CN1322595A - 改进的三维中空无毛边冷锻成型法 - Google Patents
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Abstract
一种改进的三维中空无毛边冷锻成型法,是以低熔点合金取代水银作为塑性填料,当低熔点合金经加温呈熔融状时,所具有的可灌注及泄除回收的特性,以及低熔点合金受凝结固化后,具有的良好刚性强度,促使呈固结状的低熔点合金能够撑固模穴抵抗锻压,形成无缝模穴的刚性模壁,亦能于加温熔融后利于释放模穴内的成型锻件,进而可组换不同模穴形体的模胆,达到可组换回收的重复使用效益,藉此降低锻制作业的成本,以符合环保用材的需求。
Description
本发明涉及三维中空无毛边冷锻成型法，尤指一种对中国申请号99119996.2，名称「三维中空无毛边冷锻成型法」作进一步改进的三维中空无毛边冷锻成型法。
所称三维艺术体的金属中空物件，是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，目前已采用抽拉旋锻或金属分型模进行压锻等方式制作，然而，这些习知方式均无法针对需求独立单位饰壁的凹凸型体进行加工，且在需求无接缝且无毛边的前提下，更显其锻造技术的艰难，针对此一问题，本发明人已于中国发明专利申请号99119996.2，名称「三维中空无毛边冷锻成型法」中，公开了采用水银作为填载护模体内至无缝模胆外壁间的冷冻介质，藉由冷冻介质于常温液态时具有可灌注泄除回收的特性，以及被冷冻介质于常温液态时具有可灌注泄除回收的特性，以及被冷冻后具有良好的刚性强度，促使冷冻介质被冷冻后能够撑固模穴抵抗锻压，另藉能量不灭原理，以及PU胶的高可塑性，使置入待锻坯件内的PU胶条，经桩头冲击撑胀变形而挤锻坯件，促使坯件的内外壁面被成型为无缝模穴的三维型体，进而解决三维艺术体的制作困扰。
惟，目前用于急速冷冻的设备成本，是远较加温设备为高昂，水银的凝结温度是-38.5℃，故该水银须采取急速冷冻至-40℃的凝结方式，以利于成型冷锻胚件，导致业者购置设备的成本增加，且冷冻水银时所耗用的能源亦较加温设备为巨，进而使产制成本偏高而形成负担，同时，水银是为高比重且价格高昂的金属材料，且水银在常温下是呈现液态流体状，造成运送水银时极易产生泼溅，导致操作人员管理上的不便，并较易造成人体及环保上的污染公害，俨然形成锻制三维中空物件过程中的莫大困扰。
所以，采用水银作为冷冻介质是会增加制作成本，并衍生诸多作业管理上相当的困扰，此困扰点即为本发明特已研创解决该问题的发明动机所在，故本发明人乃集多年专门从事金属加工的开创经验，发明出一种改进的三维中空无毛边冷锻成型法。
本发明的主要目的为提供一种改进的三维中空无毛边冷锻成型法，其是为三维锻制金属中空物件使成无缝且无毛边的技术，借此达组换回收的重复使用效益，有效降低购置与锻制成本，并能排除锻制作业过程中潜藏污染公害的危险，同步提增锻制作业的安全性。
为达此目的，本发明以低熔点合金取代原案的水银，作为填载护模体内至无缝模胆外壁间的塑性填料，当低熔点合金经加温呈熔融状时，具有的可灌注及泄除回收的特性，以及低熔点合金受凝结固化后，具有良好的刚性强度，形成无缝模穴的刚性模壁，促使呈固结状的低熔点合金能够撑固模穴抵抗锻压，亦能于加温熔融后利于释放模穴内的成型锻件，进而可组换不同模穴型体的模胆，以达组换回收的重复使用效益，藉以降低锻制作业成本，再者，当低熔点合金呈熔融状时，亦能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，提增塑性填料的固结刚性强度，以适用于锻制硬度较高的胚件。
由此可见，本发明是以低熔点合金取代水银作为塑性填料，省略母案所需昂贵的急速冷冻设备，且具有管理简易的效益，藉此有效降低购置与锻制成本，并能排除锻制作业过程中潜藏污染公害的危险，以同步提增锻制作业的安全性。
以下例举出本发明的较佳实施结构组态，并配合下列附图详细说明本发明的技术方案及有益功效。
附图简单说明：
图1是揭示本发明的立体分解图；
图2是揭示本发明的护模体内的低熔点合金凝结成固化状态的剖视图；
图3是揭示本发明在无缝模穴内摆置待锻坯件及PU胶条的状态剖视图；
图4是揭示本发明的锻压桩头对坯件进行挤锻撑胀的剖视状态图；
图5是揭示本发明泄除分型模与退除锻压桩头的剖视状态图；
图6是揭示本发明的割除成型锻件模胆胶壳的示意图；
图7是揭示本发明的成型锻件的立体图。
首先参见图1所示，本发明一种改进的三维中空无毛边冷锻成型法，是采用低熔点合金61取代水银作为塑性填料，搭配一对分型模1及10、一护模体2、一模胆3、一金属坯件4及一PU胶条5，以及能产生正向锻压作用力的锻压桩头7等所构成；其中，
该低熔点合金61是可选用下列表一所示的A、B、C、D及E等五种中任一种配比元素的混合熔液所制成：
表一
| 合金Alloys | 熔点温度Meltingtemperature | 混合物百分比(％) | |||||
| ℃ | °F | 铋(Bi) | 铅(Pb) | 锡(Sn) | 镉Cd) | 其他 | |
| A | 47 | 117 | 44.70 | 22.60 | 8.30 | 5.30 | 19.10铱(In) |
| B | 58 | 136 | 49.00 | 18.00 | 12.00 | --- | 21.00铱(In) |
| C | 70 | 158 | 50.00 | 26.70 | 13.30 | 10.00 | --- |
| D | 91.5 | 197 | 51.60 | 40.20 | 8.20 | --- | --- |
| E | 95 | 203 | 52.50 | 32.00 | 15.50 | --- | --- |
资料来源：ASM International,Metals of handbook,U.S.A.1990
从表一中可知，经由铋Bi、铅Pb、锡Sn、镉Cd及铱In等元素混制成的低熔点合金，其熔点温度可达到如A种所示的较低的47℃，或是E种所示的95℃，显示这些低熔点合金的熔温均可轻易加温熔融或回复常温固结。选用熔温低于模胆3的低熔点合金61作为塑性填料，以应用于本发明；
举如上述表一所揭熔温为47℃的A种低熔点合金，其置于常温环境时是呈具刚性的固结状，若施予加温至50℃时则呈可流动的熔融状，是选用该A种低熔点合金61作为塑性填料(配合图1所示)，以利说明本发明的较佳实施内容如后：
该分型模1及10是采用传统钢模材质制成(配合图1所示)，其间对半挖设有可容纳护模体2的分型模穴11及101，且分型模1及10的周边设有供架模或导程进给用的螺孔12及102，使分型模1及10夹模时可护持护模体2，另于开模时可释放护模体2；
该护模体2是利用PET或PVC等材料真空射出制成(配合图1所示)，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，双侧并设有供灌载熔融状的低熔点合金610的注孔22，以及可供给泄除溢满的熔融状低熔点合金610的泄孔23；
该模胆3同为利用PET或PVC等材料所制成(配合图1所示)，是依所需锻件的三维型体而真空射出成型为无缝胶壳形态，该模胆3的顶部延制一具中心穿孔311的挡部31(配合图2所示)，该穿孔311是延伸至胆体30内部与无缝膜穴33相通，并使挡部31与胆体30间形成一颈部32，该无缝模穴33的穴壁形体是与胆体30外壁面的形体同一，在此亦举本发明母案所举列的葡萄造型，用以定义本发明实施例的三维模胆3的艺术形体，使其成型为所需的葡萄胆体30形态(配合图1所示)，以详加阐述本发明；
该坯件4是以管罩形的金属薄壁管体作为锻料(配合图1所示)，且坯件4中央具有坯孔41，使坯件4是可依其需求选用杯形或管形；
该PU胶条5是依坯件4的坯孔41形态而制成者(配合图1所示)，且其长度须较坯孔41行距为长，使PU胶条5塞入坯孔41后能延伸至模胆3的颈部32位置内；
当实施锻制时，首先将模胆3的胆体30套设于护模体2的置胆孔21内(配合图1所示)，使模胆3藉其挡部31挂持于置胆孔21中，并使模胆3于分型模1及10内呈现悬挂的架置形态(配合图2所示)；续将作为塑性填料的低熔点合金61加温至50℃，使其呈熔融状的低熔点合金610，自注孔22灌入护模体2内，使其填满胆体30外侧周壁的所有三维槽隙，并延伸满载至模胆3的颈部32顶缘；随后将该护模体2于常温环境下，促使包藏有模胆3的熔融状低熔点合金610，逐渐凝结固化为确实的固结状低熔点合金61，此时胆体30的外壁间各三维模面缝隙间，皆已为固态低熔点合金61所填满撑固，形成无缝模穴33的刚性模壁；再者，亦可于呈熔融状的低熔点合金610未固结前，混入适当比例的铁砂或钢珠等支撑物，作为提增其抗压强度的介质，以锻塑材料强度较高的坯件，惟此已属本发明人另项发明范畴，在此不加赘述。
该坯件4的坯孔41内塞设有PU胶条5，使PU胶条5的头端妥置于模胆3的颈部32内，并使内含模胆3及固结状低熔点合金61的护模体2，置于已合模的分型模1及10的模穴11及101内(配合图3所示)，且将塞设有PU胶条5的待锻坯件4，载置于模胆3的无缝模穴33内，以锻压桩头7对准置胆孔21，对PU胶条5的头端施以正向锻压，促使坯件4的周壁由内而外承受PU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(如图4所示)，一体成型为无毛边且无接缝的精致三维中空锻件40。
待施压挤锻完成后卸除锻压桩头7及分型模1及10(配合图5所示)，此时，先前受压挤胀的PU胶条5，藉其挠性复归作用而自动缩回原状，使PU胶条5能轻易自成型锻件40的中心腔槽内取出，随后对该护模体2施予适当加温至50℃，促使熔温低于护模体2与模胆3的固结状低熔点合金61，形成可流动的熔融状低熔点合金610，以利松持护模体2内所悬挂的模胆3，而迅速取出模胆3及其包容的中空成型锻件40(配合图6所示)，经由刀具8将模胆3的胶壳割除，即可轻易的取出该中空成型锻件40，展现中空成型锻件40所具有的无缝模穴33形体，形成一无毛边接缝的精致三维锻型(配合图7所示)。
尤须重复提及的是，本发明是以低熔点合金61取代水银作为塑性填料，其价格较水银为低廉，且仅需略为加温即可呈熔融状的低熔点合金610，将其灌入护模体2内后，置于常温环境下逐步凝结固化，成为具刚性的固结状低熔点合金61(配合图2所示)，以形成无缝模穴33的刚性模壁，如此即可省略母案所需昂贵的急速冷冻设备，降低购置生产成本，同时，低熔点合金61于常温下是呈固态，而具有管理简易的优点，无环保污染的疑虑，且低熔点合金61不会侵蚀人体皮肤，排除锻制作业过程中潜藏污染公害的危险，藉此有效降低锻制成本，并提增锻制作业的安全性。
综上所述，本发明一种改进的三维中空无毛边冷锻成型法，其所能锻制的三维中空物型，并未因本发明所列举实施的葡萄串型而受限，且塑性填料是采用低熔点合金以取代水银，所具有的可灌注及泄除回收的特性，以及凝结固化后的良好刚性强度，促使呈固结状的低熔点合金能够撑固模穴抵抗锻压，亦能于加温熔融后利于释放模穴内的成型锻件，进而可组换不同模穴形体的模胆，以达组换回收的重复使用效益，藉此降低锻制成本。
Claims (2)
1、一种改进的三维中空无毛边冷锻成型法，是以一对分型模内套设有一护模体，且该护模体的置胆孔内载设有模胆，该模胆内具有无缝模穴，用以套设载有PU胶条的坯件，并搭配一锻压桩头下压作用该PU胶条，使坯件可在装置内被锻型成成型锻件，其特征是：该护模体与模胆间容载有低熔点合金作为塑性填料，使加温呈熔融状的低熔点合金能充满于护模体内以包藏模胆，经熔融状低熔点合金于常温环境下凝结为具有刚性的固结状，使胆体的外壁间各三维模面缝隙间，皆已为固态低熔点合金所填满撑固，形成无缝模穴的刚性模壁。
2、根据权利要求1所述的改进的三维中空无毛边冷锻成型法，其特征是：该低熔点合金是以铋Bi、铅Pb、锡Sn、镉Cd及或铱In元素混制而成。
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| CN113319202A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-08-31 | 宁波市沃瑞斯机械科技有限公司 | 一种异形件相变复合成型加热装置 |
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