CN208555837U - 多层螺帽模具与多层螺丝模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种多层螺丝模具与多层螺帽模具，其包含：第一层，具有抗磨特性；以及，第二层，邻接该第一层，该第一层的硬度较该第二层大，其中该第一层被包覆于该第二层中。

Description

多层螺帽模具与多层螺丝模具

技术领域

本实用新型为螺丝与螺帽的模具，特别是指一种使用硬质合金，具有两层或以上异质材料组成的分层结构的模具，使其在得以兼顾强度与韧性，同时满足加工过程中耐磨损与耐冲击的需求。

背景技术

螺丝与螺帽为常见的固定工件，一般多以金属或塑料作为材料，螺丝成圆柱形，尖端呈尖刺状，侧表面攻有环绕螺丝的螺牙，以使螺丝发挥接合两物体，或固定物体位置的功能；螺帽则又称螺母，经常与大小相合的螺丝共同作用，其内侧同样攻有与螺丝尺寸配合的螺纹，而中心开孔，用于进一步固定螺丝的位置。一般螺丝以种类划分可分为普通螺丝、自攻螺丝和膨胀螺丝，普通螺丝除本身的螺牙外，所作用的物体位置也有相对应知螺纹；自攻螺丝相对于普通螺丝则可在较软的物体上于旋紧的过程中切削出螺纹；膨胀螺丝使用上搭配金属或塑料套筒，旋紧时螺丝将套筒撑开，如用在水泥墙上时，被撑开的套筒与水泥墙产生摩擦力，再靠套筒固定螺丝，但其应用时则无法承受太大荷重。

螺丝与螺帽属工业必须的基本固定工件，广泛用于机械、汽车、航天、造船等产业，依照用途可分为上、中、下三个层次，最高层次为航天、生医、汽车、计算机，此层次的螺丝螺帽类产品外型细致、可承受高应力、高转速，质量最高且产品单价高；中层次以自功螺丝为代表，产品种类多并适合大量生产；低层次则为普通家庭或机械工艺用，材料以低碳钢为主。

螺丝螺帽类产品于工业上为利于制造，通常是以模具加工金属的方式为将加热后的金属原料置于一定形状的模穴内，受冲击应力或压力而锻造塑形至所欲形状的加工方法，优点是锻件形状与尺寸精度良好，复制性佳，适合生产大批量的中小型的零附件，例如用于机密仪器的零附件，即对其公差精度有着严格的要求。其中，模具的型式如图1所示，常见有平模(flat dies)10A、V型模(V-dies)10B、曲型模(swage dies)10C等等，将加工材料置于上下一组模具间进行锻打后依需要经过升降温步骤后烧结成型，之后在以机械切削的方式自螺丝表面尾端向上延伸攻出所需螺牙的形状。

以往，所用锻造的模具使用结合陶瓷的高硬度与金属韧性的硬质合金为制作材料。其高硬度耐冲击的特性被用来取代钻石材料与较软的高速钢。其用作模具时机械性质直接从接触面的损耗决定了硬质合金的寿命，且因为硬质合金硬度太高不适合作修复精整，因此制作出来的成品精度会下降，当模具磨耗太过严重时就必须要报废，然则其实际发生损伤的仅是模具加工面的表面层，将整个模具报废即造成资源上的浪费。但若直接提升材料硬度与抗磨耗能力，则会牺牲冲击强度和破裂韧性，材料可能直接在加工时裂开，甚至造成生命财产危害。

因此在先前习知技术中，采用了表面改质的作法尽可能提升表面硬度，在模具的加工零附件的加工部位以氧化物陶瓷镀膜或是氮碳化钛表面硬焊，常见的黄色硬质合金模具就是经过表面处理的硬质合金模具此外，也有使用表面扩散技术进行块材表面改质。但是这些制程都需要额外的设备方能达到，徒增硬质合金的加工成本，此外硬化层也仅有表面的薄薄一层，与硬质合金表面也拥有接口的问题，可能会在加工零件时剥落，使其对模具的改善效果有限。

因此为了改善先前习知技术的缺失，遂有业者试图加以改良，而因为模具损坏处多在零附件的加工部位，引此开发出一种以高速钢与碳化钨两者材料制成的模具，其以成本较经济的高速钢作为模具的基座，而加工部位则以强度较高的碳化钨制成塑型模块，最后以铜粉通过气焊方式将基座与塑型模块加以固定组装，以期达到成本与强度兼顾的目的。然而该种组合式模具在强度上不足，依靠铜粉以气焊方式结合，接着接口仍然因为加工机具的频繁撞击而崩落，与前述表面改质的方式皆无法完全解决模具的成本与强度问题。

发明内容

有鉴于上述习知技术的缺点，根据本实用新型的内容，采用梯度硬质合金制作模具，也即，将两种材料组合在一起，将材料以粉体方式分段进行压模后烧结，将模具和加工部位使用硬度较高较耐磨的材料，而材料的中身段则使用破裂韧性较好的材料，使其加工部位能有足够的强度能够忍受间断的冲击，同时，加工部位因以硬质合金作为材料，在加工机具持续撞击下不易变形，同时可使所生产的螺丝螺帽类产品公差精度更加，以应付精密工业中越来越严格的规格要求。

根据本实用新型的内容，提出一种制造螺帽的多层螺帽模具，该多层螺帽模具具有双层或多层硬质合金，包含第一层，具有抗磨特性，以下第一层可称抗磨层；一第二层，邻接该第一层，该第二层的韧性较该第一层大，以下第二层可称韧性层。该抗磨层与加工材料与加工机台接触的部分为较硬与耐磨的硬质合金；韧性层为韧性较佳的硬质合金，以耐受加工机台的冲击外力，使其具有不至于因冲击外力过大导致加工部损伤或变形，影响成品公差精度，其中该抗磨层的硬度大于该韧性层。

根据本实用新型的一实施例，该一加工部为一螺帽状凹槽，水平铺设于多层螺帽模具抗磨层上，以容纳加工材料，其中，该抗磨层为一矩形并包覆于一梯形韧性层中。

根据本实用新型的内容，该抗磨层的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的内容，该韧性层的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的实施例，螺丝中的碳化钨粒径大小为 0.5-15μm。

根据本实用新型的内容，该抗磨层的硬度与韧性层的硬度为非连续变化。

根据本实用新型的内容，提出一种制造螺丝的多层螺丝模具，该多层螺丝模具具有双层或多层硬质合金，该多层螺丝模具包含第一层，具有抗磨特性以下第一层可称抗磨层；一第二层，邻接该第一层，该第二层的韧性较该第一层大；一第三层，具有抗磨特性，以下第三层可称抗磨层。该抗磨层与加工材料和加工机台接触的部分为较硬与耐磨的硬质合金；韧性层为韧性较佳的硬质合金，以耐受加工机台的冲击外力，使其不至于因冲击外力过大导致加工部损伤或变形，影响成品公差精度，其中该抗磨层的硬度大于该韧性层。

根据本实用新型的另一实施例，该一加工部为一螺丝状凹槽，水平铺设于多层螺丝模具抗磨层上，以容纳加工材料。

根据本实用新型的内容，该第一层的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的内容，该第二层的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的内容，该第三层的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)74-94％，碳化铬(Cr₃C₂)1-3％。

以上所述是用以说明本实用新型的目的、技术手段以及其可达成的功效，相关领域内熟悉此技术的人可以经由以下实施例的示范与伴随的图式说明及申请专利范围更清楚明了本发明。

附图说明

图1是显示模具加工部的通常型式。

图2.a为本实用新型多层螺帽模具的一实施例。

图2.b为本实用新型多层螺丝模具的一实施例。

符号说明

平模10A V型模10B 曲型模10C

多层螺帽模具20A 抗磨层21A 韧性层23A

多层螺丝模具20B 第一层21B 第二层23B

第三层25B。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可通过本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的功效性与其优点。且实用新型也可通过其他具体实施例加以运用及实施，本说明书所阐述的各项细节也可基于不同需求而应用，且在不悖离本实用新型的精神下进行各种不同的修饰或变更。

本实用新型将以较佳实施例及观点加以叙述，此类叙述是解释本发明的结构，仅用以说明而非用以限制本实用新型的申请专利范围。因此，除说明书中的较佳实施例之外，本实用新型也可广泛实行于其他实施例中。

请参阅图2.a，根据本实用新型的内容，提出一种制造螺帽的多层螺帽模具20A，该多层螺帽模具20A具有复数层硬质合金，该多层螺帽模具20A进一步包含第一层，具有抗磨特性，以下第一层可称抗磨层21A；一第二层，邻接该第一层，该第二层的韧性较该第一层大；以下第二层可称韧性层23A。该抗磨层21A与加工材料和加工机台接触的部分为较硬与耐磨的硬质合金；韧性层23A为韧性较佳的硬质合金，以耐受加工机台的冲击外力，使其不至于因冲击外力过大导致加工部损伤或变形，影响成品公差精度，其中该抗磨层21A的硬度大于该韧性层23A。

根据本实用新型的实施例，多层螺帽模具20A与多层螺丝模具20B 的制造方式是透过锻造时的加工，通过冲击或挤压的方法，将金属粉体材料塑形，可达到多层螺帽模具20A与多层螺丝模具20B所需的机械特性与形状，由于金属粉体材料在铸压过程中被强迫塑形，因而可使金属粉体材料在制作的过程中被细密化、均质化、韧性与耐冲击性的机械性质，以使制作出的模具符合加工中所需的强度。其中，以锻造的技术手段将多层螺帽模具20A与多层螺丝模具20B加工成型的目的有二，其分别为「锻炼」与「成型」。

根据前述「锻炼」而言，目的有下列两点：其一在于消除材料内部的瑕疵，如缩孔、气孔等等，尤其在锻造冷却的过程中，若材料内部瑕疵处理不当，则会影响到成品时实际的硬度与韧性；其二在于改善晶体组织，使材料的在微观结构下结合的更紧密。此外，「成型」则是将粉体材料转变为所需的形状，其目的在于节省机械切削加工所耗费的能源、材料与时间，单就材料而言即可节省为其约1/3-1/5，这导致其成本的节省十分可观。

根据本实用新型的实施例，多层螺帽模具20A的制造为依照每一层硬度与韧性的需求，将金属材料粉体以适当比例分层调配后，依据多层螺帽模具20A的设计将韧性层23A的金属材料粉体预压成型，接着将抗磨层21A的金属材料粉体填于其上再次加压成型，使得多层螺帽模具 20A有硬度与韧性梯度的性质。

根据本实用新型的实施例，碳化钨在烧结过程中所形成的粒径大小可透过添加碳化铬来控制。在烧结过程中，碳化钨粉粒为了形成一完全密实的材料，需在液相烧结的过程中，通过溶解再析出的过程结合并长大，而为了控制其粒径的大小与长大的速度，则需添加碳化铬，其也可为但不限于碳化钒(VC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和碳化铌(NbC)等微量元素。

根据本实用新型的一实施例，该多层螺帽模具20A具有一螺帽状凹槽的加工部，水平铺设于多层螺帽模具20A抗磨层21A上，以容纳加工材料，其中，该抗磨层21A为一矩形并包覆于一梯形的韧性层23A中。

根据本实用新型的另一实施例，上述加工部也可为但不限于平模10A、 V型模10B、曲型模10C或上述模型的形状组合，其尺寸也可依需要进行调整。

根据本实用新型的内容，该抗磨层21A的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的内容，该韧性层23A的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的内容，多层螺帽模具20A中的碳化钨粒径大小为 0.5-15μm。

根据本实用新型的内容，该抗磨层21A的硬度与韧性层23A的硬度为非连续变化。

根据本实用新型的实施例，多层螺帽模具20A的具体使用方法，为两个多层螺帽模具20A设于抗磨层21A的加工部于填入加工材料后，使两加工部相互施予一外力相互冲击，使加工材料塑型为所欲零附件的形状，而完成的零附件在两多层螺帽模具20A打开后从中间落下。

根据本实用新型的内容，提出一种制造螺丝的多层螺丝模具20B，该多层螺丝模具20B具有多层硬质合金，该多层螺丝模具20B进一步包含第一层21B，具有抗磨特性，以下第一层21B可称抗磨层；一第二层 23B，邻接该第一层21B，该第二层23B的韧性较该第一层21B大，以下第二层23B可称韧性层；一第三层25B，具有抗磨特性，以下第三层 25B可称抗磨层。该第一层21B、第三层25B与加工材料和加工机台接触的部分为较硬与耐磨的硬质合金；第二层23B为韧性较佳的硬质合金，以耐受加工机台的冲击外力，使其具有不至于因冲击外力过大导致加工部损伤或变形，影响成品公差精度，其中该第一层21B、第三层25B的硬度大于该第二层23B。

根据本实用新型的实施例，多层螺丝模具20B的制造为根据每一层的硬度与韧性的需求，将金属材料粉体以适当比例分层调配后，依据多层螺丝模具20B的设计将第三层25B的金属材料粉体预压成型，接着依照第二层23B、第一层21B的顺序将金属材料粉体填于其上再次加压成型后进行烧结，使得多层螺丝模具20B有硬度与韧性梯度的性质。

根据本实用新型的另一实施例，该多层螺丝模具20B的加工部为一螺丝状凹槽，水平铺设于模具20B第一层21B上，以容纳加工材料。

根据本实用新型的另一实施例，前述的加工部也可为但不限于平模 10A、V型模10B、曲型模10C或上述模型的形状组合。

根据本实用新型的一实施例，多层螺丝模具20B的第一层21B、第二层23B与第三层25B除垂直分布外也可为横向分布。

根据本实用新型的内容，该第一层21B的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)74-94％，碳化铬(Cr₃C₂)1-3％。

根据本实用新型的内容，该第二层23B的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的内容，该第三层25B的成份范围为：钴(CO)5-26％，碳化钨(WC)73-94％，碳化铬(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3％。

根据本实用新型的另一实施例，多层螺丝模具20B的具体使用方法，为两多层螺丝模具20B设于第一层21B的加工部于填入加工材料后，使两加工部相互施予一外力相互冲击，使加工材料塑型为所欲零附件的形状，而完成的零附件在两多层螺丝模具20B打开后从中间落下。

Claims (4)

1.一种多层螺帽模具，其特征在于，包含：

一第一层，具有抗磨特性；以及，

一第二层，邻接该第一层，该第二层的硬度较该第一层小。

2.根据权利要求1所述的多层螺帽模具，其特征在于，所述第一层被包覆于该第二层中。

3.根据权利要求1所述的多层螺帽模具，其特征在于，所述第二层的韧性大于所述第一层。

4.一种多层螺丝模具，其特征在于，包含：

一第一层，具有抗磨特性；

一加工部，水平铺设于该第一层，该加工部可为平模、V型模、曲型模、螺丝状凹槽，或是上述种类的形状组合；

一第二层，邻接该第一层，该第二层的韧性较该第一层大；以及，

一第三层，邻接该第二层，具有抗磨特性，该第二层的韧性较该第三层大；其中，该第一层与该第三层的硬度大于该第二层的硬度。