TW201511932A - 具表面微結構之彎形模具及其彎形沖頭 - Google Patents

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Abstract

一種適用於沖壓加工以彎曲成形一胚料具表面微結構之彎形模具及其彎形沖頭，其彎形模具包含下模、上模及料件安置件。下模係包括有母模，母模包含有成形模面；上模係包含彎形沖頭，彎形沖頭以一往復動作行程沖壓置放在母模上的胚料，彎形沖頭包含沖壓時接觸胚料的工作部；料件安置件設置於上模與下模之間，用以定位或壓制放置於該母模上的胚料；其中，成形模面的表面上及/或工作部的表面上設置有多數個微結構。

Description

具表面微結構之彎形模具及其彎形沖頭
本發明係有關於一種具表面微結構之彎形模具及其彎形沖頭，特別是有關於一種應用彎形沖頭工作部表面上、母模成形模面上設置微結構的彎形模具及其彎形沖頭。
近十年來由於電子產業發展迅速，連帶使得電子消費型產品如手機、筆記型電腦等商品銷售量大增。而這些商品近年來發展之趨勢傾向於體積小、重量輕、強度佳、易散熱，使其構成之零組件亦需金屬化與精微化，使用半導體或非傳統製程進行零組件生產有設備費用高、製程應用的材料有所限制、產品深寬比小、對於三維形狀的元件產生不易等缺點。
金屬塑性加工對於傳統製造業之量產金屬零件而言乃一重要關鍵技術，其有著生產效率高、節省材料、精度高、近淨形生產(Near Net Shape)、成品擁有優良之機械性質、材料應用不受限制、簡化零件設計之以上優點，且符合目前綠色工業的環保概念需求，使的金屬成形於微元件製作之應用受到越來越多之注目，並稱之為微金屬成形。
在金屬塑性加工中的彎形(Bending)加工係指金屬板材受彎形工具加工後，使其彎曲塑性變形成所需要之形狀與角度，當外力去除後仍保持彎曲之永久變形。如圖1A~1C所示，其為目前常見的V形彎曲型式的彎形模具及其沖壓過程示意圖。該彎形模具10係先將胚料11(如金屬板)放置於一包含成形模面121的母模12上，再以彎形沖頭13朝向母模12進行往復動作行程沖壓該胚料11，以使該胚料11受壓彎曲後，其底 面受成形模面121形狀塑形、頂面受彎形沖頭13形狀塑形成所需的V形形狀的成品或半成品。
另外，如圖2A~2C所示，其為目前常見的L形彎曲型式的 彎形模具及其沖壓過程示意圖。該彎形模具10’係先將胚料11’放置於一包含成形模面121’的母模12’上，並以一壓料板14定位並壓制固持之後，再以彎形沖頭13’朝向母模12’進行往復動作行程沖壓該胚料11’，以使該胚料11’受壓彎曲後，其底面受成形模面121’形狀塑形、頂面受彎形沖頭13’一側的形狀塑形成所需的L形形狀的成品或半成品。
再如圖3A~3C所示，其為目前常見的U形彎曲型式的彎 形模具及其沖壓過程示意圖。該彎形模具10”係先將胚料11”放置於一包含成形模面121”的母模12”上，再以彎形沖頭13”朝向母模12”進行往復動作行程沖壓該胚料11”，以使該胚料11”受壓彎曲後，其側面受成形模面121”形狀塑形、底面受一頂出機構(圖中未示)的胚料頂出板15形狀塑形、頂面受彎形沖頭13”形狀塑形成所需的U形形狀的成品或半成品。
上述的彎形模具10，10’，10“在彎形沖壓加工胚料後，在 不使胚料11，11’，11”彎形角發生裂痕之前提下，當胚料11，11’，11“脫離彎形模具10，10’，10”之後，會產生難以避免的彎形反彈(Spring back)的變異現象，因而導致該成品尺寸改變而無法符合標準，因此常需要再經過二次整形及加工等工法使其彎形角度準確。
本發明的目的是提供一種具表面微結構之彎形模具及其彎形沖頭，係在彎形模具母模及其對應的沖頭上設置表面微結構，以降低金屬板胚料在沖壓彎形後的反彈量大小。
為達前述目的，本發明提供一種具表面微結構之彎形模具，適用於沖壓加工以彎曲成形一胚料，該彎形模具包含上模、下模及其料件 安置件。下模，係包括一母模，該母模包含有一成形模面；上模，係包含一彎形沖頭，該彎形沖頭以一往復動作行程沖壓置放在該母模上的胚料，該彎形沖頭包含一沖壓時接觸胚料的工作部；料件安置件，係設置於該上模與下模之間，用以定位或壓制設置於該母模上的胚料。該成形模面上及/或該工作部的表面上係設置有多數個微結構，該些微結構係傾斜於沖壓方向設置的交叉溝槽、垂直於沖壓方向設置的平行溝槽、及各種形狀凹槽或凹坑。
在一實施例中，該成形模面至少具有一壁面轉折處，該些多數個微結構係設置於該壁面轉折處及/或其鄰近的壁面區域上。
在一實施例中，該工作部的表面至少具有一轉折部，該些多數個微結構係設置於該轉折部及/或其鄰近的表面區域上。
在一實施例中，該壁面轉折處之相鄰兩壁面間呈一夾角、或是該壁面轉折處之相鄰兩壁面間包含有一圓角、凹角或斜角。
在一實施例中，該些微結構為間隔排列，該些微結構的交叉溝槽截面形狀大抵為柱型、V型或弧形。
本發明之特點在於，本發明於彎形沖頭的工作部表面、及/或彎形沖頭的工作部表面與對應之母模的成形模面上所設置的多數個微結構，可在彎形時降低加工的胚料與彎形模具的摩擦力，使金屬板胚料在彎曲成形時能全部達到塑性變形，減少金屬板胚料應力分佈不均勻的情形，降低金屬板胚料的反彈量大小。
[先前技術部分]
10,10’,10”‧‧‧彎形模具
11,11’,11”‧‧‧胚料
12,12’,12”‧‧‧母模
121,121’,121”‧‧‧成形模面
13,13’,13”‧‧‧彎形沖頭
14‧‧‧壓料板
15‧‧‧胚料頂出板
[本發明部分]
20,20’,20”‧‧‧彎形模具
21‧‧‧下模
211,211’,211”,211a‧‧‧母模
2111,2111’,2111”,2111a‧‧‧成形模面
22,22’,22”‧‧‧上模
221,221’,221”‧‧‧彎形沖頭
2211‧‧‧工作部
23,23’,23”‧‧‧料件安置件
24‧‧‧胚料頂出板
A,A’,A”‧‧‧胚料
B‧‧‧模座
C‧‧‧壁面轉折處
C1,C1’,C1”‧‧‧壁面轉折處及其鄰近的壁面區域
D‧‧‧轉折部
D1,D1’,D1”‧‧‧轉折部及其鄰近的表面區域
F,F’,F”‧‧‧微結構截面形狀
G1,G1’,G1”,G2,G2’,G2”‧‧‧微結構
圖1A-1C為先前技術之V形彎曲型式的彎形模具及其沖壓過程示意圖。
圖2A-2C為先前技術之L形彎曲型式的彎形模具及其沖壓過程示意圖。
圖3A-3C為先前技術之U形彎曲型式的彎形模具及其沖壓過程示意圖。
圖4A為本發明一實施例之彎形沖頭對胚料彎形作業前的示意圖。
圖4B為圖4A之彎形模具其彎形沖頭對胚料金屬板材進行彎形作業的局部示意圖。
圖5為本發明之U形彎形模具實施例中其彎形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構位置的剖面示意圖。
圖6為圖5之彎形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構實施例的立體剖面示意圖，其沖頭的微結構為交叉溝槽排列、母模的微結構為斜向平行排列。
圖7為本發明之彎形沖頭與母模之微結構實施例之成形為曲面時母模的微結構實施例的示意圖。
圖8為本發明之彎形沖頭與母模的微結構截面形狀為V型交叉溝槽實施例的剖面示意圖。
圖9為本發明之彎形沖頭與母模的微結構截面形狀為方型交叉溝槽實施例的剖面示意圖。
圖10為本發明之彎形沖頭與母模的微結構截面形狀為弧形交叉溝槽實施例的剖面示意圖。
圖11為本發明之彎形沖頭的微結構呈斜向平行排列分布示意圖。
圖12為本發明之彎形沖頭的微結構呈交叉排列分布示意圖。
圖13為本發明之彎形沖頭的微結構呈水平平行排列分布示意圖。
圖14為本發明之彎形沖頭的凹坑式微結構呈均勻分布示意圖。
圖15為本發明之V形彎形模具實施例中其彎形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構位置示意圖。
圖16為本發明之L形彎形模具實施例中其彎形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構位置示意圖。
圖17為圖15之彎形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構為V型 交叉溝槽實施例的剖面示意圖。
茲配合圖式說明本發明之實施例如下。
首先請參照圖4A繪示之本發明一實施例之彎形沖頭對胚料彎形作業前的示意圖，以及圖4B所示之圖4A之彎形模具其彎形沖頭對胚料金屬板材進行彎形作業的局部示意圖。本實施例中，該彎形模具20係適用於一般的沖壓加工設備，用以彎曲成形一胚料A(一般為金屬板材)，該沖壓加工設備的相關機構及運作原理為本領域技術人員所熟知，故不贅言。本發明之彎形模具20，係包含：下模21、上模22及料件安置件23。該下模21包括一母模211，該母模211設置在一模座B上，包含有一成形模面2111；該下模21亦包括一配置於成形模面2111內及胚料A底部之頂出機構(圖中未示)的胚料頂出板24，讓胚料A塑形及脫模。該上模22包含有一彎形沖頭221，該彎形沖頭221運用沖壓機(圖中未示出)的動力，以一往復動作行程加壓置放在該母模211上的胚料A，該彎形沖頭221包含一沖壓時接觸胚料的工作部2211。該一料件安置件23係設置在該上模22與該下模21之間，用以定位或壓制設置於該母模211上的胚料A，以便彎形沖頭221沖壓在胚料A上的正確的加工位置，前述成形模面2111表面(有效的成形工作表面)上或該工作部2211表面(有效的成形工作表面)上或該成形模面2111與該工作部2211表面上設置有多數個微結構G1、G2。此些微結構G1、G2的大小及深度會因胚料A的硬度、彎曲模具尺寸等因素而有所不同，但只要是設置在前述成形模面2111表面及/或工作部2211表面上，可在沖壓成形時維持應有的彎曲模具強度並降低胚料A與彎形模具的摩擦力者，均為本發明所涵蓋的範圍。
請再參照圖5所繪示的本發明之U形彎形模具實施例中其彎形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構位置示意圖、圖6所示 之圖5之彎形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構實施例的示意圖。在本實施例中，其彎形沖頭221的微結構G2為交叉排列、母模211的微結構G1為斜向平行排列，但實際應用時並不限於此實施態樣。胚料A係由料件安置件23(壓料板)定位並壓固於母模211上，彎形沖頭221對應於母模211之的成形模面2111中間向下沖壓，並以一頂出機構(圖中未示)的胚料頂出板24頂抵。該成形模面2111至少具有一壁面轉折處C，該些多數個母模211的微結構G1係設置於該壁面轉折處及其鄰近的壁面區域C1上，該工作部2211的表面至少具有一轉折部D，該些多數個彎形沖頭221的微結構G2係設置於該轉折部及其鄰近的表面區域D1上。
再請參見圖7所示的本發明之母模之微結構實施例之成形 曲面實施例的示意圖。母模211a上的成形模面2111a為曲面或不規則面，而前述微結構G1係可為多數個凹坑的樣式。當然，圖中未示出的其對應的彎曲沖頭也可對應成形模面2111a而具有相同的曲面及凹坑式微結構特徵。另外，前述微結構G1係可為多數個溝槽的樣式或多數個凹坑的樣式、或組合多數個溝槽及多數個凹坑的樣式。再者，前述的溝槽型微結構係可呈互相交錯排列或互相平行排列的態樣。呈多數個凹坑狀(可大抵為圓形、橢圓形、方形、其他幾何形狀及其它不規則形狀)的微結構係適用於設置在具有曲面的成形模面表面或曲面、不規則面的工作部表面，但不以此應用為限，換言之，以現今的加工技術，在曲面或不規側面上加工出溝槽型微結構，或是在平面上加工出圓形、橢圓形、方形、其他幾何形狀及其它不規側形狀的凹坑也是不成問題的。
請再參見圖8所示之本發明之彎形沖頭與母模的微結構截 面形狀為V型交叉溝槽實施例的剖面示意圖、圖9所示之本發明之彎形沖頭與母模的微結構為方型交叉溝槽實施例的示意圖以及圖10所示之本發明之彎形沖頭與母模的微結構為弧形交叉溝槽實施例的示意圖。在圖8實施 例中，該些母模211的微結構G1或該些彎形沖頭221的微結構G2的交叉溝槽之微結構截面形狀F為大抵V型、在圖9實施例中該些母模211的微結構G1或該些彎曲沖頭221微結構G2的交叉溝槽之微結構截面形狀F’為方型、在圖10實施例中，該些母模211的微結構G1或該些彎曲沖頭221微結構G2的交叉溝槽之微結構截面形狀F”為弧形。
請繼續參照圖11所示，本實施例為本發明之彎形沖頭211 上的轉折部及其鄰近的表面區域D1中的多數個表面微結構G2設置成與彎形沖頭211的沖壓方向呈斜向平行排列分布的示意圖；圖12所示的實施例為本發明之彎形沖頭211上的轉折部及其鄰近的表面區域D1中的多數個表面微結構G2設置成與彎形沖頭211的沖壓方向呈交叉排列分布的示意圖；圖13所示的實施例為本發明之彎形沖頭211上的轉折部及其鄰近的表面區域D1中的多數個表面微結構G2設置成與彎形沖頭211的沖壓方向呈垂直排列分布(即彼此互呈水平排列)的示意圖；圖14所示的實施例為本發明之彎形沖頭211上的轉折部及其鄰近的表面區域D1中的凹坑型態的多數個表面微結構G2呈均勻分布的示意圖。
值得一提的是，前述的多數個表面微結構G2彼此的間隔可 為大抵均勻分布，並不要求間隔必須完全精確。此外，凹坑型態的微結構表面形狀可概為圓形，但不僅只限於圓形，亦可概為橢圓形、方形及其它形狀。另外，前述諸實施例雖以彎形沖頭211的微結構G2為例，但也可同樣對照適用於母模12上的微結構G1的設置。
在圖15所示之實施例中，其為本發明之V形彎形模具之彎 形沖頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構位置示意圖。在此彎形模具20’中，該胚料A’係由料件安置件23’(定位板)定位於母模211’上，沖頭221’對應於母模211’之V形的成形模面2111’向下沖壓以使胚料A’彎曲成形。該些多數個母模的微結構G1’係設置於該成形模面2111’的該壁面轉 折處及其鄰近的壁面區域C1’上，該些多數個沖頭的微結構G2’係設置於該轉折部及其鄰近的表面區域D1’上。
在圖16所示之實施例，其為本發明之L形彎形模具彎形沖 頭的工作部表面與母模的成形模面之微結構位置示意圖。在此彎形模具20“中，該胚料A“係由料件安置件23”(壓料板)壓制固定於母模211“上，彎形沖頭221”對應於母模211”之L形的成形模面2111”旁側，並向下沖壓以使胚料A”彎曲成形。該些多數個微結構G1”係設置於該成形模面2111”的該壁面轉折處及其鄰近的壁面區域C1”上，該些多數個微結構G2”係設置於該轉折部及其鄰近的表面區域D1”上。圖17中所示為加工過程中，該轉折部及其鄰近的表面區域D1”上的V型多數個微結構G1”及V型多數個微結構G2”的相對設置位置的部面示意圖。
在一實施例中，該壁面轉折處C之相鄰的兩壁面間係可呈 一夾角(可為直角、銳角或鈍角)，也可以是相鄰兩壁面間具有一圓角、具有一凹角或具有一斜角等態樣。
值得一提的是，在一實施例中，成形模面上和工作部的表面 上的微結構係可傾斜、垂直於沖壓方向設置，或傾斜、垂直於該成形模面的邊緣而設置。
在一實施例中，該些微結構為間隔排列。
綜上所述，本發明至少具有下列優點：本發明在彎形沖頭的 工作部表面、或彎形沖頭的工作部表面與對應之母模的成形模面上所設置的微結構係傾斜於沖壓方向設置的交叉溝槽、垂直於沖壓方向設置的平行溝槽、及各種形狀凹槽，可在彎形時降低加工的胚料與彎形模具之的摩擦力，使金屬板胚料在彎曲成形時儘可能地全部達到塑性變形，減少金屬板胚料應力分佈不均勻的情形，降低金屬板胚料的反彈量大小。
前述本發明所採用的技術手段之實施方式或實施例，並非用 來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
211‧‧‧母模
2111‧‧‧成形模面
221‧‧‧彎形沖頭
2211‧‧‧工作部
23‧‧‧料件安置件
A‧‧‧胚料
G1,G2‧‧‧微結構

Claims (15)

  1. 一種具表面微結構之彎形模具，適用於沖壓加工以彎曲成形一胚料，該彎形模具包含：一下模，係設置於一模座上，該下模包括一母模，該母模包含有一成形模面；一上模，係包含一彎形沖頭，該彎形沖頭以一往復動作行程沖壓置放在該母模上的胚料，該彎形沖頭包含一沖壓時接觸胚料的工作部；以及一料件安置件，係設置於該上模與該下模之間，用以定位或壓制設置於該母模上的胚料；其中，該成形模面的表面上及/或該工作部的表面上係設置有多數個微結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的彎形模具，其中該些微結構係為多數個溝槽或多數個凹坑或組合多數個溝槽及多數個凹坑的樣式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的彎形模具，其中該成形模面至少具有一壁面轉折處，該些多數個微結構係設置於該壁面轉折處及/或其鄰近的壁面區域上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的彎形模具，其中該工作部的表面至少具有一轉折部，該些多數個微結構係設置於該轉折部及/或其鄰近的表面區域上。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的彎形模具，其中該壁面轉折處之相鄰兩壁面間係呈一夾角、具有一圓角、具有一凹角或具有一斜角。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的彎形模具，其中該些微結構為間隔排列。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的彎形模具，其中該些溝槽型微結構呈互相交錯或互相平行排列。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的彎形模具，其中該些凹坑型微結構的表面形 狀大抵為圓形、橢圓形、方形或不規則形狀。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的彎形模具，其中該些微結構的截面形狀大抵為方型、V型或弧形。
  10. 一種彎形沖頭，包含一接觸胚料的工作部，該工作部周圍表面包含有多數個微結構。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的彎形沖頭，其中該些微結構係為多數個溝槽或多數個凹坑或組合多數個溝槽及多數個凹坑的樣式
  12. 如申請專利範圍第11項所述的彎形沖頭，其中該些微結構為間隔排列。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的彎形沖頭，其中該些溝槽型微結構呈互相交錯或互相平行排列。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的彎形沖頭，其中該些凹坑型微結構的表面形狀大抵為圓形、橢圓形、方形或不規則形狀。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的彎形沖頭，其中該些微結構的截面形狀大抵為方型、V型或弧形。
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