DE102011082003A1

DE102011082003A1 - Herstellungsverfahren eines Formteils

Info

Publication number: DE102011082003A1
Application number: DE102011082003A
Authority: DE
Inventors: Takuma Watanabe; Kohei USHIDA; Shirou Fujimura
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2012-03-08
Also published as: US9364883B2; CN102380534A; US20120055223A1; CN102380534B; JP5573511B2; JP2012051016A

Abstract

Dieses Verfahren dient dem Herstellen eines Formteils (eines Brennstoffzellenseparators) mit einem Vorsprung durch Pressen einer Platte mittels einer Form und eines Stempels. Eine vordere Endfläche des Stempels presst die Platte zum Ausbilden eines Überstands und dann wird eine Seitenwand des Überstands zwischen einer geneigten Fläche der Form und einer geneigten Fläche des Stempels zwischengelegt und in diesem Zustand wird die Seitenwand gewalzt, wodurch der Vorsprung ausgebildet wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren eines Formteils und insbesondere auf ein Herstellungsverfahren eines Formteils, das durch Pressen mittels eines Stempels ausgebildet wird, wobei das Herstellungsverfahren in der Lage ist, das Formteil effizient und zuverlässig zu erhalten, welches einen Vorsprung hat, der mit Bezug auf seine Öffnungsbreite eine ausreichende Höhe hat und der eine große vorderendseitige Fläche hat.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Als ein Brennstoffzellenseparator ist herkömmlicherweise ein Gasströmungsdurchlass bekannt, an dem eine Vielzahl von winzigen Vorsprüngen vorgesehen sind und durch welchen ein Gas, etwa Wasserstoff und Sauerstoff, strömen gelassen wird. Als ein Herstellungsverfahren des Brennstoffzellenseparators ist im Allgemeinen ein Verfahren bekannt, bei dem eine Metallplatte mittels einer Form und eines Stempels gepresst wird, um eine Vielzahl von Vorsprüngen auszubilden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-317531 ). In dieser Patentdruckschrift ist offenbart, dass eine Platte 105 mittels einer ersten Pressform 106 in einen Überstand 120 ausgebildet wird, wie dies in 12A gezeigt ist, und dann eine zweite Pressform 107 eine Innenseite einer Umfangskante des Überstands 120 so presst, dass ein in 12B und 12C gezeigter Vorsprung 103 ausgebildet wird. Diesbezüglich bewegt sich ein Material wirkungsvoll an einem den Vorsprung bildenden Abschnitt und dies verhindert einen Riss, der infolge der Verringerung der Plattendicke hervorgerufen werden kann.
Gemäß der Technik der Patentdruckschrift ist es jedoch, zu dem Zweck den Vorsprung 103 auszubilden, erforderlich, zwei Pressarbeitsvorgänge unter Verwendung von zumindest zwei Pressformen 106 und 107 auszuführen, was nicht produktiv ist.
Falls dabei in dem Fall eines Brennstoffzellenseparators eine Höhe des Vorsprungs mit Bezug auf seine Öffnungsbreite ausreichend vergrößert wird, kann ein Gasströmungsdurchlass groß gemacht werden, und falls eine vorderendseitige Fläche des Vorsprungs vergrößert wird, kann eine Energiesammeleffizienz verbessert werden. Da jedoch gemäß der Technik dieser Patentdruckschrift jeder der Pressarbeitsvorgang, der die Pressformen 106 und 107 verwendet, eine Dehnungsformgebung ist, wird die Platte 105 zwischen zwei Punkten gezogen, d. h. einer Basisendkante 108a der Form 108 und einer Vorderendkante 109a des Stempels 109, und wird gedehnt, wie dies in 12B gezeigt ist; daher kann die Platte 105 nicht über den Ausdehnungskoeffizienten ihres Materials gedehnt werden. Folglich kann die Höhe des Vorsprungs 103 mit Bezug auf seine Öffnungsbreite nicht zufriedenstellend vergrößert werden und es wird schwierig, die Abmessung des Gasströmungsdurchlasses zu vergrößern. Falls im Gegensatz dazu die vorderendseitige Fläche des Vorsprungs 103 relativ eng gemacht wird, ist es möglich, die Höhe des Vorsprungs 103 zu vergrößern und die Abmessung des Gasströmungsdurchlasses zu vergrößern, es wird jedoch schwierig, die Leistungssammeleffizienz zu verbessern. Auch für die Herstellung nicht nur des vorstehend beschriebenen Brennstoffzellenseparators sondern auch für ein Kraftfahrzeugteil, ein elektrisches Bauteil für den Heimbedarf oder dergleichen, in welchem ein Vorsprung durch Pressen einer Platte herzustellen ist, ist es wünschenswert, dass der Vorsprung eine ausreichende Höhe mit Bezug auf die Öffnungsbreite sowie eine große vorderendseitige Fläche hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf die vorstehend beschriebenen Umstände getätigt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein Formteil bereitzustellen, welches durch Pressen eines Stempels ausgebildet wird, wobei das Herstellungsverfahren in der Lage ist, das Formteil effizient und zuverlässig zu erhalten, welches einen Vorsprung hat, der mit Bezug auf seine Öffnungsbreite eine ausreichende Höhe hat und der eine große vorderendseitige Fläche hat.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Formteils mit einem Vorsprung durch Pressen einer Platte durch eine Form und einen Stempel bereitgestellt, wobei eine Vorderendfläche des Stempels die Platte so presst, dass ein Überstand ausgebildet wird, und dann eine Seitenwand des Überstands zwischen eine geneigte Fläche der Form und eine geneigte Fläche des Stempels gelegt wird, und dass in diesem Zustand die Seitenwand gewalzt wird, wodurch der Vorsprung ausgebildet wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt liegt der Neigungswinkel (θ1) der geneigten Fläche der Form in einem Bereich von 15 bis 25° und Neigungswinkel (θ2) der geneigten Fläche des Stempels liegt in dem Bereich von 15 bis 25°.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt liegt ein Verhältnis (s/t) zwischen einem Abstand (s) von der geneigten Fläche der Form zu der geneigten Fläche des Stempels in einem Zustand, in welchem die Form und der Stempel geschlossen sind, und einer Plattendicke (t) der Platte in dem Bereich von 0,2 bis 0,8.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt walzen die Form und der Stempel die Seitenwand des Überstands in einem Zustand, in dem die Form und der Stempel von einer Bodenwand des Überstands getrennt sind.
Gemäß dem Herstellungsverfahren eines Formteils der vorliegenden Erfindung presst die Vorderendfläche des Stempels die Platte, um den Überstand auszubilden, und dann wird die Seitenwand des Überstands zwischen die geneigte Fläche der Form und die geneigte Fläche des Stempels gelegt, und in diesem Zustand wird die Seitenwand so gewalzt, dass sie den Vorsprung ausbildet, wodurch das Formteil mit dem Vorsprung erhalten wird. Auf diese Weise wird der Überstand durch die Dehnungsformgebung durch einen Pressarbeitsvorgang ausgebildet und dann wird die Seitenwand des Überstands gewalzt, um den Vorsprung auszubilden. Daher bewegt sich ein Material effektiv durch Walzen der Seitenwand des Überstands. Als ein Ergebnis ist es möglich, effizient und zuverlässig ein Formteil zu erhalten, das einen Vorsprung hat, welcher mit Bezug auf seine Öffnungsbreite eine ausreichende Höhe hat, und welcher eine große vorderendseitige Fläche hat, während ein Reißen des Vorsprungs unterdrückt wird.
Falls der Neigungswinkel (θ1) der geneigten Fläche der Form im Bereich von 15 bis 25° liegt und der Neigungswinkel (θ2) der geneigten Fläche des Stempels im Bereich von 15 bis 25° liegt, bewegt sich ein Material effektiver durch Walzen der Seitenwand des Überstands und es ist möglich, die Höhe und die vorderendseitige Fläche des Vorsprungs weiter zu vergrößern, während ein Reißen oder dergleichen zuverlässiger unterdrückt wird. Ferner wird eine Presskraft der Pressarbeit nicht übermäßig erhöht und es ist möglich, eine auf die Form und den Stempel aufgebrachte Kraft zu begrenzen und zu verhindern, dass die Form und der Stempel beispielsweise verformt und beschädigt werden.
Falls ferner die Beziehung (s/t) zwischen dem Abstand (s) von der geneigten Fläche der Form zu der geneigten Fläche des Stempels in einen Zustand, in dem die Form und der Stempel geschlossen sind, und der Plattendicke (t) der Platte vor der Pressarbeit in einem Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt, dann bewegt sich ein Material effektiver durch Walzen der Seitenwand des Überstands und es ist möglich, die Höhe und die vorderendseitige Fläche des Vorsprungs weiter zu vergrößern, während ein Reißen oder dergleichen zuverlässiger unterdrückt wird. Ferner wird die Presskraft der Pressarbeit nicht übermäßig erhöht und es ist möglich, eine auf die Form und den Stempel aufgebrachte Kraft zu begrenzen, und es ist möglich zu verhindern, dass die Form und der Stempel beispielsweise verformt und beschädigt werden.
Falls ferner die Form und der Stempel die Seitenwand des Überstands in einem Zustand walzen, in dem die Form und der Stempel von einer Bodenwand des Überstands getrennt sind, bewegt sich ein Material effektiver in Richtung zu der Bodenwand des Überstands durch das Walzen der Seitenwand des Überstands und es ist möglich, ein Reißen oder dergleichen zuverlässiger zu unterdrücken und ferner die Höhe und die vorderendseitige Fläche des Vorsprungs zu vergrößern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist ferner in der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beträchtliche Anzahl von Zeichnungen mittels nicht beschränkender Beispiele von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in welchen gleiche Bezugszeichen über verschiedene Ansichten der Zeichnungen hinweg gleiche Teile bezeichnen, und in welchen:
1 eine schematische Perspektivansicht eines wesentlichen Abschnitts eines Brennstoffzellenseparators eines Ausführungsbeispiels zeigt;
2 eine Vertikalschnittansicht ist, die einen Zustand zeigt, in welchem eine Form und ein Stempel einer ersten Pressenform des Ausführungsbeispiels geöffnet sind;
3 eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Abschnitts in 2 ist;
4 ein Erläuterungsschaubild zum Erläutern einer Dehnungsformgebung mittels der ersten Pressenform und zusätzlich eine Vertikalschnittansicht ist, die einen mittleren Zustand zwischen einem Zustand zeigt, in welchem die Form und der Stempel offen sind, und einem Zustand, in welchem sie geschlossen sind;
5 eine Vertikalschnittansicht ist, die einen Zustand unmittelbar vor dem Schließen der Form und des Stempels der ersten Pressenform zeigt;
6 eine Vertikalschnittansicht ist, die einen Zustand zeigt, in welchem die Form und der Stempel der ersten Pressenform geschlossen sind;
7 eine Vertikalschnittansicht eines halbfertigen Brennstoffzellenseparators zeigt, der durch die erste Pressenform ausgebildet wurde;
8 eine Vertikalschnittansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem eine Form und ein Stempel einer zweiten Pressenform des Ausführungsbeispiels offen sind;
9 eine Vertikalschnittansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem die Form und der Stempel der zweiten Pressenform geschlossen sind;
10 eine Vertikalschnittansicht eines vollendeten Brennstoffzellenseparators zeigt, der durch die zweite Pressenform ausgebildet wurde;
11 eine schematische Perspektivansicht eines wesentlichen Abschnitts eines Brennstoffzellenseparators eines anderen Ausführungsbeispiels zeigt; und
12A, 12B und 12C jeweils ein Erläuterungsschaubild zum Erläutern eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens eines Brennstoffzellenseparators zeigen, wobei 12A einen Zustand zeigt, in dem eine Form und ein Stempel einer ersten Pressenform geschlossen sind, 12B einen Zustand zeigt, in dem eine Form und ein Stempel einer zweiten Pressenform offen sind, und 12C einen Zustand zeigt, in dem die Form und der Stempel der zweiten Pressenform geschlossen sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhafter Natur und dienen lediglich dem Zweck einer darstellenden Erörterung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und werden aus dem Grund präsentiert, um dazulegen, was als am Nützlichsten angenommen wird und um die Beschreibung der Prinzipien und der Konzeptgesichtspunkte der vorliegenden Erfindung leicht zu verstehen. Diesbezüglich wird kein Versuch unternommen, die strukturellen Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher als zum grundlegenden Verstehen der vorliegenden Erfindung erforderlich aufzuzeigen und die Beschreibung macht es zusammen mit den Zeichnungen dem Fachmann ersichtlich, wie die vorliegende Erfindung in der Praxis ausgeführt werden kann.
Bei dem Herstellungsverfahren eines Formteils gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Platte durch eine Form und einen Stempel gepresst, um ein Formteil mit Vorsprüngen herzustellen. Das Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Platte (5) durch eine vordere Endfläche (11c) eines Stempels (9) gepresst wird, um einen Überstand (20) auszubilden, und danach eine Seitenwand (20a) des Überstands zwischen eine geneigten Fläche (10b) der Form (8) und eine geneigten Fläche (11b) des Stempels (9) gelegt wird, und dass in diesem Zustand die Seitenwand (20a) gewalzt wird, um einen Vorsprung (3) auszubilden (siehe beispielsweise 4, 5 und dergleichen). Im Allgemeinen ist die Platte aus Metall gefertigt.
Das Herstellungsverfahren eines Formteils gemäß dem Ausführungsbeispiel kann eine Struktur aufweisen, bei der beispielsweise ein Neigungswinkel (θ1) der geneigten Fläche (10b) der Form in einem Bereich von 15 bis 25° liegt, und in der ein Neigungswinkel (θ2) der geneigten Fläche (11b) des Stempels in dem Bereich von 15 bis 25° liegt (siehe beispielsweise 3 und dergleichen). In diesem Fall können der Neigungswinkel (θ1) und der Neigungswinkel (θ2) im Wesentlichen gleich zueinander sein. Der „Neigungswinkel (θ1)” und der „Neigungswinkel (θ2)” sind Winkel zwischen der Form und einer Gleitrichtung des Stempels.
Das Herstellungsverfahren für ein Formteil gemäß dem Ausführungsbeispiel kann eine Struktur aufweisen, in der beispielsweise ein Verhältnis (s/t) zwischen einem Abstand (s) von der geneigten Fläche der Form zu der geneigten Fläche des Stempels in einem Zustand, in dem die Form und der Stempel geschlossen sind, und einer Plattendicke (t) der Platte vor dem Pressen in dem Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt (siehe beispielsweise 3, 6 und dergleichen). Der Abstand (s) kann 0,02 bis 0,16 mm betragen. Die Plattendicke (t) der Platte kann beispielsweise 0,1 bis 0,2 mm betragen. Der Abstand (s) ist ein Minimalabstand zwischen der geneigten Fläche der Form und der geneigten Fläche des Stempels in einem Zustand, in dem die Form und der Stempel geschlossen sind.
Das Herstellungsverfahren eines Formteils gemäß dem Ausführungsbeispiel kann eine Struktur aufweisen, in der beispielsweise ein Radius (r1) einer Bogenfläche (12), die eine Basisendfläche und die geneigte Fläche der Form verbindet, in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 mm liegt, und ein Radius (r2) einer Bogenfläche (13), die eine vordere Endfläche und die geneigte Fläche des Stempels verbindet, in einem Bereich von 0,05 bis 0,3 mm liegt (siehe beispielsweise 4 und dergleichen). Demgemäß kann eine Länge (eine Fläche) eines Abschnitts zwischen einer Bodenwand eines Überstands und eines zu der Bodenwand benachbarten anderen Überhangs vergrößert werden und es ist möglich, ein Reißen oder dergleichen des Vorsprungs zuverlässig zu unterdrücken.
Das Herstellungsverfahren eines Formteils gemäß dem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise eine Struktur aufweisen, bei der die Seitenwand (20a) des Überstands in einem Zustand gewalzt wird, in dem die Form und der Stempel von der Bodenwand (20b) des Überstands getrennt sind (siehe beispielsweise 5 und dergleichen). Diesbezüglich bewegt sich ein Material effektiver in Richtung der Bodenwand des Überstands durch Walzen der Seitenwand des Überstands und es ist möglich, ein Reißen oder dergleichen zuverlässiger zu unterdrücken und die Höhe und die vorderendseitige Fläche des Vorsprungs weiter zu vergrößern. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Seitenwand des Überstands in einem Zustand gewalzt wird, in dem die Form und der Stempel von einem Abschnitt (21) zwischen benachbarten Überständen getrennt sind. Dies liegt daran, dass sich zusätzlich zu der Bewegung eines Materials in Richtung der Seitenwand des Überstands das Material effektiver in Richtung des Abschnitts zwischen den benachbarten Überständen bewegt.
Die beabsichtigte Verwendung des „Formteils” ist nicht speziell beschränkt. Das Formteil wird beispielsweise als ein Brennstoffzellenseparator verwendet. Herkömmlicherweise sind innerhalb einer konstanten Fläche des Brennstoffzellenseparators eine große Anzahl von winzigen Vorsprüngen vorgesehen und der Brennstoffzellenseparator wird als ein Gasströmungsdurchlass verwendet. Ein Verhältnis (h/w) zwischen einer Höhe (h) und einer Öffnungsbreite (w) des Vorsprungs kann im Bereich von 0,4 bis 0,8 liegen (siehe beispielsweise 7 und dergleichen). Das Material, die Abmessung oder dergleichen der „Platte” sind nicht besonders eingeschränkt. Beispiele für Materialien der Platte sind Titan, Titanlegierung und rostfreier Stahl.
Beispiel
Die vorliegende Erfindung wird unter Verwendung der Zeichnungen aufgrund eines Beispiels einer Ausführungsform speziell beschrieben. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird ein Brennstoffzellenseparator als das „Formteil” der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) Konfiguration des Brennstoffzellenseparators
Wie dies in 1 gezeigt ist, hat ein Brennstoffzellenseparator 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform einen ebenen Hauptkörper 2 und eine Vielzahl von Vorsprüngen 3, die bei einem vorbestimmten Achsabstand p voneinander in einer Richtung der Ebene des Hauptkörpers 2 angeordnet sind, und die einen Gasströmungsdurchlass 4 bilden.
Der Brennstoffzellenseparator 1 wird durch Pressbearbeitung einer Platte 5 mittels einer ersten Pressform und einer zweiten Pressform erhalten, die später beschrieben sind. Die Platte 5 ist aus Metall (Titaniumlegierung oder dergleichen) gefertigt.
(2) Konfiguration der ersten Pressform
Wie dies in 2 und 3 gezeigt ist, hat eine erste Pressform 7 der beispielhaften Ausführungsform eine Form 8 mit einer Vielzahl von konkaven Abschnitten 8a und einen Stempel 9, der sich in Richtung zu der Form 8 und von ihr weg bewegen kann und der eine Vielzahl von konvexen Abschnitten 9a aufweist. Die Form 8 hat eine ebene Basisendfläche 10a, eine geneigte Fläche 10b, die an der Basisendfläche 10a angeschlossen ist und die eine Innenumfangsfläche des konkaven Abschnitts 8a bildet, und eine ebene Bodenendfläche 10c, die an einer Bodenfläche der geneigten Fläche 10b angeschlossen ist und die eine Basisendfläche des konkaven Abschnitts 8a bildet. Ein Neigungswinkel θ1 zwischen der geneigten Fläche 10b und einer Verschieberichtung des Stempels 9 beträgt ca. 20°. Der Stempel 9 hat eine ebene Basisendfläche 11a, eine geneigte Fläche 11b, die an der Basisendfläche 11a angeschlossen ist und die eine Außenumfangsfläche des konvexen Abschnitts 9a bildet, sowie eine ebene Vorderendfläche 11c, die an einem vorderen Ende der geneigten Fläche 11b angeschlossen ist und die eine vordere Endfläche des konvexen Abschnitts 9a bildet. Ein Neigungswinkel θ2 zwischen der geneigten Fläche 11b und der Verschieberichtung des Stempels 9 beträgt ca. 20°.
Wie dies in 4 gezeigt ist, beträgt ein Radius r1 einer Bogenfläche 12, die eine Basisendfläche 10a und eine geneigte Fläche 10b der Form 8 verbindet, ca. 0,1 mm. Ein Radius r2 einer Bogenfläche 13, die eine vordere Endfläche 11c und eine geneigte Fläche 11b des Stempels 9 verbindet, beträgt ca. 0,1 mm. Wie dies in 6 gezeigt ist, beträgt ein Verhältnis (s/t) zwischen einem Abstand s von der geneigten Fläche 10b der Form 8 zu der geneigten Fläche 8b des Stempels 9 und der Plattendicke t der Platte ca. 0,3.
(3) Konfiguration der zweiten Pressenform
Wie dies in 8 und 9 gezeigt ist, hat eine zweite Pressform 15 gemäß der beispielhaften Ausführungsform eine Form 16 mit einer Vielzahl konkaver Abschnitte 16a sowie einen Stempel 17, der sich zu der Form 16 hin und davon wegbewegen kann, und der eine Vielzahl konvexer Abschnitte 17a hat. Die Form 16 hat eine ebene Basisendfläche 18a, eine Innenumfangsfläche 18b, die mit der Basisendfläche 18a verbunden ist und die eine Innenumfangsfläche des konkaven Abschnitts 16a bildet, eine ebene Bodenendfläche 18c, die mit einer Bodenendfläche der Innenumfangsfläche 18b verbunden ist, und die eine Basisendfläche des konkaven Abschnitts 16a bildet. Der Stempel 17 hat eine ebene Basisendfläche 19a, eine Außenumfangsfläche 19b, die mit einer Basisendfläche 19a verbunden ist und die eine Außenumfangsfläche des konvexen Abschnitts 17a bildet, und eine ebene Vorderendfläche 19c, die mit einem vorderen Ende der Außenumfangsfläche 19b verbunden ist und die eine vordere Endfläche des konvexen Abschnitts 17a bildet.
(4) Herstellungsverfahren des Brennstoffzellenseparators
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren eines Brennstoffzellenseparators unter Verwendung der ersten und der zweiten Pressform 7 und 15 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration beschrieben. Als erstes wird die Platte 5 zwischen die Form 8 und den Stempel 9 der ersten Pressform 7 in einem Zustand eingebracht, in dem die Form und der Stempel geöffnet sind, wie dies in 3 gezeigt ist. Falls der Stempel 9 dazu gebracht wird, die Form 8 anzunähern, wie dies in 4 gezeigt ist, wird als nächstes die Platte 5 durch die vordere Endfläche 11c des Stempels 9 gepresst und in dem konkaven Abschnitt 8a der Form 8 wird der Überstand 20 ausgebildet. Der Überstand 20 hat eine ebene Bodenwand 20b und eine Seitenwand 20a, die von einer Umfangskante der Bodenwand 20b ansteigt.
Falls als nächstes der Stempel 9 dazu gebracht wird, die Form 8 weiter anzunähern, wie dies in 5 gezeigt ist, wird die Seitenwand 20a des Überstands 20 zwischen die geneigte Fläche 10b der Form 8 und die geneigte Fläche 11b des Stempels 9 gelegt und in diesen Zustand wird die Seitenwand 20a gequetscht und der Vorsprung 3 (siehe 6) wird ausgebildet, und ein halbfertiger Brennstoffzellenseparator 1 wird erhalten. Wenn der Vorsprung 3 auszubilden ist, wird im Wesentlichen gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Start des Walzens der Seitenwand 20a des Überstands 20 die Seitenwand 20a des Überstands 20 in einem Zustand gequetscht, in dem die Bodenendfläche 10c der Form 8 und die vordere Endfläche 11c des Stempels 9 von der Bodenwand 20b des Überstands 20 getrennt sind und die Basisendfläche 10a der Form 8 und die Basisendfläche 11a des Stempels 9 von dem Abschnitt 21 zwischen benachbarten Überständen 20 getrennt sind, und diese getrennten Zustände werden beibehalten, bis die Form und der Stempel geschlossen sind.
Als nächstes wird der vorstehend beschriebene halbfertige Brennstoffzellenseparator 1 zwischen die Form 16 und den Stempel 17 der offenen zweiten Pressform 15 eingebracht, wie dies in 8 gezeigt ist. Falls als nächstes der Stempel 17 dazu gebracht wird, die Form 16 anzunähern, wie dies in 9 gezeigt ist, wird eine Bodenwand 3a des Vorsprungs 3 zwischen der Bodenendfläche 18c der Form 16 und der vorderen Endfläche 19c des Stempels 17 gewalzt, ein Abschnitt 22 zwischen benachbarten Vorsprüngen 3 wird zwischen der Basisendfläche 18a der Form 16 und der Basisendfläche 19a des Stempels 17 gedrückt und ein fertiger Kraftstoffzellenseparator 1 wird erhalten.
(5) Betreffend Versuchsbeispielen und Vergleichsbeispielen
Als nächstes werden Versuchsbeispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 erläutert, in welchen der Neigungswinkel θ1 der geneigten Fläche der Form 8 und der Neigungswinkel θ2 der geneigten Fläche des Stempels 9 geändert werden. In dem Vergleichsbeispiel 1, in dem die Neigungswinkel θ1 und θ2 auf 12° festgelegt waren, konnte beobachtet werden, dass die Seitenwand 20a des Überstands 20 in einem Zustand gewalzt wurde, in dem die vordere Endfläche 11c des Stempels 9 mit der Bodenwand 20b des Überstands 20 ungeachtet einer Verschiebegeschwindigkeit des Stempels 9 in Kontakt war und dass der Vorsprung 3 riss. In dem Vergleichsbeispiel 2, in welchem die Neigungswinkel θ1 und θ2 auf 27° festgelegt waren, war zu beobachten, dass eine Presskraft nicht übermäßig stark wurde und die erste Pressform 3 wurde verformt. Andererseits wurden in dem Versuchsbeispiel 1, in welchem die Neigungswinkel θ1 und θ2 auf 15° festgelegt waren und in dem Versuchsbeispiel 2, in welchem die Neigungswinkel θ1 und θ2 auf 25° festgelegt waren, ein Reißen des Vorsprungs 3 und eine Verformung oder dergleichen der ersten Pressform 7 nicht beobachtet.
(6) Wirkung des Beispiels
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird gemäß dem Herstellungsverfahren eines Brennstoffzellenseparators der beispielhaften Ausführungsform die Platte 5 durch die vordere Endfläche 11c des Stempels 9 gepresst und der Überstand 20 wird ausgebildet und danach wird die Seitenwand 20a des Überstands 20 zwischen die geneigte Fläche 10b der Form 8 und die geneigte Fläche 11b des Stempels 9 eingelegt und gewalzt, um die Vorsprünge 3 auszubilden, wodurch der Brennstoffzellenseparator 1 mit der Vielzahl von Vorsprüngen 3 erhalten wird. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird in einem einzigen Pressarbeitsvorgang nach dem Ausbilden des Überstands 20 durch Dehnformgebung die Seitenwand 20a des Überstands 20 gewalzt, um die Vorsprünge 3 auszubilden. Daher bewegt sich das Material wirkungsvoll durch Walzen der Seitenwand 20a des Überstands 20. Daher ist es möglich, den Brennstoffzellenseparator 1 wirkungsvoll und zuverlässig zu erhalten, der den Vorsprung 3 mit einer ausreichenden Höhe h mit Bezug auf die Öffnungsbreite w hat und der eine große vorderendseitigen Fläche hat, während ein Reißen oder dergleichen des Vorsprungs 3 unterdrückt wird. Als ein Ergebnis kann die Abmessung des Gasströmungsdurchlasses in dem Brennstoffzellenseparator 1 vergrößert werden, indem die Höhe des Vorsprungs 3 vergrößert wird, ohne dass sie durch eine Dehnungsrate eines Materials der Platte 5 beeinflusst wird, und die Leistungssammeleffizienz kann verbessert werden, indem der vorderendseitige Bereich des Vorsprungs 3 vergrößert wird.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform sind der Neigungswinkel θ1 der geneigten Fläche 10b der Form 8 und der Neigungswinkel θ2 der geneigten Fläche 11b des Stempels 9 in der ersten Pressform 7 auf ca. 20° festgelegt. Daher bewegt sich das Material wirkungsvoller durch Walzen der Seitenwand 20a des Überstands 20, es ist möglich, ein Reißen oder dergleichen zuverlässiger zu verhindern und ferner die Höhe h und den vorderendseitigen Bereich des Vorsprungs 3 zu vergrößern. Die Presskraft wird nicht übermäßig erhöht und es ist möglich, die auf die Form 8 und den Stempel 9 aufgebrachte Kraft zu begrenzen und zu verhindern, dass die Form 8 und der Stempel 9 beispielsweise verformt oder beschädigt werden.
In dieser beispielhaften Ausführungsform ist das Verhältnis (s/t) zwischen dem Abstand von der geneigten Fläche 10b der Form 8 zu der geneigten Fläche 11b des Stempels 9 in dem Zustand, in dem die Form und der Stempel verschlossen sind, und der Plattendicke t der Platte 5 auf ca. 0,3 festgelegt. Daher bewegt sich das Material effizienter durch Walzen der Seitenwand 20a des Überstands 20 und es ist auf zuverlässigere Weise möglich, ein Reißen oder dergleichen zu verhindern und ferner die Höhe h und die vorderendseitige Fläche des Vorsprungs 3 zu vergrößern. Die Presskraft wird nicht übermäßig vergrößert und es ist möglich, eine an der Form 8 und dem Stempel 9 anliegende Kraft zu begrenzen und zu verhindern, dass die Form 8 und der Stempel 9 beispielsweise verformt oder beschädigt werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Radius r1 der Bogenfläche 12, die die Basisendfläche 10a und die geneigte Fläche 10b der Form 8 verbindet, auf ca. 0,1 mm festgelegt und der Radius r2 der Bogenfläche 13, die die Vorderendfläche 11c und die geneigte Fläche 11b des Stempels 9 verbindet, ist auf ca. 0,1 mm festgelegt. Daher ist es möglich, die Länge (die Fläche) des Abschnitts 21 zwischen der Bodenwand 20b des Überstands 20 und den benachbarten Überständen 20 zu vergrößern und auf zuverlässigere Weise ein Reißen oder dergleichen des Vorsprungs 3 zu unterdrücken.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die Seitenwand 20a des Überstands 20 in einem Zustand gewalzt, in dem die Form 8 und der Stempel 9 mit der Bodenwand 20b des Überstands 20 und dem Abschnitt 21 zwischen benachbarten Überständen 20 nicht in Kontakt kommen. Wenn die Seitenwand 20a des Überstands 20 zu walzen ist, bewegt sich daher ein Material effektiver in Richtung des Abschnitts 21 zwischen der Seitenwand 20a des Überstands 20 und den benachbarten Überständen 20; daher ist es möglich ein Reißen oder dergleichen auf zuverlässigere Weise zu unterdrücken und die Höhe h und den vorderendseitigen Bereich des Vorsprungs 3 weiter zu vergrößern.
Ferner wird in der beispielhaften Ausführungsform die Seitenwand 20a des Überstands 20 unter Verwendung der ersten Pressform 7 gewalzt, um die Vorsprünge 3 auszubilden, und dann wird der Abschnitt 22 zwischen der Bodenwand 3a des Vorsprungs 3 und den benachbarten Vorsprüngen 3 unter Verwendung der zweiten Pressform 15 gewalzt. Daher ist es möglich, die Länge (die Fläche) des Abschnitts 22 zwischen der Bodenwand 3a des Vorsprungs 3 und den benachbarten Vorsprüngen 3 zu vergrößern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene beispielhafte Ausführungsform beschränkt und die beispielhafte Ausführungsform kann auf verschiedene Arten innerhalb eines Bereichs der Erfindung in Übereinstimmung mit den beabsichtigten Zwecken oder Anwendungen geändert werden. Das heißt, obwohl die Vielzahl von Vorsprüngen 3 entlang der Richtung der Ebene des Hauptkörpers 2 angeordnet sind, und der Brennstoffzellenseparator 1 in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist, der den Gasströmungsdurchlass 4 bildet, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können, wie dies in 11 gezeigt ist, eine Vielzahl von langen Vorsprüngen 3' entlang einer Richtung eines Hauptkörpers 2' angeordnet sein und ein Brennstoffzellenseparator 1' kann ausgebildet werden, der einen Gasströmungsdurchlass 4' bildet.
Obwohl der Vorsprung 3 mit der Form einer polygonalen, ebenen Fläche in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und der Vorsprung kann eine kreisartige elliptische, ebene Flächenform haben. Ferner können Vorsprünge mit verschiedenen ebenen Flächenformen kombiniert werden.
Obwohl ein fertiger Brennstoffzellenseparator 1 in der beispielhaften Ausführungsform unter Verwendung der ersten und der zweiten Pressform 7 und 15 durch zwei Pressarbeitsvorgänge erhalten wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann auf die zweite Pressform 15 verzichtet werden und ein fertiger Brennstoffzellenseparator kann unter Verwendung der ersten Pressform 7 durch einen Pressarbeitsvorgang erhalten werden. Alternativ kann eine weitere Pressform zu der ersten und zweiten Pressform 7 und 15 hinzugefügt werden und ein Brennstoffzellenseparator kann durch drei oder mehrere Pressarbeitsvorgänge erhalten werden.
Obwohl der Stempel 9 der ersten Pressform 7 ein vorderes Ende mit ebener Fläche in der beispielhaften Ausführungsform hat, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und der Stempel kann beispielsweise ein konvexes, vorderes Ende haben. Obwohl die Form 8 der ersten Pressform 7 in der beispielhaften Ausführungsform das ebene untere Ende hat, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und die Form kann beispielsweise ein konkaves, unteres Ende haben.
In der beispielhaften Ausführungsform werden die Form 8 und der Stempel 9 im Wesentlichen gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Start des Walzens der Seitenwand 20a des Überstands 20 von der unteren Wand 20b und der gleichen des Überstands 20 getrennt. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und die Form 8 und der Stempel 9 können von der unteren Wand 20b und der gleichen des Überstands getrennt sein, wenn seit dem Start des Walzens der Seitenwand 20a des Überstands 20 eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
Die vorliegende Erfindung wird weitverbreitet als eine Technik zum Herstellen eines Formteils mit einem Vorsprung verwendet. Insbesondere ist die Erfindung vorzugsweise als eine Technik zum Herstellen eines Brennstoffzellenseparators mit einer Vielzahl von Vorsprüngen verwendbar.
Es ist anzumerken, dass die vorstehend erwähnten Beispiele lediglich zum Zweck der Erläuterung angegeben wurden und in keiner Weise als die vorliegende Erfindung beschränkend zu betrachten sind. Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es so zu verstehen, dass die hierin verwendeten Ausdrücke eher Ausdrücke der Beschreibung und der Veranschaulichung als beschränkende Ausdrücke sind. Änderungen können in dem Bereich der beiliegenden Ansprüche im gegenwärtigen Zustand und in der geänderten Fassung vorgenommen werden, ohne von dem Umfang und Wesen der vorliegenden Erfindung in ihren Gesichtspunkten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf besondere Strukturen, Materialien und Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die hier offenbarten Besonderheiten beschränkt ist, eher erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktionsfähigen äquivalenten Strukturen, Verfahren und Anwendungen, die in dem Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Abänderungen und Variationen sind möglich, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Dieses Verfahren dient dem Herstellen eines Formteils (eines Brennstoffzellenseparators) mit einem Vorsprung durch Pressen einer Platte mittels einer Form und eines Stempels. Eine vordere Endfläche des Stempels presst die Platte zum Ausbilden eines Überstands und dann wird eine Seitenwand des Überstands zwischen einer geneigten Fläche der Form und einer geneigten Fläche des Stempels zwischengelegt und in diesem Zustand wird die Seitenwand gewalzt, wodurch der Vorsprung ausgebildet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-317531 [0002]

Claims

Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Formteils mit einem Vorsprung durch Pressen einer Platte mittels einer Form und eines Stempels, wobei eine vordere Endfläche des Stempels die Platte presst, um einen Überstand auszubilden, und dann eine Seitenwand des Überstands zwischen eine geneigte Fläche der Form und eine geneigte Fläche des Stempels gelegt wird und die Seitenwand in diesem Zustand gewalzt wird, wodurch der Vorsprung ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren eines Formteils gemäß Anspruch 1, wobei ein Neigungswinkel (θ1) der geneigten Fläche der Form im Bereich von 15 bis 25° liegt und ein Neigungswinkel (θ2) der geneigten Fläche des Stempels im Bereich von 15 bis 25° liegt.
Herstellungsverfahren eines Formteils gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis (s/t) zwischen einem Abstand (s) von der geneigten Fläche der Form zu der geneigten Fläche des Stempels in einem Zustand, in dem die Form und der Stempel geschlossen sind, und einer Plattendicke (t) der Platte im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt.
Herstellungsverfahren eines Formteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Form und der Stempel die Seitenwand des Überstands in einem Zustand walzen, in dem die Form und der Stempel von einer unteren Wand des Überstands getrennt sind.