TW201304934A - 用於製造金屬零件的擠製方法、實行該方法的擠製工具、以及所製造出的起落架桿 - Google Patents

Abstract

一種熱擠製方法，用以製造一金屬零件，該金屬零件包含一管狀部，該管狀部兩端部中的一個端部係延伸一複雜形狀，包含：一前置步驟，係加熱待製成該金屬零件的一胚料，以減少其應變強度；以及一熱轉步驟，係轉移該胚料進入一擠製工具，該工具包括一塑模，其包含一置入有該胚料的模穴，該模穴之形狀實質上對應於擠製後所將得到的該金屬零件的外形；其特徵在於該金屬具有冷塑流應力大於或等於200 MPa，該複雜形狀係以直接擠製製成且該管狀部係以逆擠製製成，且此方法接續包含連續地包含：至少一個直接擠製步驟，利用一第一衝頭製造該複雜形狀並藉此取得一半成品零件；一取代步驟，係在該擠製工具以一第二衝頭取代該第一衝頭，該第二衝頭以與該第一衝頭相同方向且相同指向而移動；至少一個逆擠製步驟為在相同的擠製工具中，製造該金屬零件的整個管狀部；以及一步驟，係將該經擠製的金屬零件退出該擠製工具，本發明亦關於一種用於實施所述方法的擠製工具，以及一使用所述方法製造的起落架桿。

Description

用於製造金屬零件的擠製方法、實行該方法的擠製工具、以及所製造出的起落架桿

本發明關於冶金領域，特別是用於製造一包含一管狀部及一複雜形狀的金屬零件的熱擠製方法，主要為航空應用，諸如一飛行器起落架桿。

通常，起落架桿(landing gear rod)包括兩個部分：一稱為筒部(barrel)的管狀部，以及一自筒部的非浮現(non-emerging)端部延伸出的軛部(yoke)。筒部穿入起落架的主要部分，其稱為箱(box)，並且與其形成一滑動連接，特別是組成一懸吊阻尼系統。因此，起落架桿又稱為滑桿(sliding rod)。輪子(至少有兩個)的軸藉由一樞軸連接於軛部。軛部具有一複雜形狀，像是特別包括一個或多個徑向及/或軸向突起(延伸)。

這種零件，其要求使用上的高機械性質(特定強度、韌性、疲勞耐性…等)，一般由難以藉沖壓(stamping)、鍛造(forging)、滾軋(rolling)、及//或擠製(extrusion)而冷變形的材料製成。製成這些零件的材料例如為具有大於或等於200 MPa的塑流抗性(塑流應力)的鈦合金或鋼。

已知造出這種零件使用數個連續熱變形及加工步驟，即，特別是：至少一個鍛造步驟以形成一鍛造粗胚(stub)；至少二個沖壓步驟以製造軛部與筒部外觀的複雜形狀；數個中間的加熱步驟；然後至少一個非浮現穿入以對筒部給出一管狀部，接著藉一修飾鑽孔以製造筒部的內仁(core)。

一連串的步驟冗長、昂貴、且在不同的上述步驟之間需要 對零件作數個操作。

再者，要製造非浮現穿入的筒部加工操作有二個主要障礙：在零件中造成顯著的加工應力，使其可能變形或受損；以及也會產生顯著的材料損失；此材料處於薄片形式，其難以研製，甚至因高價而更不利，特別是鈦合金的情況。

再者，由於分別在鍛造及沖壓步驟期間的大量零件(通常尺寸為接近直徑400 mm及長2500 mm)，在最終穿入前難以掌控零件的冶金狀況。事實上，由於通常對這類零件進行這大量非破壞檢測，諸如超音波檢測，因零件特性而並不可能有效偵測零件所有可能包含的瑕疵，會有某些區域是相對於超音波所達不到的。

已知生產整體地藉由在管的非浮現端具有一軸延伸的管狀形狀的逆擠製(即，藉由一擠置操作，其中胚料的非變形部分相對於容置它的容器為固定的，或者變形部分以相反於衝頭移動的方向流動)，並且因此具有比得上起落架桿的一型態(參見文件GB-A-1 459 641)。然而，這些方法一般僅對易於冷變形(具有冷態時低於200 Mpa的塑流抗性)的材料以及對於具有不包含所謂「複雜」形狀(即，一部分，諸如一突起，在此的肥大區部徑向延伸超過零件的管狀部周緣)的部分的實質圓柱外形狀的環閉的零件實施。

這類方法不適用於製造僅可熱變形的零件，尤其當具有一個或多個複雜形狀。事實上，對於這些方法，而且雖然GB-A-1 459 641零件(其並非一起落架零件，而是一油壓缸)的形狀相對簡單，仍然需要數個擠製步驟。以這類方法開始，複雜形狀的加入會涉及兼容熱變形的數個額外之擠製步驟，其原因在於待製造零件在這方法期間會冷卻，因而減低了最後的擠製步驟的效果。

對此問題的一個明顯方案為在該些需要加熱之擠製步驟之間執行數個中間加熱，但這些再加熱使方法複雜化，其會失去相當多的生產力及收益性。

再者，在這類將擠製零件自衝頭側退出塑模的已知方法中，一包含複雜形狀的零件使，例如，衝頭對面會需要對於工具的非明顯修改，其仍然不可能使零件退出工具外。

再者，藉由擠製會更難以生產複雜形狀，因為在這種情況中，零件材料的流動比起形成管狀形狀更不容易填充入塑模之對應模穴中。此技術在這個狀況中是沒有可能有辦法彌補這個缺點的。

現在，因此有需要簡化及確實化製造起落架桿的方法以及具有相同形狀、大量程度的零件，由難以冷變形的材料所製成，諸如鋼或合金(特別是鈦合金)，其具有冷態時大於200 Mpa的塑流應力並且僅在熱態時可變形。

本發明因此意欲提出一種用於製造金屬零件的擠製方法，該金屬零件包含一管狀部，其兩端部之一延伸一前述意義中所謂的「複雜」形狀，其對應於此需求且提供前述缺點的解決方案。

為達此結果，本發明涉及一種用於製造金屬零件的熱擠製方法，金屬零件包含一管狀部，管狀部兩端部中的一個端部係延伸一複雜形狀，所述方法包含：一前置步驟，用於加熱待製成該金屬零件的一胚料，以減少其應變強度；以及一熱轉步驟，用於轉移該胚料進入一擠製工具，該工具包括一塑模，其包含一置入有該胚料的模穴，該模穴之形狀實質上對應於擠製後所將得到的該金屬零件的外形；其特徵在於該金屬具有冷塑流應力大於或等於200 MPa，該複 雜形狀係以直接擠製製成且該管狀部係以逆擠製製成，且該方法接續包含：至少一個直接擠製步驟，利用第一衝頭製造該複雜形狀並藉此取得一半成品零件；一取代步驟，用於在該擠製工具以一第二衝頭取代該第一衝頭，該第二衝頭以與該第一衝頭相同方向且相同指向而移動；至少一個逆擠製步驟，為在該相同的擠製工具中，以製造該零件的整個管狀部；以及一退出步驟，用於將該經擠製的金屬零件退出該擠製工具。

複雜形狀可為非軸對稱。

複雜形狀延伸出的管狀部之端部可為非浮現，且複雜形狀具有一徑向延伸超過管狀部周緣的肥大區部。

逆擠製步驟可能接續在直接擠製步驟之後而無須中間加熱半成品零件。

形成於塑模且容納胚料的模穴可具有一整體圓柱形且非浮現並帶有一孔部的形狀，衝頭設計為可於模穴之孔部中移動。

第一衝頭可具有一外徑，適配於模穴之孔部的內徑，以避免在直接擠製步驟期間的材料逆流。

第二衝頭可具有一外徑，小於第一衝頭，以容許於第二衝頭周圍的材料逆擠製。

第二衝頭可於外圍固定有一圓柱形套筒，圓柱形套筒具有一外徑，適配於模穴之孔部的內徑，圓柱形套筒與第二衝頭界定出一用以形成金屬零件之管狀部的環狀空區

塑模在擠製期間可為熱的。

經擠製的金屬零件可由鈦合金製成。

經擠製的金屬零件可由Ti 10-2-3合金或Ti-5-5-5-3合金製成。

金屬零件可為一起落架桿，且在加熱胚料的前置步驟期間，使胚料處於700℃與合金的β轉變溫度之間的一溫度，並且溫度維持至少二個小時。

金屬零件之管狀部的直徑可包含在350與500 mm之間，且溫度維持至少四個小時。

在第一個擠製步驟期間，第一衝頭的工作速度小於或等於20 mm/s，較佳為小於或等於15 mm/s，以及在第二個擠製步驟期間，第二衝頭的工作速度小於或等於30 mm/s，較佳為小於或是20 mm/s。

經擠壓的金屬零件可由鋼製成。

經擠壓的金屬零件可由NC40SW鋼製成

金屬零件可為一起落架桿，在加熱胚料的前置步驟期間，使胚料處於950℃與1250℃之間的一溫度，且加熱溫度維持至少2小時。

在第一個擠製步驟期間，第一衝頭的工作速度可小於或等於40 mm/s，以及在第二個擠製步驟期間，第二衝頭的工作速度小於或等於60 mm/s。

本發明亦涉及一種擠製工具，用於實行上述方法，其特徵在於包括一塑模，由至少二個部分所組成，二個部分以一位在複雜形狀高度處的接合面所分隔，而使當塑模的二個部分拆開時能夠推出經擠製的金屬零件，且其中包含二個衝頭，第一衝頭通過對胚料的一直接擠製動作而得以製造複雜形狀，以及第二衝頭藉由一逆擠製操作而得以製造整個管狀部。

擠製工具可包含一加熱裝置。

加熱裝置可為一感應加熱裝置。

擠製工具可包括一圓柱形套筒，固定在第二衝頭外圍，圓柱形套筒具有一外徑，適配於模穴之孔部的內徑，圓柱形套筒與第二衝頭界定出一用以成形金屬零件之管狀部的環狀凹處。

本發明亦涉及一種起落架桿，由一鈦合金或高強度鋼所製成，其特徵在於起落架桿藉由實行上述方法而取得，並且包含一形成起落架桿之筒部的管狀部以及一形成起落架桿之軛部的複雜形狀。

起落架桿可由Ti 10-2-3鈦合金、Ti-5-5-5-3鈦合金、或NC40SW鋼製成。

正如將被理解的，根據本發明的熱擠製方法包括下列一連串步驟：一對於金屬零件的前置加熱步驟，以減少其應變強度；一轉移加熱金屬零件進入一擠製工具的步驟，工具包括一塑模，其包含一置入有待擠製金屬零件的模穴，以及模穴之形狀實質上對應於擠製後取得的該金屬零件的外形；至少一個直接擠製步驟，利用一第一衝頭僅於金屬零件的一個端部製造出複雜形狀；一步驟，在擠製工具以一第二衝頭取代第一衝頭，第二衝頭以與第一衝頭相同方向且相同指向而移動；一逆擠製步驟，使用第二衝頭製造金屬零件的整個管狀部；以及一步驟，將經擠製的金屬零件退出擠製工具。

「複雜形狀」在本發明的內容中是代表一種其肥大區部徑向延伸超過管狀部周緣的零件形狀。

此零件可能不是完整的環閉。特別是在起落架桿的軛部的複雜形狀為非對稱並包含徑向/軸向突起的情況。

此形狀也可能包含二個以上的擠製步驟，各以不同的衝頭予以執行。

從而，在最初的加熱之後，此擠製方法使得以單一塑模及至少二個不同的衝頭從金屬零件的原始材料(材料胚料)來製造一具有管狀部及在管狀部的非浮現端上的複雜形狀的金屬 零件成為可能，並且在二個擠製步驟之間無須將金屬零件自一個工具移動到另一個。

此方法因此使得以一連串簡單步驟自通常難以藉沖壓、鍛造、滾軋及/或擠製而冷變形的材料(諸如鐵或合金，特別是鈦合金，具有冷態時大於或等於200 MPa的塑流應力)製造出具有複雜形狀的零件，特別是用於航空應用。

本發明不同於已知用於製造具有由複雜形狀延伸出管狀部的部分，以文件FR-A-1573666、De-A-1929147、US-A-2006/016077、及US-A-2006/0016237為例，其中同時地：在前二個引用文件中以二個步驟執行擠製取代一個；並且第一擠製步驟僅專用於形成複雜形狀，整個管狀部是在第二步驟中塑形，而在後二個引用文件中，管狀部的塑形在第一擠製步驟期間開始。

這些特徵有助於能夠處理因為具有大於或等於200 Mpa的冷塑流應力難以塑形的金屬，而得到大尺寸的部件。這對於上述的文件而言是不可能處理的。

利用依據本發明的方法所製造的零件能夠是大尺寸的，如例示的起落架桿的情況。這些可能具有400 mm以上到2500 mm或更長的桿徑。

再者，起落架桿之中央孔直接在逆擠製期間製造，避免必須之後藉由除去材料之方式洞穿零件，其對於零件有限制並且有造成受損的危險。

在零件製造之後，所述零件須經傳統的非破壞性檢查。

有利地，依據本發明，逆擠製步驟緊接於直接擠製步驟，即，無須再中間加熱零件。這件事藉由在不同的擠製步驟之間無須將零件自一個工具移動到另一個的事實而成為可能。整個方法自始至終能夠因此保持的足夠熱度以在擠製期間容易使材料變形。

待擠製材料比起藉由逆擠製而流動以形成管狀形狀更不容易形成複雜形狀。這即是為何在本發明的第一個方案中，複雜形狀是在藉由逆擠製製造管狀形狀之前藉由直接擠製來製造。

若衝頭必須洞穿零件，會有零件端部變形或是材料裂開的危險。這即是為何由複雜形狀延伸的管狀部分的端部最好是非浮現的。對於應用於飛行器的起落架桿，也最好具有非浮現的筒部以更容易維持液力密封。若有必要，此端部可在之後藉由簡單加工而洞穿。

形成塑模且承置待擠製零件的模穴具有一普通圓柱形且非浮現並帶有一孔部的形狀。第一及第二衝頭安裝成能夠在模穴之孔部中移動。

第二衝頭具有一小於第一衝頭的外徑，以容許於第二衝頭周圍的材料逆擠製。

第一衝頭具有一外徑，於有效活動範圍內，適配於塑模之模穴之孔部以避免在直接擠製步驟期間的材料逆流。從而得益於全力的擠壓以產出複雜形狀。

在本發明的第一方案中，經擠製的零件是由鈦合金，較佳地為Ti 10-2-3(Ti，10% V，2% Fe，3% Al)或Ti-5-5-5-3(Ti，5% Al，5% V，5% Mo，3% Cr)製成。

在前置加熱步驟期間，是使由鈦合金製成的零件處於700℃與該鈦合金的β轉變溫度(Ti 10-2-3約800℃而Ti-5-5-5-3約850℃)之間的一溫度。根據零件的巨大性，加熱溫度維持至少2小時，例如，對於直徑在400與500 mm之間的零件是4至6小時，以確保整個零件獲得均勻溫度。

在一第二實施例中，經擠製的零件是由鋼且最好是NC40SW鋼(40NiSiCrMo7)製成。NC40SW鋼大體上具有通常以重量百分比表示的標稱成分如下： 碳：0.4%；鎳：1.8%；矽：1.6%；鉻：0.85%；鉬：0.4%；其餘為鐵及生產中所致的雜質。

在前置加熱步驟期間，使鋼零件處於900℃與1250℃之間的一溫度以降低材料的塑流應力並且允許材料藉熱擠製而變形。較佳地，加熱溫度是已決定的，以使材料的塑流應力在擠製期間小於200 Mpa且最好小於150 Mpa。根據零件的巨大性，加熱溫度維持至少2小時，例如對於直徑在350 mm與500 mm之間的零件是4至6小時，這裡再一次因應保證整個零件溫度均勻的目的。

本發明亦以實施前述方式的一工具為基礎。塑模包含至少二個元件，以一位於因應複雜形狀的工具部分的接合面分隔，致使，當二個元件分離時，能夠將經擠製的零件退出擠製工具外。與先前技術相反，將經擠製的零件退出塑模外不需要在衝頭側完成，其能夠因應於一具有複雜形狀的零件。

藉由依據本發明的方法及裝置，特別是能夠自鈦合金或適選的高強度鋼而生產起落架桿，包括一組成此桿之筒部的管狀部以及一組成此桿之軛部的複雜形狀。

對於一由鈦合金(例如，Ti 10-2-3)製成的起落架桿，標稱工作速度對於第一衝頭在第一擠製方向為小於或等於20 mm/s，較佳為小於或等於15 mm/s，以及對於第二衝頭在逆擠製為小於或等於30 mm/s，較佳為小於或是20 mm/s。

對於一由高強度鋼(例如，NC40SW)製成的起落架桿，標稱工作速度對於第一衝頭較佳地為小於或等於40 mm/s，以及對於第二衝頭較佳地為小於或等於60 mm/s。

一般而言，第二衝頭5能夠以高於第一衝頭的速度工作，待由第二衝頭所負擔的管狀形狀比起使用第一衝頭獲得的複雜形狀更為容易獲得。

衝頭的工作速度最好在衝頭行程的末段降低，其因應於塑模之模穴中的材料填充端部。以此方式，確保模穴的填充較佳。

本發明藉由閱讀以下說明及配合隨附圖式將能更適當地理解。

圖1以透視及部分剖視視角繪示一實施依據本發明的方法後所得到的起落架桿1。桿1包含一構成筒部而以部分剖視所示的管狀部2，以及一構成軛部的複雜形狀3。在這個例子中，管狀部是非浮現的。

圖2至圖6為顯示一擠製工具以及依據本發明的方法一第一實施例個別步驟，以製造圖1中的起落架桿1。

必須理解圖2至圖6是概略圖示的。舉例而言，衝頭4、5相關於塑模6的導引及置中手段並未圖示出。它們完全仿效對於這類工具的傳統設計。

圖1所示的起落架桿1，以鈦合金Ti 10-2-3所製成為例，是在實施依據本發明的方法後所得到的。這幾何形狀(雖然非常接近成品零件)並非是最終的，因為零件通常為了特別要達到所需的機械使用性質而(在與構成起落架的其他零件組裝之前)不但要熱處理而且必須經過加工以除去多餘厚度並取得有效表面。然而，在這之後無需大量的塑形操作。這個零件具有約2500 mm的總長，並且舉例包括二個部分：一非浮現管狀部2，形成桿1的筒部，並且其外徑舉例為約386 mm；以及一複雜形狀3，延伸出管狀部2的非浮現端並且形成起落架的軛部。

軛部的形狀被稱為「複雜」在於它包括徑向且軸向延伸超過管狀部2的突起(protuberances)或突出物(protrusion)7、8、9、10。從而，軛部3具有一徑向延伸超過管狀部2周緣的肥大區部。

關聯於管狀部2的軛部的複雜形狀使得利用傳統方法及裝置難以製造起落架桿1。

由於根據下述的範例實施例中的本發明的方法，特別是那些一方面依圖2至圖6而另一方面依圖7至圖11所繪示的，這樣的一零件15的製造相對於前言所述的技術狀態被相當大地簡化。事實上，在起初原始形狀(圖2及圖3所示的材料胚料11，其可已經預先加工至允許被置入塑模中)與圖1所示的起落架桿1之幾何形狀之間，製造步驟的數量已被減少，零件在初始加熱後並不自一個工具移動到另一個，故零件能夠被熱塑，在塑形其中無須對零件的中間加熱。

圖2至圖6顯示一擠製工具以及此方法的四個連續步驟。圖2及圖3對應於相差90°的不同視角的相同的擠製步驟。圖4至圖6顯示以相同於圖3的視角所見的工具。擠製工具置在具有一單塑模塊之單向壓體(press)，以連續衝頭而行使動作，並且其力量例如為約15 kt。

工具包含一塑模6及一組的二個不同衝頭4、5。塑模6(其多個部件的特定構成將說明於後)具有一朝垂直方向的整體圓柱形模穴12，並且開口在其上端部13以承接一待擠製材料的胚料11。模穴12的形狀與第二衝頭5結合對應於依據本發明的方法的最後擠製步驟之後所取得的起落架桿1的形狀。

模穴12的上部分21為穿孔並且對應於筒部2的外徑，除非是第二衝頭5具有一如將在本發明之第二實施例中所提的外圓柱形套筒(圖未示)。模穴12的穿孔圓柱部分21能夠導引第一衝頭4以及當第二衝頭5具有一外圓柱形套筒時有機會 更有效地導引第二衝頭5。

模穴12的下部分22對應於起落架桿1的軛部3的複雜外形。

圖2及3沿著二個相差90°的視角顯示垂直置於擠製工具中的一材料胚料11，特別是置於擠製工具的塑模6的模穴12中。

在繪示例子中，由Ti 10-2-3製成的胚料11具有一環閉的圓筒形狀、約380 mm的直徑、以及約2000 mm的長度。材料胚料11典型地來自一鍛造料、或必須有相當小直徑(例，小於100 mm)的料時經鍛造然後滾軋的料。為此可能需要在鍛造後以數道滾軋步驟，包括鍛造後的一初軋(blooming)步驟。

在送入模穴6前，胚料11先已在處理爐中預熱於730℃的溫度。這個溫度維持約6小時，以使胚料11外皮與芯部為相同溫度。這個熱處理的用途在於使材料胚料11在擠製步驟(「熱擠製步驟」)期間允許被熱變形。由Ti 10-2-3所製成的零件會難以冷變形，或會貿然傷害擠製工具。

圖2及3中，第一擠製衝頭4預組裝於塑模6的模穴12中。模穴12的上部分21具有旋轉(revolution)之圓柱形形狀，該形狀對應於擠製後該起落架桿1之筒部2的外徑。該模穴12的下部分22具有一帶有突起(即，軸向及徑向突出物)的複雜形狀。該複雜形狀為起落架桿的軛部3的反底(negative)。模穴12的上部分被穿孔以使第一衝頭4的外徑(在能有效動作的條件下)適配於孔部21。

圖4顯示第一衝頭4於模穴12的孔部21中移動且滑移而使胚料11被直接擠製之步驟的最終狀態。直接擠製步驟能夠在胚料11的端部得到對應於起落架桿1的軛部3的複雜形狀。

用直接擠製來製造軛部3的複雜形狀需要比用逆擠製製造同樣形狀還要少的力量來控制第一衝頭，其原因在於材料在 第一衝頭4之移動方向上流動而無須沿著該方向回漲而上。

再者，藉由直接擠製而使起落架桿1的軛部3的複雜形狀來製造以逆擠製所生產之相同桿1的管狀部2，將允許第一衝頭4施加一分佈胚料11的整個上表面的力量，而不僅只有在對應於起落架桿1的管狀部2的開口端的環狀端部。

就同樣壓力來看，環狀端部比起固體材料的胚料端部會在其上表面承擔更大壓力。

其結果，依據本發明，直接對胚料11施加擠製力量比起傳遞到脆弱的管狀部將使傳遞更強烈的力量成為可能。

為使軛部3的複雜形狀的生產期間擠製力在同壓力下最大化或甚至較低壓力，最好在藉由逆擠製形成管狀部2本身之前藉由直接擠製來生產複雜形狀，這是本發明較佳所根據的原則之一。

在零件的直接擠製而生產軛部3的複雜形狀期間，衝頭的行程速度在擠製開始時可為約15 mm/s。如所述的，在擠製的末段，速度可逐漸降低以確保模穴12的複雜形狀22的較佳填充。

在圖4中，直接擠製步驟在這階段完成，並且已得到半成品零件15。生產出軛部3的複雜形狀，並且第一衝頭4已經移開。在圖5中，衝頭4已由第二衝頭5所取代。能夠看到直徑小於第一衝頭4的第二衝頭5已經預安裝在塑模6的模穴12的上部分21。置中衝頭5的手段(圖未示)確保其縱軸確實與模穴12的縱軸如第一衝頭4的縱軸般結合。

在圖4及5所示的步驟之間，由胚料11製造的半成品零件15並未被移動；只有二個衝頭4、5會被交換。

圖6相應於確保起落架桿1的管狀部2的塑形的逆擠製步驟。由於第二衝頭5施加於半成品零件15的力量，材料沿著第二衝頭5周圍回漲而形成起落架桿1的管狀部2(筒部)。 從而得到最終零件，對此只有最後完成加工有必要除去多餘厚度且取得有效表面，以及典型熱處理以特別達到所需機械性質。

在逆擠製形成管狀部2期間，第二衝頭5的行程速度在擠製開始時約20 mm/s。較佳地，在擠製末段時可逐漸降低。

在逆擠製步驟期間，半成品零件15仍處於熱狀態。有數個理由使零件15的溫度有可能維持。

第一個理由是由於兩個擠製步驟使用相同塑模6，故半成品零件15沒有需要從一個工具移動到另一個。因此，不同步驟可快速接續而讓半成品零件15沒時間冷卻。

第二個理由是經過各擠製步驟，衝頭4或5將能量傳遞至胚料11或半成品零件15，能量被轉換為熱而維持待加工金屬及塑模6之溫度。

另一個理由來自擠置胚料11的工具的塑模的巨大性，且在之後需穿透該半成品零件15。事實上，這樣巨大的工具提供顯著的熱慣量，其減緩工作金屬的冷卻。

在工具的一個有益的實施例中，工具在擠製之前或期間也能夠被加熱並維持溫度，例如使用一感應加熱系統。

在未顯示的最後步驟中，最終零件15自工具退出。為此，工具的塑模6由兩個部分16、17所組成。二個部分16、17的接合面18實質上垂直於塑模6的縱軸並且坐落於兩個徑向延伸9、10(徑向突起)，以使最終零件15在第二衝頭5退回且塑模6的兩個部分拆開後得以釋放。如圖2所示，例示的接合面18並無規範並且通過離管狀部2的縱軸最遠的複雜形狀3周緣的點，以使最終零件15能夠輕易自工具移出。

當能輕易得知依據待生產的最終零件的複雜度以及工具的巨大性，組成塑模6的部分的數量可超過二個。

在第二實施例中，繪示於圖7至11中，第二衝頭5具有 一外圓柱形套筒19同軸心於衝頭5。圓柱形套筒19固定於第二衝頭5外圍，並因此與中間部分形成一環狀凹陷20供半成品零件15在逆擠製期間流動以形成起落架桿1的管狀部2。藉由修改套筒19的內徑以及第二衝頭5中間部分的直徑，便能夠形成不同直徑的管狀部2，並從而製造不同的起落架桿1而全部只要修改第二衝頭5。再者，圓柱形套筒19的另一好處在於能夠更有效導引第二衝頭5在塑模6中移動，由於套筒的外徑就第一衝頭4而言適配於塑模6的內孔12。

在圖7至11所顯示的例子中，桿1具有不同於圖1至6的例子的形狀，這解釋了為何在圖7至11中，接合面18是規則的。

有利地，為避免半成品零件15在不同擠製操作之間冷卻，在胚料11放入之間加熱工具的塑模6，及/或能夠在塑形期間保持熱，例如，藉由一位在工具外或整合於工具中的感應加熱系統。

1‧‧‧起落架桿

2‧‧‧管狀部

3‧‧‧軛部

4‧‧‧衝頭

5‧‧‧衝頭

6‧‧‧塑模

7‧‧‧突出物

8‧‧‧突出物

9‧‧‧突出物

10‧‧‧突出物

11‧‧‧胚料

12‧‧‧模穴

13‧‧‧上端部

15‧‧‧零件

16‧‧‧部分

17‧‧‧部分

18‧‧‧接合面

19‧‧‧套筒

20‧‧‧環狀凹陷

21‧‧‧上部分

22‧‧‧下部分

圖1係顯示可依據本發明而製造出的起落架桿的實施例；圖2至圖6係顯示依據本發明的方法的第一實施例的製造圖1零件的一連串步驟；圖7至圖11係顯示依據本發明的方法的第二實施例的製造圖1零件的一連串步驟。

1‧‧‧起落架桿

5‧‧‧衝頭

6‧‧‧塑模

16‧‧‧部分

17‧‧‧部分

18‧‧‧接合面

Claims (24)

1. 一種熱擠製方法，用以製造一金屬零件，該金屬零件包含一管狀部，該管狀部兩端部中的一個端部係延伸一複雜形狀，該方法包含：一前置步驟，係加熱待製成該金屬零件的一胚料，以減少其應變強度；以及一熱轉步驟，係轉移該胚料進入一擠製工具，該工具包括一塑模，該塑模包含一置入有該胚料的模穴，該模穴之形狀實質上對應於擠製後所將得到之該金屬零件的外形；其特徵在於該金屬具有冷塑流應力大於或等於200 MPa，該複雜形狀係以直接擠製製成且該管狀部係以逆擠製製成，且該方法接續包含：至少一個直接擠製步驟，利用一第一衝頭製造該複雜形狀並藉此取得一半成品零件；一取代步驟，係在該擠製工具以一第二衝頭取代該第一衝頭，該第二衝頭以與該第一衝頭相同方向且相同指向而移動；至少一個逆擠製步驟，為在該相同的擠製工具中，製造該金屬零件的整個管狀部；以及一退出步驟，係將該經擠製的金屬零件退出該擠製工具。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱擠製方法，其中該複雜形狀係非軸對稱。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱擠製方法，其中延伸該複雜形狀的該管狀部之端部係非浮現，且該複雜形狀具有一徑向延伸超過該管狀部周緣的肥大區部。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱擠製方法，其中該逆擠製步驟接續在該直接擠製步驟之後而無須中間加熱該半成品零件。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱擠製方法，其中形成 於該塑模且容納該胚料的該模穴具有一整體圓柱形且非浮現並帶有一孔部的形狀，該衝頭係設計為可於該模穴之孔部中移動。
6. 如申請專利範圍第5項所述之熱擠製方法，其中該第一衝頭具有一外徑，適配於該模穴之孔部的內徑，以避免在該直接擠製步驟期間的材料逆流。
7. 如申請專利範圍第1項所述之熱擠製方法，其中該第二衝頭外圍固定有一圓柱形套筒，該圓柱形套筒具有一外徑，適配於該模穴之孔部的內徑，該圓柱形套筒與該第二衝頭界定出一用以形成該金屬零件之管狀部的環狀空區。
8. 如申請專利範圍第7項所述之熱擠製方法，其中該第二衝頭具有一外徑，小於該第一衝頭，以容許於該第二衝頭周圍的材料逆擠製。
9. 如申請專利範圍第1、2、7、及8項中任一項所述之熱擠製方法，其中該塑模在該擠製期間為熱的。
10. 如申請專利範圍第1項所述之熱擠製方法，其中該經擠製的金屬零件係由鈦合金製成。
11. 如申請專利範圍第10項所述之熱擠製方法，其中該經擠製的金屬零件係由Ti 10-2-3合金或Ti-5-5-5-3合金製成。
12. 如申請專利範圍第10或11項所述之熱擠製方法，其中該金屬零件係一起落架桿，且在加熱該胚料的該前置步驟期間，係使該胚料處於700℃與該合金的β轉變溫度之間的一溫度，並且該溫度係維持至少二個小時。
13. 如申請專利範圍第12項所述之熱擠製方法，其中該金屬零件之管狀部的直徑係包含在350與500 mm之間，且該溫度係維持至少四個小時。
14. 如申請專利範圍第12項所述之熱擠製方法，其中在該第一個擠製步驟期間，該第一衝頭的工作速度係小於或等於20 mm/s，較佳為小於或等於15 mm/s，以及在該第二個擠製步驟 期間，該第二衝頭的工作速度係小於或等於30 mm/s，較佳為小於或是20 mm/s。
15. 如申請專利範圍第1、2、7、8、10、及11項中任一項所述之熱擠製方法，其中該經擠壓的金屬零件係由鋼製成。
16. 如申請專利範圍第15項所述之熱擠製方法，其中該經擠壓的金屬零件係由NC40SW鋼製成。
17. 如申請專利範圍第15項所述之熱擠製方法，其中該金屬零件係一起落架桿，在加熱該胚料的該前置步驟期間，係使該胚料處於950℃與1250℃之間的一溫度，且該加熱溫度係維持至少二個小時。
18. 如申請專利範圍第17項所述之熱擠製方法，其中在該第一個擠製步驟期間，該第一衝頭的工作速度係小於或等於40 mm/s，以及在該第二個擠製步驟期間，該第二衝頭的工作速度係小於或等於60 mm/s。
19. 一種擠製工具，用於實行如申請專利範圍第1、2、7、8、10、及11項中任一項所述之熱擠製方法，該擠製工具包括一塑模，係由至少二個部分所組成，該二個部分以一位在該複雜形狀高度處的接合面所分隔，而使當該塑模的二個部分拆開時能夠推出該經擠製的金屬零件，且其中包含二個衝頭，該第一衝頭通過對該胚料的一直接擠製動作而得以製造該複雜形狀，以及該第二衝頭藉由一逆擠製操作而得以製造該整個管狀部。
20. 如申請專利範圍第19項所述之擠製工具，更包含一加熱裝置。
21. 如申請專利範圍第20項所述之擠製工具，其中該加熱裝置係一感應加熱裝置。
22. 如申請專利範圍第19項所述之擠製工具，更包括一圓柱形套筒，固定在該第二衝頭外圍，該圓柱形套筒具有一外徑，適配於該模穴之孔部的內徑，該圓柱形套筒與該第二衝頭界定出 一用以成形該金屬零件之管狀部的環狀凹處。
23. 一種起落架桿，由一鈦合金或高強度鋼所製成，其中該起落架桿係藉由實行如申請專利範圍第1、2、7、8、10、及11項中任一項所述之熱擠製方法而取得，並且包含一形成該起落架桿之筒部的管狀部以及一形成該起落架桿之軛部的複雜形狀。
24. 如申請專利範圍第23項所述之起落架桿，其中該起落架桿係由Ti 10-2-3鈦合金、Ti-5-5-5-3鈦合金、或NC40SW鋼製成。