CN117983686A - 等通道转角挤型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等通道转角挤型装置及方法，该等通道转角挤型装置包括模具本体；第一至第五挤型通道，设置于该模具本体内；以及第一至第五冲头，用以分别插入该第一至第五挤型通道进行挤压动作，其中该第一挤型通道、该第三挤型通道及该第五挤型通道分别与该第二挤型通道及该第四挤型通道彼此不平行。该等通道转角挤型方法包括：提供该等通道转角挤型装置，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压，以及将一金属胚料连续翻转挤压N次，且N为4的倍数，其中该金属胚料的两侧面分别被挤压N/2次。借此，可实现对单一金属胚料连续翻转180度挤压四次以上，及具有出料低摩擦逃隙设计。

Description

等通道转角挤型装置及方法

技术领域

本发明是有关于一种等通道转角挤型及方法，且特别是有关于一种利用等通道转角挤型装置的等通道转角挤型方法。

背景技术

等通道转角挤型(Equal Channel Angular Extrusion, ECAE)工艺是将金属胚料8放入等通道转角挤型装置9的模具90内，而模具90内的挤型通道901、通道902之间的转角处具有弯曲角度，冲头91以固定速度将金属胚料8挤压进入挤型通道901、902，金属胚料8在转角处会产生均匀剧烈剪切变形，如图1所示。由于挤压前后的胚料断面面积保持不变，故可以重复挤压使变形量累积。利用『外力施加』于胚料产生足够差排移动(即应变与内应力)，通过连续或不连续再结晶的反应来控制晶粒成核及晶界的移动，达到晶粒细化。等通道转角挤型工艺是一种可将金属材料晶粒尺寸细化至小于10 μm的有效工艺，一般需经过四次以上反复挤压，每次挤压后须将胚料取出并反转180度再次挤压让胚料两侧面的组织均匀化。然而，挤型后胚料因难以取出，故需借由外部机构将其推出，推出后胚料容易有毛边与前后两端不平整现象，需通过机械加工将其整平至模具通道可置入尺寸，如此将造成材料浪费，使得难以商业化生产应用。

专利文献(申请号：CN104889189A)揭示一种等通道转角挤压模具及方法，该等通道转角挤压模具分为模腔导入段、模腔弯折一段、模腔弯折二段、模腔汇出段；采用此方法制备的胚料可进行多道次挤压变形，达到胚料晶粒细化。然而，上述专利文献的等通道转角挤压模具的设计无法对单一坯料连续挤压四次以上；再者，该等通道转角挤压模具对单一坯料经过三个弯折处同时挤压，此时挤压时摩擦阻力非常大。

因此，便有需要提供一种等通道转角挤型装置及方法能够解决前述的问题。

发明内容

本发明的一目的是提供一种等通道转角挤型装置，可对单一金属胚料连续翻转180度挤压四次以上。

本发明的另一目的是提供一种等通道转角挤型装置，具有出料低摩擦逃隙设计。

依据上述的目的，本发明提供一种等通道转角挤型装置，包括：一模具本体；第一至第五挤型通道，设置于该模具本体内；以及第一至第五冲头，用以分别插入该第一至第五挤型通道进行挤压动作，其中该第一挤型通道，该第三挤型通道及该第五挤型通道分别与该第二挤型通道及该第四挤型通道彼此不平行。

本发明更提供一种等通道转角挤型方法，包括：提供所述的等通道转角挤型装置，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压；以及将该金属胚料连续翻转挤压N次，且N为4的倍数，其中该金属胚料的两侧面分别被挤压N/2次。

本发明的优点为：第一、本发明的等通道转角挤型装置用以将金属胚料连续翻转挤压，具有突破性模具与机构设计，可对单一金属胚料连续挤压两个不同面至少一次，本实施例可挤压两个不同面二次以上，因此减少胚料须取出后再挤压的次数(一般需反复各挤压二次以上达到晶粒细化目的，避免材料机械性质不均现象发生)。第二、同一金属胚料不须多次取出后再挤压，节省该金属胚料修边再置入模具通道的材料浪费。第三、本发明的等通道转角挤型装置具有出料低摩擦逃隙设计，直接以挤压杆的冲头短行程顶出取料，不须额外装置。第四、本发明的等通道转角挤型装置全线可自动化生产，无须大量人力与物力。第五、本发明的等通道转角挤型装置为模组化结构，快速置换不同产线，缩短停机时间与成本。

本发明更提供一种等通道转角挤型装置，包括：一模具本体；第一至第四挤型通道，设置于该模具本体内，其中该第一挤型通道以90度的角度连通于该第二挤型通道，该第二挤型通道以90度的角度连通于该第三挤型通道，且该第三挤型通道以180度的角度连通于该第四挤型通道；以及第一至第四冲头，用以分别插入该第一至第四挤型通道进行挤压动作，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压；其中该第四挤型通道包括第一及第二通道，其由内而外依序排列而连通，该第一及第二通道分别具有第一及第二内径，该第一内径大体上等于该金属胚料的厚度，该第二内径大于该金属胚料的厚度，且该第一通道的长度与该金属胚料的厚度的比值介于0.3~0.7。

本发明更提供一种等通道转角挤型方法，包括：提供所述的等通道转角挤型装置，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压；以及将该金属胚料连续翻转挤压两次，其中该金属胚料的两侧面分别被挤压一次。

本发明的优点为：第一、本发明的等通道转角挤型装置具有出料低摩擦逃隙设计，直接以挤压杆的冲头短行程顶出取料，不须额外装置。第二、本发明的等通道转角挤型装置全线可自动化生产，无须大量人力与物力。第三、本发明的等通道转角挤型装置为模组化结构，快速置换不同产线，缩短停机时间与成本。

附图说明

图1为先前技术的等通道转角挤型工艺的剖面示意图。

图2为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图及金属胚料立体示意图，其显示将金属胚料置入等通道转角挤型装置的第一挤型通道。

图3a为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图及金属胚料立体示意图，其显示将金属胚料经由第一挤型通道以90度的角度挤压至第二挤型通道。

图3b为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料挤压至第二挤型通道。

图4a为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图及金属胚料立体示意图，其显示将金属胚料经由第二挤型通道以90度的角度挤压至第三挤型通道。

图4b为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料挤压至第三挤型通道。

图5a为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图及金属胚料立体示意图，其显示将金属胚料经由第三挤型通道以90度的角度挤压至第四挤型通道。

图5b为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料挤压至第四挤型通道。

图6a为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图及金属胚料立体示意图，其显示将金属胚料经由第四挤型通道以90度的角度挤压至第五挤型通道。

图6b为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料挤压至第五挤型通道。

图7为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料顶出。

图8为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料取出。

图9为本发明的第二实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料置入等通道转角挤型装置的第一挤型通道。

图10为本发明的第二实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图及金属胚料立体示意图，其显示将金属胚料经由第一挤型通道以90度的角度挤压至第二挤型通道。

图11为本发明的第二实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料经由第二挤型通道以90度的角度挤压至第三挤型通道。

图12为本发明的第二实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图，其显示将金属胚料顶出。

图中：

1 等通道转角挤型装置 10 模具本体

101 第一挤型通道 102 第二挤型通道

103 第一挤型通道 104 第二挤型通道

105 第五挤型通道 1051 第一通道

1052 第二通道 11 第一冲头

12 第二冲头 13 第三冲头

14 第四冲头 15 第五冲头

2 等通道转角挤型装置 20 模具本体

201 第一挤型通道 202 第二挤型通道

203 第一挤型通道

2031 第一通道 2032 第二通道

204 第二挤型通道 21 第一冲头

22 第二冲头 23 第三冲头

24 第四冲头 8 金属胚料

9 等通道转角挤型装置 90 模具

901 挤型通道 902 挤型通道

91 冲头 A 侧面

B 侧面 D 长度

G 间隙 P 位置

R 转角处 T 厚度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

配合图式将本发明实施例详细说明如下，其所附图式主要为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此在该等图式中仅标示与本发明有关的元件，且所显示的元件并非以实施时的数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时的规格尺寸实为一种选择性的设计，且其元件布局形态有可能更为复杂。

图2至图8为本发明的第一实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图及金属胚料立体示意图。该等通道转角挤型方法包括下列步骤：

请参考图2，提供本发明的等通道转角挤型装置1，并将一金属胚料8置入该等通道转角挤型装置1的第一挤型通道101，其中该等通道转角挤型装置1包括：一模具本体10、第一至第五挤型通道101、102、103、104、105及第一至第五冲头11、12、13、14、15。该第一至第五挤型通道101、102、103、104、105设置于该模具本体10内。该第一至第五冲头11、12、13、14、15用以分别插入该第一至第五挤型通道101、102、103、104、105进行挤压动作，其中该第一挤型通道201、该第三挤型通道203及该第五挤型通道205分别与该第二挤型通道202及该第四挤型通道204彼此不平行。该等通道转角挤型装置1更包括：液压动力单元(图未示)及多个挤压杆(图未示)，用以分别驱动该第一至第五冲头11、12、13、14、15。该金属胚料8可以是作为金属靶材的胚料，举例，使用具有长度380mm*宽度350mm*厚度20mm的铝靶胚作为本实施例的金属胚料8。在其他实施例中，该金属胚料8可以是其他种类的金属或合金，例如：铜或铜合金。该金属胚料8的纯度可以是4N，5N甚至6N。

请参考图3a及图3b，借由该第一冲头11，将该金属胚料8经由该第一挤型通道101以90度的角度挤压至该第二挤型通道102，其中该第一挤型通道101是以90度的角度连通于该第二挤型通道102。请再参考图3a，借由该第一冲头11，将该金属胚料8的侧面A挤压一次，该金属胚料8在转角处R会产生均匀剧烈剪切变形，通过再结晶的反应来控制晶粒成核及晶界的移动，达到晶粒细化。

请参考图4a及图4b，借由该第二冲头12，将该金属胚料8经由该第二挤型通道102以90度的角度挤压至该第三挤型通道103，其中该第二挤型通道102是以90度的角度连通于该第三挤型通道103。请再参考图4a，借由该第二冲头12，将该金属胚料8的侧面B挤压一次，该金属胚料8在转角处R会产生均匀剧烈剪切变形，通过再结晶的反应来控制晶粒成核及晶界的移动，达到晶粒细化。举例，该第二挤型通道102、该第三挤型通道103、该第四挤型通道104、及该第五挤型通道105共同连通于同一位置P。

请参考图5a及图5b，借由该第三冲头13，将该金属胚料8经由该第三挤型通道103以90度的角度挤压至该第四挤型通道104，其中该第三挤型通道103是以90度的角度连通于该第四挤型通道104。请再参考图5a，借由该第三冲头13，将该金属胚料8的侧面A挤压一次，该金属胚料8在转角处R会产生均匀剧烈剪切变形，通过连续再结晶的反应来控制晶粒成核及晶界的移动，达到晶粒细化。

请参考图6a及图6b，借由该第四冲头14，将该金属胚料8经由该第四挤型通道104以90度的角度挤压至该第五挤型通道105，其中该第四挤型通道104是以90度的角度连通于该第五挤型通道105。请再参考图6a，借由该第四冲头14，将该金属胚料8的侧面B挤压一次，该金属胚料8在转角处R会产生均匀剧烈剪切变形，通过再结晶的反应来控制晶粒成核及晶界的移动，达到晶粒细化。请再参考图6b，该第五挤型通道105具有低摩擦逃隙设计，其中该第五挤型通道105包括第一及第二通道1051、1052，其由内而外依序排列而连通，该第一通道1051的内径大体上等于该金属胚料8的厚度T，且该第二通道1051的内径大于该金属胚料8的厚度T。该第一通道1051的长度D与该金属胚料的厚度T的比值可介于0.3~0.7，如此可使该金属胚料8以低摩擦阻力被挤压至该第五挤型通道105。较佳地，该第一通道1051的长度D与该金属胚料8的厚度T的比值介于0.4~0.6。举例，若该第一通道1051的长度D为10mm，且该金属胚料8的厚度T为20mm，则该第一通道1051的长度D与该金属胚料8的厚度T的比值为0.5。该第二通道1052的内径大于该金属胚料8的厚度T，即该第二通道1052与该金属胚料8的间隙G可介于0.05~0.1mm，以方便将将该金属胚料8取出。

借由图3a、图4a、图5a及图6a各一次的挤压步骤，将该金属胚料8连续翻转挤压四次，其中该金属胚料8的两侧面A、B分别被挤压二次。或者，先借由图3a及图4a各一次的顺向挤压步骤，然后借由图4a及图3a各一次的反方向挤压步骤(例如图4a的第三冲头13及图3a的第四冲头14挤压该金属胚料8，其中该第四冲头14的长度需改为足够长以挤压该金属胚料8)，然后又借由图3a及图4a各一次的顺向挤压步骤，最后借由图5a及图6a各一次的挤压步骤，将该金属胚料8连续翻转挤压八次，其中该金属胚料8的两侧面A、B分别被挤压四次。据此，本发明的等通道转角挤型装置1可将该金属胚料8连续翻转挤压N次，且N为4的倍数，其中该金属胚料8的两侧面A、B分别被挤压N/2次。

请参考图7，将该金属胚料8顶出。举例，该金属胚料8的长度大于该第五挤型通道105的长度，该第三挤型通道103以180度的角度连通于该第五挤型通道105，且该第三冲头13的长度大于该第三挤型通道103的长度，借此该第三冲头13以短行程方式顶出该金属胚料8。

请参考图8，将该金属胚料8取出，例如利用机械手臂(图未示)将将该金属胚料8取出。

本发明的优点为：第一、本发明的等通道转角挤型装置用以将金属胚料连续翻转挤压，具有突破性模具与机构设计，可对单一金属胚料连续挤压两个不同面至少一次，本实施例可挤压两个不同面二次以上，因此减少胚料须取出后再挤压的次数(一般需反复各挤压二次以上达到晶粒细化目的，避免材料机械性质不均现象发生)。第二、同一金属胚料不须多次取出后再挤压，节省该金属胚料修边再置入模具通道的材料浪费。第三、本发明的等通道转角挤型装置具有出料低摩擦逃隙设计，直接以挤压杆的冲头短行程顶出取料，不须额外装置。第四、本发明的等通道转角挤型装置全线可自动化生产，无须大量人力与物力。第五、本发明的等通道转角挤型装置为模组化结构，快速置换不同产线，缩短停机时间与成本。

图9至图12为本发明的第二实施例的等通道转角挤型方法的剖面示意图。该等通道转角挤型方法包括下列步骤：

请参考图9，提供本发明的等通道转角挤型装置2，并将一金属胚料8置入该等通道转角挤型装置2的第一挤型通道201，其中该等通道转角挤型装置2包括：一模具本体20、第一至第四挤型通道201、202、203、204及第一至第四冲头21、22、23、24。该第一至第四挤型通道201、202、203、204设置于该模具本体20内。该第一至第四冲头21、22、23、24用以分别插入该第一至第四挤型通道201、202、203、204进行挤压动作。该金属胚料8可以是作为金属靶材的胚料，举例，使用具有长度380mm*宽度350mm*厚度20mm的铝靶胚作为本实施例的金属胚料8。在其他实施例中，该金属胚料8可以是其他种类的金属或合金，例如：铜或铜合金。该金属胚料8的纯度可以是4N，5N甚至6N。

请参考图10，借由该第一冲头21，将该金属胚料8经由该第一挤型通道201以90度的角度挤压至该第二挤型通道202，其中该第一挤型通道201是以90度的角度连通于该第二挤型通道202。

请参考图11，借由该第二冲头22，将该金属胚料8经由该第二挤型通道202以90度的角度挤压至该第三挤型通道203，其中该第二挤型通道202是以90度的角度连通于该第三挤型通道203，且该第三挤型通道203以180度的角度连通于该第四挤型通道204。该第三挤型通道203具有低摩擦逃隙设计，其中该第第三挤型通道203包括第一及第二通道2031、2032，其由内而外依序排列而连通，该第一通道2031的内径大体上等于该金属胚料8的厚度T，且该第二通道2032的内径大于该金属胚料8的厚度T。该第一通道2031的长度D与该金属胚料8的厚度T的比值可介于0.3~0.7，如此可使该金属胚料8以低摩擦阻力被挤压至该第三挤型通道203。较佳地，该第一通道2031的长度D与该金属胚料8的厚度T的比值介于0.4~0.6。举例，若该第一通道2031的长度D为10mm，且该金属胚料8的厚度T为20mm，则该第一通道2031的长度D与该金属胚料8的厚度T的比值为0.5。该第二通道2032的内径大于该金属胚料8的厚度T，即该第二通道2032与该金属胚料8的间隙G可介于0.05~0.1mm，以方便将将该金属胚料8取出。

借由图10及图11各一次的挤压步骤，将该金属胚料8连续翻转挤压二次，其中该金属胚料8的两侧面分别被挤压一次。

请参考图12，将该金属胚料8顶出。举例，该金属胚料8的长度大于该第三挤型通道203的长度，该第四挤型通道204以180度的角度连通于该第三挤型通道203，且该第四冲头24的长度大于该第四挤型通道204的长度，借此该第四冲头24以短行程方式顶出该金属胚料8。最后，将该金属胚料8取出，例如利用机械手臂(图未示)将将该金属胚料8取出。

本发明的优点为：第一、本发明的等通道转角挤型装置具有出料低摩擦逃隙设计，直接以挤压杆的冲头短行程顶出取料，不须额外装置。第二、本发明的等通道转角挤型装置全线可自动化生产，无须大量人力与物力。第三、本发明的等通道转角挤型装置为模组化结构，快速置换不同产线，缩短停机时间与成本。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种等通道转角挤型装置，其特征在于，包括：

一模具本体；

第一至第五挤型通道，设置于该模具本体内；以及

第一至第五冲头，用以分别插入该第一至第五挤型通道进行挤压动作，其中该第一挤型通道、该第三挤型通道及该第五挤型通道分别与该第二挤型通道及该第四挤型通道彼此不平行。

2.如权利要求1所述的等通道转角挤型装置，其特征在于，该第一挤型通道以90度的角度连通于该第二挤型通道，该第二挤型通道以90度的角度连通于该第三挤型通道，该第三挤型通道以90度的角度连通于该第四挤型通道，且该第四挤型通道以90度的角度连通于该第五挤型通道。

3.如权利要求2所述的等通道转角挤型装置，其特征在于，该第二挤型通道、该第三挤型通道、该第四挤型通道、及该第五挤型通道共同连通于同一位置。

4.如权利要求2所述的等通道转角挤型装置，其特征在于，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压，该金属胚料的长度大于该第五挤型通道的长度，该第三挤型通道以180度的角度连通于该第五挤型通道，且该第三冲头的长度大于该第三挤型通道的长度，借此该第三冲头以短行程方式顶出该金属胚料。

5.如权利要求2所述的等通道转角挤型装置，其特征在于，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压，该第五挤型通道包括第一及第二通道，其由内而外依序排列而连通，该第一通道的内径大体上等于该金属胚料的厚度，且该第二通道的内径大于该金属胚料的厚度。

6.如权利要求5所述的等通道转角挤型装置，其特征在于，该第一通道的长度与该金属胚料的厚度的比值介于0.3~0.7。

7.一种等通道转角挤型方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1至6中任一项所述的等通道转角挤型装置，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压；以及

将该金属胚料连续翻转挤压N次，且N为4的倍数，其中该金属胚料的两侧面分别被挤压N/2次。

8.如权利要求7所述的等通道转角挤型方法，其特征在于，将该金属胚料经由该第一挤型通道以90度的角度挤压至该第二挤型通道，将该金属胚料经由该第二挤型通道以90度的角度挤压至该第三挤型通道，将该金属胚料经由该第三挤型通道以90度的角度挤压至该第四挤型通道，且将该金属胚料经由该第四挤型通道以90度的角度挤压至该第五挤型通道。

9.一种等通道转角挤型装置，其特征在于，包括：

一模具本体；

第一至第四挤型通道，设置于该模具本体内，其中该第一挤型通道以90度的角度连通于该第二挤型通道，该第二挤型通道以90度的角度连通于该第三挤型通道，且该第三挤型通道以180度的角度连通于该第四挤型通道；以及

第一至第四冲头，用以分别插入该第一至第四挤型通道进行挤压动作，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压；

其中该第四挤型通道包括第一及第二通道，其由内而外依序排列而连通，该第一及第二通道分别具有第一及第二内径，该第一内径大体上等于该金属胚料的厚度，该第二内径大于该金属胚料的厚度，且该第一通道的长度与该金属胚料的厚度的比值介于0.3~0.7。

10.一种等通道转角挤型方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求9所述的等通道转角挤型装置，该等通道转角挤型装置用以将一金属胚料连续翻转挤压；以及

将该金属胚料连续翻转挤压两次，其中该金属胚料的两侧面分别被挤压一次。