专利名称：利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的装置及其方法，尤其是 涉及一种可以利用电磁成形法使管形胚料成形为具有表面图纹的板材的装置及其方法。
背景技术：
如美国专利US7076981披露的一种双极板成形方法，双极板成形方法是利用电磁 成形工艺，该专利的胚料为金属板材，因此金属板材与导引框架需借助外力强压接触，以形 成感应涡电流回路，在脉冲电流感应过程中，时常会有跳火放电的问题产生，这对批量生产 而言，不论是安全性或合格率均是严重问题。如美国专利US7178374披露的一种利用冲压工艺制作双极板的方法，该专利通 过模具结构设计，在成形过程中控制板材的应力分布，使板厚变化更均勻，以降低因板材 残留的内应力而产生翘曲现象，以提升整体成形效果，然仍有可能残留少许的残留应力 (residual stress)0如美国专利US6938449披露的一种简化的液压成形装置，包含有可上下移动的上 模与装有液体的固定下模，模内的液体借助板材与压料板进行密封。当上模向下移动使模 穴内液体压力升高，从而产生板料的塑性变形。然而，液压成形方法无法制作较细微的模纹。因此，有必要提供一种制作图纹的装置及其方法，以改现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种可快速成形具有表面图纹的板材的装置及其方法。本发明的另一目的在于提供一种近液压效果的制作具有表面图纹的板材的装置 及其方法。本发明的另一目的在于提供一种可避免跳火放电问题的制作具有表面图纹的板 材的装置及其方法。为达到上述的目的，本发明提供一种利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的装 置，该装置包括模具及电磁产生装置；其中模具的壁面包括至少一图纹面及至少一断开部， 图纹面包括图纹，断开部可为一缺口或一凸部。由此，管形胚料置于模具及电磁产生装置之 间，管形胚料的管壁与模具的各壁面相对，并使管形胚料的成形面与模具的图纹面相对应， 电磁产生装置在被供以脉冲电流后致使管形胚料产生感应电流并与电磁产生装置之间形 成互斥力，借助互斥力致使管形胚料的管壁贴附于模具的壁面，成形面贴附于图纹面，使成 形面形成相对应的图纹，且管形胚料在断开部的相对应处位置断开。但需注意的是，电磁产生装置可设置在模具的内部或外部。为达到上述的目的，本发明还提供一种利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的 方法，该方法包括下列步骤将管形胚料置于模具及电磁产生装置之间，且管形胚料的管壁 与模具的各壁面相对，管形胚料的成形面与模具的图纹面相对应；为电磁产生装置提供脉冲电流，致使管形胚料产生感应电流并致使电磁产生装置与管形胚料之间产生互斥力，使 成形面贴附于图纹面并使成形面形成相对应的图纹；剪切形成图纹的成形面并与管形胚料 分离而成板材。但需注意的是，在将管形胚料置于模具及电磁产生装置之间的步骤前，还包括下 列步骤将模具设置在电磁产生装置的内部、或将电磁产生装置设置在模具的内部。
图1为关于本发明的制作具有图纹的板材的装置的第一实施例的组合示意图。图2为关于本发明的制作具有图纹的板材的装置的第一实施例的剖视图。图3为关于本发明的制作具有图纹的板材的装置的断开部形态示意图。图4为关于本发明的制作具有图纹的板材的装置的另一断开部形态示意图。图5为关于本发明的制作具有图纹的板材的装置的第二实施例的剖视图。图6为关于本发明的利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的方法的步骤流程 图。其中，附图标记说明如下制作图纹的装置1管形胚料20 成形面21模具30图纹面31图纹311断开部32缺口321凸部 322电磁产生装置40集磁器50
具体实施例方式为能够更进一步了解本发明的技术内容，特举两个优选具体实施例说明如下。以下请一并参考图1至图4关于本发明的制作图纹的装置的第一实施例。其中图 1为关于本发明的制作图纹的装置的第一实施例的组合示意图；图2为关于本发明的制作 图纹的装置的第一实施例的剖视图；图3为关于本发明的制作具有图纹的板材的装置的断 开部形态示意图；且图4为关于本发明的制作具有图纹的板材的装置的另一断开部形态示 意图。如图1所示，本发明的制作图纹的装置包括模具30、电磁产生装置40及集磁器 50。其中模具30呈中空的管状，模具30的内壁面包括至少一图纹面31及至少一断开部 32，图纹面31包括图纹311。图纹311的纹路可介于1微米(μ m)至10毫米(mm)之间，但 本发明不以此为限。在本发明的第一实施例中，断开部32可为一缺口 1321 (如图3所示) 或为一凸部322(如图4所示)，但本发明不以此为限。在本发明的第一实施例中，电磁产生 装置40为电磁线圈。如图1及图2所示，在本发明的第一实施例中，电磁产生装置40置于模具30内； 管形胚料20的管壁包括至少一成形面21，管形胚料20置于模具30及电磁产生装置40之 间，管形胚料20的管壁与模具30的各内壁面相对，且管形胚料20的成形面21与模具30
5的图纹面31相对应。当电磁产生装置40被供以脉冲电流后致使管形胚料20产生感应电 流并与电磁产生装置40间形成互斥力，此互斥力致使管形胚料20的管壁高速向外贴附于 模具30的内壁面，使成形面21贴附于图纹面31产生变形而形成相对应的图纹311，同时， 管形胚料20在断开部32的相对位置处断开。由于管形胚料20所形成的图纹311为高速 成形且成形力近液压，因此可达到防止皱折产生、减少回弹量及成形性良好等特性。并且本 发明的制作图纹的装置中，并无如先前申请中的导引框架，也无需另外以外力强压管形胚 料20与其它元件接触，因此无跳火放电的问题。在本发明的一实施例中，管形胚料20的厚度实质上介于0. 1毫米至0. 4毫米之 间，但本发明不以此为限。管形胚料20的材料为金属或具有导電性的复合材料，但本发明 不以此为限，任何在电磁产生装置40被供以电流后、管形胚料20能产生感应电流并与电磁 产生装置40间形成互斥力的材料或其组合均属于本发明精神的范畴。管形胚料20为实质 上选自于由铝、铜、铁、金、银、钛及其合金所组成的材料群组中的至少一种材料。在本发明的一实施例中，管形胚料20产生的感应电流为涡电流(Eddycurrents)。 管形胚料20变形的最快速度可达300m/s以上，使成形时间仅需IOys至IOOys间， 达到快速成形的目的，但本发明不以此成形时间为限。前述互斥力为一种非接触力 (non-contact force)，管形胚料20为平均受力且快速贴附于图纹面31，此为近液压 (quasi-hydrostatic)的成形力，可将管形胚料20的残留应力降到最低。在本发明的一实施例中，管形胚料20与模具30为矩形，但本发明不以此为限。举 例来说，管形胚料20与模具30也可为圆形、三角形或其他多边形。在本实施例中，管形胚 料20与模具30同为矩形，但本发明的应用不以此为限，管形胚料20可为圆形，而模具30 可为其他多边形。在本发明的一实施例中，集磁器50的材质为铜，但本发明不以此为限，集磁器50 的材质也可为其他导电材料。当电磁产生装置40的尺寸远小于模具30的内径时，集磁器 50可设置在管形胚料20与电磁产生装置40之间(如图1及图2所示)，协助管形胚料20
与电磁产生装置40感应。以下请参考图5关于本发明的制作图纹的装置的第二实施例。其中图5为关于本 发明的第二实施例的剖视图。本发明的第二实施例与第一实施例最大的不同在于，模具30呈柱状，其外壁面包 括至少一图纹面31及至少一断开部32，图纹面31包括图纹311，模具30置于电磁产生装 置40内，管形胚料20置于模具30及电磁产生装置40之间，管形胚料20的管壁与模具30 的各壁面相对，且管形胚料20的成形面21与模具30的图纹面31相对应。当电磁产生装 置40被供以脉冲电流后致使管形胚料20产生感应电流并与电磁产生装置40间形成互斥 力，此互斥力致使管形胚料20的管壁高速向内贴附于模具30的外壁面，使成形面21贴附 于图纹面31产生变形而形成相对应的图纹311，同时，管形胚料20在断开部32的相对位置 处断开。如图5所示，在本发明的一实施例中，集磁器50设置在管形胚料20与电磁产生装 置40之间，以协助感应。且在本发明的一实施例中，集磁器50与电磁产生装置40为圆形， 但本发明不以此为限。本发明还提供一种制作具有表面图纹的板材的方法，以下请参考图6，其为关于本发明的制作图纹的方法的步骤流程图。首先进行步骤S71 将模具设置在电磁产生装置的内部。在本发明的一实施例中，模具的壁面包括至少一图纹面，图纹面包括图纹，图纹的 纹路可介于1微米至10毫米之间，但本发明不以此为限。在本发明的一实施例中，电磁产 生装置为电磁线圈。但需注意的是，在步骤S71中，也可视管形胚料或设计图纹的需要，将电磁产生装 置设置在呈管状的模具的内部。接着进行步骤S72 将管形胚料置于模具及电磁产生装置之间，管形胚料的管壁 与模具的各壁面相对，并使管形胚料的成形面与模具的图纹面相对应。在本发明的一实施例中，管形胚料的形状可为矩形、圆形、三角形或其他多边形管 状。管形胚料的形状与模具的形状可为相同或不相同。管形胚料的厚度介于0.1毫米至 0. 4毫米之间，但本发明不以此为限。管形胚料的材料为金属或具有导磁性的复合材料，但 本发明不以此为限，任何在电磁产生装置被供以电流后，能产生感应电流并与电磁产生装 置之间形成互斥力的材料或其组合均属于本发明精神的范畴。在本发明的一优选实施例中，管形胚料为实质上选自于由铝、铜、铁、金、银、钛及 其合金所组成的材料群组中的至少一种材料。接着进行步骤S73 在管形胚料与电磁产生装置之间放置集磁器。在本发明的一实施例中，集磁器为铜块，但本发明不以此为限，集磁器也可为其他 导电材料。但需注意的是，可视管形胚料或电磁产生装置的设计而不加入集磁器，并且省略 步骤S73。进行步骤S74 为电磁产生装置提供脉冲电流致使管形胚料产生感应电流并致使 电磁产生装置与管形胚料之间产生互斥力，使管形胚料的管壁贴附在模具的壁面，并使成 形面贴附于图纹面，致使管形胚料的成形面形成图纹。当电磁产生装置被供以脉冲电流后，电流会流通电磁产生装置并在电磁产生装置 本身产生一磁场，管形胚料可产生感应电流进而产生与电磁产生装置相斥的另一磁场而形 成互斥力，借助互斥力可致使管形胚料的成形面高速贴附于图纹面，使管形胚料的成形面 产生永久变形而形成与图纹面上相同的图纹。由于管形胚料的图纹为高速成形且成形力近 液压，因此可达到防止皱折产生、减少回弹量及成形性良好等特性。最后进行步骤S75 剪切形成图纹的成形面并与管形胚料分离而成板材。在本发明的一实施例中，模具包括断开部，断开部可为缺口或凸部，由此，在电磁 产生装置被供以脉冲电流后，管形胚料的管壁高速贴附于模具的壁面，致使管形胚料在缺 口或凸部的相对应处位置断开，并与管形胚料分离而形成板材，但本发明不以此为限，举例 而言，如利用公知的机械剪切手段、激光切割等也能达到相同的功效。上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所要求保护的范围应以权 利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
一种利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的装置，该管形胚料的管壁包括至少一成形面，该利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的装置包括一模具，该模具的壁面包括至少一图纹面及至少一断开部，该图纹面包括一图纹；以及一电磁产生装置；由此，该管形胚料置于该模具及该电磁产生装置之间，该模具的各壁面与该管形胚料的管壁相对，并使该图纹面与该成形面相对应，该电磁产生装置被供以一脉冲电流后致使该管形胚料产生一感应电流并与该电磁产生装置之间形成一互斥力，借助该互斥力致使该管形胚料的管壁贴附在该模具的壁面，使成形面贴附于该图纹面而形成相对应的该图纹，且该管形胚料在该断开部的相对应处位置断开。
2.如权利要求1所述的装置，其中该模具呈柱状，且该模具设置在该电磁产生装置的 内部。
3.如权利要求1所述的装置，其中该模具呈管状，且该电磁产生装置设置在该模具的 内部。
4.如权利要求1所述的装置，还包括一集磁器，该集磁器设置在该模具及该电磁产生 装置之间，且该管形胚料置于该集磁器及该模具之间。
5.如权利要求1所述的装置，其中该断开部为一缺口。
6.如权利要求1所述的装置，其中该断开部为一凸部。
7.如权利要求1所述的装置，其中该电磁产生装置为一电磁线圈。
8.如权利要求1所述的装置，其中该管形胚料为金属或具有导磁性的复合材料。
9.如权利要求1所述的装置，其中该管形胚料为实质上选自于由铝、铜、铁、金、银、钛 及其合金所组成的材料群组中的至少一种材料。
10.一种利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的方法，该方法包括下列步骤将该管形胚料置于一模具及一电磁产生装置之间，该管形件胚料的管壁包括至少一成 形面，该模具的壁面包括至少一图纹面，该图纹面包括一图纹，该管形胚料的管壁与该模具 的各壁面相对，且该管形胚料的该成形面与该模具的图纹面相对应；为该电磁产生装置提供一脉冲电流，致使该管形胚料产生一感应电流，并致使该电磁 产生装置与该管形胚料之间产生一互斥力，使成形面贴附于该图纹面并致使该成形面形成 相对应的该图纹；以及剪切形成该图纹的该成形面并与该管形胚料分离而成板材。
11.如权利要求10所述的方法，其中该模具为一呈柱状的模具，并且在将该管形胚料 置于该模具及该电磁产生装置之间的步骤前，还包括下列步骤将该模具设置在该电磁产生装置的内部。
12.如权利要求10所述的方法，其中该模具为一呈管状的模具，并且在将该管形胚料 置于该模具及该电磁产生装置之间的步骤前，还包括下列步骤将该电磁产生装置设置在该呈管状的模具的内部。
13.如权利要求10所述的的方法，其中在将该管形胚料置于该模具及该电磁产生装置 之间的步骤中，还包括下列步骤在该管形胚料与该电磁产生装置之间放置一集磁器。
14.如权利要求10所述的方法，其中该电磁产生装置为一电磁线圈。
15.如权利要求10所述的方法，其中该管形胚料为金属或具有导磁性的复合材料。
16.如权利要求10所述的方法，其中该管形胚料为实质上选自于由铝、铜、铁、金、银、 钛及其合金所组成的材料群组中的至少一种材料。
17.如权利要求10所述的方法，其中该模具包括一断开部；由此，在该管形胚料的管壁 贴附在该模具的壁面时，该断开部致使该管形胚料在该断开部的相对应处断开。
18.如权利要求17所述的方法，其中该断开部为一缺口。
19.如权利要求17所述的方法，其中该断开部为一凸部。
全文摘要
本发明揭示一种利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的装置，管形胚料的管壁包括成形面，该装置包括模具及电磁产生装置，该模具的壁面包括图纹面及断开部，该图纹面包括图纹。管形胚料置于模具及电磁产生装置之间，该管形胚料的管壁与模具的壁面相对，且该管形胚料的成形面与模具的图纹面相对应。电磁产生装置在被供以脉冲电流后致使管形胚料产生感应电流并与电磁产生装置之间形成互斥力，借助互斥力致使管形胚料的管壁贴附于模具的壁面，而使管形胚料的成形面形成相对应的图纹，且管形胚料在断开部的相对应处的位置断开。同时，本发明还揭示一种利用管形胚料制作具有表面图纹的板材的方法。
文档编号B21D26/14GK101869940SQ20091013513
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者朱祐谊, 郑东辰 申请人:财团法人金属工业研究发展中心