深度对基材17进行垂直下压，压力传感器22和位移传感器20通过A/D转换器5直接将信号输入控制用计算机6，随时进行比对，对于加工精度要求极高的流道，在下压到一定程度后，可以利用D/A转换器4、控制单元3和压电陶瓷驱动器2精密控制压电陶瓷24，实现微成形模头18c的极小下压量，精度可以达到0.1μm；此时保持微成形模头18c的位置，精密数控装置1按照已经编好的代码运动，驱动微成形模头18c在基材17上的局部塑性成形，通过微小区域塑性成形的积累，完成单个运动轨迹的成形，微成形模头18c然后重新寻找定位到另外的起始位置，再按照特定的轨迹运动，直至完成整个仿生形流道30e的成形，最终得到仿生形流道流场板28e；当微成形模头18c到达最终位置时，控制用计算机6发出指令停止精密数控装置1的运动，驱动精密数控装置1回程；采用特殊的流场板收集装置取下流场板，以保证微型流场板的精度。

当微成形模头更换为18a、18b时，对应的流场板流道截面形状分别为梯形和半圆形。

具体例四：

结合图1、图7和图11，微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法如下：

因为点状流场比较特殊，如果仍然按照本发明的成形方法利用微成形模头18b对具有点状流场的流道30c进行成形，也可以，但是效率较低。在本实施方法中，可以选择成形具有点状流场结构的流场板的支撑梁29c，成形结束后将流场板掉转过来，将其反面作为流道即可，功能完全相同，但是加工效率极大提高，因此这里29c将相当于流道，30c就相当于支撑梁。

其成形方法是根据需要成形的微型流道30的半圆形截面形状、尺寸和精度设计加工具有半圆形形状的微成形模头18b，微成形模头18b半圆形工作部分的半径应该和具有点状流场结构的流场板的支撑梁29c的半径相同。基材选择厚度为100μm的不锈钢，外形尺寸为1.2cm×1.2cm的矩形板。先将可调定位用工作台13安置在底座14上；利用连接螺钉12将支撑座11固定在可调定位用工作台13上，基材17放置在支撑座11上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧7通过压板9将基材17固定住，并起到压边的作用，压边力的调整可以通过螺栓7调节；可调定位用工作台13根据微成形模头18b和基材17的相对位置进行粗调，使得微成形模头18b和下压起始位置基本一致，固定可调定位用工作台13；安装微塑性成形系统，将微成形模头18b安装在固定垫板19中，然后由下向上依次连接位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25，最后和精密数控装置1相连接；控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，将控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连；选用优化好的成形工艺参数(微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度、压边力大小等)，同时根据具有点状流场的流道29c的位置规划好微成形模头18b的各个下压起始位置；控制用计算机6通过D/A转换器和控制单元3控制精密数控装置1的运动，使得微成形模头18b到达流场板的起始位置的上方，微成形模头18b在D/A转换器4和控制单元3的控制下根据流道的深度对基材17进行垂直下压，压力传感器22和位移传感器20通过A/D转换器5直接将信号输入控制用计算机6，随时进行比对，对于加工精度要求极高的流道，在下压到一定程度后，可以利用D/A转换器4、控制单元3和压电陶瓷驱动器2精密控制压电陶瓷24，实现微成形模头18b的极小下压量，精度可以达到0.1μm；控制用计算机6发出指令驱动精密数控装置1回程，按照次序到达下一个下压位置，循环该过程直至将所有的具有点状流场的流道29c成形，最终得到具有点状流场结构的流场板28c；当微成形模头18b到达最终位置时，控制用计算机6发出指令停止精密数控装置1的运动，驱动精密数控装置1回程；采用特殊的流场板收集装置取下流场板，以保证微型流场板的精度。

具体例五：

结合图3、图8和图12，微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法如下：

其成形方法是根据需要成形的微型流道30的三角形截面形状、尺寸和精度设计加工具有三角形形状的微成形模头18c和微凹模26，微凹模26上加工有与流道形状一致的型腔。基材选择厚度为100μm的不锈钢，外形尺寸为1.2cm×1.2cm的矩形板。

先将可调定位用工作台13安置在底座14上；利用连接螺钉12将支撑座11固定在可调定位用工作台13上，微凹模26固定在可调定位用工作台13上，基材17放置在微凹模26上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧7通过压板9将基材17固定住，并起到压边的作用，压边力的调整可以通过螺栓7调节；可调定位用工作台13根据微成形模头18c和基材17的相对位置进行粗调，使得微成形模头18c和下压起始位置基本一致，固定可调定位用工作台13；安装微塑性成形系统，将微成形模头18c安装在固定垫板19中，然后由下向上依次连接位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25，最后和精密数控装置1相连接；控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，将控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连；选用优化好的成形工艺参数(微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度、压边力大小等)，同时根据交指形流场30d的走向规划好微成形模头18c的下压起始位置和成形交指形流道的微成形模头运动轨迹32d，微成形模头的运动轨迹采用编程软件产生代码输入控制用计算机6；控制用计算机6通过D/A转换器和控制单元3控制精密数控装置1的运动，使得微成形模头18c到达流场板的起始位置的上方，微成形模头18c在D/A转换器4和控制单元3的控制下根据流道的深度对基材17进行垂直下压，压力传感器22和位移传感器20通过A/D转换器5直接将信号输入控制用计算机6，随时进行比对，对于加工精度要求极高的流道，在下压到一定程度后，可以利用D/A转换器4、控制单元3和压电陶瓷驱动器2精密控制压电陶瓷24，实现微成形模头18c的极小下压量，精度可以达到0.1μm；此时保持微成形模头18c的位置，精密数控装置1按照已经编好的代码运动，驱动微成形模头18c在基材17上的局部塑性成形，通过微小区域塑性成形的积累，完成整个交指形流道30d的成形，最终得到交指形流场28d的流场板；当微成形模头18c到达最终位置时，控制用计算机6发出指令停止精密数控装置1的运动，驱动精密数控装置1回程；采用特殊的流场板收集装置取下流场板，以保证微型流场板的精度。

当微成形模头更换为18a、18b时，对应的微凹模26上加工的型腔截面形状分别为梯形和半圆形。

具体例六：

结合图3、图4和图12，微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法如下：

其成形方法是根据需要成形的微型流道30的三角形截面形状、尺寸和精度设计加工具有三角形形状的微成形模头18c和阶梯形微凹模33，阶梯形微凹模33上加工有与流道形状一致的型腔。基材选择厚度为100μm的不锈钢，外形尺寸为1.2cm×1.2cm的矩形板。

先将可调定位用工作台13安置在底座14上；利用连接螺钉12将支撑座11固定在可调定位用工作台13上，阶梯形微凹模33固定在可调定位用工作台13上，基材17放置在阶梯形微凹模33上，弹簧8套在螺栓7上，螺栓7通过螺纹孔10固定在支撑座11上，弹簧7通过压板9将基材17固定住，并起到压边的作用，压边力的调整可以通过螺栓7调节；可调定位用工作台13根据微成形模头18c和基材17的相对位置进行粗调，使得微成形模头18c和下压起始位置基本一致，固定可调定位用工作台13；安装微塑性成形系统，将微成形模头18c安装在固定垫板19中，然后由下向上依次连接位移传感器20、位移传感器上垫板21、压力传感器22、压电陶瓷下垫板23、压电陶瓷24、压电陶瓷上垫板25，最后和精密数控装置1相连接；控制系统由控制用计算机6、D/A转换器4、控制单元3、压电陶瓷驱动器2和A/D转换器5组成，将控制单元3一端与精密数控装置1和压电陶瓷驱动器2相连，另一端通过D/A转换器4与控制用计算机6相连，A/D转换器5一端与控制用计算机6相连，另外一端分别与压力传感器22和位移传感器20相连；选用优化好的成形工艺参数(微成形模头下压量、微成形模头运动路径、微成形模头加工速度、压边力大小等)，同时根据流场的走向规划好微成形模头18c的下压起始位置和微成形模头运动轨迹，微成形模头的运动轨迹采用编程软件产生代码输入控制用计算机6；控制用计算机6通过D/A转换器和控制单元3控制精密数控装置1的运动，使得微成形模头18c到达流场板的起始位置的上方，微成形模头18c在D/A转换器4和控制单元3的控制下根据流道的深度对基材17进行垂直下压，压力传感器22和位移传感器20通过A/D转换器5直接将信号输入控制用计算机6，随时进行比对，对于加工精度要求极高的流道，在下压到一定程度后，可以利用D/A转换器4、控制单元3和压电陶瓷驱动器2精密控制压电陶瓷24，实现微成形模头18c的极小下压量，精度可以达到0.1μm；此时保持微成形模头18c的位置，精密数控装置1按照已经编好的代码运动，驱动微成形模头18c在基材17上的局部塑性成形，通过微小区域塑性成形的积累，完成深度较浅的流道的成形；微成形模头18c然后重新寻找定位到型面突变处34，以此为起始位置，以阶梯形微凹模33上的阶梯高度差作为下压量，再按照流道走向的轨迹运动，直至完成整个流道的成形，最终得到流场板；当微成形模头18c到达最终位置时，控制用计算机6发出指令停止精密数控装置1的运动，驱动精密数控装置1回程；采用特殊的流场板收集装置取下流场板，以保证微型流场板的精度。

当微成形模头更换为18a、18b时，对应的阶梯形微凹模33上加工的型腔截面形状分别为梯形和半圆形。

其实通过改变微凹模、微成形模头的形状等参数可以实现各种截面形状的超薄板材成形，这里仅以微流场板为例进行阐述。综上所述，本发明所涉及的一种微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法和装置，将冲压和挤压的效应应用到微型流场板的成形，以一个简单的微成形模头就可以能够实现微尺度小复杂流场板的成形，解决了常规机加工尺度的受限问题和基于MEMS加工效率低下的问题，也解决了低成本批量生产流场板的问题，可以对本发明进行修改，以此借用到其他微型超薄板料的成形工艺上。

具体实施时微成形模头18的尺寸可根据流道宽度和深度进行设计，微成形模头18的最宽处的宽度应等于或略小于流道的最大宽度。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种复杂形状流道微质子交换膜燃料电池金属流场板的成形方法，其特征在于它包括以下步骤：

首先，根据预先设计的微型金属流场板的结构形式和流道截面形状，设计并加工出与流道截面形状相配的微成形模头；

其次，根据流道形状和走向编制出微成形模头的起始位置和运动路径的数控程序；

第三，将基材四边加以固定，基材的下部为悬空状态或安装有与最终成形流场板形状相配的凹模；

第四，使微成形模头到达流场板的起始位置后，根据流道的深度设置微成形模头的下压量，并对基材进行下压，保持微成形模头的下压高度，然后在程序的控制下使微成形模头沿着设定的运动路径在流场板等高地压制出流道，在压制的过程中通过微小区域塑性成形的积累，完成整个流场流道的成形，成形过程包括了冲压和挤压的作用，即可得到所需结构形式的带有复杂形状流道的金属流场板；

如果流道深度和流道宽度的比值＞1，则需根据流道深度重复第四步若干次，控制每次微成形模头的下压量，使每次的下压量不大于流道的宽度，以防止下压量过大造成基材的过度减薄而破裂，直到达到规定的流道深度。

2.根据权利要求1所述的成形方法，其特征是所述的微成形模头的形状为半圆形、梯形或三角形，其表面设有耐磨强化层。

3.根据权利要求1所述的成形方法，其特征是所述的流道的形状为平行结构、交指形结构或仿生形结构，所述流道的截面形状为半圆形、梯形或三角形。

4.根据权利要求1所述的成形方法，其特征是利用压电陶瓷作为控制微成形模头极小下压量的驱动装置。

5.一种实现权利要求1所述成形方法的装置，其特征是它包括底座(14)、支撑座(11)和用来固定微成形模头(18)的固定垫板(19)，支撑座(11)的下端直接或通过可调定位用工作台(13)与底座(14)相连，支撑座(11)的上端安装有用于压装基材(17)的压板(9)；基材(17)的下部为空心结构或安装有凹模(26)；所述的固定垫板(19)位于基材(17)的上部，固定垫板(19)上安装有位移传感器(20)，位移传感器(20)上安装有位移传感器上垫板(21)，位移传感器上垫板(21)上安装有压力传感器(22)，压力传感器(22)上安装有压电陶瓷下垫板(23)，压电陶瓷(24)安装在压电陶瓷下垫板(23)上，压电陶瓷(24)上安装有压电陶瓷上垫板(25)，压电陶瓷上垫板(25)与精密数控驱动装置(1)相连，精密数控驱动装置(1)、位移传感器(20)、压力传感器(22)和压电陶瓷(24)均与控制用计算机(6)电气连接；控制用计算机(6)在程序控制下驱动精密数控驱动装置(1)实现对微成形模头(18)起始位置找准、下压量及运动路径的控制，并根据位移传感器(20)和压力传感器(22)的返回的信号实现对压电陶瓷(24)的精密加载。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征是所述的压板(9)通过旋装在支撑座(11)上端螺纹孔(10)中的螺栓(7)安装在支撑座(11)上，所述的螺栓(7)上套装有弹簧(8)。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征是所述的控制用计算机(6)通过D/A转换器(4)、控制单元(3)及压电陶瓷驱动器(2)与压电陶瓷(24)电气连接，压电陶瓷驱动器(2)的输出端与压电陶瓷(24)相连，压电陶瓷驱动器(2)的输入端与控制单元(3)的一个输出端相连，控制单元(3)的另一个输出端与精密数控驱动装置(1)的输入端相连，控制单元(3)的输入端与D/A转换器(4)的输出端相连，D/A转换器(4)的输入端与控制用计算机(6)。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征是所述的位移传感器(20)和压力传感器(22)通过A/D转换器(5)与控制用计算机(6)相连。

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