CN102380534A

CN102380534A - 成形体的制造方法

Info

Publication number: CN102380534A
Application number: CN2011102611330A
Authority: CN
Inventors: 渡边拓真; 牛田耕平; 藤村志郎
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: JP5573511B2; US20120055223A1; JP2012051016A; CN102380534B; US9364883B2; DE102011082003A1

Abstract

本发明提供一种成形体的制造方法，其利用冲模和冲头对板材进行冲压来制造具有突部的成形体(燃料电池用隔膜)，其中，利用冲头的顶端面按压板材而形成突出部，之后通过在冲模的倾斜面和冲头的倾斜面之间夹着突出部的侧壁同时进行轧制而形成突部。

Description

成形体的制造方法

技术领域

本发明涉及一种成形体的制造方法，更具体地说，涉及一种能够高效并且可靠地获得成形体的成形体的制造方法，该成形体具有利用冲头按压来形成的突部，该突部相对于开口宽度具有足够大的高度并且具有较大的顶端侧面积。

背景技术

以往，作为燃料电池用隔膜，公知有设置多个微小突部来形成供氢、氧等气体流动的气体流路而成的燃料电池用隔膜。作为该燃料电池用隔膜的制造方法，一般公知有利用冲模和冲头对金属制的板材进行冲压而形成多个突部的方法(例如参照日本特开2000-317531号公报)。在该专利文献中公开了如下技术：例如如图12的(a)所示，利用第1冲压模具106在板材105上形成突出部120，之后，如图12的(b)、(c)所示，利用第2冲压模具107按压突出部120的周缘部内侧而形成突部103。由此，能够使材料在突部形成部位的移动有效地进行，防止板厚减少所引起的裂纹。

但是，在上述专利文献的技术中，为了形成突部103至少需要使用2个冲压模具106、107而进行2次冲压加工，从而生产效率较低。

在这里，在上述燃料电池用隔膜中，通常要求通过使突部的高度相对于开口宽度足够大来加大气体流路，并且通过扩大突部的顶端侧面积来提高集电效率。但是，在上述专利文献的技术中，由于使用各冲压模具106、107的冲压加工均为胀形，因此例如如图12的(b)所示那样，板材105在冲模108的基端缘部108a和冲头109的顶端缘部109a的2点之间被拉紧同时延伸，不能使板材105超过材料伸长率地大量延伸。因此，不能使突部103的高度相对于开口宽度足够大，从而难以加大气体流路。另一方面，若将突部103的顶端侧面积设置得比较小，则虽然能够加大突部103的高度而加大气体流路，但难以提高集电效率。另外，除了上述燃料电池用隔膜之外，例如在制造对板材施加冲压加工来形成突部的汽车部件、家电部件等的情况下，渴望使突部的高度相对于开口宽度足够大并且突部具有较大的顶端面积。

发明内容

本发明是鉴于上述现状而完成的，其目的在于提供一种能够高效并且可靠地获得成形体的成形体的制造方法，该成形体具有利用冲头按压来形成的突部，该突部相对于开口宽度具有足够大的高度并且具有较大的顶端面积。

用于解决问题的方案

本实施方式的主旨在于提供一种成形体的制造方法，其利用冲模和冲头对板材进行冲压来制造具有突部的成形体，利用上述冲头的顶端面按压上述板材而形成突出部，之后通过在上述冲模的倾斜面和上述冲头的倾斜面之间夹着上述突出部的侧壁同时进行轧制而形成上述突部。

其他实施方式的主旨在于，上述冲模的倾斜面的倾斜角度(θ1)为15度～25度，上述冲头的倾斜面的倾斜角度(θ2)为15度～25度。

其他实施方式的主旨在于，合模状态下的上述冲模的倾斜面和上述冲头的倾斜面之间的间隔(s)与冲压前的上述板材的板厚(t)之比(s/t)为0.2～0.8。

其他实施方式的主旨在于，以上述冲模和上述冲头自上述突出部的底壁离开的状态轧制上述突出部的侧壁。

根据实施方式的成形体的制造方法，利用冲头的顶端面按压板材而形成突出部，之后通过在冲模的倾斜面和冲头的倾斜面之间夹着突出部的侧壁同时进行轧制而形成突部，从而获得具有突部的成形体。如此，在一次冲压加工中，利用胀形而形成突出部，然后轧制该突出部的侧壁而形成突部，因此对突出部的侧壁的轧制使材料有效地移动。结果，能够高效并且防止突部破裂等而可靠地获得如下成形体：该成形体具有突部，该突部相对于开口宽度具有足够大的高度并且具有较大的顶端侧面积。

此外，当上述冲模的倾斜面的倾斜角度(θ1)为15度～25度、上述冲头的倾斜面的倾斜角度(θ2)为15度～25度时，对突出部的侧壁的轧制使材料更有效地移动，从而能够更可靠地防止破裂等而进一步加大突部的高度及顶端侧面积。此外，冲压的按压力不会变得过大，能够抑制施加到冲模和冲头的力而防止它们变形、损伤等。

而且，当合模状态下的上述冲模的倾斜面和上述冲头的倾斜面之间的间隔(s)与冲压前的上述板材的板厚(t)之比(s/t)为0.2～0.8时，对突出部的侧壁的轧制使材料更有效地移动，从而能够更可靠地防止破裂等并进一步加大突部的高度及顶端侧面积。此外，冲压的按压力不会变得过大，能够抑制施加到冲模和冲头的力而防止它们变形、损伤等。

而且，当以上述冲模和上述冲头自上述突出部的底壁离开的状态轧制上述突出部的侧壁时，对突出部的侧壁的轧制使材料向突出部的底壁侧更有效地移动，从而能够更可靠地防止破裂等并进一步加大突部的高度和顶端部面积。

附图说明

图1是示意性地表示实施例的燃料电池用隔膜的主要部分立体图；

图2是表示实施例的第1冲压模具的开模状态的纵剖面图；

图3是图2的主要部分放大图；

图4是用于说明利用上述第1冲压模具的胀形的说明图，是表示开模和合模之间的中间状态的纵剖面图；

图5是表示上述第1冲压模具的即将合模的状态的纵剖面图；

图6是表示上述第1冲压模具的合模状态的纵剖面图；

图7是利用上述第1冲压模具形成的半成品状态的燃料电池用隔膜的纵剖面图；

图8是表示实施例的第2冲压模具的开模状态的纵剖面图；

图9是表示上述第2冲压模具的合模状态的纵剖面图；

图10是利用上述第2冲压模具形成的成品状态的燃料电池用隔膜的纵剖面图；

图11是示意性地表示其他方式的燃料电池用隔膜的主要部分立体图；

图12是用于说明以往的燃料电池用隔膜的制造方法的说明图，(a)表示第1冲压模具的合模状态，(b)表示第2冲压模具的开模状态，(c)表示第2冲压模具的合模状态。

具体实施方式

关于本发明，举出本发明的典型实施方式的非限定性例子，参照提及到的多个附图并利用以下的详细叙述来进一步说明，相同的附图标记在若干附图中表示相同的部件。

在这里所表示的技术特征是用于例示及用于例示性说明本发明的实施方式的，是以提供认为能够最有效并且难而能理解本发明的原理和概念性特征的说明为目的而叙述的。关于这一点，并不是要示出能彻底理解本发明所必要的某种程度以上的本发明的详细构造，而是利用组合附图的说明来使本领域技术人员了解本发明的几个方式在实际中如何实现。

本实施方式的成形体的制造方法是利用冲模和冲头对板材进行冲压来制造具有突部的成形体的方法(例如参照图4和图5)，其特征在于，利用冲头9的顶端面11c按压板材5而形成突出部20，之后通过在冲模8的倾斜面10b和冲头9的倾斜面11b之间夹着突出部的侧壁20a同时进行轧制而形成突部3。上述板材通常为金属制。

作为本实施方式的成形体的制造方法，例如可列举如下方式(例如参照图3等)：上述冲模的倾斜面10b的倾斜角度θ1为15度～25度，上述冲头的倾斜面11b的倾斜角度θ2为15度～25度。在此情况下，例如可以使上述倾斜角度θ1和倾斜角度θ2为大致相同的值。另外，上述“倾斜角度θ1”和“倾斜角度θ2”是指冲头相对于上述冲模的滑动方向的角度。

作为本实施方式的成形体的制造方法，例如可列举如下方式(例如参照图3和图6等)：合模状态下的冲模的倾斜面和冲头的倾斜面之间的间隔s与冲压前的上述板材的板厚t之比s/t为0.2～0.8。上述间隔s例如可以是0.02mm～0.16mm。此外，上述板材的板厚t例如可以是0.1mm～0.2mm。另外，上述“间隔s”是指合模状态下的冲模的倾斜面和冲头的倾斜面之间的最小间隔。

作为本实施方式的成形体的制造方法，例如可列举如下方式(例如参照图4等)：用于连结冲模的基端面和倾斜面的圆弧面(12)的曲率半径(r1)为0.05mm～0.3mm，用于连结冲头的顶端面和倾斜面的圆弧面13的曲率半径r2为0.05mm～0.3mm。由此，能够加大突出部的底壁和相邻的突出部之间的部位的长度(面积)，并且能够更可靠地防止突部的破裂等。

作为本实施方式的成形体的制造方法，例如可列举如下方式(例如参照图5等)：以上述冲模和冲头自突出部的底壁20b离开的状态轧制突出部的侧壁20a。由此，对突出部的侧壁的轧制使材料向突出部的底壁侧更有效地移动，从而能够更可靠地防止破裂等而进一步加大突部的高度和顶端部面积。在此情况下，优选的是，以上述冲模和冲头自相邻的突出部之间的部位21离开的状态轧制突出部的侧壁。这是因为：除了材料向突出部的侧壁侧移动之外，材料还向相邻的突出部之间的部位侧更有效地移动。

另外，不特别限定上述“成形体”的用途等。该成形体例如用作燃料电池用隔膜。该燃料电池用隔膜通常用作在一定面积内设置多个微小突部而形成气体流路。此外，上述突部的高度h和开口宽度w之比h/w例如可以是0.4～0.8(例如参照图7等)。此外，不特别限定上述“板材”的材质、大小等。作为该板材，例如可列举钛、钛合金、不锈钢等。

(实施例)

以下，使用附图并利用实施例来具体说明本发明。另外，在本实施例中，例示燃料电池用隔膜作为本发明的“成形体”。

(1)燃料电池用隔膜的结构

如图1所示，本实施例的燃料电池用隔膜1包括平板状的主体2和多个突部3，该多个突部3沿该主体2的平面方向以预定节距p排列设置，并且用于形成气体流路4。利用后述的第1冲压模具和第2冲压模具对板材5施加冲压加工来得到该燃料电池用隔膜1。该板材5为金属制(例如钛合金等)。

(2)第1冲压模具的结构

如图2和图3所示，本实施例的第1冲压模具7包括冲模8和冲头9，该冲模8具有多个凹部8a，该冲头9能够与该冲模8靠近和离开，并且具有多个凸部9a。该冲模8包括：平面状的基端面10a；倾斜面10b，其与该基端面10a相连，并且用于形成凹部8a的内周面；以及平面状的底端面10c，其与该倾斜面10b的底面侧相连，并且用于形成凹部8a的底端面。该倾斜面10b相对于冲头9的滑动方向倾斜的倾斜角度θ1为约20度。此外，上述冲头9包括：平面状的基端面11a；倾斜面11b，其与该基端面11a相连，并且用于形成凸部9a的外周面；以及平面状的顶端面11c，其与该倾斜面11b的顶端侧相连，并且用于形成凸部9a的顶端面。该倾斜面11b相对于冲头9的滑动方向倾斜的倾斜角度θ2为约20度。

如图4所示，上述冲模8的用于连结基端面10a和倾斜面10b的圆弧面12的曲率半径r1为约0.1mm。此外，上述冲头9的用于连结顶端面11a和倾斜面11b的圆弧面13的曲率半径r2为约0.1mm。此外，如图6所示，合模状态下的冲模8的倾斜面10b和冲头9的倾斜面11b之间的间隔s与板材的板厚t之比(s/t)为约0.3。

(3)第2冲压模具的结构

如图8和图9所示，本实施例的第2冲压模具15包括冲模16和冲头17，该冲模16具有多个凹部16a，该冲头17能够与该冲模16靠近和离开，并且具有多个凸部17a。该冲模16包括：平面状的基端面18a；内周面18b，其与该基端面18a相连，并且用于形成凹部16a的内周面；以及平面状的底端面18c，其与该内周面18b的底面侧相连，并且用于形成凹部16a的底端面。此外，上述冲头17包括：平面状的基端面19a；外周面19b，其与该基端面19a相连，并且用于形成凸部17a的外周面；以及平面状的顶端面19c，其与该外周面19b的顶端侧相连，并且用于形成凸部17a的顶端面。

(4)燃料电池用隔膜的制造方法

接着，对使用上述结构的第1及第2冲压模具7、15的燃料电池用隔膜的制造方法进行说明。首先，如图3所示，在处于开模状态的第1冲压模具7的冲模8和冲头9之间设定板材5。接着，如图4所示，若使冲头9靠近冲模8，则冲头9的顶端面11c按压板材5而在冲模8的凹部8a内形成突出部20。该突出部20包括平板状的底壁20b和自该底壁20b的周缘侧立起的侧壁20a。

接着，如图5所示，若使冲头9进一步靠近冲模8，则在突出部20的侧壁20a被夹在冲模8的倾斜面10b和冲头9的倾斜面11b之间的同时对该侧壁20a进行拉深而形成突部3(参照图6)，从而得到半成品状态的燃料电池用隔膜1。当形成该突部3时，在开始轧制突出部20的侧壁20a的大致同时或者在刚刚结束轧制之后，在上述冲模8的底端面10c和冲头9的顶端面11c自突出部20的底壁20b离开、并且上述冲模8的基端面10a和冲头9的基端面11a自相邻的突出部20之间的部位21离开的状态下，对突出部20的侧壁20a进行拉深，并将它们的离开状态维持到合模。

接着，如图8所示，在开模状态的第2冲压模具15的冲模16和冲头17之间设定半成品状态的燃料电池用隔膜1。接着，如图9所示，若使冲头17靠近冲模16，则突部3的底壁3a在冲模16的底端面18c和冲头17的顶端面19c之间被轧制，并且相邻的突部3之间的部位22在冲模16的基端面18a和冲头17的基端面19a之间被挤压，从而得到成品状态的燃料电池用隔膜1。

(5)关于实施例和比较例

接着，在上述实施例中，说明改变了冲模8的倾斜面的倾斜角度θ1和冲头9的倾斜面的倾斜角度θ2的实施例1、2及比较例1、2。在各倾斜角度θ1、θ2为12度的比较例1中，不管冲头9的滑动速度如何，在冲头9的顶端面11c与突出部20的底壁20b接触的状态下观察到了突出部20的侧壁20a被轧制而突部3破裂的情况。此外，在各倾斜角度θ1、θ2为27度的比较例2中，冲压的按压力没有过大就观察到了第1冲压模具7的变形。相反，在各倾斜角度θ1、θ2为15度的实施例1和各倾斜角度θ1、θ2为25度的实施例2中，没有观察到突部3的破裂及第1冲压模具7的变形等。

(6)实施例的效果

由上可知，根据本实施例的燃料电池用隔膜的制造方法，利用冲头9的顶端面11c按压板材5而形成突出部20，之后，在突出部20的侧壁20a被夹在冲模8的倾斜面10b和冲头9的倾斜面11b之间的同时对该侧壁20a进行轧制而形成突部3，从而得到具有多个突部3的燃料电池用隔膜1。如此，在一次冲压加工中，利用胀形而形成突出部20，然后轧制该突出部20的侧壁20a而形成突部3，因此对突出部20的侧壁20a的轧制使材料有效地移动。因此，能够高效并且防止突部3破裂等而可靠地获得如下燃料电池用隔膜1：该燃料电池用隔膜1具有突部3，该突部3相对于开口宽度w具有足够大的高度h并且具有较大的顶端侧面积。结果，能够在不受板材5的材料伸长率影响的情况下，在燃料电池用隔膜1中，通过加大突部3的高度来加大气体流路，并且通过扩大突部3的顶端侧面积来提高集电效率。

此外，在本实施例中，在第1冲压模具7中，冲模8的倾斜面10b的倾斜角度θ1及冲头9的倾斜面11b的倾斜角度θ2为约20度，因此对突出部20的侧壁20a的轧制使材料更有效地移动，从而能够更可靠地防止破裂等而进一步加大突部3的高度h及顶端侧面积。此外，冲压的按压力不会变得过大，能够抑制施加到冲模8和冲头9的力而防止它们变形、损伤等。

此外，在本实施例中，合模状态下的冲模8的倾斜面10b和冲头9的倾斜面11b之间的间隔s与板材5的板厚t之比(s/t)为约0.3，因此对突出部20的侧壁20a的轧制使材料更有效地移动，从而能够更可靠地防止破裂等而进一步加大突部3的高度h及顶端侧面积。此外，冲压的按压力不会变得过大，能够抑制施加到冲模8和冲头9的力而防止它们变形、损伤等。

此外，在本实施例中，冲模8的用于连结基端面10a和倾斜面10b的圆弧面12的曲率半径r 1为约0.1mm，冲头9的用于连结顶端面11a和倾斜面11b的圆弧面13的曲率半径r2为约0.1mm，因此能够加大突出部20的底壁20b和相邻的突出部20之间的部位21的长度(面积)，并且能够更可靠地防止突部3破裂等。

此外，在本实施例中，在冲模8和冲头9不接触于突出部20的底壁20b和相邻的突出部20之间的部位21的状态下轧制突出部20的侧壁20a，因此在轧制突出部20的侧壁20a时，能够使材料向突出部20的侧壁20a和相邻的突出部20之间的部位21侧更有效地移动，从而能够更可靠地防止破裂等而进一步加大突部3的高度h和顶端面积。

而且，在本实施例中，使用第1冲压模具7轧制突出部20的侧壁20a而形成突部3，之后使用第2冲压模具15轧制突部3的底壁3a及相邻的突部3之间的部位22，因此能够加大突部3的底壁3a及相邻的突部3之间的部位22的长度(面积)。

另外，本发明不限于上述实施例，可根据目的、用途采用在本发明的技术范围内进行了各种变更的实施例。即，在上述实施例中，例示了沿主体2的平面方向排列设置多个突部3而形成气体流路4的燃料电池用隔膜1，但本发明不限于此，例如如图11所示那样，也可以是具有沿主体2’的一个方向排列设置多个长尺寸状的突部3’而形成气体流路4’的燃料电池用隔膜1’。

此外，在上述实施例中，例示了平面形状为多边形的突部3，但本发明不限于此，例如也可以是平面形状为圆形、椭圆形的突部。此外，也可以组合设置平面形状不同的突部。

此外，在上述实施例中，通过使用第1及第2冲压模具7、15的2次冲压加工来得到成品状态的燃料电池用隔膜1，但本发明不限于此，例如也可以废除第2冲压模具15，通过利用第1冲压模具7的1次冲压加工来获得成品状态的燃料电池用隔膜。此外，也可以通过在第1及第2冲压模具7、15上再加入其他冲压模具的3次以上冲压加工来获得成品状态的燃料电池用隔膜。

此外，在上述实施例中，示出了第1冲压模具7的冲头9的顶端侧为平面状的例子，但本发明不限于此，例如也可以是顶端侧为凸状的冲头。此外，在上述实施例中，示出了第1冲压模具7的冲模8的底端侧为平面状的例子，但本发明不限于此，例如也可以是底端侧为凹状的冲模。

而且，在上述实施例中，在开始轧制突出部20的侧壁20a的大致同时或者之后立即使冲模8和冲头9自突出部20的底壁20b等离开，但本发明不限于此，例如也可以在自开始轧制突出部20的侧壁20a起经过预定时间之后使冲模8和冲头9自突出部20的底壁20b等离开。

本发明可广泛地利用为制造具有突部的成形体的技术。特别是适宜利用为制造具有多个突部的燃料电池用隔膜的技术。

上述例子只是以说明为目的，不应该解释为限定本发明。虽然列举典型的实施方式来说明了本发明，但应理解为在本发明的叙述和附图中所使用的语句不是限定性的语句，而是说明性和例示性的语句。在这里，如上详细说明那样，在本方式中，可以在不脱离本发明的范围或主旨的情况下在所附的权利要求书的范围内进行变更。在这里，本发明的详细叙述中参照了特定的构造、材料及实施例，但本发明不限定于在此公开的事项，不如说本发明包括在所附的权利要求书的范围内功能等同的所有构造、方法、使用。

本发明并不仅限于上述详细叙述的实施方式，可以在本发明的权利要求书的范围内进行各种变形或变更。

Claims

1.一种成形体的制造方法，利用冲模和冲头对板材进行冲压来制造具有突部的成形体，其特征在于，

利用上述冲头的顶端面按压上述板材而形成突出部，之后通过在上述冲模的倾斜面和上述冲头的倾斜面之间夹着上述突出部的侧壁同时进行轧制而形成上述突部。

2.根据权利要求1所述的成形体的制造方法，其特征在于，

上述冲模的倾斜面的倾斜角度(θ1)为15度～25度，上述冲头的倾斜面的倾斜角度(θ2)为15度～25度。

3.根据权利要求1或2所述的成形体的制造方法，其特征在于，

合模状态下的上述冲模的倾斜面和上述冲头的倾斜面之间的间隔(s)与冲压前的上述板材的板厚(t)之比(s/t)为0.2～0.8。

4.根据权利要求1所述的成形体的制造方法，其特征在于，

以上述冲模和上述冲头自上述突出部的底壁离开的状态轧制上述突出部的侧壁。