CN1496768A - 液压成型工艺、设备和由该工艺形成的燃料电池金属隔板 - Google Patents

Abstract

通过使用液压成型设备(20)，金属板体(11)放置于支撑部分(21b)上，并且下模(21)上形成有充满液压液(A)的空心部分(21a)。接下来，使坯料夹持器(23)下降以与支撑部分(21b)将放置的金属板体(11)的外缘部分夹紧。然后，使上模(22)相对下模(21)降低，以挤压使金属板体(11)的中心部分变形，并压缩液压液A以增加液体压力。通过液压液A的增加的液体压力和成形部分(22a)将肋状凸起部分(12)传递到金属板体(11)上。进一步，使液压液(A)的液体压力保持一段预定时间。然后，释放液压液(A)的增加的液体压力。通过依次执行上述步骤来液压形成金属隔板(10)。液压成型设备(20)能够以简化的模具结构进行较好的液压成型。

Description

液压成型工艺、设备和由该工艺形成的燃料电池金属隔板

技术领域

本发明涉及一种液压成型工艺，其不需要使用复杂的设备，通过增加填充于密封空间内的液体压力来进行液压成型，本发明还涉及用于该工艺的设备以及由该液压成型工艺形成的带有凸起部分的燃料电池的金属隔板。

背景技术

例如下面的专利文献1揭示的液压成型工艺已是公知的。在该公知液压成型工艺中，首先坯料夹持器夹住一块有液体填充形成于下模的空心部分的金属薄板。然后，将其上形成有多个凹入部分的上模下降，并且用压力泵将液体压力升高，从而通过将金属薄板压入在上模上形成的凹入部分而在金属薄板上预成形凸起部分。接下来，降低液体压力，并将上模降低到预定位置来夹紧在上模凹入部分和下模凸起部分之间的金属薄板，这样通过挤压将预定的凸出形状传递到金属薄板上。然后，将液压阀完全打开来降低液体压力，以便上模上升回到原来的位置。这样，根据该公知液压工艺，执行如上所述的过程就可以在金属薄板的表面上形成多个凸凹形状。该公知液压成型工艺适用于本发明实施例中的其上形成有多个凸凹形状的燃料电池的金属隔板。

[专利文献1]

日本未审查专利申请2001-259752号

然而，在预成形金属薄板时，该公知液压成型工艺需要通过压力泵提高液体压力。因此，该液压成型设备必须配备压力泵，这使得液压成型设备的整体结构复杂而且昂贵。

发明内容

本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种通过简单模具结构就能进行液压成型的液压成型工艺和液压成型设备，特别是其优选适用于在诸如燃料电池中的金属隔板等的金属薄板上形成多个凸凹形状。

本发明的特征是将液体密封地填充于置于一动模和一定模之间的一工件的一侧，并且通过向该液体的一容纳部分压下该动模来增加该液体的压力，借此使该工件的一部分朝着形成于该工件另一侧的一成形空间部分变形，从而在该工件上进行成形。据此，可以通过朝着工件的液体容纳部分压下该动模来压缩液体以增加压力。因此不必使用压力泵增加液体压力，从而能够简化模具结构。

本发明的另外一个特征是一种液压成型工艺，用于在置于一上模和一下模之间且其外缘部分被夹紧的板状工件的中心部分上形成凸起部分，包括：第一步将该工件置于该下模的顶端部分上，该下模上形成有充满液体的空心部分，以防止空气进入；第二步使设于该上模外围的坯料夹持器下降，以便通过该坯料夹持器和该下模的顶端部分夹紧置于该下模上的该工件的外缘部分；和第三步使该上模相对于该下模下降，以挤压使该工件的中心部分变形并且压缩该液体以增加其压力，从而通过具有增加的压力的该液体，将形成于该上模上的成形部分的形状传递到该工件上，以形成凸起部分。在这种情况下，可以在第三步后提供第四步用于保持上模，从而在上模成形部分的形状传递给工件之后可将该液体的液压保持一段预定时间。此外，可以在第四步后提供第五步，用于在保持上模以使该液体的液压保持该预定时间之后释放该液体的液压。

据此，上模相对降低来挤压使置于下模顶端部分的工件变形，并且进一步压缩填充形成于下模的空心部分的液体以增加该液体的液压，从而可以提高该液体的液压。这使得在不另外提供压力泵的情况下，很容易地进行高液压加工。此外，形成于上模上的成形部分和增加液压的液体可以在工件上形成预定的形状。

因此，与公知的通过上模的成形部分和下模的成形部分在工件上形成预定形状的情况相比，可以取消增加和降低液体压力的过程以及用上模和下模的挤压过程。因此，可以缩短加工需要的时间(一个周期时间)。

此外，在工件上成形预定的形状之后，可以使该液体的液压保持预定时间。这使得可在预定时间内将高液压均匀地施加于工件的底面，从而，例如，可以消除由于成形引起的变形。因此，可以省略为消除变形的过程，这样可以缩短加工时间。

此外，在该液体的液压保持预定时间之后，可以释放该液体的液压。据此，可以防止在上模上升后由于施加于工件底面的高液压而造成形成于工件上的预定形状(例如，凸凹形状)发生变形，这样能够提高成形精度。

在这些情况下，液体的压缩比率可以不大于3.0×10^-5cm²/kg。此外，液体的粘度可以为100至1500cSt。而且，液体可以是乙二醇与水以预定的比率构成的混合物。此外，工件可以这样成形：对该工件的一侧面进行表面处理且该侧面与该液体接触。

据此，可以通过不大于3.0×10^-5cm²/kg的液体的压缩比率进一步有效地增加该液体的液压。因此可以简化液压成型设备的结构，从而可以降低设备的制造成本。而且，即使在液体压力很高时，粘度范围为100至1500cSt的液体也可以防止液体从诸如工件与下模的顶端部分之间泄漏。据此，可以进一步提高该液体的液压来进行液压成型，从而可以精确地传递上模成形部分的形状，从而能够提高成形精度。此外，可以通过混合很容易获得的乙二醇和水制备该液体，从而可以很容易地制备具有低压缩性和高粘度的液体。此外，可以制备具有低压缩性和高粘度的液体，从而即便液体的压缩性低也可容易地增加该液体压力，从而能够减少动模或上模的冲程(stock)。

此外，工件的成形部分的一侧面仅与液体接触，因此可以防止与液体接触的表面由于与模具(金属)接触而被损坏。因此，由于液压成型时表面处理过的侧面与该液体接触，所以即使在液压成型之前对工件的一侧面进行了(诸如电镀等)表面处理，也可以在不给表面处理造成不利影响(例如，镀层分离)的情况下进行液压成型。而且，成形时工件的一侧面与液体接触，从而使加工力均匀地施加于成形部分上。这能够加大工件板的延展，因而即使是厚度不大于1mm的薄板，也能很容易成形。

进一步，从另一个角度来看本发明的特征，一种液压成型设备包括：一支撑部分，其可以支撑置于其上的一工件；一下模，具有由该支撑部分包围的空心部分并填充有液体；一坯料夹持器，其可以上下移动并可以与该下模的支撑部分夹紧该工件的外缘部分；和一可以上下移动的上模，其底面具有一成形部分并且可以进入该下模的空心部分和该工件的中心部分，该工件具有被该下模的支撑部分和该坯料夹持器夹紧的外缘部分。

在这种情况下，可以设有一供给/排出/密封装置，在将该工件置于该下模的支撑部分上之前，其向该下模的空心部分供给液体以填充该空心部分；当由该上模和该下模成形该工件时，其将填充在该空心部分中的液体密封；以及在成形之后将该上模从该下模的空心部分退回之前，其将该液体从该空心部分排出。此外，该供给/排出/密封装置可以设有一复合阀，该复合阀包括一允许液体从一液压供给源流向该下模的空心部分的止回阀和一能根据转换操作来改变保持在该下模的空心部分和该止回阀之间的路径上的压力的安全阀，在正常状态下将安全压力设置为低而在工件成形时将安全压力设置为高，其中该复合阀的阀体可以直接安装于该下模。而且，该阀体可以设有一个可安装一压力传感器的安装口。另外，该工件可以具有一其上进行过表面处理的表面，并可以置于该下模的支撑部分上并且该表面与该液体接触。

据此，上模相对降低来挤压使置于下模顶端部分的工件变形，并且进一步压缩填充形成于下模的空心部分的液体以增加该液体的液压，从而可以提高该液体的液压。这使得在不另外提供压力泵的情况下，很容易地进行高液压加工。此外，形成于上模上的成形部分和增加液压的液体可以在工件上形成预定的形状。

因此，与公知的通过上模的成形部分和下模的成形部分在工件上形成预定形状的情况相比，可以取消增加和降低液体压力的过程以及用上模和下模的挤压过程。因此，可以缩短加工需要的时间(一个周期时间)。

此外，液压成型设备可以设有供给/排出/密封装置，从而当由于诸如连续成形而液体减少时，可以很容易补充液体。而且由于液体可以密封，因此在工件上形成预定的形状之后，可使液体压力可以保持一段预定的时间。据此，在预定时间内高液压均匀地施加于工件的底面，从而可以消除例如由于成形而引起的变形。因此，可以省略为消除变形的过程，从而可以缩短加工时间。此外，可以在上模从空心部分退回之前释放液体压力，从而可以防止在上模退回之后由于高液压而造成的工件变形，从而能够提高产品的成形精度。

此外，该供给/排出/密封装置设有包含止回阀和安全阀的复合阀，其中复合阀的阀体直接安装到下模。因此，不必为在下模的空心部分与每个阀之间建立联系而设置连通管线。所以，当液体压力设置成高时，并不会发生由于增大连通管线的直径而造成压力下降，因此能够保持高液压。此外，不会由于连通管线产生压力影响，从而即使液体的压缩性很小也可非常容易地增加该液体压力，所以能够减少上模(动模)的冲程量。此外，可以节省分别用于安装止回阀和安全阀的空间，从而可以将液压成型设备制造得紧凑。

此外，可以在复合阀阀体的安装口安装压力传感器。因此不另外需要用于将压力传感器安装到下模上的管线，因此能够正确地确定空心部分的液体压力而又不引起压力下降。因此，在安装口安装压力传感器使得能够根据从压力传感器输出的液体压力来检测产品的成形状态是否良好，因此能够保持令人满意的产品质量。此外，可以根据从安装在安装口的压力传感器输出的液体压力适当地调节上模进入空心部分的工作量。这使得成形工件时工件形状的影响(例如厚度的变化等)变得最小，因此能够保持令人满意的产品质量。

此外，工件的成形部分的一侧面仅与液体接触，因此可以防止与液体接触的表面由于与模具(金属)接触而被损坏。因此，由于液压成型时表面处理过的侧面与该液体接触，所以即使在液压成型之前对工件的一侧面进行了(诸如电镀等)表面处理，也可以在不给表面处理造成不利影响(例如，镀层分离)的情况下进行液压成型。而且，成形时工件的一侧面与液体接触，从而使加工力均匀地施加于成形部分上。这能够加大工件板的延展，因而即使是厚度不大于1mm的薄板，也能很容易成形。

此外，从另一个角度来看本发明的特征，一种燃料电池的金属隔板，通过成形多个凸起部分而构成，其中该凸起部分是由液压成型工艺形成，其包括：第一步将一金属隔板材料置于该下模的顶端部分上，该下模上形成有充满液体的空心部分，以防止空气进入；第二步使设于该上模外围的坯料夹持器下降，以便通过该坯料夹持器和该下模的顶端部分夹紧置于该下模上的该金属隔板材料的外缘部分；和第三步使该上模相对于该下模下降，以挤压使该金属隔板材料的中心部分变形并且压缩该液体以增加其压力，从而通过具有增加的压力的该液体，将形成于该上模上的成形部分的形状传递到该金属隔板材料上，以形成凸起部分。

在这种情况下，用于形成该凸起部分的液压成型工艺可以包括第四步，为在第三步将该上模上的成形部分的形状传递到金属隔板材料上之后，保持该上模以使该液体的液体压力保持一段预定时间。此外，用于形成该凸起部分的液压成型工艺可以包括第五步，为在第四步保持该上模以使该液体的液体压力保持该预定时间之后释放该液体的液体压力。

在这些情况下，用于液压成型工艺的液体的压缩比率可以不大于3.0×10^-5cm²/kg。此外，用于液压成型工艺的液体的粘度可以为100至1500cSt。而且，用于液压成型工艺的液体可以是乙二醇与水以预定的比率构成的混合物。另外，金属隔板材料可以这样成形：对该金属隔板材料的一侧面进行表面处理且该侧面与该液体接触。

据此，通过上述的液压成型工艺形成的燃料电池的金属隔板，具有通过上模的成形部分和增加液压的液体以高精度传递的凸起部分。因此，如果金属隔板互相迭起来形成燃料电池组时，可以确保有足够的连接区域来增强金属隔板之间的传导性。此外，可以消除由于成形凸起部分产生的变形，因此能够提高装配金属隔板的装配性能。

而且，由于可产生较大的电容量，因此要求燃料电池组是由多层金属隔板构成，从而单个电池单元变得很重要。根据此趋向，将液压成型工艺应用于金属隔板的制造可以将单个金属隔板做得很薄，从而就有可能使电池单元小形化。此外，燃料电池在发电时会产生水，这意味着金属隔板会与水长时间接触。因此，为确保有良好的抗腐蚀性，在大多数情况下要对金属隔板进行表面处理。本发明的液压成型工艺可以有效地防止工件表面在成形时被损坏，从而不会破坏表面处理结构，从而确保金属隔板非常好的抗腐蚀性。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的液压成型设备进行液压成型的第一步的示意图；

图2为根据本发明第一实施例的液压成型设备进行液压成型的第二步的示意图；

图3为根据本发明第一实施例的液压成型设备进行液压成型的第三步的示意图；

图4为根据本发明第一实施例的液压成型设备进行液压成型的第四步的示意图；

图5A为由金属隔板构成的燃料电池的主要部分的剖面示意图；

图5B为表示通过第一步至第四步的过程形成的金属隔板材料(工件)的成形部分的局部立体图；

图6为表示在一个工件加工过程(一个周期)中上模滑动量和该液压液的液体压力的示意图；

图7为在图3所示的第三步中形成于金属板体上的凸起形状的说明图；

图8为在图3所示的第三步中形成于金属板体上的肋状凸起部分的说明图；

图9为根据本发明第二实施例的液压成型设备的示意图；

图10为安装于本发明第二个实施例的液压成型设备上的复合阀的构造示意图；

图11为表示图9所示的复合阀、控制阀单元和泵单元的液压电路图；和

图12A至图12C为图9所示的复合阀的操作的说明图。

具体实施方式

下文将结合附图说明本发明的第一实施例。图1至图4表示了用于制造在其表面上带有多个肋状凸起部分的金属薄板，特别是制造燃料电池的金属隔板的本发明一实施例的每一个过程。液压成型设备20连续执行每一个过程来制造组成如放大了主要部分的图5A所示的燃料电池组的金属隔板10。

将制造的两个金属隔板10的一侧连接起来，并在两隔板间插入由阳极AE、电解膜EF和阴极CE组成的膜电极组(MEA)，从而形成一个燃料电池组。如上所述两个隔板10的一侧通过上述MEA连接起来，结果会形成一个供给氢气的氢气通道HC和一个供给氧气(例如空气)的氧气通道OC。此外，金属隔板10的另一侧则直接连接到一起形成一个供给冷却水的冷却水通道CC。

与如图5B所示的金属隔板材料(工件)一样，金属隔板10在金属板体11表面上含有多个肋状凸起部分12。金属板体11是不锈钢(例如SUS316L)的，其为板状，没有裂缝和翘曲并具有在肋状凸起部分12的肋缘(shoulder)和底部均没有下陷的特征。金属板体11的厚度为不大于0.5mm。在该实施例下面的具体说明中，金属板体11的厚度为0.1mm。可用的金属板体11包括其他薄的不锈钢板(SCP、SHP)、铝板或铜板或在其上进行过例如金属电镀(metal plating)、喷漆、贴上薄层材料(laminate material)等表面处理的金属板。

肋状凸起部分12为楔形(taper)形状，从其顶部边缘部分至其底部边缘部分略微变宽。肋状凸起部分12形成宽度为0.5至1mm，高度为0.4至0.6mm，节距(pitch)为1至2mm。在该实施例的下面具体说明中，肋状凸起部分12设定成具有宽度为0.8mm，高度为0.5mm，节距(pitch)为1.6至3.0mm。

如图1至图4，液压成型设备20设有下模21、上模22、和坯料夹持器(blank holder)23。

下模21固定在压头(press head)P的顶面上，压头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个开口向上的空心部分21a。空心部分21a形成的尺寸能够允许上模进入并在其顶端部分有支撑部分21b来支撑置于其上的金属板体11。此外，用液压液A填充空心部分21a。液压液A由乙二醇和水的混合物组成。此时的混合体积比是，例如，乙二醇与水的比大约为9～6比1～4。从而制造的液压液A的压缩比大约为2.84×10^-5cm²/kg，其粘度大约为100至1500cSt。如果粘度低于100cSt，可能会由于粘度过低而导致在成形过程中当液体温度上升时液体从空心部分21a泄漏。另一方面，如果粘度高于1500cSt可能会保证不了液体的流动性。

此外，通过开关阀S1连接到下模21的是液体补充装置S，用来补充由于成形而降低的液压液A。连接到开关阀S1的液体导管线S2向空心部分21a的底部表面开口。当液压成型设备20工作时，例如肋状凸起部分12成形于金属板体11上时，开关阀S1处于关闭状态来切断液压液A的流入。另一方面，在成形后上模22上升退回之前，开关阀S1处于开启状态来释放液体压力。此外，在补充液压液A时，它也处于开启状态允许液压液A的流入。可能会发生由于连续成形金属隔板10而使液压液A温度很高的情况。在这种情况下，可以为液体补充装置S提供一冷却装置，来冷却液压液A，从而向空心部分21a补充冷却的液压液A。

将上模22顶面整体安装于可沿轴向上升和下降的内滑块I的底部表面上。上模22的外围尺寸设定成比空心部分21a的开口尺寸小一预定量。该预定量是根据金属板体11的厚度和其在制造过程中产生的误差确定的。此外，在上模22的与下模21相对的表面上形成有成形部分22a，用于在金属板体11上形成肋状凸起部分12。成形部分22a具有肋状的多个凸凹部分，用于将肋状凸起部分12的形状传递给金属板体11。

将坯料夹持器23的顶面整体固定于沿轴向能够上升和下降的外滑块O的底面，并且位于上模22的外围。将坯料夹持器23的底面设置成与下模21的支撑部分21b相对。

接下来，将从第一步开始依次详细说明通过具有上述结构的液压成型设备20形成的金属隔板10的加工过程，从图1所示的第一步至图4所示的第五步。

在图1所示的第一步中，将金属板体11置于支撑部分21b上，下模21的空心部分21a内充满液压液A，直至顶部边缘部分。在上述放置金属板体11时，要注意防止空气进入液压液A的液体表面和金属板体11之间。此外，除非空心部分21a已充满液压液A直至其顶面，否则就要启动液体补充装置S并使开关阀S1处于开启状态来补充液压液A。当空心部分21a充满液压液A至其顶面时，就停止液体补充装置S并关闭开关阀S1。

如上所述，当将金属板体11置于支撑部分21b上时，液压液A充满于由金属板体11底部表面、空心部分21a、液体导引管线S2和开关阀S1形成的空间(以下称为密封空间)。

在图2所示的第二步中，降低外滑块O，以使坯料夹持器23朝着下模21的支撑部分21b的方向降低。然后，坯料夹持器23和支撑部分21b夹紧置于下模21的支撑部分21b上的金属板体11的外缘部分。如上所述，当坯料夹持器23和支撑部分21b夹紧金属板体11的外缘部分时，液压液A则被密封于由金属板体11底面、空心部分21a、液体导引管线S2和关闭的开关阀S1形成的空间中。

在图3所示的第三步中，降低内滑块I，以使上模22朝着下模21的空心部分21a的方向降低。然后，将上模22插入空心部分21a同时挤压使金属板体11变形。下面基于图6中实线所示的上模22的滑动量和时间的关系来详细解释上模22的下降运动。首先，降低内滑块I以使上模22从起始位置开始以第一滑动速度降低到与金属板体11非常接近的第一预定位置，从而上模22的成形部分22a处于与金属板体11非常接近的状态。

接下来，进一步降低内滑块I，以使上模22从第一预定位置以比第一滑动速度低的第二滑动速度降低至处于最低点的第二预定位置。在此实施例中，第二预定位置在此处是指上模22的成形部分22a从支撑部分21a顶端部分插入大约1.2mm的位置。这样，当上模从第一预定位置下降到第二预定位置的运动期间，成形部分22a与金属板体11相接触。

当上模22从成形部分22a与金属板体11相接触的状态进一步降低时，上模开始插入下模21的空心部分21a并挤压使金属板体11变形。要注意的是上模22的外围尺寸小于空心部分21a的开口尺寸的量不大于金属板体11的厚度。因此，当上模22进入空心部分21a时，金属板体11不会由于被夹在上模22和支撑部分21b之间而被切断。

如上所述，当上模22开始进入空心部分21a并挤压使金属板体11变形时，在密封空间里的液压液A开始被压缩。这会增加液压液A的压力，从而液压液A的液体压力的增长与上模22的滑动量成比例，如图6中的虚线所示。当液压液A的液体压力以这样的方式增加时，由于液压液A的增加的液体压力，金属板体11的前面被成形部分22a的凸起部分挤压变形成凹形，而其背面则被朝向成形部分22a的凹入部分挤压而变形成凸形，如图7所示。

当上模22降低到第二预定位置时，金属板体11被进一步挤压变形以进一步压缩液压液A，从而进一步提高液体压力。此时的液体压力升高至大约300至400Mpa。当上模22降低到第二预定位置以这样的方式增加液压液A的液体压力时，成形部分22a的凹入部分的形状就被传递到金属板体11的表面上，即肋状凸起部分12被精确地成形于金属板体11的表面上，如图8所示。

在图4所示的第四步中，将上模22保持在第二预定位置，并且在第三步将肋状凸起部分12传递到金属板体11上之后，将液压液A的增加的液体压力保持预定的时间(例如，0.5秒)。在该预定时间内，高液压产生的力均匀地施加于金属板体11的整个背面，从而可以消除由于局部延伸或收缩产生的变形。此外，将高液压产生的力施加于在金属板体11上的肋状凸起部分12并保持预定时间，能够更精确地传递成形部分22a的凹入部分的形状。

在过了预定的时间之后，打开开关阀S1来释放液压液A的液体压力从而降低液压液A，然后，内滑块I沿轴线方向上升来升高上模22。接下来，外滑块O沿轴线方向上升，执行第五步来升高坯料夹持器23。这样就可以取出具有形成于金属板体11上的带有多个肋状凸起部分12的金属隔板10，完成液压成型。如上所述，通过第一步至第五步(一个周期)即可完成金属隔板10的加工。除非液压液A充满空心部分21a直至其顶面，否则就要启动液体补充装置S并使开关阀S1处于开启状态来补充液压液A。当空心部分21a充满液压液A直至其顶面时，则停止液体补充装置S并关闭开关阀S1。

从上面的说明可以理解到，使用液压成型设备20，通过连续执行第一步至第五步可以形成金属隔板10。具体地说，将上模22相对下模21降低，从而将置于下模21的支撑部分21b上的金属板体11挤压变形。这样压缩了充满于下模21的空心部分21a内的液压液A来提高液体压力。在上模22上形成的成形部分22a和具有增加的液体压力的液压液A可以在金属板体11上形成多个肋状凸起部分12。因此，可以取消增加和降低液压液A的压力的过程和用上模21和下模22的压制过程，此外，上模22的上下冲程可以减小到近似肋状凸起部分12的高度。因此，可以缩短加工金属隔板10所需要的时间。

此外，在形成多个肋状凸起部分12之后，液压液A的液体压力可以保持一段预定时间。因此高的液体压力可以均匀地施加于金属板体11的底面，从而，可以消除例如由于成形加工引起的变形。因此，可以省略为消除变形的过程，从而可以缩短加工所需的时间。此外，在保持完预定时间之后，可以释放液压液A的液体压力。这样可以防止在上模22上升后由于施加于金属板体11底面的高液压而造成金属隔板10上的肋状凸起部分12的变形。

此外，金属板体11的背面仅与液压液A接触，因此，例如，能够防止其与模具接触造成金属板体的损坏。此外，金属板体11的背面是通过与液压液A接触而成形，从而成形加工力(processing force)均匀地施加于成形部分。这能够加大金属板体的延伸(expansion)，因而即使是例如厚度不超过1mm的金属板体，也可以很容易成形。

此外，可以在不另外提供压力泵的情况下有效提高液压液A的液体压力，从而能便于成形。因此可以简化液压成型设备20的构造，从而能够降低液压成型设备20的制造成本。即使在液压液A的液体压力升至很高时，也可以防止液压液A从金属板体11与支撑部分21b之间泄漏进行液压成型，从而可以提高液压液A的液体压力。这使得可以精确地传递上模22的成形部分22a的形状，从而能够提高成形精度。

此外，可以容易地通过混合乙二醇和水的方式制备液压液A，据此，可以很容易准地制备具有低压缩性和高粘度的液体。此外，液压成型设备20可以设有液体补充装置S，以补充填充于下模21的空心部分21a的液压液A。因此，即使液压液A由于诸如连续成形而减少时，也可以很容易地补充液压液A。

在上述第一实施例中，开关阀S1的开关操作使得可以从液体补充装置S向空心部分21a补充液压液A或使得可以释放液压液A的液体压力以降低液压液A。可以将复合阀30安装于下模21，并将控制阀单元40和泵单元50通过管线H1、H2和H3连接到复合阀30来代替开关阀S1和液体补充装置S执行此操作。下面将详细介绍第二实施例，其中与上述第一实施例相同部件给予编号相同，以省略对其进行详细的解释。

复合阀(composite valve)30、控制阀单元40和泵单元50组成一供给/排出/密封装置，它可以在金属板体11被置于下模21的支撑部分21b上之前供给液压液A，以使下模21的空心部分21a填充有液压液A，也可以在由上模22和下模21形成金属板体11时，将填充于空心部分21a中的液压液A密封，还可以在成形之后上模22从下模21的空心部分21a退回之前，将液压液A从空心部分21a排出。

如图10和图11所示，复合阀30可由止回阀(check valve)37和导向形安全阀38(pilot-type relief valve)组合而成，它包括一个阀体31，和都设于阀体31上的供给口32、供给/排出口33、排出口34、导向口(pilotport)35和传感器安装口36，以及在这些口之间建立连通关系的通道U1、U2和U3。

阀体31包括主阀体部分31a和由诸如用于构建机器的碳钢等块体材料(block material)制成的阀盖部分31b。阀体31形成为平板状，当主阀体部分31a和阀盖部分31b装配到一起时，每个口32、33、34、35和36以及通道U1、U2、U3、U4都形成于同一表面。

供给口32成形于阀体31的阀盖部分31b上并连接到管线H1和两者都设于控制阀单元40上的可变节流阀(variable throttle)41和四通三位切换形电磁阀(four-port three-position switching type solenoid-operatedvalve)42的A端口，以供给液压液A。管线H1由高压橡胶软管(highpressure rubber hose)和接头构成。供给/排出口33形成于阀体31的主阀体部分31a上并直接连接到形成于液压成型设备20的下模21，并且开口于空心部分21a的底部的的通道21c，用来向空心部分21a供给和从其中排出液压液A。供给口32和供给/排出口33通过通道U1相互连接。

排出口34形成于阀体31的主阀体部分31a上并通过管线H2连接到设于泵单元50的液罐52中，以使从空心部分21a排出的液压液A流入液罐52中。排出口34通过通道U2连接到供给/排出口33。需注意管线H2由高压橡胶软管和接头构成。

导向口35形成于阀体31的阀盖部分31b上并连接到管线H3和都设于控制阀单元40上的可变节流阀41和四通三位切换形电磁阀42的B端口，以通过通道U3向导向形安全阀38供给导向压力。需注意管线H3由高压橡胶软管和接头构成。

传感器安装口36是用来安装压力传感器PS的口。传感器安装口36通过连接到通道U1的通道U4而连接到供给/排出口33。除非将压力传感器PS安装到传感器安装口36，否则就将插塞(plug)安装到传感器安装口36上。

在连接供给口32和供给/排出口33的通道U1的中途设有止回阀37。当液压液A通过供给口32引入通道U1时，止回阀37允许液压液A流入供给/排出口33。另一方面，止回阀37阻止液压液A从供给/排出口33流入供给口32。

在连接供给/排出口33和排出口34的通道U2的中途设有导向形安全阀38。导向形安全阀38设有导向口35和接收通过通道U3传递的导向压力的活塞38a。提升阀(poppet valve)38b安装至活塞38a上以便可沿活塞38a的轴线方向滑动。提升阀38b的阀部分靠安装于活塞38a和提升阀38b之间的弹簧38c的推动力被推向阀座。

如果有从泵单元50通过导向口35传递来的导向压力，则根据设于控制阀单元40上的四通三位切换形电磁阀42的切换操作，将导向形安全阀38的安全压力(relief pressure)设定成高值。另一方面，如果没有从泵单元50通过导向口35传递来导向压力，则根据四通三位切换形电磁阀42的切换操作，将导向形安全阀38的安全压力设定成低值。

压力传感器PS检测通过通道21c和通道U4传递的在空心部分21a内的液压液A的液体压力。由压力传感器PS检测到的压力值通过放大器输出到例如图中未示的个人计算机上。

如图11所示，控制阀单元40包括可变节流阀41、四通三位切换形电磁阀42和安全阀43和44。可变节流阀41是一种用于调节分别向复合阀30的供给口32和导向口35供给的液压液A的流量的针阀。

该四通三位切换形电磁阀42(以下称为电磁转换阀42)具有一对螺线管：在左边的42a和在右边的42b。电磁转换阀42的P端口连接到泵单元50的输出口51，其R端口连接到泵单元50的液罐52。电磁转换阀42由图中未示的电控制装置控制，用以控制螺线管42a和42b的操作，从而转换液压液A的流动路径。电控制装置根据检测结果控制螺线管42a和42b的操作，例如，检测上模22或坯料夹持器23的上下位置的传感器或检测在空心部分21a内的液压液A的液面的传感器的检测结果。

下面将专门介绍由该电控制装置对电磁转换阀42的控制。在上述第一步和第二步中，该电控制装置使螺线管42a和42b处于去除激励的状态。该操作将电磁转换阀42的阀体定位于中心位置(如图11所示的状态)，从而在A-、B-、P-和R-所有端口之间建立连通关系。此外，在上述第三步和第四步中，电控制装置激励螺线管42b。通过该操作，电磁转换阀42的阀体位置转换到使泵单元50的输出口51通过电磁转换阀42的P-和B-端口与导向口35接通并使液罐52通过电磁转换阀42的R-和A-端口与供给口32接通的位置(以下称为导向位置)。通过该转换将导向压力传递给导向形安全阀38。

而且，在从上述第四步至第五步开始的过程中，电控制装置使螺线管42a和42b处于去除激励的状态。该操作将电磁转换阀42的阀体定位在中心位置，从而在A-、B-、P-和R-所有端口之间建立连通关系，以便液压液A从空心部分21a排出。此外，在从上述第五步至第一步的过程中，电控制装置根据空心部分21a内的液压液A液面的检测结果激励螺线管42a。通过该操作，电磁转换阀42的阀体位置转换到使泵单元50的输出口51通过电磁转换阀42的P-和A-端口与供给口32接通的位置并使液罐52通过电磁转换阀42的R-和B-端口与导向口35接通的位置(下文称为供给位置)。通过该转换将液压液A从泵单元50供给到空心部分21a。

当供应给供给口的液压液A的液体压力超出了预定压力时，安全阀43执行泄压操作，从而使液压液A流(排)入泵单元50的液罐52。当供应给供给口的液压液A的液体压力超出了预定压力时，安全阀44执行泄压操作，从而使液压液A流(排)入泵单元50的液罐52。

在预定的液体压力时，泵单元50将填充于液罐52中的液压液A从输出口51排出。通过该操作，泵单元50将从输出口51排出的液压液A供给至液压成型设备20的空心部分21a，或在预定导向压力时，将其传递给复合阀30的导向形安全阀38。

在具有上述结构的复合阀30中，由于在上述第一步和第二步中，电磁转换阀42的阀体位置转换到中心位置，所以将导向形安全阀38的安全压力设置成低压值，从而将液压液A密封于由金属板体11的底面、空心部分21a、通道21c和复合阀30组成的空间中。如果在第一步将金属板体11置于支撑部分21b上之前需要补充液压液A，则将电磁转换阀42的阀体位置暂时转换到供给位置。如图12C所示，该转换可以将液压液A从泵单元50补充到空心部分21a中。在补充完液压液A之后，将电磁转换阀42的阀体位置转换到中心位置。

此外，如图12A所示，在复合阀30中，在上述第三步和第四步中，由于电磁转换阀42的阀体位置被转换到导向位置之后，因此止回阀37和导向形安全阀38阻止液压液A的流动。此时，将导向形安全阀38的安全压力设置成高压值。此外，如图12B所示，在复合阀30中，在从第四步转到第五步的过程时，电磁转换阀42的阀体位置被转换到中心位置，从而通过管线H2将液压液A排至泵单元50的液罐52中。因此，释放了空心部分21a内的液体压力。

此外，如果在第五步将金属隔板10取出之后，需要补充液压液A，则将电磁转换阀42的阀体位置转换到供给位置。如图12C所示，复合阀30允许从供给口32流向供给/排出口33。这样可以通过通道21c将由泵单元50供给的液压液A补充到空心部分21a。

如上所述，采用复合阀30、控制阀单元40和泵单元50取代开关阀S1和液体补充装置S的第二实施例可以达到与上述第一实施例相同的效果。此外，设有止回阀37和导向形安全阀38的复合阀30的阀体31是直接安装到下模21，从而不必提供连通管线以在下模21的空心部分21a和各阀37和38之间建立连通关系。因此，当液压液A的液体压力设置成高时，并不会发生由于增大连通管线的直径而造成压力下降，因此能够使液压液A的液体压力保持为高值。此外，即使液压液A的压缩性很小，也不会产生由于连通管线而造成的压力下降，从而非常容易升高液体压力，结果就是能够减小上模22的冲程。此外，可以节约用于分别安装止回阀37和导向形安全阀38的空间，以便液压成型设备20可以制造得紧凑。

在该第二实施例中，压力传感器PS可以安装于传感器安装口36，从而当安装了压力传感器PS时，从传感器PS输出的检测值可以直接显示于未示出的个人计算机的显示装置上，该检测值是空心部分21a的液体压力。监视液压成型设备20的工作状态的操作者可以通过此显示来确认在空心部分21a内的液体压力是否上升到了预定的压力，这就意味着他/她可以确认金属隔板10是否在预定的成形状态下成形。

因此，能够根据从压力传感器PS输出的液压液A的液体压力来检查产品的成形状态是否良好，从而能够保持令人满意的产品质量。此外，可以根据从压力传感器PS输出的液压液A的液体压力适当地调节液压成型设备20的工作量，即上模22进入下模21的空心部分21a的工作量。这使得成形金属板体11时，金属板体11的形状的影响(例如厚度的变化等)变得最小，因此能够保持令人满意的产品质量。

在上述各实施例中，金属板体10是被选择形成为具有多个肋状凸起部分12的形状，但是，勿庸置疑，本发明仍然适用于在其他金属薄板上形成有多个凸起部分。

此外，执行上述各实施例时，其中工件为板状金属板体11，下模21为固定形，而上模22为可动形。特别地，液压液A密封地填充于置于上模22和下模21之间的金属板体11下，并且通过向下模21的空心部分21a压下上模22使液压液A压缩，从而金属板体11的一部分朝着形成于金属板体11之上的成形部分22a变形，从而在金属板体上进行成形。

然而，也可以使用圆柱形工件并且将液压液A填充入该圆柱形工件来执行成形加工。特别地，液压液A密封地填充于置于动模和定模之间的圆柱形工件内，于是动模沿着工件的轴线方向朝容纳部分冲下。据此，动模沿着轴线方向推动工件使其变形，并压缩容纳于工件中的液压液A从而增加液压液A的压力。然后，压力增加的液压液A使工件的一部分朝着在设于工件外部的定模上成形的成形空间部分变形，这样工件成形了。

根据此结构，可以通过朝着液压液A的容纳部分压下动模来增加液压液A的压力。因此，不必提供用于增加液压液A的压力的压力泵，从而简化了模具结构。

Claims (20)

1.一种液压成型工艺，其中将液体密封地填充于置于一动模和一定模之间的工件的一侧，并且通过向该液体的容纳部分压下该动模来增加该液体的压力，借此使该工件的一部分朝着形成于该工件另一侧的成形空间部分变形，从而在该工件上进行成形。

2.如权利要求1所述的液压成型工艺，其中该液体的压缩比率为不大于3.0×10^-5cm²/kg。

3.如权利要求1所述的液压成型工艺，其中该液体的粘度可以为100至1500cSt。

4.如权利要求1所述的液压成型工艺，其中该液体为乙二醇与水以预定的比率构成的混合物。

5.如权利要求1所述的液压成型工艺，其中该工件是这样成形：对该工件的一侧面进行表面处理且该侧面与液体接触。

6.一种液压成型工艺，用于在置于一上模和一下模之间且其外缘部分被夹紧的板状工件的中心部分上形成凸起部分，包括：

第一步将该工件置于该下模的顶端部分上，该下模上形成有充满液体的空心部分，以防止空气进入；

第二步使设于该上模外围的一坯料夹持器下降，以便通过该坯料夹持器和该下模的顶端部分夹紧置于该下模上的该工件的外缘部分；和

第三步使该上模相对于该下模下降，以挤压使该工件的中心部分变形并且压缩该液体以增加其压力，从而通过具有增加的压力的该液体，将形成于该上模上的一成形部分的形状传递到该工件上，以形成凸起部分。

7.如权利要求6所述的液压成型工艺，还包括第四步保持该上模，从而在第三步将该上模上的成形部分的形状传递到该工件上之后，使该液体的液体压力保持一段预定时间。

8.如权利要求7所述的液压成型工艺，还包括第五步为在第四步保持该上模以使该液体的液体压力保持该预定时间之后释放该液体的液体压力。

9.一种液压成型设备包括：

一支撑部分，其可以支撑置于其上的一工件；

一下模，具有由该支撑部分包围的空心部分并填充有液体；

一坯料夹持器，其可以上下移动并可以与该下模的支撑部分夹紧该工件的外缘部分；和

一可以上下移动的上模，其底面具有一成形部分并且可以进入该下模的空心部分和该工件的中心部分，该工件具有被该下模的支撑部分和该坯料夹持器夹紧的外缘部分。

10.如权利要求9所述的液压成型设备，包括一供给/排出/密封装置，在将该工件置于该下模的支撑部分上之前，其向该下模的空心部分供给液体以填充该空心部分；当由该上模和该下模成形该工件时，其将填充在该空心部分中的液体密封；以及在成形之后将该上模从该下模的空心部分退回之前，其将该液体从该空心部分排出。

11.如权利要求10所述的液压成型设备，其中该供给/排出/密封装置设有一复合阀，该复合阀包括一允许液体从一液压供给源流向该下模的空心部分的止回阀和一能根据转换操作来改变保持在该下模的空心部分和该止回阀之间的路径上的压力的安全阀，在正常状态下将安全压力设置为低而在工件成形时将安全压力设置为高，其中该复合阀的阀体可以直接安装于该下模。

12.如权利要求11所述的液压成型设备，其中该阀体设有一个可以安装一压力传感器的安装口。

13.如权利要求9或12所述的液压成型设备，其中该工件具有一其上进行过表面处理的表面，并置于该下模的支撑部分上并且该表面与该液体接触。

14.一种燃料电池的金属隔板，通过形成多个凸起部分而构成，其中该凸起部分是由液压成型工艺形成，其包括：

第一步将一金属隔板材料置于该下模的顶端部分上，该下模上形成有充满液体的空心部分，以防止空气进入；

第二步使设于该上模外围的一坯料夹持器下降，以便通过该坯料夹持器和该下模的顶端部分夹紧置于该下模上的该金属隔板材料的外缘部分；和

第三步使该上模相对于该下模下降，以挤压使该金属隔板材料的中心部分变形并且压缩该液体以增加其压力，从而通过具有增加的压力的该液体，将形成于该上模上的成形部分的形状传递到该金属隔板材料上，以形成凸起部分。

15.如权利要求14所述的金属隔板，其中用于形成该凸起部分的液压成型工艺包括第四步，为在第三步将该上模上的成形部分的形状传递到金属隔板材料上之后，保持该上模以使该液体的液体压力保持一段预定时间。

16.如权利要求15所述的金属隔板，其中用于形成该凸起部分的液压成型工艺包括第五步，为在第四步保持该上模以使该液体的液体压力保持该预定时间之后，释放该液体的液体压力。

17.如权利要求14所述的金属隔板，其中用于该液压成型工艺的液体的压缩比率为不大于3.0×10^-5cm²/kg。

18.如权利要求14所述的金属隔板，其中用于该液压成型工艺的液体的粘度为100至1500cSt。

19.如权利要求14所述的金属隔板，其中用于该液压成型工艺的液体为乙二醇与水以预定的比率构成的混合物。

20.如权利要求14所述的金属隔板，其中该金属隔板材料是这样成形：对该金属隔板材料的一侧面进行表面处理且该侧面与该液体接触。

Images