CN1025011C - 垫圈的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种利用锻造设备配合锻造步骤而制成垫圈的方法；锻造设备包括受驱动机构驱动往复运动的冲头座，其内设有相对于冲头座作往复运动的冲棒，冲头座对应端有模座，模座后方为夹具机械及线材输送机构；在步骤上则以线材为原料，使其穿过模座凸出预定长度，并以冲头座冲压成扁平状，再自冲头座中用与线材同外径的冲棒将中央的材料冲挤入模座内，再配合夹具机构，将垫圈内径冲断；并在冲头座及冲棒退至冲头座内时，将垫圈成品弹离而完成脱料。

Description

本发明是关于一种垫圈的制造方法，尤指一种可节省材料而降低制造成本的垫圈制造方法。

垫圈是一种被大量使用，且应用范围相当广泛的元件，一般常用以配合螺丝或螺帽等螺接件，使螺丝或螺帽在作锁紧作业时，一方面扩大锁紧时的受力面积，一方面避免螺接件锁紧处的构件下方因拧得过紧而受损;由于其属于消耗品，且需求量相当高，因此，就制造厂商而言，通常以大量生产方式作大批的进料及生产，由于其并非很复杂的构件，且其大小及厚度范围通常维持在某一适当比例范围，再因受现有技术限制，始终无人加以研究，所以一般目前的制造方法还是多以冲床来进行;过去的制法如图1所示，将条状的板材1′送入冲床中，11′为板材1′中冲出的垫圈部份，两垫圈11′间的距离设定为13′;经冲床的冲头冲制开始后，每一垫圈11′将逐一在板材1′上被冲出，除此之外，每一垫圈11′中央的圆形缺空12处的板材1′也将随垫圈11′在冲制时被排出;另外，整条板材1′在完成所有可能在其上冲制的数个垫圈11′后，剩余的板材1′便成了废料，一般至多是经收集至 适当数量后以废铁出售;在冲制时，除了以图1所示在条状板材1′上，用单列方式安排垫圈11′的冲制部份外，最常用的是如图2所示的排列方式，其与图1的方式同样在安排上是以排列最密及切断的最小宽度等于板厚为原则，大致上是以三排垫圈作相互交错的方式排列;另有一种类以图2的冲制方式，但将板材的宽度作无限增加，也就是垫圈冲制排数也相对无限增加，不过此种方式只用来作材料节省率的理论推演，实际上是不可能达成。

目前垫圈以冲床冲压方式制造的最大缺点，便是材料的浪费问题，以配合M10、M20、及M30等三种螺丝、螺帽规格的垫圈为例，说明材料浪费的情形：

垫圈尺寸：

螺接件规格    垫圈内径    垫圈外径    垫圈厚度

M10    11mm    21mm    2mm

M20    22mm    37mm    3.2mm

M30    33mm    56mm    4·mm

材料利用率：

螺接件规格    单排冲制    参排冲制    无限排冲制

M10    43.71%    50.56%    54.86%

M20    39.84%    45.89%    49.66%

M30    40.88%    46.95%    50.72%

由上述资料可明显发现，以冲床冲制的垫圈，其材料的利用率大部份在50%以下，也就是生产厂商所购进的材料，其中有一半以上因无法利用而浪费。

因此，本发明的主要目的是提供一种提高材料利用率的垫圈制造方法。

本发明的主要特征，在于利用线材作为材料，使其受操作而凸出于模座一段预定长度，并利用冲头座的冲压形成垫圈的扁平状，再自冲头座中以冲棒将中央的材料冲挤入模座内，再配合可及时松放的夹具机构，而制成垫圈内径，并在冲头座连同冲棒退回后将垫圈完成。

本发明为达到上述目的，所采用的技术方案及其功效，通过举出较佳实施例，并配合附图详述如下：

图示的简单说明：

图1是以往在条状板材上冲制单排垫圈的示意图;

图2是以往在条状板材上冲制参排垫圈的示意图;

图3是本发明实施例的制造设备及步骤示意图（一）;

图4是本发明实施例的制造设备及步骤示意图（二）;

图5是本发明实施例的制造设备及步骤示意图（三）;

图6是本发明实施例的制造设备及步骤示意图（四）;

图7是现有方法制成的垫圈锻流线示意图;

图8是本发明的方法制成的垫圈锻流线示意图。

首先，请先参阅图3，是本发明实施例的锻造方法示意图，本发明所使用的材料是线材（又称：盘元）1，在锻造过程中，使用模座2及与其对应的冲头座3，冲头座3中设有可作往复运动的冲棒4，且整个冲头座3是由驱动机构5所驱动，而向模座2作往复运动，并可在适当时机及位置操作冲棒4移出冲头座3，且冲棒4的外径相当于所要成型垫圈的内径及线材1的外径;模座2的后方设有线材输送机构6及夹具机构7，线材输送机构6是用来将线材1输送进入模座2中，并在线材1进入模座2前，先将成卷的线材1经矫直处理;夹具机构7用来将输送至定位的线材1夹持紧固，使线材1在锻造时保持足够牢固的定位，其并可在适当时机作松开线材1的操作（后面将提及），如图3中所示，便是本发明实施例中线材输送机构6已将线材1送经模座2，而凸出于模座2外预定定位的示意力，线材凸出于模座2外的长度，是根据所要成型垫圈的体积换算成线材2在选用外径规格下所应凸出的长度，由于此图中示意的线材1是刚好输送抵达定位，所以此时的夹具机构7将十分牢固的夹持线材1。

请再参阅图4的示意图，受输送并到达定位的线材1在受夹具机构7夹紧后，驱动机构5将驱使冲头座3向模座2方向进行冲压，使原凸出于模座2前方的线材1受压扁而成形，直到冲头座3的端面与模座2端面间保持一段原先设定的距离，也就是此时线材1将挤压至其外径达到成型垫圈所要的外径。

请再参阅图5，在冲头座3将线材1冲压到预定厚度时，冲头座 3中的冲棒4将伸出冲头座3，而对已遭压扁的线材1头部的中央进行冲孔作业，使冲棒4完全冲过垫圈的厚度，并且还部份进入模座2中，此时由于在冲孔之际是将垫圈中央的线材1压挤入模座2中，故在冲棒4冲压的同时，夹具机构7及输送装置6还提供了适当的松驰状态，使受冲压向后的线材具有后移的能力;同时输送装置6正准备进行下一次送料的动作。

请再配合图6，冲棒4完成冲孔后，将退回冲头座3内，直到其端面与冲头座3约略齐平时，冲头座3将与冲棒4一起后移而回复到原未冲压前的定位，此时已成型的垫圈将依共重力而掉落，以便收集，而输送装置6则已夹紧线材1准备作下一步进料的操作。

锻造设备经由上述图3到图6所示意的操作，将反复地进行垫圈的锻造成型，而由上述的锻造步骤，可以发现以本发明方法所制成的垫圈具有下列优点：

1.材料的利用率几乎达到100%，废料的消耗几乎等于0（只有在每卷线材的前端及后端略有损失，此损耗在每卷约1.5吨的重量下，还不到一公斤;而以往的制造方法则第1.5吨的板材要损耗将近750公斤），使材料完全受到利用，大幅降低材料成本。

2.本发明所使用的材料是线材，以中钢公司生产的钢板（此为以往垫圈所用的材料）与其作价格上的比较列表如下：

线材：

材质    线径    价格（每吨）

1008    11mm    净价$10490

1008    22mm    净价$10490

1008    33mm    净价$10490

1045    11mm    净价$10500

1045    22mm    净价$10500

1045    33mm    净价$10500

材质    线径    价格（每吨）

1008    2mm    净价$11330

1008    3.2mm    净价$11290

1008    4.5mm    净价$11260

1045    2mm    净价$12090

1045    22mm    净价$12050

1045    33mm    净价$12020

由上述价格上的分析，可以发现线材的价格远较钢板的价格便宜，而一般在钢板上冲制垫圈的材料利用率约为50%，而应用本发明的垫圈制造方法，其材料几乎完全利用，所以在价格成本上，本发明可说是具有相当经济效益的制造方法。

3.就制造完成的垫圈物理性质而言，请分别参阅图7、8;其中图7为以往冲制方式所制垫圈的正面及剖面锻流线示意图（通常锻流线是相当密集而需用金相显微镜才可看出，本图为求便于了解而将其放大，所以只作示意之用），由于其钢板是经压延成型，所以锻流线在正面及剖面皆呈平行的状态，因此当螺接件在正面上作锁紧作业时，螺接件对各条锻流线造成的受力情形便难以均匀，若作弯折试验，将可明显见到其易于自平行锻流线的垫圈中央断裂，而如果自垂直锻流线处弯折，则不易自中央折断，由此可见其各侧面受力不均的情形;至于图8中，由本发明方法制成的垫圈，由于在正面上的锻流线是由中央向四周呈等角幅射的状态，且剖面上的锻流线也大致呈自内向外再弧弯向内的形态，所以当受螺接件锁紧时，各锻流线受力较均匀，若作弯折试验，则垫圈各侧面皆同，因此本发明制造完成的垫圈在物理性质上显然较理想。

4.由图7.8中的剖视图，可以发出，图7中利用以往冲制方法制成的垫圈，因冲切的缘故，其外径上方通常呈下凹的弧陷状，而内径下端则呈上凹的弧陷状，且外径冲切边缘通常成撕裂状，若以产品的美观而言，并非理想，若以螺接件锁紧操作而言，前述内径因呈上凹弧陷状的情形，将使自上方锁压时，上方的材料成下陷（不明显，但存在），在锁紧的稳定性上并非理想;对比图8，由于本发明制成的垫圈外径成圆弧状，所以相当美观，另一方面，由于冲棒是在冲头座及模座将线材紧压的情况下进行冲孔，所以垫圈的内径自上而下相 当平直，当其上方锁紧螺接件时，不会有材料下陷的问题。

5.现有垫圈都使用压延成型的板材直接冲制而成，而本发明的垫圈是各个分别锻造成型，成型的垫圈可具有加工硬化的优点;特别是一般锁紧状况中，垫圈下方通常有较螺接件杆径大（也就是较垫圈内径为大）的孔，因此垫圈受螺接件锁紧时，垫圈内径侧缘常受力下陷，本发明制成的垫圈由于具有加工硬化的优点，所以可使下陷程度减轻。

综上所述，本发明所提供的垫圈制造方法，确实可在材料节省及成本降低上获得极佳的经济效益，且制造完成的垫圈成品也能在品质上获得理想的物理性质及良好的构件之间锁固效果。

Claims (2)

1、一种垫圈的制造方法，是在锻造设备上执行锻造步骤，其特征在于：

锻造步骤，是锻设备中进行，包括：

线材作为材料，利用线材输送机构而凸出于模座一段预定长度；

利用夹具机构将线材夹紧，并使驱动机构驱动冲头座前进而对凸出于模座前的线材进行冲压，形成垫圈的扁平状；

当冲头座将线材压挤到外径达预定垫圈外径时，再自冲头座中以冲棒将中央的材料冲挤入模座内，再配合可及时放松线材的夹具机构，而制成垫圈内径；以及

冲头座连同冲棒退回后将垫圈完成，随后让垫圈移出而将其收集。

2、一种垫圈的构造，包括呈环状的本体，其特征在于：垫圈本体的金相结构锻流线自垫圈中心向外幅射。

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