TWI542419B - Composite pipe and its manufacturing method - Google Patents

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TWI542419B TW103141765A TW103141765A TWI542419B TW I542419 B TWI542419 B TW I542419B TW 103141765 A TW103141765 A TW 103141765A TW 103141765 A TW103141765 A TW 103141765A TW I542419 B TWI542419 B TW I542419B
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Description

複合管材及其製造方法
本發明是有關於一種複合管材及其製造方法，且特別是有關於一種複合管材及其製造方法，該複合管材之外管材及內管材之介面接合強度佳。
擠型製程是指將材料透過擠壓方式成形，其原理是將擠壓材/擠錠藉由適度加熱並加壓，等速擠入模具來製成所需形狀、尺寸及物理性的產品，因此適合易塑形之金屬及塑料成品之加工。
台灣專利證書號449560揭示一種自行車管件製造方法，係包括如下步驟：將一中空鐵管置入於中空鋁管內；提供一具有管狀狹槽之夾模，該管狀狹槽具有一開放之槽口；及提供一使鐵管之全部外表面完全密合緊貼於鋁管內壁之沖壓合動作，藉此鐵管即可與鋁管結合成一體者。雖然該專利前案是藉由沖壓合製程，使鐵管之全部外表面完全密合緊貼於鋁管內壁，但是並未揭示藉由擠型製程鐵管與鋁管結合成一體。
因此，便有需要提供一種複合管材之製造方法，能夠解決前述的問題。
本發明之一目的是提供一種複合管材之製造方法，該複合管材之外管材及內管材之介面接合強度佳。
依據上述之目的，本發明提供一種複合管材之製造方法，包含下列步驟：提供一擠錠，其中該擠錠包含一內材及一外材，該外材包覆該內材；加熱該擠錠；將該擠錠推動至一待擠壓位置；以及進行一擠型製程，擠壓該擠錠而使該擠錠擠製成形 為一複合管材，其中該擠錠之該內材及外材擠製成形為該複合管材之一內管材及一外管材，且該外管材藉由該擠型製程而接合於該內管材。
本發明之複合管材可作為自行車管材之用，具有輕量、高強度、減震、表面耐蝕美觀及介面接合強度佳等產品特性，未來可用於汽機車或機械設備等需要求減震之組件或產品。本發明之複合管材，以複合材料取代單一鋼材或鋁材，除達到輕量化目的外，亦保有一定承載能力，以提高自行車管材之附加價值。
100‧‧‧擠型設備
110‧‧‧盛錠筒
120‧‧‧擠壓桿
122‧‧‧第一動力源
124‧‧‧第一方向
130‧‧‧擠壓模具
132‧‧‧第一模具
134‧‧‧第二模具
136‧‧‧出口
200‧‧‧擠型設備
210‧‧‧盛錠筒
220‧‧‧擠壓桿
222‧‧‧第一動力源
224‧‧‧第一方向
230‧‧‧擠壓模具
232‧‧‧第一模具
234‧‧‧第二模具
236‧‧‧出口
240‧‧‧第一穿心桿
242‧‧‧第二穿心桿
244‧‧‧第三穿心桿
246‧‧‧第四穿心桿
252‧‧‧第二動力源
254‧‧‧第二及第三方向
262‧‧‧第三動力源
264‧‧‧第三方向
300‧‧‧擠錠
302‧‧‧內材
304‧‧‧外材
306‧‧‧中空內部
350‧‧‧複合管材
350’‧‧‧複合管材
350”‧‧‧複合管材
352‧‧‧內管材
354‧‧‧外管材
360‧‧‧第一剖面形狀
362‧‧‧第二剖面形狀
372‧‧‧較厚部分
374‧‧‧較薄部分
400‧‧‧彎管機
410‧‧‧引導輪
S100~S130‧‧‧步驟
S200~S240‧‧‧步驟
圖1為本發明之第一實施例之擠型設備之剖面示意圖。
圖2a及2b為本發明之一實施例之擠錠之前視剖面及側視剖面示意圖。
圖3為本發明之第一實施例之複合管材之製造方法的流程圖。
圖4a為本發明之第一實施例之複合管材之製造方法的剖面示意圖，其顯示進行一擠型製程。
圖4b為沿圖4a之擠型設備之剖線A-A’之剖面示意圖。
圖4c為沿圖4a之擠型設備之剖線B-B’之剖面示意圖。
圖5為本發明之第一實施例之擠錠及複合管材之剖面示意圖。
圖6為本發明之第二實施例之擠型設備之剖面示意圖。
圖7為本發明之第二實施例之複合管材之製造方法的流程圖。
圖8及9為本發明之第二實施例之複合管材之製造方法的剖面示意圖，其顯示至少一穿心桿之穿入一擠壓模具之出口。
圖10為本發明之第二實施例之複合管材之製造方法的剖面示意圖，其顯示將第二模具、以及第一至第四穿心桿移除。
圖11為本發明之第二實施例之複合管材之製造方法的剖面示意圖，其顯示彎折該複合管材。
圖12為本發明之第二實施例之擠錠、複合管材及彎折後之複合管材之剖面示意圖。
為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。
圖1為本發明之第一實施例之擠型設備之剖面示意圖。該擠型設備100包含一盛錠筒110(container)、一擠壓桿120(ram)及一擠壓模具130(die)。該盛錠筒110用以置放一擠錠300(billet)。該擠壓桿120用以推動及擠壓該擠錠300。該擠壓桿120可包含一壓餅(dummy)(圖未示)，用以接觸該擠錠300。該擠壓模具130包含一第一模具132及一第二模具134，該第一模具132與該第二模具134之間定義有一出口136。當該擠壓桿120擠壓該擠錠300時，該擠錠300根據該擠壓模具130之出口136剖面形狀而擠製成形為一複合管材。
參考圖2a及2b，該擠錠300包含一內材302及一外材304，該外材304包覆該內材302。在本實施例中，該擠錠300可為圓形柱狀。或者，在另一實施例中，該擠錠300可為方形柱狀(圖未示)。該外材304包含一中空內部306，該內材302位於該中空內部306內。在本實施例中，該外材304之中空內部306可藉由例如機械加工製程(例如鑽孔製程)或一般管材製造方法而預先成形。
圖3為本發明之第一實施例之複合管材之製造方法的流程圖。該複合管材之製造方法，包含下列步驟：在步驟S100中，提供一擠錠300，其中該擠錠300包含一內材302及一外材304，該外材304包覆該內材302，如圖2a及2b所示。在本實施例中，該內材302及該外材304可分別為鎂合金及鋁合金材質所製。或者，在另一實施例中，該內材302及該外材304可分別為鎂合金及鈦合金材質所製。
在步驟S110中，加熱該擠錠300。詳言之，對該擠錠300進行熱處理程序(heat treatment process)，可改變該擠錠300的材料特性，使之可成為易於加工的狀態。例如，於此實施例中，該擠錠300可包含鎂合金及鋁合金材質，其經由熱處理程序後，可被加熱至低於熔點之溫度值，以利後續之擠製成形。
在步驟S120中，將該擠錠推動至一待擠壓位置，如圖1所示。在本實施例中，將該擠錠300放置於一盛錠筒110內，並以一擠壓桿120推動該擠錠300至該待擠壓位置。該擠壓桿120可藉由一第一動力源122沿一第一方向124而被驅動。
在步驟S130中，進行一擠型製程，擠壓該擠錠300而使該擠錠300擠製成形為一複合管材350，如圖4a所示。在本實施例中，該擠壓桿120可再次藉由該第一動力源122沿該第一方向124而被驅動，以該擠壓桿120擠壓該擠錠300，使該擠錠300根據一擠壓模具130之出口136剖面形狀而擠製成形為該複合管材350，其中該出口136是由該擠壓模具130之第一模具132及第二模具134之間所定義。該第一模具132可為固定模具，而該第二模具134可為固定模具或可移動模具。另外，所述擠型(extrusion)製程可包含例如，直接擠型、間接擠型或靜水壓擠型等，但不限定於此。最後，該複合管材350會經過時效處理(退熱處理)製程及切管製程而成為功能性複合管材。
在本實施例中，請參考圖4b，該複合管材350可為圓管剖面。或者，在另一實施例中，請參考圖4c，該複合管材350可為非圓管剖面(亦即異型管剖面)。
請參考圖5，本發明之第一實施例之複合管材之製造方法是將該擠錠300之該內材302及外材304擠製成形為該複合管材350之一內管材352及一外管材354。該外管材354位於該內管材352之外，其中該外管材354藉由該擠型製程而接合於該內管材352，該外管材354及該內管材352之介面接合強度佳。
在本實施例中，該內管材352及外管材354分別為 鎂合金及鋁合金材質所製。例如，該內材302及該外材304分別為AZ31鎂合金材質及AA7005鋁合金材質所製(但不限定於此)。因此，於受力5000psi狀況下，鎂合金材質所製之該內管材352的吸震能約為鋁合金材質所製之該外管材354的吸震能的25倍，用以抑制震動。該吸震能(damping capacity)是指材料在疲勞強度以下之應力作週期性震動，其震動以熱能方式吸收的能力。若鎂合金材質所製之該內管材352相較於鈦合金材質所製之該外管材354，則吸震能的數據會不同，故僅以實施例說明鎂合金材質所製之該內管材352及鋁合金材質所製之該外管材354之吸震能的數據。鋁合金材質所製之該外管材354之抗拉強度可大於390MPa，用以支撐結構。再者，該內管材352與該外管材354之熔點的相差值可小於攝氏200度，以避免加熱該擠錠300時，該內材302與該外材304之其中一者發生熔化。例如，鎂合金及鋁合金之熔點分別為攝氏400~500度及攝氏300~400度，可避免加熱該擠錠300時，鎂合金及鋁合金之其中一者發生熔化。
本發明之複合管材可作為自行車管材之用，具有輕量、高強度、減震、表面耐蝕美觀及介面接合強度佳等產品特性，未來可用於汽機車或機械設備等需要求減震之組件或產品。本發明之複合管材，以複合材料取代單一鋼材或鋁材，除達到輕量化目的外，亦保有一定承載能力，以提高自行車管材之附加價值。
圖6為本發明之第二實施例之擠型設備之剖面示意圖。該擠型設備200包含一盛錠筒210、一擠壓桿220及一擠壓模具230。該盛錠筒210用以置放一擠錠300(billet)。該擠壓桿220用以推動及擠壓該擠錠300。該擠壓模具230包含一第一模具232及一第二模具234，該第一模具232與該第二模具234之間定義有一出口236。該擠型設備200更包含第一至第四穿心桿240、242、244、246穿入該擠壓模具230之出口236，以改變該擠壓模具230之出口236剖面的面積。當該擠壓桿220擠壓該擠錠300時，該擠錠300根據該擠壓模具230之改變後的出口236剖面形狀而擠 製成形為一複合管材350’。
圖7為本發明之第二實施例之複合管材之製造方法的流程圖。該複合管材之製造方法，包含下列步驟：在步驟S200中，提供一擠錠300，其中該擠錠300包含一內材302及一外材304，該外材304包覆該內材302，如圖2a及2b所示。在步驟S210中，加熱該擠錠300。
在步驟S220中，將該擠錠300推動至一待擠壓位置，如圖6所示。在本實施例中，將該擠錠300放置於一盛錠筒210內，並以一擠壓桿220推動該擠錠300至該待擠壓位置。該擠壓桿220可藉由一第一動力源222沿一第一方向224而被驅動。
在步驟S230中，請參考圖8及9，擠壓該擠錠300而使該擠錠300擠製成形為一複合管材350’。在本實施例中，擠壓該擠錠300，並以至少一穿心桿之穿入該擠壓模具230之出口236，以改變該擠壓模具230之出口236剖面的面積，使該擠錠300根據該擠壓模具230之改變後的出口236剖面形狀而擠製成形為該複合管材350’。該至少一穿心桿包含第一至第四穿心桿240、242、244、246，該第一及第三穿心桿240、244使該複合管材350’具有不同內徑，且該第二及第四穿心桿242、246使該複合管材350’具有不同外徑。
舉例，請再參考圖8，該擠壓桿220藉由該第一動力源222沿該第一方向224而被驅動，以該擠壓桿220擠壓該擠錠300。同時，將該第一穿心桿240之較厚部分、第二穿心桿242之較厚部分、第三穿心桿244之較厚部分及第四穿心桿246之較厚部分穿入該擠壓模具230之出口236，以改變該擠壓模具230之出口236剖面的面積，使該擠錠300根據該擠壓模具230之改變後的出口236剖面形狀而擠製成形為該複合管材350’之第一剖面形狀360。此時，改變後的出口236剖面形狀是由該第一穿心桿240與該第二穿心桿242之間以及該第三穿心桿244與該第 四穿心桿246之間所決定。
請再參考圖9，當該擠壓桿220繼續擠壓該擠錠300時，該第一及第二穿心桿240、242可分別藉由該第二及第三動力源252、262沿該第二及第三方向254、264而被驅動，將該第一穿心桿240之較薄部分及第二穿心桿242之較薄部分穿入該擠壓模具230之出口236，以改變該擠壓模具230之出口236剖面的面積，使該擠錠300根據該擠壓模具230之改變後的出口236剖面形狀而擠製成形為該複合管材350’之第二剖面形狀362，如此使該複合管材350’具有不同管厚、不同內徑或不同外徑。此時，改變後的出口236剖面形狀仍由該第一穿心桿240與該第二穿心桿242之間以及該第三穿心桿244與該第四穿心桿246之間所決定。
在步驟S240中，藉由利用擠製成形後之餘熱，彎折該複合管材350’，使彎折後之複合管材350”具有一預定彎曲度。在本實施例中，請參考圖10，當該擠壓桿220擠壓該擠錠300時，可先將該第二模具234、以及該第一至第四穿心桿240、242、244、246移除，再進行該複合管材350’之後續的彎折製程。請參考圖11，舉例，一彎管機400之兩引導輪410可用以彎折該複合管材350’，並藉由利用該複合管材350’之擠製成形後之餘熱，不需另外再加熱該複合管材350’，以減少後加工道次。彎折後之複合管材350”具有一預定彎曲度。
請參考圖12，本發明之第二實施例之複合管材之製造方法是先將包含有該內材302及外材304之該擠錠300擠製成形為該複合管材350’，然後再彎折該複合管材350’。彎折後之該複合管材350”包含一內管材352及一外管材354，該外管材354位於該內管材352之外。在進行彎折製程時，由於該複合管材350”具有一較厚部分372及一較薄部分374，因此該較厚部分372適合於彎折時之拉伸(tension)作用，且該較薄部分374適合於彎折時之壓縮(compression)作用，以避免該複合管材350”變形或破裂。
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。
300‧‧‧擠錠
302‧‧‧內材
304‧‧‧外材
350‧‧‧複合管材
352‧‧‧內管材
354‧‧‧外管材

Claims (7)

  1. 一種複合管材之製造方法，包含下列步驟：提供一擠錠，其中該擠錠包含一內材及一外材，該外材包覆該內材；加熱該擠錠；將該擠錠推動至一待擠壓位置；以及進行一擠型製程，擠壓該擠錠而使該擠錠擠製成形為一複合管材，其中該擠錠之該內材及外材擠製成形為該複合管材之一內管材及一外管材，且該外管材藉由該擠型製程而接合於該內管材；其中該擠型製程的步驟包含：將至少一穿心桿穿入該擠壓模具之出口，以改變該擠壓模具之出口剖面的面積，使該擠錠根據該擠壓模具之改變後的出口剖面形狀而擠製成形為具有不同管厚、不同內徑或不同外徑之該複合管材，其中該至少一穿心桿包含第一至第四穿心桿，該第一及第三穿心桿使該複合管材具有不同內徑，且該第二及第四穿心桿使該複合管材具有不同外徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合管材之製造方法，其中：將該擠錠推動至一待擠壓位置的步驟包含：將該擠錠放置於一盛錠筒內，並以一擠壓桿推動該擠錠至該待擠壓位置；以及該擠型製程的步驟包含：以該擠壓桿擠壓該擠錠，使該擠錠根據一擠壓模具之出口剖面形狀而擠製成形為該複合管材。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之複合管材之製造方法，其中：將該擠錠推動至一待擠壓位置的步驟包含：將該擠錠放置於一盛錠筒內，並以一擠壓桿推動該擠錠至該待擠壓位置。
  4. 一種複合管材之製造方法，包含下列步驟：提供一擠錠，其中該擠錠包含一內材及一外材，該外材包覆該內材；加熱該擠錠；將該擠錠推動至一待擠壓位置；進行一擠型製程，擠壓該擠錠而使該擠錠擠製成形為一複合管材，其中該擠錠之該內材及外材擠製成形為該複合管材之一內管材及一外管材，且該外管材藉由該擠型製程而接合於該內管材；以及藉由利用擠製成形後之餘熱，彎折該複合管材，使彎折後之複合管材具有一預定彎曲度；其中該複合管材具有一較厚部分及一較薄部分，該較厚部分適合於彎折時之拉伸作用，且該較薄部分適合於彎折時之壓縮作用。
  5. 一種複合管材，包含：一內管材；一外管材，位於該內管材之外，其中該外管材藉由一擠型製程而接合於該內管材；其中於受力5000psi狀況下，該鎂合金材質所製之該內管材的吸震能約為該鋁合金材質所製之該外管材的吸震能的25倍，且該鋁合金材質所製之該外管材之抗拉強度大於390MPa。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之複合管材，其中該內管材與該外管材之熔點的相差值小於攝氏200度。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之複合管材，其中該內管材及該外管材分別為鎂合金及鋁合金材質所製，或該內管材及該外管材分別為鎂合金及鈦合金材質所製。
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