CN104588526A - 薄壁部的冷锻方法及防爆阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由足够厚的金属原板直接形成设定厚度的薄壁部的冷锻方法和防爆阀。使剪切加工金属原板的上下模的各个刃侧面以规定的间隙δ进行重叠，利用上下模的各个刃侧面在金属原板上沿着加工方向形成留下了设定厚度t2的剪切面，并且以重叠的部位来压缩金属原板至进行加工硬化，在剪切面之间形成水平方向宽度δ、设定厚度t2的薄壁部。薄壁部的两侧的金属原板通过形成断裂面，在制成薄壁部的加工中无需向两侧压入，能以轻加工负荷形成压缩加工率高的薄壁部。

Description

薄壁部的冷锻方法及防爆阀

技术领域

本发明涉及在上下模间压缩金属原板的一部分至进行加工硬化而制成薄壁部的薄壁部的冷锻方法及防爆阀，更详细地，涉及在金属原板的一部分处形成比金属原板的厚度足够薄的设定厚度的薄壁部的薄壁部的冷锻方法及防爆阀。

背景技术

锂离子电池等二次电池将由金属板构成的盖体与内部容纳了电解质的电池壳体的开口周缘焊接，覆盖电池壳体的开口。近年来，这样的二次电池由于用于装载于混合动力车等用途而被期望轻量化，将以往以不锈钢形成的盖体以由铝合金构成的金属板形成。然而，因为铝合金比不锈钢纵弹性系数小，盖体容易因内压而向外部挠曲，所以必须设为一定以上的厚度而确保其刚性，进而，为了将电池壳体内完全密封而防止漏液，将其与电池壳体之间稳固地焊接并固定，需要在盖体上设置沿着其厚度方向的尽量长的与电池壳体之间的焊接余量，由于这些理由，由铝合金构成的盖体的厚度为1mm左右。

另一方面，因为二次电池因热或冲击而会有电池内的内压异常上升而爆炸的危险，所以在盖体的一部分处形成有在预先规定的内压下断裂的防爆阀。防爆阀用比形成周围的盖体的金属板薄的厚度的薄壁部进行修边，薄壁部的厚度设定成在电池壳体内的内压上升至设定内压时断裂，例如，在0.7～1MPa的内压下使薄壁部断裂的情况下，其厚度设定为30μm。

以往，作为在规定的厚度的金属原板的一部分处形成设定的厚度的薄壁部的加工方法，已知有如图11所示，使上下模101、102间以规定的间隙δ进行重叠，以为了用于挤压成型而将重叠的台肩的部分101a、102a设为弯曲面R的上下模101、102来按压加工金属原板110，一边将按压加工部分的金属材料向两侧挤压一边形成薄壁部111的加工方法(第一加工方法)(专利文献1)。

另外，作为在金属原板的一部分处形成设定的厚度的薄壁部的其他加工方法，还已知有如图12所示，将金属原板120配置于下模126的平坦部位的上方，从上方将加工成V字形的上模125的尖锐刃向金属原板120压入，在形成为剖面V字形的凹槽的最下端形成设定厚度的薄壁部121、122的加工方法(第二加工方法)(专利文献2)。

第二加工方法为在由铝合金板构成的电池壳体用盖的防爆阀上形成设定厚度的薄壁部的加工方法，形成将由厚度1～3mm的铝合金构成的盖体130的一部分延伸成型的厚度0.3mm的一次薄板部120，以具有V字形凸起的冲头125与冲模126夹住，在一次薄板部120上形成50μm左右的设定厚度的薄壁部121、122(参照图13)。因压入V字形凸起而产生的一次薄板部120的剩余部分被挤压向其两侧的溢流部123、124。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-108756号公报

专利文献2：日本特开2012-109222号公报

然而，因为上述的任一个第一、第二加工方法都是将制成薄壁部的部位的两侧的剩余部分向其两侧的金属板部内压入而加工薄壁部，所以加工前的金属原板的厚度越厚则剩余部分的体积越是增加，通过将剩余部分向薄壁部的两侧压入而产生的变形阻力增大，立刻会达到加工模具有破损可能的极限加工负荷。

因此，即使是上述的任一加工方法，在形成设定厚度t2的厚度的薄壁部的情况下，都必须由设定厚度t2的至少10倍不到的厚度t1的金属原板来进行加工。例如，在第一加工方法中，形成设定厚度t2为35～65μm的薄壁部的金属板的厚度t1为0.15～0.25mm，不能由0.35mm以上厚度的金属板来进行加工；在第二现有加工方法中，形成设定厚度t2为约50μm的薄壁部的金属板的厚度t1为0.3mm，不能由0.5mm以上的厚度的金属板来进行加工。

在为了将防爆阀形成于盖体而在盖体的一部分处加工薄壁部121、122的第二加工方法中，为了在规定的电池壳体内的内压下使薄壁部121、122断裂，薄壁部121、122的设定厚度t2定为约50μm，与此相对，由于盖体130的厚度像上述那样，需要沿着作为盖体的强度和厚度方向设置一定长度的与电池壳体的焊接余量，因此需要设为至少1mm以上。因此，不能由盖体130来直接加工薄壁部121、122，将盖体130的一部分以冲头和冲模夹着进行延伸成型，由盖体形成厚度0.3mm的一次薄板部120，矫正加工因延伸成型而产生的剩余部分后，由厚度0.3mm的一次薄板部120形成50μm左右的设定厚度的薄壁部121、122。

进而，因为需要使在形成一次薄板部120或薄壁部121、122时产生的剩余部分吸收到盖体130或一次薄板部120的一部分处，所以或在冲头125的加工面上形成容纳溢流部123、124的凹部，或需要在盖体上形成多个折叠部131的翻折工序等，在加工薄壁部之外还需要有多个复杂的加工工序，加工成本上升，并且因为在盖体的表面上形成折叠部的凹凸，所以损害外观并且有弄伤手指等的可能。

因此，一般虽然由与盖体有别的金属板形成防爆阀的薄壁部，将形成防爆阀的金属板与盖体焊接而固定，然而另需防止来自电池壳体内的漏液、牢固地将形成防爆阀的金属板与盖体接合以使其不在规定的内压下断裂的复杂的焊接工序，加工成本同样上升。

另外，即使是上述的任一个第一、第二加工方法都无法高精度地形成设定厚度t2的薄壁部。例如，在第一加工方法中，因为在设为弯曲面R的上下模101、102的台肩的部分101a、102a之间形成薄壁部，所以即使高精度地形成了弯曲面R，上下模101、102间的间隙δ即使产生些许误差，也会表现为薄壁部111的厚度的误差。另外，虽然为了利用台肩的部分101a、102a的弯曲面R将金属原板110的剩余部分顺利地向两侧挤压，在冲压成型前将油涂覆于金属原板110的正反面，然而因为油不与金属原板110一体被向两侧挤压，所以在薄壁部111与台肩的部分101a、102a之间留下的油的量会有不均，体现为薄壁部111的厚度误差。

另外，在第二加工方法中，虽然在加工薄壁部121、122时将向其两侧拱起的剩余部分挤压向溢流部123、124，然而由于在溢流部123、124与薄壁部121、122之间留下的剩余部分残留于冲头125与冲模126的间隙中，无法正确地控制冲头125的下压行程，因此无法高精度地加工设定厚度的薄壁部121、122。

特别是在为了轻量化而采用铝合金的电池壳体的盖体上，形成薄壁部在设定内压下断裂的防爆阀的情况下，虽然需要将薄壁部的设定厚度t2设为50μm左右，然而因为根据薄壁部的厚度，断裂的内压会大大地变化，所以要求数μm的公差，在第一、第二加工方法中，稳定地制造该公差内的厚度的薄壁部是极其困难的，制造成品率差。

进而，在以第二加工方法来加工防爆阀的薄壁部121、122的情况下，因为在薄壁部121、122的两侧形成利用剩余部分形成的波形部分或翻折部分，所以若电池壳体内的内压上升则这些部分弯曲而薄壁部121、122相对于内压方向(竖直方向)倾斜，即使以公差内的设定厚度形成薄壁部，也会有在设定内压下不断裂的可能。

发明内容

本发明是考虑到这样的以往的问题点而完成的，其目的在于提供一种由足够厚的金属原板来直接形成设定厚度的薄壁部的薄壁部的冷锻方法。

其目的在于提供一种由金属原板来高精度地形成设定厚度的薄壁部的薄壁部的冷锻方法。

其目的在于提供一种由覆盖电池壳体的要求有一定厚度的盖体来高精度地形成薄壁部的薄壁部的冷锻方法及防爆阀。

用于解决问题的方案

为了达成上述目的，在技术方案1中所述的薄壁部的冷锻方法是以上下模来冲压加工厚度t1的金属原板，在金属原板的一部分处形成比厚度t1足够薄的设定厚度t2的薄壁部的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，在使剪切加工金属原板的上下模的各个刃侧面沿着水平方向以规定的间隙δ进行重叠，在上下模之间设置了厚度t1的金属原板后，对上下模间施加加工负荷P，利用各个刃侧面在金属原板上沿着加工方向形成留下了设定厚度t2的剪切面，并且以上下模重叠的部位来压缩金属原板至进行加工硬化，在剪切面之间形成水平方向宽度δ、设定厚度t2的薄壁部。

利用以规定的间隙δ进行重叠的上下模的刃侧面来剪切厚度t1的金属原板，形成留下了设定厚度t2的剪切面。上下模重叠的部位的两侧的金属原板因为不成为向形成薄壁部的两侧挤压的剩余部分，所以在由厚度t1的金属原板压缩成足够薄的设定厚度t2的薄壁部时的变形阻力不会大幅增加，会以上下模不破损的极限加工负荷Pmax以下的加工负荷P形成压缩加工率高的薄壁部。

技术方案2中所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，根据由厚度t1的金属原板加工至设定厚度t2时的加工负荷P，求出薄壁部不断裂的最小间隙δmin，将间隙δ至少比最小间隙δmin长地设定为其附近长度的间隙δms。

上下模的重叠的间隙δ越短，由厚度t1的金属原板来形成设定厚度t2的薄壁部的剩余部分的体积越是减少，会以轻加工负荷P来形成设定厚度t2的薄壁部。另一方面，最小间隙δmin以下的间隙δ会有以上下模的重叠部位来被压缩的金属原板在被压缩至设定厚度t2之前，在加工负荷P之下断裂的可能。若将间隙δ至少比最小间隙δmin长地设为其附近长度的间隙δms，则可以轻加工负荷来形成设定厚度t2的薄壁部。

技术方案3中所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，在能以对上下模间施加的极限加工负荷Pmax以下的试验加工负荷Pt，由厚度t1的金属原板加工至设定厚度t2的情况下，将因试验加工负荷Pt在厚度t2的薄壁部的竖直面产生的剪应力设为τt，将金属原板的剪切强度设为τmax，根据

δmin＝t2·(τt²/τmax²-1)^1/2……(1)式

求出最小间隙δmin。

因为设定厚度t2和金属原板的剪切强度τmax为已知的值，τt根据实测得到的试验加工负荷Pt以及沿着试验加工负荷Pt的加工方向的厚度t2的薄壁部的竖直面的纵截面积Sv而由Pt/Sv来得到，所以根据

δmin＝t2·(τt²/τmax²-1)^1/2……(1)式，

可得到可在试验加工负荷Pt之下使薄壁部不断裂地可靠地加工至设定厚度t2的最小间隙δmin。

技术方案4中所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，将以试验加工负荷Pt，由厚度t1的金属原板加工至设定厚度t2时的间隙δ设为最大间隙δmax，在最小间隙δmin与最大间隙δmax之间设定间隙δ。

因为上下模以比最大间隙δmax短的间隙δs进行重叠，所以能以极限加工负荷Pmax以下的加工负荷P压缩厚度t1的金属原板至设定厚度t2，另外，因为间隙δs比通过加工至设定厚度t2时的加工负荷P而薄壁部不断裂的最小间隙间隙δmin长，所以能不使薄壁部断裂地加工至设定厚度t2。

技术方案5中所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，由厚度t1的金属原板形成将在内部密封并容纳电解质的电池壳体的开口覆盖的盖体，并且将形成于盖体的一部分处的防爆阀的至少轮廓的一部分利用薄壁部形成，将薄壁部的设定厚度t2设定为在电池壳体内的内压上升至规定的异常值时使薄壁部断裂的厚度。

可由其十倍以上的厚度t1的电池壳体的盖体，通过一次冷锻工序形成设定为规定厚度t2以使之在规定的异常值之下断裂的防爆阀的薄壁部。因为将盖体设为足够厚的厚度t1，所以盖体不会因电池壳体的内压而弯曲，能在盖体上形成足够长的与电池壳体的焊接余量，与电池壳体稳固地固定，能将电池壳体内密封。

另外，因为能将防爆阀的薄壁部高精度地形成为设定厚度t2，所以能成品率良好地制造在设定内压下可靠地断裂的防爆阀。

技术方案6中所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，薄壁部沿着将盖体的短尺寸方向宽度设为直径的假想圆形区域内的闭环，以所述间隙δ的宽度形成，闭环的长度比假想圆形区域的圆周长。

防爆阀形成于盖体的有限的假想圆形区域内，若是相同的加工负荷P，则比起在假想圆形区域内沿着纯圆的轮廓形成的薄壁部，在沿着闭环形成的薄壁部产生的最大剪应力τθ小。因此，若是相同的加工负荷P，则即使将间隙δ设得更短，薄壁部也不会因加工负荷P而断裂。

技术方案7中所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，金属原板由铝合金构成。

因为盖体由铝合金形成，所以能将二次电池轻量化。

即使用纵弹性系数E比较低的铝合金来形成盖体，因为能将其厚度t1设得足够厚，所以也难以因内压而向外部挠曲。

技术方案8中所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，从薄壁部向电池壳体的外部突出地形成的防爆阀的外侧面，经由形成于防爆阀周围的环状凹部而露出到环状凹部周围的盖体的外侧面的同一面或其内侧。

防爆阀因为从薄壁部向电池壳体的外部突出地形成，所以配设于承受电池壳体的内压而易断裂的方向。

防爆阀的外周面因为不从盖体的外周面向外部突出，所以手指或异物难以触及。

技术方案9中所述的防爆阀，在将在内部密封并容纳电解质的电池壳体的开口覆盖的、由厚度t1的金属原板形成的盖体上，经由设定为比厚度t1足够薄的、在电池壳体内的内压上升至规定的异常值时断裂的设定厚度t2的薄壁部而一体地形成，所述防爆阀的特征在于，各个刃侧面沿着水平方向以规定的间隙δ进行重叠并对夹持盖体的上下模间施加竖直方向的加工负荷P，在利用各个刃侧面留下设定厚度t2地剪切加工盖体而形成的剪切面之间，利用上下模重叠的部位将盖体冷锻成设定厚度t2的厚度而形成薄壁部。

若对夹持盖体的上下模间施加竖直方向的加工负荷P，则以规定的间隙δ进行重叠的上下模的刃侧面剪切厚度t1的盖体，形成留下了设定厚度t2的剪切面，在此期间，形成以上下模重叠的部位压缩并冷锻的设定厚度t2的薄壁部。因为重叠的两侧盖体的部分不成为向薄壁部的两侧挤压的剩余部分，所以在由厚度t1的盖体压缩至足够薄的设定厚度t2的薄壁部时的变形阻力不会大幅增加，会以上下模不破损的极限加工负荷Pmax以下的加工负荷P形成压缩加工率高的薄壁部。

技术方案10中所述的防爆阀，其特征在于，薄壁部沿着将盖体的短尺寸方向宽度设为直径的假想圆形区域内的闭环，以间隙δ的宽度形成，闭环的长度比假想圆形区域的圆周长。

防爆阀形成于盖体的有限的假想圆形区域内，若是相同的加工负荷P，则比起在假想圆形区域内沿着圆形的轮廓形成的薄壁部，在沿着闭环形成的薄壁部产生的最大剪应力τθ小。因此，若是相同的加工负荷P，则即使将间隙δ设得更短，薄壁部也不因加工负荷P而断裂。

发明的效果

根据技术方案1的发明，不会大幅改造剪切加工金属原板的冲压成型机的上下模的构造，仅通过变更其间隙，就能由金属原板的一部分形成压缩加工率高的薄壁部。

另外，因为利用上下模的各个刃侧面一边剪切制成薄壁部的两侧，一边锻造薄壁部，所以利用模具向侧面的金属原板内挤压的剩余部分的体积小，能以低加工负荷P形成薄壁部。

另外，因为冷锻的薄壁部的厚度能只通过上下模的竖直方向的行程来管理，所以能高精度地加工设定厚度t2的薄壁部。

即使在冷锻前将油涂覆于金属原板的正反面，以上下模来挤压向加工区域的两侧的油的量也大致为定量，能考虑残存于薄壁部的油的厚度地高精度地加工设定厚度t2的薄壁部。

根据技术方案2的发明，能由厚度t1的金属原板，以低加工负荷P形成足够薄的设定厚度t2的薄壁部，若是相同的加工负荷P，则能用比厚度t1更厚的金属原板来形成设定厚度t2的薄壁部。

根据技术方案3的发明，即使得不到薄壁部不断裂的边界值即真正的断裂极限间隙δlim，也会根据已知的金属原板的剪切强度τmax和设定厚度t2、以及因可实测的试验加工负荷Pt在厚度t2的薄壁部的竖直面产生的剪应力τt，得到可靠地不使薄壁部断裂的最小间隙δmin。

根据技术方案4的发明，不会有使上下模破损的可能，能根据加工条件从一定的间隔中任意选择能不会断裂地加工至设定厚度t2的间隙δ。

根据技术方案5的发明，因为能由其十倍以上的厚度t1的金属原板一体地形成设定厚度t2的薄壁部，所以能由要求有其十倍以上的厚度的电池壳体的盖体，通过一次冷锻工序来形成防爆阀的薄壁部。

另外，因为能高精度地形成防爆阀的设定厚度t2的薄壁部，所以能形成在设定内压下可靠地断裂的防爆阀。

根据技术方案6和技术方案10的发明，因为防爆阀形成于盖体的有限的假想圆形区域内，所以不会妨碍将电极等其他构件配置于盖体。

形成于有限的假想圆形区域内的薄壁部难以因冷锻工序而断裂。

根据技术方案7的发明，电池壳体的盖体不会承受内压而向外部挠曲，能实现轻量化。

根据技术方案8的发明，即使将防爆阀配设于承受电池壳体的内压而容易断裂的方向，也不会有手指或异物触及而受伤或破损的可能。

根据技术方案9的发明，能由其十倍以上的厚度t1的电池壳体的盖体，通过一次冷锻工序形成设定为设定厚度t2以使之在规定的异常值之下断裂的薄壁部。因为将盖体设为足够厚的厚度t1，所以盖体不会因电池壳体的内压而弯曲，另外，能在盖体上形成足够长的与电池壳体的焊接余量，与电池壳体稳固地固定，将电池壳体内密封。

附图说明

图1是利用本发明的一个实施方式的薄壁部的冷锻方法1形成了薄壁部11的盖体10的俯视图。

图2是盖体10的纵剖图。

图3是表示本发明的一个实施方式的防爆阀12的图2的重要部分放大图。

图4是表示盖体10的焊接余量13的图2的重要部分放大图。

图5是表示将金属原板4设置在冲头2与冲模3之间的状态的薄壁部的冷锻方法1的重要部分放大剖视图。

图6是将金属原板4剪切加工中的薄壁部的冷锻方法1的重要部分放大剖视图。

图7是将薄壁部11冷锻了的薄壁部的冷锻方法1的重要部分放大剖视图。

图8是测定薄壁部21断裂的内压的金属原板20的俯视图。

图9是表示将金属原板4设置在冲头2与冲模3之间而进行切断的冲压加工的重要部分放大剖视图。

图10是表示因加工负荷P在薄壁部11产生的剪应力τθ的说明图。

图11是表示以往的第一加工方法的重要部分放大剖视图。

图12是表示以往的第二加工方法的重要部分剖视图。

图13是表示以第二加工方法形成的薄壁部121、122的重要部分放大剖视图。

具体实施方式

以下，使用图1～图10来说明本发明的一个实施方式的薄壁部的冷锻方法1和以冷锻方法1形成的本发明的一个实施方式的防爆阀12。在本实施方式中，在形成于将电池壳体14的开口14a覆盖的盖体10的中央处的防爆阀12的边缘处，由构成盖体10的厚度t1的金属原板4来冷锻比厚度t1足够薄的设定厚度t2的薄壁部11，并利用在通过冲压加工切断金属原板4的用途中使用的上下模2、3来冷锻薄壁部11。

在以上下模2、3将金属原板4沿着规定的切断面Sc进行切断的情况下，如图9所示，交叉配置上下模2、3，以使模具的成为下模的冲模3的刃侧面3a与成为上模的冲头2的刃侧面2a沿着切断面Sc配置，从载置于冲模3的金属原板4的上方下压冲头2，沿着切断面Sc使超过金属原板4的剪切强度的剪应力产生，在切断面Sc使之断裂。

在该金属原板4的剪切加工中，因为若冲模3与冲头2的一部分在上下方向上重叠，则金属原板4的一部分在重叠的冲模3与冲头2之间被压缩了的薄壁部作为所谓的毛边而残留于切断面Sc上，所以通常将冲模3的刃侧面3a与冲头2的刃侧面2a在水平方向上以微小的间隙(-δ)隔开而将冲头2配置于冲模3的上方。

在本实施方式中，反过来使金属原板4的进行剪切加工的冲模3与冲头2以规定的间隙δ来进行重叠，以重叠的部位来压缩加工金属原板4而形成薄壁部11。然而，因为成为金属原板4的原材料的金属，在被压缩的弹性区域中其体积减少至大致原先的80％后，在塑性变形区域中体积不变，所以必须将因在重叠的冲模3与冲头2之间形成薄壁部而产生的金属原板4的剩余部分，在压缩加工中挤压向其两侧的金属原板4内。因此，因为薄壁部11上压缩的变形阻力增大，对冲模3与冲头2之间施加的加工负荷P上升，会有使上下模2、3损伤的可能，所以一般进行剪切加工的冲模3与冲头2不用于制成薄壁部11的压缩加工。

虽然因为剩余部分的体积与冲模3和冲头2重叠的间隙δ成比例，所以只要使间隙δ减小，就也能使将剩余部分挤压向其两侧的加工负荷降低，然而反过来当间隙δ为一定长度以下时，薄壁部就会因对薄壁部进行加工的加工负荷而断裂。

如以示出了对薄壁部11施加的加工负荷P的图10的说明图将此说明，则在对冲模3以加工负荷P来下压冲头2而压缩至设定厚度t2的薄壁部11时，薄壁部11被沿着图中的刃侧面3a的右侧从冲头2朝着下方的加工负荷P进行作用，并且被沿着刃侧面2a的左侧从冲模3朝着上方的加工负荷P所相当的反力P作用。因该向反方向作用的加工负荷P在薄壁部11产生的最大剪应力τθ被认为是沿着薄壁部的对角线上的截面Sθ产生，若将薄壁部11的厚度设为t2，将冲模3与冲头2在竖直方向上重叠的间隙(薄壁部11的水平方向宽度)设为δ，将因加工负荷P而产生的沿着薄壁部11的加工方向的纵截面的剪应力设为τp，则以τθ＝τp·t2/(t2²+δ²)^1/2……(2)式来表示。

剪应力τp作为薄壁部11的加工方向的纵截面的纵截面积Sv(此处为沿着防爆阀12的边缘的长度l与设定厚度t2的积)，以P/Sv来表示，因为与加工负荷P成比例，所以当该剪应力τθ为超过金属原板的剪切强度τmax的τθ＝τp·t2/(t2²+δ²)^1/2≥τmax……(3)式时，薄壁部11会因对薄壁部11施加的加工负荷P而断裂。

因为若加工目标即薄壁部11的设定厚度t2为一定，则在压缩加工至薄壁部11时的加工负荷P、以及因加工负荷P而产生的剪应力τp为一定，所以(3)式中，在加工同样的设定厚度t2的薄壁部11的情况下，上下模2、3的间隙δ越是减小，在薄壁部11产生的剪应力τθ越是增加，若间隙δ为满足t2·(τp²/τmax²-1)^1/2＝δlim……(4)式的断裂极限间隙δlim以下，则会超过剪切强度τmax而在薄壁部11的部位处断裂。

根据以上，认为无论将使剪切加工金属原板的冲压成型模具2、3的进行重叠的间隙δ设长或设短，由金属原板4直接冷锻薄壁部11都是困难的，特别是因为剩余部分的体积增加而使加工负荷P增加，所以认为无法由压缩加工率(将压缩加工前的金属原板的厚度设为t1，相对于将设为加工目标的薄壁部11的设定厚度t2，以100(t1-t2)/t1来表示的比率)为90％以上的厚度t1的金属原板4来压缩加工薄壁部11。

然而，本申请的发明人反复进行各种实验，发现若在能由厚度t1的金属原板4以对上下模2、3间施加的极限加工负荷Pmax以下的加工负荷P来加工至设定厚度t2的薄壁部11的最大间隙δmax、以及在加工设定厚度t2的薄壁部11的加工负荷P之下薄壁部11不断裂的最小间隙δmin之间，设定使上下模2、3重叠的间隙δs，就能以极限加工负荷Pmax内的加工负荷P来加工压缩加工率超过90％的薄壁部11，达成了本发明。

下面，对能由厚度t1的金属原板4冷锻压缩加工率为90％以上的设定厚度t2的薄壁部11的上下模2、3的间隙δs的设定方法进行说明。

(A)首先，如图5所示，使成为模具的下模的冲模3的刃侧面3a与成为上模的冲头2的刃侧面2a在竖直方向上以规定的间隙δs进行重叠而交叉配置冲模3与冲头2，将金属原板4配置于其间，对冲头2朝着下方的冲模3的方向施加比上下模2、3有破损可能的极限加工负荷Pmax稍小的预测加工负荷Pa，进行是否能由厚度t1的金属原板加工至设定厚度t2的薄壁部11的试验。

(B)在能加工至设定厚度t2的薄壁部的情况下，将在(A)中设定了的间隙δs稍稍延长，反复进行同样的试验加工，求出在预测加工负荷Pa之下可加工设定厚度t2的薄壁部11的最大间隙δmax，将此时的预测加工负荷Pa设为试验加工负荷Pt。

(C)在以(A)的试验加工中的预测加工负荷Pa来形成薄壁部11之前压缩加工部分断裂了的情况下，将在(A)中设定了的间隙δs稍稍延长，反复进行同样的试验加工，在变成了能加工至设定厚度t2的薄壁部11的情况下，反复进行(B)的试验加工，得到最大间隙δmax和试验加工负荷Pt。在反复进行将设定了的间隙δs稍稍延长的同样的试验加工期间，在预测加工负荷Pa上升，无法加工至设定厚度t2的薄壁部11的情况下，判断为无法由金属原板的厚度t1来进行加工，研究由比厚度t1薄的金属原板4的加工。

(D)在(A)的试验加工中，在预测加工负荷Pa上升，无法加工至设定厚度t2的薄壁部11的情况下，将在(A)中设定的间隙δs稍稍缩小，反复进行同样的试验加工，在变成了能加工至设定厚度t2的薄壁部11的情况下，将这时的预测加工负荷Pa设为试验加工负荷Pt，将变成可加工时的间隙δ设为最大间隙δmax。即使在使间隙δs稍稍缩小，反复进行同样的试验加工期间，在以预测加工负荷Pa形成薄壁部11之前压缩加工部分断裂的情况下，也判断为无法由金属原板的厚度t1来进行加工，研究由比厚度t1薄的金属原板4的加工。

(E)接着，求出能由厚度t1的金属原板，以试验加工负荷Pt来不使之断裂地加工至设定厚度t2的薄壁部11的最小间隙δmin。若将薄壁部11的设定厚度设为t2，将间隙设为δ，将因试验加工负荷而产生的沿着薄壁部11的加工方向的纵截面的剪应力设为τt，则根据(3)式，薄壁部11不断裂的条件为

τt·t2/(t2²+δ²)^1/2＜τmax……(5)式。

若将该(5)式对间隙δ进行变形，则为

δ＞t2·(τt²/τmax²-1)^1/2……(6)式，

根据(6)式，能以试验加工负荷Pt来不使之断裂地加工至设定厚度t2的薄壁部11的最小间隙δmin为

δmin＝t2·(τt²/τmax²-1)^1/2……(1)式。

因为在(1)式中，因试验加工负荷Pt而产生的沿着薄壁部11的加工方向的纵截面的剪应力τt，是根据设定厚度t2的薄壁部11的竖直面的纵截面积Sv以及上述实测后的试验加工负荷Pt而以Pt/Sv来得到的常数，设定厚度t2与金属原板4的剪切强度τmax为已知的值，所以只要在根据(1)式推算的最小间隙δmin、以及根据(B)～(D)得到的最大间隙δmax的范围内设定间隙δs，就能以由(B)～(D)得到的试验加工负荷Pt来可靠地由厚度t1的金属原板4来压缩加工设定厚度t2的薄壁部11。

若在该范围内将间隙δ设定为比最大间隙δmax小宽度的最小间隙δmin附近的间隙δms，则至少比起以最大间隙δmax来压缩加工，向两侧挤压的剩余部分的体积减小，能以比起以最大间隙δmax加工至薄壁部11时的试验加工负荷Pt低的加工负荷Pms来加工设定厚度t2的薄壁部11。因此，本实施方式将上下模2、3的间隙δ设定为间隙δms而加工薄壁部11。

此处，对根据本实施方式的薄壁部的冷锻方法1，在形成薄壁部11的盖体10与盖体10的中央处形成的本实施方式的防爆阀12的结构进行说明。由于盖体10将电池壳体14的细长带状的开口14a密闭并覆盖，因此如图1所示形成为细长带状，通过在其大致中央处，在以短尺寸方向宽度为直径的假想圆形区域内沿着蝶形的闭环的轮廓形成薄壁部11而形成防爆阀12。

因为防爆阀12形成于盖体10的大致中央的有限的假想圆形区域内，所以将电极等其他构件配置于盖体10的配置空间不会受制约。

另外，因为通过沿着蝶形的闭环的轮廓形成薄壁部11，比起在假想圆形区域内沿着圆形的轮廓形成，薄壁部11的长度变长，所以产生最大剪应力τθ的薄壁部11的对角线上的截面Sθ(参照图10)的面积变大。其结果是，因为若是相同的试验加工负荷Pt，则最大剪应力τθ变得更小，所以薄壁部11变得难以断裂，因为根据(1)式推算的最小间隙δmin变得更小宽度，所以能扩大间隙δms的设定范围。

盖体10为了防止来自电池壳体14内的漏液，将在底面侧的周围垂直设置为框状的焊接余量13与电池壳体14的开口14a的周围的内侧面焊接，在完全密封电池壳体14内的状态下固定在电池壳体14上。另一方面，形成盖体10的金属原板4虽然为了使二次电池整体的重量轻量化而从以往的不锈钢以更轻量的铝合金来形成，然而因为铝合金的纵弹性系数E小，所以容易因电池壳体14内的内压而向外部弯曲，另外，因为将上述焊接余量13从其壁厚挤压来形成，所以需要将其厚度t1至少设为0.8mm以上，此处由厚度0.84mm的金属原板4来形成盖体10。

另一方面，形成防爆阀12的轮廓的薄壁部11设定为0.03mm的设定厚度t2，以使之在电池壳体14内的内压为0.45MPa～1.0MPa的范围内断裂。也就是说，将设为加工目标的设定厚度t2为0.03mm的薄壁部11，由其十倍以上的厚度t1为0.84mm的盖体10来进行压缩加工。

如图2、图3所示，蝶形的防爆阀12的周围以椭圆形的环状凹部15来包围，经由薄壁部11向电池壳体14的外部突出的防爆阀12的表面12a经由环状凹部15而露出到与其外侧的盖体10的表面相同的面上。因此，防爆阀12突出到因电池壳体14的内压上升而使薄壁部11容易断裂的方向即薄壁部11的外部，并且因为即使向外部突出也不从盖体10的表面突出，所以不会有异物或手指被薄壁部11卡住的可能。

盖体10的加工工序在通过本实施方式的薄壁部的冷锻方法1，由盖体10来形成防爆阀12的薄壁部11后，形成环状凹部15、焊接余量13、以及一对电极等，冲压加工成图1所示的盖体10的环状。

图5～图7表示由金属原板4(盖体10)来冷锻薄壁部11的工序，首先，使沿着图1所示的蝶形的防爆阀12的轮廓形成的冲头2的刃侧面2a的轮廓和冲模3的刃侧面3a的轮廓，在水平方向上以间隙δms的宽度在竖直方向上重叠成环状并上下配置，如图5所示，在其间配置形成盖体10的0.84mm的厚度t1的金属原板4。因为在用厚度t1为0.84mm的由铝合金构成的金属原板4来加工设定厚度t2为0.03mm的薄壁部11的加工负荷Pms之下薄壁部11不断裂的最小间隙δmin为大致不足0.02mm，所以在此将间隙δms设定为0.02mm。

接着，朝着冲模3的方向的下方对冲头2施加将上限设为试验加工负荷Pt的加工负荷Pms，以冲头2与冲模3的重叠的间隙δms的部分来压缩金属原板4。随着压缩金属原板4的冲头2的下降，如图6所示，冲头2与冲模3的各个刃侧面2a、3a剪切间隙δms两侧的金属原板4，在间隙δms的两侧形成剪切面4a、4b，并且以间隙δms的部位来超过弹性区域地被压缩的金属原板4的剩余部分被挤压向超出剪切面4a、4b的两侧。

在该压缩加工中，以间隙δms的部分被压缩的金属原板4的剩余部分因为间隙δms微小成0.02mm所以为微量，进而，因为间隙δms的部分的两侧的金属原板4不成为需要利用冲头2的下降来挤压的剩余部分，所以如图7所示，以试验加工负荷Pt以下的低加工负荷Pms来使间隙δms的部位的金属原板4加工硬化，能压缩至制成0.03mm的设定厚度t2的薄壁部11。另外，因为被挤压向超过剪切面4a、4b的两侧的剩余部分为微量，所以被薄壁部11两侧的金属原板4的弹性区域内的收缩所吸收，薄壁部11两侧的金属原板4不会产生拱起部，或弯曲变形。

实施例

以下，将本发明的方法通过实施例来具体表示。

(实施例1)

在用由剪切强度75.4MPa、延伸率22％的铝合金材料形成的纵50mm、横60mm、厚度t1为0.84mm的金属原板，在其中央处冷锻沿着蝶形的防爆阀22的轮廓的设定厚度t2的薄壁部21的加工工序中，使冲头2与冲模3重叠的间隙δs、与将薄壁部21的设定厚度t2作为加工目标而设定的冲头2与冲模3之间的加压方向间隙t2’不同，各加工十片图8所示的取样板20，测定了加工后的薄壁部21的厚度ts。

其后，按照形成了薄壁部21的各个取样板20，留下以图8的圆形虚线包围的试验区域并利用加压试验器的橡胶垫来夹持其周围的两面，在使试验区域的内表面面临充满了氮气的加压试验器的加压室的状态下进行设置，考虑到电池壳体内的内压上升而使加压室内的内压上升至最大1.1MPa，在此期间测定了薄壁部21断裂时的内压。将该测定结果示于表1。

[表1]

如表1所示，若将间隙δs设定为0.02mm以下，则尽管冲头2和冲模3留下加压方向间隙t2’而下降停止，但是加工硬化也会进行，薄壁部21的加工后的厚度ts比设定为设定厚度t2的加压方向间隙t2’薄，无法高精度地加工薄壁部21。

在将设定厚度t2设为0.05mm的冷锻中，0.02mm的间隙δs接近断裂极限间隙δlim，在设定厚度t2为0.03mm且加工负荷P进一步增加的冷锻中，通过加工负荷P而在加压部分产生的剪应力τθ超过取样板20的剪切强度75.4MPa而断裂，无法形成薄壁部21。

另一方面，若将间隙δs从0.10mm扩大致0.15mm，则尽管加压方向间隙t2’为0.03mm不变，但是变形阻力急剧上升而使加工负荷P上升，能推断出其接近了能不使冲头2与冲模3破损地加压的极限加工负荷Pmax。将间隙δs设为0.15mm，若留下0.03mm的加压方向间隙t2’并去除加工负荷P，则已被挤压向薄壁部21的两侧的剩余部分利用两侧的取样板20的弹性而被回推，薄壁部21的厚度ts反而增加至0.04mm。因此，在使间隙δs扩大致加工负荷P接近极限加工负荷Pmax的程度的情况下，也无法高精度地加工薄壁部21。此外，以接近极限加工负荷Pmax的加工负荷P来加工了的厚度ts为0.04mm的薄壁部21即使利用加压试验器而达到可加压的1.1MPa也不断裂。

在将间隙δs设定为0.08mm～0.10mm之间的情况下，加压方向间隙t2’与加工后的设定厚度ts一致，能高精度地加工设定厚度t2的薄壁部21。在该间隙δs的范围内，间隙δs为0.08mm且薄壁部21断裂的内压处于0.48～0.56MPa的范围内，另外，间隙δs为0.10mm且薄壁部21断裂的内压处于0.80～0.98MPa的范围内，如果是若间隙δs变短，则薄壁部21断裂的内压也降低的一样的间隙δs，则薄壁部21断裂的内压间的偏差小。即，薄壁部21虽然进行加工硬化而与加工前的金属原板的物理特性不同，但是若设定厚度t2与间隙δs为一定，则薄壁部21断裂的内压大致唯一地决定，能高品质地制造在电池壳体14的内压上升至设定压力时可靠地断裂的防爆阀22。

(实施例2)

对于钢制的纵50mm、横60mm、厚度t1为0.21mm的钢板，将冲头2与冲模3重叠的间隙δs固定为0.02mm，将冲头2与冲模3之间的加压方向间隙t2’改变为0.03mm和0.05mm，由钢板来制造了各十片薄壁部的设定厚度t2为0.03mm和0.05mm的取样板。

其后，按照形成了薄壁部的各个取样板，与实施例1相同地留下以图8的圆形虚线包围的试验区域并利用加压试验器的橡胶垫来夹持其周围的两面，在使试验区域的内表面面临充满了氮气的加压试验器的加压室的状态下进行设置，使加压室内的内压上升至最大1.1MPa，在此期间测定了薄壁部21断裂时的内压。将该测定结果作为比较例示于表2。

[表2]

利用该实施例2来制成金属原板的钢板被使用于钢制的饮料罐的开罐盖，与实施例1的金属原板的厚度0.84mm相比钢板的厚度t1为0.21mm即1/4的厚度。其结果是，形成设定厚度t2为0.03mm的薄壁部的加工负荷P大幅减小，如表2所示，在实施例1中，即使是在加工中断裂而无法形成薄壁部的0.02mm的间隙δs，也能形成设定厚度t2为0.03mm的薄壁部。

另外，根据表2的测定结果，即使采用钢为金属原板的材料，也能高精度地冷锻设定厚度t2的薄壁部，进而，只要是同样的间隙δs，就能形成断裂的内压的偏差小的薄壁部。

由于在实施例2中使用的钢板是厚度t1为0.21mm的薄壁，因此虽然不适用于电池壳体14的盖体10，但是在饮料罐的开罐盖等需要在规定的内压下使其一部分断裂的用途中，因为在稳定的压力下可靠地断裂，所以能高品质地制造薄壁部。

在上述的实施方式中，虽然以由电池壳体的盖体来形成防爆阀的薄壁部的例子进行了说明，然而只要是在金属原板的一部分处形成比金属原板的厚度足够薄的设定厚度的薄壁部的加工，就能适用本发明。特别是根据本发明，能由罐头的盖体或饮料罐的开罐盖精度良好地形成在规定的力下断裂的薄壁部。

另外，在上述的实施方式中，虽然利用上下模2、3的刃侧面2a、3a来剪切加工金属原板，然而只要是在形成薄壁部的两侧形成剪切面的刃侧面，就也可以为了制造具有耐久性的上下模2、3，而在其一部分处形成保护刃侧面的弯曲面R。

另外，虽然本发明特别适用于相对于薄壁部的设定厚度t2，压缩加工率为90％以上的厚度t1的金属原板的加工，然而即使是压缩加工率不足90％的加工，也能实施本发明的方法。

在上述的各实施方式中，虽然以由铝合金构成的金属原板进行了说明，然而金属原板也可以利用其他金属材料形成。

产业上的可利用性

在金属原板的一部分处形成比金属原板的厚度足够薄的设定厚度的薄壁部的冷锻方法适于在具有厚度的盖体上一体地形成的防爆阀。

附图标记说明

1：薄壁部的冷锻方法；2：冲头(上模)；2a：冲头的刃侧面；3：冲模(下模)；3a：冲模的刃侧面；4：金属原板；4a、4b：剪切面；10：盖体；11：薄壁部；12：防爆阀；14：电池壳体；14a：电池壳体的开口；15：环状凹部；20：取样板；21：薄壁部；22：防爆阀。

Claims (10)

1.一种薄壁部的冷锻方法，以上下模来冲压加工厚度t1的金属原板，在金属原板的一部分处形成比厚度t1足够薄的设定厚度t2的薄壁部，所述薄壁部的冷锻方法的特征在于，

在使剪切加工金属原板的上下模的各个刃侧面沿着水平方向以规定的间隙δ进行重叠，在上下模之间设置了厚度t1的金属原板后，

对上下模之间施加加工负荷P，利用各个刃侧面在所述金属原板上沿着加工方向形成留下了设定厚度t2的剪切面，并且以上下模重叠的部位来压缩金属原板至进行加工硬化，在所述剪切面之间形成水平方向宽度δ、设定厚度t2的薄壁部。

2.根据权利要求1所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，

根据由厚度t1的金属原板加工至设定厚度t2时的加工负荷P，求出薄壁部不断裂的最小间隙δmin，

将间隙δ至少比最小间隙δmin长地设定为其附近长度的间隙δms。

3.根据权利要求2所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，

在能以对上下模间施加的极限加工负荷Pmax以下的试验加工负荷Pt，由厚度t1的金属原板加工至设定厚度t2的情况下，

将因试验加工负荷Pt在厚度t2的薄壁部的竖直面产生的剪应力设为τt，将金属原板的剪切强度设为τmax，根据

δmin＝t2·(τt²/τmax²-1)^1/2……(1)式

求出最小间隙δmin。

4.根据权利要求3所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，

将以试验加工负荷Pt，由厚度t1的金属原板加工至设定厚度t2时的间隙δ设为最大间隙δmax，

在最小间隙δmin与最大间隙δmax之间设定间隙δ。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，

由厚度t1的所述金属原板形成将在内部密封并容纳电解质的电池壳体的开口覆盖的盖体，并且将形成于所述盖体的一部分处的防爆阀的至少轮廓的一部分利用所述薄壁部形成，

将所述薄壁部的设定厚度t2设定为在电池壳体内的内压上升至规定的异常值时使所述薄壁部断裂的厚度。

6.根据权利要求5所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，

所述薄壁部沿着将所述盖体的短尺寸方向宽度设为直径的假想圆形区域内的闭环，以所述间隙δ的宽度形成，

所述闭环的长度比所述假想圆形区域的圆周长。

7.根据权利要求5所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，

所述金属原板由铝合金构成。

8.根据权利要求5所述的薄壁部的冷锻方法，其特征在于，

从所述薄壁部向电池壳体的外部突出地形成的防爆阀的外侧面，经由形成于防爆阀的周围的环状凹部而露出到环状凹部周围的盖体的外侧面的同一面或其内侧。

9.一种防爆阀，在将在内部密封并容纳电解质的电池壳体的开口覆盖的、由厚度t1的金属原板形成的盖体上，经由设定为比厚度t1足够薄的、在电池壳体内的内压上升至规定的异常值时断裂的设定厚度t2的薄壁部而一体地形成，所述防爆阀的特征在于，

各个刃侧面沿着水平方向以规定的间隙δ进行重叠并对夹持所述盖体的上下模间施加竖直方向的加工负荷P，在利用各个刃侧面留下设定厚度t2地剪切加工所述盖体而形成的剪切面之间，利用上下模重叠的部位将所述盖体冷锻成设定厚度t2的厚度而形成所述薄壁部。

10.根据权利要求9所述的防爆阀，其特征在于，

所述薄壁部沿着将所述盖体的短尺寸方向宽度设为直径的假想圆形区域内的闭环，以所述间隙δ的宽度形成，

所述闭环的长度比所述假想圆形区域的圆周长。