1．目的及意义

双极板是质子交换膜燃料电池中的重要多功能部件,起到集流导电、散热、均匀分散反应介质和冷却剂、支撑膜电极、防止反应介质内漏和外漏等多重功能,通常占据电堆重量的70%一80%,成本的50%以上。传统的石墨材料是质子交换膜燃料电池广泛采用的极板材料,而之后出现的复合石墨板、柔性石墨双极板技术也逐渐走向成熟,得到了广泛应用。其中典型代表为Ballard公司Mark系列燃料电池模块产品。石墨类双极板为质子交换膜燃料电池的商业化进程奠定了良好的开端,但其机械强度差、加工成本高使其在质子交换膜燃料电池的工业化应用中缺乏足够的竞争力。复合石墨板、柔性石墨及薄层金属板都是非常有潜力的双极板替换材料,而薄层金属双极板能够采用0.2mm以下厚度的金属板坯制备,在大幅度提高电池组比功率、降低极板的加工成本以及低温冷却剂适应性等方面更具竞争力,成为国内外研究的热点。^[1]

现今国内外对金属双极板的成形方法进行了大量研究，主要有采用辊压、冲压等塑性变形方法，采用激光、化学刻蚀、电化学腐蚀等微成形方法，采用电火花、电磁等特种加工方法等。其中冲压工艺生产效率高、成本低、便于实现自动化，特别适合大批量生产，但在成形过程中容易出现拉裂和起皱等缺陷。^[2]采用冲压工艺制作的金属双极板能提高电池的比功率，并且这样形成的电池具有功率密度高且污染力度小的优点，帮助制造商减低部分生产成本，是目前很有发展前景的动力电源，有很高的市场前景。^[3]

关于金属双极板的冲压成形方法，国内外也有很多研究。Sasawat M等人研究发现，采用冲压成形工艺和液压成形工艺可以加工阵列形微沟槽。Kwon 等以铝为成形基材，研究了冲压速度、模具温度对双极板成形的影响，实验结果表明，可以用冲压方法制造铝质双极板。武汉理工大学刘艳雄研究了采用橡胶垫软模成形双极板的过程中各参数对零件质量的影响，但只取了部分微沟槽进行了研究，不能准确反映整个双极板的成形特点。Lim等也研究了软模成形的方法，并取得了较好的成形效果，但是能否成形尺寸微小、结构复杂的微沟槽还未可知。张金营等采用先成形再整形的方法，有效解决双极板流道局部变薄严重的问题，并采用拉延筋降低压边力。李茂春等人对蛇形流道微沟槽金属板的

成形过程进行了模拟，但只取其中一部分微沟槽作了模拟，不能反映整个双极板的成形特点。^[2]

目前，国内外关于金属双极板的申请和已授权的专利很多,主要集中在金属表面改性,降低接触电阻,提高抗腐蚀性,金属板流场结构形式等方面。尽管现有的金属双极板专利几乎包括了该类双极板的各个方面,但是,除了美国通用公司、德国西门子公司、日本丰田公司的燃料电池采用自己的金属双极板外,仅有瑞典的公司宣称已成为全球首家可为燃料电池开发商真正提供大批量高品质金属双极板的供应商。这说明大部分专利申请者申请保护的仅仅是试验室结果或一个想法,如还没有专利报道如何设计金属双极板成形模具等。因此要把金属双极板推向市场还有很多研究工作需要做。^[1]

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2. 研究的基本内容与方案

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此次设计主要是围绕金属双极板冲压模具设计展开，通过运用落料、冲孔、拉伸和切边等冲压工序设计冲压成形冲裁模具。通过查阅资料，我对本课题的设计意图有了一定的了解，认真分析了要完成的设计任务。本课题要解决的关键问题主要包括以下三点：

1.对零件进行工艺分析，进行冲压工艺方案及模具结构方案设计；

2.对冲压工艺及模具零部件工艺参数进行参数选择计算；

3.编制冲压加工工艺方案，绘制冲裁冲压模具装配图和零件图，撰写说明书。

零件图

工艺方案分析