CN1060981C - 缝纫机用精密中梭的制法 - Google Patents
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Abstract
一种缝纫机中梭之制法，是使用金属粉末射出成型制作，使用金属粉末与结合剂调配成射出成型配方，利用金属模具，于射出成型机上射出成型，得到中梭生胚后，再将该中梭生胚，以特殊设计的支撑物支撑，进行脱脂及烧结程序，把生胚中的结合剂脱除后，烧结成中梭银胚，再把制得的银胚经过修整、焊上中心轴、热处理及细部的精密研磨制得中梭。经由本制法，得以较少的加工程序、制造设备以及人力需求，制造出品质优异的中梭。
Description
本发明涉及一种中梭的制法，尤指缝纫机专用的精密中梭制法。
缝纫机工业是重要的民生工业之一。而缝纫机，是一种精密的机械，由许多精密的零件组装而成。这些零件的品质，对缝纫机的性能及衣物车缝的品质，有决定性的影响。在这些缝纫机精密零件之中，又以中梭(Shuttle Hook)的形状复杂度与精度的要求最高(请参阅图1之中梭成品外观)。因此，中梭成为缝纫机中最具代表性的关键性零件。
现有的缝纫机中梭制法，可概分为以下三类：
第一类方法：传统的锻造／车削／铣削为主之中梭制程：使用圆钢棒作为材料，对该圆钢棒切断、锻造、车削、铣削、钻孔等七十五道以上的机械加工程序，完成中梭的制作，这是目前制造效率最低、最不经济的方法。
第二类方法：减压成型、硬焊组合为主的中梭制程：主要是以板片为材料，经冲压、成型、焊接等程序制作中梭。先以冲压加工成中梭的前、后壳体，然后借壳体上的系止突部与凹部系合定位，使前、后两片壳体系合后，再硬焊成一体。这种方法，比第一类制法的加工程序为少，可提高生产效率。但是，由于其使用板片冲压成型，成型件容易变形，在硬焊组合与后续加工的热处理上，会造成中梭的形状、尺寸与精度不易掌握，必须要借助校正的程序，才可确保品质。而且所需使用的设备多、制作程序仍然烦琐、需求人力大，使得此类制法亦逐渐失去竞争优势。
而第一类与第二类方法所得到的雏胚，也都要经过修整、焊接中心辆13、热处理、细部精密研磨等程序，最后得到中梭成品。所以我们可说这两类方法，主要都是以机械加工来使中梭成型的制法。
综观这二类中俊的制法，有下列问题：第一、制作过程的加工量大，步骤多，必须使用许多设备，制程管理与运作，费时费力。第二、因为中梭形状复杂，在制程中不易达到要求的精度，必须依赖人力作后续的校正加工，完成中梭成品，因此，品质的控制十分辛苦。第三、局于现有设备、人力与程序，中梭的产能不易提高。
第三类方法：以精密铸造的脱蜡法为主的中梭制程。这类方法用精密铸造的脱蜡法制作中梭的雏胚，是校进步的中梭一体成型制造法。但是脱蜡铸造中，要对蜡型进行反覆沾浆，并干燥浆料，而这些步骤费时，且品质不易控制。又，脱蜡法以蜡型，转换成陶瓷壳模，再以陶瓷壳模浇铸得到中梭雏胚，而中梭雏胚必须经过多道的加工，才可达到中梭成品的尺寸与精度。更由于脱蜡法先天上制程时间较长，品质控制较难，量产性较差。
因此，有鉴于前述现有技术的缺点，本发明的目的即在于提供一种缝纫机中梭的制法，可让形状复杂的中梭一次成型，并在经简单的制程后，完成近实型(Near Net Shape)的中梭雏胚，并用相当少的加工程序，即可完成后续加工，制出成品。
本发明的另一目的，是提供一种缝纫机中梭的制法，使中梭的整形容易，而且制品材质均匀，没有成分偏析现象，使得热处理变形小，成品精度更高。
本发明的又一目的，是提供一种缝纫机中梭的制法，使制作中梭所需的设备大为减少，并且简化制作程序，降低制作人力，大幅提高产能。
本发明的再一目的，是提供一种缝纫机中梭的制法，使制出的中梭品质更加优异。
为了达到上述目的，本发明所提供的缝纫机中梭的制法，是使用金属粉末射出成型制作，使用粒径在5-20μm(微米)的金属粉末与结合剂调配射出成型配方，以制得的该射出成型配方，在金属模具中，于射出成型机上射出成型，得到中梭生胚，再将该中梭生胚，以设有弧边适合该中梭生胚弧边之萃取架支撑，进行脱脂程序，把生胚中的结合剂脱除，并借由萃取架保持中梭生胚的形状、尺寸与精度，而后，把该脱脂后的中梭生胚进行烧结，将金属粉末烧结成型，得到中梭银胚，再把制得的银胚，经过修整(作外形、毛边的微量修改)、焊上中心轴、热处理(使表面硬化，增加强度)以及细部的精密研磨(制得最后成品的尺寸)，而制得中梭，以达到上述发明的目的。
本发明涉及一种缝纫机中梭的制法，它包括下列步骤：(1)使用粒径在5-20微米的金属粉末与结合剂调配射出成型配方；(2)以该射出成型配方于金属模具中，使用射出成型机射出而得到中梭生胚；(3)对该中梭生胚进行脱脂程序，脱除生胚中的结合剂；(4)对该中梭生胚进行烧结，制得中梭银胚；(5)把该中梭银胚进行最后加工，得到中梭成品。
按照本发明所述的缝纫机中梭的制法，其中该成型配方中的金属粉末为5-6微米的铁粉；
其中该结合剂为聚丙烯、聚苯乙烯、蜡与硬脂肪酸所组成的混合物；其中该结合剂中的蜡选自石蜡。蜜蜡及微结晶蜡；
其中该结合剂为聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、石蜡与硬脂肪酸所组成的混合物；
其中该射出成型配方，是以重量88-93％优选90％的铁粉，以及由聚丙烯、聚苯乙烯、蜡以及硬脂肪酸所组成重量7-12％的结合剂，在180℃下加热50分钟制得；
其中该结合剂中的聚丙烯与聚苯乙烯在结合剂中的含量为30-80％重量百分比，优选为55％；
其中在6．2kg／160℃下该射出成型配方的熔融指数值为120-320g／10min，优选为135g／10min；
其中该中梭生胚具有一弧边，且在该弧边上连有支撑脚座；
其中该脱脂程序中，还使用一萃取架进行脱脂，而该萃取架上设有弧边的弧状孔板，且该弧状孔板的弧度是适合于该中梭生胚的弧边，而该萃取架上的弧状孔板为多个，且该萃取架上还设有用以隔开这些弧状孔板的隔板，该萃取架的隔板上还设置有帮助萃取的多个孔洞；
其中该脱脂程序是使用正庚烷萃取来除去该中梭生胚中的蜡；
其中该烧结程序中该中梭生胚是放置于陶瓷垫片上，且在中梭生胚之间设有用于分隔的陶瓷隔板；
其中该烧结程序是在氮气气氛下，温度1200-1300℃，加热时间为1至3小时，烧结得到中梭银胚；
其中该烧结程序可在真空度10-1-10-4Troo环境下，烧结温度1200-1300℃，加热时间1至3小时；
其中该中梭银胚进行最后加工是指将其进行修整、焊上中心轴、热处理以及细部的精密研磨，而得到中梭制品；
按照本发明所述的缝纫机中梭的制法，其中在步骤(1)中可使用重量比2％、粒径4-5微米的镍粉与重量比98％、粒径为5-6微米的铁粉构成的金属粉末，可使用聚丙烯、聚苯乙烯、蜡与硬脂肪酸所组成的结合剂，且其中该聚丙烯与聚苯乙烯在该结合剂中的重量比为30-80％，而该金属粉末在该射出成型配方的重量比为88-93％；在步骤(3)中将该中梭生胚，以设有弧边的萃取架支撑，且使该萃取架的弧边适合该中梭生胚的弧边，以进行脱脂程序，脱除生胚中的结合剂；在步骤(5)中把制得的中梭银胚，经过修整、焊上中心轴、热处理以及细部的精密研磨，得到中梭；
按照本发明的上述制法，其中该结合剂中的蜡选自石蜡、密蜡及微结晶蜡；
其中该射出成型配方是将该金属粉末以及结合剂在180℃下加热50分钟制得；
其中在6．2kg／160℃下该射出成型配方的熔融指数值为120-320g／10min；
其中该脱脂程序，是使用正庚烷萃取来除去该中梭生胚中的蜡；
其中该萃取架上设有弧边的弧状孔板，且该弧状孔板的弧度是适合该中梭生胚的弧边，其中该弧状孔板为多个，且该萃取架上还设有用以隔开这些弧状孔板的隔板；
其中该烧结程序，是在真空度10-1-10-4Torr环境下，温度1200-1300℃，加热时间1至3小时，烧结得到中梭银胚；
其中该中梭银胚的密度约为7．52g／cm3；
其中该中梭生胚上设有支撑脚座，该支撑脚座是设在该中梭生胚的弧边上；
其中该烧结程序中该中梭生胚放置于陶瓷垫片上，而在这些中梭生胚之间设有用于分隔的陶瓷隔板；
其中该烧结程序中，使用堆积的氧化铝粉末来支撑该中梭生胚，且该中梭生胚是置于陶瓷垫片之上。
以下，将以实施例详述本发明的特点，及其它功效：
图1为缝纫机中梭成品外观图；
图2为本发明实施例的制作流程图；
图3为本发明萃取架的一实施例示意图；
图4为本发明一实施例的中梭附加支撑脚座构造示意图；
图5为本发明一实施例中梭胚体使用陶瓷垫片及隔板支撑构造的顶视图；
图6为本发明一实施例中梭胚体使用粉末支撑物构造示意图；
表1为本发明与传统制法的比较。
诚如前面所述，现有中梭的制法，多以机械加工为主，另外一类是使用脱蜡铸造，而本发明则使用金属粉末射出成型法(Metal InjectionMolding，MIM)来制造一体成型的缝纫机中梭。
而金属粉末射出成型，是结合塑胶射出成型与粉末冶金的整合性技术。美国于一九七三年即开始有工业生产。因此，对熟悉此项技术人员而言，金属粉末射出成型制作条件控制，属于现有技术，不在此详述，本文仅对金属粉末射出成型中，有关本发明制作缝纫机中梭的相关制程与设备，作概要的说明。
实施例一：
请参阅图2，其为本发明制作缝纫机中梭的一制作流程实施例。
本发明的中梭制法是以金属粉末与结合剂(binder)调配成具有热流动性的射出成型配方(Molding Compound)，再以此配方在精密金属模具中，在射出成型机上射出成型，制成中梭的生胚(GreenCompacts)，再将该中梭生胚以特殊设计的支撑物支撑，进行脱脂及烧结程序，把生胚中的结合剂脱除后，烧结成中梭银胚，再把制得的银胚，经过修整、焊上中心轴、热处理及细部的精密研磨制得中梭成品。
以下是将本实施例的实施内容作更详细的介绍，若将其配合上述的流程(大纲)来阅读，应更加清楚明了。
前述的金属粉末原料，一般粉末粒径在5-20μm(微米)之间，只要是可烧结的粉末，均可作为原料。在本实施例中，我们使用平均粒径为5-6微米的铁粉作为成型配方中的金属粉末。结合剂则为聚丙烯、聚苯乙烯、蜡(本实施例使用石蜡)与硬脂肪酸所组成的均匀混合物，其中聚丙烯与聚苯乙烯在结合剂中的含量，为30-80％(重量)，较佳为55％(重量)。其中，聚苯乙烯可用聚甲基丙烯酸甲酯取代，而蜡可用石蜡、蜜蜡或微结晶蜡，但其熔融指数会有些微的改变。在整个成型配方中，铁粉的重量为88-93％，较佳为90％。
利用此重量比88-93％的铁粉与由聚丙烯、聚苯乙烯、腊以及硬脂肪酸所组成重量比7-12％的结合剂，在加热的密闭槽中捏合成射出成型配方，加热的温度为180℃，时间50分钟。所得到的成型配方，熔融指数值为120-320g／10min，前述较佳值为135g／10min(6．2kg／160℃)。
而为了维持成型时进料的稳定，并防止在料斗中有架桥现象产生，配方通常作成颗粒状使用。利用射出成型配方，以塑胶射出成型机进行成型，加热使配方熔融具有流动性，再用螺杆推送经射嘴，射入模穴中成型，冷却后取出，而得到生胚。
生胚要经过脱脂与烧结，以成为中梭的银胚(Silver Parts)供进一步的应用。其中所谓“脱脂”，是指把生胚中的结合剂脱除。因结合剂的作用，在于赋予金属粉末流动性，并确保生胚的形状。一旦成型后，结合剂的阶段性目的已完成，需将之去除，以便进行烧结。一般脱脂的方法有二种：第一，使用熔剂将结合剂溶出，这种方法称为“萃取”；第二，加热使结合剂脱除，这称为“热脱脂”。在金属射出成型的制程中，如果脱脂程序的结合剂，太快被去除，生胚会有破裂的情况发生。(而结合剂在配方中分布的均匀性，也会影响粉末烧结时收缩的一致性。因此，结合剂的组成与配方，是金属射出成型一项重要技术。)
在本实施例中，我们将制得的中梭生胚，使用正庚烷萃取，以除去生胚中的蜡。中梭生胚在正庚烷中萃取时，其形状、尺寸及精度，可借由图3所示本发明所提供的萃取架，而得保持。该萃取架20上，设有弧边22的弧状孔板21，使得该孔板21的弧度，得以适合中梭10(图1)的弧边11。基于量产的考虑，萃取架20，更可设置多个孔板21，使各组孔板之间，以隔板23分隔，而隔板23上亦可设置多个孔洞(图上未示)，帮助萃取。
将前述制妥的中梭生胚，送入脱脂／烧结炉中，在氮气气氛下(亦可在真空度10-1-10-4Torr环境下)进行热脱脂(使萃取未尽的结合剂，可进一步被去除)及烧结，烧结温度在1200-1300℃之间，时间为1至3小时，获得具有金属光泽外观的中梭银胚，该银胚的密度为7．49g／cm3左右。
胚体在热脱脂与烧结过程中，形状、尺寸与精度，更可借由胚体上特殊设计的支撑，避免产生变化。请参阅图4，其为中梭胚体10’上设计支撑脚座31的一实施例，由于该脚座31的支撑，可使中梭胚体10’，不会在制作过程中产生变形。当然，对熟悉此项技术的人士而言，当可修改脚座31的尺寸、形状与位置，而达到相同的效果。唯，此部分属于显而易知的，即不在此赘述。
另外，我们也可使用如图5所示的支撑构造取代，将中梭胚体10’置于陶瓷垫片41之上。而多个中梭胚体10’之间，则用陶瓷隔板42分隔、固定，这样就可保持中梭胚体10’的形状、尺寸与精度。
得到的银胚，具有金属材料的性质，而这可以由金属粉末的选用，使制出的银胚，具有铁或铁镍合金的性质(在本实施例为铁合金)，物理性质上，类似锻造产品。中梭银胚的形状、尺寸与精度都已十分接近成品，只要经过修整(使用研磨、切削，将外形、毛边作微量的修改)、焊上中心轴、热处理(以使表面硬化，增加强度)以及细部的精密研磨(制得最后成品的尺寸)，就可以得到商品化的高品质中梭产品。
实施例二：
本实施例的制作流程同图2。
在本实施例中，我们使用2％重量的镍粉(平均粒径为4-5微米)与98％重量的铁粉(平均粒径为5-6微米)作为成型配方中的金属粉末。结合剂则为聚丙烯、聚苯乙烯(或聚甲基丙烯酸甲酯)、石蜡与硬脂肪酸所组成的均匀混合物，其中聚丙烯与聚苯乙烯在结合剂中的含量为30-80％(重量)，较佳为55％(重量)。在整个成型配方中，金属粉末的重量为88-93％，较佳为90％。
利用此金属粉末与结合剂，在加热的密闭槽中捏合成射出成型配方，加热的温度为180℃，时间50分钟。所得到的成型配方熔融指数值为120-320g／10min，前述较佳值为135g／10min(6．2kg／160℃)。
利用射出成型配方，以塑胶射出成型机进行成型，加热使配方熔融具有流动性，再用螺杆推送入射嘴，射入模穴中成型，冷却后取出，而得到生胚。
接下来进行脱脂与烧结程序，使生胚成为银胚。在本实施例中，我们将前述制妥的中梭生胚，送入脱脂／烧结炉中，在真空度10-1-10-4Torr环境下进行热脱脂及烧结，烧结温度在1200-1300℃之间，时间为1至3小时，获得具有金属光泽外观的中梭银胚，该银胚的密度为7．52／cm2左右。
胚体在热脱脂与烧结过程中，形状、尺寸与精度，亦可借由前述特殊设计的支撑构造而避免产生变化，如图4、图5所示的支撑构造。
另外，也可使用如图6所示之支撑构造取代。请参阅图6，我们使用氧化铝粉末堆积的非刚性支撑物52，来支撑中梭胚体10’，而中梭胚体10’则置于陶瓷垫片51之上，同样地使中梭胚体10’保持形状、尺寸与精度。
得到的银胚，具有铁镍合金的性质，再经过修整、焊上同心轴13、热处理以及细部的精密研磨，就可得到商品化的高品质中梭产品。
我们将本发明与传统缝纫机中梭制法相比较，可以得到表1。
表1
由以上的实施例及表1可知，本发明以金属模具，使形状复杂的中梭一次成型，再经过脱脂与烧结作成形状、尺寸与精度都接近商品化要求之中梭制品，得以最少的加工程序，完成中梭的制造，解决传统制程上加工程序繁多，加工量大，产品品质不易控制，消耗大量人力，产能提升不易的缺失，极具效率。而本发明利用粉末冶金法烧结制作中梭，故材质均匀，没有精密铸造法之材质偏析情形，因而热处理时变形量小，所制得之中梭成品，在外观、形状、尺寸及精度上，都优於传统制程所制出之成品。
| 中梭制程 | 中梭雏胚制程 | 後续加工 | 综合比较 | ||||||||||
| 制程说明 | 材料利用率 | 良品率 | 精密度 | 雏胚重 | 加工预留量 | 加工量 | 加工道次 | 成品重量 | 加工程序数 | 量产性 | 产品品质 | ||
| 金属粉末射出成型法 | ·配方调制→射出成型→脱脂→烧结→中梭银胚(雏胚)·说明：一体成型 | 100％ | 96％ | 高 | 14g | 小 | 1．4g | 25 | 12．6g | 最少(30) | 最佳 | 优 | |
| 传统制程 | 冲压成型、焊接组合制程 | ·连续模冲压(七道)→组合→氢焊→铜焊→雏胚·说明：冲压、焊接组合成型 | 50％ | 92％ | 中 | 16g | 中 | 2．5g | 50 | 13．5g | 多(55) | 佳 | 佳 |
| 锻造、车削、铣削制程 | ·圆钢材→锻造→车削→连削→切断半块体→挖空中梭内部多馀材料→雏胚·说明：锻／车／铣／、逐步加工 | 10％ | 80％ | 低 | 30g | 大 | 15g | 75 | 15g | 最多(82) | 差 | 差 | |
| 精密铸造制程 | ·塑胶蜡模射出成型→锆砂沾浆→(←)乾燥→脱蜡→烧结成陶瓷壳模→浇铸→清砂及修整→雏胚·说明：一体成型 | 85％ | 85％ | 中 | 20g | 中 | 4．5g | 35 | 15．5g | 少(42) | 佳 | 佳 | |
是以，本发明用最少的加工程序、制造设备以及人力需求，而具有优异的量产性，并得制造出高品质的中梭，经济价值极高，对於提升产业竞争能力有极大的助益。
Claims (17)
1、一种缝纫机中梭的制法，其特征在于，它包括下列步骤：
(1)使用粒径在5-20微米的金属粉末与结合剂调配射出成型配方；
(2)使用射出成型机将该射出成型配方射入金属模具中成型，得到中梭生胚；
(3)将该中梭生胚，以设有弧边适合该中梭生胚边的萃取架或设置支撑脚座作为支撑，进行脱脂程序，把生胚中的结合剂脱除；
(4)而后，进行烧结制得中梭银胚；
(5)把制得的该中梭银胚，经过修整、焊上中心轴、热处理以及细部的精密研磨，得到最后成品中梭。
2、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该金属粉末为粒径5-6微米的铁粉。
3、如权利要求2所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该铁粉占该射出成型配方的重量比为88-93％。
4、如权利要求3所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该铁粉占该射出成型配方的重量比为90％。
5、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该结合剂为聚丙烯、聚苯乙烯、蜡与硬脂肪酸所组成的混合物。
6、如权利要求5所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该结合剂中的聚丙烯与聚苯乙烯在结合剂中的重量比为30-80％。
7、如权利要求6所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该结合剂中的聚丙烯与聚苯乙烯在结合剂中的含量为55％重量比。
8、如权利要求5所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该结合剂中的蜡选自石蜡、蜜蜡及微结晶蜡。
9、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该结合剂为聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、石蜡与硬脂肪酸所组成的混合物。
10、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该脱脂程序使用正庚烷除去该中梭生胚中的蜡。
11、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该萃取架上设有弧边的弧形孔板，并使得该弧形孔板的弧度，得以适合该中梭的弧边。
12、如权利要求11所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该萃取架上可进一步设置多个弧形孔板，并设有隔开该多个弧形孔板的隔板。
13、如权利要求12所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该萃取架的隔板上还设置有多个孔洞。
14、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该烧结程序是在氮气气氛下，温度1200-1300℃，加热时间1至3小时，烧结得到中梭银胚。
15、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该烧结程序是在真空度10-1-10-4Torr环境下，烧结温度1200-1300℃，时间为1至3小时。
16、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该烧结程序中，该中梭生胚设置于陶瓷垫片上，且中梭生胚之间则设有陶瓷隔板。
17、如权利要求1所述的缝纫机中梭的制法，其特征在于，该烧结程序中，使用堆积的氧化铝粉末来支撑该中梭生胚，而该中梭生胚则置于陶瓷垫片之上。
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