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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Blechprodukts, das mit einer Anzahl von gleichbeabstandeten
Vorsprüngen
auf ihm ausgebildet ist (das beispielsweise zur Verwendung als Separator
in Kraftstoffbatterien geeignet ist).
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Es
wurde ein Metallblech von weniger als 0,5 mm Dicke vorgesehen, auf
dem eine Anzahl von beabstandeten Vorsprüngen mit jeweils 2–3 mm Durchmesser
und 0,4–0,6
mm Höhe
ausgebildet sind, die voneinander 2–5 mm beabstandet sind. Bei
einem Herstellungsverfahren des Metallblechs, wie es in der Japanischen
Offenlegungsschrift 11-167927 offenbart ist, wird ein Metallblech
aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder Kupfer zwischen ein oberes
und ein unteres Gesenk in der Gestalt eines männlichen und eines weiblichen
Gesenks platziert und durch Halbstanzen gepresst, dass die beabstandeten
Vorsprünge darauf
ausgebildet werden. In dem Pressvorgang ist ein minimaler Raum zwischen
den Gesenken in einem geschlossenen Zustand derart festgelegt, dass er
gleich der Dicke des Metallblechs wird.
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Bei
dem Metallblech, das durch das Halbstanzen gepresst ist, treten
Risse im Metallblech und Abfälle
der Scherung an jeder Schulter oder jedem Fuß der Vorsprünge auf.
Zusätzlich
verwindet sich das Metallblech in seiner Gesamtheit aufgrund einer Reaktionskraft
nach dem Pressvorgang. Aus diesem Grund ist es sehr schwierig, den
Ertrag des Metallblechs auf zuverlässige Weise zu verbessern.
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DE-A-197
17 953 bezieht sich auf ein Verfahren zum hydromechanischen Formen
von Metallblechteilen, insbesondere Teilen des Fahrzeugkörpers. Das
offenbarte Verfahren verwendet eine hydraulische Presse, die ein
oberes Gesenk und ein unteres Gesenk enthält. Das untere Gesenk ist mit
einer Vertiefung versehen, die eine Anzahl von gleichbeabstandeten
Vorsprüngen
entsprechend zu Ausnehmungen des oberen Gesenks aufweist. Die Vertiefung
zwischen dem Metallblech und dem unteren Gesenk ist mit einem hydraulischen
Fluid gefüllt,
das Druck auf das Metallblech aufbringt. Dadurch wird das Metallblech
durch einen Rohlinghalter festgelegt. Nach dem Dehnen des Metallblechs
durch den hydraulischen Druck wird das obere Gesenk in einem Ausmaß abgesenkt,
dass das Metallblech durch das obere Gesenk gegen das untere Gesenk
gepresst wird und bearbeitet wird. Während des Formens mit Hilfe
des hydraulischen Drucks wird kein Druck durch das obere Gesenk
und das untere Gesenk auf das Metall blech aufgebracht. Während des
Formschritts, in dem Druck durch das obere Gesenk und das untere
Gesenk aufgebracht wird, wird das hydraulische Fluid aus der Vertiefung
abgeführt,
ehe das obere Gesenk gegen das untere Gesenk abgesenkt wird. Alternativ
wir das hydraulische Fluid abgeführt,
wenn das obere Gesenk zum unteren Gesenk abgeführt wird. Dieses Dokument bildet
den Oberbegriff von Anspruch 1.
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Es
ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren
vorzusehen, das in der Lage ist, gleichbeabstandete Vorsprünge auf
einem Metallblech auszubilden, ohne dass Risse und Verwindungen
und Abfälle
der Scherungen an jeder Schulter und dem Fuß der oben beschriebenen Vorsprünge hervorgerufen
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Herstellungsverfahren für ein Metallblecherzeugnis,
das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist, erzielt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind durch die abhängigen
Ansprüche
definiert.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese in die Praxis
umgesetzt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, in denen:
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1 eine
vertikale Querschnittsansicht einer hydraulischen Presse ist, die
zum Herstellen eines Metallblechs verwendet wird, auf dem eine Anzahl
von beabstandeten Vorsprüngen
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet sind;
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2 und 3(a), 3(b) bis 5(a) und 5(b) einen
Herstellungsvorgang für
das Metallblech bei der Verwendung der hydraulischen Presse, die
in 1 gezeigt ist, veranschaulichen;
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6 eine
vertikale Querschnittsansicht einer hydraulischen Presse ist, die
zum Herstellen des Metallblechs bei einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
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7 und 8(a), 8(b) bis 10(a), 10(b) einen
Herstellungsvorgang für
das Metallblech bei der Verwendung der hydraulischen Presse, die
in 6 gezeigt ist, veranschaulichen.
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Dargestellt
in 1 der Zeichnungen ist eine hydraulische Presse 20,
die in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Metallblechs 10,
das in 5(a) und 5(b) gezeigt
ist, verwendet wird. Das Metallblech 10 ist in der Gestalt
eines Metallblechs 11 aus rostfreiem Stahl (SUS 316L) von
weniger als 0,5 mm Dicke, auf dem eine Anzahl von beabstandeten
zylindrischen Vorsprüngen 12 geformt
sind, die jeweils 2–3 mm
Durchmesser haben und 0,4–0,6
m hoch sind und im Abstand von 2–5 mm beabstandet sind. Die Vorsprünge sind
leicht konisch zulaufend von ihrem Fuß zu ihrem Kopf.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, enthält die hydraulische Presse 20 ein
unteres Gesenk 21 in der Form eines männlichen Gesenks, das auf einem Pressenkopf 23 montiert
ist, und ein oberes Gesenk 22 in der Form eines weiblichen
Gesenks, das am Boden eines inneren Gleitstücks 24 montiert ist.
Die Presse 20 weist einen Rohlinghalter 25 auf,
der am äußeren Umfang
des oberen Gesenks 24 platziert ist, und ein äußeres Gleitstück 26,
das am äußeren Umfang
des inneren Gleitstücks 24 platziert
ist. Das äußere Gleitstück 26 ist
anhebbar und wirkt ein, dass es den Rohlinghalter 25 hebt.
In ähnlicher
Weise ist das innere Gleitstück 24 anhebbar
und wirkt, dass es das obere Gesenk 22 hebt.
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Der
Körper 21a des
unteren Gesenks 21 weist einen zentralen Bereich auf, der
mit einer Vertiefung oder Ausnehmung 21b geformt ist, deren
Boden mit einer Anzahl von beabstandeten Vorsprüngen 21c ausgebildet
ist. Eine hydraulische Leistungseinheit 27 ist mit dem
Boden der Ausnehmung 21b des unteren Gesenks 21 durch
eine Fluidleitung 27a verbunden. Die Ausnehmung 21b des
unteren Gesenks 21 ist so geformt, dass sie dem oberen
Gesenk 21 entspricht, und die Umfangswand des unteren Gesenks 21 ist
positioniert, dass sie an ihrer oberen Endoberfläche 21d dem Rohlinghalter 25 gegenüberliegt
und ein Metallblech A aus rostfreiem Stahl stützt, das darauf platziert ist.
Der Körper 22a des oberen
Gesenks 22 weist einen Bodenbereich auf, der mit einer
Anzahl von beabstandeten Ausnehmungen 22b geformt ist,
die den Vorsprüngen 21c entsprechen,
die auf dem Boden der Ausnehmung 21b des unteren Ge senks 21 geformt
sind. Wenn das innere Gleitstück 24 nach
unten bewegt wird, ist das obere Gesenk 22 innerhalb des
Hohlraums 21b des unteren Gesenks 21 angeschlossen.
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Bei
dem folgenden Herstellungsvorgang wird ein Metallblech aus rostfreiem
Stahl (SUS316L) mit 0,2 mm als Metallblech A zur Herstellung eines
Metallblechs, auf dem eine Anzahl von Vorsprüngen ausgebildet sind, die
jeweils 2,3 mm Durchmesser haben und 0,5 mm hoch sind und gleichmäßig beabstandet
im Abstand von 2,6 mm–3,0
mm sind, verwendet. Bei einem ersten Schritt dieses Herstellungsvorgangs
wird in die Vertiefung 21b des unteren Gesenks Hydraulikfluid
von der hydraulischen Leistungseinheit 27 zugeführt, bis
die Flüssigkeitsoberfläche des
Hydraulikfluids bis zur oberen Endoberfläche 21d der Umfangswand
des unteren Gesenks 21 ansteigt. In einem solchen Zustand
wird das Blech A aus rostfreiem Metall auf die obere Endoberfläche 21d des
unteren Gesenks 21 platziert, wie es in 1 gezeigt
ist. Dabei wird es bevorzugt, dass das Blech A aus rostfreiem Metall
mit dem Hydraulikfluid an seiner Bodenoberfläche beschichtet ist, damit
das Eindringen von Luft in einen Raum zwischen der Flüssigkeitsoberfläche des
hydraulischen Fluids und dem Blech A aus rostfreiem Metall verhindert
wird und damit das Auftreten von Luftblasen in dem hydraulischen
Fluid, das in die Vertiefung 21b des unteren Gesenks 21 gefüllt ist,
eliminiert wird.
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Zu
einem zweiten Schritt des Herstellungsvorgangs wird der Rohlinghalter 25 mit
dem äußeren Gleitstück 26 nach
unten bewegt, wie es in 2 dargestellt ist, um festgelegt
den Umfangsbereich des Blechs A aus rostfreiem Metall in Position
auf der oberen Endoberfläche 21d des
unteren Gesenks 21 zu halten. In dieser Stufe wird das
Blech A aus rostfreiem Metall mit Hydraulikdruck von etwa 140 kgf/cm2 beaufschlagt. Bei einem dritten Schritt
des Herstellungsvorgangs wird, wie es in 3(a) gezeigt
ist, das obere Gesenk 22 nach unten mit dem inneren Gleitstück 24 in
einem Zustand bewegt, in dem der Hydraulikdruck zwischen der Vertiefung 21b des
unteren Gesenks 21 und dem Blech A aus rostfreiem Metall
auf hohem Druck gehalten wird. Dabei ist, wie es in 3(a) gezeigt ist, das obere Gesenk 22 in
die Vertiefung 21b des unteren Gesenks 21 eingeführt, bis
es in einer Position ankommt, die geringfügig höher als ein unterer Totpunkt
ist, und der Hydraulikdruck in der Vertiefung 21b des unteren
Gesenks 21 wird bei etwa 2000 kgf/cm2 gehalten.
Bei dieser Ausführungsform
wird der untere Totpunkt des oberen Gesenks 22 durch eine
Position definiert, in der der Abstand zwischen den Vorsprüngen 21c des unteren
Gesenks 21 und den Ausnehmungen 22b des oberen
Gesenks 22 im Wesentlichen gleich der Dicke (0,2 mm) des
Blechs A aus rostfreiem Metall wird, wenn das obere Gesenk 22 sich
vollständig nach
unten bewegt hat. Es wird daher bevorzugt, dass der Raum zwischen
dem unteren und dem oberen Gesenk 21 bzw. 22 etwa
1,2 mm wird, wenn das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 21b des
unteren Gesenks 21 eingeführt ist. Somit wird, wie es
in 3(b) gezeigt ist, das Blech
A aus rostfreiem Stahl mit einer Anzahl von beabstandeten Vorsprüngen 12a geformt.
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In
einem vierten Schritt des Herstellungvorgangs wird die hydraulische
Leistungseinheit 27 deaktiviert und die Fluidleitung 27a ist
mit einem Fluidbehälter
(nicht dargestellt) verbunden, um das hydraulische Fluid aus der
Vertiefung 21b des unteren Gesenks 21 abzuführen. Danach
wird das obere Gesenk 22 weiter nach unten mit dem inneren
Gleitstück 24 bewegt,
um das hydraulische Fluid, das zwischen der Vertiefung 21b des
unteren Gesenks 21 und dem Blech A aus rostfreiem Metall
verblieben ist, abzuführen.
Dabei wird, wie es in 4(a) gezeigt
ist, das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 21b des
unteren Gesenks 22 eingeführt, bis es in der Nähe des unteren
Totpunkts ankommt. Es wird bevorzugt, dass der Raum zwischen dem
unteren und dem oberen Gesenk 21 bzw. 22 etwa
0,5 mm wird, wenn das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 21b des
unteren Gesenks 21 eingeführt war, wie es oben beschrieben
ist. In diesem Zustand wird das Blech A aus rostfreiem Metall gepresst,
wobei das hydraulische Fluid zwischen den Vorsprüngen 21c des unteren
Gesenks 21 und den Ausnehmungen 22b des oberen
Gesenks 22 vorhanden ist, so dass die Vorsprünge 12a des Blechs
A aus rostfreiem Metall in die Gestalt einer Anzahl von beabstandeten
Vorsprüngen 12b bis
es in 4(b) gezeigt ist, umgeformt
werden. In einem fünften
Schritt des Herstellungsvorgangs wird das obere Gesenk 22 nach
unten mit dem unteren Gleitstück 24 bewegt
in einem Zustand, in dem das hydraulische Fluid vollständig aus
der Vertiefung 21b des unteren Gesenks 21 abgeführt ist.
Dabei wird, wie es in 5(a) gezeigt
ist, das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 21b des
unteren Gesenks 21 eingeführt, bis es am unteren Totpunkt
ankommt. In diesem abschließenden
Zustand werden die Vorsprünge 12b des
Blechs A aus rostfreiem Stahl wieder gepresst und in die Form von
Vorsprüngen 12 deformiert,
wie es in 5(b) gezeigt ist. Somit wird
das Blech 10, das mit den beabstandeten Vorsprüngen 12 gestaltet
ist, hergestellt.
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Da
in dem Herstellungsvorgang das Blech aus rostfreiem Metall unter
dem Vorhandensein von hydraulischem Fluid zwischen dem oberen und
dem unteren Gesenk 21 bzw. 22 gepresst wird und
unter Druck in einem Zustand deformiert wird, in dem das hydraulische
Fluid sukzessive in zwei Schritten abgeführt wird, kann das Blech A
aus rostfreiem Metall mit den beabstandeten Vorsprüngen 12 geformt
werden, ohne dass irgendein Riss oder eine Verwindung und ein Scherungsabfall
an jeder Schulter und jedem Fuß der
Vorsprünge
hervorgerufen werden.
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Dargestellt
ist in 6 eine hydraulische Presse 20A, die bei
einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Separators in der Gestalt
eines Blechs, das zur Verwendung in Kraftstoffbatterien angepasst
ist, verwendet wird. Bei der hydraulischen Presse 20A ist
nur das untere Gesenk 21 der Presse 20, die in 1 gezeigt ist,
durch ein unteres Gesenk 28 ausgetauscht. Das untere Gesenk 28 der
Presse 20A ist aus einem stationären unteren Gesenk 28a und
einem beweglichen Gesenk 28b zusammengesetzt. Das bewegliche
Gesenk 28b ist mit einer Anzahl von beabstandeten, säulenartigen
Bereichen 28c versehen, die verschiebbar mit den entsprechenden
Durchgangslöchern
in dem Bodenbereich des stationären
Gesenks 28a derart verbunden sind, dass jeder Kopf der
säulenartigen
Bereiche 28c in den Boden der Vertiefung 28d des
stationären
unteren Gesenks 28a vorsteht. Das bewegliche Gesenk 28b ist
angeordnet, dass es durch die Betätigung eines hydraulischen
Zylinders 28e angehoben werden kann. Wenn das bewegliche Gesenk 28b in
Richtung auf das stationäre
untere Gesenk 28a angehoben wird, stehen die Köpfe der säulenartige
Bereiche 28c in einer vorgegebenen Höhe vom Boden der Vertiefung 28d des
stationären unteren
Gesenks 28a vor, wie es in 8(b) und 9(b) gezeigt ist, und sind positioniert wie bei
den Vorsprüngen 21c des
unteren Gesenks 21 in der in 1 gezeigten
Presse. Bei dieser Ausführungsform ist
der untere Totpunkt des oberen Gesenks 22 durch eine Position
definiert, in welcher der Raum zwischen den Köpfen der säulenartigen Bereiche 28c,
die von dem Boden der Vertiefung 28d vorstehen, und den Ausnehmungen 22b des
oberen Gesenks 22 im Wesentlichen gleich der Dicke (0,2
mm) des Blechs A aus rostfreiem Metall wird, wenn das obere Gesenk 22 vollständig nach
unten bewegt ist. Andere Bauteile und die Konstruktion der Presse 20A sind
im Wesentlichen gleich wie diejenigen der Presse 20, die
in 1 gezeigt ist. Somit sind die gleichen Bauteile und
Bereiche wie diejenigen der Presse 20 durch die gleichen
Referenzziffern wie denjenigen in 1 bezeichnet.
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Bei
einem ersten Schritt eines Herstellungsvorgangs des Blechs bei dieser
Ausführungsform wird
in die Vertiefung 28d des unteren Gesenks 28 Hydraulikfluid
von der hydraulischen Leis tungseinheit 20 zugeführt, bis
die Flüssigkeitsoberfläche des hydraulischen
Fluids bis zu der oberen Endoberfläche 28f der Umfangswand
des stationären
unteren Gesenks 28a ansteigt. In einem solchen Zustand wird
das Blech A aus rostfreiem Metall auf der oberen Endfläche der
Umfangswand des stationären
untere Gesenks 28a platziert, wie es in 6 gezeigt
ist. In diesem Zustand wird es bevorzugt, dass das Blech A aus rostfreiem
Metall mit dem hydraulischen Fluid an seiner Bodenoberfläche beschichtet
ist, um das Eindringen der Luft ein einen Raum zwischen der Flüssigkeitsoberfläche des
hydraulischen Fluids und dem Boden des Blechs A aus rostfreiem Metall
zu verhindern und das Auftreten von Luftblasen in dem hydraulischen
Fluid zu eliminieren, das in die Vertiefung 28d des stationären unteren
Gesenks 28a a geführt ist.
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Bei
einem zweiten Schritt des Herstellungsvorgangs wird der Rohlinghalter 25 mit
dem äußeren Gleitstück 26 nach
unten bewegt, wie es in 7 gezeigt ist, um festgelegt
den Umfangsbereich des Blechs A aus rostfreiem Metall in einer Position
auf der oberen Endoberfläche 28f des
stationären
unteren Gesenks 28a zu halten. In diesem Zustand wird das
Blech A aus rostfreiem Metall mit einem Druck von etwa 140 kgf/cm2 beaufschlagt. In einem dritten Schritt
des Herstellungsvorgangs wird das obere Gesenk 22 mit dem
inneren Gleitstück 24 in
einem Zustand nach unten bewegt, in dem der hydraulische Druck zwischen
der Vertiefung 28d des stationären unteren Gesenks 28 und
dem Blech A aus rostfreiem Metall auf hohem Druck gehalten wird.
Dabei wird, wie es in 8(a) gezeigt
ist, das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 28d des
stationären
unteren Gesenks 28a eingeführt, bis es in einer Position
ankommt, die etwas höher
als der untere Totpunkt liegt, und der Hydraulikdruck in der Vertiefung 28d des
stationären
unteren Gesenks 28a wird bei etwa 2000 kgf/cm2 gehalten.
In diesem Zustand wird es bevorzugt, dass der Raum zwischen dem
oberen und dem unteren Gesenk 28 bzw. 22 1,2 mm
wird, wenn das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 28d des
stationären
unteren Gesenks 28a eingeführt ist. Somit wird, wie es
in 8(b) gezeigt ist, das Blech
A aus rostfreiem Metall mit einer Anzahl von beabstandeten Vorsprüngen 12a geformt.
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Bei
einem vierten Schritt des Herstellungsvorgangs ist die hydraulische
Leistungseinheit 27d aktiviert und die Fluidleitung 27a ist
mit einem Fluidbehälter
(nicht dargestellt) verbunden, um das hydraulische Fluid von der
Vertiefung 21b des unteren Gesenks 21 abzuführen. Danach
wird das bewegliche Gesenk 28b um eine vorgegebene Menge
durch Betätigung
des hydraulischen Zylinders 28e angehoben in einem Zustand,
in dem das hydraulische Fluid, das zwischen der Vertiefung 28d des
stationären
unteren Gesenks 28a und dem Blech A aus rostfreiem Metall
verblieben ist, abgeführt
wird. Dabei stehen, wie es in 9(a) dargestellt
ist, die Köpfe
der säulenartigen
Bereiche 28c des beweglichen Gesenks 28b vom Boden
der Vertiefung 28d des stationären unteren Gesenks 28a vor,
und das obere Gesenk 22 ist in die Vertiefung 28d des
stationären
unteren Gesenks 28a eingeführt. Es wird bevorzugt, dass
der Raum zwischen dem unteren und dem oberen Gesenk 28 bzw. 22 0,5
mm wird, wenn das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 28d des
unteren Gesenks 28 eingeführt ist, wie es oben beschrieben
ist. In diesem Zustand wird das Blech A aus rostfreiem Metall gepresst,
wobei das hydraulische Fluid zwischen den Köpfen der säulenartigen Bereiche 28c des
beweglichen Gesenks 28b und den Ausnehmungen 22b des oberen
Gesenks 22 vorhanden ist, so dass die Vorsprünge 12a des
Blechs A aus rostfreiem Metall in der Gestalt einer Anzahl von beabstandeten
Vorsprüngen 12b umgeformt
werden, wie es in 9(b) gezeigt ist.
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In
einem fünften
Schritt des Herstellungsvorgangs wird das obere Gesenk 22 nach
unten mit dem inneren Gleitstück 24 in
einem Zustand bewegt, in dem das hydraulische Fluid vollständig aus
der Vertiefung 28d des stationären unteren Gesenks 28a abgeführt ist.
Dabei wird, wie es in 10(a) gezeigt
ist, das obere Gesenk 22 in die Vertiefung 28d des
unteren Gesenks 28a eingeführt, bis es am unteren Totpunkt
ankommt. In dieser abschließenden
Stufe werden die Vorsprünge 12b des
Blechs A aus rostfreiem Metall erneut gepresst und deformiert in
die Gestalt von beabstandeten Vorsprüngen 12, wie es in 10(b) gezeigt ist. Somit wird das Blech, das mit den
beabstandeten Vorsprüngen 12 geformt
ist, hergestellt.
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Da
bei dem Herstellungsvorgang das Blech aus rostfreiem Metall unter
dem Vorhandensein des hydraulischen Fluids zwischen dem unteren
und dem oberen Gesenk 28 bzw. 22 gepresst wird
und unter Druck in einem Zustand deformiert wird, in dem das hydraulische
Fluid nach und nach in zwei Schritten abgeführt wird, kann das Blech A
aus rostfreiem Metall mit den beabstandeten Vorsprüngen 12 geformt werden,
ohne dass irgendein Riss oder eine Verwindung und Scherabfälle an jeder
Schulter und jedem Fuß der
Vorsprünge
hervorgerufen werden.
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Bei
einer praktischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das untere Gesenk 21 oder 28 in
der hydraulischen Presse 20 oder 20A durch das
obere Gesenk 22 ausgetauscht sein, während das obere Gesenk 22 mit
dem unteren Gesenk 21 oder 28 ausgetauscht ist.
In einem solchen Fall wird die Luft aus einem Raum zwischen dem
Metallblech und der Vertiefung des oberen Gesenks in einem Zustand
abgelassen, in dem das Metallblech fest durch das obere und das
untere Gesenk gehalten ist, und das Hydraulikfluid wird in den Raum
derartig zugeführt,
dass das Eindringen der Luft in die Vertiefung des oberen Gesenks
in einem Zustand, in dem die Vertiefung mit dem hydraulischen Fluid
gefüllt
ist, verhindert wird.