给氢能源电池做双极板成形，有着精度要求高，生产节拍要快这些特点。常规的液压机，没办法满足它冲压成形时对着精度还有效率的要求。在这篇文章里，介绍了一种高精度的伺服冲压液压机，它主体的结构采用的是整体板框结构，满足了小台面高刚度压机的需求，机身刚性达到了1/20000。它的液压控制系统采用的是伺服阀以及双主动比例流量阀，响应速度快，生产节拍呈现出快的状态，具备控制精度高，高到可达±0.1MPa，节拍快，快到一分钟能有10至15件，效率高，位置精度高，高到可达±0.01mm这些优点。
在全球处于低碳、绿色转型的这种宏观背景状况之下，我国氢能技术以及和它相关联的产业，其发展的势头表现得较为强劲。氢燃料依靠着自身具备的清洁高效这种特性，还有能量密度高等这些显著的优势，已经成为了21世纪极具潜力的清洁能源类别，在新能源汽车这个领域更是掀起了一场变革的浪潮，越来越多的新能源汽车电池开始将氢燃料电池用作动力的核心 ，所以，氢燃料电池的关键组件，也就是双极板的制造环节就显得特别重要 。时下阶段，冲压跟液压成形工艺变为此刻前沿且没法或缺的技术方式，伴随先进技术的深度给予能量，凭借有着高精度压力控制系统以及超高刚性的现代化压机把0.1mm厚的超薄金属板冲压成阴阳单极板，最终由两块单极板经由连接工艺对应连接而成为完整的双极板结构。
双极板的重量，在电堆重量里占到了60%至80%，占比这般高，直接就决定了电极板厚度于新能源电池整体性能优化进程里的关键地位，其对电池的能量密度存有重要影响，对功率输出存有重要影响，对散热性能存有重要影响，对整车续航里程等诸多关键指标也存有重要影响。然而现有常规压机，其压力控制精度低，控制精度仅仅能够达到±0.3MPa。鉴于双极板原材料厚度最好尽可能小，普通液压机很难精准控制压力，冲压时容易因为压力控制不准，使得双极板受力不均匀，出现裂缝等缺陷，从而导致废品率上升。而且普通液压机因为电磁元件以及充液阀等开启都要耗费一定的响应时间，导致各冲压工序衔接得不流畅高效，只能达到每分钟3至5件的产出，效率非常低。所以，在新能源电池技术进行迭代的这个征程里头，不断去优化双极板的厚度，并且攻克和它相关的制造设备方面的难题，这已经变成了行业所聚焦的重点攻坚的方向，。
液压机结构设计液压机主机结构设计
如同图1所呈现的那样，此液压机主机的主要结构涵盖了机身，还有滑块，以及主油缸，另外包括工作台，再就是滑块锁紧以及限位装置等等 。在机身设计方面，采用的是整体框架式结构，它摒弃了传统那种由拉杆、立柱以及横梁连接而成的结构，运用的是更为一体化的设计理念，借助钢板焊接构成一个封闭的受力框架，让整个机身形成一个完整的闭合框架，不存在上下横梁与立柱的分隔情况，如此一来，结构变得更加紧凑，整体性也更佳，这有助于提升机身的刚度与稳定性，不存在横梁偏移的风险，能减少工作过程当中的变形与振动，可确保加工件的尺寸精度以及表面质量稳定性，具备高刚度、良好的抗偏载能力以及精度保持性良好的特性。内部空腔之中，合理地布置着纵横交错的加强筋，这些加强筋，在机身高应力的区域进行加密，在低应力的区域则较为稀疏，如此这般，能够有效地防止机身因为局部过载从而发生变形。
图1 主机结构
主机结构里的液压缸运用活塞缸，可达成高精度的线性运动，维持结构颇高的密封性能，提升运动节拍以及运动稳定性。
滑块设计
高性能的液压式板材加工压机滑块设计时，充分顾及到滑块得承受巨大的冲压压力，还要确保高精度，其外形是规则的长方体，尺寸依据液压机的工作台面以及冲压工艺精确确定，顶部设有专门适配液压机驱动装置的连接接口，采用精密的定位销与高强度螺栓组合连接方法，保证与驱动装置连接的同轴度和稳固性，让驱动力能够精准无损耗地传递，防止了因连接偏差致使的运动误差。
请看，图2展示的滑块，其底面是与薄板模具直接接触的工作面，该工作面的平面度误差被严格控制在正负0.01毫米以内，表面粗糙度低到仅为Ra0.4μm，目的是保障对薄板进行均匀施压，防止因应力集中的情况出现，进而影响薄板冲压的精度以及其质量。滑块四周侧面布置了先进的八面导轨导向系统，此导轨采用的是高硬度、具备高耐磨性的钢材，并且经过了超精密磨削加工 。滑块跟导轨之间的配合间隙极小，并且均匀，大概在0.02至0.03mm，既达成了近乎没有摩擦的顺滑运动，又能够有效限制滑块在各个方向的微量偏移，保证了其在上下往复运动当中轨迹的高度直线性与重复性，重复定位精度能够达到±0.01mm。
图2 滑块结构
1-滑块组件，2-滑块导轨
在涉及内部构造的情形下，滑块运用为达减轻自重目的而设计的合理中空方式，然而，于关键受力的区域，以巧妙的手段增设了呈网格状分布的加强筋，以此增强整体结构具备的刚性以及抗变形的能力。同时，内部规划了液压缓冲油路，还有润滑油路，液压缓冲系统在滑块接近下死点时，依据预设程序精准调节缓冲压力，实现柔和减速，避免冲击，润滑系统持续为导轨及运动部件供给适量的高品质润滑剂，减少磨损与发热，全方位保障滑块在长时间、高强度的薄板冲压作业中始终维持超高精度与稳定的性能，满足高精度薄板冲压加工的严格要求。
滑块锁紧与行程限位装置设计
滑块上方，安装着滑块行程限位装置以及滑块锁紧装置，在设备启动之前，滑块锁紧装置处于锁紧的状态，以此确保滑块的位置是固定的，进而防止设备启动的时候，滑块因为外力而出现意外移动的情况。当设备开始运行起来，滑块需要朝着下方运动去进行冲压操作，首先要解锁滑块装置。在滑块运动的过程当中，行程限位装置借助位移传感器实时监测滑块的位置。滑块快要接近预先设置好的行程端点之际，那个行程限位装置会慢慢让滑块的运动速度降下来，一直到滑块抵达终点，行程限位装置颇为精准地控制滑块止住运动，跟着呢，滑块锁紧装置又一次开启把滑块锁在终点位置。所以在设计这两个装置时最为关键的便是要思索精度管控这个事情，所以滑块锁紧装置运用液压锁紧，以此保证有足够的锁紧力确保滑块始终稳稳处于行程终点的精准位置。
如下这般，为你详尽呈现此情形：滑块之下，设有行程限位装置，其涵盖撞块、行程开关、开关支架、支架等众多零部件。其中，撞块被稳固安装于与滑块相连的支架之上，行程开关则被安置于与上梁连接的开关支架之上。当滑块沿着导轨进行移动之际，撞块也会跟随着一同运动。于滑块逐渐靠近行程端点之时，撞块会慢慢地趋近行程开关。一旦抵达预先设定的行程极限位置，撞块将会与行程开关的端部产生碰撞，进而直接作用于驱动电机的控制电路，致使驱动滑块的动力源当即停止工作。如图4所示，滑块锁紧装置含有上下支架，还有液压缸，以及撞块，另外还有行程开关等零部件。当行程开关开启，液压泵就会启动，它会把液压油经由控制阀输送到液压缸的无杆腔，液压油作用于活塞从而推出活塞杆。活塞杆带动锁紧插销插入与滑块连接的支架。随着活塞杆伸出，锁紧力渐渐增大。当达到预设的锁紧压力时，控制阀依据压力传感器的反馈信号，保持油压稳定，让插销维持在锁紧状态。解锁之际，控制阀变换液压油的流向，把液压油导入有杆腔，促使活塞朝反向运动，进而拉出插销，达成解锁。此滑块锁紧与行程限位装置的设计，能够借助双主动插装阀精准把控液压油的压力与流量，凭借压力传感器以及比例控制阀等元件，达成对锁紧力以及锁紧位置的高精度控制。与机械锁紧方式相较，该锁紧方式的响应速度更为迅速，可于短时间之内达成锁紧以及解锁动作，其加速度为6m/s2，快下速度最大能够达到1200mm/s，提升了生产节拍，满足薄板冲压高效率的生产需求。
图3 滑块行程限位装置
1-撞块，2-开关支架，3-行程开关，4-支架
图4 滑块锁紧装置
1-把上支架放置好，2-那个液压缸准备工作，3-有个撞块要留意，4-锁紧插销进行到位操作，5-下支架摆放妥当，6-行程开关开启工作状态，7-板做好对应的放置安排，8-开关支架调整完毕。
蓄能器组模块液压系统设计
图5展示出来的，是这样一个液压系统，它是在传统冲压液压机上实施改进的，融合有蓄能器，还有伺服阀以及双主动比例伺服阀，采用了增压油箱控制策略，有着高控制精度，快生产节拍以及高效率等突出优势。它主要涵盖动力源模块，蓄能器组，阀组和液压缸组等关键部分。系统利用 0.5MPa 的压缩空气作为驱动源，经增压阀作用，增压油箱压力升至 1MPa，压力由传感器实时精确监测，当压力超出安全阀预设最大值时，安全阀自动开启释放压力，确保系统安全稳定运行，在快降时段，通过增压油箱迅速开启双主动比例流量阀，促使油缸上腔快速进油，实现滑块快降动作。处于保压状态的压机，油泵电机运转把油液输送去到蓄能器，以此储存能量；而该能量会在回程阶段被释放利用，进而有效降低整机装机功率，达成节能增效。借助高精度伺服阀，系统能够快速对指令做出响应，精准控制油缸进行上下的往复运动。在冲压过程里，拥有精准压力闭环控制系统的该系统，能够快速依据工艺需求去切换不同压力模式，还有闭环位置控制，其快转慢定位控制精度小于3mm，达成了更为灵活且高效的生产。它的控制精度高达±0.1MPa，充分满足精密冲压工艺需求。并且，借助气动调节阀，把增压油箱里的油精确地送回到主油箱，达成油液的循环利用，进而提高系统的经济性与环保性，依据实际生产检验，这个系统节拍迅速，成形速度能够达到25至150mm/s，整体运行高效稳定，极大地提升了冲压生产的综合效益。
“大尺寸轻合金构件成形的高精密智能锻造装备研发与产业化”，获“2024 安徽省创新攻坚计划项目”资助 。
图5 蓄能器组液压模块
第一个是双主动比例流量阀，第二个是气动调节阀，第三个是蓄能器，第四个是过滤器，第五个是伺服阀，第六个是增压油箱，第七个是压力传感器，第八个是安全阀，第九个是增压阀，第十个是油缸，第十一个是油泵，第十二个是电机，第十三个是压缩空气 。
薄板冲压工艺优化分析
一种被称作薄板冲压工艺的高效冲压成形方式，在双极板的快速生产以及高精度的锻造制造里有着广泛应用，这个工艺的基本工艺流程主要涵盖：薄板落料、冲压成形、冲孔裁剪等工艺过程，在本产品的设计制造进程中，针对关键的蓄能器模块以及运动节拍开展了优化设计，双主动比例伺服阀与增压油箱的运用让压制精度和速度有了较大程度的提升，从而缩短了生产周期，蓄能器组快速回程系统成功降低了运动中的能量损失，对工作效率进行了优化 。
应用示范及总结
如图6所示，该方案所设计的薄板冲压液压机，在生产运行里达成了较好的应用，于多个行业呈现出了显著的优势与价值，在生产进程中，水冷板厚度精度控制得以提升，速度也有提高，并且生产节拍显著加快，蓄能器伺服阀高速液压机系统的设定以及使用，提升了水冷板产品的质量，其具备高精度的冲压能力，有精确的压力和精度控制，还有稳定的运行性能，进而能够满足不同行业对薄板冲压件的高质量需求，特别是水冷板的生产 。
图6 装备应用及产品展示
在实际生产里，实现了液压机的高精度控制，生产节拍达到了十五次每分钟。该产品的应用，为未来面向更多新能源汽车行业薄板冲压工艺要求所产生的装备性能改善，提供了技术支撑，成为推动行业技术进步的重要设备。通过不断优化设计与技术，预计将在更广泛生产场景中，实现更高效、更环保的薄板冲压解决方案。
