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。
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，protonexchangemembranefuelcells)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-mechanicalsystem）的微加工技术，如电化学蚀刻、光刻等。流场板上的流道的尺寸微小，由于通常处于毫米至微米级别。相对于宏观尺寸下的金属板加工，微观尺寸下的金属板变形的规律、性能都呈现出不同的特点，因此，加工的时候常规的加工装置直接按比例缩小并不能满足精确加工的需求。尤其是对于流道的深度的精确控制尤其困难，一旦深度过深，就可能会造成金属板破裂，而深度过浅，则加工出来的流场板达不到要求，影响最终制成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，本申请提供一种新的质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置，以解决更加精确地控制金属板流道加工的深度。
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，包括竖直放置且可上下升降的液压支座，所述液压支座上水平设置有第一支撑板，所述第一支撑板上沿y轴方向设置有至少两条平行的第一滑轨，所述第一滑轨上滑动安装有第一滑块，所述第一滑块上沿x轴方向固定有第二滑轨，所述第二滑轨上滑动安装有第二滑板，所述第二滑板上水平安装有柔性模安装座，所述柔性模安装座两侧设置有凸台，所述柔性模安装座内填充柔性模；所述柔性模上方水平设置有倒置的第三滑轨，所述第三滑轨下滑动安装有第三滑块，所述第三滑块下固接与所述第三滑轨的方向一致的三角斜块，沿所述三角斜块的倾斜面安装有倒置的第四滑轨，所述第四滑轨下滑动安装有第四滑块，所述第四滑块上固接有垂直的连接杆，所述连接杆的一侧竖直设置有固定柱，所述固定柱的柱身上固接有水平的固定杆，所述固定杆的一端与所述固定柱连接，另一端连接有定向座，所述连接杆贯穿所述定向座，并且与下方的第一衬板连接，所述第一衬板的下方连接有压力传感器，所述压力传感器的下方连接有第二衬板，所述第二衬板的下方连接有位移传感器，所述位移传感器的下方连接有第三衬板，所述第三衬板的下方连接有模头座，所述模头座下方连接有微成型模头，所述微成型模头包括第一冲头、第二冲头和第三冲头，所述第一冲头、第二冲头和第三冲头分别竖直设置，所述第一冲头的头部为半球型，所述第二冲头的长度高于所述第一冲头，所述第二冲头的头部为倾斜面并且所述倾斜面朝向所述第一冲头，所述第三冲头的高度与所述第二冲头最长处的长度相同，所述第三冲头的头部为平头。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，在所述模头座的底部，自所述第一冲头的尾部与所述模头座连接处向外开设有水平的第一容纳槽，自所述第二冲头的尾部与所述模头座连接处向外开设有水平的第二容纳槽，自所述第三冲头的尾部与所述模头座连接处向外开设有水平的第三容纳槽，所述第一冲头的尾部在所述第一容纳槽内并枢接于所述第一容纳槽的侧壁上，所述第二冲头的尾部在所述第二容纳槽内并枢接于所述第二容纳槽的侧壁上，所述第三冲头的尾部在所述第三容纳槽内并枢接于所述第三容纳槽的侧壁上。
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，所述连接杆与第一衬板通过旋转盘连接。
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，所述第一冲头、所述第二冲头或所述第三冲头的头部和尾部之间，包括至少一段扩大段，自头部至尾部各个扩大段的直径逐步增大。
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，所述第一冲头、第二冲头和第三冲头的头部直径均处于0.2-1.0mm。
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，该加工装置还包括控制单元，所述控制单元与所述位移传感器连接，用于接收所述位移传感器检测到的位移值，以及用于根据所述位移值调整所述第三滑块在所述第三滑轨上的位置。
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，所述控制单元还与所述压力传感器连接，所述控制单元还用于接收所述压力传感器所检测到的压力值，以及，在所述压力值超过预设压力值的情况下停止驱动所述第一滑块和第二滑块，并驱动所述液压支座向下移动。
上述质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置在工作时，首先将金属板架设在柔性模安装座两侧的凸台上，用紧固件固定，从而使金属板被固定在柔性模上方，金属板与柔性模之间存在一定的空间。然后调整液压支座，由于液压支座可沿上下方向，也就是y轴方向升降，故而可以将其上方的柔性模安装座、柔性模连同金属板等一起抬升至合适的高度，以便进行加工。第一滑块能够带动其上方的第二滑轨、柔性模安装座、柔性模连同金属板等一起在第一滑轨上沿着y方向水平移动，第二滑板能够带动其上方的柔性模安装座、柔性模连同金属板等一起在第二滑轨上沿着x方向水平移动，从而在三个维度上调节金属板的位置，以便通过移动金属板来调整其上方的微成型模头在金属板上挤压的轨迹，通过微成型模头挤压金属板形成流道。由于金属板的厚度较薄，在这种情况下又要加工出深度较深的流道，很容易造成金属板破裂。为此，在柔性膜上方设置有倒置的第三滑轨，第三滑轨上滑动安装第三滑块，第三滑块下固接与第三滑轨的方向一致的三角斜块，沿三角斜块的倾斜面安装有倒置的第四滑轨，第四滑轨下滑动安装有第四滑块，第四滑块上固接有垂直的连接杆。同时，连接杆还穿过定位座，被定位座、固定杆以及固定柱限定了x轴和y轴两个方向的位置，只能再z轴方向上下移动。当驱动第三滑块沿着第三滑轨的方向移动的时候，第三滑块带动三角斜块一起移动，而第四滑块则沿着三角斜块上的第四滑轨的方向移动，从而使第四滑块能够上下移动，并带动与第四滑块固接的连接杆一起在z轴方向上上下移动。随着连接杆的上下移动，与之连接的旋转盘、压力传感器、位移传感器、模头座以及微成型模头也上下移动，从而能够精确地调整微成型模头在z轴上的位移，进而更加精确地控制流道深度的加工。微成型模头上固定有第一冲头、第二冲头和第三冲头。第一冲头为半球形冲头，并且长度较短，加工的时候处于三个冲头的最前面，能够初步挤压金属板形成流道的雏形。第二冲头的长度较第一冲头稍长，并且头部为倾斜面，经过第一冲头初步加工后，再通过第二冲头逐步加深流道的深度，这样可以防止金属板在瞬间被挤压成型的过程中晶粒分布过分不匀导致金属板局部破裂。第三冲头的长度较第二冲头稍长，并且头部为平头，经过第二冲头拉深深度之后，再通过第三冲头进行定型，将流道的整体形状整理为预设的形状，从而完成整个流道的加工。在三个冲头作用于金属板的时候，金属板下方的柔性模受到冲头的作用力，被挤压到冲头两侧，并将冲头两侧的空间填充满，是冲头两侧的受力更加均匀，避免了刚性模具成型的时候受力不均导致的压痕、刮伤等问题。通过本申请中的加工装置，金属板被挤压的过程中材料在被逐步拉伸，不易破裂，不易产生褶皱、压痕。同时，即便是较深的流道，采用本申请的加工装置也能够被一次性精准地加工，有效地减少了金属板破裂报废的情况，避免了多次重叠加工的过程中微成型模头轨迹偏差所导致的褶皱和流道形状偏差的问题。
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a的局部放大示意图；
图3为图2的质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置中模头座及三个冲头的仰视结构示意图；
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中第二冲头的一种实现方式的结构示意图。
附图标记说明：
液压支座1；第一支撑板2；第一滑轨31；第一滑块32；第二滑轨41；第二滑板42；柔性模安装座51；凸台52；柔性模53；第三滑轨6011；第三滑块6012；三角斜块602；第四滑轨6031；第四滑块6032；连接杆604；定向座6051；固定柱6052；固定杆6053；旋转盘606；第一衬板607；压力传感器608；第二衬板609；位移传感器610；第三衬板611；模头座612；第一冲头613；第二冲头614；第二冲头的头部6141；第二冲头的扩大段6142；第二冲头的尾部6143；第三冲头615；第一容纳槽616；第三容纳槽618；金属板7。
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。
发明人经过分析认为，现有的加工装置存在的主要问题有：一方面，在毫米甚至微米的级别，现有的加工装置在加工流道时对流道深度的控制精度相对较差，容易造成金属板破裂；另一方面，在加工的时候，尽管微成型模头可以按照预设轨迹多次挤压同一个流道并逐渐增加下压力量来加工流道，得到深度符合要求的流道，然而多次挤压的过程中，一旦微成型模头的位置稍微有所变差，就有可能使得流道产生不期望的变形或者褶皱。
为此，请参考图1至图4，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，包括竖直放置且可上下升降的液压支座1，所述液压支座1上水平设置有第一支撑板2，所述第一支撑板2上沿y轴方向设置有至少两条平行的第一滑轨31，所述第一滑轨31上滑动安装有第一滑块32，所述第一滑块32上沿x轴方向固定有第二滑轨41，所述第二滑轨41上滑动安装有第二滑板42，所述第二滑板42上水平安装有柔性模安装座51，所述柔性模安装座51两侧设置有凸台52，所述柔性模安装座51内填充柔性模53；所述柔性模53上方水平设置有倒置的第三滑轨6011，所述第三滑轨6011下滑动安装有第三滑块6012，所述第三滑块6012下固接与所述第三滑轨6011的方向一致的三角斜块602，沿所述三角斜块602的倾斜面安装有倒置的第四滑轨6031，所述第四滑轨6031下滑动安装有第四滑块6032，所述第四滑块6032上固接有垂直的连接杆604，所述连接杆604的一侧竖直设置有固定柱6052，所述固定柱6052的柱身上固接有水平的固定杆6053，所述固定杆6053的一端与所述固定柱6052连接，另一端连接有定向座6051，所述连接杆604贯穿所述定向座6051，并且与下方的第一衬板607连接，所述第一衬板607的下方连接有压力传感器608，所述压力传感器608的下方连接有第二衬板609，所述第二衬板609的下方连接有位移传感器610，所述位移传感器610的下方连接有第三衬板611，所述第三衬板611的下方连接有模头座612，所述模头座612下方连接有微成型模头，所述微成型模头包括第一冲头613、第二冲头614和第三冲头615，所述第一冲头613、第二冲头614和第三冲头615分别竖直设置，所述第一冲头613的头部为半球型，所述第二冲头614的长度高于所述第一冲头613，所述第二冲头614的头部6141为倾斜面并且所述倾斜面朝向所述第一冲头613，所述第三冲头615的高度与所述第二冲头614最长处的长度相同，所述第三冲头615的头部为平头。
上述质子交换膜燃料电池金属流场板的加工装置在工作时，首先将金属板7架设在柔性模安装座51两侧的凸台52上，用紧固件固定，从而使金属板7被固定在柔性模53上方，金属板7与柔性模53之间存在一定的空间。然后调整液压支座1，由于液压支座1可沿上下方向，也就是y轴方向升降，故而可以将其上方的柔性模安装座51、柔性模53连同金属板7等一起抬升至合适的高度，以便进行加工。第一滑块32能够带动其上方的第二滑轨41、柔性模安装座51、柔性模53连同金属板7等一起在第一滑轨31上沿着y方向水平移动，第二滑板42能够带动其上方的柔性模安装座51、柔性模53连同金属板7等一起在第二滑轨41上沿着x方向水平移动，从而在三个维度上调节金属板7的位置，以便通过移动金属板7来调整其上方的微成型模头在金属板7上挤压的轨迹，通过微成型模头挤压金属板7形成流道。由于金属板的厚度较薄，在这种情况下又要加工出深度较深的流道，很容易造成金属板破裂。为此，在柔性膜上方设置有倒置的第三滑轨6011，第三滑轨6011上滑动安装第三滑块6012，第三滑块6012下固接与第三滑轨6011的方向一致的三角斜块602，沿三角斜块602的倾斜面安装有倒置的第四滑轨6031，第四滑轨6031下滑动安装有第四滑块6032，第四滑块6032上固接有垂直的连接杆604。同时，连接杆604还穿过定位座，被定位座、固定杆6053以及固定柱6052限定了x轴和y轴两个方向的位置，只能再z轴方向上下移动。当驱动第三滑块6012沿着第三滑轨6011的方向移动的时候，第三滑块6012带动三角斜块602一起移动，而第四滑块6032则沿着三角斜块602上的第四滑轨6031的方向移动，从而使第四滑块6032能够上下移动，并带动与第四滑块6032固接的连接杆604一起在z轴方向上上下移动。随着连接杆604的上下移动，与之连接的旋转盘606、压力传感器608、位移传感器610、模头座612以及微成型模头也上下移动，从而能够精确地调整微成型模头在z轴上的位移，进而更加精确地控制流道深度的加工。微成型模头上固定有第一冲头613、第二冲头614和第三冲头615。第一冲头613为半球形冲头，并且长度较短，加工的时候处于三个冲头的最前面，能够初步挤压金属板7形成流道的雏形。第二冲头614的长度较第一冲头613稍长，并且头部6141为倾斜面，经过第一冲头613初步加工后，再通过第二冲头614逐步加深流道的深度，这样可以防止金属板7在瞬间被挤压成型的过程中晶粒分布过分不匀导致金属板7局部破裂。第三冲头615的长度较第二冲头614稍长，并且头部为平头，经过第二冲头614拉深深度之后，再通过第三冲头615进行定型，将流道的整体形状整理为预设的形状，从而完成整个流道的加工。在三个冲头作用于金属板7的时候，金属板7下方的柔性模53受到冲头的作用力，被挤压到冲头两侧，并将冲头两侧的空间填充满，是冲头两侧的受力更加均匀，避免了刚性模具成型的时候受力不均导致的压痕、刮伤等问题。通过本申请中的加工装置，金属板7被挤压的过程中材料在被逐步拉伸，不易破裂，不易产生褶皱、压痕。同时，即便是较深的流道，采用本申请的加工装置也能够被一次性精准地加工，有效地减少了金属板7破裂报废的情况，避免了多次重叠加工的过程中微成型模头轨迹偏差所导致的褶皱和流道形状偏差的问题。
本实施例中的旋转盘606可以采用现有的微型旋转盘。通过安装旋转盘606，可以调整第一冲头613、第二冲头614和第三冲头615的方向。当微成型模头的运行轨迹发生变化时，可以随时调整三个冲头的方向，使得第一冲头613始终处于最前面。
当流道为直线时，采用前述的加工装置能够较好地加工金属板，但当冲头运行轨迹运行到曲线段时，则三个冲头会一起转弯会破坏预设的流道形状，为了解决这一问题，可选地，在所述模头座612的底部，自所述第一冲头613的尾部与所述模头座612连接处向外开设有水平的第一容纳槽616，自所述第二冲头614的尾部6143与所述模头座612连接处向外开设有水平的第二容纳槽617，自所述第三冲头615的尾部与所述模头座612连接处向外开设有水平的第三容纳槽618，所述第一冲头613的尾部在所述第一容纳槽616内并枢接于所述第一容纳槽616的侧壁上，所述第二冲头614的尾部6143在所述第二容纳槽617内并枢接于所述第二容纳槽617的侧壁上，所述第三冲头615的尾部在所述第三容纳槽618内并枢接于所述第三容纳槽618的侧壁上。
当运行轨迹进入即将进入曲线段时，可以转动第二冲头614，将其向上转动，收入第二容纳槽617中。转动第三冲头615，将其向上转动，收入第三容纳槽618中。然后利用第一冲头613将金属板7挤压拉深出曲线流道的雏形。再将第一冲头613收入第一容纳槽616中，将第二冲头614放下，以进一步拉深流道。最后将第二冲头614收起，将第三冲头615放下，对流道进行定型，以使流道整体均匀一致。通过这样的方法，可以加工出曲线流道。
可选地，所述第一冲头613、所述第二冲头614或所述第三冲头615的头部和尾部之间，包括至少一段扩大段6142，自头部至尾部各个扩大段6142的直径逐步增大。所述第一冲头613、第二冲头614和第三冲头615的头部直径均处于0.2-1.0mm。通过在冲头的头部和尾部之间增加至少一段扩大段6142，可以逐级扩大冲头尾部的尺寸，以便于能够较好地进行枢接。
可选地，该加工装置还包括控制单元（图中未示出），所述控制单元与所述位移传感器610连接，用于接收所述位移传感器610检测到的位移值，以及用于根据所述位移值和预设下压量来调整所述第三滑块6012在所述第三滑轨6011上的位置。当位移值小于预设下压量时，将第三滑块6012向着三角斜块602厚度较厚的方向移动，从而使连接杆604随着第四滑块6032向下移动，以增加下压量。当位移值大于预设下压量时，将第三滑块6012向着三角斜块602厚度较薄的方向移动，从而使连接杆604随着第四滑块6032向上移动，以减小下压量。
所述控制单元还与所述压力传感器608连接，所述控制单元还用于接收所述压力传感器608所检测到的压力值，以及，在所述压力值超过预设压力值的情况下停止驱动所述第一滑块32和第二滑块，并驱动所述液压支座1向下移动。如果所述压力传感器608所检测到的压力值超过预设压力值，则控制单元停止驱动所述第一滑块32和第二滑块，同时控制单元驱动液压支座1向下移动，从而避免第一冲头613、第二冲头614和第三冲头615受到的压力过大而被损坏。
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。