CN114309232A - 一种金属板材的微流道圆角校形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于含有微流道圆角区的金属板材制造技术领域，更具体地，涉及一种金属板材的微流道圆角校形装置及方法。该校形装置包括电源模块、电磁发生模块以及微流道校形模块；其中：电磁发生模块包括微流道适形导线，微流道适形导线设置于金属板材的微流道中，其布置形状与所述微流道的形状一致；微流道校形模块包括待校形金属板材、校形模具以及压边块；使用时，电源模块对微流道适形导线放电，适形导线中的脉冲电流产生脉冲磁场，脉冲磁场在待校形金属板材的微流道圆角处产生感应涡流，在脉冲磁场与感应涡流的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动待校形金属板材的微流道圆角区域冲向所述校形模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

Description

一种金属板材的微流道圆角校形装置及方法

技术领域

本发明属于含有微流道圆角区的金属板材制造技术领域，更具体地，涉及一种金属板材的微流道圆角校形装置及方法。

背景技术

含有微流道圆角区的金属板材是一种典型的微细复杂构件，常用于燃料电池的双极板、设备传热系统的高效换热器等。以金属双极板为例，它是质子交换膜燃料电池(氢燃料电池)的重要组成部分，占电堆重量的70％以上，体积的50％左右，因此双极板的成形工艺水平将直接决定电池电堆输出功率和使用寿命。为了提升燃料电池的性能，要求双极板具有更高的流道深宽比(流道深度与宽度的比值)、更小的拔模角以及更薄的厚度(50～100μm)，这增加了金属双极板成形制造技术的难度。目前多采用冲压成形和液压成形进行金属双极板的制造，但机械式的接触力无法很好地满足金属双极板的成形，尤其是流道底部两侧圆角区，在成形过程中会存在应力集中，使得圆角区域的成形难度很大，导致该区域无法贴模，成形得到的圆角半径大，离模具还有一定的距离，因此需要通过二次校形降低板材的圆角半径，贴合模具。

双极板的流道结构尺寸微小，且成形后材料出现加工硬化问题，采用传统的冲压和液压等技术无法实现金属双极板圆角处的校形，甚至可能导致圆角处发生断裂。中国专利CN 2020102934815中提出一种微流道极板超声场辅助校形装置，在极板的上方设置成形组件和超声振子，下端设置模具和弹簧。超声振子将外部驱动力传递至成形组件，极板在成形组件、模具、弹簧等共同作用下实现校形。这种技术将冲压和液压中恒定的机械压力转换为一定频率的超声驱动下的机械力，可释放板材的应力从而实现极板圆角处的校形。但整个装置结构复杂，通过弹簧结构实现整个装置缓冲，对弹簧要求较高。此外超声校形也需要较长加工时间，导致校形效率较低。

因此，现有技术无法满足金属双极板等含有微流道金属板材的微流道圆角处的校形，存在很多亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种金属板材的微流道圆角校形装置及方法，通过在金属板材微流道中设置与该微流道形状一致的微流道适形导线作为电磁发生装置，配合整个校形装置系统，旨在解决现有技术金属板材的微流道圆角处无法完全贴合模具的问题，尤其适用于金属双极板的微流道圆角校形。

为实现上述目的，本发明提供了一种金属板材的微流道圆角校形装置，包括电源模块、电磁发生模块以及微流道校形模块；其中：

所述电源模块包括第一脉冲电源，所述第一脉冲电源用于对所述电磁发生模块提供脉冲电流；所述电磁发生模块包括微流道适形导线，所述微流道适形导线设置于所述金属板材的微流道中，该微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；所述微流道校形模块包括待校形金属板材、校形模具以及压边块；所述待校形金属板材设置于所述校形模具上方，且所述金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，所述压边块设置所述金属板材两侧，用于对所述金属板材进行压边；

使用时，所述第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，在该适形导线中产生脉冲电流，所述脉冲电流在该适形导线周围产生脉冲磁场，脉冲磁场在所述待校形金属板材的微流道圆角处产生感应涡流，在所述脉冲磁场与感应涡流的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动所述待校形金属板材的微流道圆角区域冲向所述校形模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

优选地，所述第一脉冲电源采用电容器型脉冲电源，用于对所述微流道适形导线放电，其电流脉宽为微秒级。

优选地，所述微流道适形导线为铜导线，所述电磁发生模块还包括铜电极；所述铜导线设置于所述金属板材微流道中，该微流道适形导线的布置形状与所述金属板材微流道的形状一致；并通过所述铜电极引出所述适形导线，与所述第一脉冲电源相连。

优选地，所述微流道的宽度为1～1.5mm，深度为0.3～1mm，所述微流道适形导线的直径为0.3～1mm。

优选地，所述微流道适形导线放置在所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域。

进一步优选地，将所述微流道适形导线放置在所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域，且距离所述圆角区域的底部0.05～0.1mm。

优选地，所述压边块有两块，分别放置在所述金属板材的两侧，并通过螺栓加固，用于校形过程中压边。

优选地，所述电源模块还包括第二脉冲电源，所述第二脉冲电源用于对所述待校形金属板材提供脉冲电流，在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力，驱动所述待校形金属板材的微流道圆角区域冲向所述校形模具，实现金属板材的微流道圆角校形；同时在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流还能够加热软化所述待校形金属板材，降低校形难度。

优选地，所述待校形双极板两侧还设置有导电板，所述第二脉冲电源通过所述导电板对所述待校形金属板材提供脉冲电流。

进一步优选地，所述金属板材的微流道具有单通道蛇形几字结构，其包括依次交替设置的、与所述金属板材的长度方向相平行的微流道子结构和与所述金属板材的宽度方向相平行的微流道子结构；所述待校形金属板材的长度方向和宽度方向两侧分别设置有导电板，所述第二脉冲电源分别通过其长度方向和宽度方向上设置的导电板对所述待校形金属板材进行放电；

在所述待校形金属板材的长度方向上产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力驱动与所述待校形金属板材长度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域冲向所述校形模具，实现与所述待校形金属板材长度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域校形；在所述待校形金属板材的宽度方向上产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力驱动与所述待校形金属板材宽度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域冲向所述校形模具，实现与所述待校形金属板材宽度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域校形。

按照本发明的另一个方面，提供了一种利用所述的校形装置进行金属板材微流道圆角校形的方法，包括如下步骤：

(1)将所述待校形金属板材置于校形模具上方，确保金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，然后在金属板材两侧采用压边块进行压边；

(2)将所述微流道适形导线放入所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域；且使得所述微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；

(3)将电磁发生模块与第一脉冲电源相连，形成电流回路；

(4)设置第一脉冲电源放电参数，控制第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，流经该适形导线的脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；所述脉冲磁场会在该适形导线附近的微流道圆角区域的内部产生感应涡流；所述脉冲磁场与感应涡流共同作用在所述微流道圆角中产生感应涡流，驱动圆角区域冲向模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

优选地，步骤(3)将铜电极与所述第一脉冲电源相连，形成电流回路。

优选地，所述第一脉冲电源和第二脉冲电源其充电电压均为5kV～15kV范围。

按照本发明的另一个方面，提供了一种利用所述的校形装置进行金属板材微流道圆角校形的方法，包括如下步骤：

(1)将所述待校形金属板材置于校形模具上方，确保金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，然后将导电板与待校形金属板材连接，最后在金属板材两侧采用压边块进行压边；

(2)将所述微流道适形导线放入所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域；且使得所述微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；

(3)将电磁发生模块与第一脉冲电源相连，将第二脉冲电源与所述导电板相连，各自形成电流回路；

(4)设置第一脉冲电源放电参数，控制第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，流经该适形导线的脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；同时设置第二脉冲电源放电参数，控制第二脉冲电源对所述待校形金属板材进行放电，在所述待校形金属板材中产生脉冲电流，在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流能够加热软化所述待校形金属板材，降低校形难度；同时在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用产生电磁力，驱动发生热软化的待校形金属板材的圆角区域冲向模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的金属板材微流道圆角校形装置，通过设计与金属板材流道分布走向一致的微流道适形导线作为电磁发生装置，配合脉冲电源，实现了在微流道局部区域施加脉冲电磁力，使电磁力的作用更加集中在需要校形的圆角区域。且含有微流道结构的金属板材比如燃料电池用金属双极板，其流道尺寸一般在不大于2毫米，采用与金属板材微流道形状走向一致的适形导线作为电磁发生装置，巧妙解决了在尺寸微小、结构复杂的金属板材微流道中无法配制传统的电磁线圈产生电磁力用于校形，或通过传统的冲压、液压、机械力校形等无法设置作用力施加装置等的技术问题。

(2)本发明提供的金属板材的微流道圆角校形装置，结合了金属板材微流道尺寸微小、圆角区域不易施加机械力的特点，提出采用高速脉冲电磁力对圆角区域进行校形，整个校形过程在微秒级时间即可完成，提升了效率。

(3)本发明提供的金属板材微流道圆角校形方法，通过电磁感应原理，在微流道周围激发脉冲磁场，在微流道圆角区域内部产生感应涡流，感应涡流在校形过程中会加热金属板材，通过材料的热软化效应提升塑性，使圆角区域的校形更加简单，校形质量更高。

(4)本发明提供的金属板材微流道圆角校形装置和方法，优选实施方式中还设置有对待校形金属板材直接通入脉冲电流的第二脉冲电源，该脉冲电源分别沿金属板材的长度方向与宽度方向均通入脉冲电流，以此提供足够大的脉冲电流与所述微通道适形导线产生的脉冲磁场相互作用获得足够使材料发生变形的电磁力，适合于钛合金、不锈钢等塑性较差的金属板材，同时所述脉冲电流同样也会加热金属板材，降低校形阻力，提升校形质量。

(5)本发明提供的金属板材微流道圆角校形方法，采用非接触作用的电磁体积力进行校形，电磁力不受微流道空间尺寸的约束，因此对于微流道底部的圆角区域(传统机械接触式压力不易校形的区域)，可给予充足的电磁力作用，提升校形后金属板材比如双极板流道尺寸的一致性；同时仅需使用一块校形模具即可完成校形，能够降低校形成本。

综上所述，本发明提出采用脉冲电磁力对金属板材比如双极板的微流道圆角区域进行校形的装置和方法，借助金属板材的材料热软化效应和脉冲电磁力的高应变率效应提升材料塑性，实现了金属板材流道圆角区域的高质量校形，同时还提高了校形效率，简化了装置，降低了成本。

附图说明

图1是本发明一些实施例中提供的金属双极板的微流道圆角校形装置的结构示意图；

图2是本发明一些实施例中提供的金属双极板微流道圆角校形的原理说明图。

图3是本发明另一些实施例中提供的金属双极板的微流道圆角校形装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种金属板材微流道圆角校形装置和方法适用于各种含有微流道结构的金属板材，包括但不限于燃料电池用金属双极板、设备传热系统的高效换热器等。

本发明一些实施例中提供的一种金属板材微流道圆角校形装置，包括电源模块、电磁发生模块以及微流道校形模块；其中：所述电源模块包括第一脉冲电源，所述第一脉冲电源用于对所述电磁发生模块提供脉冲电流；所述电磁发生模块包括微流道适形导线，所述微流道适形导线设置于所述金属板材的微流道中，该微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；所述微流道校形模块包括待校形金属板材、校形模具以及压边块；使用时，所述第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，在该适形导线中产生脉冲电流，所述脉冲电流在该适形导线周围产生脉冲磁场，脉冲磁场在所述待校形金属板材的微流道圆角处产生感应涡流，在所述脉冲磁场与感应涡流的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动所述待校形金属板材的微流道圆角区域冲向所述校形模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

一些实施例中，所述第一脉冲电源采用电容器型脉冲电源，用于对所述微流道适形导线放电，其电流脉宽为微秒级。

一些实施例中，所述微流道适形导线为铜导线，所述电磁发生模块还包括铜电极；所述铜导线设置于所述金属板材微流道中，该微流道适形导线的布置形状与所述金属板材微流道的形状一致；并通过所述铜电极引出所述适形导线，与所述第一脉冲电源相连。

微流道适形导线的直径小于所述微流道的宽度，且微流道适形导线的直径较佳值为所述微流道的圆角半径大小的二至三倍范围，此时该适形导线产生的环形磁场方向与圆角的形状分布是一致的，电磁力最佳。微流道圆角的半径一般在0.2mm以下。一些实施例中，所述微流道的宽度为1～1.5mm，深度为0.3～1mm，所述微流道适形导线的直径为0.3～1mm。待校形金属板材的厚度为50～100μm。

一些实施例中，所述微流道适形导线放置在所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域。优选实施例中，所述微流道适形导线距离所述圆角区域的底部0.05～0.1mm。第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，在该适形导线中产生脉冲电流，脉冲电流在圆角区域产生的磁场大小与间隙成反比，理论上间隙越小越好，但又不能使导线与板材表面贴合(因为导线中有电流，接触后易发生打火现象破坏板材表面)，因此较佳设置为0.05～0.1mm的间隙。实际操作时可以先根据微流道的深度，通过精密伺服电机等精准定位装置来控制移动导线的位置，精确到0.01mm即可。

对双极板的微流道而言，其微流道中圆角区分为上圆角和下圆角，相对而言下圆角在微通道内部，校形难度比上圆角要困难。另外一般情况下上圆角区域在一次成形时就能够实现较好的贴模了，但下圆角区域几乎无法通过一次成形实现，校形难度较大，必须要通过二次校形。因此，本发明提出的金属板材的微流道圆角校形装置和方法主要是针对下圆角区域的校形。实际来说，本发明提出的校形装置和方法也可以用于上圆角区域的校形，仅需移动微流道适形单导线的位置，将其上移至靠近上圆角区域即可。

一些实施例中，所述金属板材设置在所述校形模具上方；所述压边块有两块，分别放置在所述金属板材的两侧，并通过螺栓加固，用于校形过程中压边。

一些实施例中，所述电源模块还包括第二脉冲电源，所述第二脉冲电源用于对所述待校形金属板材提供脉冲电流，在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生用于驱动所述待校形金属板材的微流道圆角区域冲向所述校形模具，实现金属板材的微流道圆角校形的电磁力，同时在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流还能够加热软化所述待校形金属板材，降低校形难度。

一些实施例中，所述待校形双极板四周还设置有导电板，所述第二脉冲电源通过所述导电板对所述待校形金属板材提供脉冲电流。

一些实施例中，所述金属板材的微流道具有单通道蛇形“几字”结构，其包括依次交替设置的、与所述金属板材的长度方向相平行的微流道子结构和与所述金属板材的宽度方向相平行的微流道子结构；所述待校形金属板材的长度方向和宽度方向两侧分别设置有导电板，所述第二脉冲电源分别通过其长度方向和宽度方向上设置的导电板对所述待校形金属板材进行放电，在所述待校形金属板材的长度方向上产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力驱动与所述待校形金属板材长度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域冲向所述校形模具，实现与所述待校形金属板材长度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域校形；在所述待校形金属板材的宽度方向上产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力驱动与所述待校形金属板材宽度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域冲向所述校形模具，实现与所述待校形金属板材宽度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域校形。

一些实施例中，本发明提供了一种利用所述的校形装置进行金属板材微流道圆角校形的方法，包括如下步骤：

(1)将所述待校形金属板材置于校形模具上方，确保金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，然后在金属板材两侧采用压边块进行压边；

(2)将所述微流道适形导线放入所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域；且使得所述微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；

(3)将电磁发生模块与第一脉冲电源相连，形成电流回路；

(4)设置第一脉冲电源放电参数，控制第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，流经该适形导线的脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；所述脉冲磁场会在该适形导线附近的微流道圆角区域的内部产生感应涡流；所述脉冲磁场与感应涡流共同作用在所述微流道圆角中产生感应涡流，驱动圆角区域冲向模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

一些实施例中，步骤(3)将铜电极与所述第一脉冲电源相连，形成电流回路。

一些实施例中，所述第一脉冲电源和第二脉冲电源其充电电压均为5kV～15kV范围。

另一些实施例中，本发明提供了一种利用所述的校形装置进行金属板材微流道圆角校形的方法，包括如下步骤：

(1)将所述待校形金属板材置于校形模具上方，确保金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，然后将导电板与待校形金属板材连接，最后在金属板材两侧采用压边块进行压边；

(2)将所述微流道适形导线放入所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域；且使得所述微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；

(3)将电磁发生模块与第一脉冲电源相连，将第二脉冲电源与所述导电板相连，各自形成电流回路；

(4)设置第一脉冲电源放电参数，控制第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，流经该适形导线的脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；同时设置第二脉冲电源放电参数，控制第二脉冲电源对所述待校形金属板材进行放电，在所述待校形金属板材中产生脉冲电流，该脉冲电流直接流入金属板材内部，不受材料电导率的影响，在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流能够加热软化所述待校形金属板材，降低校形难度；同时在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用产生电磁力，驱动发生热软化的待校形金属板材的圆角区域冲向模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

实施例1

本实施例提供的一种金属双极板微流道圆角校形装置，如图1和图2所示，包括电源模块、电磁发生模块以及微流道校形模块；其中：

电源模块包括第一脉冲电源，第一脉冲电源为第一电容器型脉冲电源1-1；电磁发生模块包括微流道适形导线和铜电极，该微流道适形导线由铜电极引出，微流道适形导线的结构、形状与双极板微流道的结构、走向形状一致，均为蛇形分布，微流道适形导线放置于金属双极板微流道中；校形模块包括待校形金属双极板3-1，校形模具3-2以及压边块。本实施例中微流道适形导线为铜导线。

在本实施例中，如图1所示，所述第一电容器型脉冲电源1-1由充电机S1、电容器组C1、充电开关K11、放电开关K12、续流二极管D1、续流电阻R1构成。第一电容器型脉冲电源1-1与铜电极(包括第一铜电极2-2a和第二铜电极2-2b)相连，产生的脉冲电流I1经第一铜电极2-2a流入微流道适形导线2-1，再经第二铜电极2-2b流出。其中第一电容器型脉冲电源1-1的电容器组C1为短脉宽电容器组，电容量为100μF，产生的脉冲电流I1的脉宽为微秒级。

在本实施例中，如图1所示，所述电磁发生模块由微流道适形导线2-1和铜电极(包括第一铜电极2-2a和第二铜电极2-2b)构成。微流道适形导线2-1为截面直径0.5mm的圆形紫铜导线，导线的结构走向与双极板的微流道结构分布一致。第一铜电极2-2a和第二铜电极2-2b为黄铜材料，与微流道适形导线2-1(铜导线)焊接在一起，其中第一铜电极2-2a为电流流入端，第二铜电极2-2b为电流流出端。

如图1所示，所述校形模具3-2材料为高强度的绝缘材料，本实施例中模具所用材料为氧化锆材料。所述待校形金属双极板3-1放置在模具3-2上方，所述压边块(包括第一压边块3-3a和第二压边块3-3b)放置在金属双极板的两侧，通过螺栓加固，实现校形过程的压边。所述压边块为环氧树脂材料，所述待校形金属双极板为铝合金材料，所述双极板的厚度为100μm。

在本实施例中，如图1和图2所示，所述待校形金属双极板与所述校形模具的微流道结构一致，均为单通道蛇形几字微流道结构，故适形导线的结构也为单通道蛇形几字走向结构，本实施例中适形导线的截面直径为0.4mm；所述微流道的流道宽度为1mm，流道深度也为1mm，拔模角为0°(横截面为矩形)，圆角半径为0.2mm。对于含有多个单通道蛇形几字微流道结构的金属双极板，可以在每一个单通道蛇形微流道结构中设置一根适形导线，每一根适形导线通过铜电极接入第一脉冲电源，按照上述方式对微流道进行校形。

在本实施例中，如图2所示，微流道适形导线2-1中的脉冲电流I1的方向为垂直纸面向内，因此会在周围空间中产生顺时针方向的脉冲磁场；所述脉冲磁场会在其附近的圆角区域中产生感应涡流，其方向为垂直纸面向外。根据电磁力公式F＝J×B可知，双极板的圆角区域任意一点受到的电磁力都是沿切向方向指向模具的。校形过程中感应涡流会在圆角区域的金属材料中产生大量焦耳热，焦耳热带来的热软化效应会提升双极板材料塑性，降低圆角区域的校形难度，同时高速脉冲电磁力驱动所述圆角区域向模具运动，实现了金属双极板的微流道圆角区域的校形。

本实施例中提供的一种利用上述校形装置进行金属双极板微流道圆角校形的方法，包括如下步骤：

步骤一：将待校形金属双极板置于校形模具上方，确保金属双极板的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，然后在双极板两侧采用压边块进行压边；

步骤二：将微流道适形导线放入待校形金属双极板的流道内部，靠近微流道底端的圆角区域，预留0.05mm的间隙；

步骤三：将铜电极与第一脉冲电源相连，形成电流回路；

步骤四：设置第一脉冲电源的充电电压为10kV，闭合开关K11，充电机S1工作，为电容器组C1充电，待电压达到预设值后，断开充电开关K11。

步骤五：，控制第一脉冲电源对适形导线放电，闭合开关K12，电容器组C1向适形导线中通入脉冲电流I1，该脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；所述脉冲磁场会在导线附近的微流道圆角区域的内部产生感应涡流；所述脉冲磁场与感应涡流共同作用在所述微流道圆角中产生脉冲电磁力，驱动圆角区域冲向模具，实现金属双极板的微流道圆角校形。

步骤六：放电结束后，关闭脉冲电源，取出金属双极板，完成微流道圆角校形过程。

实施例2

其它同实施例1，不同的是，如图3所示，电源模块还包括第二脉冲电源，第二脉冲电源用于对待校形双极板的长度方向和宽度方向(即沿蛇形“几字”结构微流道的两个方向：平行于双极板长度方向的微流道子结构2-1a方向和平行于双极板宽度方向的微流道子结构2-1b方向)直接通入脉冲电流，以此提供足够大的脉冲电流与所述微通道适形导线产生的脉冲磁场相互作用获得足够使材料发生变形的电磁力，适合于钛合金、不锈钢等塑性较差的金属双极板，同时该脉冲电流也会加热软化所述待校形双极板，使其更容易校形。双极板为矩形双极板，其矩形长边的方向为长度方向，垂直于该长度方向所在的方向为宽度方向。

如图3所示，所述第二电容器型脉冲电源1-2由充电机S2、电容器组C2、充电开关K21、第一放电开关K22和第二放电开关K23、续流二极管D2、续流电阻R2构成。第二电容器型脉冲电源1-2与待校形金属双极板的导电板(包括长度方向第一导电板3-4a、长度方向第二导电板3-4b、宽度方向第一导电板3-5a、宽度方向第二导电板3-5b)相连，在长度方向产生脉冲电流I21经长度方向第一导电板3-4a流入待校形金属双极板3-1，再经长度方向第二导电板3-4b流出，之后在宽度方向产生脉冲电流I22经宽度方向第一导电板3-5a流入待校形金属双极板3-1，再经宽度方向第二导电板3-5b流出。其中第二电容器型脉冲电源1-2的电容器组C2为短脉宽电容器组，电容量为50μF，产生的脉冲电流I21和I22的脉宽为微秒级，放电开关K22和K23采用单刀双掷型可控制开关，通过两个开关的闭合方向实现双极板长度方向电流I21和宽度方向电流I22的输出控制。

如图3所示，所述微流道校形模块由待校形金属双极板3-1、校形模具3-2、压边块(包括第一压边块3-3a、第二压边块3-3b)、导电板(包括长度方向第一导电板3-4a、长度方向第二导电板3-4b、宽度方向第一导电板3-5a、宽度方向第二导电板3-5b)构成。所述校形模具3-2材料为高强度的绝缘材料，本实施例中模具所用材料为氧化锆材料。所述待校形金属双极板3-1放置在模具3-2上方，所述导电板包括长度方向第一导电板3-4a、长度方向第二导电板3-4b、宽度方向第一导电板3-5a、宽度方向第二导电板3-5b)分别放置在金属双极板的长度方向两侧和宽度方向两侧，与双极板连接在一起，通过所述压边块(包括第一压边块3-3a、第二压边块3-3b)压紧，并通过螺栓固定，实现校形过程的压边。所述压边块为环氧树脂材料，所述导电板为黄铜材料，所述待校形金属双极板为钛合金或不锈钢材料，待校形双极板的厚度为100μm。

在本实施例中，微流道适形导线2-1中的脉冲电流I1会在导线的周围空间中产生环形的脉冲磁场，此时第二脉冲电源1-2沿长度方向通入脉冲电流I21，脉冲电流和脉冲磁场相互作用产生脉冲电磁力，作用在双极板的圆角区域，驱动所述圆角区域冲向模具，实现长度方向的微流道圆角校形；之后再次对微流道适形导线2-1中的脉冲电流I1，同样也会产生脉冲磁场，此时第二脉冲电源1-2再沿宽度方向通入脉冲电流I22，该脉冲电流同样也会与脉冲磁场相互作用产生脉冲电磁力，实现宽度方向的微流道圆角校形。在此过程中，脉冲电流I21和I22是由第二脉冲电源直接输出的，不受材料电导率较低的影响，因此电流较大，可在金属材料中产生大量的焦耳热，从而降低圆角区域的校形难度。需要说明的是，长度方向电流I21仅用于校形长度方向的流道圆角，此时对于双极板宽度方向而言，流道圆角区域的脉冲电流方向与脉冲磁场方向是平行的，故不会受到电磁力作用，宽度方向同理。

采用如图3所示的装置对双极板圆角区进行校正形时，包括如下步骤：

步骤一：将待校形金属双极板置于校形模具上方，确保金属双极板的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，之后将四块导电板与双极板连接，最后在双极板两侧采用压边块进行压边；

步骤二：将微流道适形导线放入待校形金属双极板的流道内部，靠近微流道底端的圆角区域，预留0.05mm的间隙；

步骤三：将铜电极与第一脉冲电源相连，形成电流回路；将导电板与第二脉冲电源相连，形成电流回路，其中长度方向导电板与第二脉冲电源的放电开关K22和K23的上端接口连接，宽度方向导电板与第二脉冲电源的放电开关K22和K23的下端接口连接；

步骤四：设置第一脉冲电源的充电电压为10kV，闭合开关K11，充电机S1工作，为电容器组C1充电，待电压达到预设值后，断开充电开关K11。设置第二脉冲电源的充电电压为5kV，闭合开关K21，充电机S2工作，为电容器组C2充电，待电压达到预设值后，断开充电开关K21；

步骤五：控制第一脉冲电源对适形导线放电，闭合开关K12，电容器组C1向适形导线中通入脉冲电流I1，该脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；控制第二脉冲电源对双极板长度方向放电，将放电开关K22和K23闭合至上端接口，电容器组C2向待校形双极板通入脉冲电流I21，该电流沿双极板长度方向流动，对于长度方向的流道圆角区域而言，脉冲电流I21与脉冲磁场会相互作用产生电磁力，电磁力驱动圆角区域冲向模具，实现金属双极板的长度方向微流道(即图3中长度方向微流道子结构2-1a)的圆角校形。

步骤六：控制第一脉冲电源对适形导线放电，闭合开关K12，电容器组C1向适形导线中通入脉冲电流I1，该脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；控制第二脉冲电源对双极板宽度方向放电，将放电开关K22和K23闭合至下端接口，电容器组C2向待校形双极板通入脉冲电流I22，该电流沿双极板宽度方向流动，对于宽度方向的流道圆角区域而言，脉冲电流I22与脉冲磁场会相互作用产生电磁力，电磁力驱动圆角区域冲向模具，实现金属双极板的宽度方向微流道(即图3中宽度方向微流道子结构2-1b)的圆角校形。

步骤七：放电结束后，关闭第一脉冲电源和第二脉冲电源，取出金属双极板，完成微流道圆角校形过程。

对于金属双极板微流道这种微小结构，圆角处受到的磁场可以认为是无限长导线产生的磁场，导线和圆角距离0.05mm时，峰值为100A的脉冲电流就可以产生0.5特斯拉的磁场，产生的磁场足够大；通过再外加第二脉冲电源对双极板直接放电，确保电流方向与流道方向一致。这样的好处是既增大了电流，提高电磁力，也可以加热工件让校形难度更低。

本发明一些实施方式中，仅使用第一脉冲电源，用于校形塑性较大、易变形、电导率较大的金属材料，如铝合金、铜合金等。第一脉冲电源对微流道适形导线通入脉冲电流，电流激发脉冲磁场，在微流道圆角区域内部产生感应涡流。涡流的第一个作用是和磁场一起产生脉冲电磁力；第二个作用是加热软化金属材料来降低校形难度。另一些实施方式中，同时使用第一和第二脉冲电源，用于校形塑性较差，难变形、电导率较小的金属材料，如钛合金、不锈钢等。第一脉冲电源对微流道适形导线通入脉冲电流，电流激发脉冲磁场(此时该磁场也会产生感应涡流，但感应涡流相比第二脉冲电源对金属板材通入的电流而言较小，可以忽略，即第一脉冲电源的作用主要用来提供磁场)；第二脉冲电源对金属板材放电，产生脉冲电流直接通入板材中(沿板材两个方向通电流)。脉冲磁场与第二脉冲电源的脉冲电流相互作用产生电磁力。因此第二脉冲电源的脉冲电流也有两个作用，第一个最主要的作用是提供足够大的脉冲电流来获得足够使使材料发生变形的电磁力；第二个作用与前面相同，即加热软化金属材料来降低校形难度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属板材的微流道圆角校形装置，其特征在于，包括电源模块、电磁发生模块以及微流道校形模块；其中：

所述电源模块包括第一脉冲电源，所述第一脉冲电源用于对所述电磁发生模块提供脉冲电流；所述电磁发生模块包括微流道适形导线，所述微流道适形导线设置于所述金属板材的微流道中，该微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；所述微流道校形模块包括待校形金属板材、校形模具以及压边块；所述待校形金属板材设置于所述校形模具上方，且所述金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，所述压边块设置在所述金属板材两侧，用于对所述金属板材进行压边；

使用时，所述第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，在该适形导线中产生脉冲电流，所述脉冲电流在该适形导线周围产生脉冲磁场，脉冲磁场在所述待校形金属板材的微流道圆角处产生感应涡流，在所述脉冲磁场与感应涡流的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动所述待校形金属板材的微流道圆角区域冲向所述校形模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

2.如权利要求1所述的校形装置，其特征在于，所述第一脉冲电源采用电容器型脉冲电源，用于对所述微流道适形导线放电，其电流脉宽为微秒级。

3.如权利要求1所述的校形装置，其特征在于，所述微流道适形导线为铜导线，所述电磁发生模块还包括铜电极；所述铜导线设置于所述金属板材微流道中，该微流道适形导线的布置形状与所述金属板材微流道的形状一致；并通过所述铜电极引出所述适形导线，与所述第一脉冲电源相连。

4.如权利要求1所述的校形装置，其特征在于，所述微流道的宽度为1～1.5mm，深度为0.3～1mm，所述微流道适形导线的直径为0.3～1mm。

5.如权利要求1所述的校形装置，其特征在于，所述微流道适形导线放置在所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域。

6.如权利要求1所述的校形装置，其特征在于，所述电源模块还包括第二脉冲电源，所述第二脉冲电源用于对所述待校形金属板材提供脉冲电流，在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力，驱动所述待校形金属板材的微流道圆角区域冲向所述校形模具，实现金属板材的微流道圆角校形；同时在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流还能够加热软化所述待校形金属板材，降低校形难度。

7.如权利要求6所述的校形装置，其特征在于，所述待校形双极板四周还设置有导电板，所述第二脉冲电源通过所述导电板对所述待校形金属板材提供脉冲电流。

8.如权利要求7所述的校形装置，其特征在于，所述金属板材的微流道具有单通道蛇形几字结构，其包括依次交替设置的、与所述金属板材的长度方向相平行的微流道子结构和与所述金属板材的宽度方向相平行的微流道子结构；所述待校形金属板材的长度方向和宽度方向两侧分别设置有导电板，所述第二脉冲电源分别通过其长度方向和宽度方向上设置的导电板对所述待校形金属板材进行放电；

在所述待校形金属板材的长度方向上产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力驱动与所述待校形金属板材长度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域冲向所述校形模具，实现与所述待校形金属板材长度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域校形；在所述待校形金属板材的宽度方向上产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用，产生电磁力驱动与所述待校形金属板材宽度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域冲向所述校形模具，实现与所述待校形金属板材宽度方向相平行的微流道子结构内的圆角区域校形。

9.一种利用如权利要求1至5任一项所述的校形装置进行金属板材的微流道圆角校形的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述待校形金属板材置于校形模具上方，确保金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，然后在金属板材两侧采用压边块进行压边；

(2)将所述微流道适形导线放入所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域；且使得所述微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；

(3)将电磁发生模块与第一脉冲电源相连，形成电流回路；

(4)设置第一脉冲电源放电参数，控制第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，流经该适形导线的脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；所述脉冲磁场会在该适形导线附近的微流道圆角区域的内部产生感应涡流；所述脉冲磁场与感应涡流共同作用在所述微流道圆角中产生感应涡流，驱动圆角区域冲向模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

10.一种利用如权利要求6至8任一项所述的校形装置进行金属板材的微流道圆角校形的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述待校形金属板材置于校形模具上方，确保金属板材的微流道结构放置在对应的校形模具的微流道结构内部，然后将导电板与待校形金属板材连接，最后在金属板材两侧采用压边块进行压边；

(2)将所述微流道适形导线放入所述待校形金属板材的微流道内部，靠近微流道底部的圆角区域；且使得所述微流道适形导线的布置形状与所述微流道的形状一致；

(3)将电磁发生模块与第一脉冲电源相连，将第二脉冲电源与所述导电板相连，各自形成电流回路；

(4)设置第一脉冲电源放电参数，控制第一脉冲电源对所述微流道适形导线放电，流经该适形导线的脉冲电流在其四周产生脉冲磁场；同时设置第二脉冲电源放电参数，控制第二脉冲电源对所述待校形金属板材进行放电，在所述待校形金属板材中产生脉冲电流，在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流能够加热软化所述待校形金属板材，降低校形难度；同时在所述待校形金属板材中产生的脉冲电流与所述适形导线周围产生的脉冲磁场共同作用产生电磁力，驱动发生热软化的待校形金属板材的圆角区域冲向模具，实现金属板材的微流道圆角校形。

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