CN1062500C - 金属管中空塑性成型锻造法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属管中空塑性成型锻造法，该方法包括预制以PVC或PET为原料经真空射出成所需锻塑型体的中空罐状胶膜，根据冷锻或热锻的需要装载填充料，封口并使其硬化成模心，将该模心置入金属管坯件的孔内，一同进行锻压塑型，然后切除封口，并采用溶化、软化或震碎模心的方法，使之能轻易被取出，本方法克服了以往难于从中空锻塑成型的坯孔内取出模心的障碍，提供一种用于制作高强度中空特异管壁型体的塑性成型锻造方法。

Description

金属管中空塑性成型锻造法

本发明涉及一种金属管中空塑性锻造法，特别是一种在冷、热锻制加工金属管壁成特异形体后，该管孔内的模心仍易被取出的制程方法，尤其是针对一般艺术品等具有高锻塑难度的特异形体的内、外壁面，仍可利用本发明所揭示的方法轻易完成。

对坊间现有锻造技术而言，锻造通常可区分为冷锻与热锻方式；所谓冷锻是指在常温下利用既定型体的模具对金属坯件进行夹压冲锻加工，使之成为所需塑型的成品；所谓热锻是指在特定温度下预先加热金属坯件，而后再对该金属坯件进行夹压冲锻制成塑型成品；由此可知，冷锻前金属坯件本身的晶粒组织并未被破坏，而热锻前金属坯件本身的晶粒组织已经加热过程所软化，因此就锻压强度而言，热锻时模体对工件所须施加的锻造压力较冷锻时小，即可逐次锻压制成所需塑型的成品；但就所需锻制成品的金属强度而言，冷锻所制成的成品的金属强度是较优于热锻所制成的成品的；由此亦知，冷、热锻制金属坯件的方式，是依照所需制成成品的金属强度、所需加工的锻压强度以及金属组织结构等种种因素而选择的。

另外，上述欲锻制的金属坯件可为实心的金属锭状坯件，或为中空的金属管状坯件，依所欲冲锻成型的成品中心是否需为中空而选用。

众所周知，锻制实心金属锭状坯件成所需外型轮廓的制作技术实际上较为简易，因为只需在冷、热锻造过程中逐次经由锻模机的模块来加以分段锻压加工，即可制成所需外型轮廓的实心成品。但在锻制空心的金属管状坯件时，则较具难度，因为金属管状坯件的管壁较实心体薄了许多，而且必须在管孔内穿入心轴，此坊间所见的心轴，皆为利用耐冲压的金属材料制成，其强度较所欲锻制的金属坯件高，藉此心轴支撑该金属坯件的管孔，以避免在锻制受压过程中管孔径度被破坏，另一方面，尚需考虑的是要锻压加工的管状坯件的外管壁或内管壁，以目前坊间技术而言，系仅能针对管状坯件的外管壁进行锻压加工，其技术即如前所述必须于管孔内穿入心轴，防止管孔遭受锻压强度的冲击破坏。

坊间为何难于对金属管状坯件的内管壁进行锻压塑性加工呢！其原因在于必须使前述穿入管孔内的心轴外壁面预先成型为所需模体的形状，再经锻压加工后，该模体形状的心轴(在本发明技术内容中简称模心)难于自管孔中被取出，尤其是针对一些必须使模体形状较为复杂的内管壁锻制场合中，难于将该金属制成的高强度心轴取出，这是现阶段困扰从事此项技术者的技术盲点所在；因此在坊间所见到的金属成型物件中，其内壁面通常未与外壁面一同具有形体的变化；若有，则必定为非锻塑成型的浇铸方式制成的；只是浇铸成型法虽能使金属成品的内、外壁面轮廓随既定需求而产生变化，但其金属强度却远低于锻塑成型的同款轮廓物品，其道理亦为熟知此技术者所熟知。

本发明针对现有技术中存在的问题，主要目的在于提供一种用锻塑成型技术加工金属管状坯件使其内管壁或内、外管壁被锻压成所需较复杂的轮廓型体后，该管孔内的模心仍易于被取出的制作方法。

本发明的另一个目的在于提供一种简易制造高强度模心的方法，使能在冷、热锻塑过程中供给所需求的各种型体的模心，同时亦能在锻塑成型后简易的促使该模心自成型坯孔内被取出。

本发明针对一些轮廓形体变化较具复杂性的艺术品等，解决了其在施行中空塑型锻造加工后难于取出模心的难题，从而提高了锻塑加工金属管状坯件的内、外壁轮廓型体的技术。

为达到上述目的，本发明所采用方法包括：

1、利用PVC或PET原料，以真空射出成型技术制成所需型体的中空罐状胶膜；

在成型胶膜内装载填充料，并于封口后将其硬化制成供给锻塑所需的模心使用；

将已硬化的模心置入金属管状坯件的管孔内，再一同摆置于锻模机的上、下模块间，进行锻压塑型加工；

锻压塑型后，对该已成型的坯件的坯孔中的模心，先予以切除封口处而形成一泄口，并采用溶化、软化或震碎该模心的方法，使能在成型坯孔内取出塌陷的剩余胶膜或填充料。

本发明中模心表层的胶膜，易于采用真空射出成型技术而制成所需的特异型体，促使填充料容易被装填，并于装填后成型为胶膜的起伏轮廓。

2、在冷锻过程中所使用的模心的内载填充料，系可依所欲锻塑金属管状坯件的抗压强度，而选择利用水、铁砂、钢珠及有机淀粉等原料加以混合制成液状填充料；以利于施予急速冷冻，并藉急速冷冻过程能使该模心具备高硬度及高抗压强度，进而形成得以抵抗冷锻时所承受的冲锻压力的模心。

3、在冷锻塑型物件完成后，该坯孔内承载抵抗冲锻压力的冰冻模心，只须将模心的封口处予以切除，即可在常温下(或稍经加温)解冻该模心的填充料，促使该填充料排流出胶膜外，而胶膜即松垮塌陷而利于被取出，进而展现锻塑成型的坯孔的优美轮廓。

4、在冷锻过程中所使用的模心的内载填充料，亦可依所欲锻塑金属管状坯件的抗压强度，而选择利用热熔胶加钢珠混合制成填充料，以利当包裹钢珠的熔融状热熔胶在胶膜内干固后，形成具备高抗压强度的模心，藉以抵抗冷锻冲压。

5、在冷锻塑型物件完成后，该坯孔内承载抵抗冲锻压力的填胶式模心，只须将模心的封口处予以切除，而后施予70至80℃左右的熔点温度，即可让这些熔胶软化，含带钢珠所构成的填充料与被粘覆的胶膜一起被取出，进而展现已锻塑成型的坯孔的轮廓型体。

6、在热锻过程中所制成的模心的内载填充料，系依所欲锻塑金属管状坯件在热处理时的抗压强度，而在胶膜内部中心穿置一耐热钢柱，并于钢柱表面至胶膜内面腔槽间，选择利用含水成份的耐火粘土或水泥加入泡棉球等原料混合制成耐火填充料；以利于先行加温烘烤甚至烧结该胶膜内的耐火填充料，使其先行硬化并定型该耐热模心，其间于烘烤或烧结过程中该表层胶膜即已逐渐被熔融于定型的耐热模心表层，且因此而具备较高的抗压硬度，形成得以抵抗热锻时所承受的冲锻压力的耐热模心。

7、在热锻塑型物件完成后，该坯孔内承载抵抗冲锻压力的耐热模心，仍保有强硬特性，但只需经由穿于其中的耐热钢柱稍微的摇震拉动后，即可藉助这些耐热粘土或水泥经烘烤或烧结后原本即具有的脆性，而震碎这些耐热填充料，并从中取出耐热钢柱，进而抖落已锻塑成型的金属坯孔内的所有耐热模心填充料，展现金属坯孔的成品轮廓。

附图简要说明如下：

图1为本发明实施于冷锻中所使用的冰冻模心制程图；

图2为本发明实施于冷锻中所使用的另一填胶模心的制程图；

图3为本发明实施于冷锻中所使用的冰冻或填胶模心的剖示图；

图4为本发明在塑型锻制前将模心置入金属管状坯件的管孔内的分解示意图；

图5为本发明在实施锻塑坯件之内及外管壁成模心轮廓的压模前示意图；

图6为本发明在实施锻塑坯件之内及外管壁成模心轮廓的压模后示意图；

图7为本发明图5实施形态后所制成具有内及外管壁轮廓的成型坯件与自坯孔内取现出冰冻或填胶模心的实施状态示意图；

图8为本发明在实施锻塑坯件的内管壁成模心轮廓的压模前示意图；

图9为本发明在实施锻塑坯件的内管壁成模心轮廓的压模后示意图；

图10为本发明图8实施形态后所制成具有内管壁轮廓的成型坯件与其自坯孔内取出冰冻或填胶模心的实施状态示意图；

图11为本发明实施于热锻中所使用的耐热模心制程图；

图12为本发明在实施热锻坯件的内及外管壁成模心轮廓后取出耐热模心的剖示状态图；

图13为本发明在实施热锻坯件的内管壁成模心轮廓后取出耐热模心的剖示状态图：

图14为本发明锻塑制成具有内及外壁轮廓型体的成型坯件的立体状态图；

图15为本发明锻塑制成具有内壁轮廓型体的成型坯件的立体状态图。

下面参照附图，通过实施例进一步详述本发明。

如图1所示，本发明在冷锻制程中所采用的冰冻模心1，实际上是先以PVC或PET等胶质原料，经由真空射出成型技术制成所需型体的中空罐状胶膜11，并在胶膜11内装填液状填充料12；此液状填充料12系可依所欲冷锻的金属管状坯件2(如图4中所示)的锻压强度，而适时选择利用水、铁砂、钢珠或有机淀粉等原料，使予混制成冷锻所需的液状填充料12；当胶膜11内的液状填充料12装填至满载饱实后，如图3所示，便藉由绳索13捆绑或以其它封口方式密封胶膜11的开口111，并将其施予-5℃至-20℃之间的低温进行急速冷冻，藉急速冷冻过程使该模心1变成冰冻状态，且因内含的铁砂或钢珠具有高抗压强度，而其间调合的水加有机淀粉乃具有粘稠性，在经过冰冻后更能将铁砂及钢珠紧密的粘著在一起，再加上冰冻后的水溶液原本即具有极佳的硬度，因此促使本发明的冰冻模心1具备极佳的硬度与抗压强度，进而形成得以抵抗冷锻时所须承受的锻压冲击力。

上述所指经真空射出成型的胶膜11，其型体轮廓并非限定于本实施的网状交错镗线形态，其亦可藉由真空射出成型技术(诸如保特瓶等习知成型技术)，而简易的制成各种较为复杂的中空型体艺术轮廓，例如水果状的葡萄串或香蕉轮廓，或为艺术造型的各种管体起伏轮廓等；但唯一的要点是在于该成型胶膜11内的外膜壁必须同成型膜体般的具有起伏轮廓，如图3所剖示的，且必须具有一渐缩或多余的填料空间，以备热胀冷胀的填料胀缩裕度所需，同时须具开口111以便装载填充料。

本发明前述实施形态的冷锻用模心1，其内载填充料121亦可利用热熔胶加钢珠混制而成(如图2所示)，该热熔胶的熔点温度约在70至80℃左右，当熔融后使与钢珠混合并灌入胶膜11内几近饱合，如图3所示，并藉绳索13捆绑或以其它封口方式密封胶膜11的开口111，其间因采用PVC或PET所制成的胶膜11，其抗熔温度约在100℃以上，因此当注入70至80℃左右的热熔胶后，该胶膜11本体并不会因热而产生变形或熔融，使其冷却安定后即形成固态的填胶模心10；同时因内含的热熔胶于冷却后具有极佳的硬度，再加上钢珠从中支撑，因而具有更大的抗压强度，藉此形成得以抵抗冷锻时所须承受较大的锻压冲击力。

如图4所示，以冷锻为例(热锻亦同)当模心1或10制成后，便将其松动穿套进入金属管状坯件2的管孔29内，以便一同置于压模机的上、下模块31、32间待以锻压，参见图5所示，当欲促使管状坯件2被锻塑成具有内、外壁轮廓形态时，该上、下模块31、32的模穴311、321内，是必须载设有PU管壁312、322，以便供给管状坯件2在瞬间被锻塑时(如图6所示)，其外管壁21能藉PU管壁312、322展伸其所欲锻压成型轮廓的变形裕度，同时在锻塑时亦具有保护管状坯件2的外管壁21的作用；另外，该上、下模穴311、321的壁面皆依管状坯件2既有的外管壁21形体而制成同一对半弧槽形态，且由于一般所运用的管状坯件2的外管壁21皆为圆形，因此可知模穴311、321的壁面亦是制成圆形对半的槽壁状，且只要管状坯件2的外管径不加以变化，该模穴311、321的形体尺寸即不须更动，更无须如习作般的将模穴挖制成所欲锻制型体状，如此一来可以省下诸多开挖模穴的制模成本，此为本发明附加呈现的效益。

以上述冷锻压塑后所制成的具有内、外面管壁轮廓的成型坯件20为例(如图7所示)，其成型坯孔201内的冰冻模心1或填胶模心10的取出方式，是只需切除其封口端而呈现出泄口100，即可让冰冻模心1在常温下或徐徐施予稍微的热温下，即自行解冻，并自泄口100处排流由水、铁砂、钢珠或有机淀粉所混制而成的液状填充料12，藉此而让胶膜11松垮塌陷，以利于自成型坯孔201内取出这些剩余的胶模11与液状填充料12；同时藉该切制而成的泄口100，亦可让填胶模心10在施予70至80℃左右的熔点温度后即自行软化，以利自泄口100处掏出热熔胶及钢珠，藉此而让胶膜11松垮塌陷，以便一并被取出，进而呈现如图14所示的具有内、外面管壁轮廓的成型坯件20的形态。

如图8及图9所示，当欲促使管状坯件2被锻塑成仅具有内壁轮廓形态时，该上、下模块31、32的模穴311、321内并无需载设前述的PU管壁，而仅需将模穴311、321内制成同管状坯件2外壁圆形弧面即可，以便供给管状坯件2在瞬间被锻塑时(图9所示)，其外管壁23能被模穴311、321所限制，防止其变形，进而让管状坯件2的内壁面22被锻塑成同模心1或10表层的轮廓型体，而外壁面23仍保有原先的圆管状形体，形成如图15所示的成型坯件200形态。其间，如图10所示该仅具有内壁面成型轮廓的成型坯件200，其成型坯孔201内的冰冻模心1或填胶模心10的取出方式，亦同于前述切除其封口端而呈现出泄口100，即可取出解冻后的冰冻模心1或热温软化的填胶模心10。

本发明在热锻制程中所采用的模心是如图11所示的耐热模心4，其制作方式仍是采用PVC或PET胶质经真空射出成型为所需型体的中空罐状胶膜11，并在胶模11内装填耐热填充料41；此耐热填充料41是可依所欲热锻金属管状坯件2的锻压强度，而适时选用符合耐热需求的耐火粘土加水调混而制成耐热填充料41；当欲在胶膜11内填装耐热填充料41前，须先于胶膜11内置入一支耐热钢柱42，然后才在耐热钢柱42表层至胶膜11内壁膜面间装填前述耐热填充料41，使至接近饱合状态；此后便以热温烘烤或烧结该胶膜11内的耐热填充料41，使其先行硬化并定型成为耐热模心4；该烘烤或至烧结的温度，通常皆施予数百℃以上的高温，藉使耐热模心4中所含有的水份被烧失，形成干固硬化状的耐热模心4。其间于烘烤过程中该耐热模心4表层的胶膜11即已逐渐被熔融而包覆于定型的耐热模心4的表层，形成有较高的硬度，得以抵抗热锻时所承受的冲锻压力。

上述耐热模心4因经高温烘烤甚而烧结使其硬化，相对的亦在干固硬化后促使这些耐火填充料41已变成具有脆性，藉此脆性使在热锻冲压小于冷锻冲压的情况下，以及耐热模心4在锻压前被塞藏限制于管状坯件2的管孔29内部时的不易松散状态下，促使该耐热模心4在热锻后得以经由稍微的摇震拉动被包裹的耐热钢柱42，而震碎这些干固后具脆性的耐热填充料41，并从中抽取出耐热钢柱42，进而抖落已锻塑成型的金属成型坯孔201内的所有耐热填充料41，其形态如12及图13所示，图12中揭示当热锻具有内、外管壁轮廓的成型坯件20后，该耐热模心4被抖落崩毁以致可取出的状态。且因成型坯件20的外管壁21同需制成具有轮廓形体，因此在图12中所示的实施例中，其热锻用的模穴431、441上，是须预先挖制成所欲锻塑的成型坯件20的外管壁21型体，藉以配合内部耐热模心4的轮廓形体，终而锻塑出具有内及外管壁201、21同款凹凸起伏轮廓的成型坯件20。在图3中所示热锻的成型坯件200，仅具有内管壁坯孔201的成型轮廓，因此在热锻用的模穴432、442上，并无需特别挖制所欲锻塑的型体，而仅需如同前述冷锻模穴311、321般的成型为同款管状坯件2的外壁弧面状模穴432、442轮廓即可。

经由以上的说明即可得知，藉由本发明采用锻塑中空金属管状坯件的方法，即可促使该坯件被成型为高强度的中空锻制成品，其所能达到锻制塑型而成的型体，是含括坊间难于取出模心的诸项锻制品；换言之，习有难于锻塑成型的中空制品，皆可采用本发明所揭示的制法达到其锻塑特异形体的心愿，如此一来，对产业上，可提供以制品锻塑强度为需求的高科技零组件的制造，以及艺术制品的制造等技术领域的广泛利用。

Claims (8)

1、一种金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于该方法包含：

以PVC或PET为原料，经真空射出成型为所需的锻塑型体的中空罐状胶膜；

在成型胶膜内装载填充料，并于封口后将其硬化制成供给锻塑所需的模心使用；

将己硬化的模心置入金属管状坯件的管孔内，再一同摆置于锻模机的上、下模块间，进行锻压塑型加工；

锻压塑型后，对该已成型的坯件的坯孔中的模心，先予以切除封口处而形成一泄口，并采用溶化、软化或震碎的方式，使能在成型坯孔内取出塌陷的剩余胶膜或填充料；

经上述制程步骤后，即能依模心表层的复杂轮廓形态，而锻塑出高强度的成型坯件的内壁或内和外壁同等型体轮廓。

2、根据权利要求1所述的金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于在锻压塑型前，如欲使管状坯件成型为具有内及外壁面轮廓型体时，须在上、下模块间套设如PU管等软材，给予外壁面在锻压过程时所需的伸展变形裕度。

3、一种金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于冷锻时所使用的冰冻模心的制作方法，该方法包括：

利用中空罐状成型胶膜内装填液状填充料，该液状填充料可为依所欲冷锻的金属管状坯件的锻压强度，而适时选择水、铁砂、钢珠或有机淀粉等原料混制而成，并施予成型胶膜内装填液状填充料至满载饱合后加以封口，再藉-5℃至-20℃之间的低温进行急速冷冻，使模心变成冰冻的高强度硬化状态。

4、根据权利要求3所述的金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于藉由冰冻模心实施冷锻加工后，该成型坯件的坯孔中的冰冻模心，是在常温下或徐徐加热使之解冻，并溶化该胶膜内的液状填充料，使至可由泄口排出这些剩余的液状填充料，并取出塌陷的胶膜，展现成型坯件的坯孔锻塑轮廓。

5、一种金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于冷锻时所使用的填胶模心的制作方法，该方法包括：

利用中空罐状成型胶膜内载装热熔胶和钢珠混合制成的填充料，使至接近饱合后加以封口，并待常温下冷却成胶固的高强度硬化状态，其中该胶膜系采用能够抵抗热熔胶的熔融温度，保持胶膜不变形的胶膜。

6、根据权利要求5所述的金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于藉由填胶模心实施冷锻加工后，该成型坯件的坯孔中的填胶模心，系可于70℃至80℃的熔点温度使该热熔胶软化，使自泄口处掏出热熔胶及其所胶粘著的钢珠后，该胶膜亦呈松垮塌陷状态，以便一并被取出，展现成型坯件的坯孔锻塑轮廓。

7、一种金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于用于热锻过程中的耐热模心的制作方法，该方法包括：

利用中空罐状成型胶膜内填装耐热填充料，该耐热填充料系可依所欲热锻的金属管状坯件的锻压强度，而适时选用符合耐热需求的耐火粘土加水调混制成，在填装耐热填充料进入胶膜前，须先在胶膜内置入一支耐热钢柱，然后才在耐热钢柱表层至胶膜内壁膜面间填装上述耐热填充料，使至接近饱实状态后加以封口，然后高温烘烤或烧结该胶膜及其内载耐热填充料，使其表层的胶膜被熔融而包覆在定型的耐热填充料上，该耐热填充料亦被烘烤或烧结至硬化状态，形成具有较高硬度的耐热模心。

8、根据权利要求7所述的金属管中空塑性成型锻造法，其特征在于藉由耐热模心实施热锻加工后，该成型坯件的坯孔中的耐热模心，只需经由对被包裹的耐热钢柱稍微的震摇拉动，即可震碎这些干固硬化后具有脆性的耐热填充料，从中抽取出耐热钢柱，进而取出成型坯孔内的所有耐热填充料，展现成型坯孔的锻塑轮廓。

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