本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置及加工方法。
背景技术：
燃料电池是一种可以高效地将燃料和氧化剂通过电极反应直接转化为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton exchange membrane fuel cells)是以固体质子交换膜为电解质，氢气或甲醇为燃料，空气或氧气为氧化剂的燃料电池。PEMFC的核心是膜MEA和双极板，膜MEA是电化学反应的场所，双极板实现气体均匀分配、收集电流以及排水。为了气体分配和收集电流，双极板通常需具有良好的导电性能、导热性能、抗燃料和氧化剂的穿透性和在电化学环境中的抗腐蚀性能等。双极板包括配对的两个流场板，流场板多种多样，常见的有多孔体流场和由各种金属网构造的网状流场板，点状、部分蛇型流场板、交指状流场等。
流场板的材料通常采用石墨或者金属。石墨材料的脆性和机加工性能较差，并且重量占整个燃料电池的总重量的比重过高，成本也过高，从而限制了其工业化生产。相对而言，金属材料的导电、导热性能较好，强度高，较容易实现批量化生产。
金属材料的流场板的加工通常采用冲压成形、辊压等塑性变形的手段，或者利用基于微机电系统（MEMS,Micro-Electro-Mechanical System）的微加工技术，如电化学蚀刻、光刻等。此外，还有采用微成型进行加工成形的。但现有的微成型加工方法在实际应用过程中容易出现流道深浅不均匀的问题，从而影响了制得的质子交换膜燃料电池的性能。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本申请提供一种质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置，以解决现有的微成型加工中流道深浅不均匀的问题。
第一方面，提供一种质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置，包括顶座，所述顶座下方固定有安装座，所述安装座一侧开有水平的金属板插槽，所述金属板插槽上方的安装座内具有与所述金属板插槽连通的空腔，所述安装座底面上安装有紧固件；所述顶座下方、安装座的一侧沿y轴方向固定有第一滑轨，第一滑块与所述第一滑轨滑动安装，所述第一滑块下方垂直安装有立柱，所述立柱底部与第二滑块固接，所述第二滑块与沿y轴方向设置的第二滑轨滑动安装，所述立柱上沿z轴方向固定有第三滑轨，所述第三滑轨上滑动安装有第三滑块；所述安装座下方水平设置有水平支座，所述水平支座的一侧与所述第三滑块固接，所述水平支座上设置有沿x轴方向设置有第四滑轨，所述第四滑轨上滑动安装有第四滑块，所述第四滑块上设置有第一衬板，所述第一衬板上设置有压力传感器，所述压力传感器上设置有第二衬板，所述第二衬板上设置有位移传感器，所述位移传感器上设置有第三衬板，所述第三衬板上垂直安装有微成型模头。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，在所述第三衬板上微成型模头的两侧对称设有两个调节座，两个所述调节座上分别旋转安装有两个倒L型压板，并且所述倒L型压板的顶面水平，所述安装座内的空腔内填充有柔性模。
结合第一方面的第一种实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述调节座与所述第三衬板通过螺旋升降组件连接。
结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述微成形模头通过模头座安装在所述第三衬板上，所述模头座内开有梯形槽，所述微成型模头包括突起部和挤压头，所述突起部适配安装与所述梯形槽内，所述挤压头通过可升降连接件与所述突起部连接。
结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，该加工装置还包括控制单元，所述控制单元分别与所述压力传感器和位移传感器连接，用于接收所述压力传感器检测到的压力值和所述位移传感器检测到的位移值，以及根据微成型模头的预设顶压量、所述压力值和所述位移值调整所述微成型模头的实际顶压量。
结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述控制单元还用于根据所述微成型模头的预设运动轨迹调整所述倒L型压板的旋转角度，以使两个所述倒L型压板的内侧一端的连线与所述微成型模头的运动方向垂直。
第二方面，提供一种利用前述第一方面的任一种质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置加工金属流场板的方法，包括以下步骤：
将金属板插入质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置的金属板插槽内，拧紧所述安装座底面上的紧固件以固定所述金属板；
根据所述微成型模头的预设运动轨迹驱动所述第一滑块、第二滑块、第三滑块和第四滑块，以使所述金属板上形成流道，得到金属流场板。
结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，还包括：
根据微成型模头的预设顶压量和所述位移值调整所述微成型模头的实际顶压量。
结合第二方面的第一种实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，还包括：
如果所述压力传感器所检测到的压力值超过预设压力值，则停止驱动所述第一滑块、第二滑块和第四滑块，并驱动所述第三滑块向下移动。
结合第二方面及上述可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，将金属板插入质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置的金属板插槽内的步骤之前，还包括：
清理所述金属板，并在所述金属板的表面以及所述微成型模头表面涂刷润滑剂。
采用本申请的金属流场板加工装置，首先通过第一滑轨和第二滑轨，使微成型模头能够沿y轴方向移动，通过第三滑轨使微成型模头能够沿z轴方向移动，通过第四滑轨使微成型模头能够沿x轴方向移动，四者共同使得微成型模头可以在三个维度自由地移动，便于随时调整微成型模头的运动轨迹。其次将安装座安装在顶座下方，通过在安装座内开设水平的金属板插槽来放置金属板，然后通过安装座底面两边的紧固件将金属板固定在金属板插槽内，从而将金属板稳固地固定在微成型模头的上方。再通过在第四滑块上依次设置有第一衬板、压力传感器、第二衬板、位移传感器、第三衬板和微成型模头，从而将压力传感器和位移传感器固定在为微成型模头的下方，检测微成型模头在垂直方向上受到的压力以及在垂直方向上的位移值。上述的金属流场板加工装置在使用时，由于金属板的两侧被固定住，而中间没有支撑点，因此其中间部分受到其自身的重力而与周边部分产生细微的高度差。当下方的微成型模头向上顶压时，金属板中间部分受到的顶压力的两相对较金属板周边部分略多一些。又由于金属板周边被固定住，其周边部分的材料在加工时流动性相对较差，不容易发生回弹；而中间部分的流动性相对较好，回弹的力略微比周边部分多一些。通过金属板不同位置的自身重力作用，以及加工后金属板不同位置的回弹作用，二者协同，使得最终加工出的流道的深度更加均匀一致，进而改善了流场板的导流、气体分配和排水性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置的其中一个具体实施方式的结构示意图；
图2为图1的质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置中安装座的仰视结构示意图；
图3为图1的质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置中A的局部放大示意图；
图4为图1的本申请质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置的另一个具体实施方式的局部结构示意图。
附图标记说明：
顶座1；安装座11；金属板插槽111；空腔112；柔性模113；紧固件12；第一滑轨21；第一滑块22；立柱23；第二滑轨24；第二滑块25；第三滑轨26；第三滑块27；水平支座28；第四滑轨31；第四滑块32；第一衬板33；压力传感器34；第二衬板35；位移传感器36；第三衬板37；倒L型压板371；调节座372；螺旋升降组件373；固定板38；微成型模头39；模头座391；梯形槽392；突起部393；挤压头394；金属板4。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”、“竖直”、“水平”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发明和简化描述，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发明的限制。
第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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发明中的具体含义。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，在本发明的第一个实施例中，提供一种质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置，包括顶座1，所述顶座1下方固定有安装座11，所述安装座11一侧开有水平的金属板插槽111，所述金属板插槽111上方的安装座11内具有与所述金属板插槽111连通的空腔112，所述安装座11底面上安装有紧固件12；所述顶座1下方、安装座11的一侧沿y轴方向固定有第一滑轨21，第一滑块22与所述第一滑轨21滑动安装，所述第一滑块22下方垂直安装有立柱23，所述立柱23底部与第二滑块25固接，所述第二滑块25与沿y轴方向设置的第二滑轨24滑动安装，所述立柱23上沿z轴方向固定有第三滑轨26，所述第三滑轨26上滑动安装有第三滑块27；所述安装座11下方水平设置有水平支座28，所述水平支座28的一侧与所述第三滑块27固接，所述水平支座28上设置有沿x轴方向设置有第四滑轨31，所述第四滑轨31上滑动安装有第四滑块32，所述第四滑块32上设置有第一衬板33，所述第一衬板33上设置有压力传感器34，所述压力传感器34上设置有第二衬板35，所述第二衬板35上设置有位移传感器36，所述位移传感器36上设置有第三衬板37，所述第三衬板37上安装有微成型模头39。在本实施例的装置中，第一滑块22、第二滑块25、第三滑块27和第四滑块32都可以通过现有的机电驱动机构来驱动其在相应的滑轨上移动，从而控制其在滑轨上的移动距离。
现有技术中的金属流场板加工装置，均使将微成型模头设置在金属板的上方，通过微成型模头向下压来使金属板挤压成型。这样的加工装置实际加工出来的金属流场板的流道均匀性较差，从而影响了制得的质子交换膜燃料电池的性能。
发明人经过分析认为，金属板水平放置时，由于仅周边被固定，中间没有承重点，故而在自身的重力作用作用下，中间部分与周边部分之间存在细微的高度差。微成型模头在挤压成型的过程中下压的量是固定的，这就使得加工出来的流道的深度存在不一致的情况，即，金属流场板上靠近四周的流道的深度更深，而中间位置的流道的深度较浅。同时，由于金属板周边的位置被固定，与中间部分相比材料的流动性相对较差，故而被挤压成型之后不容易发生回弹。而中间部分的金属材料一方面被挤压的程度较浅，另一方面材料的流动性相对更好，故而容易发生回弹，进而进一步加重流道深浅不均的情况。如果要解决这个问题，其中一种技术方案是通过精密调控下压距离的装置来进行精密调控，以改善流道深浅不均的情况。但是微成型技术原本就是在毫米甚至微米级别上进行操作，在这个基础上要再进行精密调控，对于设备的要求过高，同时导致生产成本也过高。
采用本申请的金属流场板加工装置，首先通过第一滑轨21和第二滑轨24，使微成型模头39能够沿y轴方向移动，通过第三滑轨26使微成型模头39能够沿z轴方向移动，通过第四滑轨31使微成型模头39能够沿x轴方向移动，四者共同使得微成型模头39可以在三个维度自由地移动，便于随时调整微成型模头39的运动轨迹。其次将安装座11安装在顶座1下方，通过在安装座11内开设水平的金属板插槽111来放置金属板4，然后通过安装座11底面两边的紧固件12将金属板4固定在金属板插槽111内，从而将金属板4稳固地固定在微成型模头39的上方。再通过在第四滑块32上依次设置有第一衬板33、压力传感器34、第二衬板35、位移传感器36、第三衬板37和微成型模头39，从而将压力传感器34和位移传感器36固定在为微成型模头39的下方，检测微成型模头39在垂直方向上受到的压力以及在垂直方向上的位移值。上述的金属流场板加工装置在使用时，由于金属板4的两侧被固定住，而中间没有支撑点，因此其中间部分受到其自身的重力而与周边部分产生细微的高度差。当下方的微成型模头39向上顶压时，金属板4中间部分受到的顶压力的两相对较金属板4周边部分略多一些。又由于金属板4周边被固定住，其周边部分的材料在加工时流动性相对较差，不容易发生回弹；而中间部分的流动性相对较好，回弹的力略微比周边部分多一些。通过金属板4不同位置的自身重力作用，以及加工后金属板4不同位置的回弹作用，二者协同，使得最终加工出的流道的深度更加均匀一致，进而改善了流场板的导流、气体分配和排水性能。
可选地，请参考图4，在所述第三衬板37上微成型模头39的两侧对称设有两个调节座372，两个所述调节座372上分别旋转安装有两个倒L型压板371，并且所述倒L型压板371的顶面水平，所述安装座11内的空腔112内填充有柔性模113。
在第三衬板37上设置两个调节座372，再在调节座372上分别旋转安装有两个倒L型压板371，可以在微成型模头39向上挤压金属板4的时候抵住流道两边的位置，从而防止流道两边产生不规则的变形，增加流场板内部的内应力，影响流场板的使用寿命以及性能。在使用时，微成型模头39向上顶压一定的量，两个倒L型压板371抵住流道两边的位置。此时，金属板4上方安装座11的空腔112内填充的柔性膜在微成型模头39的位置处局部受到压迫，柔性膜的物质被挤压到两边的倒L型压板371处。由于受到挤压的力以及自身的重力作用，柔性膜将倒L型压板371顶面位置处的空间填充满。与硬的凹模相比，采用本加工装置进行加工时金属板4上流道两侧的受力相对比较均匀，从而使得流道的成形效果更佳好，尽量避免了翘曲等问题，也避免了刚性接触所带来的压痕、刮伤等问题。
可选地，所述调节座372与所述第三衬板37通过螺旋升降组件373连接。这里的螺纹升降组件可以采用现有技术中的螺纹螺纹升降组件，例如精密螺纹丝杆升降机等。在此处，通过螺纹升降组件可以调整倒L型压板371的高度，当微成型模头39的顶压量发生变化时，倒L型压板371的高度也可以随之变化，从而来适应不同的加工需求。所述微成形模头通过模头座391安装在所述第三衬板37上，所述模头座391内开有梯形槽392，所述微成型模头39包括突起部393和挤压头394，所述突起部393适配安装与所述梯形槽392内，所述挤压头394通过可升降连接件（图中未示出）与所述突起部393连接。这里的可升降连接件也可以采用现有的可升降连接件，例如微型的螺纹丝杆升降机等。
可选地，该加工装置还包括控制单元（图中未示出），所述控制单元分别与所述压力传感器34和位移传感器36连接，用于接收所述压力传感器34检测到的压力值和所述位移传感器36检测到的位移值，以及根据微成型模头39的预设顶压量和所述位移值调整所述微成型模头39的实际顶压量。
微成型模头39的预设顶压量是指用户在提前输入到控制单元中的目标的顶压量。假设在微成型模头39向上顶压时，位移传感器36检测到的位移值是向下的h1，预设顶压量为h0，则控制单元将微成型模头39的实际顶压量调整为h0+h1，从而进一步提高加工出的流道的深度的均匀性。这里，调整微成型模头39的顶压量可通过调整上述的可升降连接件来调整，也可以通过调整第三滑块27的位置来调整。
所述控制单元还用于根据所述微成型模头39的预设运动轨迹调整所述倒L型压板371的旋转角度，以使两个所述倒L型压板371的内侧一端的连线与所述微成型模头39的运动方向垂直。在进行加工时，尤其是加工到流道转弯的位置时，微成型模头39的运动的方向随时都在调整，此时，需要根据微成型模头39的运动轨迹来使两个倒L型压板371能够抵压在流道的两侧，避免倒L型压板371阻挡微成型模头39的运动轨迹。在倒L型压板371旋转等情况下，可以将倒L型压板371降低，以免倒L型压板371旋转调整角度的时候擦伤金属板4的表面。
在本申请的第二个实施例中，提供一种利用第一个实施例中的质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置加工金属流场板的方法，包括以下步骤：
S100清理所述金属板4，并在所述金属板4的表面以及所述微成型模头39表面涂刷润滑剂；
S200将金属板4插入质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置的金属板插槽111内，拧紧所述安装座11底面上的紧固件12以固定所述金属板4；
S300根据所述微成型模头39的预设运动轨迹驱动所述第一滑轨21、第二滑轨24、第三滑轨26和第四滑轨31，以使所述金属板4上形成流道，得到金属流场板；
S400根据微成型模头39的预设顶压量和所述位移值调整所述微成型模头39的实际顶压量。
S500如果所述压力传感器34所检测到的压力值超过预设压力值，则停止驱动所述第一滑块22、第二滑块25和第四滑块32，并驱动所述第三滑块27向下移动。
在S100的步骤中，润滑剂可以是可直接购买得到的水溶性润滑剂、油基润滑剂等。在加工之前清理金属板4并涂刷润滑油，一方面可以避免杂质、颗粒物等对加工装置，例如微成型模头39造成损伤，延长加工装置的使用寿命；另一方面也可以避免在金属板4受到挤压进行延展的时候有杂质被压入金属板4的结构内部，从而影响制得的金属流场板的质量和性能。
在S300和S400的步骤中，根据所述微成型模头39的预设运动轨迹驱动所述第一滑块22、第二滑块25、第三滑块27和第四滑块32。微成型模头39的实际顶压量在加工的过程中可能会发生变化。比起调节第三滑块27在第三滑轨26上的位置，调整突起部393和挤压头394之间的可升降连接件的调节精度更加高。故而，在本实施例中，第一滑块22、第二滑块25、第三滑块27和第四滑块32可以按照预设的运动轨迹来驱动，然后再根据微成型模头39的预设顶压量和所述位移值调整所述微成型模头39的实际顶压量，从而进一步精确控制微成型模头39的运动轨迹以及实际顶压量，提高加工的流道的深度的均匀性。
在S500的步骤中，如果所述压力传感器34所检测到的压力值超过预设压力值，则停止驱动所述第一滑块22、第二滑块25和第四滑块32，并驱动所述第三滑块27向下移动，从而避免在微成型模头39受到的压力过大的情况下，停止加工以保护微成型模头39。
此外，还可以根据所述微成型模头39的预设运动轨迹驱动所述第一滑块22、第二滑块25、第三滑块27和第四滑块32，以使所述金属板4上形成金属流场板的进气口和出气口。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。