TW213426B - - Google Patents

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五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 〔發明背景〕 ， 1 .發明領域 s本發明傺關於成形工具之製造方法，特別是用來形成 一個空腔的一個或多値表面的射出成形工具，而該空腔傜 用來模製塑膠元件所製成之元件，例如用於車輛之裝備（ trim)或車體元件。 ”成形工具”一詞傜用以包括（但非限於）射出成形 、吹模、擠壓、熱壓、以及模鑄工具等等。 在本說明書中使用了下列縮寫： C A D :電腦輔助設計 NC :數字控制或數字控制地，依據上、下文而定。 E DM :放電加工機製 2 .習知技術記述 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 製造一射出成形工具的一個習用法是利用NC機製一 塊矩形材料塊。舉例言之，在生産塑膠元件（例如車子之 保險桿）時，可依以下程序：首先用木材和樹脂材料製造 一艏陽母模（positive master model),而該材料之形 狀與要由工具製造的物品形狀一致。然後將母模利用縮放 機製技術（P an t 〇 g r a p h i c ma c h i n i n g t e c h n i q u e s )複製 成金屬工具毛坯（tool blank)以提供工具之一部份。之 後，陽母模被塗上一層適當材料（典型為玻璃強化塑膠） 所製之覆蓋層，當該覆蓋層從母模上移下來時，即提供製 造物品之負模（negative model)。因此，負模之表面形 本纸張尺度適用中國S家標準（CNS)甲4規恪（210 X 27公货） 82.3. 40,000 A6 B6 2134 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 狀與要製造之物品的形狀相應。然後，再度利用縮放機製 技術將上述表面形狀複製到第二金屬工具毛坯，以提供射 出成形工具之協作元件（cooperating port)。工具毛坯 通常是用鋁合金或銷製成，視要被射出成形工具所生産之 ‘物品數目而定。在上述之程序中，由於工具之協作元件偽 利用NC機製對工具毛坯機製而成（有時加上使用放電加 工機製技術之精加工），大型成形工具（例如用於車輔保 險桿之射出成形工具）所需之機製時間約需2至3艏月。 並霈加上生産木材和樹脂母模所需之時間，由於材料加工 不易，約需時間約六至十二週來生産木材和樹脂母模。製 造用於大型且形狀複雜物品（例如車輛保險桿）之成形工 具的成本相當高昂，而且採用傳統製造過程來製造成形工 具的時間長逹九値月。 另—種從一矩形材料塊體機製成形工具的習知方法是 使用傳統E D Μ技術，但這種技術相當耗時且成本高昂， 通常需要數週的連績E DM機製來得到所需形狀。 經濟郃中央標準居員工消費合作社印" 為了避免這些複雜且耗時之程序，申誚人考慮過利用 鑄造程序來製造成形工具，其中工具毛坯偽鑄成相近於工 具最终形狀之設定形狀，並使用EDM程序來對工具毛坯 進行某種程度之E DM操作。 用於製造禱造金屬形狀之鏵模（casting Bold)偽在 一鑄造模型（c a s t i n g m 〇 d e 1) 的周圍形成沙或沙/樹脂 混合物之泥漿。鑄造模型被放置到一膣架體内，而温合物 本纸張又度適用中SS家抒準（CNS)甲!規格（210 X 297公釐） 82.3. 40,000 213^ A6 B6 五、發明説明（） 則緊壓到該架體和铸造模型之間的空間並凝固。對於較大 的形成工具，沙混合物鑄模必須具有足夠的固有強度來支 撐可超過1 0噸之鑄造材料重量。因此，該混合物傷利用 高密度搗實技術而壓實在鍺造模型之周圍。由於需要壓實 •力，鑄造模型必須有足夠的硬度.以在壓實過程中維持所 需形狀，並提供一件所需形狀和尺寸之鏵件。此外，在鑲 成鑄模時，金屬可能含有鏵造缺陷，例如氣泡，會使鏵件 結構減弱。若是這缺陷不能改正，鏵件通常要刮，再重覆 鏵造程序。因此有需要生産一種在需要時可用以生産數個 鑄模之鑄造模型，恃別是當所需要之形狀相當大，而且外 形複雜時有其擾點，例如車輛或w h i t e g a Q d S元件及本體 面板。若是鑄造模型不能重複使用，必須重覆整値程序。 經濟部中央標準局與工消費合作社印- 為了提供具有所需物理性質之鑄造模型，通常是使用 木材和塑膠樹脂所製造和塑形所成之母模來做為鏵造模型 。由其本身的情形來看，母模可使之具所需之物理性質， 但是\如上所述，木材和塑膠樹脂材料很難加工，而且生 産成本高昂。此外，在汽車工業，由於本體和裝備元件形 联複雜以及其與附迓元伴之相互作用，本件和装備元件之 設計經常改變，此一在最终形狀的設計改變可緩慢實施（ 當使用木材和塑膠樹脂母模做為鑄造模型時）。 亦有考慮另一種製造鑄模之方法，其傜將低密度塑膠 泡綿（” STYROFOAM” ， 商標名）製成之本體塑成一鐙造 模型.並靠在泡綿模型塑成之表面上形成一膣由型砂（ 82.3. 40,000 <請先閲讀背面之注意事項再9寫本頁) 本纸張尺度这《1中國國家標準（CNS)甲4规洛（210 X 297公货） A6 B6 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再埔寫本頁) 經濟邾中央標準局员工消費合作社印*''取 molding sand)所製成之模。然而，由於所使用之塑膠泡 綿是相當開放的細胞狀結構，型砂會凝結到泡綿材料的表 面空腔之内，所以鑄造模型緊緊地與砂模結合。因此，低 密度泡綿鑲造模型必須留在其位置，並且在鏵造熱金屬時 ’能夠被燒光。但是它的壞處是在燃燒步驟會産生有毒氣體 (包含氰化物氣體），從環保的觀點是不好的。此外，由 於注入熱金屬時砂模的泡綿材料燃燒，熔融金屣與燃燒産 物之流向相反，可引起鑲造金屬内含雜質或孔洞。若是熱 金屬流入砂模之速度太慢，金羼會在表面形成局部較冷區 域，使得並非全部之鑄造模型之泡綿材料都可燒光，在鑄 件内會留有雜質。若是熱金屬之流速較快，由於要確保泡 綿材料全部燒光，在流動材料内部會産生波動，使其凝固 時溢出，但是在鑄造材料内會在成形時留下孔洞。在實際 上，雜質或孔洞之形成會是一項對可使用之低密度泡綿鑲 造模型的尺寸之限制。當模製件在泡綿鑄造模型上壓緊時 會流'入並充滿延伸到縳造模型表面之泡綿材料之細胞狀空 腔。砂模在砂/泡綿交界之表面因而是相當粗糙之構造， 商且在鑲造模型之泡綿燒掉之後即曝露在外。因此，使用 這種低密度泡綿製造模型所生産之鑄件具有相當粗糙的表 面，所以在用在産品製造之前需要部修整和一般表面機製 。此外，若是賁際之鑄件發現有雜質、氣泡或類似缺陷， 導致鑲件結構之弱點，就必須重複鑄造程序。然而，由於 鑄造模型已被真正的鑲造程序所毀，必須生産另一値鑄造 82.3. 40,000 本纸張尺度適用中國國家桴準（CNS)甲4规格（210 X 2S7公璉） 2134 r A6 B6 五、發明説明（） 模型，對於整個過程而言憑添延遲和成本。 另一主要的缺點是當型砂衝擊低密度泡線材料模型時 會使後者形變。 形變之程度是不均勻的，而且很難預測。若是其模型 ’是用於製造高精度模子，在鑄造模型必須有額外的公差， 而且剩餘材料（典型上其厚度為2 Omm)係利用適當機 製技術移去。對於陽模而言，鑄造模形之形變可變成非常 重要，因為真正鏵造模型可能材料不夠，亦即所産生之鑲 造之尺寸不當，整個鑄造程序必須重複，包括泡綿鑄造模 型之重製。 低密度塑謬泡綿的容易薆形意味著當砂模相··當大且因 而要用高密度搗實技術來生産砂模，以提供足夠的固有強 度來支撐鑄造材料時，這種低密度塑膠泡綿並不是適合的 材料。 因此，在實際上，低密度泡綿鑲造模型只限於生産小 型物品，尤其是尺寸不超過300mm者，例如汽車引擎 水泵之框罩。

經濟部中央摞準屬0工消費合作社印K 為了增進低密度泡绵鑄造模型之抗形變能力，有者慮 在泡綿材料上用噴灑技術提供一層較硬材料製成之表面包 覆，然而，該包覆形法為較大的泡綿鏵造模型提供足夠的 硬度，因為泡綿材料會在包覆之下塌陷。亦有使用強化結 構（例如木製者）來加在泡綿材料中以在壓實程序過程中 降低形變。然而，這種木材/泡綿複合請造模型不易生産 82.3. 40,000 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本4氏張又茂这硐中國萏家標準（CNS)甲4蜆格（210 X 29Γ公牙） 2134 η% Α6 Β6 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再璜寫本頁) ，而且也無法提供均一的剛性。 由是，在使用重金屬合金（例如鋅合金）這種用於大 型鑄件之_造程序中，低密度塑膠泡綿並不適用，因其需 要堅固的砂模以在真正鑄造和锤造材料冷却下來的過程中 ‘支撐鑄造材料。對鋅合金而言，其冷却通常是在控制狀態 下進行一段相當長的一段時間，以確保高品質S造，使砂 模之固有強度有著最重要性。 經濟部中央樣準居貝工消费合作社印- 除此之外，由於低密度泡綿是一種相當軟的細胞狀材 料，很難用傳統迴轉式切削機製技術（例如NC加工）來 機製得到適當的精度和表面修整。泡綿材料拫容易在機製 切刀下扭曲，造成材料之攝開而非俐落地切掉，留下具有 表面空腔之不規則完成表面。在機製低密度泡綿時之困難 ，再加上在其後之鑲模生産程序中之不可預期的壓實，意 味著在生産低密度泡綿鑄造材料時不會使用要被生産之物 品的N C數據樣品。這種低密度模型通常是用手切削和塑 形，使用刮板來得到最終之模型。然而，其可得到之精度 嚴重受限。上述之因素明顯地增加鑄造程序之整體成本。 此外，甶於並未在生産低密度泡綿模型時利用N C數據， 這些數據無法驗證，直到整値生産程序的下一値且更重要 的階段，舉例言之，用於簿造材料之E D Μ的昂貴石墨電 極之機製。 〔發明概要〕 因此，本發明提供一種製造一成形工具的方法，工具 -8- 82.3. 40,000 本纸张又度適用中國國家梂準（CNS)甲4規格（210 X 297公铨） 2134&S A6 --- B6 烴濟部中央櫺準局貝工消費合作社印ii 五、發明説明（） 毛坯即在該成形工具中，而該毛坯係受到某種EDM操作 〇 該工具毛坯最好是藉由（a)製造一鑄造模型而锤造 ，而該鏵造模型則由一剛性泡綿本體機製而成，以在該本 •體上形成一個既定形狀之機製表面，並對該機製表面提供 一可流動材料，該可流動材料凝固，以在該機製表面形成 一値實心包覆，來堵住該機製表面上的孔；（b)在該鏵 造模型的實心包覆上形成一個鑄模；（c)將該鑄造模型 從該鐙模處移去；（d )將材料注入鑄模中；以及（e ) 將鑄造材料與鑄模分開。 從另一觀點言之，工具毛坯受到快速E DM處理，以 産生一粗工具，然後再施以慢速EDM。 進一步言之，本發明提供一種製造一成形工具的方法 ，該成形工具具有一預定形狀之操作表面，該方法包含以 下之步驟：（a)使一工具毛坯受到EDM, EDM偽使 用一^第一電極，而其具有一値與該預定形狀互補之操作 表面，該操作表面與該工具毛坯相隔一個第一EDM間隙 ,該第一 E DM間隙係安排以實施工具毛坯之快速E DM ,藉此生産一値具有粗糙表面之工具，而該粗糙表面偽與 該預定形狀相近；以及（b)使該工具受到利用一第二電 極之EDM,該第二電極具有一操作表面，其形狀與該預 定形狀互補，而且與該工具相隔一個第二E DM間隙，該 第二間隙比該第一間隙小，而且傜設計來進行該工具之惺 (請先閲讀背面之注意事項再蜞寫本頁) --裝_ 訂. . 本纸法又度連用中國國家愫準（CNS)甲4規格（210 X 29Γ公殳〉 82.3. 40,000 經濟部中央標準局員工消費合作社印*'|衣 A6 B6 五、發明説明（） 速EDM,藉此該粗糙表面生産出一個形狀與該第二電極 互補的操作表面。 在一較佳實施例中，由工具設計所導得之NC數據被 用於鑄造模型之NC機製以及E DM電極之NC機製。 ’〔圖式簡介〕 在下文中將配合所附圖式以準一步介紹本發明，其中 圖1傜用以製造一試驗工具以及後績以界定要用射出 成形方式製造之元件形狀的C A D數據為基礎之生産甩工 具的製造之較^佳程序之流程画。 圔2至圔6傺剖面圖，介紹用於鑄造一對射出成形陽 、陰工具毛坯之鑄造模型之連續製造階段。 圖7 a和7 b剖面圖，分別介紹經過快速和慢速ED Μ之工作的表面狀況。 圔8偽介紹E DM比較試驗之圖。 〔發'明詳述〕 在圖1中之程序中，步驟1偽使用CAD來設計一裝 設元件，而在步驟2傜使甩CAD來設計一館相窿之射出 成形工具。 在步驟3中，NC數據係由界定該元件或工具之表面 形狀的CAD數據所導出。 在步驟1 2中，一個由剛性塑膠泡綿（持別是實質上 為不變形之高密度剛性泡綿，例如聚甲酸乙酯樹脂泡綿， -10- 本纸張尺度適用中國國家桴準（CN*S)甲4规烙（210 X 297父笼） 82.3. 40,000 (請先閲讀背面之注意事項再蜞寫本頁> -丨裝. 訂. _^.

lU A6 B6 五、發明説明（） 其可從CIBA GEIGY之第XB5120號規格得 到）所製成之本鼹依據步驟3所得之NC數據而被NC機 製，以形成一艟具有一預定形狀的機製表面之鑄造模型。 該本體係用手建構泡綿材料層並塑成幾近於模型形狀，使 '隨後之機製降到最低。 由於泡綿材料之固有特性，與木材成樹脂材料相比之 下，其機製工作較容易，但是在機製過程中，剛性泡綿材 料並不會像傳統低密度泡綿或軟性泡綿一般扭曲或撕裂。 這種剛性泡綿偽用來做為輕的製造模型的材料，並且其密 度可在0. 25至1. lgm/cm3的範圍内，而其颳 縮強度可比4N/mm2大，例如4到30N/mm2。 如下文中將介紹者，該鍺造模型將用於生産一餹模本 體，而該模本體則用以生産一値縳造工具之雛形。由一縳 造雛形生産一個工具可將生産成本降至最低，此乃因為對 鑄造程序的精確控制可將隨後之機製（以提供完成之工 具）’降至最低。 在步驟14中，一可凝固之可流動材料被塗在（例如 甩噴灑方式）該模型之機製後的表面。可流動材料凝固以 形成一層實心包覆，該層包覆若有需要可用砂磨方式使之 光滑，而且該層包覆塞住了在泡綿本體機製後所露出之孔 ,適當的材料為熟石莆、油漆、或可熟化樹脂（例如環氧 基樹脂或車體樹脂。另可在石莆或樹脂包覆上另外塗敷上 一層清漆或油漆，以肋其從砂模上移開。該層包覆偽由泡 -1 1- 本纸泫尺度適用中國國家桴準（CNS) τ 4規烙（210 X 297公坌） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂. 經濟部中央標準局®:工消费合作社印装 82.3. 40,000 <4 A6 B6 2134^- 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本再) 綿本體所支撐，所以可以很薄，而且無需自我支撐。 在步驟16中，在稠度上可流動的型砂（例如泥漿或 砂/樹脂混合物）被搗實在架體内之鑄造模型的被包覆的 表面。如下文中所述者，成形工具之最佳材料為鉾合金， ’這是因為具有有利的機製性質。然而，由於鋅合金是相當 重的材料，因此，在宾正鑄造步驟以及鑄造材料的冷却過 程中，模本體必須在不破裂的情形下支撐鋅合金。為此， 使用氣鎚工具在大約80p. s. i (0. 5 5 Μ P a ) 的壓力下對砂/樹脂混合物進行高度搗實，以確保砂/樹 脂混合物夠紮實，以在模本體内提供所需之強度。由是， 所以選用了高度度剛性泡綿來生産鐙造模型，因其可以忍 受捣實步驟，而不會導致形變或壓實，而在使用低密度的 _造模型泡線（例STYROFOAM,商標名）時則會 有問題。因此，躊造模型持別適用於用於大形狀之锈造之 砂模，持別是以重合金（例如鋅合金）鑄造之物品。 經濟部中央標準居貝工消費合作社印" *在步驟18中，簿造模型由該模本體處移去，其移去 偽由平滑的包覆來協助，平滑的包覆很容易地從模本體上 分開，而且不會沾上任倚砂粒。結果，模本體的表衙相當 地平滑，並且在鑄件上産生一個很好的表面光潔度。由於 包覆偽穩固地錨固在模型的孔内，此模型可再度使用來一 次生産模本體（若是隨後發現鏵件有缺陷）。.此外，由於 在工具毛坯在模子内被鑄造出來以前，模型已經移去，在 鑄造時不會産生有毒氣體。除此之外，由於泡綿本體的固 -12- 82.3. 40,000 本纸张尺度这用中國國家標準（CN*S)甲4规烙（210 X 297公货） A6 B6 2134' 五、發明説明（） 有剛性，模型可以承受從模本體處之重複移去，而不會産 生裂縫或損壞，即使未在其内部補強，例如木質補強結構 在柔軟泡綿材料之場合需要補強結構。 圖2至圖6介紹製造一個_模的連續階段，而該鑄楔 1傷用於簿造一値母凹模土具毛坯（fenale cavity tool blank) 和一値公型芯工具毛坯（male core tool blank ),二工具毛坯隨後被機裂以形成一對射出成型工具。 如上文中所述，首先係産生鑲造模型，一傕母毛坯塊 5 1和一膣公毛坯塊5 2偽由高密度前剛性塑瞟泡線層所 (請先閏讀背面之注意事項再瑱寫本頁) 烴濟部中央標準曷8工消费合作社印製 3 {多工 4 簿 混 C5 一 6 55 過形 5 値料丨 、下腔 具 5 下成 型 一合 64 留空 工 、留出 模 到結 15, 造 削 4 仍射 在 置脂驟型}鑄 切 5 面於 噴 放樹步模 8 坯 闬型表當 6 被 一之將 1 毛 利模在相 5 5 與述地驟具 ί 造成偽 頭 5 ί 上心步 Η 製鏵製面 灑 、8<小之公 機坯機表 噴 45 度並述個 C 毛傷該 用。5 砂密 ，上一 Ν 公體而 料}型型高轉丨和13 被和塊 - 材 4 模入成翻去 ο_ 體型些 } 的 1 的加搗 7 移 6 塊模這m。固驟覆且 9 5 處腔 些造 。111面凝步包並5體8空 這鑲 } 5 表可之被 ，鎚架 5 造 〇 ，坯 2 至閉 ，述 ，部氣造砂鐙 } 中毛 11 關中上中内用鑄型还 2 3 母驟如和 4< 5 7 且將的毛 圔圆成步例形圖上圔 5 並後實具 見在形之 ί 成在 5 在體 ，之搗工 {以述料之· 5 架} 從母 製 } 上材具 、 造合 5® 82.3. 40,000 本纸张尺沒逯用中围国家桴竿（CNS) f 4规格（210 X 297公Ϊ ) A6 B6 2134" 五、發明説明（） {請先閲讀背面之注意事項再蟥寫本頁) 1,熔融金屬（鋅合金）可用杓子62注入空腔内。 請參閲圔1,在步驟2 0中，與工具形狀相近的工具 毛坯偽利用步驟1 8中之模本體而被鑄造。有利之處是毛 坯偽以鈴合金（Zn — A 1 — Pb)簿迫，例如92_9 .8%重置為鋅者，例如以1111^31了£〇1：1^¥£»»為商檫名販 售者。鋅合金鑄件與鋁合金鑄件相比較之下，其優點在於 者露出之微孔性（nicroporosity) 降低了。而原先一般 預料是由材料中之鉛所引起，因其相對於其他成分下，在 低溫時仍維持流體狀態，因而流入鐙造中之材料的微孔内 。同樣地由於其容易循環，因此可很快速地被機製成所需 形狀（利用EDM),如下文中將介紹者。 在步驟22中，在步驟3中所得之NC數據被用於機 製至少兩値E DM電極（最好是用石墨製成）。 烴濟部中央標準局β:工消費合作社印s^ 當使用泡綿模型來進行使用E DM的成形工具生産程 序時，使用N C數據來進行鑄迪模型的機製特別有利，這 是因^NC數據（元件數據）在機製鑄造模型時，可在昂 貴電極材料（例如石墨）之宾正機製前，用於驗證用於生 産E DM電極之NC數據。NC機製之使用亦意味著可以 容易地製造一容差（allowance )以調節鐙造金屬在鑲造 後和冷却時所受到之收縮。 高密度性剛性泡綿材料可相當精確地機製，而且由於 它不會在步驟1 6中受到搗實之害，它可以機製到幾乎與 要被成形之物品的寸完全一樣。由於，NC機製數據變更 -14- 82.3. 40,000 本纸張尺度適用中國國家桴準（CNS) ψ 4规烙（210 X 297公货） A6 B6 2134 五、發明説明（） {請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 可以變為步驟12中之絶對最小量。即使是用於大型鑄迪 模型，例如用於車輛保險桿之生産者，使用剛性泡綿製造 之鑄件可精確到lmm,使得NC機製數據調整可變為此 一數量（在實際上可以簡單地逹到，其係使用相同NC數 ’據做為元件形狀，但是改變所使用切剿工具之直徑）。如 上文中所解釋者，當使用普通低密度鑄造泡綿時，典型上 需要至少2Omm的剩餘鑄造材料來補償捣實之損失，即 使低密度鑄造模型可使用之小型物品。 經濟部中央櫺準扃S工消費合作社印5* 此外，由於剛性泡綿可以精確地被機製，射出成形工 具的封閉表面可在泡綿鑄造模型内被精確地界定。對於射 出成形工具而言，封閉表面寛度為30mm是普通可接受 之最低限度，而此可使用剛性泡綿來達成。（對於” Styrofoam" 鑄造模型而言，其封閉表面未界定，因此， 當使用EDM來進行隨後的鑲造形狀時，整傾工具之配合 表面就霈要機製。另一種情形是需要進一步的NC數據來 界定'N C機製之封閉表面）。對EDM而言，將封閉表面 的寬度降至最窄非常重要，這是由於機製速率是由要被移 去之材料的體積而定。因此，剛性泡線不僅容許使用泡綿 鑄造模型用於大型模子，亦使得隨後之EDM擾點最大化 ,這不僅是因為在鐙件中要被移除的材料寬度的實質降低 (1mm與20mm相比較），也同時是因為要被機製之 材料伯表面區域有降低。 將一値相當硬的泡線以上述方式機製的能力使要被鑄 -15- 82.3. 40,000 本纸張尺度適用中aa家桴準（CNS)甲4規格（210 X 297公坌） 0 A6 B6__ 五、發明説明（） 造的射出成形工具在隨後裔要機製修整的表面區域降至最 低，例如射出成形工具的封閉表面的機製，以及任何空腔 和型芯滑動表面的修整機製。 在步驟24中使用一個第一 E DM電極來對鑄造工具 ’毛坯（由步驟20中所得者）進行快速機製，以産生一個 具有粗糙表面且需進一步機製之工具。 在步驟2 6中使用一個第二E DM電極來對粗糙工具 進行慢速或普通機製，使其機製到所需的尺寸。 在E D Μ中，電極與工件之間的間隙（通常稱之為E DM間隙）的上限通常可接受者為0. 4mm。若間隙大 於上述上限，機製後元件的表面粗糙度通常無法用於實際 使用。 然而，在步驟24中之快速EDM使用機床安裝（ machine setting,其提供之E DM間隙在上述之值之上。 •如在下文中會進一步介紹者，提供此一寛間隙可在E DM 機製時間方面提供很大的改進。在吾人之試驗中，當機製 鋅合金時，使用0. 68mm間隙的機製比典型的使用0 .0 7 3 rr! m間隙之普通E D Μ快了 1 ◦ 0倍。 經濟部中央標準局Α工消費合作社印" 雖然使用如此寛的E DM間隙導致粗糙或凹窪表面在 傳統E DM程序中可能已將之視為損壞或是不適用於射出 成形工具的修整表面，但是這不會迫成本發明程序的問題 ，因為快速EDM (步驟24)僅持續到粗槌表面可用慢 速或普通E D Μ (步驟2 @ )使之復原到所需維度的階段 1 6 - 82.3. 40,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸张尺及適用中a國家標準（CNS)甲4規烙（210 X 297公嫠） A6 _— _B6_ 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 〇 在步驟26中，由於粗挺工具相當接近所需維度，後 續慢速或普通E DM (以便將粗糙表面回復到所需維度之 量降至最低。惺速EDM只需相當短的時間，而且其所造 成的修整表面可有非常低的粗糙度，所以適用於射出成形 工具。 因7 a中概要地顯示一件工件經過快速Edm之後的 表面狀況，而圖7b中則示出同一工件經過慢速EDM之 後的表面狀況。快速EDM使得可以快速侵蝕，但是留下 粗糙且凹窪的表面S,如圖7 a所示者，而第一電極的表 面亦在EDM操作中磨損而且變得粗糙，而無法進行修整 機製。此工件表面經由使用第二電極的慢速EDM而切削 掉一値深度d (例如1mm),留下一値平滑表面S，( 見圖7b),其即適於物品之修整後的表面。 若是使用鋅合金來做為工作材料且E D M..間隙超過0 .4 mm,很驚奇地發現使用快逮EDM (用於幾乎一樣 的同一表面修整）時材料移除速率比其他可能用於製造射 出成形工具之材料（特別是鋁合金和網）的移除速率要快 得多。在試驗對塊體B (由銷、鋁合金、和鋅合金所製） 經濟部中央標準局B工消费合作社印製 以矩形石墨電極E (見圖8)，使用快速EDM和慢速（ 普通）EDM進行凹下之機製時，獲得下列結果：

慢速EDM 快速EDM -17- 82.3. 40,000 本紙沃义交这用中國國家作準（CNS)甲4規格（210 X 29Γ二'¥ ) 2134^0 A6 B6 經濟部中央標準马员工消費合作社印« 五、發明説明（） 材料 銅 鋁 鋅 銷 鋁 鋅 期間t 35小時 11小時 7小時 1小時 4 1分鐘 4分鐘 4分鐘 1 3分鐘 5 6分鐘 58分鐘 L » Qlffi· 20 . 20 20.15 20 .18 21.5 21.80 21.20 W , IQ 01 20 . 10 20.10 20 .05 20.10 20.10 20.10 L - W , ffi a 0 . 10 0 .05 0 .13 0.95 1.70 1.10 粗糙度， 3 . 04 3.43 4 .0 6 不可量測 R 3. > M in t (慢速）/ 17 .83 16.41 119.00 (粗糙 且 凹窪） t (快速） 由上 述之 結果可看 出 » 當使 用 不 尋常的 Ε D Μ大 間 隙時 ， 對於 鋅合 金而言， 其 材 料移 除 速 率是鋁 合 金的八 倍 >而 二 者的 硬度 差不多。 在 試 驗中 亦 發 現鋅合 金 之火花 比 鋁合 金 來得 均匀 〇 ’實 際上 ,在快速 E D Μ和 慢 速 E D Μ 的 期間， 材 料之 真 正移 除速 率亦將取 決 於 所用 之 Ε D Μ機 器 所傳送 的 電流 0 此外 ，亦 發現步驟 2 4 中之 材 料 移除速 率 在將.石 墨 電極 的 極性 由正 改為負時 可 幾 乎增 為 兩 倍，但 是 電極的 磨 損急 遽 增加 ，典 型上為2 5 至 3 5 倍 > 視所使 用 的機床 安 裝而 定 ,而 此一 磨損的增 加 會 減少 修 整 後工的 尺 寸精度 ( 若用 於修整機製時）。然而，在此處所述之工具生産過程中， 電極磨損的增加可以忍受，因為第一電極僅用於工具毛坯 -1 3 - 本纸张尺·度適用中國园家標準（CNS)甲4規烙（210 X 297公殳） 82.3. 40,000 (請先閱讀背面之注意事項再堉寫本頁>

T -裝_ 訂_ A6 B6 2134^3 五、發明説明（） (請先閱讀背面之注意事項再項寫本買) 的粗糙機製，對於所生産的工具之最終品質並不重要。 在本發明的程序中，用於粗糙EDM的電極與工件之 間的間隙可為0. 5mm或更大（僅受限於機器的罨力） ，而精細EDM的間隙可比0. 5mm小。 ' 如上文中所述者，在機製鋁合金時，在電極與工件之 間會産生不規則火花，而且加工速度增加（亦即増加E D Μ間隙），其不規則火花亦急遽增加。不規則火花所産生 之結果，除非粗糙機製被仔細控制，否則可會産生無法由 修整EDM程序復原之表面粗糙。在將EDM間隙不尋常 地最大化時，使用鋅合金有最大的優點，藉此將所需之修 整機製降至最低，因而降低整値生産成品。 蛵濟部中央標準局工消費合作社印¾ 在車子設計中，射出成形被用於生産很多外部車體元 件以及内部裝設面板。由於這些元件之間之相互作用，以 及些設計的尺寸和複雜度，很多設計都是經過測試來證明 其效用。這是藉由製造試驗元件（使用試驗射出成形工具 )而'逹到。由於所箱的試驗元件數置相當少，試驗工具通 常是由較軟的合金製成，例如鋁合金。一旦試驗元件之外 觀和功能經過驗證，即利用較耐用的材料（例如篥）來製 造工具到所需之最终形狀，以對元件之大量製迪有所貴任 確保。 步驟26之後的産品是一工具，其在適當抛光步驟後 ,可用於射出成形元件（亦即上述之試驗工具）之試驗生 産。之後，卽可由以下之程序製造一鋼（或其他適當材料 -19- 82.3. 40,000 本紙4又度適用中國國家標举（CNS〉甲4说格（210 X 297公货） 2134^^ a6 _B6_ 五、發明説明（） ，視工具之使用而定，包含鋁合金或鋅合金）所製之生産 工具。 在步驟3 0中，型砂被捣實在架體内之_造模型（由 步驟18中所得者）的被包覆表面，以形 成一値模本鱧 ’。在步驟32中，該模型由模本體處移去。在步驟34中 ，另一傕工具毛坯被製造（最好是由銷所製，而且使用由 步驟32中之模本體），而且最後可被用為生産工具。 在步驟36中，一値第三EDM電極（最好由石墨製 成）利用同一 NC數據（由步驟3所得）而被機製，其中 NC數據偽與步驟12和22中相同，或為數據之導數（ 若在試驗工具後有設計上之改愛）。 在步驟38中，第二EDM電極（在步驟26中所使 用者）偽用於鑄造金靥工具毛坯（由步驟34所得）之快 速機製，以生産一値粗植工具。此第二E DM之電極在E D_. Μ期間僅輕撤磨損，以生産試驗工具，因為E DM缓慢 ，而'且加工時間很短。因此再次使用第二E DM電極以快 速E DM來生産工具是可行且經濟的。 經濟部中央標準房3工消費合作社印s 在步驟40中，第三EDM電極（由步驟36所得） 係用於粗糙工具之慢速最後機製，以獲得所需維度，藉此 生産該生産工具。 上述之毎一步驟可由一不同步驟但具有類似效果者所 取代。綜上，本發明，具有以下之優點·· 使用持別大的電極間隙來進行快速E D Μ ,以及使用 -20- 82.3. 40,000 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸张尺及連用中國a家桴準（CNS)甲4规格（210 X 297公發） ΓΊ γ.λί A ? Λ

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A 經濟部中央標準马S工消费合作社印3衣 五、發明説明（） 較小的電極間隙來進行慢速或修整E D Μ ; 使用相反極性來更加強快速E D Μ時材料之移除；. 使用兩個分離且形狀相同或相似之電極來進行快速和 慢速E D Μ ; • 使用相同EDM機器，其具有相同介電性流體（油） 以用於快速和慢速EDM; 使用第二電極（用於一第一工具之生産）作為隨後製 造一第二工具的第一電極； 僅使用三値電極來製造試驗工具和生産工具； 用E DM來將精密鑄件修整； 使甩機製後的可再次使用之泡绵本體做為鑄造模型， (亦卽在試驗工具和生産工具之生産時使用相同的鑄造模 型），隨後進行E D Μ ; 使用工具毛坯，其最後是以鋅合金鑄造而成，並且是 在一値兩階段E DM程序中所鏵成。 在上述的程序中使用了多項NC機製操作和鑄造，使 工件可忍受元件設計上之改變。使用上述之NC機製亦降 低人力需求並增加N C機器之使用。此外，使用E D Μ增 強了表面品質和維度之精確。 特別值得注意的是在製造試驗和生産工具時（在汽車 工業很常見），在用於整値過程之任何二電極之生産時可 容易地允許微小的設計改變，在汽車内装和本體元件之設 計和製造時持別有利，因其在整膣設計/製造過程中以最 -2 1- (請先閱讀背面之注意事項再項寫本頁) -—裝· 訂. • X. 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规烙（210 X 297公坫） 82.3. 40,000 A6 B6 2134 五、發明説明（） 低成本提供最大伸縮性。剛性泡綿铸造模型（在第一鑄造 程序後被維持以生産所發展的工具）可用於生産該生産工 具。若需要改變設計，所産生的NC數據可立即用於改變 泡綿母模或鐙造模型和用於EDM程序之電極。此伸縮性 •可在工具生産過程的任何階段實行，例如在二霄極用以生 産第一工具或試驗工具之間，或在試驗工具和生産工具之 間，並由於泡綿材料加工容易（與木質或樹脂結構相比） ，其可容易地適應，使用NC數據來機製鑲造模型，以及 提供一石莆、可熟化樹脂或油漆包覆。藉著使用N C數據 來修改泡綿模型，可在對昂貴電極材料機製以前，藉由修 改泡綿模型來驗證數據（與原始設計數據）。 此外，雖然上文中述及多値電極，但應了解，所有的 電極，視所需工具之形狀而定，可由石墨製之普通塊體製 造而成，進一步降低工具之生産成本。所使用的電極將包 含所需元件形狀一致之塑形部分，其中本體部分延伸而出 ，而’本體部分在實際上僅用於在E DM過程中有效用之塑 形部分。由是，藉由選擇適當尺寸之石墨塊，在第一工具 之粗糙機製後有磨損之第一電極可被再機製，其中偽使甩 原始或修改後之NC數據，以提供原始或相似形狀（併入 可能之設計改變），然在所有或任一隨後之電極均可作用 。雖然整値生産時間可能會稍微増加，石墨之使用置被保 持在最低量。 在利用射出成形來成形一元件時，一健母空腔工具與 -22- 本紙張尺度逯用中國国家惊準（CNS) τ 4规烙（210 X 297公璉） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本再) -—裝· 訂. 經濟部中央標準局**工消费合作社印« 82.3. 40.000 A6 B6 五、發明説明（） 一公型芯工具被一起使用來界定模製空腔。母空腔工具界 定元件之主要表面，該表面在使用時會露出，母空腔工具 界定一個通常為内凹之模裂表面。由於公型芯工具僅界定 射出成形元件的次要表面，其若有需要時可用傳統NC機 ，製，而修整並非必須，除非在分開的表面。 雖然在上文中是介紹一雙階段E DM程序，_瞭解亦 可使用較多數目之EDM步驟。例如，可使用兩値或多艟 電極來進行鑲造材料之粗槌機製或精密機製。 (請先閲讀背面之注意事項再項寫本頁) 烴濟部中央標準肩WK工消费合作社印*- -23- 82.3. 40.000 本纸張又度適用中國國家楝準（CNS)肀4規格（210 X297公货）

Claims (1)

1. 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 2134^^ C7 ____D7_ 六、申請專利範团 1 . 一種製造一傾具有一預定形狀的操作表面之成形 工具的方法，其包含以下之步驟： (a) 對一個工具毛坯進行EDM,該EDM使用一 |痼第一電極，該第一電掻具有一値搡作表面，該操作表面 的形狀與該預定形狀互補，而且與該工具毛坯由一個第一 E D Μ間隙隔開，該第一 E D Μ間隙僳安排以施行該工具 毛坯之快速EDM,藉此生産一個具有一粗糙表面的工 具，該粗槌表面的形狀與該預定形狀非常接近；以及 (b) 對該工具進行使用第二電極之EDM，該第二 電極之操作表面與該預定形狀互補，而且與工具由一個第 二E D Μ間隙隔開，該第二E D Μ間隙偽安排以施行該工 具之慢速EDM,藉此由該粗糙表面生産出一餾形狀與該 第二電極互補之操作表面。 2. 如申謗專利範圍第1項所述之方法，其中該第一 E D Μ間隙至少為0 . 5 m m ,而該第二E D Μ間隙比0 .5 m m 小。 3. 如申諳專利範圍第1項所述之方法，其中在步驟 (a)中該第一電極是負極，而在步驟（b)中該第二電 極是正極。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該工具 毛坯偽由鋅合金所製。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該工具 A7 B7 (請先閲f面之注意事項再填寫本頁) -丨裝· 訂 ·" 本纸張中準（CNS)甲.1規& (210 x 297公兮）

   A7 ο Ο Β7 C7 __ ___D7 六、申請專利範園 毛坯包含一鑄件，其具有一痼形狀與該預定形狀相近之表 面。 6·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該工具 毛坯係由包含以下步驟之製程所生産： ' (a)對一個剛性泡綿本髏機製，以製造一個鑄造模 型•俥在該本腥上形成一個形狀與該預定形狀相近之機製 表面； (b) 在該鑲造模型上形成一個縳模； (c) 將該鏵模由該鑤造模型處移去； (d )將材料注入該鑄模中；以及1 (e )將該鑄造材料與該鑲模分開。 7. 如申諳專利範圍第6項所述之方法，其包含在該 機製表面上塗上可流動材料之步驟，該可流動之材料凝固 以形成實心包覆來塞住在該機製表面上之孔。 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該可流 動材料偽由熟石音、油漆和樹脂中所選出者。 9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包含一個 在步驟（b)之前使該包覆光滑之步驟。 10. 如申諳專利範圍第7項所述之方法，更包含一 値在步驟（b)之前油漆該包覆之步驟。 1 1 .如申請專利範圍第6項所逑之方法，其中該鑤 +模包含砂和树脂之混合物。 12.如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該_ -2- (CNS) ? 4 (210 x 297 ) " ----------------^-------裝------訂-----^ ^ (請先閲面之注意事項再壤寫本頁) 經濟部中央標準局R工消費合作社印® «濟部中央標準局员工消費合作社印製 A7 ______________D7_____ 六、申锖專利範圍 模使用高密度搗實而成形。 1 3 .如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該翊 性泡綿本體之密度至少為0. 25g/cm3 。 14. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該剛 '性泡綿本髏之密度在0.25至1.lg/cm3之間。 15. 如申諳專利範圍第6項所述之方法，其中該剛 性泡綿本體之壓縮強度至少為4N/mm2。 16. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該剛 性泡綿本體之壓縮強度在4至3 ON/mm2之間。 17..如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該剛 性泡綿本體包含以聚甲酸乙酯為主之泡綿材料。 18. 如申請專利範圔第6項所述之方法，其中該_ 造模型係由使用由該預定形狀導得之NC數據之NC機製 所生産。 19. 如申謗專利範圍第18項所述之方法，其中至 少一個電極俗由使用該預定NC數據或\由其導得數據之N C機製所生産。 2 0 .如申諳專利範圍第1項所述之方法，更包含以 下之步驟： (c)對一個第二工具毛坯進行使用該第二電極之E D Μ ,該第二電極與該策二工具毛坯相隔一 E D Μ間隙， 以施行該第二工具毛坯之快速E DM，藉此生産一個第二 I具，其具有一個形狀與該預定形狀相近之粗糙表面；以 (請先閲讀背面之注意事項再蜞窝本頁) i裝· 訂. --f 線· A7 B7 ^_ 六、申請專利範園 及 (b)對該第二工具進行使用一第三電極之EDM,該 第三：電極具有一値形狀與該預定形狀互補之操作表面，該 操作表面與該第二工具相隔一傾EDM間隙，以施行該第 ’二工具之慢速EDM,藉此由該粗糙表面生産出一個形狀 與該第三電極互補之操作表面。 2 1 .如申諳專利範圍第20項所述之方法，其中該 第二工具毛坯由鋼、鋅合金、以及銅合金中所選出者。 22. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該 第一工具傑一試驗工具，而該第二工具傺一生産工具。 23. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中諼 第一工具毛坯係由以下製程所製者： 對一個剛性泡綿本體機製，以製造一値锈造模型，偽 形成一値形狀與該預定形狀相近以機製表面；在該鑲造措 型上形成一個鑄模；將該簿模由該鑲造模型處移去；以及 使用該鑲模來鐙造該工具毛坯；其中該第二工具毛坯係由 使用該鑄造模型所鑄造生産者。 2 4 .如申請專利範圍第1 9項所述之方法，其更包 <請先《讀背面之注意事項本萸) ·—裝· 訂. 设濟部中央標準局S工消费合作社印製 E ，第 ； 之隙個面 極間一表 電 Μ 産撻 二 D 生粗 第 Ε 此之 該 一藉近 用隔 ，相 使相 Μ 狀 行坯 D 形 進毛 Ε 定 坯具速預 毛工快該 具二行與 工第進狀 二該坯形 第與毛傾 値極具 一 一電 Η 有 : 對 二二具 驟 } 第第其 步 C 該該， Τ ( ，行具 以 Μ 施L 含 D 以-Ι1 本纸ft义度边用中？孓榨準（CNS)甲4蚬恪（210 X 297 H )

   rm D0 修正丨 J titttxj A7 B7 C7 D7 六、申請專利範園 以及 ， (d)對該第二工具進行使用一第三電極之E DM, 該第三極有一値形狀與該預定形狀互補之操作表面，該操 作表面與該第二工具相隔一掴EDM間隙，以施行該第二 工具之慢速EDM,藉此由該粗糙表面生産出一個形狀與 該第三電極互補之操作表面，該第三電極係由使用該預定 N C數據或其導得數據之N C機製所生産者。 25. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該 步驟（c)中之EDM間隙至少為0. 5mm,而該步驟 (d )中之EDM間隙傜比0. 5mm小。 26. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該 步驟（c)中之第二電極為負極，而該步驟（d)中之第 三電極為正極。 27. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中至少 一個電極是由石墨所製。 28. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第 二電極與第一電極之尺寸與形狀相同。 29. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第 二電極偽由用以生産該第一電極之數據所修改後之數據所 生産者。 30. 如申請專利範圍第20項所逑之方法，其中至 少一値電極是由石墨所製。 3 1 .如申請專利範圍第2 0項所述之方法，其中該 本纸认尺Λ通用中S國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公» ) —·---.-------:—-(---------裝------.玎------- (請先閲讀背面之注意事項再蜞寫本頁) 烴濟部中央標準局β：工消費合作钍印K

   六、申請專利範圍 第三電極與該第二電極之尺寸與形狀相同。 32.如申譆專利範圍第20項所述之方法，其中該 第三電極傺由用以生産該第二電極之數據所修改之數據所 生産者。 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 丨裝· 訂· 線· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙中闪网家作進（CNS)甲4 (210 X 2耵公7 )