專利名稱：均勻延展網的單步轉動成形的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造金屬板網的方法和設備。更具體地，涉及一種用于生產鉛酸電池的金屬板網的單步制造方法和設備。
背景技術：
現有技術公開了制造蓄電池極板生產中所用鉛板網的轉動式方法。該方法使用順序排列的工具組，第一步先預加工并切割板帶，第二步完成板帶切割。順序方法存在固有的步驟同步問題，比如軋壓與軋壓的同步，因而需要考慮特定的對齊和跟隨。
順序方法在不同步驟使用不同工具，結果鉛板帶被非“對稱地處理”，板帶的相對側并非總是均勻且同時地面臨相同的壓力、力、拉伸及類似情況。在一占主導地位的現有技術方法中，一三軸加工組依次與三種不同加工裝置即“預壓機”、“預切割機”、“切割機”安放，這樣得到一兩步方法。第一步所述預壓機和預切割機通過拉伸及切割形成金屬板網，第二步切割機完成切割。
根據現有技術通過拉伸形成的板網相對側的線條和節點并不均勻也不對稱。一側的輪廓和形狀并非另一側的鏡像導致許多瑕疵和缺陷。當為了生產用于電池的更輕的柵格電極期望更長拉伸時這個問題變得更為顯著。
加拿大統一采礦和冶煉有限公司(Cominco)于1981年9月29日得到授權的美國專利4,291,443以及1982年2月16日得到授權的4,315,356(在此將兩專利引入作為參考)，公開了傳統的使用兩個順序步驟的三軸工具組或間隔開的輥對的幾何關系，所述兩個順序步驟即預加工和切割，預加工時鉛板網被切割并被拉伸形成仍固體連接并不扯斷的線條，切割時在節點處交替切割以允許后續擴展完成該過程。
同時也引入加拿大統一采礦和冶煉有限公司(Cominco)于1981年11月3日得到授權的美國專利4,297,866作為參考，該專利公開了制造向板帶平面之外變形的對稱切割線條的順序兩步過程，為獲得改進的線條拉伸性能，該對稱切割線條的后部長于前部。
迄今以單步過程形成板帶一直沒有得到重視，也沒有能實現是因為能察覺到的復雜的網格設計以及網格組成，尤其是板帶前端短小且有波痕的物理限制。1923年10月3日授權的美國專利1,472,769公開了一種在相對軋輥之間擴展金屬板的方法和設備，使用軋輥在板帶上切出線股和窄帶，切出的線股通過整平軋輥回到板帶平面，以與拉伸股線的相反方向形成縱向波皺并與另外一系列窄帶交替，這樣板帶再橫向擴展形成板網。據信在均勻網形成的過程中將整平步驟和弄出縱向波皺步驟相結合是有必要的。
發明內容
本發明基本克服了現有技術存在的問題并使得采用單步過程實現生產均勻網板，特別是由具備延展性可鍛壓的金屬如鉛或鉛合金生產均勻網板成為可能。根據本發明，在優選使用工具組的轉動擴展裝置(expander)內可以實現均勻的線條拉伸、節點成形以及板網的菱形結構。以前線條的拉長限制在約30％，現在可以增至約50％或更多，用于生產SLI(開始、點火和點燃)電池工業使用的輕質電池。
采用了使用一對相對軸的組加工模塊，所述相對軸包含有同樣的通過一次連續運動可以切割成形所有必需柵格線條構元的成形軋輥/切割機組合裝置，因此不需要脫模(stripping)或者脫開接合。第三加工軸簡單地通過如輥壓成形中心部分并在邊緣打孔等方法，在成形切割材料上給中心和邊緣添加導向特征。這樣切割成形的鉛材料已經均勻拉伸并已成形板帶任一側的構元。通過對已有工具進行重新布置和改裝可以實現所述單步方法。
在其主要方面，用于由可變形板帶形成板網的本發明的方法包括以下步驟，同時切割并成形所述板帶位于未打孔邊緣部分內的至少一部分，以得到多個縱向延伸的線條狀構元，所述構元包括向板帶平面之外變形的拉長切割段和保持在板帶平面內的相間切割段，所述拉長切割段被從橫向鄰近段和所述邊緣部分切斷并基本凸出成形于板帶平面外，所述橫向鄰近構元的切割段從板帶平面的相對側延伸，所述拉長切割段與所述保持在板帶平面內的相間切割段一起限定了一些節點，這些接點橫跨板帶所述部分至少橫向跨占一個或多個的線條狀構元的寬度。
本發明用于在可變形板帶內形成拉長的相間切割段的設備包括一對相對的軋輥，每個都有多個間隔開的盤體，所述間隔開的盤體具有相對的側壁以及在圓周上的、等間距的、與基本平坦表面相間的凸形加工表面，所述盤體具有成形于交替圓周平坦表面的相對側壁內的徑向槽，相對軋輥的外周表面用于作用于在其間通過的可變形板帶，通過所述成形加工表面相互嚙合在所述板帶內切割成形凸出段和交替節點。
另外該設備還可以包括第三軋輥，所述第三軋輥有一個與這對對置軋輥之一相對的基本平整外周表面，所述第三軋輥和所述第一相對軋輥用于作用于在其間通過的可變形板帶，以輥壓成形板帶中心并在板帶邊緣打孔以便于延展。
圖1是現有技術中兩步切割和預成形軋輥總成的側視圖；圖2是由圖1現有技術總成第一步生產的中間階段板帶的立體圖；圖3是沿圖1中線3-3的放大截面視圖，放大示出完成預成形板帶相間切割的配合運轉盤體。
圖4是一示例性的本發明單步切割成形軋輥總成的立體圖；圖5是圖4所示的本發明一對單步切割成形軋輥的側視圖；
圖6為圖5所示切割成形軋輥總成并帶有本發明的完全切割成形板帶一部分的放大側視圖；圖7是由圖4、5和6所示本發明的單步方法和設備生產得到的板帶切割成形部分的放大側視圖，且部分剖切。
圖8是圖7所示板帶當其處于離開本發明所述切割成形總成至后續橫向延展的過渡狀態的立體圖；圖9是如圖8所示板帶一部分的平面視圖，顯示了從單一的成形切割步驟到完成分離形成電池極板步驟之前的橫向拉伸步驟的過渡；圖10是根據圖1-3所示的現有技術制得板帶的一切割成形部分放大縱截面照片；圖11是根據本發明的板帶的一切割成形部分的放大縱截面照片；圖12是一具備由本發明板網制得的電池極板柵格的電池的立體圖，且部分剖切。
具體實施例方式
首先參考圖1所描述的現有技術的設備，板帶10豎直進入包括一組三根軋輥16、18、20的切割預加工總成14，每根軋輥相應有間隔開的盤體22、24、26。所述盤體具有外周刃具邊緣。移動的板帶依次與第一、二軋輥16和18之間以及第二、三軋輥18和20之間壓軋。軋輥16和18通過盤體22上基本凸形的加工表面36與類似的盤體24的加工表面38嚙合而作用于迅速送進的板帶，切割出板帶10在窄帶32之間的部分40并將切割段42從板帶平面拉出，圖2中更清楚地顯示了這點。加工表面36和38與其相應軋輥上的基本平坦部分44和46交替，并在圓周上等間距，以便當軋輥轉動時提供相互作用的外周表面。在軋輥轉動過程中，第一軋輥16的一盤體22的凸形加工部分36與第二軋輥18的鄰近盤體24的凸形加工部分38嚙合，隨曲面36穿透板帶平面并使切割段42伸展進入第二軋輥18的相鄰盤體24之間的空間，而得到縱向切口。兩軋輥之盤體的基本平坦部分44和46圓周對齊，彼此間隔開以夾持住未切割段，該未切割段一起組成橫向延伸的窄帶32。以同樣的方式，第二軋輥18的一盤體24的凸形加工部分38以相反方向穿透板帶平面并使切割段54伸展進入第一軋輥的相鄰盤體22之間的空間，該項作業從板帶10平面的相反側進行。與每個盤體22相對直，切割段42在板帶10內成形并向一個方向變形于板帶平面之外，與保持于板帶平面內的未切割段間隔開。這些構元和每個盤體24對直的類似構元間隔排列，具有以該相反方向變形于板帶平面之外的切割段54。所有這些構元的未切割段一起限定了跨越板帶10并分別與盤體22和24的平坦部分44和46相對應的連續窄帶32。
當板帶離開軋輥16和18的嚙合區域時，一套剝離條60確保預成形的板帶與第一軋輥16分離。從軋輥16釋放之后，預加工板帶62跟隨第二軋輥18運動一適當距離，例如圖1所示的1/4轉，到達第二軋輥18與對置的第三軋輥20嚙合的區域，軋輥20具有間隔開的盤體26，盤體26具有由有效切割邊緣72和側壁凹陷75組成的盤體組件74。盤體26的切割邊緣72和側壁凹陷75、與第二軋輥18的盤體24上由側壁凹陷77和切割邊緣79組成且從間隔開的平坦部分46圓周延伸的盤體組件76在軋輥轉動時在交替側對齊，以允許由第一和第二軋輥嚙合而形成于鄰近構元之間的每行切口間的交替窄帶通過，而不切割。類似側壁凹陷75或77在第二和第三軋輥盤體相對面上交替位置出現。盤體外周的切割邊緣72穿透板帶，以交錯關系延長切口穿過交替窄帶32(圖2)，這樣完成了兩步切割，這允許板帶邊緣的側向分叉以組成菱形網。三根軋輥的鄰近盤體22、24和26之間設置有隔盤78。
現在參考圖4、5、6，一對軋輥116、118，每個都有分別安裝于軸123、125上的多個間隔開的盤體122、124，都有相同的外周刃具邊緣126、128。軸123、125軸頸支撐在一對間隔開的側壁127之間以轉動，為了描述清楚此處只圖示一個側壁。每個盤體122的外周邊緣有一個凸形加工表面136，適于與相對的鄰近盤體124的相同凸形加工表面138緊密配合與嚙合，在兩者之間切割板帶110在橫向窄帶132之間的一部分使凸出切割段142的橫向行變形于板帶110平面每側之外并變長，圖6和圖7所示最為清楚，如上參考圖2中橫向窄帶32的描述一樣。加工表面136和138與其相應盤體上的基本平坦部分144和146交替并間隔開以在軋輥轉動時得到相互作用的外周表面。盤體122、124具有成形交替圓周平坦部分144、146相對側壁上的徑向槽174、176，平坦部分144、146彼此相對，如圖6所示最為清楚。
當軋輥轉動時，軋輥116的各盤體122的凸形加工表面136與相對軋輥118的鄰近盤體124的凸形加工表面138嚙合，當彎曲表面穿透板帶平面時，由于凸形表面136使切口之間的切割段142伸展進入鄰近盤體之間由未圖示的小半徑隔盤間隔開的空間，從而得到縱向切口。相鄰盤體的基本平坦部分144、146圓周橫向對齊，彼此間隔開以夾持未切割段而共同構成橫向窄帶132，如圖7、8、9所示最為清楚。用類似方式，盤體124的凸形加工表面138將鄰近的切割段154拉伸進入板帶平面相對側上鄰近盤體之間的空間。
鄰近盤體上相對的交替徑向槽174、176避免切割鄰近平坦部分144、146，如上述圖6所示，不過每個第二平坦部分144、146沒有槽將會導致平坦表面的徑向搭接，從而兩者之間剪切板帶。示于圖9左側的該剪切方式應用于板帶，如通過美國專利4,291,443和4,315,356中詳細描述的轉動擴展方法，使其橫向擴展成如圖9右側所示的菱形網149。
具體參考圖4和圖5，軋輥180鄰接緊靠軋輥118可轉動地安裝，在軸129上轉動，例如通過軋輥180的圓周凸脊184與軋輥118的相應圓周凹陷184兩者嚙合從而輥壓成形一縱向中心肋板182(圖8和圖9)，并且通過軋輥180各末端等間隔圓周凸起186與軋輥118上的相應圓周凹陷188兩者嚙合從而在側邊緣打出如標號185指定的孔，以對中心和邊緣進行導向，所打孔在后續的橫向擴展成為加工完板網產品的過程中能方便邊緣卡緊。所述凸脊184和凸起186及其配合圓周凹陷可以在相對軋輥上互換位置。
轉到圖10，示出根據圖1-3中所示現有技術制造的板帶一切割與成形部分縱截面的放大照片，板帶的上部與板帶下部相比，線條和節點不對稱。第二軋輥18上的預成形切割器施加了額外的拉伸，線條和節點成形于板帶的相對側，即鄰近第三軋輥20的板帶側。第三軋輥20與軋輥18協作切割交錯節點，不施加對應的額外拉伸，線條和節點均成形于板帶的相對側，即鄰近第二軋輥18的板帶側邊上。如圖10所示的在板帶一側上進行的不完整的元件成形和拉伸，對于一50％的延長，所出現的不均勻拉伸線條將導致在后續擴展步驟中線條斷裂或在電池壽命過程中過早腐蝕失效。
參考圖11，根據本發明得到的板帶的一切割成形部分縱截面的放大照片顯示，板帶上部和下部的線條和節點對稱。在本發明的單步操作中完成同步均勻拉伸和線條成形以及完成節點切割，使得可以實現高達的50％或更高的線條拉伸指標。在整個切口和成形板帶均勻地拉伸線條達到此前不可能達到的長度以擴展得到一更輕的板網產品，同時線條斷裂和金屬應力還最小化。
希望形成凸圓(lobe)或圓角三角形線條，在送進的方向上前導臂(leading arm)和尾隨臂(trailing arm)的三角形邊之比，如美國專利No.4,297,866所描述的那樣，大于1∶1優選為1∶1.3至1∶1.5之間，使得不希望的尾隨端減薄(trailing end thinning)最小化。圖10中現有技術的板帶其上半凸圓的前導臂和尾隨臂的臂長之比為約1∶1，該上半凸圓的拉伸小于下半凸圓的拉伸。圖11所示本發明的成形板帶上下部線條都均勻拉伸伸長50％，其上、下部半凸緣的前導臂和尾隨臂之比為約1∶1.3。
圖12所示為一電池100，有一個帶有蓋體104的塑料鑄件102，蓋體包括容納根據本發明方法制造的電池電極板的孔蓋106。包括膏體107的所述極板豎直堆疊，負極板92與正極板94交替，通過極板隔離器件112彼此隔開。負極板92的柵格突出部114通過金屬導件115與電池負極接線柱113連接，正極板94的柵格突出部(未圖示)通過金屬導件117與電池正極接線柱110連接。添加足夠浸沒電池極板硫酸溶液(未圖示)以使電池工作。
可以理解，對于本領域的技術人員而言，本發明其它的實施方式和示例是很顯然的，本發明的范圍通過權利要求來限定。
權利要求
1.一種用于由可變形板帶制造延展板網的形成經切割及預成形板的單步方法，包括以下步驟同時切割并成形所述板帶位于無孔邊界部分之內的至少一部分，以得到多個縱向延伸的線條狀構元，所述構元包括向所述板帶平面之外變形的拉長切割段和保持在所述板帶平面內的相間切割段，所述拉長切割段被從橫向鄰近段和所述邊緣部分切斷并明顯凸出成形于板帶平面外，由此所述橫向鄰近構元中的切割段從所述板帶平面的相對側延伸，且所述拉長切割段與所述保持在板帶平面內的相間切割段一起限定了一些節點，這些接點橫跨板帶所述部分至少橫向跨占一個或多個的線條狀構元的寬度。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在所述板帶相對邊緣部分形成等間距的孔。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述等間距打的孔在后繼步驟成形。
4.如權利要求2所述的方法，還包括通過轉動延展來延展所述經切割且預成形的板，用于制造延展板網。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述可變形板帶是鉛或鉛合金。
6.一種用于在可變形板帶中形成拉長的相間切割段的設備，包括一對對置的軋輥，每個所述軋輥都有多個間隔開的盤體，所述間隔開的盤體具有相對的側壁以及圓周的、等間距的、與基本平坦表面相間的凸形加工表面，所述盤體具有成形于相間圓周平坦表面的相對側壁內的徑向槽，由此相對軋輥的外周表面適于通過所述成形加工表面的相互嚙合而作用于在其間通過的可變形板帶，以在所述板帶內切割并成形凸出段和相間節點。
7.如權利要求6所述的用于在形成可變形板帶中形成拉長的相間切割段的設備，還包括第三軋輥，所述第三軋輥有一個與所述一對對置軋輥之一相對的基本平整的外周表面，所述對置軋輥和第三軋輥的每個末端成形等間距的圓周凸起，用以與另一軋輥的相配圓周凹陷相嚙合，第三軋輥和所述第一相對軋輥作用于在其間通過的可變形板帶，以在可變形板帶的側邊緣得到邊緣對中裝置。
8.如權利要求7所述的設備，所述第三軋輥或相對軋輥兩者之一還包括一中心圓周凸脊，用于與另一軋輥中的相配圓周凹陷嚙合，以在可變形板帶上壓軋成形一縱向中心凸脊。
9.一種采用權利要求4所述方法生產的延展網板，其中，所述延展網板是用作電池電極的鉛合金。
10.一種具有多個如權利要求9所述電池電極的鉛酸電池。
全文摘要
一種由可變形板帶如鉛或鉛合金板帶制造用于生產鉛酸電池的金屬板網的單步方法和設備。該設備包括一對相對的軋輥(116，118)，每個都有多個間隔開的盤體(122，124)，間隔開的盤體具有相對側壁以及圓周的、等間距的、與基本平坦表面相間的凸形加工表面，所述盤體具有成形于交替圓周平坦表面的相對側壁上的徑向槽，相對軋輥的外周表面用于作用于在其間通過的可變形板帶，通過所述外形加工表面相互嚙合在所述板帶內切割成形突起段和交替節點。該方法包括同時切割并成形向板帶平面之外變形的拉長的、凸形的線條段的橫向行，同時橫向的鄰近線條段從板帶平面的相對側延伸，由交替切割段分隔的保持在板帶平面內的橫向行一起限定了橫穿板帶的節點。
文檔編號B21D31/04GK1642670SQ03805976
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月10日 優先權日2002年3月14日
發明者約翰·V·馬洛 申請人:泰克柯明柯金屬有限公司