TWI494177B - 壓製成形方法 - Google Patents

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Description

壓製成形方法 發明領域

本發明係關於素材的壓製成形法。

本案係以已於2011年6月30日在日本所提出申請的特願2011-145903號為基礎主張優先權,並爰引其內容於本案中。

發明背景

具有底且直徑一定的圓筒狀容器、或在中途具有直徑不同之梯度部的多層圓筒狀製品之成形方法,一般廣泛採用將杯狀中間素材更進一步施行深衝成形的方法。例如非專利文獻1有揭示:將在第一步驟中從圓盤狀素材成形為杯狀的中間素材,利用第二步驟施行再度絞加工的再深衝加工法。

該加工法係一邊將由第一步驟所成形的杯狀中間素材,夾持於插入於其內面屬於圓筒狀工具的壓料件、與模具之間,一邊將使貫通壓料件內部的衝頭依插入模具的圓環狀內面方式押入,而在杯狀中間素材的底部成形圓筒狀突部。此種成形法中,會有材料從杯狀中間素材朝衝頭與模具圓筒狀內面之間的流入不足,導致容易發生衝頭前端角部出現材料斷裂等成形不良的問題。

針對此種問題,專利文獻1與專利文獻2有揭示:藉由使用經分割模具,將杯積極的押入模具的圓筒狀內 面,俾防止因材料斷裂等而衍生成形不良的方法。又,專利文獻3、4中有揭示相關聯技術。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1日本專利特開平8-150426號公報

專利文獻2日本專利特開2002-113528號公報

專利文獻3日本專利特開平8-141662號公報

專利文獻4日本專利特開平6-210363號公報

非專利文獻

非專利文獻1長田修次、柳本潤:從基礎理解的塑性加工、(1999)、p.195、CORONA出版社

發明概要

然而,上述的深衝成形法中,專利文獻1所揭示的方法,因為屬於使用液壓的成形法,因而模具的構造趨於複雜。又,因為將杯押入模具內面的方向係與衝頭的押入方向呈相反方向,因而無法充分押入的情況頗多。

專利文獻2所揭示的方法,當對成形為杯狀的中間素材底部,利用可動式衝頭施行深衝成形時,使依配置呈夾壓側壁狀態插入於側壁面內面的工具、與配置於外壁面外側的可動式工具,配合可動式衝頭在與中間素材之間滑接。藉此,將中間素材的側壁材料積極地饋進於模具內面,俾防止成形品的衝頭前端角部發生材料斷裂。然而, 因為一般在實際的杯狀中間素材側壁面、與欲使其側壁從內外面夾壓的工具之間設有間隙,因而多數情況並無法朝目標中間素材側壁的模具內面充分饋進材料。又,因為模具係分割,因而會有在模具與材料的接觸面端部之角狀部分容易發生龜裂等問題。

專利文獻3所揭示:在使深衝成形後的製品壁厚能呈更均勻之目的下,於成形步驟的途中追加使用諸如壓印加工或軸壓縮加工等的增壁厚步驟,俾使利用深衝成形施行薄板化的部分能增壁厚之方法。但是,此種方法因為僅施行增壁厚步驟的追加單一步驟,會有生產性降低、且製造成本增加等問題。又,此種方法係在提升經成形製品的壁厚精度之目的下,於深衝加工後再施行增壁厚成形的方法。即,此種方法頗難達成本發明目的之防止深衝加工中因材料斷裂等而造成成形不良情形。

例如專利文獻4有揭示:預先調查成形後壁厚變薄部分與素材位置間之對應,然後將經深衝成形後壁厚會變薄部分所對應的素材部位,與其他部位相比較,並依壁厚相對性變厚的方式施行機械加工,再對經施行該機械加工過的素材施行深衝加工之方法。然而,此種方法必須將應成形的所有素材利用諸如切削加工、研削加工等機械加工,預先加工成既定尺寸、形狀,會有導致成本增加、及生產效率降低的問題。

本發明針對此種問題,目的在於提供:在未使用容易發生模具龜裂的分割模具、模具構造複雜的液壓情況 下,使成形中的素材不易發生龜裂的深衝成形法。

為能解決上述課題俾達成該項目的,本發明係採取以下的手段。

(1)本發明一態樣的壓製成形方法,係採用可使複數軸獨立作動的多軸壓製裝置,將形成有凹處的素材之前述凹處底部推出,再延伸加工呈中空軸者;其包括有第1步驟與第2步驟,該第1步驟係將前述素材安裝於凹模具中;該第2步驟係利用第1工具,將劃分出前述素材的前述凹處而呈圓筒狀之側壁的端面朝前述第1工具的軸方向,依第1速度Vi押入,同時利用第2工具,將前述素材的前述底部朝前述第2工具的軸方向,依第2速度Vb推出而成形;其中,前述第2步驟中,前述第2速度Vb對前述第1速度Vi的比(Vb/Vi)係控制於0.7~1.5之範圍。

(2)上述(1)所記載的壓製成形方法,其中前述第2步驟更進一步同時利用在前述第1工具與前述第2工具間所設置之第3工具,執行前述素材的壓料;當將前述第2步驟前的前述素材板厚設為t、且將前述素材外周面與前述凹模具內周面間之間隙s1及前述素材內周面與前述第3工具外周面間之間隙s2的總和設為s時,亦可滿足以下的條件式(a):0.02×t≦s≦0.3×t………(a)

藉由使用本發明,便可在不致使素材發生龜裂的 情況下,安定地進行深衝成形。

圖式簡單說明

第1A圖係本實施形態所使用模具例的剖視圖。

第1B圖係本實施形態所使用模具例的剖視圖。

第1C圖係本實施形態所使用模具例的剖視圖。

第2圖係本實施形態所欲改善問題之衝頭前端角部的龜裂說明示意圖。

第3A圖係本實施形態模具內部充滿素材前的狀態圖。

第3B圖係本實施形態模具內部充滿素材後的狀態圖。

用以實施發明之形態

以下使用圖,針對本實施形態的壓製成形方法詳細進行說明。本實施形態中,已形成凹處的素材係使用杯狀素材6,對該杯狀素材6施行成形。第1A圖至第1C圖所示係本實施形態所使用多軸壓製裝置的模具(壓製模具)100概略圖。第1A圖至第1C圖所示模具100,係設置於具備有前述能使獨立作動之複數軸的多軸壓製裝置既定位置處使用,更進一步具備有:具有圓柱狀衝頭1與壓料件2。該衝頭1係將杯狀素材6的內側底部予以推出。該壓料件2係呈覆蓋衝頭1周圍的筒形狀,在成形過程中由其外周面按押著杯狀素材6的內面。衝頭1係將在模具4(後述)安裝側(紙面上方)配置的杯狀素材6之內側底部,朝模具4的素材排出側(紙面下方)推出之棒狀衝頭。本實施形態的壓製成形方法,利用上述多軸壓製裝置推出杯狀素材6的底部,而延伸加工呈中 空軸。

另外,所使用素材的外徑較佳係20mm~300mm。若外徑未滿20mm,則頗難將杯狀素材6的底部推出並延伸加工呈中空軸。又,若外徑超過300mm,則模具會成為大型,且成形荷重亦增加,導致需要大型的壓製機等,造成實用上的成形趨於困難。更佳係50mm~120mm。

再者,素材的板厚尺寸(壁厚)較佳係設為1.5mm~15mm。若未滿1.5mm,則素材側壁端面的押入趨於困難;反之,若超過15mm,則杯狀中間素材的成形趨於困難。更佳係2mm~12mm。

再者,本實施形態所使用模具100,係具有依包圍著壓料件2周圍的方式呈環狀的筒形狀軸之外周衝頭3。該外周衝頭3係具有突起部3a。該突起部3a係將在模具4的素材安裝側所配置杯狀素材6之開口部上緣,朝模具4的素材排出側押入。又,本實施形態的模具100係具有略圓環形狀模具4與逆向衝頭5。該模具4係一邊按押著杯狀素材6的底部,一邊在與下降的衝頭1之間按押著素材6,並整飾呈既定尺寸形狀。該逆向衝頭5係插入於圓筒狀模具4內面,並在與衝頭1之間按押著素材底面。

另外,模具100係由凸模具與凹模具構成。凸模具係包括有:衝頭1、壓料件2及外周衝頭3;凹模具係包括有模具4與逆向衝頭5。

再者,本實施形態的多軸壓製裝置係具備有對衝頭1、壓料件2、外周衝頭3、及逆向衝頭5的移動,能個別 獨立進行控制的驅動機構(未圖示)。該等模具100的各構件係利用本實施形態中未圖示的壓製機,依將素材6成形為既定尺寸形狀的方式,控制著其移動。

其次,針對使用第1A圖~第1C圖所示模具100的壓製成形方法中,各構件的行為進行說明。首先,利用壓製機的驅動機構控制,使衝頭1、壓料件2、外周衝頭3上升至能在與模具4之間插入杯狀素材6的足夠高度。在此狀態下,在模具4上面依模具4內周的中心軸與其中心軸呈略一致狀態,設置(安裝)杯狀素材6。然後,衝頭1、壓料件2、外周衝頭3形成一體,一邊由壓製機的驅動機構進行控制一邊下降。若壓料件2與衝頭1接觸到素材6的底面,外周衝頭3接觸到杯狀素材6的上緣面,便停止前述下降動作(參照第1A圖)。

再者,此時在與該等工具的移動之同時,逆向衝頭5依沿圓筒狀模具4內面的方式上升。若逆向衝頭5接觸到素材6的底面,便停止前述的上升動作(參照第1A圖)。在完成截至此為止的模具各構件動作之狀態下,杯狀素材6便被壓料件2與模具4、衝頭1與逆向衝頭5之間按押著,並被固定於模具4內。

依如上述,從在模具4內固定著杯狀素材6的狀態,更進一步在使壓料件2停止的狀態下,一邊使衝頭1下降一邊推出素材6的底部。又,配合衝頭1的動作,逆向衝頭5亦下降。藉由此動作,便在杯狀素材6的底部成形出直徑較小於素材6之外徑的筒狀突起(參照第1B圖)。在該成形 中,藉由對應衝頭1的下降使外周衝頭3下降,而按押著素材6的開口部上緣面,促進素材6朝模具100內部的流入,即促進流入於模具4及逆向衝頭5、與衝頭1、壓料件2及外周衝頭3之間的區域,且朝素材排出側流入(參照第1B圖、第1C圖)。藉由此動作,如第2圖所示,防止上述衝頭前端角部發生素材斷裂情形。

使外周衝頭3下降之際,為防止衝頭前端角部發生素材斷裂,便將其下降速度Vi依與衝頭1的下降速度Vb之比,控制呈Vb/Vi=0.7~1.5之範圍。針對成形中防止素材6在衝頭前端肩部發生素材斷裂而言,外周衝頭3的下降速度Vi對衝頭1的下降速度Vb之所以成為重要因素的理由,係如以下理由。本實施形態的壓製成形方法,藉由於成形中使用外周衝頭3按押著杯狀素材6的上緣,而促進素材朝模具100內部的流入,便使素材不會發生斷裂地安定進行成形。所以,當該外周衝頭3與衝頭1的下降速度比非屬恰當時,便無法獲得素材6充分流入模具100內部的效果,例如會有發生第2圖所示斷裂的情況。無法獲得素材6充分流入模具100內部的效果之原因,可認為在成形前配置於模具4既定位置處的杯狀素材6、與模具4之間、及素材6與壓料件2之間所設置間隙的影響。

參照第3A圖、第3B圖,針對無法獲得上述流入效果的原因進行說明。第3A圖所示係衝頭1、壓料件2及外周衝頭3抵接於在模具4的素材安裝側所安裝素材6的瞬間之狀態(但,對素材6所施加按押力設為能忽視程度的微弱 力)圖。又,第3B圖所示係在模具100內部充滿素材6後的狀態圖。

此處,針對從第3A圖的狀態變化至第3B圖的狀態時,多軸壓製裝置的行為進行說明。如第3A圖所示,將素材6安裝於模具100中之時,在素材6與壓料件2之間、及素材6與模具4之間,形成各自水平方向的間隙。從此狀態,若利用外周衝頭3按押著素材6的上緣,便因外周衝頭3的按押而使素材6的上端部承受壓縮應力。藉由此應力的傳播,素材6便產生應變,且依埋藏安裝時的間隙方式使素材6的形狀變化。然後,成為第3B圖的狀態,素材6的外壁與模具100內部的內壁間之全面呈抵接狀態,即成為模具100內部由素材6充滿的狀態。

針對在素材6安設時(安裝時),於素材6、與壓料件2及模具4之間設計間隙的理由進行說明。該間隙係為使素材6可以且輕易地設置於模具100內部既定位置處而設計。若在素材6與模具4之間沒有間隙,當素材6安裝於模具100時,於設置在既定位置之前,素材6與模具4便呈嵌合狀態,會有已無法再押入素材6的可能性。所以,無法將素材6移動至模具100內的既定位置處設置。又,當欲使已無法移動的素材6強制性移動時,亦會有導致素材6、模具100發生瑕疵等問題的情況。

再者,另一方面,相關在素材6與壓料件2之間的間隙,係在以開始成形時壓料件2能輕易插入杯狀素材6內面,且防止壓料件2與素材6間發生瑕疵之目的而設計。

將如上述間隙設置於模具各構件與素材6之間的狀態下,當一邊利用外周衝頭3按押著杯狀素材6的上緣,一邊使衝頭1下降而進行深衝成形時,依照外周衝頭3的下降速度與衝頭1的下降速度之比值,會有無法充分獲得本實施形態壓製成形方法目的之利用外周衝頭3對素材6上緣的按押,而使素材6流入於模具100內部的效果,導致素材6發生斷裂的情況。理由係在素材6、與模具4及壓料件2等工具之間存在有間隙的狀態下,當利用外周衝頭3按押著素材6上緣時,依照外周衝頭3的下降速度與衝頭1的下降速度之比值,按押效果係相較於本實施形態目的之促進素材6流入模具100內部之下,素材6較耗費於充滿與模具4及壓料件2等之間的間隙中,結果導致由外周衝頭3所造成的按押效果,無法充分對防止素材6的斷裂發揮貢獻之緣故所致。

本實施形態的壓製成形方法,為防止此種問題,當使外周衝頭3下降時,便將其下降速度控制於恰當值。即,本實施形態的壓製成形方法,外周衝頭3的下降速度Vi係依與衝頭1的下降速度Vb之比,控制呈Vb/Vi=0.7~1.5之範圍。藉由將Vb/Vi設為上述範圍,便可在充分確保利用外周衝頭3的按押所造成素材6流入模具4效果之前提下,於不會使素材發生斷裂的情況下進行成形。

當外周衝頭3的下降速度Vi與衝頭的下降速度Vb之比Vb/Vi超過1.5時,衝頭1的下降速度相對於外周衝頭3的下降速度便過大,相對於衝頭1的推出,由外周衝頭3所進行的素材6朝模具100內部之饋進量會不足,導致無法充 分防止在衝頭1的前端角部發生素材斷裂。

再者,若Vb/Vi未滿0.7時,利用外周衝頭3進行的素材6押入會過大,導致發生在外周衝頭3與模具4之間出現毛邊等製品製造上的問題。上述範圍係無關於素材是否有充滿模具100內部。

此處,在第3A圖所圖示狀態(即利用外周衝頭3按押著素材6上緣之前的狀態)下,將素材6的板厚尺寸設為t、素材6與模具4間所形成間隙(水平方向間隙)設為s1、素材6與壓料件2間所形成間隙(水平方向間隙)設為s2。當s1與s2的總和設為s時,較佳係滿足0.02×t≦s≦0.3×t。藉由板厚t與間隙的總和s滿足前述條件,便可更確實獲得利用將外周衝頭3的下降速度Vi、與衝頭的下降速度Vb之速度比率,規定為如上述所造成的效果。即便間隙總和s非為上述範圍的情況,仍可在不會發生斷裂與毛邊之情況下完成成形。然而,當間隙總和s小於0.02t時,在成形前,無法在模具100內部所設置杯狀素材6的內面,圓滑地插入壓料件2,導致會有素材6的上緣面發生凹陷瑕疵、或側壁其中一部分變薄的情況。又,若間隙總和s超過0.3t,因為間隙過大,則在壓料件2插入後,若開始利用外周衝頭3進行杯狀素材6的上緣押下,便會有導致素材6的側壁發生彎曲,造成成形品發生形狀不良的情況。所以,當要求較高成形精度時,間隙總和s較佳係滿足0.02×t≦s≦0.3×t。

相關素材6是否充滿模具的判斷,係依相同的素材與多軸壓製裝置設定條件施行預成形,並求取例如模具 各構件的控制位置與素材朝模具內部的充滿度間之關係,再根據此項關係,依模具位置判斷素材是否有無充滿便可。更具體而言,使成形依不同的複數條件(Vb/Vi的條件)下,施行在成形途中便結束的實驗,並記錄在各條件下,多軸壓製裝置開始驅動起至成形結束的衝頭1之衝程量。然後,藉由施行所成形材料截面形狀測定,再從與利用記載著模具詳細尺寸與形狀的模具圖式所求得模具形狀間之關係,掌握材料充滿狀態,便可使用從開始驅動時的衝頭1之衝程量,預先實驗性求取變更速度比率的時序。

判斷素材6是否充滿模具,亦可使用上述以外的方法。例如若素材6充滿模具,對外周衝頭3所施加的荷重便會增加。所以,亦可在外周衝頭3上安裝荷重計,再利用荷重變化判斷有無充滿。

實施例 (實施例1)

使用第1A圖~第1C圖所示多軸壓製裝置,將外徑φ 90mm×壁厚2mm×高度30mm的碳鋼杯狀素材,在壁厚維持2mm狀態下,於室溫下成形為外徑Φ50mm的杯。在該成形中,多軸壓製裝置係設定成在利用預成形確認素材充滿模具內部之前與後(充滿前與充滿後),不管哪一情況均設為外周衝頭3的下降速度Vi、與衝頭的下降速度Vb之比Vb/Vi,均成為相同值狀態。表1所示係該成形中的速度比Vb/Vi與成形結果間之關係。

當速度比Vb/Vi在0.7~1.5之範圍時,可在素材不 會發生斷裂與毛邊之情況下完成成形。相對於此,當速度比Vb/Vi較小於0.7時,素材會發生構成製品製造上問題的毛邊。又,當速度比Vb/Vi較大於1.5時,因為成形中的素材會發生斷裂,因而成形中斷。

(實施例2)

使用第1A圖~第1C圖所示多軸壓製裝置,將外徑φ 120mm×壁厚5mm×高度40mm的鋁製杯狀素材,在壁厚維持5mm狀態下,於室溫下成形為外徑φ 70mm的杯。在該成形中,多軸壓製裝置係設定成在利用預成形確認素材充滿模具內部之充滿前與充滿後,外周衝頭3的下降速度Vi、與衝頭的下降速度Vb之比Vb/Vi成為不同值狀態。表2所示係該成形中進行成形的多軸壓製裝置之速度比Vb/Vi、與成形結果間之關係。

在充滿前與充滿後任一情況均係速度比Vb/Vi為0.7~1.5之範圍的情況,可在素材不會發生斷裂與毛邊之情況下完成成形。相對於此,在充滿前與充滿後有任一情況的速度比Vb/Vi成為小於0.7的值時,素材會發生構成製品製 造上問題的毛邊。又,在充滿前與充滿後任一情況的速度比Vb/Vi成為較大於1.5的值時,因為成形中的素材會發生斷裂,因而成形中斷。

(實施例3)

再者,使用第1A圖~第1C圖所示多軸壓製裝置,將外徑φ 80mm×壁厚5mm×高度45mm的碳鋼杯狀素材,在壁厚維持5mm狀態下,於室溫下成形為外徑φ 45mm的杯。表3所示係該成形中的素材6與模具4及壓料件2間之間隙總和s、與成形結果的關係。

表3中的間隙係在第3A圖所示狀態下,在素材6、與模具4及壓料件2之間所形成間隙(水平方向間隙)總和s,除以素材6板厚尺寸t的值。

在充滿前與充滿後任一情況均係速度比Vb/Vi為0.7~1.5之範圍的情況,可在素材不會發生斷裂與毛邊之情況下完成成形。相對於此,在充滿前與充滿後有任一情況的速度比Vb/Vi成為小於0.7的值時,素材會發生構成製品製造上問題的毛邊。又,在充滿前與充滿後任一情況的速度比Vb/Vi成為較大於1.5的值時,因為成形中的素材會發生斷裂,因而成形中斷。

另外,間隙總和s較小於素材板厚的0.02倍時,會發生壓料件插入不良;間隙較大於素材6之板厚的0.3倍時,素材6的側壁會發生彎曲。相對於此,間隙總和s在素材板厚t的0.02倍至0.3倍間之範圍時,不會發生此種壓料件插入不良與素材側壁彎曲,能進行更高精度的成形。

(產業上之可利用性)

本發明的壓製成形因為可在素材不會發生龜裂情況下,安定地進行深衝成形。所以,工業性利用價值頗高。

1‧‧‧衝頭

2‧‧‧壓料件

3‧‧‧外周衝頭

3a‧‧‧突起部

4‧‧‧模具(凹模具)

5‧‧‧逆向衝頭

6‧‧‧素材

100‧‧‧模具

s1‧‧‧間隙

s2‧‧‧間隙

第1A圖係本實施形態所使用模具例的剖視圖。

第1B圖係本實施形態所使用模具例的剖視圖。

第1C圖係本實施形態所使用模具例的剖視圖。

第2圖係本實施形態所欲改善問題之衝頭前端角部的龜裂說明示意圖。

第3A圖係本實施形態模具內部充滿素材前的狀態圖。

第3B圖係本實施形態模具內部充滿素材後的狀態圖。

1‧‧‧衝頭

2‧‧‧壓料件

3‧‧‧外周衝頭

3a‧‧‧突起部

4‧‧‧模具(凹模具)

5‧‧‧逆向衝頭

6‧‧‧素材

100‧‧‧模具

Claims (2)

  1. 一種壓製成形方法,係採用可使複數軸獨立作動的多軸壓製裝置,將形成有凹處的素材之前述凹處之底部推出,再延伸加工呈中空軸者,其特徵在於包括有下述步驟:第1步驟,係將前述素材安裝於凹模具中;以及第2步驟,係使用用以將前述素材之界定前述凹處並成為圓筒狀之側壁的端面朝軸方向押入之第1工具、用以將前述素材之前述底部朝軸方向推出之第2工具、及配置於前述第1工具與前述第2工具之間的第3工具,使前述第1~第3工具作為一體而下降,使前述第3工具按壓前述底部,並使前述第3工具保持停止的狀態下,利用前述第1工具,將前述素材的前述側壁的前述端面朝前述第1工具的軸方向,依第1速度Vi押入,同時利用前述第2工具,將前述素材的前述底部朝前述第2工具的軸方向,依第2速度Vb推出而成形;其中,前述第2步驟中,前述第2速度Vb對前述第1速度Vi的比Vb/Vi係控制於0.7~1.5之範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項之壓製成形方法,其中前述第2步驟更進一步同時利用前述第3工具,執行前述素材的壓料;當將前述第2步驟前的前述素材板厚設為t、且將前述素材外周面與前述凹模具內周面間之水平方向的間隙s1及前述素材內周面與前述第3工具外周面間之水平 方向的間隙s2的總和設為s時,係滿足以下的條件式(1):0.02×t≦s≦0.3×t‧‧‧‧‧‧‧‧‧(1)。
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