CN1178142A - 三维中空无毛边冷锻成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维中空无毛边冷锻成型方法,主要采用一对分型模,由PET或PVC胶质原料制成的胶壳状护模体及所需锻制型态的模胆,一优力胶条,液态冷冻介质,锻压桩头等,将护模体置于合模内,并将模胆悬挂于护模体内,模胆内载管状坯件,坯件内置优力胶条,于护模体与模胆的间隙灌载冷冻介质,经急速冷冻后藉锻压桩头对优力胶条施加正向锻压,而使坯件的内外壁面挤锻成无缝模穴的型体轮廓,之后借优力胶的弹性恢复力及对冰冻介质施予热温,即可轻易取出无接缝且无毛边的锻件成品。本发明克服目前难于对精致锻件表面进行研磨加工以去除毛边的技术障碍。

Description

三维中空无毛边冷锻成型方法

本发明涉及金属的冷锻成型方法，特别涉及对中空坯件进行三维艺术型体的冷锻成型方法。

所称的三维艺术型体的金属中空物件，系指物件本身呈中空状，其内外壳壁一同起伏具有三轴向任意弯曲角度变化的金属物件；其轮廓起伏范围包括各独立凹陷及凸出的单位壁面，以及具有环周连贯性的凹凸壁面；同时各独立单位或环周连贯的壁面槽穴间皆与物件内的中空腔槽相通连贯者为依据；通常可见于一般葡萄串、杨桃、香蕉或苦瓜等蔬果的艺术中空型体。

现以制作上述三维艺术型体的金属中空物件为例，逐一分析比较目前现有冷锻技术难于实施的问题点如下：

其一、采用金属分型模进行压锻的方式：因其分型模穴间具有分形接面，压锻时易使锻件表面形成毛边，造成事后尚须研磨抛光以去除毛边的制程困扰，此困扰若发生在物型表面的起伏轮廓过于复杂时，将难于采用研磨抛光的方式去除毛边；同时欲使锻件内壁形成中空的锻型轮廓，必须先于中空坯件内穿置既定三维型体的模心，因此当分型模进行压锻后，该三维型体的模心是必无法被取出，造成难于压锻制作的困扰。

其二、采用抽拉挤锻方式：仅能针对既定且连贯的内外坯壁形状进行抽锻，因此所锻制成型的中空物件的内外壁面轮廓，实无法针对需求独立单位饰壁的凹凸型体进行抽锻加工。

其三、采用旋锻方式：大多针对具有环周连贯性的坯壁进行旋锻加工，虽能渐进式地达到三维物型角度的锻制要求，却仍无法对独立单位的凹凸饰壁面进行旋锻加工。

运用上述已知的锻作技术，皆难于制成三维艺术型体的金属中空物件，况且在需求无接缝且无毛边的前题下，更显其锻造技术的艰难；况且已知锻模的挖制模穴的成本过高，且为能符合模体锻压时所需强度的要求，通常皆以中碳钢以上或锰钢或钨钢等材料制成金属模体，且仅能适用于单一物件型体的锻制，实难降低锻模成本。

再者，针对中空金属物件的锻作技术的型体变化范围若无法加以有效的扩张，甚而无法将一些需求锻制强度的工业组件产品予以艺术造型化；如此一来工业品艺术精致化的精品提高效率使遭受莫大阻力，产业升级的目标将难于达成。因此：

本发明的主要目的为：提供一种三维锻制金属中空物件使成无缝且无毛边的冷锻成型方法，促使需求挤锻强度且需求较大范围艺术型体变化的金属中空物件得以被产制问市，并藉此降低锻作成本。

为达此目的，本发明乃具有下列诸项技术特点：

1、以PET或PVC等胶质原料，易经真空射出成型技术制成所需型体的中空胶壳(如保特瓶等成型技术)，作为本发明所利用的中空护模体以及中空模胆；藉此降低成型无缝模穴形体的制模成本，同时亦达到置换模穴的变化可行性。

2、以高比重的水银或含有熟化淀粉的水溶液作为填载护模体内至无缝模胆外壁间的冷冻介质，并藉水银或淀粉水溶液处于常温液态时所具有的可灌注及泄除回收的特性，以及被冷冻后所具有的钢性强度，促使一当被冷冻后能够撑固模穴抵抗锻压，同时于解冻后亦利于释放模穴内的成型锻件，或置换不同模穴形体的模胆，以达置换回收的重复使用效益。

3、以液态水银或淀粉水溶液作为冷冻介质时，皆可视所需锻模的抗压强度而再行添加天然砂、铁砂或钢珠等原料加以混合，以增强冷冻介质的冰冻强度。

4、根据能量守衡定律的原理，以及优力胶的高可塑性，使能将优力胶条置入待锻坯件的孔槽内，作为利用桩头挤锻坯件由内往外撑胀变形的介质，藉此撑胀的锻塑手段促使坯件的内外壁面被成型为无缝模穴的三维型体。

5、藉优力胶的弹性恢复力，使能在泄除压锻作用桩头后轻易的自动复归原状，达到轻易取出成型锻件的中空腔槽内的优力胶，进而展现成型锻件的内壁轮廓。

本发明所提供的三维中空无毛边冷锻成型方法，是特别针对薄壁金属待锻坯件所设计，可供欲冷锻制作出一些具有三维艺术型体的中空锻制品时所采用，藉此除能增强锻件本身的强度外，尚能产生无接缝且无毛边的一体锻制成型效果。

为达上述的目的及诸项特点，本发明兹将配合附图说明，列举一较佳的制法实施形态，而详细说明如下：

图1：系揭示本发明制造过程中所运用的各部组件及原料统合环境的立体程序图；

图2：系揭示发明制造过程中对护模体及其内载的模胆与水银施行急速冷冻的剖示图；

图3：系揭示本发明制造过程中在冰冻的无缝模穴内摆置待锻坯件及其优力胶条的剖示状态图；

图4：系揭示本发明制造过程于图3状态下藉锻压桩头对坯件进行挤锻撑胀的剖示状态图；

图5：系揭示本发明制造过程于挤锻完成后泄除分型模与退除锻压桩头的剖示状态图；

图6：系揭示本发明成型锻件自护模体内取出模胆及去除模胆胶壳的程序图；

图7：系揭示本发明成型锻件的立体图。

如图1所示，本发明制造过程中所运用的组件及原料系包括一对分型模1及10，一利用PET或PVC胶质原料所制成的胶壳形态的护模体2以及模胆3，一金属坯件4，一优力胶条5，并举例取用水银6作为冷冻介质，以及能产生正向锻压作用力的锻压桩头7等所构成。其中：

该施行对半张合运作的分型模1及10系采用传统钢模材质制成，且其间对半挖设有足以容纳护模体2的单位容积的分型模穴11及101，且该分型模穴11及101的顶侧为开放端，以利于分模时将护模体2置入分型模穴11及101的合模位置；同时该分型模1及10周边设有供架模或导程进给用途的螺孔12及102，藉使于进给夹模时可护持护模体2的周侧及底部，于开模时则可释放该护模体2。

该利用PET或PVC真空射出成型胶壳形态所制成的护模体2，为呈现一矩型容积的中空模罩形态，其顶端具有一中心置胆孔21，两侧并设有供灌载水银6(冷冻介质)的注孔22及另一泄孔23，此泄孔23除可供给泄除水银6时使用外，亦能于灌注水银6时供作泄除模罩内气体的排压口使用。

该同为利用PET或PVC真空射出成型胶壳形态所制成的无缝模胆3，系可依所需锻件的三维型体而真空射出制成，在本实施例中系以葡萄造型定意出三维模胆3的艺术型体，其必须于顶部成型一挡部31，挡部31至胆体30间具有颈部32(配合图2可见悉该颈部32)，依此基础型体真空射出成型所需的葡萄胆体30型态，其挡部31中心具穿孔311，延伸至胆体30内部与无缝膜穴33(如图2)相通，该无缝模穴33的穴壁型体系与胆体30外壁面的型体同一作凹凸起伏的三维变化。

该金属坯件4，通常系以管壁厚度在1mm以下的薄壁坯件4作为锻料，且坯件的型体依需求可选用杯形或管形型体，此坯件4中央具坯孔41。

该优力胶条5，系依坯件4的坯孔41形态而制成同型体，但优力胶条5的长度须较坯孔41行距长，使于塞入坯孔41内之后能延伸至模胆3的颈部32内。

该锻压桩头7，其桩头型体以正可载入坯件4的孔槽41内呈松动穿套形态为依据；亦可视所需而于桩头环壁间套设刮胶环，以防压锻时优力胶不易经孔槽41与桩头周壁间的缝隙泄出。

通过上述组件及原料的组配形态，使于实施锻作时：如图1并配合图2所示，先将模胆3的胆体30经护模体2的置胆孔21而置入护模胆体内，并藉模胆3的挡部31面积大于置胆孔21孔径的预设条件，使能让模胆3呈现悬挂的架置形态；再将以液态水银6为例的冷冻介质自注孔22灌入护模体2内，使能填满模胆3的胆体30外侧周壁的所有三维槽隙，并延伸满载至颈32顶缘；随后对该护模体2(内载有模胆3及水银6)施予急速冷冻制程，因水银6的凝结温度为-38.5℃，因此在此将急速冷冻温度定为-40℃，促使护模体2内载水银6被凝结成冰冻状，此时胆体30的外壁间各独立及连贯单位的三维模面缝隙间，皆已为固态水银60所填满并撑固，因固态水银的强度或其它实施的淀粉冰冻液的固化强度皆足以抵抗锻塑1mm以内坯壁厚度的锻压(当然亦可于水银或其它冰冻介质尚未凝结前加入可以相容混合的砂或钢珠等支撑物作为提增抗压强度的介质，因已属本发明人的另项发明范畴，在此不加赘述)，且以PET或PVC制成的护模体2及模胆3的胶壳处于此低温且包载水银的环境中仍具安定性，因此为属合乎产业实施的阶段技术；随后将此冰冻的护模体2(内具已冰冻的模胆3及水银60)置于分型模1及10的合模位置(如图3所示)，并于无缝模穴33内穿载置入待锻坯件4，坯件4的坯孔41内已塞设有优力胶条5，使优力胶条5的头端妥置于模胆3的颈部32内；随后将锻压桩头7对准置胆孔21而对优力胶条5的头端施加正向锻压(如图4所示)，促使坯件4的周壁由内而外承受优力胶条5的均等挤胀作用力，进而将坯件4的内外壁面挤锻成无缝模穴33的型体轮廓；待施压挤锻完成后卸除锻压桩头7及分型模1及10(如图5所示)，此时先前受压挤胀的优力胶50便藉其弹性复归作用而自动缩回原状，并顺代将其自成型锻件40的中心腔槽内取出；而此时的冰冻护模体2的低温上限，不致因压锻作业而使其冷冻介质(如冰冻水银60)溶解至凝结温度(如水银的-38.5℃)以上的液态；随即对该护模体2施予适当热温(低于PET或PVC的熔温)，促使内载冰冻水银解冻成液态水银6，以利松持护模体2内所悬挂的模胆3，进而取出模胆3及其包容的中空成型锻件40(如图6所示)，随后利用刀具8将模胆3的胶壳割除，以利取出该中空成型锻件40，展现中空成型锻件40所具有无缝模穴33型体的无毛边且无接缝的精致三维锻型(配合图7所示)。

上述本发明所列举实施的锻制形态，其三维中空物型的锻作范围并非因所列举的葡萄串型而受限，且锻件壁面的厚薄度亦非受本实施形态而有所局限，又冷冻介质的取用亦包含淀粉水溶液；事实上，本发明的三维无毛边中空锻作技术范围，乃及于目前现有技术对特异中空型体的金属锻件无法施行锻制的技术领域，且能产生无接缝且无毛边的锻塑效果；实极具冷锻塑技术领域的高度性，且能够提高中空锻件表面的异型变化范围与精致度；因此，本发明理应获准发明专利，以维护发明人构思研创并已产制出实物的劳辛。

Claims (8)

1、一种三维中空无毛边冷锻成型方法，主要系采用一对钢制的分型模，一利用PET或PVC胶质原料所制成胶壳形态的护模体以及模胆，一金属坯件，一优力胶条，并取用液态水银或熟化淀粉水溶液作为冷冻介质，以及能产生正向锻压作用力的锻压桩头所组成；其特征系包括；

将所需三维中空物型的胶壳模胆悬挂于中空胶壳的护模体内，将液态冷冻介质灌入护模体内，使包藏模胆的外侧周壁；

对该内载有模胆及液态冷冻介质的模胆施予急速冷冻，其冷冻温度以低于该冷冻介质的凝结温度以下界定，促使护模体内载冷冻介质被凝结成冰冻状，形成模胆外壁间的钢性模壁；

随后将此冰冻的护模体摆置于分型模的合模位置，并于无缝模穴内穿置待锻坯件，坯件的坯孔内并塞设有优力胶条，促使优力胶的头端妥置于模胆的颈部内，随即藉锻压桩头对优力胶条的头端施加正向锻压，使坯件的周壁由内而外承受优力胶条的均等挤胀作用力，进而将坯件的内外壁面挤锻成无缝模穴的型体轮廓；

待施压挤锻完成后卸除锻压桩头及分型模，并取出自动弹性复归呈原状的优力胶条，随后对该护模体所包藏呈冰冻状态的冷冻介质施予适当热温，促使冷冻介质解冻恢复呈液态状，以利释放护模体内所悬挂的模胆；

随后利用刀具割除模胆胶壳，取出已挤锻成型的中空锻件成品。

2、如权利要求1所述的三维中空无毛边冷锻成型方法，其特征在于利用PET或PVC真空射出成型胶壳形态所制成的护模体，为呈现一矩型容积的中空模罩形态，其顶端具有一中心置胆孔，两侧并设有供灌载冷冻介质的注孔及另一泄孔。

3、如权利要求2所述的三维中空无毛边冷锻成型方法，其特征在于护模体的泄孔除可供给泄除水银时使用外，亦能于灌注冷冻介质时供作泄除模罩内气体的排压口使用。

4、如权利要求1所述的三维中空无毛边冷锻成型方法，其特征在于利用PET或PVC真空射出成型胶壳形态所制成的三维无缝物型模胆，其顶部成型有一挡部，挡部至胆体间具有颈部，挡部中心具穿孔，延伸至胆体内部与无缝膜穴相通。

5、如权利要求4所述的三维中空无毛边冷锻成型方法，其特征在于模胆的挡部外径面积系较无缝模的置胆孔孔径大。

6、如权利要求1所述的三维中空无毛边冷锻成型方法，其特征在于金属坯件系可选用杯形或管形型体。

7、如权利要求1所述的三维中空无毛边冷锻成型方法，其特征在于优力胶条系依坯件的坯孔形态而制成同等的外型轮廓，且优力胶条的长度须较坯孔行距长，使于塞入坯孔内之后能延伸穿探至模胆的颈部内。

8、如权利要求1所述的三维中空无毛边冷锻成型方法，其特征在于在对护模体施予适当热温溶化内载呈冰冻状的冷冻介质时，系以低于PET或PVC胶壳的熔温为限。

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