CN114654797A - 一种等静压石墨燃料双极板开料工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池汽车用石墨双极板技术领域，且公开了一种等静压石墨燃料双极板开料工装，通过采用工装体外框架的的内壁上部均嵌装的定位条，同时定位条的下部之间均嵌装的密封条组件，且密封条组件由多个均匀排列的硅胶密封条组合而成，这样的设计解决现有等静压石墨燃料电池板原料开片过程中，由于产品外形尺寸不统一，使得等静压石墨燃料双极板开料工装的统一性与方便组合的特性得到提升，加设的带有硅胶密封条的组合状态下，且密封条组件的下部均开设的气道解决原料夹持尾料问题，使用本工装可将开料工序，原料利用率由目前75％‑85％左右，提升至99％，使得等静压石墨燃料双极板开料工装的利用率得到加强。

Description

一种等静压石墨燃料双极板开料工装

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车用石墨双极板技术领域，具体为一种等静压石 墨燃料双极板开料工装。

背景技术

等静压技术是一种利用密闭高压容器内制品在各向均等的超高压压力状 态下成型的超高压液压先进设备。等静压技术按成型和固结时的温度高低， 分为冷等静压、温等静压、热等静压三种不同类型。

现有的冷等静压技术，(Cold Isostatic Pressing,简称CIP)，是在常温 下，通常用橡胶或塑料作包套模具材料，以液体为压力介质主要用于粉体材 料成型，为进一步烧结，煅造或热等静压工序提供坯体。一般使用压力为100～ 630MPa，温等静压技术，压制温度一般在80～120℃下.也有在250～450℃下， 使用特殊的液体或气体传递压力，使用压力为300MPa左右。主要用于粉体物 料在室温条件下不能成型的石墨、聚酰胺橡胶材料等。以使能在升高的温度 下获得坚实的坯体，热等静压技术(Hot Isostatic pressing，简称(HIP)， 是一种在高温和高压同时作用下，使物料经受等静压的工艺技术，它不仅用 于粉末体的固结.传统粉末冶金工艺成型与烧结两步作业一并完成，而且还 用于工件的扩散粘结，铸件缺陷的消除，复杂形状零件的制作等，在热等静 压中，一般采用氩、氨等惰性气体作压力传递介质，包套材料通常用金属或 玻璃，工作温度一般为1000～2200℃，工作压力常为100～200MPa，等静压石 墨燃料双极板开料环节原料利用率偏低，行业原料利用率75％-85％之间，此工 装有效解决行业痛点，因此不能满足等静压石墨燃料双极板开料工装的工作 要求，为此提出一种等静压石墨燃料双极板开料工装。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种等静压石墨燃料双极板开料工 装，以解决上述的技术问题。

(二)技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种等静压石墨燃料双 极板开料工装，包括多功能底座，所述多功能底座的底部两侧均开设有升降 腔，所述升降腔的内腔均通过螺纹固定连接有升降轮，所述多功能底座的上 部通过螺纹固定安装有等静压机外框架，所述等静压机外框架的外侧下部通 过螺纹固定安装有预应力支架，所述预应力支架的下部通过螺纹固定安装有 纵向支架，所述预应力支架的上部通过螺纹固定嵌装有横向支架，所述预应 力支架的左侧通过螺纹固定安装有水环真空泵，所述水环真空泵的正前方贯 穿连接有冷凝器，所述预应力支架的右侧通过螺纹固定安装有水环真空泵， 所述等静压机外框架的外侧上部通过螺纹固定安装有电箱，所述连动组件的 左右两侧均通过螺纹纵向嵌装有支撑气压杆，所述支撑气压杆的顶部之间通 过螺纹横向嵌装有连接支杆，所述连接支杆的左右两侧下部均通过套管式套 接有压力气压杆，所述压力气压杆的下部通过螺纹安装有真空阀，所述真空 阀的上部中间位置贯穿连接有气管，所述真空阀的下部通过螺纹固定连接有 开料组件。

优选的，所述开料组件呈长方体，所述开料组件的外部固定安装有工装 体外框架，所述工装体外框架的的内壁上部均嵌装有定位条，所述定位条的 下部之间均嵌装有密封条组件，所述密封条组件呈田字装均匀排列，所述密 封条组件由多个均匀排列的硅胶密封条组合而成，所述硅胶密封条与硅胶密 封条相交处均开设有气道连接孔，所述密封条组件的下部均开设有气道。

优选的，所述多功能底座呈长方体，所述多功能底座由金属钢材组合而 成，所述升降轮均由上部的升降器与下部的万向轮组合而成，所述多功能底 座的上表面左侧与水环真空泵和冷凝器的底部之间通过螺纹连接，所述多功 能底座的上表面右侧与电箱的底部之间通过螺纹连接。

优选的，所述等静压机外框架呈圆柱体，所述等静压机外框架由抗高压 金属钢材组合而成，所述等静压机外框架位于多功能底座的上表面中部，所 述等静压机外框架的外壁中部开设有密封门，所述密封门呈半弧型，所述密 封门由外部的抗高压金属钢材与内部四周的密封条组合而成。

优选的，所述纵向支架与多功能底座的上表面通过螺纹连接，所述横向 支架呈圆环型，所述横向支架的上表面与支撑气压杆的底部均通过螺纹连接， 所述纵向支架与横向支架均由预应力金属钢材组合而成。

优选的，所述水环真空泵由金属钢材组合而成，所述水环真空泵的内腔 中部通过螺纹纵向连接有泵轴，所述泵轴的中部通过套管式套接有叶轮，所 述叶轮的外壁均固定安装有叶片，所述水环真空泵的内腔装设有工作液。

优选的，所述支撑气压杆与压力气压杆的内腔外侧均固定安装有支承轴 承，所述支承轴承的内侧均通过螺纹安装有活塞柱，所述活塞柱的内侧均通 过套管式贯穿连接气腔，所述气腔的内侧均通过套管式贯穿连接有转轴，所 述气腔的下部右侧均开设有气压封口，所述气压封口呈正方型，所述气腔内 部均固定安装有气压活塞，所述转轴的内部均固定安装有内轴固定杆，所述 气压活塞与内轴固定杆均呈圆柱体。

优选的，所述石墨燃料双极板的工装流程由S1-S6组合而成，

S1冷凝预备：将电箱通电后，冷凝器对水环真空泵进行预先冷凝；

S2真空预备：冷凝器对水环真空泵进行预先冷凝后，水环真空泵通过叶 轮按向顺时针旋转时，工作液被叶轮抛向四周，由于离心力的作用下，工作 液形成与泵腔形状等厚度的封闭圆环，且封闭圆环的上部内表面与叶轮轮毂 相切，封闭圆环的下部内表面与叶片顶端接触，同时叶轮轮毂与水环之间形 成月牙形空间，且空间被叶轮分成叶片数目相等的多个小腔，当叶轮的上部 0°为起点时，叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸 气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝，当叶轮继 续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩，当小腔与排气口相通时，气体便 被排出泵外。

S3开启阀门：当水环真空泵中的真空气体排出泵外时，真空气体由气管 准备进入开料组件内，这时将真空阀打开，对等静压机与开料组件进行真空 处理；

S4开启支撑气压杆与压力气压杆：支撑气压杆与压力气压杆通过活塞柱 以及中部贯穿连接的气腔和转轴，来进行上下伸缩的运动，并带动了开料组 件进行向下运动，以便对石墨进行开料；

S5开启密封门：取出开料后的工件；

S6工件组装：取出开料的工件后，对工件进行组装。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种等静压石墨燃料双极板开料工装， 具备以下有益效果：

1、该等静压石墨燃料双极板开料工装，通过采用工装体外框架的的内壁 上部均嵌装的定位条，同时定位条的下部之间均嵌装的密封条组件，对其进 行固定，且密封条组件由多个均匀排列的硅胶密封条组合而成，这样的设计 解决现有等静压石墨燃料电池板原料开片过程中，由于产品外形尺寸不统一， 频繁更换工装夹具，使得等静压石墨燃料双极板开料工装的统一性与方便组 合的特性得到提升。

2、该等静压石墨燃料双极板开料工装，加设的带有硅胶密封条的组合状 态下，硅胶密封条与硅胶密封条相交处均开设有气道连接孔，且密封条组件 的下部均开设的气道解决原料夹持尾料问题，使用本工装可将开料工序，原 料利用率由目前75％-85％左右，提升至99％，使得等静压石墨燃料双极板开料 工装的利用率得到加强。

附图说明

图1为本发明等静压石墨燃料双极板开料工装的内部结构示意图；

图2为本发明等静压石墨燃料双极板开料工装的外部结构示意图；

图3为本发明等静压石墨燃料双极板开料组件结构示意图；

图4为本发明等静压石墨燃料双极板工作原理结构示意图。

图中：1、多功能底座；2、等静压机外框架；3、预应力支架；4、水环 真空泵；5、连动组件；6、开料组件；11、升降轮；21、密封门；31、纵向 支架；32、横向支架；41、冷凝器；42、电箱；43、真空阀；44、气管；51、 支撑气压杆；52、连接支杆；53、压力气压杆；61、工装体外框架；62、定 位条；63、密封条组件；64、气道连接孔；65、气道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案，一种等静压石墨燃料双极板开料工装，包括 多功能底座1、等静压机外框架2、预应力支架3、水环真空泵4、连动组件5、 开料组件6、升降轮11、密封门21、纵向支架31、横向支架32、冷凝器41、 电箱42、真空阀43、气管44、支撑气压杆51、连接支杆52、压力气压杆53、 工装体外框架61、定位条62、密封条组件63、气道连接孔64和气道65，请 参阅图1，多功能底座1的底部两侧均开设有升降腔，升降腔的内腔均通过螺 纹固定连接有升降轮11，多功能底座1的上部通过螺纹固定安装有等静压机 外框架2，等静压机外框架2的外侧下部通过螺纹固定安装有预应力支架3， 预应力支架3的下部通过螺纹固定安装有纵向支架31，预应力支架3的上部 通过螺纹固定嵌装有横向支架32，预应力支架3的左侧通过螺纹固定安装有 水环真空泵4，水环真空泵4的正前方贯穿连接有冷凝器41，预应力支架3 的右侧通过螺纹固定安装有电箱42，等静压机外框架2的外侧上部通过螺纹 固定安装有连动组件5，连动组件5的左右两侧均通过螺纹纵向嵌装有支撑气 压杆51，支撑气压杆51的顶部之间通过螺纹横向嵌装有连接支杆52，连接 支杆52的左右两侧下部均通过套管式套接有压力气压杆53，压力气压杆53 的下部通过螺纹安装有真空阀43，真空阀43的上部中间位置贯穿连接有气管 44，真空阀43的下部通过螺纹固定连接有开料组件6，多功能底座1呈长方 体，多功能底座1由金属钢材组合而成，升降轮11均由上部的升降器与下部的万向轮组合而成，多功能底座1的上表面左侧与水环真空泵4和冷凝器41 的底部之间通过螺纹连接，多功能底座1的上表面右侧与电箱42的底部之间 通过螺纹连接，等静压机外框架2呈圆柱体，等静压机外框架2由抗高压金 属钢材组合而成，等静压机外框架2位于多功能底座1的上表面中部，纵向 支架31与多功能底座1的上表面通过螺纹连接，横向支架32呈圆环型，横 向支架32的上表面与支撑气压杆51的底部均通过螺纹连接，纵向支架31与横向支架32均由预应力金属钢材组合而成，水环真空泵4由金属钢材组合而 成，水环真空泵4的内腔中部通过螺纹纵向连接有泵轴，泵轴的中部通过套 管式套接有叶轮，叶轮的外壁均固定安装有叶片，水环真空泵4的内腔装设 有工作液，支撑气压杆51与压力气压杆53的内腔外侧均固定安装有支承轴 承，支承轴承的内侧均通过螺纹安装有活塞柱，活塞柱的内侧均通过套管式 贯穿连接气腔，气腔的内侧均通过套管式贯穿连接有转轴，气腔的下部右侧 均开设有气压封口，气压封口呈正方型，气腔内部均固定安装有气压活塞， 转轴的内部均固定安装有内轴固定杆，气压活塞与内轴固定杆均呈圆柱体。

请参阅图2，等静压机外框架2的外壁中部开设有密封门21，密封门21 呈半弧型，密封门21由外部的抗高压金属钢材与内部四周的硅胶密封条组合 而成。

请参阅图3，开料组件6呈长方体，开料组件6的外部固定安装有工装体 外框架61，工装体外框架61的的内壁上部均嵌装有定位条62，定位条62的 下部之间均嵌装有密封条组件63，密封条组件63呈田字装均匀排列，密封条 组件63由多个均匀排列的硅胶密封条组合而成，硅胶密封条与硅胶密封条相 交处均开设有气道连接孔64，密封条组件63的下部均开设有气道65，。

请参阅图4，石墨燃料双极板的工装流程由S1-S6组合而成，

S1 冷凝预备：将电箱42通电后，冷凝器41对水环真空泵4进行预先冷凝；

S2 真空预备：冷凝器41对水环真空泵4进行预先冷凝后，水环真空泵4通过叶轮按向顺时针旋转时，工作液被叶轮抛向四周，由于离心力的作用下，工作液形成与泵腔形状等厚度的封闭圆环，且封闭圆环的上部内表面与叶轮轮毂相切，封闭圆环的下部内表面与叶片顶端接触，同时叶轮轮毂与水环之间形成月牙形空间，且空间被叶轮分成叶片数目相等的多个小腔，当叶轮的上部0°为起点时，叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝，当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩，当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

S1冷凝预备：将电箱42通电后，冷凝器41对水环真空泵4进行预先冷 凝；

S2真空预备：冷凝器41对水环真空泵4进行预先冷凝后，水环真空泵4 通过叶轮按向顺时针旋转时，工作液被叶轮抛向四周，由于离心力的作用下， 工作液形成与泵腔形状等厚度的封闭圆环，且封闭圆环的上部内表面与叶轮 轮毂相切，封闭圆环的下部内表面与叶片顶端接触，同时叶轮轮毂与水环之 间形成月牙形空间，且空间被叶轮分成叶片数目相等的多个小腔，当叶轮的 上部0°为起点时，叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上 的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝，当叶 轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩，当小腔与排气口相通时，气 体便被排出泵外。

S3开启阀门：当水环真空泵4中的真空气体排出泵外时，真空气体由气 管44准备进入开料组件6内，这时将真空阀43打开，对等静压机与开料组 件6进行真空处理；

S4开启支撑气压杆51与压力气压杆53：支撑气压杆51与压力气压53 杆通过活塞柱以及中部贯穿连接的气腔和转轴，来进行上下伸缩的运动，并 带动了开料组件6进行向下运动，以便对石墨进行开料；

S5开启密封门21：取出开料后的工件；

S6工件组装：取出开料的工件后，对工件进行组装。

本装置的工作原理：

S1冷凝预备：将电箱42通电后，冷凝器41对水环真空泵4进行预先冷 凝；

S2真空预备：冷凝器41对水环真空泵4进行预先冷凝后，水环真空泵4 通过叶轮按向顺时针旋转时，工作液被叶轮抛向四周，由于离心力的作用下， 工作液形成与泵腔形状等厚度的封闭圆环，且封闭圆环的上部内表面与叶轮 轮毂相切，封闭圆环的下部内表面与叶片顶端接触，同时叶轮轮毂与水环之 间形成月牙形空间，且空间被叶轮分成叶片数目相等的多个小腔，当叶轮的 上部0°为起点时，叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上 的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝，当叶 轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩，当小腔与排气口相通时，气 体便被排出泵外。

S3开启阀门：当水环真空泵4中的真空气体排出泵外时，真空气体由气 管44准备进入开料组件内，这时将真空阀43打开，对等静压机与开料组件 进行真空处理；

S4开启支撑气压杆51与压力气压杆53：支撑气压杆51与压力气压杆 53通过活塞柱以及中部贯穿连接的气腔和转轴，来进行上下伸缩的运动，并 带动了开料组件进行向下运动，以便对石墨进行开料；

S5开启密封门22：取出开料后的工件；

S6工件组装：取出开料的工件后，对工件进行组装。

需要说明的是，在本文中，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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。

Claims (8)

1.一种等静压石墨燃料双极板开料工装，包括多功能底座(1)，其特征在于：所述多功能底座(1)的底部两侧均开设有升降腔，所述升降腔的内腔均通过螺纹固定连接有升降轮(11)，所述多功能底座(1)的上部通过螺纹固定安装有等静压机外框架(2)，所述等静压机外框架(2)的外侧下部通过螺纹固定安装有预应力支架(3)，所述预应力支架(3)的下部通过螺纹固定安装有纵向支架(31)，所述预应力支架(3)的上部通过螺纹固定嵌装有横向支架(32)，所述预应力支架(3)的左侧通过螺纹固定安装有水环真空泵(4)，所述水环真空泵(4)的正前方贯穿连接有冷凝器(41)，所述预应力支架(3)的右侧通过螺纹固定安装有电箱(42)，所述等静压机外框架(2)的外侧上部通过螺纹固定安装有连动组件(5)，所述连动组件(5)的左右两侧均通过螺纹纵向嵌装有支撑气压杆(51)，所述支撑气压杆(51)的顶部之间通过螺纹横向嵌装有连接支杆(52)，所述连接支杆(52)的左右两侧下部均通过套管式套接有压力气压杆(53)，所述压力气压杆(53)的下部通过螺纹安装有真空阀(43)，所述真空阀(43)的上部中间位置贯穿连接有气管(44)，所述真空阀(43)的下部通过螺纹固定连接有开料组件(6)。

2.根据权利要求1所述的一种等静压石墨燃料双极板开料工装，其特征在于：所述开料组件(6)呈长方体，所述开料组件(6)的外部固定安装有工装体外框架(61)，所述工装体外框架(61)的的内壁上部均嵌装有定位条(62)，所述定位条(62)的下部之间均嵌装有密封条组件(63)，所述密封条组件(63)呈田字装均匀排列，所述密封条组件(63)由多个均匀排列的硅胶密封条组合而成，所述硅胶密封条与硅胶密封条相交处均开设有气道连接孔(64)，所述密封条组件(63)的下部均开设有气道(65)。

3.根据权利要求1所述的一种等静压石墨燃料双极板开料工装，其特征在于：所述多功能底座(1)呈长方体，所述多功能底座(1)由金属钢材组合而成，所述升降轮(11)均由上部的升降器与下部的万向轮组合而成，所述多功能底座(1)的上表面左侧与水环真空泵(4)和冷凝器(41)的底部之间通过螺纹连接，所述多功能底座(1)的上表面右侧与电箱(42)的底部之间通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种等静压石墨燃料双极板开料工装，其特征在于：所述等静压机外框架(2)呈圆柱体，所述等静压机外框架(2)由抗高压金属钢材组合而成，所述等静压机外框架(2)位于多功能底座(1)的上表面中部，所述等静压机外框架(2)的外壁中部开设有密封门(21)，所述密封门(21)呈半弧型，所述密封门(21)由外部的抗高压金属钢材与内部四周的硅胶密封条组合而成。

5.根据权利要求1所述的一种等静压石墨燃料双极板开料工装，其特征在于：所述纵向支架(31)与多功能底座(1)的上表面通过螺纹连接，所述横向支架(32)呈圆环型，所述横向支架(32)的上表面与支撑气压杆(51)的底部均通过螺纹连接，所述纵向支架(31)与横向支架(32)均由预应力金属钢材组合而成。

6.根据权利要求1所述的一种等静压石墨燃料双极板开料工装，其特征在于：所述水环真空泵(4)由金属钢材组合而成，所述水环真空泵(4)的内腔中部通过螺纹纵向连接有泵轴，所述泵轴的中部通过套管式套接有叶轮，所述叶轮的外壁均固定安装有叶片，所述水环真空泵(4)的内腔装设有工作液。

7.根据权利要求1所述的一种等静压石墨燃料双极板开料工装，其特征在于：所述支撑气压杆(51)与压力气压杆(53)的内腔外侧均固定安装有支承轴承，所述支承轴承的内侧均通过螺纹安装有活塞柱，所述活塞柱的内侧均通过套管式贯穿连接气腔，所述气腔的内侧均通过套管式贯穿连接有转轴，所述气腔的下部右侧均开设有气压封口，所述气压封口呈正方型，所述气腔内部均固定安装有气压活塞，所述转轴的内部均固定安装有内轴固定杆，所述气压活塞与内轴固定杆均呈圆柱体。

8.根据权利要求1所述的一种等静压石墨燃料双极板开料工装，其特征在于：所述石墨燃料双极板的工装流程由S1-S6组合而成，

S1冷凝预备：将电箱(42)通电后，冷凝器(41)对水环真空泵(4)进行预先冷凝；

S2真空预备：冷凝器(41)对水环真空泵(4)进行预先冷凝后，水环真空泵(4)通过叶轮按向顺时针旋转时，工作液被叶轮抛向四周，由于离心力的作用下，工作液形成与泵腔形状等厚度的封闭圆环，且封闭圆环的上部内表面与叶轮轮毂相切，封闭圆环的下部内表面与叶片顶端接触，同时叶轮轮毂与水环之间形成月牙形空间，且空间被叶轮分成叶片数目相等的多个小腔，当叶轮的上部0°为起点时，叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝，当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩，当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

S3开启阀门：当水环真空泵(4)中的真空气体排出泵外时，真空气体由气管(44)准备进入开料组件(6)内，这时将真空阀(43)打开，对等静压机与开料组件(6)进行真空处理；

S4开启支撑气压杆(51)与压力气压杆(53)：支撑气压杆(51)与压力气压(53)杆通过活塞柱以及中部贯穿连接的气腔和转轴，来进行上下伸缩的运动，并带动了开料组件(6)进行向下运动，以便对石墨进行开料；

S5开启密封门(21)：取出开料后的工件；

S6工件组装：取出开料的工件后，对工件进行组装。

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