SE516271C2

SE516271C2 - Material is molded using an impact machine having an upper ram unit and lower ram unit which move towards each other at velocities such that their respective momentums are about equal

Info

Publication number: SE516271C2
Application number: SE0001559A
Authority: SE
Inventors: Haakan Olsson
Original assignee: Morphic Ab
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-12-10
Also published as: SE0001559D0; SE0001559L

Abstract

Material is cavity molded on an impact machine in which an upper ram unit and punch and a lower ram unit and punch move towards each other with respective velocities such that their momentums (mass x velocity) are about equal. The total kinetic energy developed by each ram unit is transferred to the material in the mold cavity, causing the material to plasticise and flow, and fill the cavity.

Description

516371 ' = ° Haara Mer bestämt syftar uppﬁnningen till att erbjuda en tillverkningsteknik som är betydligt billigare än konventionell teknik men som ändå ger en produkt som fyller de högt ställda krav med avseende på måttnoggrannhet, täthet och andra egenskaper, vilka ställs på bränslecellsplattor. Sättet enligt uppﬁnningen är dock inte begränsat enbart till tillverkning av bränslecellsplattor utan kan ﬁnna en vidsträckt användning även för andra metallplattor, i synnerhet plattor som är breda i förhållande till tjockleken. 516371 '= ° Haara More specifically, the invention aims to offer a manufacturing technology which is significantly cheaper than conventional technology but which still provides a product which meets the high requirements with respect to dimensional accuracy, density and other properties which are placed on fuel cell plates. However, the method according to the invention is not limited only to the manufacture of fuel cell plates but can also be widely used for other metal plates, in particular plates which are wide in relation to the thickness.

Enligt uppﬁnningen utnyttjas formning med hög kinetisk energi för att tillverka plattan med de högreliefmönstrade sidorna. Men det är inte möjligt att tillverka plattor med detta mönster genom hög kinetisk energiformriing i ett enda slag, om man utgår från pulver eller från en plan platta. Även om materialet mjukgöres blir det mycket höga tryck som uppstår vid den hög kinetiska forrnningen, så är förmågan ändå allt för begränsad för att materialet skall kunna ﬂyta dels i de labyrintliknande gångarna i formningsverktyget i den del av verktyget som skall bilda högreliefmönstret, dels även ﬂyta ut till de tjockare kantpartiema. Det är inte heller möjligt att i ett och samma verktyg forma produkten genom en serie slag. Tvärtom ökas därmed problemen.According to the invention, molding with high kinetic energy is used to manufacture the plate with the high-relief patterned sides. But it is not possible to make plates with this pattern by high kinetic energy transfer in a single stroke, if you start from powder or from a flat plate. Even if the material is softened, the pressure that arises at the high kinetic shape is very high, the ability is still too limited for the material to be able to surface partly in the labyrinth-like passages in the forming tool in the part of the tool that is to form the high-relief pattern. out to the thicker edge portions. It is also not possible to shape the product in one and the same tool through a series of strokes. On the contrary, it increases the problems.

Särskilt gäller detta då man utgår från pulver, som visserligen kan plasticeras i ett ytskikt vid det första slaget, men detta försvårar istället plasticiseringen av pulvret längre ner i pulverbädden, kompakteringen blir mycket inhomogen och friktionen ökar.This is especially true when starting from powder, which can admittedly be plasticized in a surface layer at the first blow, but this instead complicates the plasticization of the powder further down in the powder bed, the compaction becomes very inhomogeneous and the friction increases.

Principen för uppﬁnningen är därför att man först framställer en mellanprodukt, som är lämpad för en slutformningsoperation baserad på att i ett enda slag forma den högrelief- mönstrade plattan genom tillförsel av mycket hög kinetisk energi.The principle of the invention is therefore to first produce an intermediate product, which is suitable for a final forming operation based on forming the high-relief patterned plate in a single stroke by supplying very high kinetic energy.

Enligt uppﬁnningen framställer man sålundai åtminstone ett förberedande steg en mellanprodukt innefattande åtminstone ett första parti som skall bilda nämnda hög- reliefmönstrade fält, som dock ännu ej är högreliefrnönstrade men innehåller en metall- mängd som väsentligen motsvarar metallmängden inom nämnda fält i den färdiga plattan och andra partier som skall bilda nämnda kantpartier och som innehåller minst den metallmängd som skall ingå i dessa partier i den färdiga plattan. Denna mellan- produkt placeras mellan åtminstone två, relativt varandra rörliga, graverade forrn- verktygsdelar, av vilka åtminstone en är högreliefgraverad och åtminstone en är en stans, vilka verktygsdelar, då de är maximalt sammanförda, mellan sig och/eller tillsammans med ytterligare åtminstone någon verktygsdel, bildar ett formningshålrum motsvarande den slutliga formen på den färdiga plattan inom områdena för nämnda högreliefmönstrade fält och åtminstone nära den slutliga formen på nämnda kantpartier.According to the invention, an intermediate product is thus prepared in at least one preparatory step, comprising at least a first portion which is to form said high-relief patterned fields, which, however, are not yet high-relief patterned but contain a metal amount substantially corresponding to the metal field in said finished plate and others. portions which are to form said edge portions and which contain at least the amount of metal which is to be included in these portions in the finished plate. This intermediate product is placed between at least two, relatively movable, engraved forearm tool parts, of which at least one is highly embossed and at least one is a punch, which tool parts, when maximally joined, between themselves and / or together with at least one further tool part, forms a forming cavity corresponding to the final shape of the finished plate within the areas of said high-relief patterned field and at least close to the final shape of said edge portions.

Däreñer framställs högreliefrnönstret inom området/områdena för nänmda fält i en »unna 516371 ' ' nam slutforrnningsoperation genom att de graverade verktygsdelarna slås mot varandra genom att åtminstone ett slagdon med mycket hög kinetisk energi slås mot åtminstone nämnda stans i ett enda slag, varvid metallmaterialet inom områdena för nänmda åtminstone ett forsta parti bringas att ﬂyta ut och utfylla formningshålrummet till att bilda nämnda högrelieﬁnönster väsentligen utan materialtransport mellan nänmda första och andra partier.Therein, the high-relief pattern within the area (s) of said fields is produced in a final operation by striking the engraved tool parts against each other by striking at least one percussion device with very high kinetic energy against at least said punch in a single stroke, the metal material within the areas of said at least one first portion are caused to surface and fill the forming cavity to form said high relay pattern substantially without material transport between said first and second portions.

Genom att man i slutformningsoperationen utnyttjar en mycket hög slagverkan i ett enda, mycket kraftigt slag på arbetsmaterialet från ett eller från två motsatta håll skapas ett mycket kortvarigt tryck, som är så högt att arbetsmaterialet plasticeras och utfyller formningshålrummet, så att det metalliska materialet ﬂyter ut i alla delar av formnings- hålrummet betydligt effektivare, sannolikt på grund av lägre friktion, än i en konven- tionell pressningsoperation, som bygger på att man utnyttjar mycket höga tryck. Denna teknik, som innebär formning med hög kinetisk energi hos rörliga verktygsdelar, gör att materialet plasticeras och därmed sarmolikt även den lägre friktionen uppstår, vilket tillåter att metallen formas plastiskt med en hastighet som kan vara 10-100 gånger snabbare än vid konventionell forrnningsteknik.By using a very high impact effect in the final forming operation in a single, very strong blow on the working material from one or two opposite directions, a very short-term pressure is created, which is so high that the working material is plasticized and fills the forming cavity, so that the metallic material ﬂ in all parts of the forming cavity much more efficiently, probably due to lower friction, than in a conventional pressing operation, which is based on utilizing very high pressures. This technique, which involves forming with high kinetic energy of moving tool parts, causes the material to be plasticized and thus also the lower friction occurs, which allows the metal to be plasticized at a speed that can be 10-100 times faster than with conventional forming technology.

Enligt utförda mätningar och beräkningar har tryckpulsen vid nämnda enda slag en varaktighet som är mindre än 0.001 sek men en magnitud som ligger inom intervallet l- Gpa. Typiskt är intervallet 1.5-5 GPa. Genom det höga trycket och därav orsakad plasticisering skapas sannolikt även den låga friktionen mellan arbetsmaterial och forrnningshålrummets väggar, och mellan pulverkornen, då arbetsmaterialet utgörs av ett metallpulver (kan tillämpas vid tillverkningen av mellanprodukten), vilket bidrar till eller är en förutsättning för, att materialet kan ﬂyta ut och uppfylla forrrmingshål- rummets alla delar.According to performed measurements and calculations, the pressure pulse at said single stroke has a duration which is less than 0.001 sec but a magnitude which is in the range l-Gpa. Typically the range is 1.5-5 GPa. The high pressure and consequent plasticization probably also creates the low friction between the working material and the walls of the furnace cavity, and between the powder grains, when the working material consists of a metal powder (can be used in the manufacture of the intermediate product), which contributes to or is a prerequisite for the material can surface and meet all parts of the mold cavity.

Utgångsmaterialet för mellanprodukten är antingen metallpulver eller en homogen metallplatta, som kan tillverkas på konventionellt sätt, till exempel genom utstansning ur en större plåt, eller genom kompaktering och sintring av pulver, eller på annat pulvermetallurgiskt sätt så att man får en homogen, jämntjock platta. Åtminstone då man utgår från en homogen platta kan tillverkningen av mellanprodukten gå ut på att pressa ut material till plattans ytterkanter. Vilken teknik som än används för tillverk- ningen av mellanprodukten är syñet att skapa en mellanprodukt i vilken rätt mängd metallmaterial ﬁnns på rätt plats, dvs. i området för nämnda fält, respektive nämnda kantpartier, vid slutformningsoperationen, då plattan formas mellan de graverade forrnverktygsdelarna under mycket kortvarigt, mycket högt tryck enligt ovan, så att den 5164271 P1520 får nämnda högreliefmönster inom området för mittfältet, t.ex. formas med spår och bommar, då det är fråga om tillverkning av bränslecellsplattor. Vid slutformnings- operationen, då man får materialet att ﬂyta på grund av plasticisering under mycket högt tryck, elimineras även den porositet som kan ﬁnnas i mellanprodukten, då man utgår från metallpulver, så att tillräcklig täthet uppnås för t.ex. plattans funktion i en bränsle- cell.The starting material for the intermediate is either metal powder or a homogeneous metal plate, which can be manufactured in a conventional manner, for example by punching out a larger plate, or by compacting and sintering powder, or by other powder metallurgical means to obtain a homogeneous, evenly thick plate. At least when starting from a homogeneous plate, the manufacture of the intermediate product can involve pressing out material to the outer edges of the plate. Whatever technology is used for the manufacture of the intermediate product, the aim is to create an intermediate product in which the right amount of metal material is in the right place, ie. in the area of said field, respectively said edge portions, in the final forming operation, when the plate is formed between the engraved mold tool parts under very short, very high pressure as above, so that it gets said high relief pattern within the area of the center field, e.g. formed with grooves and barriers, when it comes to the manufacture of fuel cell plates. In the final forming operation, when the material is made to surface due to plasticization under very high pressure, the porosity that can be found in the intermediate product, when starting from metal powder, is also eliminated, so that sufficient density is achieved for e.g. the function of the plate in a fuel cell.

Vid tillverkningen av mellanprodukten kan en råpresskropp tillverkas pulvermetallur- giskt, vilken sintras genom upphettning, så att pulverkomen koalescerar till att bilda en väsentligen konsoliderad kropp ägnad för den efterföljande slutformningen genom att graverade verktygsdelar fors mot varandra med så hög kinetisk energi att materialet plasticeras enligt ovan. Man kan även tänka sig att mellanprodukten framställs genom pressning av pulver i ett verktyg, som innefattar åtminstone en stans som med hög kinetisk energi slås mot pulvret, varvid stansens kinetiska energi är så hög och i så hög grad överförs till pulvret att detta plastisciseras. I själva verket kan stansens eller stansarnas kinetiska energi vara så hög och i så hög grad överföras till pulvret att pulverkomen genom utveckling av triktionsvärme koalescerar till att bilda en väsent- ligen konsoliderad kropp, varigenom en särskild sintringsoperation för att konsolidera kroppen kan elimineras. Man kan även tänka sig att pressningen till att bilda en råpress- kropp eller konsoliderad kropp utförs i ﬂera steg.In the manufacture of the intermediate product, a crude press body can be manufactured powder metallurgically, which is sintered by heating, so that the powder cores coalesce to form a substantially consolidated body suitable for the subsequent final formation by pressing engraved tool parts against each other with such high kinetic energy that the material is plasticized as above. . It is also conceivable that the intermediate product is produced by pressing powder into a tool which comprises at least one punch which is struck against the powder with high kinetic energy, the kinetic energy of the punch being so high and transferred to the powder to such an extent that it is plasticized. In fact, the kinetic energy of the punch or punches can be so high and transferred to the powder to such an extent that the powder coma coalesces through the development of tricycle heat to form a substantially consolidated body, whereby a special sintering operation to consolidate the body can be eliminated. It is also conceivable that the pressing to form a raw press body or consolidated body is performed in ﬂ your steps.

För att underlätta förkompakteringen av pulvret till en väl sammanhållen eller konsoli- derad kropp vid tillverkningen av mellanprodukten, då man utgår från metallpulver, kan det vara fördelaktigt att förvärma pulvret till åtminstone 70°C före pressningsopera- tionen, respektive pressningsoperationerna. Särskilt gäller detta då nämnda metall består av en lättmetall, företrädesvis någon av de metaller som tillhör gruppen aluminium, magnesium och titan, eller av en legering som huvudsakligen består av en eller ﬂera av nämnda metaller. Typiskt tillverkas bränslecellplattor av sådan metall. Vid tillverkning av plattor av andra metaller, t.ex. mässing eller stål, inkluderande rostﬁitt stål, bör utgångsmaterialet, vare sig det är pulver eller en homogen platta, förvärmas till högre temperatur.In order to facilitate the pre-compaction of the powder into a well-cohesive or consolidated body in the manufacture of the intermediate product, starting from metal powder, it may be advantageous to preheat the powder to at least 70 ° C before the pressing operation and the pressing operations, respectively. This is especially true when said metal consists of a light metal, preferably one of the metals belonging to the group of aluminum, magnesium and titanium, or of an alloy consisting essentially of one or more of said metals. Typically, fuel cell plates are made of such metal. In the manufacture of plates of other metals, e.g. brass or steel, including stainless steel, the starting material, whether powder or a homogeneous plate, should be preheated to a higher temperature.

Mellanprodukten kan även tillverkas av en homogen metallplatta genom konventionell bearbetning, såsom t.ex. fräsning eller slipning för att skapa nämnda första parti eller partier med mindre tjocklek än kantpartiema, dvs. tillförsälcra ”rätt mängd metall på rätt plats” för den efterföljande slutformningen medelst högkinetisk energi, då högrelief- mönstret skapas. 5165271 = Vid den eller de formningsoperationer, som innefattar relativ rörelse av verktygsdelar med hög kinetisk energi mot varandra, kan undre verktygsdelar anordnas på ett fast eller vid forrnningsoperationen uppåt rörligt städ, medan övre verktygsdelar, som accelereras till att erhålla en mycket hög kinetisk energi, slås nedåt mot den eller de undre verktygs- delarna, varvid anordningar företrädesvis ﬁnns för att dämpa eller eliminera den chockvåg som eljest utvecklas i den slagmaskin som härvid används. Exempelvis kan användas någon av de slagmaskiner som beskrivs i de samtidigt med föreliggande ansökan inlärrmade svenska patentansökningama, benämnda Slagmaskin I respektive II, vilka härmed införlivas i denna text genom hänvisning. Dessa maskiner lämpar sig särskilt väl vid slutformningen av bränslecellplattor, innefattande högrörelseenergi- formgivning, men kan även med fördel användas for tillverkning av mellanprodukten i det fall även denna tillverkning innefattar formgivning som utnyttjar tillförsel av hög kinetisk energi för att skapa en mycket kortvarig tryckpuls med mycket hög magnitud.The intermediate can also be made of a homogeneous metal plate by conventional processing, such as e.g. milling or grinding to create said first portion or portions with less thickness than the edge portions, i.e. supply the “right amount of metal in the right place” for the subsequent final shaping by means of high kinetic energy, when the high relief pattern is created. In the shaping operation or operations, which involve relative movement of high kinetic energy tool parts toward each other, lower tool parts may be arranged on a fixed or upwardly moving movable anvil, while upper tool parts, which are accelerated to obtain a very high kinetic energy, is struck downwards against the lower tool part or parts, whereby devices are preferably provided for damping or eliminating the shock wave which otherwise develops in the percussion machine used in this case. For example, one of the percussion machines described in the Swedish patent applications filed at the same time as the present application, called Percussion Machine I and II, respectively, can be used, which are hereby incorporated into this text by reference. These machines are particularly well suited for the final formation of fuel cell plates, including high motion energy design, but can also be used to advantage for the manufacture of the intermediate product in case this manufacture also includes design that utilizes high kinetic energy supply to create a very short pressure pulse with very high magnitude.

Man kan även tänka sig att gravyren för metallplattans sidor, såväl vid fonnningen av mellanprodukten från pulver som vid slutformningen av de högreliefrnönstrade plattoma, tillverkas av separata verktygsdelar. Till exempel kan en central stans och en första hejare användas för det eller de mittfält som skall högreliefmönstras och en eller ﬂera andra runtomgående stansar och en eller ﬂera andra hejare, användas för att forma det runtomgående rarnforrnade kantpartiet. Denna princip ger möjlighet att tillföra mest rörelseenergi till det område där kraven på god ﬂytbarhet är störst, dvs. det eller de rnittfält som skall högrelieﬁnönstras.It is also conceivable that the engraving for the sides of the metal plate, both in the formation of the intermediate product from powder and in the final formation of the high-relief patterned plates, is manufactured from separate tool parts. For example, a central punch and a first cheerleader may be used for the center field (s) to be patterned in high relief and one or ﬂ your other circumferential punches and one or ﬂ your second cheerleaders may be used to form the circumferential rim-shaped edge portion. This principle provides the opportunity to supply the most kinetic energy to the area where the requirements for good surface performance are greatest, ie. the cutting field or fields to be highlighted in the high-relay.

Ytterligare kärmetecken och aspekter på uppﬁnningen samt fördelar med denna framgår av de efterföljande patentkraven samt av följande beskrivning av en utföringsform.Additional features and aspects of the invention and advantages thereof are set forth in the appended claims and in the following description of an embodiment.

KORT FIGURBESKRIVNING _ I följ ande beskrivning av en utföringsform av uppﬁnningen kommer att hänvisas till bifogade ritningsﬁgurer, som schematiskt illustrerar tillverkningen av en bränslecell- platta, varvid Fig. l schematiskt visar verktygsdelarna för tillverkning av en mellanprodukt, Fig. 2 utgör parti av Fig. 1 i större skala, Fig. 3 visar verktygsdelarna för tillverkning av slutprodukten, Fig. 4 visar ett parti av Fig. 3 i större skala, Fig. 5 visar den principiella utformningen av mellanprodukten i genomskärning, och ,,;>| s16g71 - i E. . JL Fig. 6 visar den principiella utformningen av slutprodukten, en metallplatta för bränsleceller i genomskärning.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following description of an embodiment of the invention, reference will be made to the accompanying drawings, which schematically illustrate the manufacture of a fuel cell plate, Fig. 1 schematically showing the tool parts for the manufacture of an intermediate product, Fig. 2 forms part of Figs. 1 on a larger scale, Fig. 3 shows the tool parts for manufacturing the end product, Fig. 4 shows a portion of Fig. 3 on a larger scale, Fig. 5 shows the basic design of the intermediate product in section, and ,,;> | s16g71 - i E.. JL Fig. 6 shows the basic design of the end product, a metal plate for fuel cells in cross section.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Med hänvisning först till Fig. 5 och 6 betecknas en mellanprodukt med siffran 1 och en schematiskt, i genomskärning visad metallplatta för bränsleceller allmänt med siffran 2.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring first to Figs. 5 and 6, an intermediate product is indicated by the number 1 and a schematic, cross-sectional view of the metal plate for fuel cells is generally indicated by the number 2.

Plattan 2, som har en huvudsakligen kvadratisk fonn, består av ett centralt fält 3, som upptar större delen av plattans yta, och kantpartier 4, som är breda i förhållande till plattans tjocklek och löper runt hela fältet 3 som en ram. Kantpartierna 4 har plana bredytor 5, 6. Yttersidoma har betecknats 7. Mittfältet 3 är enligt utföringsforrnen högreliefrnönstrat på båda sidorna (även enkelsidig högrelieñnönstring är tänkbar i vissa fall) och uppvisar omväxlande bommar 8 och dalar 9. Bommarna och dalarna 8, 9 på ovansidan löper vinkelrätt mot bommarna och dalarna på undersidan. Mellan dalarna 9, dvs mellan plattans båda sidor, ﬁnns ett tunt liv 10. Bommamas 8 toppar ligger enligt utföringsformen i plan med kantpartiernas bredytor 5, 6.The plate 2, which has a substantially square shape, consists of a central field 3, which occupies most of the surface of the plate, and edge portions 4, which are wide in relation to the thickness of the plate and run around the whole field 3 as a frame. The edge portions 4 have flat wide surfaces 5, 6. The outer sides have been designated 7. According to the embodiment, the middle field 3 is high-relief patterned on both sides (single-sided high-relief patterning is also possible in some cases) and has alternating bars 8 and valleys 9. The bars and valleys 8, 9 on the upper sides 8, 9 runs perpendicular to the barriers and valleys on the underside. Between the valleys 9, ie between both sides of the plate, there is a thin web 10. According to the embodiment, the tops of the bars 8 are flush with the wide surfaces 5, 6 of the edge portions.

Mellanprodukten 1 består av ett centralt, första parti 11, som i den färdiga produkten skall bilda det högrelieﬁnönstrade fältet 3, och runtom detta första parti ll, runtom- gående partier 12, som skall bilda nämnda runtomgående partier eller ram 4 i den färdiga plattan 2.The intermediate product 1 consists of a central, first portion 11, which in the finished product is to form the high-relay patterned field 3, and around this first portion 11, circumferential portions 12, which are to form said circumferential portions or frame 4 in the finished plate 2. .

Tillverkningen av mellanprodukten l går ut på att skapa en konsoliderad och väsent- ligen homogen mellanprodukt, som i mittpartiet ll innehåller den metallmängd som skall ingå i det högreliefrnönstrade mittfältet 3 i den färdiga produkten 2. Eventuellt kan ett mycket litet metallöverskott tillåtas i mittpartiet l, som enligt utföringsformen är helt plant. Även sidopartierna 12 imellanprodukten 1 skall innehålla den metallmängd som skall ingå i ytterpartierna 4 i den färdiga produkten 2. Ett visst överskott metall i partiema l2 kan tolereras, om slutfonnningen av produkten 2 utförs på sådant sätt att överskottet kan biingas att ﬂyta ut till att bilda ”skägg” eller motsvarande som kan avlägsnas vid en rensningsoperation efter fullbordad formpressning.The manufacture of the intermediate product 1 is to create a consolidated and substantially homogeneous intermediate product, which in the middle portion 11 contains the amount of metal which is to be included in the high-relief clad center field 3 in the finished product 2. A very small metal excess may be allowed in the middle portion 1. which according to the embodiment is completely flat. The side portions 12 between the product 1 must also contain the amount of metal to be included in the outer portions 4 of the finished product 2. A certain excess metal in the portions 12 can be tolerated, if the final formation of the product 2 is carried out in such a way that the excess can be formed to form "Beard" or equivalent that can be removed in a cleaning operation after completion of compression molding.

För tillverkningen av mellanprodukten 1 kan användas de verktygskomponenter som visas i Fig. 1 och Fig. 2. De tre formverktygsdelama utgörs av en dyna 20, en stans 21 och en matris 22. Den senare visas i genomskärning. Matrisen omger med tätning övre delen av dynan 20 och fungerar även som styrning för stansen 21 i dennas arbete.For the manufacture of the intermediate product 1, the tool components shown in Fig. 1 and Fig. 2 can be used. The three mold tool parts consist of a pad 20, a punch 21 and a die 22. The latter is shown in section. The matrix surrounds the upper part of the pad 20 with a seal and also functions as a guide for the punch 21 in its work.

Dynans 20 och stansens 21 mot varandra vända ytor kan uppvisa likadana gravyrer 23, så utformade att mellanproduktens 1 båda bredsidor utgör kongruenta avbildningar av 516, 271 P1520 gravyrema 23. Detta innebär sålunda att dynan 20 och stansen 21 uppvisar ett plant mittparti 24 för formning av mellanpartiet 11 i mellanprodukten 1 och en runtomgående fördjupning 25 för formning av ramen 12 i mellanprodukten 1.The facing surfaces of the pad 20 and the punch 21 may have similar engravings 23, so formed that both wide sides of the intermediate product 1 constitute congruent images of the engravings 516, 271 P1520 23. This thus means that the pad 20 and the punch 21 have a flat central portion 24 for forming the intermediate portion 11 in the intermediate 1 and a circumferential depression 25 for forming the frame 12 in the intermediate 1.

Vid tillverkningen av mellanprodukten 1 satsas en väl uppmätt mängd metallpulver i det utrymme 26 som är bildat av matrisen 22 och dynan 23, i vilket alltså dynan 23 utgör botten och matrisen 22 vägg. Alternativt kan man använda en plan metallplatta som utgångsmaterial för tillverkningen av mellanprodukten 1. Även denna skall innehålla samma metallmängd som i den önskade mellanprodukten 1 och företrädesvis har den en yttre form som motsvarar formen på hålet i matrisen 22. Vare sig man använder pulver eller en fast kropp som utgångsmaterial, så kan det vara lämpligt att förvärma det före formningsoperationen, såsom nämnts i den inledande redogörelsen för uppñnningen.In the manufacture of the intermediate product 1, a well-measured amount of metal powder is charged into the space 26 formed by the matrix 22 and the pad 23, in which thus the pad 23 constitutes the bottom and the matrix 22 wall. Alternatively, a flat metal plate can be used as a starting material for the manufacture of intermediate 1. This should also contain the same amount of metal as in the desired intermediate 1 and preferably has an outer shape corresponding to the shape of the hole in the matrix 22. Whether using powder or a solid body as a starting material, it may be appropriate to preheat it before the forming operation, as mentioned in the introductory description of the invention.

Dynan 20 och matrisen 22 är anordnade i ett icke visat verktygshus, som placeras på ett fast eller rörligt städ. Stansen 21 förs ned i hålet i matrisen 22 så långt att det kommer i kontakt med pulvret respektive den homogena plattan. Då det är fråga om pulver pressas stansen 21 med viss kraft mot pulvret, så att pulverkornen utsätt för ett lätt tryck, så att de orienterar sig så att man får en viss tätpackning av pulverbädden i det formnings- hålrum som definieras av de båda gravyrerna 23 och matrisen 22. Därefter slås en hejare, tex. en slagkolv i en slagmaskin med mycket hög kinetisk energi, mot stansens 21 ovansida, lämpligen via en slagkropp som vilar mot stansen och överför hejarens slagenergi till denna. Den mycket stora slagenergin överförs till metallpulvret i formningshålrummet, så att pulvret plasticeras, varigenom pulverkomen plasticeras och på någon mikrosekund bildar en konsoliderad kropp med den önskade formen hos mellanprodukten 1. Vid denna högrörelseenergiformning kan en viss ﬂytning av den under slaget plastisicerade metallen ske mellan partierna 11 och 12.The pad 20 and the die 22 are arranged in a tool housing (not shown), which is placed on a fixed or movable anvil. The punch 21 is inserted into the hole in the matrix 22 so far that it comes into contact with the powder and the homogeneous plate, respectively. In the case of powder, the punch 21 is pressed with some force against the powder, so that the powder grains are subjected to a light pressure, so that they orient themselves so that a certain tight packing of the powder bed is obtained in the forming cavity defined by the two engravings 23. and the matrix 22. Then a cheerleader is beaten, e.g. a percussion piston in a percussion machine with very high kinetic energy, towards the upper side of the punch 21, suitably via a percussion body which rests against the punch and transmits the percussion energy of the cheerleader to it. The very large impact energy is transferred to the metal powder in the forming cavity, so that the powder is plasticized, whereby the powder grains are plasticized and in a few microseconds form a consolidated body with the desired shape of the intermediate product 1. In this high motion energy formation the surface plasticized during the impact can occur between 11 and 12.

Stansen 21 lyfts däreﬁer åter upp och den formade mellanprodukten 1 stöts ut ur matrisen 22, lämpligen genom relativ rörelse mellan matrisen 22 och dynan 20.The punch 21 is then lifted up again and the formed intermediate product 1 is ejected from the die 22, suitably by relative movement between the die 22 and the pad 20.

För att säkerställa att mellanprodukten 1 är fullständigt konsoliderad bör den sintras före slutformningen till färdig produkt 2. I all synnerhet gäller detta om mellanprodukten inte formas genom tillförsel av mycket hög kinetisk energi, som skapar en kortvarig tryckpuls av hög magnitud utan genom ett mer konventionellt pressningsförfarande, som ger en råpresskropp, i vilken pulverkomen inte är koalescerade utan endast mekaniskt förbundna med varandra. Man kan även tänka sig att även vid högrörelse- energiformning medelst en slagmaskin erhålla en sådan råpresskropp, i vilken pulver- 516 g71 Pl520 kornen icke alls eller endast delvis är koalescerade, i vilket fall kroppen också bör sintras före forrnningen av slutprodukten.To ensure that intermediate 1 is completely consolidated, it should be sintered before final molding to finished product 2. This is especially true if the intermediate is not formed by the application of very high kinetic energy, which creates a short-term high-pulse pressure pulse but by a more conventional pressing procedure. , which gives a crude body, in which the powder grains are not coalesced but only mechanically connected to each other. It is also conceivable that even with high-motion energy forming by means of a percussion machine such a crude press body is obtained, in which the powder grains are not coalesced at all or only partially, in which case the body should also be sintered before the formation of the final product.

Formverktygsdelarna for formningen av den färdiga metallplattan 2 är utformade på sätt som är analogt med verktygsdelama för tillverkningen av mellanprodukten 1 och inne- fattar sålunda en dyna 30, en stans 31 och en matris 32, varvid dynan 30 och stansen 31 har gravyrer 33 som är kongruenta med bredsidoma på den färdiga produkten 2.The mold tool parts for forming the finished metal plate 2 are designed in a manner analogous to the tool parts for the manufacture of the intermediate product 1 and thus comprise a pad 30, a punch 31 and a die 32, the pad 30 and the punch 31 having engravings 33 which are congruent with the wide sides of the finished product 2.

Sålunda uppvisar t.ex. dynans 30 gravyr 33 ett mittparti 34 med förhöjningar som skall bilda dalama 9 i högreliefmönstret i den färdiga metallplattans 2 mittfält 3, vilka dalar skall bilda en eller ﬂera kanaler i plattan, och fördjupningar, som skall bilda bommarna 8 mellan dessa fördjupningar/kanaler 9. Runt detta proﬁlerade mittparti 34 finns ett runtomgående parti 35, som är plant och ligger i nivå med botten av fördjupningarna i mittpartiet 34, så att det runtomgående kantpartiets 4 båda plansidor 5, 6 kommer att ligga i nivå med toppen på bommarna 8 i den färdiga plattan 2.Thus, e.g. the engraving of the pad 30 is a central portion 34 with elevations to form the valleys 9 in the high relief pattern in the center field 3 of the finished metal plate 2, which valleys are to form one or more channels in the plate, and depressions which are to form the barriers 8 between these depressions / channels 9. Around this projected middle portion 34 there is a circumferential portion 35, which is flat and level with the bottom of the depressions in the central portion 34, so that the two flat sides 5, 6 of the circumferential edge portion 4 will be level with the top of the bars 8 in the finished plate 2.

Mellanprodukten 1 placeras på dynan 30 i utrymmet 36 i matrisen 32. Stansen 31 sänks ned så att den kommer att vila på mellanprodukten 1. Eventuellt förvärms mellan- produkten 1 innan ett slagdon med mycket hög kinetisk energi slås mot stansens 31 ovansida. Slagenergin överförs till mellanprodukten 1, som plasticeras. Materialet i mittpartiet 11 ﬂyter ut till att bilda nämnda bommar 8 och spår 9, dvs. högreliefmönstret i området för mittfältet 3. Samtidigt slutformas även kantpartierna 4, och eventuella porer i materialet elimineras, så att den färdiga plattan 2 blir mycket tät. Någon materialtransport mellan mittpartiet 11 och kantpartierna 12 sker väsentligen icke under denna slutforrnning. Eventuellt överskott av metall i mittpartierna 12, Fig. 5, kan tillåtas ﬂyta ut förbi de ändsidor 7 som formas av matrisen 32, varvid denna kan utformas med icke visade expansionsutrymmen för sådant minimalt metallflöde. Det ”skägg” som sålunda kan bildas i liten omfattning kan avlägsnas genom en avslutande rensnings- operation, då den formade plattan 2 har stötts ut ur verktyget.The intermediate product 1 is placed on the pad 30 in the space 36 in the matrix 32. The punch 31 is lowered so that it will rest on the intermediate product 1. Possibly the intermediate product 1 is preheated before a percussion device with very high kinetic energy is struck against the top of the punch 31. The impact energy is transferred to the intermediate product 1, which is plasticized. The material in the middle portion 11 ﬂ exits to form said bars 8 and grooves 9, i.e. the high-relief pattern in the area of the midfield 3. At the same time, the edge portions 4 are also finalized, and any pores in the material are eliminated, so that the finished plate 2 becomes very dense. No material transport between the middle portion 11 and the edge portions 12 takes place substantially during this final formation. Any excess metal in the middle portions 12, Fig. 5, may be allowed to surface beyond the end faces 7 formed by the die 32, this being formed with expansion spaces (not shown) for such minimal metal flow. The “beard” which can thus be formed to a small extent can be removed by a final cleaning operation, when the shaped plate 2 has been pushed out of the tool.

Claims

10 15 20 25 35 n o a v Ls »msk" 51e, 271 '' -5- rfsäo PATENTKRAV

A method of manufacturing a metal plate (2) having one or more fields (3) which occupy most of the surface of the plate and which on at least one side of the plate are highly relief-patterned, more specifically patterned so that the plate on said at least one side within the area for said fields has reliefs which have high projections (8) alternating with deep valleys (9) or depressions and between the sides a thin web (10), which high relay field is edged by wide edge portions (4) having a thickness which is greater than the average thickness of the plate within the range of said high-relief patterned fields, characterized in that in at least one preparatory step an intermediate product (1) is produced comprising at least a first portion (11) which is to form said high-relief patterned fields, which are not yet high-relief patterned but contain a amount of metal substantially corresponding to the amount of metal within said field in the finished plate, and other portions (12) which are to form said edge portions and which are mainly contains the amount of metal to be included in these portions of the finished plate, - that the intermediate product is placed between at least two, relatively movable, engraved molded tool parts (30, 31), at least one of which is highly embossed and at least one is a punch (31) , which tool parts, when they are maximally joined together, and / or together with at least one further tool part, form a forming cavity corresponding to the final shape of the finished plate within the areas of said high-relief patterned field and at least close to the final shape of said edge portions, and that the high relief pattern within the area (s) of said field therein is produced by striking the engraved tool parts against each other by striking an impactor with very high kinetic energy against at least said punch, the metal material within the areas of said at least one first portion being caused to surface out and fill the forming cavity to form said h eagle relief pattern substantially without material transport between said first and second lots. IN

2. A method according to claim 1, characterized in that the manufacture of the intermediate product comprises powder metallurgical manufacture of a crude press body, which is sintered by heating so that the powder grains coalesce to form a substantially consolidated body.

3. A method according to claim 2, characterized in that the powder grains in the starting material connect to each other in the manufacture of the raw compact. 10 15 20 25 30 35 s1ew271 P152O

4. A method according to any one of claims 1-3, characterized in that the manufacture of the intermediate product is carried out by pressing powder into a tool, which comprises at least one punch against which an impact energy is struck, the kinetic energy of the impactor being so high and so high. degree is transferred via the punch to the powder that this is plasticized.

5. A method according to any one of claims 1-3, characterized in that the manufacture of the intermediate product is carried out by pressing powder into a tool, which comprises at least one punch which is pressed against the powder with such high pressure that it is plasticized.

6. A method according to claim 1, characterized in that the manufacture of the intermediate product is carried out by pressing powder into a tool, which comprises at least one punch against which the impactor struts, the kinetic energy of the striker being so high and so transmitted via the punch to the powder that the powder grain coalesces through the development of frictional heat to form a substantially consolidated body.

7. A method according to claim 1, characterized in that the manufacture of the intermediate product is carried out by pressing powder in a tool, which comprises at least one punch which is pressed against the powder with such a high pressure that the powder grains_kgal_e__scer_ to form a substantially consolidated body. IN

8. A method according to any one of claims 2-7, characterized in that the pressing to form a raw press body or consolidated body is carried out in several steps.

9. A method according to any one of claims 2-8, characterized in that the powder is preheated to at least 70 ° C before the pressing operation, respectively the pressing operations. r _... I

10. A method according to any one of claims 1-9, characterized in that in the manufacture of the intermediate product a first engraved tool part, which constitutes a lower tool part, is stationary and forms a pad, and that a second engraved tool part, which is a punch , is beaten or pressed against the pad, which contains the powder which is to form the intermediate.

11. A method according to any one of claims 1-10, characterized in that in the manufacture of the intermediate product the two, relatively mutually movable tool parts are struck or pressed against each other, one from above and downwards and the other from below and upwards relative to the environment. uvnrn 10 15 20 25 30 35 51611271

12. A method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the manufacture of the intermediate product is carried out in a molding tool in which so much metal is charged that its net volume corresponds to at least the volume of the forming cavity for the final formation of the plate. one or ﬂ your percussion operations, wherein any excess metal within any of said first and second portions is pressed over to the portion or portions having a deficit of metal to obtain said intermediate in which at least said first portion contains an amount of metal substantially corresponding to the amount of metal. in said high-relief patterned field in the finished plate.

13. A method according to claim 1, characterized in that the intermediate product is manufactured by plastic processing of a flat sheet containing at least the amount of metal to be included in the finished plate, and that in the plastic processing metal is caused to surface from said at least one first portion, which is to form said high-relief patterned field, to said second portions which are to form said edge portions, so that the remaining amount of material within the area of said at least one first portion substantially corresponds to the amount of metal within said high-relief patterned field in the finished plate and so the resulting amount of metal in the area of said other batches will contain at least the amount of metal to be included in these batches in the finished product.

14. A method according to claim 1, characterized in that the intermediate product is produced by cutting processing of a sheet within at least the first portion which is to form said high-relief patterned fields, so that it will contain substantially the amount of metal corresponding to the amount of metal within said field in the finished plate.

15. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that said edge portions are formed in the forming cavity of the material in said other portions, at the same time as said high-relief patterns are formed.

16. A method according to claim 15, characterized in that excess metal in said second portions of the intermediate product is pressed out from the forming cavity in a dividing plane between the tool parts or to special expansion spaces in the forming of the high relief pattern and of said edge portions, and that the extruded the metal is then removed by cleaning the resulting plate. 10 15 20 516 271 - 12 P1520

17. A method according to any one of claims 1-16, characterized in that in the formation of the high-relief pattern a lower engraved tool part, which contains the intermediate product and which forms a pad, is placed on an anvil and that an upper tool part, which is an engraved punch, strikes the cushion by striking the punch with a very high kinetic energy.

18. A method according to claim 17, characterized in that the unit constituted by the anvil and a tool unit containing the pad are movable and caused to move upwards at the same time as the punch is struck downwards by hitting a percussion device with high kinetic energy against the punch , the masses and velocities of the units moving from above and below being such that their impulses, i.e. the product of the mass times the velocity, are substantially equal when the moving units meet.

19. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that said metal consists of a light metal preferably one of the metals belonging to the group aluminum, magnesium and titanium, or of an alloy consisting essentially of one or more of said metals, or of stainless steel.

20. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal plate consists of a plate of the type included in fuel cells to help separate different gases, transport residual products and conduct recovered current from the fuel cell. Qâj ~~~ ﬁ.