TWI483765B - 鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法及其殼模 - Google Patents

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Description

鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法及其殼模
本發明是關於一種高爾夫球桿頭的製造方法，特別是一種可在鑄造高爾夫球桿頭本體的同時，由鑄材將異材(材質與鑄材相異)一併包覆之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法。
按，為滿足「低重心」、「深重心」、「制震」或「打感佳」等不同的打擊需求，目前許多高爾夫球桿頭中都設有材質不同於高爾夫球桿頭本體的異材，以調整整體高爾夫球桿頭的重心位置或打感；常見的異材設置部位包含了高爾夫球桿頭本體的趾部(Toe)、底部(Sole)、跟部(Heel)、背部(Back)、管柄(Hosel)或擊球面板(Face)等處。
另一方面，目前的高爾夫球桿頭多係於大氣中，藉由高週波感應熔解爐(High Frequency Induction Furnace)快速地將鑄材熔融，經造渣、除氣等精煉步驟，去除熔融金屬液中的雜渣與氣體，再搭配靜態重力澆鑄方式鑄得。其中，為使金屬液維持良好的流動性，澆鑄前應先將殼模以高溫預熱；因此，製造上述具有異材的高爾夫球桿頭時，在高溫預熱殼模的階段中，設於殼模中的異材將易與大氣中的氧產生氧化反應，而在異材表面生成氧化層，以致影響澆鑄後鑄材與異材的結合穩固性。再者，由於重力澆鑄需將殼模加熱到相當高的溫度，而鑄材與異材的熱膨脹係數不同，常導致鑄材與異材在冷卻降溫後發生結合鬆動的情況。
此外，以靜態重力澆鑄方式鑄造高爾夫球桿頭，需額外消耗材料來維持壓湯效果，以增加高爾夫球桿頭鑄件的成型性，避免壓湯效果不足而導致成型不良；但卻因此需準備額外的材料並耗費能源熔融之，從而形成鑄造成本難以下降的要因之一。
值得一提的是，若所使用的鑄材含有活性金屬，熔煉鑄材時，鑄材中的活性金屬將產生劇烈的氧化反應，不但造成熔融的困難度提升，澆鑄時也易與空氣反應而產生氧化燒裂的情況，導致澆鑄後在高爾夫球桿頭鑄件上產生芝麻點及黑豆等外觀缺陷，甚至由反應氣體在高爾夫球桿頭鑄件上形成大量的渣孔或反應氣孔等鑄造缺陷；又，劇烈的氧化反應也會造成金屬液在殼模內的流動性下降，易因澆鑄不足導致高爾夫球桿頭鑄件的成型良率降低，或是產生冷隔(Cold Shut)的問題而在高爾夫球桿頭鑄件中形成縫隙，從而對高爾夫球桿頭鑄件的抗拉強度產生影響。因此，在大氣中以靜態重力澆鑄方式鑄造具有異材的高爾夫球桿頭時，若使用含有活性金屬的鑄材，則鑄件的成型良率將更加不理想。
基於上述原因，習知製造具有異材之高爾夫球桿頭的方法實有加以改善的必要。
本發明之目的係提供一種鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，可減少異材及鑄材與大氣產生化學反應的機會，無論鑄材中是否含有活性金屬，都能提升異材與鑄材之間的結合穩固性，同時提升鑄件的成型良率與品質。
本發明之次一目的係提供一種鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，可提升金屬液在殼模中的流動性，使預熱殼模的溫度得以降低，從而降低異材的熱膨脹幅度，使鑄材與異材在冷卻降溫後仍可維持緊密結合。
本發明之又一目的係提供一種鑄包異材的高爾夫球桿頭製造 方法，可不必額外消耗材料來維持壓湯效果，以降低鑄造成本。
本發明之再一目的係提供一種殼模，可提升異材與鑄材之間的結合穩固性。
為達到前述目的，本發明所運用之技術內容包含有：一種鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，包含：將一殼模定位放置於一旋轉平台，該殼模具有一坩堝部、一鑄物部及一連接部，該連接部連通該坩堝部及鑄物部的內部，該鑄物部的內部具有一模穴，至少一異材以局部嵌設於該鑄物部，該異材的其餘部分則位於該鑄物部的模穴中；將至少一金屬錠放置於該殼模的坩堝部，並於真空環境下將該金屬錠加熱熔融成金屬液；驅動該旋轉平台轉動，使熔融的金屬液藉離心力流入並填滿該鑄物部的模穴，以由金屬液包覆該異材位於該模穴中的部位；於熔融之金屬液冷卻凝固後，減緩該旋轉平台的轉速至停止；於金屬液完全凝固後，破壞該殼模以取得一鑄物，該鑄物包含有一鑄件部；將該鑄件部從該鑄物上分離，以得到至少一高爾夫球桿頭鑄件，且該異材的局部凸出於該高爾夫球桿頭鑄件的表面；修磨該高爾夫球桿頭鑄件的表面，以去除該異材凸出於該高爾夫球桿頭鑄件表面的部位；其中，該殼模的成型步驟包含：準備一蠟胚，該蠟胚包含一坩堝胚、一鑄物胚、一連接胚及該至少一異材，該連接胚的一端連接於該坩堝胚的環周面，該鑄物胚連接於該連接胚的另一端，該異材的一部分嵌設於該鑄物胚中而形成一鑄包部，其餘部分凸伸超出該鑄物胚的外表面而形成一嵌殼部；於該蠟胚的表面形成一包覆層；對該蠟胚及包覆層加熱，以將蠟熔出；將該脫蠟完成的包覆層以高溫燒結而形成該殼模，並使該殼模的坩堝部、連接部及鑄物部一體相連，以及使該異材的嵌殼部嵌設於該殼模的鑄物部中。
其中，其係將熔融的蠟射出包覆於該異材，以於蠟冷卻凝固後形成該鑄物胚，並使該異材的鑄包部能嵌設於該鑄物胚中，且該異材的 嵌殼部凸伸超出該鑄物胚的外表面。
其中，該旋轉平台的轉速可以為200~700rpm，使熔融的金屬液得以流入並填滿該鑄物部的模穴。
其中，該旋轉平台可以維持200~700rpm的轉速10~30秒，直至該殼模的連接部中的金屬液冷卻凝固後，才減緩該旋轉平台的轉速至停止。
其中，可選擇在該旋轉平台停止轉動後，從該旋轉平台上取下該殼模，並靜置該殼模至金屬液完全凝固以破壞該殼模。或者，也可以選擇在該旋轉平台停止轉動後，使該殼模直接在該旋轉平台上持續降溫，直至該殼模中的金屬液完全凝固後，才從該旋轉平台上取下並破壞該殼模。
其中，其係由一加熱器環繞於該殼模的坩堝部外周，於真空環境下使該坩堝部被加熱升溫，以將該坩堝部中的金屬錠熔融成金屬液；又，可選擇由一升降控制器帶動該加熱器上升以環繞於該殼模的坩堝部外周，在金屬錠都熔融成金屬液後，該升降控制器再帶動該加熱器下降，使該加熱器不再環繞於該坩堝部的外周。
本發明另提供一種殼模，該殼模具有一坩堝部、一鑄物部、一連接部及至少一異材，該連接部連通該坩堝部及鑄物部的內部，該鑄物部的內部具有一模穴，該異材分為相連接的一嵌殼部及一鑄包部，該異材的嵌殼部嵌設於該殼模的鑄物部，該異材的鑄包部位於該鑄物部的模穴中；其中，該殼模的成型步驟包含：準備一蠟胚，該蠟胚包含一坩堝胚、一鑄物胚、一連接胚及該至少一異材，該連接胚的一端連接於該坩堝胚的環周面，該鑄物胚連接於該連接胚的另一端，該異材的一部分嵌設於該鑄物胚中而形成該鑄包部，其餘部分凸伸超出該鑄物胚的外表面而形成該嵌殼部；於該蠟胚的表面形成一包覆層；對該蠟胚及包覆層加熱，以將蠟熔出；將該脫蠟完成的包覆層以高溫燒結而形成該殼模，並使該殼模的坩堝 部、連接部及鑄物部一體相連，以及使該異材的嵌殼部嵌設於該殼模的鑄物部中。
其中，該異材的嵌殼部可以設有一第一勾持部，該第一勾持部的最大截面寬度大於該嵌殼部連接該鑄包部處的截面寬度。同樣地，該異材的鑄包部也可以設有一第二勾持部，該第二勾持部的最大截面寬度大於該鑄包部連接該嵌殼部處的截面寬度。
其中，該異材的鑄包部的局部可以為朝該嵌殼部漸縮截面寬度的錐狀。
其中，該異材的嵌殼部的平均橫截面積較佳小於該異材的鑄包部的平均橫截面積
其中，該異材的鑄包部具有一小截面積區及一大截面積區，該小截面積區的二端分別連接該異材的嵌殼部及該大截面積區，該小截面積區的最大橫截面積約小於該大截面積區的最小橫截面積的三分之二，該小截面積區的最大橫截面積約大於該大截面積區的最小橫截面積的十分之一，使該鑄包部的大截面積區與該模穴的內表面之間具有間距。
其中，該蠟胚的鑄物胚可以在設有該異材的表面設有一填縫部，該填縫部鄰接該異材，該填縫部可以是一個凸緣或是數個凸點。
據此，本發明的鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，可藉由真空環境減少異材及鑄材與大氣產生化學反應的機會，不僅較不易在異材表面生成氧化層，且無論鑄材中是否含有活性金屬，都能提升異材與鑄材之間的結合穩固性，同時提升鑄件的成型良率與品質；另，藉由真空環境及離心澆鑄方式提升金屬液在殼模中的流動性，使預熱殼模的溫度得以降低，從而降低異材的熱膨脹幅度，使鑄材與異材在冷卻降溫後仍可維持緊密結合。再者，藉由離心澆鑄，在金屬液凝固成形的過程中，可由離心力持續提供壓湯效果，故不必額外消耗材料及熔煉能源來維持壓湯效果，有 助降低鑄造成本。
1‧‧‧真空爐
11‧‧‧容室
12‧‧‧導氣管
13‧‧‧開口
14‧‧‧蓋體
2‧‧‧轉軸
21‧‧‧本體
22‧‧‧止轉部
23‧‧‧抵靠部
3‧‧‧旋轉平台
31‧‧‧軸接部
311‧‧‧穿孔
32‧‧‧定位部
32a‧‧‧坩堝定位部
32b‧‧‧模穴定位部
321‧‧‧穿置孔
322‧‧‧容槽
4‧‧‧殼模
41‧‧‧坩堝部
411‧‧‧容置空間
42‧‧‧鑄物部
421‧‧‧模穴
43‧‧‧連接部
5‧‧‧加熱器
6、6’、6”‧‧‧異材
61、61’‧‧‧嵌殼部
611、611’‧‧‧第一勾持部
62、62’‧‧‧鑄包部
62a‧‧‧小截面積區
62b‧‧‧大截面積區
621、621’‧‧‧第二勾持部
7‧‧‧蠟胚
71‧‧‧坩堝胚
72‧‧‧鑄物胚
721‧‧‧填縫部
73‧‧‧連接胚
8‧‧‧包覆層
M‧‧‧馬達
B‧‧‧軸承
L‧‧‧升降控制器
P‧‧‧金屬錠
N‧‧‧金屬液
W‧‧‧高爾夫球桿頭鑄件
第1圖：本發明製造方法搭配使用之真空離心鑄造裝置的結構示意圖。
第2圖：本發明製造方法搭配使用之真空離心鑄造裝置的局部立體分解圖。
第3圖：本發明製造方法在金屬錠熔融前的實施示意圖。
第4圖：第3圖的局部放大圖。
第5圖：本發明殼模的成型流程示意圖。
第6圖：本發明另一剖面的殼模成型流程示意圖。
第7圖：本發明製造方法在金屬錠熔融成金屬液時的實施示意圖。
第8圖：本發明製造方法在金屬液流入並填滿模穴時的實施示意圖。
第9圖：本發明製造方法在金屬液凝固後的實施示意圖。
第10圖：本發明製造方法搭配使用之另一真空離心鑄造裝置的局部立體分解圖。
第11圖：本發明另一種殼模的結構示意圖。
第12圖：本發明將異材設於管柄處之實施例的蠟胚結構示意圖。
第13圖：本發明將異材設於擊球面板處之實施例的鑄件結構示意圖。
第14圖：本發明將異材設於擊球面板處之另一實施例的鑄件結構示意圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 請參照第1圖，其係本發明之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法所搭配使用之一真空離心鑄造裝置。其中，該真空離心鑄造裝置包含一真空爐1、一轉軸2、一旋轉平台3、一殼模4及一加熱器5；該轉軸2、旋轉平台3、殼模4及加熱器5均設於該真空爐1中，該旋轉平台3連接該轉軸2以與該轉軸2同步旋轉，該殼模4定位放置於該旋轉平台3，該加熱器5則用以對該殼模4加熱。
更詳言之，上述真空爐1的內部具有一容室11，該真空爐1可設有一導氣管12，該導氣管12與該容室11相連通，一真空控制器(圖未繪示)可依據設定值，透過該導氣管12而向該容室11抽氣，以控制該容室11的真空度。另，該真空爐1還可設有一開口13，以供使用者向該容室11置入或取出物品，及設有一蓋體14以啟閉該開口13。
請參照第1、2圖，上述轉軸2係可軸向轉動地設於該真空爐1的容室11中；在本實施例中，該轉軸2可與一馬達M的輸出端相連，以由該馬達M驅動旋轉。又，該馬達M可以選擇設於該真空爐1的外部，該轉軸2的一端穿伸出該真空爐1以連接該馬達M；該轉軸2可穿置於一軸承B中，該軸承B可連接定位於該真空爐1，以輔助提升該轉軸2的旋轉穩定性，防止該轉軸2轉動時產生偏擺的情況。
此外，該轉軸2位於該容室11中的部分可分為一本體21及一止轉部22，該本體21與止轉部22的徑向截面形狀不同，以於二者交界處形成一抵靠部23，以供該旋轉平台3結合於該止轉部22並抵接於該抵靠部23，使該旋轉平台3能隨該轉軸2產生同步旋轉；在本實施例中，該本體21的徑向截面可以呈圓形態樣，該止轉部22可以設於該轉軸2的端部，該止轉部22的徑向截面則呈非圓形態樣，以供該旋轉平台3套接結合於該止轉部22並抵接於該抵靠部23。
請參照第2、3圖，上述旋轉平台3係用以供上述殼模4定位 放置的載具，該旋轉平台3設有相連接的一軸接部31及一定位部32；在本實施例中，該軸接部31可設有一穿孔311，該穿孔311的徑向截面形態較佳與該轉軸2的止轉部22的徑向截面形態相匹配，以供該旋轉平台3透過該軸接部31的穿孔311套合連接該轉軸2的止轉部22。該旋轉平台3的定位部32可以概分為一坩堝定位部32a及一模穴定位部32b，該坩堝定位部32a位於該軸接部31與該模穴定位部32b之間，且該軸接部31、坩堝定位部32a及模穴定位部32b係依該轉軸2的徑向延伸排列；又，該坩堝定位部32a可設有一穿置孔321，以供該殼模4的一部分穿伸於其中，該模穴定位部32b則可設有一容槽322，以容置該殼模4的另外一部分。
請參照第2、3圖，上述殼模4具有一坩堝部41、一鑄物部42及一連接部43；該坩堝部41可概呈杯狀而於內部形成一容置空間411，該容置空間411可用以容置欲加熱熔融的鑄材。該鑄物部42是用以成型高爾夫球桿頭的部位，該鑄物部42的外型不特別限制，該鑄物部42的內部具有一模穴421，以於每次澆鑄後成型至少一高爾夫球桿頭鑄件；該模穴421的形態與所欲鑄造成型的高爾夫球桿頭鑄件相匹配，該高爾夫球桿頭鑄件可以加工製得鐵桿頭、木桿頭或推桿頭等型式的球頭，本發明之圖式雖以鐵桿頭為例示意，但並不以此為限。該連接部43呈管狀，該連接部43的一端連接於該坩堝部41的環周面並與該容置空間411連通，該連接部43的另一端連接該鑄物部42並與該模穴421連通，使該坩堝部41的容置空間411得以與該鑄物部42的模穴421相連通。
該殼模4的坩堝部41可定位放置於該旋轉平台3的坩堝定位部32a；該殼模4的鑄物部42則可定位放置於該旋轉平台3的模穴定位部32b，使該殼模4的坩堝部41較鑄物部42更鄰近於該旋轉平台3的軸接部31，故該旋轉平台3轉動時，容置於該坩堝部41的容置空間411中的鑄材，可藉離心力作用而甩入該鑄物部42的模穴421中。
值得注意的是，該鑄物部42的模穴421中具有至少一異材6，該異材6是配置於高爾夫球桿頭本體中，用以調整整體高爾夫球桿頭重心位置或打感的物體。該異材6的局部嵌設於該鑄物部42，且該異材6的其餘部分位於該模穴421中，該異材6可維持定位在該模穴421中的預設位置，以由流入該模穴421的鑄材包覆；其中，由於受離心力作用而流入該模穴421中的鑄材，是用以成型高爾夫球桿頭本體的高溫金屬液，故該異材6的熔點需高於鑄材的熔點，以免該異材6發生熔融。該異材6的比重可依據製造需求而予以調整，欲以該異材6調整減輕高爾夫球桿頭局部重量時，可選用比重低於鑄材的材質；欲以該異材6調整增加高爾夫球桿頭局部重量時，則可選用比重高於鑄材的材質。
請配合參照第4圖，本發明不限制該異材6的形態，該異材6可分為相連接的一嵌殼部61及一鑄包部62，該異材6由該嵌殼部61嵌設於該殼模4的鑄物部42，該異材6的鑄包部62則位於該鑄物部42的模穴421中。較佳地，該異材6的嵌殼部61可設有一第一勾持部611，該第一勾持部611的最大截面寬度大於該嵌殼部61連接該鑄包部62處的截面寬度，使該異材6的嵌殼部61能穩固結合於該鑄物部42而不易脫出；該異材6的鑄包部62可設有一第二勾持部621，該第二勾持部621的最大截面寬度大於該鑄包部62連接該嵌殼部61處的截面寬度，使該異材6的鑄包部62能穩固結合於後續鑄得的鑄件中而不易脫出；以及，該異材6的鑄包部62還可以將局部設為朝該嵌殼部61漸縮截面寬度的錐狀，以輔助提升該異材6與鑄件的結合穩固性。
再者，由於該異材6的嵌殼部61於後續成型鑄件後需被修磨掉，因此該異材6的嵌殼部61的體積越小越好，例如使該異材6的嵌殼部61的平均橫截面積小於該異材6的鑄包部62的平均橫截面積，惟須以能夠穩固支撐該鑄包部62為原則，為本領域中具有通常知識者可以理解。
另，由於該鑄件成型後，該鑄件的外表面可能需要進行修磨，使得該鑄包部62原本包覆於鑄件中的部位(即該鑄包部62較鄰近於該嵌殼部61的一端)，在修磨過程中逐漸裸露至鑄件的外表面處，而異材6通常相較於鑄材較不易被修磨，故該異材6裸露在鑄件外表面處的截面積越小越好。在本實施例中，可選擇使該異材6的鑄包部62具有一小截面積區62a及一大截面積區62b，該小截面積區62a的二端分別連接該異材6的嵌殼部61及該大截面積區62b，該小截面積區62a的最大橫截面積約小於該大截面積區62b的最小橫截面積的三分之二，以及大於該大截面積區62b的最小橫截面積的十分之一，使該鑄包部62的大截面積區62b與該模穴421的內表面之間具有間距，以於成型鑄件時對應形成較易於修磨的形態，有助提升修磨鑄件的效率，並降低修磨工具的損耗。
請參照第5、6圖，在本實施例中，該殼模4的坩堝部41、連接部43及鑄物部42可以呈一體相連的形態，該殼模4的成型步驟為：準備一蠟胚7。該蠟胚7包含一坩堝胚71、一鑄物胚72、一連接胚73及前述之至少一異材6，該坩堝胚71及連接胚73為實心的蠟塊，該連接胚73的一端連接於該坩堝胚71的環周面。該鑄物胚72連接於該連接胚73的另一端，該異材6的一部分嵌設於該鑄物胚72中而形成該鑄包部62，其餘部分凸伸超出該鑄物胚72的外表面而形成該嵌殼部61；在本實施例中，可選擇將熔融的蠟射出包覆於該異材6，以於蠟冷卻凝固後形成該鑄物胚72，並使該異材6的一部分(即該鑄包部62)能嵌設於該鑄物胚中，且該異材6的其餘部分(即該嵌殼部61)凸伸超出該鑄物胚72的外表面。
值得一提的是，該鑄物胚72可選擇以任意部位與該連接胚73相連(即，以任意部位作為澆鑄口，例如趾部、底部、跟部、背部、管柄或擊球面板等處)，且該鑄物胚72連接該連接胚73的部位也可以不只單一個，其係可依「能夠提升鑄件成型良率之流道設計」而作對應之變化，此 乃本領域中具有通常知識者可以理解。
接著，對該蠟胚7進行沾漿、淋砂或黏砂等流程，於該蠟胚7的表面形成一包覆層8。對該蠟胚7及包覆層8加熱，以將蠟熔出；舉例而言，可將該蠟胚7與包覆層8一併置入一蒸氣釜內加熱，使該蠟胚7熔化以便從該包覆層8中排出。將該脫蠟完成的包覆層8以高溫燒結而形成所述殼模4，並使該殼模4的坩堝部41、連接部43及鑄物部42一體相連，以及使該異材6的局部(即該嵌殼部61)嵌設於該殼模4的鑄物部42中。其中，該殼模4的面層材料可選用矽酸鋯、氧化釔、安定氧化鋯或氧化鋁等耐火材料，該殼模4的背層材料則可選用莫來石(3Al2 O3 -2SiO2 )或二氧化矽作為耐火材料；又，當背層材料選用莫來石混合物時，其三氧化二鋁的含量較佳為45%~60%，二氧化矽的含量較佳為55%~40%；當背層材料選用二氧化矽混合物時，其二氧化矽的含量較佳可達95%以上。
請再參照第1、3圖，上述加熱器5設於該真空爐1的容室11中，用以對該殼模4的坩堝部41加熱。在本實施例中，該加熱器5可選擇為一高週波線圈，並由一升降控制器L帶動該加熱器5在該容室11中移動；須加熱該殼模4的坩堝部41時，該加熱器5可被帶動上升至一預設位置，以環繞於該坩堝部41的外周，並啟動該加熱器5，使該坩堝部41被加熱升溫；加熱完畢後，該加熱器5則可以被該升降控制器L帶動下降，使該加熱器5不再環繞於該坩堝部41的外周，以免干擾該殼模4隨該旋轉平台3及該轉軸2之旋轉動作。
據由前述的真空離心鑄造裝置，本發明可實施一種鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，該製造方法大致上包含以下步驟：請參照第1至3圖，將一殼模4定位放置於一旋轉平台3，且該旋轉平台3連接於一可軸向旋轉的轉軸2。更詳言之，該旋轉平台3可設於一真空爐1中，以便控制該殼模4所處空間的真空度；另，該殼模4 具有一坩堝部41、一鑄物部42及一連接部43，該連接部43的二端分別連接該坩堝部41及鑄物部42，使該坩堝部41的容置空間411得以與該鑄物部42的模穴421相連通，另有至少一異材6以局部嵌設於該殼模4的鑄物部42，該異材6的其餘部分則位於該鑄物部42的模穴421中；該殼模4可由該坩堝部41穿伸於該旋轉平台3的穿置孔321中，並由該連接部43抵接於該旋轉平台3，該殼模4的鑄物部42則可置放於該旋轉平台3的容槽322，使該殼模4能穩固定位於該旋轉平台3上的預設位置。
以及，將至少一金屬錠P放置於該殼模4的坩堝部41的容置空間411中；當該金屬錠P的數量選擇為單一個時，該金屬錠P的成分組合與所欲製成之高爾夫球桿頭鑄件的成分組合一致；當該金屬錠P的數量為數個時，該數個金屬錠P熔融後的金屬液的成分組合與所欲製成之高爾夫球桿頭鑄件的成分組合一致。舉例而言，下表為可實施本發明製造方法之四種合金材料，但並不以此為限。
由上表可知，〝實施例一〞及〝實施例二〞為包含鋁(Al)或矽(Si)或錳(Mn)的鐵基材料，其鐵含量大於50%，密度為6.8g/cm3 ，抗拉強度為145~155ksi，屬於具有低比重(密度為6.5~7.8g/cm3 )特性的鋼類材料；〝實施例三〞、〝實施例四〞、〝實施例五〞及〝實施例六〞為包含鈷(Co)或鉬(Mo)或鈦(Ti)的鐵基材料，其鐵含量大於50%，密度為7.8g/cm3 ，抗拉強度為250~350ksi，屬於具有高強度(抗拉強度大於250ksi)特性的鋼類材料；〝實施例七〞屬於高鉻(Cr)含量的鐵基材料，其包含以重量百分比計15~30%之鉻，密度為7.5~8g/cm3 ，抗拉強度為90~110ksi；〝實施例八〞及〝實施例九〞屬於鈦合金材料，其包含以重量百分比計85%~95%之鈦，密度為4.2~4.6g/cm3 ，抗拉強度為100~150ksi。
請參照第1、7圖，於真空環境下將該金屬錠P加熱熔融成金屬液N。更詳言之，在該殼模4安置定位後，該加熱器5可被帶動上升至一預設位置，以環繞於該坩堝部41的外周；同時，該真空爐1的導氣管17可向該容室11抽氣，以控制該容室11的真空度。待真空度達到預設值 (例如真空度小於0.3mbar)後，可啟動該加熱器5，使該殼模4的坩堝部41被加熱升溫，令該坩堝部41中的金屬錠P能熔融成金屬液N；其中，該加熱器5作動時，其電源供應器的頻率可例如為4~30kHz，功率為5~100kW。在金屬錠P都熔融成金屬液N後，該加熱器5則停止作動，並快速地被帶動下降，使該加熱器5不再環繞於該坩堝部41的外周。
請參照第1、8圖，驅動該旋轉平台3轉動，使熔融的金屬液N藉離心力流入並填滿該殼模4的鑄物部42的模穴421，以由金屬液N包覆該異材6位於該模穴421中的部位。更詳言之，該轉軸2可由該馬達M驅動以產生軸向旋轉，其轉速約為200~700rpm，以連動該旋轉平台3同步轉動，該轉速可依據鑄件的厚度(即該模穴421的空間大小)進行調整；當該旋轉平台3受連動而以該轉軸2為軸心轉動時，在旋轉過程中，金屬液N可受離心力作用而沿著該殼模4的坩堝部41的內側壁面，通過該連接部43，流入該鑄物部42的模穴421中以進行澆鑄的動作，進而由該金屬液N填滿該模穴421，及完整包覆該異材6位於該模穴421中的鑄包部62。
澆鑄完成後，該轉軸2持續連動該旋轉平台3轉動；在本實施例中，可例如使該旋轉平台3的轉速維持在200~700rpm，並使其維持10~30秒，直至澆鑄口處(約位於該殼模4的連接部43內部)的金屬液N冷卻凝固後，才減緩該旋轉平台3的轉速至停止；據此，本發明可在該金屬液N冷卻凝固成形的過程中，藉由離心力持續提供壓湯效果，以增加高爾夫球桿頭鑄件的成型性。
請配合參照第9圖，於金屬液N完全凝固後，破壞該殼模4以取得一鑄物。其中，可選擇在該該旋轉平台3停止轉動後，從該旋轉平台3上取下該殼模4，並靜置該殼模4至金屬液N完全凝固以破壞該殼模4；如此一來，在該殼模4降溫的過程中，可同步地進行另一個殼模4的澆 鑄動作，有助提升製造效率。或者，也可選擇在該旋轉平台3停止轉動後，使該殼模4直接在該旋轉平台3上持續降溫，直至該殼模4中的金屬液N完全凝固後，才從該旋轉平台3上取下並破壞該殼模4，使該模穴421中的金屬液N能由外而內地維持均勻降溫。
又，該鑄物包含有一鑄件部，將該鑄件部從該鑄物上分離(例如：以刀具切斷，或是利用震動斷裂使之分離)，以得到至少一高爾夫球桿頭鑄件W，該高爾夫球桿頭鑄件W可緊密地包覆該異材6的鑄包部62，而該異材6的嵌殼部61則凸出於該高爾夫球桿頭鑄件W的表面。接著，由一修磨工具(圖未繪示)修磨該高爾夫球桿頭鑄件W的表面，以去除該異材6凸出於該高爾夫球桿頭鑄件W表面的部位(包含該嵌殼部61及一小部分的該鑄包部62)，並於後續依需求結合必要部件後，可得到一鑄包有異材6的高爾夫球桿頭成品。
是以，本發明之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，可在近乎真空的環境中進行鑄造，使異材6在預熱殼模的階段時，較不易在異材6表面生成氧化層，因此澆鑄後鑄材與異材6之間的結合穩固性得以提升。此外，真空環境也可以減少鑄材於熔煉過程中與大氣產生化學反應的機會，無論鑄材中是否含有活性金屬，鑄材(即該金屬錠P)都能較容易順利且均勻地熔融，從而避免金屬液N在從殼模4的坩堝部41流入鑄物部42的過程中，與空氣反應而產生氧化燒裂的情況，故製成之高爾夫球桿頭鑄件W上不易產生芝麻點及黑豆等外觀缺陷，也不易產生由反應氣體形成的渣孔或反應氣孔等鑄造缺陷，有助提升高爾夫球桿頭鑄件W的抗拉強度及品質。
另一方面，減少金屬液N與大氣的化學反應，也可以提升金屬液N在殼模4內的流動性，加上本發明可在熔融的金屬液N再度凝固前，利用離心力將金屬液N確實地澆灌填充入殼模4的模穴421，不但可 避免部分金屬液N在坩堝部41中凝固形成凝殼而浪費鑄材，更可確保金屬液N流入殼模4的鑄物部42後，能充分填滿該鑄物部42並完整包覆該異材6的鑄包部62，以提升高爾夫球桿頭鑄件的成型良率，及降低發生冷隔而在高爾夫球桿頭鑄件中形成縫隙的機率，以提升高爾夫球桿頭鑄件的抗拉強度。又，以真空環境提升金屬液N在殼模4內的流動性，及利用離心力再輔助提升金屬液N的流動性，雙重作用下可使預熱殼模4的溫度得以降低，從而降低異材6的熱膨脹幅度，使鑄材與異材6在冷卻降溫後仍可維持緊密結合而不易鬆動。
此外，請參照第10圖，本發明鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，還可以搭配使用其模穴421具有數個用以成型高爾夫球桿頭鑄件W的部位的殼模4，以一次性地鑄造出數個高爾夫球桿頭鑄件W，達到提升製造效率的功效。
請參照第11圖，在其他實施例中，當欲鑄包在高爾夫球桿頭中的異材6為熱膨脹係數與鑄材相差甚多的材質時，本發明鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法所搭配使用之殼模4成型時，該蠟胚7的鑄物胚72可在設有該異材6的表面設有一填縫部721，該填縫部721鄰接該異材6，該填縫部721可以是一個凸緣或是數個凸點。據此，該殼模4所鑄得的高爾夫球桿頭鑄件W，在對應於該填縫部721處可形成多餘的鑄材，以供加熱熔融而填入鑄材與異材6之間因熱膨脹係數不同所產生的間隙，從而確保鑄材與異材6之間能維持良好的結合穩固性。同樣地，也可以選擇將凸緣或凸點設於該異材6鄰接於該鑄物胚72的表面端緣，以於鑄造後加熱熔融該異材6的凸起部位而填入鑄材與異材6之間的間隙。
請參照第12圖，其係選擇將異材6’設於高爾夫球桿頭的管柄(Hosel)處的實施例。在此實施例中，該異材6’可直接成為後續鑄得之高爾夫球桿頭鑄件W的管柄，或是與部分鑄件共同構成該管柄；即，該異材 6’的嵌殼部61’僅部分會在後續成型高爾夫球桿頭鑄件後被修磨掉，該異材6’的嵌殼部61’設有一第一勾持部611’，該第一勾持部611’的最大截面寬度大於該嵌殼部61’連接該鑄包部62’處的截面寬度，使該異材6’的嵌殼部61’能穩固結合於該鑄物部42(請配合參照第5圖)而不易脫出；該異材6’的鑄包部62’可設有一第二勾持部621’，該第二勾持部621’的最大截面寬度大於該鑄包部62’連接該嵌殼部61’處的截面寬度，使該異材6’的鑄包部62’能穩固結合於後續鑄得的鑄件中而不易脫出。
因此，本發明鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法所搭配使用之殼模4成型時，該異材6’的鑄包部62’以該第二勾持部621’嵌設於該蠟胚7的鑄物胚72中，其餘部分裸露在該鑄物胚72的外表面而形成該嵌殼部61’；於該蠟胚7的表面形成一包覆層8時，該異材6’的嵌殼部61’則以該第一勾持部611’與該包覆層8結合，並於蠟熔出後將該包覆層8燒結形成該殼模4，並使該異材6’維持以該嵌殼部61’的第一勾持部611’穩固嵌設於該殼模4的鑄物部42中。
續再請配合參照第8圖，以離心澆鑄方式將熔融的金屬液N填入該殼模4的鑄物部42的模穴421後，金屬液N可包覆該異材6’位於該模穴421中的部位，以得到鑄包有該異材6’的高爾夫球桿頭鑄件。接著，可使用一修磨工具修磨該異材6’的嵌殼部61’的第一勾持部611’，修平凸出的部位，及以一鑚孔工具由該異材6’的端面沿軸向進行鑽孔，以供一桿體穿伸結合。據此，當該異材6’為比重小於鑄材的材質時，可藉以減輕管柄處的重量，而將省下來的配重供其他部位使用；當該異材6’為比重大於鑄材的材質時，則可藉以將整體高爾夫球桿頭的重心上提，以提升打擊性能。
更重要的是，以本發明的製造方法製得在管柄處具有異材6’的高爾夫球桿頭時，可藉由鑄包的成型方式大幅提升異材6’與鑄材的結合 穩固性，有效改善異材6’焊接至鑄材後因熱膨脹係數不同而在冷卻後造成鬆動的情況，且異材6’與鑄材的結合可在成型高爾夫球桿頭時即一併完成，可免除後續的焊接步驟，有助簡化製程以提升製造效率。
上述之實施例均以異材6、6’作為配重塊，本發明以下另提供以異材6”調整整體高爾夫球桿頭打感的實施例。請參照第13、14圖，在此實施例中，異材6”係選擇設於高爾夫球桿頭的擊球面板(Face)處，而鑄材所鑄包的異材6”，最後可成型出「Face insert」、「L-Cup」、「C-Cup」或「U-Cup」等型式的擊球面板，且其分別使用的殼模及澆鑄均與前述實施例相似，為本領域中具有通常知識者可以理解，於此不再贅述。
同樣地，以本發明的製造方法製得在擊球面板處具有異材6”的高爾夫球桿頭時，可藉由鑄包的成型方式大幅提升異材6”與鑄材的結合穩固性，有效改善異材6”焊接至鑄材後因熱膨脹係數不同而在冷卻後造成鬆動的情況，且異材6”與鑄材的結合可在成型高爾夫球桿頭時即一併完成，可免除後續的焊接步驟，有助簡化製程以提升製造效率。
綜上所述，本發明鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，可藉由真空環境減少異材及鑄材與大氣產生化學反應的機會，不僅較不易在異材表面生成氧化層，且無論鑄材中是否含有活性金屬，都能提升異材與鑄材之間的結合穩固性，同時提升鑄件的成型良率與品質。
本發明鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，可藉由真空環境及離心澆鑄方式提升金屬液在殼模中的流動性，使預熱殼模的溫度得以降低，從而降低異材的熱膨脹幅度，使鑄材與異材在冷卻降溫後仍可維持緊密結合。
本發明鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，可藉由離心澆鑄，在金屬液凝固成形的過程中，由離心力持續提供壓湯效果，故不必額外消耗材料及熔煉能源來維持壓湯效果，有助降低鑄造成本。
本發明的殼模，可提升所鑄得的高爾夫球桿頭鑄件，其異材與鑄材之間的結合穩固性。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
2‧‧‧轉軸
21‧‧‧本體
22‧‧‧止轉部
23‧‧‧抵靠部
31‧‧‧軸接部
311‧‧‧穿孔
32‧‧‧定位部
32a‧‧‧坩堝定位部
32b‧‧‧模穴定位部
321‧‧‧穿置孔
322‧‧‧容槽
4‧‧‧殼模
41‧‧‧坩堝部
411‧‧‧容置空間
42‧‧‧鑄物部
421‧‧‧模穴
43‧‧‧連接部
5‧‧‧加熱器
6‧‧‧異材
61‧‧‧嵌殼部
62‧‧‧鑄包部
N‧‧‧金屬液

Claims (15)

  1. 一種鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，包含：將一殼模定位放置於一旋轉平台，該殼模具有一坩堝部、一鑄物部及一連接部，該連接部連通該坩堝部及鑄物部的內部，該鑄物部的內部具有一模穴，至少一異材以局部嵌設於該鑄物部，該異材的其餘部分則位於該鑄物部的模穴中；將至少一金屬錠放置於該殼模的坩堝部，並於真空環境下將該金屬錠加熱熔融成金屬液；驅動該旋轉平台轉動，使熔融的金屬液藉離心力流入並填滿該鑄物部的模穴，以由金屬液包覆該異材位於該模穴中的部位；於熔融之金屬液冷卻凝固後，減緩該旋轉平台的轉速至停止；於金屬液完全凝固後，破壞該殼模以取得一鑄物，該鑄物包含有一鑄件部；將該鑄件部從該鑄物上分離，以得到至少一高爾夫球桿頭鑄件，且該異材的局部凸出於該高爾夫球桿頭鑄件的表面；修磨該高爾夫球桿頭鑄件的表面，以去除該異材凸出於該高爾夫球桿頭鑄件表面的部位；其中，該殼模的成型步驟包含：準備一蠟胚，該蠟胚包含一坩堝胚、一鑄物胚、一連接胚及該至少一異材，該連接胚的一端連接於該坩堝胚的環周面，該鑄物胚連接於該連接胚的另一端，該異材的一部分嵌設於該鑄物胚中而形成一鑄包部，其餘部分凸伸超出該鑄物胚的外表面而形成一嵌殼部；於該蠟胚的表面形成一包覆層；對該蠟胚及包覆層加熱，以將蠟熔出；將該脫蠟完成的包覆層以高溫燒結而形成該殼模，並使該殼模的坩堝部、連接部及鑄物部一體相連，以及使該異材的嵌殼部嵌設於該殼模的鑄物部 中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，其中，其係將熔融的蠟射出包覆於該異材，以於蠟冷卻凝固後形成該鑄物胚，並使該異材的鑄包部能嵌設於該鑄物胚中，且該異材的嵌殼部凸伸超出該鑄物胚的外表面。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，其中，該旋轉平台的轉速為200~700rpm，使熔融的金屬液得以流入並填滿該鑄物部的模穴。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，其中，該旋轉平台維持200~700rpm的轉速10~30秒，直至該殼模的連接部中的金屬液冷卻凝固後，才減緩該旋轉平台的轉速至停止。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，其中，在該旋轉平台停止轉動後，從該旋轉平台上取下該殼模，並靜置該殼模至金屬液完全凝固以破壞該殼模。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，其中，在該旋轉平台停止轉動後，使該殼模直接在該旋轉平台上持續降溫，直至該殼模中的金屬液完全凝固後，才從該旋轉平台上取下並破壞該殼模。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，其中，其係由一加熱器環繞於該殼模的坩堝部外周，於真空環境下使該坩堝部被加熱升溫，以將該坩堝部中的金屬錠熔融成金屬液。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之鑄包異材的高爾夫球桿頭製造方法，其中，其係由一升降控制器帶動該加熱器上升以環繞於該殼 模的坩堝部外周，在金屬錠都熔融成金屬液後，該升降控制器再帶動該加熱器下降，使該加熱器不再環繞於該坩堝部的外周。
  9. 一種殼模，具有一坩堝部、一鑄物部、一連接部及至少一異材，該連接部連通該坩堝部及鑄物部的內部，該鑄物部的內部具有一模穴，該異材分為相連接的一嵌殼部及一鑄包部，該異材的嵌殼部嵌設於該殼模的鑄物部，該異材的鑄包部位於該鑄物部的模穴中；其中，該殼模的成型步驟包含：準備一蠟胚，該蠟胚包含一坩堝胚、一鑄物胚、一連接胚及該至少一異材，該連接胚的一端連接於該坩堝胚的環周面，該鑄物胚連接於該連接胚的另一端，該異材的一部分嵌設於該鑄物胚中而形成該鑄包部，其餘部分凸伸超出該鑄物胚的外表面而形成該嵌殼部；於該蠟胚的表面形成一包覆層；對該蠟胚及包覆層加熱，以將蠟熔出；將該脫蠟完成的包覆層以高溫燒結而形成該殼模，並使該殼模的坩堝部、連接部及鑄物部一體相連，以及使該異材的嵌殼部嵌設於該殼模的鑄物部中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之殼模，其中，該異材的嵌殼部設有一第一勾持部，該第一勾持部的最大截面寬度大於該嵌殼部連接該鑄包部處的截面寬度。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之殼模，其中，該異材的鑄包部設有一第二勾持部，該第二勾持部的最大截面寬度大於該鑄包部連接該嵌殼部處的截面寬度。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之殼模，其中，該異材的鑄包部的局部為朝該嵌殼部漸縮截面寬度的錐狀。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之殼模，其中，該異材的嵌殼部的平 均橫截面積小於該異材的鑄包部的平均橫截面積。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之殼模，其中，該異材的鑄包部具有一小截面積區及一大截面積區，該小截面積區的二端分別連接該異材的嵌殼部及該大截面積區，該小截面積區的最大橫截面積小於該大截面積區的最小橫截面積的三分之二，該小截面積區的最大橫截面積大於該大截面積區的最小橫截面積的十分之一，使該鑄包部的大截面積區與該模穴的內表面之間具有間距。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之殼模，其中，該蠟胚的鑄物胚在設有該異材的表面設有一填縫部，該填縫部鄰接該異材，該填縫部是一個凸緣或是數個凸點。
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