CN213856512U - 适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，包括成型上模以及成型下模，成型下模的上面用于放置被加工件，成型上模中设置有左滚齿、第一驱动机构、右滚齿、第二驱动机构，第一驱动机构、第二驱动机构分别连接左滚齿、右滚齿，左滚齿、右滚齿上分别设置有弧形脊槽结构，第一驱动机构、第二驱动机构分别能够驱使左滚齿、右滚齿做滚压运动，成型下模的上面为波浪形第一脊槽结构，本实用新型中成型采用非对称滚压结构并专用滚齿模具对被加工件进行滚压成型，不但降低了成型模具投入的成本，有效提高工件的精度及板型强度，而且提供了加工效率，降低不良率，提高了产品质量。

Description

适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具

技术领域

本实用新型涉及氢能源燃料电池领域，具体地，涉及一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具。

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过催化反应直接转化为电能的发电装置。燃料电池主要有膜电极(MEA)和双极板构成；MEA是燃料电池的核心，双极板是电池的重要组成部分，在燃料电池中起到收集电流、气体分配以及热管理的作用；双极板的种类有很多种，通常采用的双极板为机械加工石墨双极板，技术比较成熟、但加工费用高昂，主要应用在实验室实验研究；目前燃料电池双极板的冷却形式主要分水冷和空冷双极板。空冷双极板更多应用在如无人机等场景，此场景的最大特点是轻量化，这对金属材料的厚度、强度及密度提出更高的要求，同时由于金属材料具有导电、导热性好、机械强度高、容易薄片化、易加工等优点成为首选燃料电池双极板材料之一，世界各大公司及单位纷纷进行金属双极板的开发和研究。

目前，空冷燃料电池金属阴极板的成型是整个行业技术难点。由于阴极板的每个槽的深度或脊的高度是材料厚度的十倍甚至更多，而且成型的圆角小于材料厚度的二倍，金属板材是具有一定限度的延展率，普通的成型模具根本无法实现，材料破裂是失效主因。

专利文献CN109786765A公开了一种燃料电池金属阴极板表面微结构的成型方法，先是采用压电制动器加载材料微变形法对机械和电器系统的滚轮进行精度设计，然后完成200μm级微沟槽设备的研发工作，得到符合其机电精度的机械结构和伺服控制系统，但该设计虽然提出了一种加工思路，但仍未提出有效解决阴极板槽脊结构加工的结构。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具。

根据本实用新型提供的一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，能够在合模模式与开模模式之间切换，包括成型上模以及成型下模；

所述成型下模的上面被用于放置被加工件；

所述成型上模中设置有左滚齿、第一驱动机构、右滚齿以及第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述左滚齿，第二驱动机构连接所述右滚齿，所述左滚齿、右滚齿朝向成型下模的一侧分别为弧形结构；

在合模模式下，所述第一驱动机构、第二驱动机构分别能够驱使左滚齿、右滚齿在所述成型下模的上面反向做滚压运动，放置在所述成型下模上面的被加工件被左滚齿、右滚齿挤压加工，其中所述成型下模的上面为与所述被加工件的成品模型相匹配的波浪形第一脊槽结构，所述左滚齿、右滚齿的弧形端上设置有与所述第一脊槽结构相匹配的第二脊槽结构。

优选地，所述第一驱动机构包括第一气缸以及第一螺杆，所述第一气缸通过第一螺杆连接所述左滚齿；

所述第二驱动机构包括第二气缸以及第二螺杆，所述第二气缸通过第二螺杆连接所述右滚齿。

优选地，所述成型上模还设置有开孔机构，所述开孔机构包括冲针、冲针固定板、第三驱动机构以及垫板；

所述冲针的一端安装在所述冲针固定板上，所述垫板上设置有冲针孔，所述冲针的另一端为自由端并穿过所述冲针孔，所述第三驱动机构能够驱使所述冲针固定板带动所述冲针在所述冲针孔的导引下在所述被加工件上钻孔。

优选地，所述冲针固定板和垫板之间设置有弹簧；

当所述被加工件钻孔时，所述弹簧被压缩，当所述第三驱动机构的驱动力解除后，在所述弹簧弹性恢复力的驱使下所述冲针固定板带动所述冲针离开所述被加工件。

优选地，所述被加工件被加工成成品后的槽深或脊的高度与所述被加工件厚度的比例大于5:1，所述成品的折弯处或圆角处的厚度小于被加工件厚度的两倍。

优选地，所述被加工件采用不锈钢、铝合金或钛合金。

优选地，所述被加工件的厚度小于0.1㎜。

优选地，所述成型下模、左滚齿、右滚齿采用合金钢，所述合金钢的硬度HRC大于或等于52°。

优选地，所述成型下模上设置有导引柱，所述成型上模上设置有相匹配的上模导引孔，在开模模式下所述导引柱能够通过上模导引孔的引导实现合模模式，在合模模式下所述导引柱安装在所述上模导引孔的内部。

根据本实用新型提供的一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，能够在合模模式与开模模式之间切换，包括成型上模以及成型下模；

所述成型下模的上面被用于放置被加工件；

所述成型上模中设置有左滚齿、第一驱动机构、右滚齿以及第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述左滚齿，第二驱动机构连接所述右滚齿，所述左滚齿、右滚齿朝向成型下模的一侧分别为弧形结构；

在合模模式下，所述第一驱动机构、第二驱动机构分别能够驱使左滚齿、右滚齿在所述成型下模的上面反向做滚压运动，放置在所述成型下模上面的被加工件被左滚齿、右滚齿挤压加工，其中所述成型下模的上面为与所述被加工件的成品模型相匹配的波浪形第一脊槽结构，所述左滚齿、右滚齿的弧形端上设置有与所述第一脊槽结构相匹配的第二脊槽结构；

所述第一驱动机构包括第一气缸以及第一螺杆，所述第一气缸通过第一螺杆连接所述左滚齿；

所述第二驱动机构包括第二气缸以及第二螺杆，所述第二气缸通过第二螺杆连接所述右滚齿；

所述成型上模还设置有开孔机构，所述开孔机构包括冲针、冲针固定板、第三驱动机构以及垫板；

所述冲针的一端安装在所述冲针固定板上，所述垫板上设置有冲针孔，所述冲针的另一端为自由端并穿过所述冲针孔，所述第三驱动机构能够驱使所述冲针固定板带动所述冲针在所述冲针孔的导引下在所述被加工件上钻孔；

所述冲针固定板和垫板之间设置有弹簧；

当所述被加工件钻孔时，所述弹簧被压缩，当所述第三驱动机构的驱动力解除后，在所述弹簧弹性恢复力的驱使下所述冲针固定板带动所述冲针离开所述被加工件；

所述成型下模上设置有导引柱，所述成型上模上设置有相匹配的上模导引孔，在开模模式下所述导引柱能够通过上模导引孔的引导实现合模模式，在合模模式下所述导引柱安装在所述上模导引孔的内部。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型中的波浪形脊槽部分成型采用左滚齿、右滚齿非对称滚压结构，并利用气缸伸缩带动专用滚齿模具对被加工件进行滚压成型，不但降低了成型模具投入的成本，有效提高工件的精度及板型强度，而且提供了加工效率，降低不良率，提高了产品质量，提高了产品的市场竞争力，从而实现更高的经济效益。

2、本实用新型采用滚压齿轮与齿条啮合的形式使金属材料由外向内持续单向收缩，有效解决材料延展不够的问题。

3、本实用新型压槽冲孔的作业能够依次进行，大大提高了加工效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中超薄金属基阴极板的结构示意图；

图3为图1中I部位的结构放大示意图。

图中示出：

成型下模1 冲针8 上模架板15

左滚齿2 冲针固定板9 上模安装板16

右滚齿3 垫板10 上模导引孔17

第一气缸4 弹簧11 上垫脚18

第一螺杆5 导引柱12 下模架板19

第二气缸6 第一滑块13 下垫脚20

第二螺杆7 第二滑块14

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提供了一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，如图1～图3所示，能够在合模模式与开模模式之间切换，包括成型上模以及成型下模1，所述成型下模1的上面被用于放置被加工件，所述成型上模中设置有左滚齿2、第一驱动机构、右滚齿3以及第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述左滚齿2，第二驱动机构连接所述右滚齿3，所述左滚齿2、右滚齿3朝向成型下模1的一侧分别为弧形结构，在合模模式下，所述第一驱动机构、第二驱动机构分别能够驱使左滚齿2、右滚齿3在所述成型下模1的上面反向做滚压运动，放置在所述成型下模1上面的被加工件被左滚齿2、右滚齿3挤压加工，其中所述成型下模1的上面为与所述被加工件的成品模型相匹配的波浪形第一脊槽结构，如图3所示，所述左滚齿2、右滚齿3的弧形端上设置有与所述第一脊槽结构相匹配的第二脊槽结构。

本实用新型的成品工件的波浪形脊槽部分成型采用非对称滚压形式而成，压力机下压模具至下压死点时停止，利用气缸伸缩带动专用滚齿模具对超薄金属板料(被加工件)进行滚压成型，并对板料进行冲压工艺基准孔，并且对工件两侧不规则异形部分进行预成型。流转下道工序进行整形及切边冲孔等加工，不但降低了成型模具投入的成本，有效提高工件的精度及板型强度，可实现更高的效率，降低不良率，从而实现更高的经济效益。

进一步地，所述成型下模1上设置有导引柱12，所述成型上模上的上模安装板16行设置有相匹配的上模导引孔17，在开模模式下所述导引柱12能够通过上模导引孔17的引导实现合模模式，在合模模式下所述导引柱12安装在所述上模导引孔17的内部。

具体地，如图1所示，所述第一驱动机构包括第一气缸4以及第一螺杆5，所述第一气缸4通过第一螺杆5连接所述左滚齿2，所述第二驱动机构包括第二气缸6以及第二螺杆7，所述第二气缸6通过第二螺杆7连接所述右滚齿3。在一个优选例中，第一驱动机构还包括第一滑块13，所述第二驱动机构还包括第二滑块14，所述第一螺杆5的一端连接所述第一气缸4，所述第一螺杆5的另一端通过第一滑块13连接左滚齿2，第二螺杆7的一端连接所述第二气缸6，第二螺杆7的另一端通过第二滑块14连接所述右滚齿3，在合模模式下，左滚齿2、右滚齿3分别与成型下模13啮合后，左滚齿2、右滚齿3的轴心线在分别在第一滑块13、第二滑块14的限制作用下，只能做横向运动，两个滑块在气缸的作用下，带动滚齿向外侧做滚动式移动。

具体地，如图1所示，所述成型上模还设置有开孔机构，所述开孔机构包括冲针8、冲针固定板9、第三驱动机构以及垫板10，第三驱动机构优选采用油缸，所述油缸设置在上模架板15和冲针固定板9之间，所述冲针8的一端安装在所述冲针固定板9上，所述垫板10上设置有冲针孔，所述冲针8的另一端为自由端并穿过所述冲针孔，所述第三驱动机构能够驱使所述冲针固定板9带动所述冲针8在所述冲针孔的导引下在所述被加工件上钻孔，其中孔的形状根据产品的实际需求进行设计，例如为圆孔，再例如为异形孔。在一个优选例中，所述冲针固定板9和垫板10之间设置有弹簧11，当所述被加工件钻孔时，所述弹簧11被压缩，当所述第三驱动机构的驱动力解除后，在所述弹簧11弹性恢复力的驱使下所述冲针固定板9带动所述冲针8离开所述被加工件。

在一个优选例中，垫板10和上模架板15通过上垫脚18连接，垫板10和上模架板15之间为冲针固定板9的运动提供了活动空间。成型下模1安装在下模架板19上，下模架板19上还安装有下垫脚20。

具体地，所述被加工件被加工成成品后的槽深或脊的高度与所述被加工件厚度的比例大于5:1，所述成品的折弯处或圆角处的厚度小于被加工件厚度的两倍，在一个优选例中，所述被加工件的厚度小于0.1㎜。

在实际应用中，所述被加工件采用不锈钢、铝合金或钛合金。所述成型下模1、左滚齿2、右滚齿3采用合金钢，所述合金钢的硬度HRC大于或等于52°，HRC是采用150Kg载荷和120°金刚石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料

本实用新型的工作原理如下：

通过本实用新型最终使金属板材得到如图2所示的形状，首先将如图1的预成型模具可靠安装并完成所有动作的程序编程，将所需工件的金属板料胚料放置在成型下模1的上面，启动专用压机，使成型上模下行，在导引柱12和上模导引孔17的配合下，成型上模和成型下模1精确定位并压紧。

其次，第一气缸4、第二气缸6动作同时向外运动，驱动左滚齿2、右滚齿3运动，使金属超薄板材由模具的中心向外依次成型；第三驱动机构工作使模具中的冲针固定板9及冲针8下行，从而冲制工件上的工艺定位孔，此时第三驱动机构回缩，冲针固定板9及冲针8在弹簧11的作用下，冲针固定板9及冲针8复位至原始位置；

最后，第一气缸4、第二气缸6动作同时向内复位至原始位置，成型上模上行，取出工件，以工艺定位孔为基准，将已预成型工件放置在另一整形模具中，以一定压力成型，得到设计所需成型高度，以工艺定位孔为基准，把已整形好的工件放入另一冲孔切边模具中，以一定压力冲制成型，得到最终设计所需的孔和外形尺寸。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，能够在合模模式与开模模式之间切换，包括成型上模以及成型下模(1)；

所述成型下模(1)的上面被用于放置被加工件；

所述成型上模中设置有左滚齿(2)、第一驱动机构、右滚齿(3)以及第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述左滚齿(2)，第二驱动机构连接所述右滚齿(3)，所述左滚齿(2)、右滚齿(3)朝向成型下模(1)的一侧分别为弧形结构；

在合模模式下，所述第一驱动机构、第二驱动机构分别能够驱使左滚齿(2)、右滚齿(3)在所述成型下模(1)的上面反向做滚压运动，放置在所述成型下模(1)上面的被加工件被左滚齿(2)、右滚齿(3)挤压加工，其中所述成型下模(1)的上面为与所述被加工件的成品模型相匹配的波浪形第一脊槽结构，所述左滚齿(2)、右滚齿(3)的弧形端上设置有与所述第一脊槽结构相匹配的第二脊槽结构。

2.根据权利要求1所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一气缸(4)以及第一螺杆(5)，所述第一气缸(4)通过第一螺杆(5)连接所述左滚齿(2)；

所述第二驱动机构包括第二气缸(6)以及第二螺杆(7)，所述第二气缸(6)通过第二螺杆(7)连接所述右滚齿(3)。

3.根据权利要求1所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述成型上模还设置有开孔机构，所述开孔机构包括冲针(8)、冲针固定板(9)、第三驱动机构以及垫板(10)；

所述冲针(8)的一端安装在所述冲针固定板(9)上，所述垫板(10)上设置有冲针孔，所述冲针(8)的另一端为自由端并穿过所述冲针孔，所述第三驱动机构能够驱使所述冲针固定板(9)带动所述冲针(8)在所述冲针孔的导引下在所述被加工件上钻孔。

4.根据权利要求3所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述冲针固定板(9)和垫板(10)之间设置有弹簧(11)；

当所述被加工件钻孔时，所述弹簧(11)被压缩，当所述第三驱动机构的驱动力解除后，在所述弹簧(11)弹性恢复力的驱使下所述冲针固定板(9)带动所述冲针(8)离开所述被加工件。

5.根据权利要求1所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述被加工件被加工成成品后的槽深或脊的高度与所述被加工件厚度的比例大于5:1，所述成品的折弯处或圆角处的厚度小于被加工件厚度的两倍。

6.根据权利要求1所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述被加工件采用不锈钢、铝合金或钛合金。

7.根据权利要求1所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述被加工件的厚度小于0.1㎜。

8.根据权利要求1所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述成型下模(1)、左滚齿(2)、右滚齿(3)采用合金钢，所述合金钢的硬度HRC大于或等于52°。

9.根据权利要求1所述的适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，所述成型下模(1)上设置有导引柱(12)，所述成型上模上设置有相匹配的上模导引孔(17)，在开模模式下所述导引柱(12)能够通过上模导引孔(17)的引导实现合模模式，在合模模式下所述导引柱(12)安装在所述上模导引孔(17)的内部。

10.一种适用于空冷燃料电池金属阴极板加工的模具，其特征在于，能够在合模模式与开模模式之间切换，包括成型上模以及成型下模(1)；

所述成型下模(1)的上面被用于放置被加工件；

所述成型上模中设置有左滚齿(2)、第一驱动机构、右滚齿(3)以及第二驱动机构，所述第一驱动机构连接所述左滚齿(2)，第二驱动机构连接所述右滚齿(3)，所述左滚齿(2)、右滚齿(3)朝向成型下模(1)的一侧分别为弧形结构；

在合模模式下，所述第一驱动机构、第二驱动机构分别能够驱使左滚齿(2)、右滚齿(3)在所述成型下模(1)的上面反向做滚压运动，放置在所述成型下模(1)上面的被加工件被左滚齿(2)、右滚齿(3)挤压加工，其中所述成型下模(1)的上面为与所述被加工件的成品模型相匹配的波浪形第一脊槽结构，所述左滚齿(2)、右滚齿(3)的弧形端上设置有与所述第一脊槽结构相匹配的第二脊槽结构；

所述第一驱动机构包括第一气缸(4)以及第一螺杆(5)，所述第一气缸(4)通过第一螺杆(5)连接所述左滚齿(2)；

所述第二驱动机构包括第二气缸(6)以及第二螺杆(7)，所述第二气缸(6)通过第二螺杆(7)连接所述右滚齿(3)；

所述成型上模还设置有开孔机构，所述开孔机构包括冲针(8)、冲针固定板(9)、第三驱动机构以及垫板(10)；

所述冲针(8)的一端安装在所述冲针固定板(9)上，所述垫板(10)上设置有冲针孔，所述冲针(8)的另一端为自由端并穿过所述冲针孔，所述第三驱动机构能够驱使所述冲针固定板(9)带动所述冲针(8)在所述冲针孔的导引下在所述被加工件上钻孔；

所述冲针固定板(9)和垫板(10)之间设置有弹簧(11)；

当所述被加工件钻孔时，所述弹簧(11)被压缩，当所述第三驱动机构的驱动力解除后，在所述弹簧(11)弹性恢复力的驱使下所述冲针固定板(9)带动所述冲针(8)离开所述被加工件；

所述成型下模(1)上设置有导引柱(12)，所述成型上模上设置有相匹配的上模导引孔(17)，在开模模式下所述导引柱(12)能够通过上模导引孔(17)的引导实现合模模式，在合模模式下所述导引柱(12)安装在所述上模导引孔(17)的内部。

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