TW202325434A

TW202325434A - 複合金沖棒

Info

Publication number: TW202325434A
Application number: TW111120422A
Authority: TW
Inventors: 林國成; 林慶維; 林宜良
Original assignee: 承昌鎢鋼製品有限公司
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-07-01
Also published as: TWI800394B

Abstract

本發明為一種複合金沖棒，其包含抗磨端，位於複合金沖棒一端，具有抗磨特性；及韌性端，鄰接抗磨端，抗磨端硬度大於韌性，本發明抗磨端使用高硬度材料，韌性採用高韌性材料，使加工部位能有足夠強度，於持續撞擊下不易變形。

Description

複合金沖棒

本發明涉及一種沖棒，特別是指一種複合金沖棒。

許多不同類型的工具已使用於金屬成型應用中，例如機械加工、金屬切割、粉末壓實、金屬雕刻、銷沖鍛、組件組裝等。沖棒以及沖模係金屬成型工具之代表性類型，用於刺穿、沖孔以及金屬性與非金屬性工件的成型。

沖棒為冷沖壓模具中的重要配件，模具沖棒一般採用高速鋼和鎢鋼作為材質，有高速鋼沖棒和鎢鋼沖棒等。沖棒是安裝在沖壓模具上進行連續沖裁沖斷作業，使被加工材料發生分離或塑性變形，進而獲得所需的成品或半成品。根據工作時所處的位置可分為前沖棒和後沖棒；根據沖棒的作用又可以分為：整形沖棒、定位沖棒、引孔沖棒、成型沖棒、拉伸沖棒、開槽沖棒、打孔沖棒等；根據形狀可以分為：圓沖棒、四角沖棒、五角沖棒、六角沖棒、八角沖棒、十二角沖棒、梅花沖棒、子母沖棒、星型沖棒等異型沖棒。

鎢鋼沖棒是近年來少數企業能生產的新品，主要是採用硬質合金生產，對材料的韌性要求很高，生產時的技術門檻也比較高，生產成本也很高，普遍用於不銹鋼冷沖壓行業和重拉深領域。

經濟社會發展對生產效率的要求，高性能沖棒使用普及廣泛，以鎢鋼沖棒也就是硬質合金沖棒使用居多。硬質合金沖棒的良好特性在很大程度上超越了高速鋼沖棒。精密模具配套使用的硬質合金沖棒精度要求高，還有產品的一致性，要求批量生產的每一款沖棒都按照尺寸精度公差要求，能夠實現模具使用壽命最大化。作為模具配套使用的硬質合金沖棒，產品的一致性也很關鍵。

衝壓模具工作都是持續作業，對沖棒的使用壽命要求就成為了重點。根據衝壓的材質及厚度的不同，要選擇不同的合金材料，一般情況下，被衝壓產品越厚，硬質合金要選擇硬度越低韌性越好的型號。材質越硬，硬質合金相對來說也要選擇稍微硬度低一些的型號，這樣可以有效的避免沖棒被沖缺。而衝壓比較薄的板材，或是硬度不高的，這種產品的孔加工，硬質合金沖棒可用硬度高一些的，這樣就可以提高沖針的使用壽命。

目前業界為減少因大量、快速沖切時，模具隨著沖切而耗損的問題，一般是使用硬度高、不易損耗之碳化鎢作為公模的製材，以減少損耗、延長其使用壽命。以沖棒為例，傳統上使用全鎢鋼沖棒，因其硬度與剛性極大，故韌度與延展性亦低，因此當沖擊時，全鎢鋼沖棒由於末端韌性不足，易造成斷裂情況。

針對以上問題，對現有沖棒進行改進是非常必要的。

有鑑於上述習知技術的缺點，根據本發明之一實施例，提出一種複合金沖棒，其包含抗磨端，位於複合金沖棒前端具有抗磨特性；以及韌性端鄰接抗磨端作為延伸端，抗磨端的硬度大於韌性端。

以一較佳實施例，其中包含抗磨端與韌性端係一體成形製作而成，抗磨端與韌性端具有不同碳化鎢合金成分與硬度。

以一較佳實施例，其中韌性端的韌性大於抗磨端。

以一較佳實施例，其中抗磨端之硬度與韌性端之硬度梯度為非連續變化。

以一較佳實施例，抗磨端成份範圍包含鈷(Co)5至26%、碳化鎢(WC)74至94%，碳化鉻(Cr3C2)或其它微量元素1至3%。

以一較佳實施例，韌性端成份範圍包含鈷(Co)5至26%、碳化鎢(WC)73至94%，碳化鉻(Cr3C2)或其它微量元素1至3%。

以一較佳實施例，抗磨端硬度(HRA)範圍為88至92。

以一較佳實施例，韌性端硬度(HRA)範圍為80至88。

以上所述係用以說明本創作之目的、技術手段以及其可達成之功效，相關領域內熟悉此技術之人可以經由以下實施例之示範與伴隨之圖式說明及申請專利範圍更清楚明瞭本發明。

本發明將以較佳之實施例及觀點加以詳細敘述。下列描述提供本發明特定的施行細節，俾使閱者徹底瞭解這些實施例之實行方式。然該領域之熟習技藝者須瞭解本發明亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外，文中不會對一些已熟知之結構或功能或是作細節描述，以避免各種實施例間不必要相關描述之混淆，以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋，即使其與本發明某特定實施例之細節描述一起使用。

根據本發明所提出之複合金沖棒，如圖1-2所示，複合金沖棒100係採用梯度硬質合金製作，亦即將兩種材料組合在一起，將材料以粉體方式分段壓模後燒結，沖棒前端使用硬度較高較耐磨的材料，而其後端則用韌性較佳的材料。這種方式所製作的複合金沖棒，其加工部位能有足夠的強度能忍受不間斷的衝擊，同時加工部位因係以硬質合金作為材料，於加工機持續撞擊下不易變形。

請參考圖1，其顯示根據本創作一較佳實施例所提出之複合金沖棒100的立體圖，本發明沖棒具有複數層硬質合金，包含抗磨端101位於複合金沖棒100的前端，具有硬度高、抗磨特性，上述抗磨端101亦可稱為抗磨層；一韌性端103，鄰接抗磨端101作為延伸端，韌性端103之韌性大於抗磨端101，韌性端103亦可稱為韌性層。上述抗磨端101與加工材料和加工機台接觸的部分為較硬的硬質合金，上述韌性端103為韌性較佳的硬質合金，用以耐受加工機台的衝擊外力，使其不至於因衝擊外力過大導致加工部損傷或變形，影響成品公差精度。其中上述抗磨端之硬度大於上述韌性端。

圖2顯示本發明所提出之複合金沖棒100的剖面圖，其顯示上述抗磨端101跨越韌性端103介面之剖面示意圖。

本發明所提之複合金沖棒，其概念為對該沖棒的前端加強硬度，使其更耐磨，而對其後端加強韌性，使其於衝擊時更具承受度。複合金沖棒100的截面形狀可以為圓形、半圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形(例如五邊形、六邊形、八邊形、十二邊形、十六邊形、三十二邊形等)、梅花形、星形。

根據本發明的實施例，複合金沖棒的製作方式係透過鍛造時的加工，藉由衝擊或擠壓的方式，將金屬粉體材料塑型，以達到複合金沖棒的所需的機械特性與形狀，由於金屬粉體材料在鑄壓過程中透過強迫塑型，使得金屬粉體材料於製作過程中達到細密化、均質化、具韌性與耐衝擊等機械特性，進而使製作出的沖棒符合加工中所需的強度。其中，以鍛造的技術手段將複合金沖棒加工成型的目的有二，其分別為「鍛鍊」與「成型」。

根據前述「鍛鍊」而言，目的有下列兩點：其一在於消除材料內部的瑕疵，如縮孔、氣孔等，尤其在鍛造的過程中，若材料內部瑕疵處理不當，則會影響到成品時實際的硬度與韌性；其二在於改善晶體結構，使材料在微觀結構結合的更緊密。此外，「成型」則是將粉體材料轉變為所需之形狀，其目的在於節省機械切削加工所耗費的能源、材料與時間。

根據本發明的實施例，複合金沖棒之製造係為依照每一層之硬度與韌性之需求，將金屬材料粉體以適當比例分層調配後，依據複合金沖棒之設計將韌性層之金屬材料粉體預壓成型，接著將抗磨層之金屬材料粉體填於其上再次加壓成型，使得複合金沖棒具有硬度與韌性梯度的性質。

根據本發明的實施例，其中包含抗磨端與韌性端的沖棒係一體成形製作而成，抗磨端與韌性端具有不同碳化鎢合金成分與硬度。

根據本發明的實施例，碳化鎢(WC)在燒結的過程中所形成的粒徑大小可以透過添加碳化鉻(Cr3C2)來控制。在燒結過程中，碳化鎢(WC)粉粒為了形成一完全密實之材料，需於液相燒結的過程中，經由溶解再析出的過程結合並長大，而為了控制其粒徑的大小與長大的速度，需要添加碳化鉻。以一實施例而言，上述碳化鉻亦可以由碳化釩(VC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)或碳化鈮(NbC)等微量元素碳化物取代。

根據本發明之較佳實施例，上述抗磨端101之成份範圍為：鈷(Co)5至26%，碳化鎢(WC)74至94%，碳化鉻(Cr3C2)或其它微量元素1至3%。

根據本發明之較佳實施例，上述韌性端103之成份範圍為：鈷(Co)5至26%，碳化鎢(WC)73至94%，碳化鉻(Cr3C2)或其它微量元素1至3%。

根據本發明之較佳實施例，上述複合金沖棒100中之碳化鎢(WC)粒徑大小為0.5至15µm。

根據本發明之較佳實施例，該前端或抗磨層101之硬度與韌性層103之硬度梯度為非連續變化。

根據本發明之較佳實施例，上述前端或抗磨層101之硬度(HRA)範圍為88至92。

根據本發明之較佳實施例，上述延伸端或韌性層103之硬度(HRA)範圍為80至88。

圖3顯示一複合金沖棒100施作於一模具的裝置設置示意圖，其中被加工件201，例如被衝壓件由一夾具203承載固定，被衝壓件由一複合金沖棒100對該被衝壓件進行加工。上述沖棒，其係由前端硬度大之抗磨端101與後端韌性高之韌性端所製作成的複合金沖棒，其具有硬度與韌性梯度的性質。

以上實施例僅用以說明本創作的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本創作及其效益進行詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本創作權利要求的範圍。

100:複合金沖棒 101:抗磨端 103:韌性端 201:被加工件 203:夾具

［圖1］顯示根據本發明一較佳實施例所提出之複合金沖棒的立體圖。

［圖2］顯示根據本發明一較佳實施例所提出之複合金沖棒的剖面圖。

［圖3］顯示根據本發明一較佳實施例所提出之複合金沖棒施作於一模具的裝置設置示意圖。

100:複合金沖棒

101:抗磨端

103:韌性端

Claims

一種複合金沖棒，其包含：一抗磨端，位於該複合金沖棒一端具有抗磨特性；以及，一韌性端，鄰接該抗磨端作為延伸，該抗磨端的硬度大於該韌性端，該韌性端的韌性大於該抗磨端；其中該抗磨端與該韌性端具有不同碳化鎢合金成分，其中該抗磨端包含碳化鎢74至94%。
如請求項1所述之複合金沖棒，其中該抗磨端包含鈷、碳化鎢、碳化鉻，硬度(HRA)範圍為88至92。
如請求項2所述之複合金沖棒，其中該韌性端包含鈷、碳化鎢、碳化鉻，硬度(HRA)範圍為80至88。
如請求項1所述之複合金沖棒，其中該韌性端包含碳化鎢73至94%。
如請求項1所述之複合金沖棒，其中該複合金沖棒的截面為圓形、半圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形、梅花形、星形。
如請求項1所述之複合金沖棒，其中該抗磨端之硬度與該韌性端之硬度梯度為非連續變化。
一種複合金沖棒，其包含：一抗磨端，位於該複合金沖棒一端具有抗磨特性；以及，一韌性端，鄰接該抗磨端作為延伸，該抗磨端的硬度大於該韌性端，該韌性端的韌性大於該抗磨端；其中該抗磨端硬度(HRA)範圍為88至92，該韌性端硬度(HRA)範圍為80至88；其中該抗磨端與該韌性端具有不同碳化鎢合金成分。
如請求項7所述之複合金沖棒，其中該抗磨端包含碳化鎢74至94%。
如請求項8所述之複合金沖棒，其中該韌性端包含碳化鎢73至94%。
如請求項7所述之複合金沖棒，其中該抗磨端之硬度與該韌性端之硬度梯度為非連續變化。