專利名稱：液壓成型工藝、設備和由該工藝形成的燃料電池金屬隔板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液壓成型工藝，其不需要使用復雜的設備，通過增加填充于密封空間內(nèi)的液體壓力來進行液壓成型，本發(fā)明還涉及用于該工藝的設備以及由該液壓成型工藝形成的帶有凸起部分的燃料電池的金屬隔板。
背景技術：
例如下面的專利文獻1揭示的液壓成型工藝已是公知的。在該公知液壓成型工藝中，首先坯料夾持器夾住一塊有液體填充形成于下模的空心部分的金屬薄板。然后，將其上形成有多個凹入部分的上模下降，并且用壓力泵將液體壓力升高，從而通過將金屬薄板壓入在上模上形成的凹入部分而在金屬薄板上預成形凸起部分。接下來，降低液體壓力，并將上模降低到預定位置來夾緊在上模凹入部分和下模凸起部分之間的金屬薄板，這樣通過擠壓將預定的凸出形狀傳遞到金屬薄板上。然后，將液壓閥完全打開來降低液體壓力，以便上模上升回到原來的位置。這樣，根據(jù)該公知液壓工藝，執(zhí)行如上所述的過程就可以在金屬薄板的表面上形成多個凸凹形狀。該公知液壓成型工藝適用于本發(fā)明實施例中的其上形成有多個凸凹形狀的燃料電池的金屬隔板。
日本未審查專利申請2001-259752號然而，在預成形金屬薄板時，該公知液壓成型工藝需要通過壓力泵提高液體壓力。因此，該液壓成型設備必須配備壓力泵，這使得液壓成型設備的整體結構復雜而且昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題，其目的在于提供一種通過簡單模具結構就能進行液壓成型的液壓成型工藝和液壓成型設備，特別是其優(yōu)選適用于在諸如燃料電池中的金屬隔板等的金屬薄板上形成多個凸凹形狀。
本發(fā)明的特征是將液體密封地填充于置于一動模和一定模之間的一工件的一側，并且通過向該液體的一容納部分壓下該動模來增加該液體的壓力，借此使該工件的一部分朝著形成于該工件另一側的一成形空間部分變形，從而在該工件上進行成形。據(jù)此，可以通過朝著工件的液體容納部分壓下該動模來壓縮液體以增加壓力。因此不必使用壓力泵增加液體壓力，從而能夠簡化模具結構。
本發(fā)明的另外一個特征是一種液壓成型工藝，用于在置于一上模和一下模之間且其外緣部分被夾緊的板狀工件的中心部分上形成凸起部分，包括第一步將該工件置于該下模的頂端部分上，該下模上形成有充滿液體的空心部分，以防止空氣進入；第二步使設于該上模外圍的坯料夾持器下降，以便通過該坯料夾持器和該下模的頂端部分夾緊置于該下模上的該工件的外緣部分；和第三步使該上模相對于該下模下降，以擠壓使該工件的中心部分變形并且壓縮該液體以增加其壓力，從而通過具有增加的壓力的該液體，將形成于該上模上的成形部分的形狀傳遞到該工件上，以形成凸起部分。在這種情況下，可以在第三步后提供第四步用于保持上模，從而在上模成形部分的形狀傳遞給工件之后可將該液體的液壓保持一段預定時間。此外，可以在第四步后提供第五步，用于在保持上模以使該液體的液壓保持該預定時間之后釋放該液體的液壓。
據(jù)此，上模相對降低來擠壓使置于下模頂端部分的工件變形，并且進一步壓縮填充形成于下模的空心部分的液體以增加該液體的液壓，從而可以提高該液體的液壓。這使得在不另外提供壓力泵的情況下，很容易地進行高液壓加工。此外，形成于上模上的成形部分和增加液壓的液體可以在工件上形成預定的形狀。
因此，與公知的通過上模的成形部分和下模的成形部分在工件上形成預定形狀的情況相比，可以取消增加和降低液體壓力的過程以及用上模和下模的擠壓過程。因此，可以縮短加工需要的時間(一個周期時間)。
此外，在工件上成形預定的形狀之后，可以使該液體的液壓保持預定時間。這使得可在預定時間內(nèi)將高液壓均勻地施加于工件的底面，從而，例如，可以消除由于成形引起的變形。因此，可以省略為消除變形的過程，這樣可以縮短加工時間。
此外，在該液體的液壓保持預定時間之后，可以釋放該液體的液壓。據(jù)此，可以防止在上模上升后由于施加于工件底面的高液壓而造成形成于工件上的預定形狀(例如，凸凹形狀)發(fā)生變形，這樣能夠提高成形精度。
在這些情況下，液體的壓縮比率可以不大于3.0×10-5cm2/kg。此外，液體的粘度可以為100至1500cSt。而且，液體可以是乙二醇與水以預定的比率構成的混合物。此外，工件可以這樣成形對該工件的一側面進行表面處理且該側面與該液體接觸。
據(jù)此，可以通過不大于3.0×10-5cm2/kg的液體的壓縮比率進一步有效地增加該液體的液壓。因此可以簡化液壓成型設備的結構，從而可以降低設備的制造成本。而且，即使在液體壓力很高時，粘度范圍為100至1500cSt的液體也可以防止液體從諸如工件與下模的頂端部分之間泄漏。據(jù)此，可以進一步提高該液體的液壓來進行液壓成型，從而可以精確地傳遞上模成形部分的形狀，從而能夠提高成形精度。此外，可以通過混合很容易獲得的乙二醇和水制備該液體，從而可以很容易地制備具有低壓縮性和高粘度的液體。此外，可以制備具有低壓縮性和高粘度的液體，從而即便液體的壓縮性低也可容易地增加該液體壓力，從而能夠減少動?；蛏夏５臎_程(stock)。
此外，工件的成形部分的一側面僅與液體接觸，因此可以防止與液體接觸的表面由于與模具(金屬)接觸而被損壞。因此，由于液壓成型時表面處理過的側面與該液體接觸，所以即使在液壓成型之前對工件的一側面進行了(諸如電鍍等)表面處理，也可以在不給表面處理造成不利影響(例如，鍍層分離)的情況下進行液壓成型。而且，成形時工件的一側面與液體接觸，從而使加工力均勻地施加于成形部分上。這能夠加大工件板的延展，因而即使是厚度不大于1mm的薄板，也能很容易成形。
進一步，從另一個角度來看本發(fā)明的特征，一種液壓成型設備包括一支撐部分，其可以支撐置于其上的一工件；一下模，具有由該支撐部分包圍的空心部分并填充有液體；一坯料夾持器，其可以上下移動并可以與該下模的支撐部分夾緊該工件的外緣部分；和一可以上下移動的上模，其底面具有一成形部分并且可以進入該下模的空心部分和該工件的中心部分，該工件具有被該下模的支撐部分和該坯料夾持器夾緊的外緣部分。
在這種情況下，可以設有一供給/排出/密封裝置，在將該工件置于該下模的支撐部分上之前，其向該下模的空心部分供給液體以填充該空心部分；當由該上模和該下模成形該工件時，其將填充在該空心部分中的液體密封；以及在成形之后將該上模從該下模的空心部分退回之前，其將該液體從該空心部分排出。此外，該供給/排出/密封裝置可以設有一復合閥，該復合閥包括一允許液體從一液壓供給源流向該下模的空心部分的止回閥和一能根據(jù)轉換操作來改變保持在該下模的空心部分和該止回閥之間的路徑上的壓力的安全閥，在正常狀態(tài)下將安全壓力設置為低而在工件成形時將安全壓力設置為高，其中該復合閥的閥體可以直接安裝于該下模。而且，該閥體可以設有一個可安裝一壓力傳感器的安裝口。另外，該工件可以具有一其上進行過表面處理的表面，并可以置于該下模的支撐部分上并且該表面與該液體接觸。
據(jù)此，上模相對降低來擠壓使置于下模頂端部分的工件變形，并且進一步壓縮填充形成于下模的空心部分的液體以增加該液體的液壓，從而可以提高該液體的液壓。這使得在不另外提供壓力泵的情況下，很容易地進行高液壓加工。此外，形成于上模上的成形部分和增加液壓的液體可以在工件上形成預定的形狀。
因此，與公知的通過上模的成形部分和下模的成形部分在工件上形成預定形狀的情況相比，可以取消增加和降低液體壓力的過程以及用上模和下模的擠壓過程。因此，可以縮短加工需要的時間(一個周期時間)。
此外，液壓成型設備可以設有供給/排出/密封裝置，從而當由于諸如連續(xù)成形而液體減少時，可以很容易補充液體。而且由于液體可以密封，因此在工件上形成預定的形狀之后，可使液體壓力可以保持一段預定的時間。據(jù)此，在預定時間內(nèi)高液壓均勻地施加于工件的底面，從而可以消除例如由于成形而引起的變形。因此，可以省略為消除變形的過程，從而可以縮短加工時間。此外，可以在上模從空心部分退回之前釋放液體壓力，從而可以防止在上模退回之后由于高液壓而造成的工件變形，從而能夠提高產(chǎn)品的成形精度。
此外，該供給/排出/密封裝置設有包含止回閥和安全閥的復合閥，其中復合閥的閥體直接安裝到下模。因此，不必為在下模的空心部分與每個閥之間建立聯(lián)系而設置連通管線。所以，當液體壓力設置成高時，并不會發(fā)生由于增大連通管線的直徑而造成壓力下降，因此能夠保持高液壓。此外，不會由于連通管線產(chǎn)生壓力影響，從而即使液體的壓縮性很小也可非常容易地增加該液體壓力，所以能夠減少上模(動模)的沖程量。此外，可以節(jié)省分別用于安裝止回閥和安全閥的空間，從而可以將液壓成型設備制造得緊湊。
此外，可以在復合閥閥體的安裝口安裝壓力傳感器。因此不另外需要用于將壓力傳感器安裝到下模上的管線，因此能夠正確地確定空心部分的液體壓力而又不引起壓力下降。因此，在安裝口安裝壓力傳感器使得能夠根據(jù)從壓力傳感器輸出的液體壓力來檢測產(chǎn)品的成形狀態(tài)是否良好，因此能夠保持令人滿意的產(chǎn)品質(zhì)量。此外，可以根據(jù)從安裝在安裝口的壓力傳感器輸出的液體壓力適當?shù)卣{(diào)節(jié)上模進入空心部分的工作量。這使得成形工件時工件形狀的影響(例如厚度的變化等)變得最小，因此能夠保持令人滿意的產(chǎn)品質(zhì)量。
此外，工件的成形部分的一側面僅與液體接觸，因此可以防止與液體接觸的表面由于與模具(金屬)接觸而被損壞。因此，由于液壓成型時表面處理過的側面與該液體接觸，所以即使在液壓成型之前對工件的一側面進行了(諸如電鍍等)表面處理，也可以在不給表面處理造成不利影響(例如，鍍層分離)的情況下進行液壓成型。而且，成形時工件的一側面與液體接觸，從而使加工力均勻地施加于成形部分上。這能夠加大工件板的延展，因而即使是厚度不大于1mm的薄板，也能很容易成形。
此外，從另一個角度來看本發(fā)明的特征，一種燃料電池的金屬隔板，通過成形多個凸起部分而構成，其中該凸起部分是由液壓成型工藝形成，其包括第一步將一金屬隔板材料置于該下模的頂端部分上，該下模上形成有充滿液體的空心部分，以防止空氣進入；第二步使設于該上模外圍的坯料夾持器下降，以便通過該坯料夾持器和該下模的頂端部分夾緊置于該下模上的該金屬隔板材料的外緣部分；和第三步使該上模相對于該下模下降，以擠壓使該金屬隔板材料的中心部分變形并且壓縮該液體以增加其壓力，從而通過具有增加的壓力的該液體，將形成于該上模上的成形部分的形狀傳遞到該金屬隔板材料上，以形成凸起部分。
在這種情況下，用于形成該凸起部分的液壓成型工藝可以包括第四步，為在第三步將該上模上的成形部分的形狀傳遞到金屬隔板材料上之后，保持該上模以使該液體的液體壓力保持一段預定時間。此外，用于形成該凸起部分的液壓成型工藝可以包括第五步，為在第四步保持該上模以使該液體的液體壓力保持該預定時間之后釋放該液體的液體壓力。
在這些情況下，用于液壓成型工藝的液體的壓縮比率可以不大于3.0×10-5cm2/kg。此外，用于液壓成型工藝的液體的粘度可以為100至1500cSt。而且，用于液壓成型工藝的液體可以是乙二醇與水以預定的比率構成的混合物。另外，金屬隔板材料可以這樣成形對該金屬隔板材料的一側面進行表面處理且該側面與該液體接觸。
據(jù)此，通過上述的液壓成型工藝形成的燃料電池的金屬隔板，具有通過上模的成形部分和增加液壓的液體以高精度傳遞的凸起部分。因此，如果金屬隔板互相迭起來形成燃料電池組時，可以確保有足夠的連接區(qū)域來增強金屬隔板之間的傳導性。此外，可以消除由于成形凸起部分產(chǎn)生的變形，因此能夠提高裝配金屬隔板的裝配性能。
而且，由于可產(chǎn)生較大的電容量，因此要求燃料電池組是由多層金屬隔板構成，從而單個電池單元變得很重要。根據(jù)此趨向，將液壓成型工藝應用于金屬隔板的制造可以將單個金屬隔板做得很薄，從而就有可能使電池單元小形化。此外，燃料電池在發(fā)電時會產(chǎn)生水，這意味著金屬隔板會與水長時間接觸。因此，為確保有良好的抗腐蝕性，在大多數(shù)情況下要對金屬隔板進行表面處理。本發(fā)明的液壓成型工藝可以有效地防止工件表面在成形時被損壞，從而不會破壞表面處理結構，從而確保金屬隔板非常好的抗腐蝕性。


圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液壓成型設備進行液壓成型的第一步的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液壓成型設備進行液壓成型的第二步的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液壓成型設備進行液壓成型的第三步的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液壓成型設備進行液壓成型的第四步的示意圖；圖5A為由金屬隔板構成的燃料電池的主要部分的剖面示意圖；圖5B為表示通過第一步至第四步的過程形成的金屬隔板材料(工件)的成形部分的局部立體圖；圖6為表示在一個工件加工過程(一個周期)中上?；瑒恿亢驮撘簤阂旱囊后w壓力的示意圖；圖7為在圖3所示的第三步中形成于金屬板體上的凸起形狀的說明圖；圖8為在圖3所示的第三步中形成于金屬板體上的肋狀凸起部分的說明圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液壓成型設備的示意圖；圖10為安裝于本發(fā)明第二個實施例的液壓成型設備上的復合閥的構造示意圖；圖11為表示圖9所示的復合閥、控制閥單元和泵單元的液壓電路圖；和圖12A至圖12C為圖9所示的復合閥的操作的說明圖。
具體實施例方式
下文將結合

本發(fā)明的第一實施例。圖1至圖4表示了用于制造在其表面上帶有多個肋狀凸起部分的金屬薄板，特別是制造燃料電池的金屬隔板的本發(fā)明一實施例的每一個過程。液壓成型設備20連續(xù)執(zhí)行每一個過程來制造組成如放大了主要部分的圖5A所示的燃料電池組的金屬隔板10。
將制造的兩個金屬隔板10的一側連接起來，并在兩隔板間插入由陽極AE、電解膜EF和陰極CE組成的膜電極組(MEA)，從而形成一個燃料電池組。如上所述兩個隔板10的一側通過上述MEA連接起來，結果會形成一個供給氫氣的氫氣通道HC和一個供給氧氣(例如空氣)的氧氣通道OC。此外，金屬隔板10的另一側則直接連接到一起形成一個供給冷卻水的冷卻水通道CC。
與如圖5B所示的金屬隔板材料(工件)一樣，金屬隔板10在金屬板體11表面上含有多個肋狀凸起部分12。金屬板體11是不銹鋼(例如SUS316L)的，其為板狀，沒有裂縫和翹曲并具有在肋狀凸起部分12的肋緣(shoulder)和底部均沒有下陷的特征。金屬板體11的厚度為不大于0.5mm。在該實施例下面的具體說明中，金屬板體11的厚度為0.1mm?？捎玫慕饘侔弩w11包括其他薄的不銹鋼板(SCP、SHP)、鋁板或銅板或在其上進行過例如金屬電鍍(metal plating)、噴漆、貼上薄層材料(laminate material)等表面處理的金屬板。
肋狀凸起部分12為楔形(taper)形狀，從其頂部邊緣部分至其底部邊緣部分略微變寬。肋狀凸起部分12形成寬度為0.5至1mm，高度為0.4至0.6mm，節(jié)距(pitch)為1至2mm。在該實施例的下面具體說明中，肋狀凸起部分12設定成具有寬度為0.8mm，高度為0.5mm，節(jié)距(pitch)為1.6至3.0mm。
如圖1至圖4，液壓成型設備20設有下模21、上模22、和坯料夾持器(blank holder)23。
下模21固定在壓頭(press head)P的頂面上，壓頭P的底面固定在地面上，并且在下模21的接近中心的上部有一個開口向上的空心部分21a?？招牟糠?1a形成的尺寸能夠允許上模進入并在其頂端部分有支撐部分21b來支撐置于其上的金屬板體11。此外，用液壓液A填充空心部分21a。液壓液A由乙二醇和水的混合物組成。此時的混合體積比是，例如，乙二醇與水的比大約為9～6比1～4。從而制造的液壓液A的壓縮比大約為2.84×10-5cm2/kg，其粘度大約為100至1500cSt。如果粘度低于100cSt，可能會由于粘度過低而導致在成形過程中當液體溫度上升時液體從空心部分21a泄漏。另一方面，如果粘度高于1500cSt可能會保證不了液體的流動性。
此外，通過開關閥S1連接到下模21的是液體補充裝置S，用來補充由于成形而降低的液壓液A。連接到開關閥S1的液體導管線S2向空心部分21a的底部表面開口。當液壓成型設備20工作時，例如肋狀凸起部分12成形于金屬板體11上時，開關閥S1處于關閉狀態(tài)來切斷液壓液A的流入。另一方面，在成形后上模22上升退回之前，開關閥S1處于開啟狀態(tài)來釋放液體壓力。此外，在補充液壓液A時，它也處于開啟狀態(tài)允許液壓液A的流入。可能會發(fā)生由于連續(xù)成形金屬隔板10而使液壓液A溫度很高的情況。在這種情況下，可以為液體補充裝置S提供一冷卻裝置，來冷卻液壓液A，從而向空心部分21a補充冷卻的液壓液A。
將上模22頂面整體安裝于可沿軸向上升和下降的內(nèi)滑塊I的底部表面上。上模22的外圍尺寸設定成比空心部分21a的開口尺寸小一預定量。該預定量是根據(jù)金屬板體11的厚度和其在制造過程中產(chǎn)生的誤差確定的。此外，在上模22的與下模21相對的表面上形成有成形部分22a，用于在金屬板體11上形成肋狀凸起部分12。成形部分22a具有肋狀的多個凸凹部分，用于將肋狀凸起部分12的形狀傳遞給金屬板體11。
將坯料夾持器23的頂面整體固定于沿軸向能夠上升和下降的外滑塊O的底面，并且位于上模22的外圍。將坯料夾持器23的底面設置成與下模21的支撐部分21b相對。
接下來，將從第一步開始依次詳細說明通過具有上述結構的液壓成型設備20形成的金屬隔板10的加工過程，從圖1所示的第一步至圖4所示的第五步。
在圖1所示的第一步中，將金屬板體11置于支撐部分21b上，下模21的空心部分21a內(nèi)充滿液壓液A，直至頂部邊緣部分。在上述放置金屬板體11時，要注意防止空氣進入液壓液A的液體表面和金屬板體11之間。此外，除非空心部分21a已充滿液壓液A直至其頂面，否則就要啟動液體補充裝置S并使開關閥S1處于開啟狀態(tài)來補充液壓液A。當空心部分21a充滿液壓液A至其頂面時，就停止液體補充裝置S并關閉開關閥S1。
如上所述，當將金屬板體11置于支撐部分21b上時，液壓液A充滿于由金屬板體11底部表面、空心部分21a、液體導引管線S2和開關閥S1形成的空間(以下稱為密封空間)。
在圖2所示的第二步中，降低外滑塊O，以使坯料夾持器23朝著下模21的支撐部分21b的方向降低。然后，坯料夾持器23和支撐部分21b夾緊置于下模21的支撐部分21b上的金屬板體11的外緣部分。如上所述，當坯料夾持器23和支撐部分21b夾緊金屬板體11的外緣部分時，液壓液A則被密封于由金屬板體11底面、空心部分21a、液體導引管線S2和關閉的開關閥S1形成的空間中。
在圖3所示的第三步中，降低內(nèi)滑塊I，以使上模22朝著下模21的空心部分21a的方向降低。然后，將上模22插入空心部分21a同時擠壓使金屬板體11變形。下面基于圖6中實線所示的上模22的滑動量和時間的關系來詳細解釋上模22的下降運動。首先，降低內(nèi)滑塊I以使上模22從起始位置開始以第一滑動速度降低到與金屬板體11非常接近的第一預定位置，從而上模22的成形部分22a處于與金屬板體11非常接近的狀態(tài)。
接下來，進一步降低內(nèi)滑塊I，以使上模22從第一預定位置以比第一滑動速度低的第二滑動速度降低至處于最低點的第二預定位置。在此實施例中，第二預定位置在此處是指上模22的成形部分22a從支撐部分21a頂端部分插入大約1.2mm的位置。這樣，當上模從第一預定位置下降到第二預定位置的運動期間，成形部分22a與金屬板體11相接觸。
當上模22從成形部分22a與金屬板體11相接觸的狀態(tài)進一步降低時，上模開始插入下模21的空心部分21a并擠壓使金屬板體11變形。要注意的是上模22的外圍尺寸小于空心部分21a的開口尺寸的量不大于金屬板體11的厚度。因此，當上模22進入空心部分21a時，金屬板體11不會由于被夾在上模22和支撐部分21b之間而被切斷。
如上所述，當上模22開始進入空心部分21a并擠壓使金屬板體11變形時，在密封空間里的液壓液A開始被壓縮。這會增加液壓液A的壓力，從而液壓液A的液體壓力的增長與上模22的滑動量成比例，如圖6中的虛線所示。當液壓液A的液體壓力以這樣的方式增加時，由于液壓液A的增加的液體壓力，金屬板體11的前面被成形部分22a的凸起部分擠壓變形成凹形，而其背面則被朝向成形部分22a的凹入部分擠壓而變形成凸形，如圖7所示。
當上模22降低到第二預定位置時，金屬板體11被進一步擠壓變形以進一步壓縮液壓液A，從而進一步提高液體壓力。此時的液體壓力升高至大約300至400Mpa。當上模22降低到第二預定位置以這樣的方式增加液壓液A的液體壓力時，成形部分22a的凹入部分的形狀就被傳遞到金屬板體11的表面上，即肋狀凸起部分12被精確地成形于金屬板體11的表面上，如圖8所示。
在圖4所示的第四步中，將上模22保持在第二預定位置，并且在第三步將肋狀凸起部分12傳遞到金屬板體11上之后，將液壓液A的增加的液體壓力保持預定的時間(例如，0.5秒)。在該預定時間內(nèi)，高液壓產(chǎn)生的力均勻地施加于金屬板體11的整個背面，從而可以消除由于局部延伸或收縮產(chǎn)生的變形。此外，將高液壓產(chǎn)生的力施加于在金屬板體11上的肋狀凸起部分12并保持預定時間，能夠更精確地傳遞成形部分22a的凹入部分的形狀。
在過了預定的時間之后，打開開關閥S1來釋放液壓液A的液體壓力從而降低液壓液A，然后，內(nèi)滑塊I沿軸線方向上升來升高上模22。接下來，外滑塊O沿軸線方向上升，執(zhí)行第五步來升高坯料夾持器23。這樣就可以取出具有形成于金屬板體11上的帶有多個肋狀凸起部分12的金屬隔板10，完成液壓成型。如上所述，通過第一步至第五步(一個周期)即可完成金屬隔板10的加工。除非液壓液A充滿空心部分21a直至其頂面，否則就要啟動液體補充裝置S并使開關閥S1處于開啟狀態(tài)來補充液壓液A。當空心部分21a充滿液壓液A直至其頂面時，則停止液體補充裝置S并關閉開關閥S1。
從上面的說明可以理解到，使用液壓成型設備20，通過連續(xù)執(zhí)行第一步至第五步可以形成金屬隔板10。具體地說，將上模22相對下模21降低，從而將置于下模21的支撐部分21b上的金屬板體11擠壓變形。這樣壓縮了充滿于下模21的空心部分21a內(nèi)的液壓液A來提高液體壓力。在上模22上形成的成形部分22a和具有增加的液體壓力的液壓液A可以在金屬板體11上形成多個肋狀凸起部分12。因此，可以取消增加和降低液壓液A的壓力的過程和用上模21和下模22的壓制過程，此外，上模22的上下沖程可以減小到近似肋狀凸起部分12的高度。因此，可以縮短加工金屬隔板10所需要的時間。
此外，在形成多個肋狀凸起部分12之后，液壓液A的液體壓力可以保持一段預定時間。因此高的液體壓力可以均勻地施加于金屬板體11的底面，從而，可以消除例如由于成形加工引起的變形。因此，可以省略為消除變形的過程，從而可以縮短加工所需的時間。此外，在保持完預定時間之后，可以釋放液壓液A的液體壓力。這樣可以防止在上模22上升后由于施加于金屬板體11底面的高液壓而造成金屬隔板10上的肋狀凸起部分12的變形。
此外，金屬板體11的背面僅與液壓液A接觸，因此，例如，能夠防止其與模具接觸造成金屬板體的損壞。此外，金屬板體11的背面是通過與液壓液A接觸而成形，從而成形加工力(processing force)均勻地施加于成形部分。這能夠加大金屬板體的延伸(expansion)，因而即使是例如厚度不超過1mm的金屬板體，也可以很容易成形。
此外，可以在不另外提供壓力泵的情況下有效提高液壓液A的液體壓力，從而能便于成形。因此可以簡化液壓成型設備20的構造，從而能夠降低液壓成型設備20的制造成本。即使在液壓液A的液體壓力升至很高時，也可以防止液壓液A從金屬板體11與支撐部分21b之間泄漏進行液壓成型，從而可以提高液壓液A的液體壓力。這使得可以精確地傳遞上模22的成形部分22a的形狀，從而能夠提高成形精度。
此外，可以容易地通過混合乙二醇和水的方式制備液壓液A，據(jù)此，可以很容易準地制備具有低壓縮性和高粘度的液體。此外，液壓成型設備20可以設有液體補充裝置S，以補充填充于下模21的空心部分21a的液壓液A。因此，即使液壓液A由于諸如連續(xù)成形而減少時，也可以很容易地補充液壓液A。
在上述第一實施例中，開關閥S1的開關操作使得可以從液體補充裝置S向空心部分21a補充液壓液A或使得可以釋放液壓液A的液體壓力以降低液壓液A。可以將復合閥30安裝于下模21，并將控制閥單元40和泵單元50通過管線H1、H2和H3連接到復合閥30來代替開關閥S1和液體補充裝置S執(zhí)行此操作。下面將詳細介紹第二實施例，其中與上述第一實施例相同部件給予編號相同，以省略對其進行詳細的解釋。
復合閥(composite valve)30、控制閥單元40和泵單元50組成一供給/排出/密封裝置，它可以在金屬板體11被置于下模21的支撐部分21b上之前供給液壓液A，以使下模21的空心部分21a填充有液壓液A，也可以在由上模22和下模21形成金屬板體11時，將填充于空心部分21a中的液壓液A密封，還可以在成形之后上模22從下模21的空心部分21a退回之前，將液壓液A從空心部分21a排出。
如圖10和圖11所示，復合閥30可由止回閥(check valve)37和導向形安全閥38(pilot-type relief valve)組合而成，它包括一個閥體31，和都設于閥體31上的供給口32、供給/排出口33、排出口34、導向口(pilotport)35和傳感器安裝口36，以及在這些口之間建立連通關系的通道U1、U2和U3。
閥體31包括主閥體部分31a和由諸如用于構建機器的碳鋼等塊體材料(block material)制成的閥蓋部分31b。閥體31形成為平板狀，當主閥體部分31a和閥蓋部分31b裝配到一起時，每個口32、33、34、35和36以及通道U1、U2、U3、U4都形成于同一表面。
供給口32成形于閥體31的閥蓋部分31b上并連接到管線H1和兩者都設于控制閥單元40上的可變節(jié)流閥(variable throttle)41和四通三位切換形電磁閥(four-port three-position switching type solenoid-operatedvalve)42的A端口，以供給液壓液A。管線H1由高壓橡膠軟管(highpressure rubber hose)和接頭構成。供給/排出口33形成于閥體31的主閥體部分31a上并直接連接到形成于液壓成型設備20的下模21，并且開口于空心部分21a的底部的的通道21c，用來向空心部分21a供給和從其中排出液壓液A。供給口32和供給/排出口33通過通道U1相互連接。
排出口34形成于閥體31的主閥體部分31a上并通過管線H2連接到設于泵單元50的液罐52中，以使從空心部分21a排出的液壓液A流入液罐52中。排出口34通過通道U2連接到供給/排出口33。需注意管線H2由高壓橡膠軟管和接頭構成。
導向口35形成于閥體31的閥蓋部分31b上并連接到管線H3和都設于控制閥單元40上的可變節(jié)流閥41和四通三位切換形電磁閥42的B端口，以通過通道U3向導向形安全閥38供給導向壓力。需注意管線H3由高壓橡膠軟管和接頭構成。
傳感器安裝口36是用來安裝壓力傳感器PS的口。傳感器安裝口36通過連接到通道U1的通道U4而連接到供給/排出口33。除非將壓力傳感器PS安裝到傳感器安裝口36，否則就將插塞(plug)安裝到傳感器安裝口36上。
在連接供給口32和供給/排出口33的通道U1的中途設有止回閥37。當液壓液A通過供給口32引入通道U1時，止回閥37允許液壓液A流入供給/排出口33。另一方面，止回閥37阻止液壓液A從供給/排出口33流入供給口32。
在連接供給/排出口33和排出口34的通道U2的中途設有導向形安全閥38。導向形安全閥38設有導向口35和接收通過通道U3傳遞的導向壓力的活塞38a。提升閥(poppet valve)38b安裝至活塞38a上以便可沿活塞38a的軸線方向滑動。提升閥38b的閥部分靠安裝于活塞38a和提升閥38b之間的彈簧38c的推動力被推向閥座。
如果有從泵單元50通過導向口35傳遞來的導向壓力，則根據(jù)設于控制閥單元40上的四通三位切換形電磁閥42的切換操作，將導向形安全閥38的安全壓力(relief pressure)設定成高值。另一方面，如果沒有從泵單元50通過導向口35傳遞來導向壓力，則根據(jù)四通三位切換形電磁閥42的切換操作，將導向形安全閥38的安全壓力設定成低值。
壓力傳感器PS檢測通過通道21c和通道U4傳遞的在空心部分21a內(nèi)的液壓液A的液體壓力。由壓力傳感器PS檢測到的壓力值通過放大器輸出到例如圖中未示的個人計算機上。
如圖11所示，控制閥單元40包括可變節(jié)流閥41、四通三位切換形電磁閥42和安全閥43和44?？勺児?jié)流閥41是一種用于調(diào)節(jié)分別向復合閥30的供給口32和導向口35供給的液壓液A的流量的針閥。
該四通三位切換形電磁閥42(以下稱為電磁轉換閥42)具有一對螺線管在左邊的42a和在右邊的42b。電磁轉換閥42的P端口連接到泵單元50的輸出口51，其R端口連接到泵單元50的液罐52。電磁轉換閥42由圖中未示的電控制裝置控制，用以控制螺線管42a和42b的操作，從而轉換液壓液A的流動路徑。電控制裝置根據(jù)檢測結果控制螺線管42a和42b的操作，例如，檢測上模22或坯料夾持器23的上下位置的傳感器或檢測在空心部分21a內(nèi)的液壓液A的液面的傳感器的檢測結果。
下面將專門介紹由該電控制裝置對電磁轉換閥42的控制。在上述第一步和第二步中，該電控制裝置使螺線管42a和42b處于去除激勵的狀態(tài)。該操作將電磁轉換閥42的閥體定位于中心位置(如圖11所示的狀態(tài))，從而在A-、B-、P-和R-所有端口之間建立連通關系。此外，在上述第三步和第四步中，電控制裝置激勵螺線管42b。通過該操作，電磁轉換閥42的閥體位置轉換到使泵單元50的輸出口51通過電磁轉換閥42的P-和B-端口與導向口35接通并使液罐52通過電磁轉換閥42的R-和A-端口與供給口32接通的位置(以下稱為導向位置)。通過該轉換將導向壓力傳遞給導向形安全閥38。
而且，在從上述第四步至第五步開始的過程中，電控制裝置使螺線管42a和42b處于去除激勵的狀態(tài)。該操作將電磁轉換閥42的閥體定位在中心位置，從而在A-、B-、P-和R-所有端口之間建立連通關系，以便液壓液A從空心部分21a排出。此外，在從上述第五步至第一步的過程中，電控制裝置根據(jù)空心部分21a內(nèi)的液壓液A液面的檢測結果激勵螺線管42a。通過該操作，電磁轉換閥42的閥體位置轉換到使泵單元50的輸出口51通過電磁轉換閥42的P-和A-端口與供給口32接通的位置并使液罐52通過電磁轉換閥42的R-和B-端口與導向口35接通的位置(下文稱為供給位置)。通過該轉換將液壓液A從泵單元50供給到空心部分21a。
當供應給供給口的液壓液A的液體壓力超出了預定壓力時，安全閥43執(zhí)行泄壓操作，從而使液壓液A流(排)入泵單元50的液罐52。當供應給供給口的液壓液A的液體壓力超出了預定壓力時，安全閥44執(zhí)行泄壓操作，從而使液壓液A流(排)入泵單元50的液罐52。
在預定的液體壓力時，泵單元50將填充于液罐52中的液壓液A從輸出口51排出。通過該操作，泵單元50將從輸出口51排出的液壓液A供給至液壓成型設備20的空心部分21a，或在預定導向壓力時，將其傳遞給復合閥30的導向形安全閥38。
在具有上述結構的復合閥30中，由于在上述第一步和第二步中，電磁轉換閥42的閥體位置轉換到中心位置，所以將導向形安全閥38的安全壓力設置成低壓值，從而將液壓液A密封于由金屬板體11的底面、空心部分21a、通道21c和復合閥30組成的空間中。如果在第一步將金屬板體11置于支撐部分21b上之前需要補充液壓液A，則將電磁轉換閥42的閥體位置暫時轉換到供給位置。如圖12C所示，該轉換可以將液壓液A從泵單元50補充到空心部分21a中。在補充完液壓液A之后，將電磁轉換閥42的閥體位置轉換到中心位置。
此外，如圖12A所示，在復合閥30中，在上述第三步和第四步中，由于電磁轉換閥42的閥體位置被轉換到導向位置之后，因此止回閥37和導向形安全閥38阻止液壓液A的流動。此時，將導向形安全閥38的安全壓力設置成高壓值。此外，如圖12B所示，在復合閥30中，在從第四步轉到第五步的過程時，電磁轉換閥42的閥體位置被轉換到中心位置，從而通過管線H2將液壓液A排至泵單元50的液罐52中。因此，釋放了空心部分21a內(nèi)的液體壓力。
此外，如果在第五步將金屬隔板10取出之后，需要補充液壓液A，則將電磁轉換閥42的閥體位置轉換到供給位置。如圖12C所示，復合閥30允許從供給口32流向供給/排出口33。這樣可以通過通道21c將由泵單元50供給的液壓液A補充到空心部分21a。
如上所述，采用復合閥30、控制閥單元40和泵單元50取代開關閥S1和液體補充裝置S的第二實施例可以達到與上述第一實施例相同的效果。此外，設有止回閥37和導向形安全閥38的復合閥30的閥體31是直接安裝到下模21，從而不必提供連通管線以在下模21的空心部分21a和各閥37和38之間建立連通關系。因此，當液壓液A的液體壓力設置成高時，并不會發(fā)生由于增大連通管線的直徑而造成壓力下降，因此能夠使液壓液A的液體壓力保持為高值。此外，即使液壓液A的壓縮性很小，也不會產(chǎn)生由于連通管線而造成的壓力下降，從而非常容易升高液體壓力，結果就是能夠減小上模22的沖程。此外，可以節(jié)約用于分別安裝止回閥37和導向形安全閥38的空間，以便液壓成型設備20可以制造得緊湊。
在該第二實施例中，壓力傳感器PS可以安裝于傳感器安裝口36，從而當安裝了壓力傳感器PS時，從傳感器PS輸出的檢測值可以直接顯示于未示出的個人計算機的顯示裝置上，該檢測值是空心部分21a的液體壓力。監(jiān)視液壓成型設備20的工作狀態(tài)的操作者可以通過此顯示來確認在空心部分21a內(nèi)的液體壓力是否上升到了預定的壓力，這就意味著他/她可以確認金屬隔板10是否在預定的成形狀態(tài)下成形。
因此，能夠根據(jù)從壓力傳感器PS輸出的液壓液A的液體壓力來檢查產(chǎn)品的成形狀態(tài)是否良好，從而能夠保持令人滿意的產(chǎn)品質(zhì)量。此外，可以根據(jù)從壓力傳感器PS輸出的液壓液A的液體壓力適當?shù)卣{(diào)節(jié)液壓成型設備20的工作量，即上模22進入下模21的空心部分21a的工作量。這使得成形金屬板體11時，金屬板體11的形狀的影響(例如厚度的變化等)變得最小，因此能夠保持令人滿意的產(chǎn)品質(zhì)量。
在上述各實施例中，金屬板體10是被選擇形成為具有多個肋狀凸起部分12的形狀，但是，勿庸置疑，本發(fā)明仍然適用于在其他金屬薄板上形成有多個凸起部分。
此外，執(zhí)行上述各實施例時，其中工件為板狀金屬板體11，下模21為固定形，而上模22為可動形。特別地，液壓液A密封地填充于置于上模22和下模21之間的金屬板體11下，并且通過向下模21的空心部分21a壓下上模22使液壓液A壓縮，從而金屬板體11的一部分朝著形成于金屬板體11之上的成形部分22a變形，從而在金屬板體上進行成形。
然而，也可以使用圓柱形工件并且將液壓液A填充入該圓柱形工件來執(zhí)行成形加工。特別地，液壓液A密封地填充于置于動模和定模之間的圓柱形工件內(nèi)，于是動模沿著工件的軸線方向朝容納部分沖下。據(jù)此，動模沿著軸線方向推動工件使其變形，并壓縮容納于工件中的液壓液A從而增加液壓液A的壓力。然后，壓力增加的液壓液A使工件的一部分朝著在設于工件外部的定模上成形的成形空間部分變形，這樣工件成形了。
根據(jù)此結構，可以通過朝著液壓液A的容納部分壓下動模來增加液壓液A的壓力。因此，不必提供用于增加液壓液A的壓力的壓力泵，從而簡化了模具結構。
權利要求
1.一種液壓成型工藝，其中將液體密封地填充于置于一動模和一定模之間的工件的一側，并且通過向該液體的容納部分壓下該動模來增加該液體的壓力，借此使該工件的一部分朝著形成于該工件另一側的成形空間部分變形，從而在該工件上進行成形。
2.如權利要求1所述的液壓成型工藝，其中該液體的壓縮比率為不大于3.0×10-5cm2/kg。
3.如權利要求1所述的液壓成型工藝，其中該液體的粘度可以為100至1500cSt。
4.如權利要求1所述的液壓成型工藝，其中該液體為乙二醇與水以預定的比率構成的混合物。
5.如權利要求1所述的液壓成型工藝，其中該工件是這樣成形對該工件的一側面進行表面處理且該側面與液體接觸。
6.一種液壓成型工藝，用于在置于一上模和一下模之間且其外緣部分被夾緊的板狀工件的中心部分上形成凸起部分，包括第一步將該工件置于該下模的頂端部分上，該下模上形成有充滿液體的空心部分，以防止空氣進入；第二步使設于該上模外圍的一坯料夾持器下降，以便通過該坯料夾持器和該下模的頂端部分夾緊置于該下模上的該工件的外緣部分；和第三步使該上模相對于該下模下降，以擠壓使該工件的中心部分變形并且壓縮該液體以增加其壓力，從而通過具有增加的壓力的該液體，將形成于該上模上的一成形部分的形狀傳遞到該工件上，以形成凸起部分。
7.如權利要求6所述的液壓成型工藝，還包括第四步保持該上模，從而在第三步將該上模上的成形部分的形狀傳遞到該工件上之后，使該液體的液體壓力保持一段預定時間。
8.如權利要求7所述的液壓成型工藝，還包括第五步為在第四步保持該上模以使該液體的液體壓力保持該預定時間之后釋放該液體的液體壓力。
9.一種液壓成型設備包括一支撐部分，其可以支撐置于其上的一工件；一下模，具有由該支撐部分包圍的空心部分并填充有液體；一坯料夾持器，其可以上下移動并可以與該下模的支撐部分夾緊該工件的外緣部分；和一可以上下移動的上模，其底面具有一成形部分并且可以進入該下模的空心部分和該工件的中心部分，該工件具有被該下模的支撐部分和該坯料夾持器夾緊的外緣部分。
10.如權利要求9所述的液壓成型設備，包括一供給/排出/密封裝置，在將該工件置于該下模的支撐部分上之前，其向該下模的空心部分供給液體以填充該空心部分；當由該上模和該下模成形該工件時，其將填充在該空心部分中的液體密封；以及在成形之后將該上模從該下模的空心部分退回之前，其將該液體從該空心部分排出。
11.如權利要求10所述的液壓成型設備，其中該供給/排出/密封裝置設有一復合閥，該復合閥包括一允許液體從一液壓供給源流向該下模的空心部分的止回閥和一能根據(jù)轉換操作來改變保持在該下模的空心部分和該止回閥之間的路徑上的壓力的安全閥，在正常狀態(tài)下將安全壓力設置為低而在工件成形時將安全壓力設置為高，其中該復合閥的閥體可以直接安裝于該下模。
12.如權利要求11所述的液壓成型設備，其中該閥體設有一個可以安裝一壓力傳感器的安裝口。
13.如權利要求9或12所述的液壓成型設備，其中該工件具有一其上進行過表面處理的表面，并置于該下模的支撐部分上并且該表面與該液體接觸。
14.一種燃料電池的金屬隔板，通過形成多個凸起部分而構成，其中該凸起部分是由液壓成型工藝形成，其包括第一步將一金屬隔板材料置于該下模的頂端部分上，該下模上形成有充滿液體的空心部分，以防止空氣進入；第二步使設于該上模外圍的一坯料夾持器下降，以便通過該坯料夾持器和該下模的頂端部分夾緊置于該下模上的該金屬隔板材料的外緣部分；和第三步使該上模相對于該下模下降，以擠壓使該金屬隔板材料的中心部分變形并且壓縮該液體以增加其壓力，從而通過具有增加的壓力的該液體，將形成于該上模上的成形部分的形狀傳遞到該金屬隔板材料上，以形成凸起部分。
15.如權利要求14所述的金屬隔板，其中用于形成該凸起部分的液壓成型工藝包括第四步，為在第三步將該上模上的成形部分的形狀傳遞到金屬隔板材料上之后，保持該上模以使該液體的液體壓力保持一段預定時間。
16.如權利要求15所述的金屬隔板，其中用于形成該凸起部分的液壓成型工藝包括第五步，為在第四步保持該上模以使該液體的液體壓力保持該預定時間之后，釋放該液體的液體壓力。
17.如權利要求14所述的金屬隔板，其中用于該液壓成型工藝的液體的壓縮比率為不大于3.0×10-5cm2/kg。
18.如權利要求14所述的金屬隔板，其中用于該液壓成型工藝的液體的粘度為100至1500cSt。
19.如權利要求14所述的金屬隔板，其中用于該液壓成型工藝的液體為乙二醇與水以預定的比率構成的混合物。
20.如權利要求14所述的金屬隔板，其中該金屬隔板材料是這樣成形對該金屬隔板材料的一側面進行表面處理且該側面與該液體接觸。
全文摘要
通過使用液壓成型設備(20)，金屬板體(11)放置于支撐部分(21b)上，并且下模(21)上形成有充滿液壓液(A)的空心部分(21a)。接下來，使坯料夾持器(23)下降以與支撐部分(21b)將放置的金屬板體(11)的外緣部分夾緊。然后，使上模(22)相對下模(21)降低，以擠壓使金屬板體(11)的中心部分變形，并壓縮液壓液A以增加液體壓力。通過液壓液A的增加的液體壓力和成形部分(22a)將肋狀凸起部分(12)傳遞到金屬板體(11)上。進一步，使液壓液(A)的液體壓力保持一段預定時間。然后，釋放液壓液(A)的增加的液體壓力。通過依次執(zhí)行上述步驟來液壓形成金屬隔板(10)。液壓成型設備(20)能夠以簡化的模具結構進行較好的液壓成型。
文檔編號B21D26/021GK1496768SQ20031010275
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月23日 優(yōu)先權日2003年10月23日
發(fā)明者楠憲一, 鹽見正直, 吉岡直樹, 樹, 直 申請人:亞樂克株式會社