均匀延展网的单步转动成形 【技术领域】
本发明涉及一种制造金属板网的方法和设备。更具体地，涉及一种用于生产铅酸电池地金属板网的单步制造方法和设备。
背景技术
现有技术公开了制造蓄电池极板生产中所用铅板网的转动式方法。该方法使用顺序排列的工具组，第一步先预加工并切割板带，第二步完成板带切割。顺序方法存在固有的步骤同步问题，比如轧压与轧压的同步，因而需要考虑特定的对齐和跟随。
顺序方法在不同步骤使用不同工具，结果铅板带被非“对称地处理”，板带的相对侧并非总是均匀且同时地面临相同的压力、力、拉伸及类似情况。在一占主导地位的现有技术方法中，一三轴加工组依次与三种不同加工装置即“预压机”、“预切割机”、“切割机”安放，这样得到一两步方法。第一步所述预压机和预切割机通过拉伸及切割形成金属板网，第二步切割机完成切割。
根据现有技术通过拉伸形成的板网相对侧的线条和节点并不均匀也不对称。一侧的轮廓和形状并非另一侧的镜像导致许多瑕疵和缺陷。当为了生产用于电池的更轻的栅格电极期望更长拉伸时这个问题变得更为显著。
加拿大统一采矿和冶炼有限公司(Cominco)于1981年9月29日得到授权的美国专利4,291,443以及1982年2月16日得到授权的4,315,356(在此将两专利引入作为参考)，公开了传统的使用两个顺序步骤的三轴工具组或间隔开的辊对的几何关系，所述两个顺序步骤即预加工和切割，预加工时铅板网被切割并被拉伸形成仍固体连接并不扯断的线条，切割时在节点处交替切割以允许后续扩展完成该过程。
同时也引入加拿大统一采矿和冶炼有限公司(Cominco)于1981年11月3日得到授权的美国专利4,297,866作为参考，该专利公开了制造向板带平面之外变形的对称切割线条的顺序两步过程，为获得改进的线条拉伸性能，该对称切割线条的后部长于前部。
迄今以单步过程形成板带一直没有得到重视，也没有能实现是因为能察觉到的复杂的网格设计以及网格组成，尤其是板带前端短小且有波痕的物理限制。1923年10月3日授权的美国专利1,472,769公开了一种在相对轧辊之间扩展金属板的方法和设备，使用轧辊在板带上切出线股和窄带，切出的线股通过整平轧辊回到板带平面，以与拉伸股线的相反方向形成纵向波皱并与另外一系列窄带交替，这样板带再横向扩展形成板网。据信在均匀网形成的过程中将整平步骤和弄出纵向波皱步骤相结合是有必要的。
【发明内容】
本发明基本克服了现有技术存在的问题并使得采用单步过程实现生产均匀网板，特别是由具备延展性可锻压的金属如铅或铅合金生产均匀网板成为可能。根据本发明，在优选使用工具组的转动扩展装置(expander)内可以实现均匀的线条拉伸、节点成形以及板网的菱形结构。以前线条的拉长限制在约30％，现在可以增至约50％或更多，用于生产SLI(开始、点火和点燃)电池工业使用的轻质电池。
采用了使用一对相对轴的组加工模块，所述相对轴包含有同样的通过一次连续运动可以切割成形所有必需栅格线条构元的成形轧辊/切割机组合装置，因此不需要脱模(stripping)或者脱开接合。第三加工轴简单地通过如辊压成形中心部分并在边缘打孔等方法，在成形切割材料上给中心和边缘添加导向特征。这样切割成形的铅材料已经均匀拉伸并已成形板带任一侧的构元。通过对已有工具进行重新布置和改装可以实现所述单步方法。
在其主要方面，用于由可变形板带形成板网的本发明的方法包括以下步骤，同时切割并成形所述板带位于未打孔边缘部分内的至少一部分，以得到多个纵向延伸的线条状构元，所述构元包括向板带平面之外变形的拉长切割段和保持在板带平面内的相间切割段，所述拉长切割段被从横向邻近段和所述边缘部分切断并基本凸出成形于板带平面外，所述横向邻近构元的切割段从板带平面的相对侧延伸，所述拉长切割段与所述保持在板带平面内的相间切割段一起限定了一些节点，这些接点横跨板带所述部分至少横向跨占一个或多个的线条状构元的宽度。
本发明用于在可变形板带内形成拉长的相间切割段的设备包括一对相对的轧辊，每个都有多个间隔开的盘体，所述间隔开的盘体具有相对的侧壁以及在圆周上的、等间距的、与基本平坦表面相间的凸形加工表面，所述盘体具有成形于交替圆周平坦表面的相对侧壁内的径向槽，相对轧辊的外周表面用于作用于在其间通过的可变形板带，通过所述成形加工表面相互啮合在所述板带内切割成形凸出段和交替节点。
另外该设备还可以包括第三轧辊，所述第三轧辊有一个与这对对置轧辊之一相对的基本平整外周表面，所述第三轧辊和所述第一相对轧辊用于作用于在其间通过的可变形板带，以辊压成形板带中心并在板带边缘打孔以便于延展。
【附图说明】
图1是现有技术中两步切割和预成形轧辊总成的侧视图；
图2是由图1现有技术总成第一步生产的中间阶段板带的立体图；
图3是沿图1中线3-3的放大截面视图，放大示出完成预成形板带相间切割的配合运转盘体。
图4是一示例性的本发明单步切割成形轧辊总成的立体图；
图5是图4所示的本发明一对单步切割成形轧辊的侧视图；
图6为图5所示切割成形轧辊总成并带有本发明的完全切割成形板带一部分的放大侧视图；
图7是由图4、5和6所示本发明的单步方法和设备生产得到的板带切割成形部分的放大侧视图，且部分剖切。
图8是图7所示板带当其处于离开本发明所述切割成形总成至后续横向延展的过渡状态的立体图；
图9是如图8所示板带一部分的平面视图，显示了从单一的成形切割步骤到完成分离形成电池极板步骤之前的横向拉伸步骤的过渡；
图10是根据图1-3所示的现有技术制得板带的一切割成形部分放大纵截面照片；
图11是根据本发明的板带的一切割成形部分的放大纵截面照片；
图12是一具备由本发明板网制得的电池极板栅格的电池的立体图，且部分剖切。
【具体实施方式】
首先参考图1所描述的现有技术的设备，板带10竖直进入包括一组三根轧辊16、18、20的切割预加工总成14，每根轧辊相应有间隔开的盘体22、24、26。所述盘体具有外周刃具边缘。移动的板带依次与第一、二轧辊16和18之间以及第二、三轧辊18和20之间压轧。轧辊16和18通过盘体22上基本凸形的加工表面36与类似的盘体24的加工表面38啮合而作用于迅速送进的板带，切割出板带10在窄带32之间的部分40并将切割段42从板带平面拉出，图2中更清楚地显示了这点。加工表面36和38与其相应轧辊上的基本平坦部分44和46交替，并在圆周上等间距，以便当轧辊转动时提供相互作用的外周表面。在轧辊转动过程中，第一轧辊16的一盘体22的凸形加工部分36与第二轧辊18的邻近盘体24的凸形加工部分38啮合，随曲面36穿透板带平面并使切割段42伸展进入第二轧辊18的相邻盘体24之间的空间，而得到纵向切口。两轧辊之盘体的基本平坦部分44和46圆周对齐，彼此间隔开以夹持住未切割段，该未切割段一起组成横向延伸的窄带32。以同样的方式，第二轧辊18的一盘体24的凸形加工部分38以相反方向穿透板带平面并使切割段54伸展进入第一轧辊的相邻盘体22之间的空间，该项作业从板带10平面的相反侧进行。与每个盘体22相对直，切割段42在板带10内成形并向一个方向变形于板带平面之外，与保持于板带平面内的未切割段间隔开。这些构元和每个盘体24对直的类似构元间隔排列，具有以该相反方向变形于板带平面之外的切割段54。所有这些构元的未切割段一起限定了跨越板带10并分别与盘体22和24的平坦部分44和46相对应的连续窄带32。
当板带离开轧辊16和18的啮合区域时，一套剥离条60确保预成形的板带与第一轧辊16分离。从轧辊16释放之后，预加工板带62跟随第二轧辊18运动一适当距离，例如图1所示的1/4转，到达第二轧辊18与对置的第三轧辊20啮合的区域，轧辊20具有间隔开的盘体26，盘体26具有由有效切割边缘72和侧壁凹陷75组成的盘体组件74。盘体26的切割边缘72和侧壁凹陷75、与第二轧辊18的盘体24上由侧壁凹陷77和切割边缘79组成且从间隔开的平坦部分46圆周延伸的盘体组件76在轧辊转动时在交替侧对齐，以允许由第一和第二轧辊啮合而形成于邻近构元之间的每行切口间的交替窄带通过，而不切割。类似侧壁凹陷75或77在第二和第三轧辊盘体相对面上交替位置出现。盘体外周的切割边缘72穿透板带，以交错关系延长切口穿过交替窄带32(图2)，这样完成了两步切割，这允许板带边缘的侧向分叉以组成菱形网。三根轧辊的邻近盘体22、24和26之间设置有隔盘78。
现在参考图4、5、6，一对轧辊116、118，每个都有分别安装于轴123、125上的多个间隔开的盘体122、124，都有相同的外周刃具边缘126、128。轴123、125轴颈支撑在一对间隔开的侧壁127之间以转动，为了描述清楚此处只图示一个侧壁。每个盘体122的外周边缘有一个凸形加工表面136，适于与相对的邻近盘体124的相同凸形加工表面138紧密配合与啮合，在两者之间切割板带110在横向窄带132之间的一部分使凸出切割段142的横向行变形于板带110平面每侧之外并变长，图6和图7所示最为清楚，如上参考图2中横向窄带32的描述一样。加工表面136和138与其相应盘体上的基本平坦部分144和146交替并间隔开以在轧辊转动时得到相互作用的外周表面。盘体122、124具有成形交替圆周平坦部分144、146相对侧壁上的径向槽174、176，平坦部分144、146彼此相对，如图6所示最为清楚。
当轧辊转动时，轧辊116的各盘体122的凸形加工表面136与相对轧辊118的邻近盘体124的凸形加工表面138啮合，当弯曲表面穿透板带平面时，由于凸形表面136使切口之间的切割段142伸展进入邻近盘体之间由未图示的小半径隔盘间隔开的空间，从而得到纵向切口。相邻盘体的基本平坦部分144、146圆周横向对齐，彼此间隔开以夹持未切割段而共同构成横向窄带132，如图7、8、9所示最为清楚。用类似方式，盘体124的凸形加工表面138将邻近的切割段154拉伸进入板带平面相对侧上邻近盘体之间的空间。
邻近盘体上相对的交替径向槽174、176避免切割邻近平坦部分144、146，如上述图6所示，不过每个第二平坦部分144、146没有槽将会导致平坦表面的径向搭接，从而两者之间剪切板带。示于图9左侧的该剪切方式应用于板带，如通过美国专利4,291,443和4,315,356中详细描述的转动扩展方法，使其横向扩展成如图9右侧所示的菱形网149。
具体参考图4和图5，轧辊180邻接紧靠轧辊118可转动地安装，在轴129上转动，例如通过轧辊180的圆周凸脊184与轧辊118的相应圆周凹陷184两者啮合从而辊压成形一纵向中心肋板182(图8和图9)，并且通过轧辊180各末端等间隔圆周凸起186与轧辊118上的相应圆周凹陷188两者啮合从而在侧边缘打出如标号185指定的孔，以对中心和边缘进行导向，所打孔在后续的横向扩展成为加工完板网产品的过程中能方便边缘卡紧。所述凸脊184和凸起186及其配合圆周凹陷可以在相对轧辊上互换位置。
转到图10，示出根据图1-3中所示现有技术制造的板带一切割与成形部分纵截面的放大照片，板带的上部与板带下部相比，线条和节点不对称。第二轧辊18上的预成形切割器施加了额外的拉伸，线条和节点成形于板带的相对侧，即邻近第三轧辊20的板带侧。第三轧辊20与轧辊18协作切割交错节点，不施加对应的额外拉伸，线条和节点均成形于板带的相对侧，即邻近第二轧辊18的板带侧边上。如图10所示的在板带一侧上进行的不完整的元件成形和拉伸，对于一50％的延长，所出现的不均匀拉伸线条将导致在后续扩展步骤中线条断裂或在电池寿命过程中过早腐蚀失效。
参考图11，根据本发明得到的板带的一切割成形部分纵截面的放大照片显示，板带上部和下部的线条和节点对称。在本发明的单步操作中完成同步均匀拉伸和线条成形以及完成节点切割，使得可以实现高达的50％或更高的线条拉伸指标。在整个切口和成形板带均匀地拉伸线条达到此前不可能达到的长度以扩展得到一更轻的板网产品，同时线条断裂和金属应力还最小化。
希望形成凸圆(lobe)或圆角三角形线条，在送进的方向上前导臂(leading arm)和尾随臂(trailing arm)的三角形边之比，如美国专利No.4,297,866所描述的那样，大于1∶1优选为1∶1.3至1∶1.5之间，使得不希望的尾随端减薄(trailing end thinning)最小化。图10中现有技术的板带其上半凸圆的前导臂和尾随臂的臂长之比为约1∶1，该上半凸圆的拉伸小于下半凸圆的拉伸。图11所示本发明的成形板带上下部线条都均匀拉伸伸长50％，其上、下部半凸缘的前导臂和尾随臂之比为约1∶1.3。
图12所示为一电池100，有一个带有盖体104的塑料铸件102，盖体包括容纳根据本发明方法制造的电池电极板的孔盖106。包括膏体107的所述极板竖直堆叠，负极板92与正极板94交替，通过极板隔离器件112彼此隔开。负极板92的栅格突出部114通过金属导件115与电池负极接线柱113连接，正极板94的栅格突出部(未图示)通过金属导件117与电池正极接线柱110连接。添加足够浸没电池极板硫酸溶液(未图示)以使电池工作。
可以理解，对于本领域的技术人员而言，本发明其它的实施方式和示例是很显然的，本发明的范围通过权利要求来限定。