TW201545826A - 下模具有微結構的引伸模具 - Google Patents

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Bai-Cun Lin
Jun-Zhi Guo
Kun-Ming Huang
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    • B21J5/025—Closed die forging

Abstract

一種下模具有微結構的引伸模具，包含一下模。其係固定於一下模座上，協同一壓料板以夾持一板材，並透過與下模作相對運動的一沖頭，對該板材進行引伸加工，其中該下模的頂部工作面、肩部表面及模穴側壁表面包含多個凹陷於該些表面的微結構或下模於引伸作業時接觸到板材的表面包含有多個凹陷於該表面的微結構。

Description

下模具有微結構的引伸模具
本發明是有關於一種具有微結構的引伸模具，且特別是有關於一種在下模表面具有凹陷的微結構的引伸模具。
引伸成形為應用引伸模具將平板胚料(例如板材)沖壓成形出所需之產品造型。請參照圖1A~圖1D所示為先前技術之引伸模具對板材胚料加工的結構流程圖。圖1E所示成品20各個部位之應力示意圖。圖1A係一先前技術之引伸模具10，包含有下模座11、下模12、頂出裝置13、定位板14、壓料板15、上模座16、沖頭17及上模固定板18。下模12固定於該下模座11，協同一壓料板15以夾持一板材19，並與對應的沖頭17協同對板材19進行引伸加工。圖1B繪示在引伸模具10工作的過程中，壓料板15跟隨行程的下降而碰到板材19的過程。圖1C繪示引伸過程中，沖頭17壓迫板材19的成形過程。圖1D繪示加工完成後，成品20並被頂出裝置13頂出的情形。圖1E繪示板材19成形為一成品20之引伸過程時，成品20各個部位之應力示意圖。
請再參照圖1C、圖1D及圖1E。前述引伸模具10中，當板材19之胚料在成形為具有杯或筒狀造型的成品20(此處以杯造型為例)時，沖頭17施加於板材19的引伸力Fa必須克服板材應變所需的應變力f1、壓料板15與板材19間的摩擦力f2及板材19與下模12間的摩擦力f3。另外，在沖頭17 向下成形，板材19逐漸成形為成品20時，其外緣面201逐漸縮小；同時，其頂部202的厚度逐漸增厚。當壓料板15施於其頂部202的壓料力Fb不足以抗衡該處周向壓縮應力時，頂部202會發生皺摺現象。此外，該壓料力Fb會影響壓料板15與板材19間摩擦力及板材19與下模12間摩擦力的大小。
再一方面，成形中成品20側壁204受沖頭17引伸力，其側壁204厚度會逐漸薄化；當側壁204的應力超過其材料強度時，在側壁204接近底部205的地方會發生破裂情形。
本發明的目的在於提供一種降低下模與板材間摩擦力讓板材胚料成形後的厚度趨向於較均勻並提昇成形性之引伸模具。
為達成前述目的，本發明下模具有微結構的引伸模具技術手段包括：一下模，其係固定於一下模座上，協同一壓料板以夾持一板材，並透過與下模作相對運動的一沖頭，對板材進行引伸加工，其中該下模的頂部工作面、肩部表面及側壁表面包含多個凹陷於該些表面的微結構。
在一實施例中，該下模的頂部工作面、肩部表面及側壁表面包含多個凹陷於該些表面的微結構。
在一實施例中，微結構的配置形態包含不規則形態或如陣列形態、放射狀形態或多個環狀形態。
在一實施例中，微結構的凹陷表面形狀包含不規則形狀或如三角形、方形、梯形、橢圓形、圓形或環形的幾何形狀。
在一實施例中，微結構的凹陷截面形狀包含不規則形狀或如三角形、方形、梯形、半橢圓形或半圓形的幾何形狀。
在一實施例中，微結構的凹陷空間內可保持空氣或充填潤滑油。
在一實施例中，該下模於引伸作業時接觸到板材的表面包含多個凹陷於該表面的微結構。
本發明包含如下的特點：有別於習知下模之結構，本發明所提供之具有凹陷微結構的下模，可於壓料板夾持板材胚料及沖頭對板材胚料進行引伸成形加工時，利用壓料板及沖頭加壓該板材胚料，使該板材胚料緊密接觸該下模的微結構，並在具有該微結構的表面上引伸，因分佈有微結構的下模表面降低板材胚料與下模間的摩擦力，因而降低沖頭引伸力，使得板材胚料的成品厚度變化變小(即厚度較均勻)，進而提昇引伸模具的成形性。
10‧‧‧引伸模具
11‧‧‧下模座
12‧‧‧下模
13‧‧‧頂出裝置
14‧‧‧定位板
15‧‧‧壓料板
16‧‧‧上模座
17‧‧‧沖頭
18‧‧‧上模固定板
19‧‧‧板材
20‧‧‧成品
201‧‧‧外緣面
202‧‧‧頂部
203‧‧‧肩部
204‧‧‧側壁
205‧‧‧底部
30‧‧‧引伸模具
31‧‧‧下模
311‧‧‧模穴
312‧‧‧頂部
3121‧‧‧頂部工作面
313‧‧‧肩部
3131‧‧‧肩部表面
314‧‧‧模穴側壁
3141‧‧‧側壁表面
32‧‧‧下模座
33‧‧‧沖頭
331‧‧‧上模座
332‧‧‧上模固定板
34‧‧‧定位板
35‧‧‧壓料板
40,40’‧‧‧微結構
40a,40b,40c,40d,40e,40f‧‧‧微結構
40I,40II,40III,40IV,40V,40VI‧‧‧微結構
Fa‧‧‧引伸力
Fb‧‧‧壓料力
f1‧‧‧應變力
f2,f3,f3’‧‧‧摩擦力
T‧‧‧厚度
L‧‧‧潤滑油
P‧‧‧成品
W‧‧‧板材
圖1A~圖1D為先前技術之引伸模具對板材胚料加工的結構流程圖；圖1E為板材在成形為成品過程中各個部位之應力示意圖；圖2為本發明一實施例之下模具有微結構的引伸模具之進行引伸前的結構剖面示意圖；圖3為圖2之局部放大圖；圖4為本發明一實施例之下模具有微結構的引伸模具之進行引伸時的結構剖面示意圖；圖5為圖4的局部放大圖；圖6A至圖6D為本發明之在下模表面形成的微結構之不同形態實施例的配 置圖案示意圖；圖7A至圖7G為為本發明一實施例之在下模表面形成的微結構之不同的凹陷輪廓形狀實施例的示意圖；圖8A至圖8F為本發明一實施例之在下模表面形成的微結構之不同的凹陷截面形狀實施例的示意圖。
茲配合圖式說明本發明之實施例如下。
請先參照圖2、圖3所示。本實施例的引伸模具30包括：一下模31，其係固定於一下模座32上，下模31上設置有一用以定位落料之待加工的板材W的定位板34；一沖頭33固定於一上模座331下方的上模固定板332上；在沖頭33與下模31之間設置有可隨上模固定板332移動的壓料板35。該下模31可協同與該下模31作相對運動的一沖頭33，對一板材W進行引伸加工，該下模31包含一模穴311，一模穴311外圍的頂部312、與該頂部312鄰接的一肩部313及與該肩部313另一側鄰接的一模穴側壁314，該下模31與板材W接觸的頂部工作面3121(該頂部312之部分區域)以及肩部表面3131包含多個凹陷於該些表面的微結構40。在另一實施例中，進一步在模穴側壁314之部分區域的側壁表面3141也包含有凹陷的微結構40’。
再請參照圖4、圖5所示，當引伸模具30進行引伸時，該沖頭33下移至該模穴311中，藉以引伸置於該下模31上的板材W，該板材W此時係落料在定位板34所限定的覆蓋該模穴311之待引伸位置上。在沖頭33向下作用於模穴311上方的板材W時，由於相對於模穴311位置外圍的板材W係被早一步下降的壓料板35協同固定的下模31夾持之故，所以當沖頭33持續下 拉時，將使板材W產生引伸應變，以形成圓筒形側壁；透過下模31頂部工作面3121、肩部表面3131的微結構40(及與側壁工作面314的微結構40’)，其可低減下模31與板材W間的摩擦力f3’，進而降低沖頭33成形板材W所需之引伸力。因而使板材W所受到沖頭33的引伸力下降，同時讓板厚變薄的作用力減緩，而使側壁的厚度T趨向較均勻，並讓引伸模具30有較好的成形性。
在一實施例中，該下模31的頂部工作面3121、肩部表面3131及側壁表面3141包含多個凹陷的微結構(40,40’)(如圖3所示)。
續請參照圖6A~圖6D所示。在一實施例中，在頂部工作面3121、肩部表面3131上所形成的微結構40及側壁表面3141上所形成的微結構40’的配置圖案包含不規則形態(如圖6A所示)或如陣列形態(圖6B示出)、放射狀形態(圖6C示出)或多數個環狀形態(圖6D示出)。
請參照圖7A~圖7G所示。在一實施例中，微結構(40,40’)在頂部工作面3121、肩部表面3131、側壁表面3141所形成的凹陷輪廓形狀包含不規則形狀微結構40a(如圖7A所示)或如三角形微結構40b(如圖7B所示)、方形微結構40c(如圖7C所示)、梯形微結構40d(如圖7D所示)、橢圓形微結構40e(如圖7E所示)、圓形微結構40f(如圖7F所示)或環形微結構40g(如圖7G所示)的幾何形狀。
再請參照圖8A~圖8E所示。在一實施例中，下模31表面之下凹的微結構(40,40’)的凹陷截面形狀包含不規則形狀微結構40I(如圖8A所示)或如三角形微結構40II(如圖8B所示)、方形微結構40III(如圖8C所示)、梯形微結構40IV(如圖8D所示)、半橢圓形微結構40V(如圖8E所 示)或半圓形微結構40VI(如圖8F所示)的幾何形狀。
如圖8E、圖8F所示。在一實施例中，微結構40V的凹陷空間內可保持開放而與空氣接觸，以使空氣充滿其中(圖8E)，或者將微結構40VI的空間充填潤滑油L(圖8F示出)。
必需陳明的是，前述各實施中的本發明所提出之成形於下模表面的下凹「微結構」，其輪廓的直徑尺寸大小、下凹的深度以及微結構之間的間距大小，係取決於欲成形的成品的尺寸、結構和精度、對應於該成品的該引伸模具的尺寸、結構和精度，以及所應用之板材的材料特性等等，然而，舉凡在不會對加工板材表面造成刻痕或刮痕的前提下，各種輪廓尺寸、輪廓間距以及凹陷深度都屬於本發明所定義並請求保護之微結構所涵蓋的範圍。
相對於先前技術，本發明的優點包含：本發明所提供之具有凹陷微結構的下模，在壓料板夾持板材胚料及沖頭對板材胚料進行引伸成形加工時，利用壓料板及沖頭加壓該板材胚料，使該板材胚料緊密接觸該下模的微結構，並在具有該微結構的表面上引伸，因分佈有微結構的下模表面可降低板材胚料與下模表面間的摩擦力，因而降低沖頭引伸力，使得板材胚料的成品厚度變化變小(即厚度較均勻)，進而提昇引伸模具的成形性。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。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。
31‧‧‧下模
311‧‧‧模穴
312‧‧‧頂部
3121‧‧‧頂部工作面
313‧‧‧肩部
3131‧‧‧肩部表面
314‧‧‧模穴側壁
3141‧‧‧側壁表面
34‧‧‧定位板
40,40’‧‧‧微結構

Claims (10)

  1. 一種下模具有微結構的引伸模具，包括：一下模，其係固定於一下模座上，協同一壓料板以夾持一板材，並透過與該下模作相對運動的一沖頭，對該板材進行引伸加工，該下模包含一頂部、與該頂部鄰接的一肩部及與該肩部另一側鄰接的一模穴側壁，其中，該頂部對應於該壓料板的區域之一頂部工作面及該肩部表面包含多個凹陷的微結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該模穴側壁的表面包含多個凹陷的微結構。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的配置圖案包含不規則形態。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的配置圖案包含陣列形態、放射狀形態或多個環狀形態。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的凹陷表面形狀包含不規則形狀。
  6. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的凹陷表面形狀包含三角形、方形、梯形、橢圓形、圓形或環形的幾何形狀。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的凹陷截面形狀包含不規則形狀。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的凹陷截面形狀包含三角形、方形、梯形、半橢圓形或半圓形 的幾何形狀。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的凹陷空間內係保持與空氣接觸。
  10. 如申請專利範圍第1或第2項所述的下模具有微結構的引伸模具，其中該些微結構的凹陷空間內係充填潤滑油。
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