TWI590890B - 能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法及系統 - Google Patents

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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法及系統
本發明是有關於鍛造件應力釋放之方法及系統,尤其是有關於能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法及系統。
傳統的鍛造由透過設計的鍛造模具向材料施壓,透過壓力使材料產生形變,而增加硬度與抗拉強度,塑性變形產生的各種擠壓造成了材料中的應力分配不均或應力集中的現象。
上述現象,將對鍛件之後加工尺寸造成極大的變異,並且無法控制。熱處理製程可以加速應力釋放,卻同時也造成鍛件軟化(晶粒成長)因而造成鍛造製程所提供的高硬度與高強度優勢失效。但由於現今的產品需求越來越高,尤其在手機產業中,追求著越薄的手機厚度,然後在工件要求,厚薄越薄,藉由晶格扭曲而強化材料的機構,造成殘留應力的大量儲存,這些儲存的應力,將於加工後以變形的型式釋放應力,造成尺寸控制不易。
有鑑於此,本發明提供夠釋放鍛造件應力之鍛造方法及鍛造系統,能夠針對鍛造件進行切削處理而達成應力釋放,幫助鍛造件達到穩定的狀態,有效的提升後續加工後的良率。
依據本發明第一實施態樣,提出一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其包括:成型步驟,其藉由鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件;第一均質正常化步驟,其對該第一鍛造件進行熱處理以使該第一鍛造件均質化和正常化;及應力釋放步驟,其為將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件。
依據本發明第二實施態樣,提出一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其包括:成型步驟,其藉由鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件;應力釋放步驟,其為將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件;及第一均質正常化步驟,其對該第二鍛造件進行熱處理以使該第二鍛造件均質化和正常化。
依據本發明第三實施態樣,提出一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其包括上述第一實施態樣之步驟,且更包括第二均質正常化步驟,其對該第二鍛造件進行熱處理以使該第二鍛造件均質化和正常化。
依據本發明第四實施態樣,提出一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其可基於上述本發明之任一實施態樣,且更包括:參數設定步驟,其為包括設定產生該複數個參數;其中該應力釋放步驟係依據該複數個參數將該第一鍛造件之該第一區域切削成該複數個第二區域以得到該第二鍛造件。
依據本發明第五實施態樣,提出一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造系統,其包括:鍛造單元,其利用鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件;加工單元,其用以依據複數個參數將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件;熱處理單元,其用以對該第一鍛造件或該該第二鍛造件進行熱處理;及運算單元,其用以控制該加工單元,其中該運算單元對該加工單元設定該複數個參數。
爲了對本發明的上述實施態樣及其他態樣有更佳的瞭解,下文舉實施例,並結合附圖詳細說明如下。
以下提出依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法及鍛造系統的實施例以說明各種實施態樣。
請參考圖1,其顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第一實施態樣的示意流程圖。如圖1所示,本實施態樣之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法係至少包括以下步驟:成型步驟S100、第一均質正常化步驟S110及應力釋放步驟S120。
成型步驟S100,其藉由鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件。
第一均質正常化步驟S110,其對該第一鍛造件進行熱處理以使該第一鍛造件均質化和正常化。
應力釋放步驟S120,其為將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件。
此外,在本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第二實施態樣中,其中更可將第一均質正常化步驟執行於應力釋放步驟之後。如圖2所示,本實施態樣之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法係至少包括以下步驟:成型步驟S100、應力釋放步驟S120A及第一均質正常化步驟S110A。
執行成型步驟S100所產生的第一鍛造件,係進一步應力釋放步驟S120A處理。
應力釋放步驟S120A,其為將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件。
第一均質正常化步驟S110A,其對該第二鍛造件進行熱處理以使該第二鍛造件均質化和正常化。
藉由上述之方法,可針對鍛造件因壓力過大造成的應力集中之區域進行應力釋放步驟,使該鍛造件之該區域分削成複數個區域所造成的應力預釋放效果,幫助工件達到穩定的狀態,有效的提升加工後的良率。
此外,在上述之方法中,均質正常化步驟與應力釋放步驟兩者係互相搭配,令鍛造件的殘留應力達到有效的釋放。在圖1所示的第一實施態樣中,經過均質正常化步驟之熱處理後再進行應力釋放步驟,是能夠釋放熱處理所儲存的熱應力。而在圖2所示的第二實施態樣中,經過進行應力釋放步驟後再進行均質正常化步驟之熱處理,是能夠減少熱處理的熱應力儲存。
故此,均質正常化步驟與應力釋放步驟兩者搭配使用,可以捕捉應力儲存的陷阱,進而可以控制應力釋放所需的變形量與部位。舉例而言,如圖3所示,其為本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第三實施態樣的示意流程圖。相較於第一實施態樣,第三實施態樣更包括第二均質正常化步驟S130,其對應力釋放步驟S120所產生的第二鍛造件進行熱處理以使該第二鍛造件均質化和正常化。然而,本發明之實施態樣是不受上述所限制,更可以其他方式實施,例如第三實施態樣更可包括另一應力釋放步驟,又例如第二實施態樣更可包括另一應力釋放步驟。藉此,以捕捉應力儲存的陷阱,進而可以控制應力釋放所需的變形量與部位。
以下以鍛造件的實施例來說明上述方式之實施態樣。為了便於說明,以下以第一實施態樣為例,然而其他實施態樣亦可如此類推。
請參考圖4A所示的為經過第一實施態樣的成型步驟S100所產生的第一鍛造件F1的一實施例。在經過第一均質正常化步驟S110之熱處理後,第一鍛造件F1仍有應力儲存或集中在不同位置。例如圖4A中,於虛線方框所示意的第一鍛造件F1的第一區域A1內,應力是儲存或集中於由虛線圓圈所示意的複數個區域ST1、ST2、ST3、ST4內。故此,執行應力釋放步驟S120,將第一鍛造件F1之第一區域A1切削成複數個第二區域B1、B2、B3、B4,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件F2。
此外,在一實施例中,上述應力釋放步驟(如S120或S120A)中之第一鍛造件之第一區域係至少包含該第一鍛造件之中心區域,如圖4A所示的第一區域A1。
此外,在另一實施例中,上述應力釋放步驟(如S120或S120A)中之該第一鍛造件之該第一區域更包含該第一鍛造件之至少一個應力集中(或儲存)位置,如圖4A中第一區域A1所示意者。
另外,在一些實施例中,上述應力釋放步驟(如S120或S120A)係包括利用任一種切削方式或其組合(如車削、鑽孔、銑切、刨切、研磨、搪孔等或其組合),來將該第一鍛造件之該第一區域成複數個切槽。舉例而言,如圖4B所示,第二鍛造件F2之複數個第二區域B1-B4之間具有複數個切槽G1-G4。
雖然上述實施例是以圖4A和圖4B來做為例示性的說明,然而,本發明對應力釋放步驟的實施方式並不加以限制,只要此切削步驟能於第二鍛造件中產生複數個第二區域而能減少應力,藉此達到釋放應力的效果的加工方式或組合,皆可視為本發明之應力釋放步驟之實施例。
而本發明對於成型步驟中之鍛造模具和第一鍛造件和應力釋放步驟中之第二鍛造件的形狀不加以限制,藉此,因應鍛造件最終成品的需求(例如為手機邊框、 電腦邊框、家電邊框),故此可做任何形狀之變化。此外,如圖4C和圖4D所示,其為依據本發明之應力釋放步驟所產生的第二鍛造件之其他實施例,其中切槽的形狀可以為任何形狀,例如十字形、米字形、矩形、圓形,以至對稱的形狀或不規則形狀。
此外,圖5顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第四實施態樣的部分示意流程圖。第四實施態樣可以被視為在前述任一實施態樣中更進一步包括如圖5所示的參數設定步驟S140。參數設定步驟S140為至少包括設定應用於應力釋放步驟S120的複數個參數。第四實施態樣之應力釋放步驟S120係依據該複數個參數將成型步驟所產生的第一鍛造件之第一區域切削成複數個第二區域以得到第二鍛造件。舉例而言,該複數個參數是關於切削處理的參數,或關於該複數個第二區域之間的切槽的參數。
在參數設定步驟S140之一實施例中,其係表示從一資料庫或檔案中讀取用於應力釋放步驟S120的該複數參數。
在參數設定步驟S140之另一實施例中,其更包括:至少依據該成型步驟中鍛造型變的應力殘留來決定該複數個參數。此外,亦可以藉由內應力分析儀器以得知鍛造件之內應力大小、方向來決定該複數個參數。
依據本發明的第四實施態樣,更可利用上述本發明之任一實施態樣或其組合之技術來設計出一種自動化或半動化加工系統,以及提出一種可廣泛應用於其他相關製程或設備的加工方法。
譬如,圖6顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造系統之一實施態樣的示意方塊圖。如圖6所示,鍛造系統10係至少包括鍛造單元100、熱處理單元110、加工單元120、及運算單元150。鍛造單元100是利用鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件。加工單元120,其用以依據複數個參數將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件。熱處理單元110,其用以對該第一鍛造件或該第一鍛造件進行熱處理。運算單元150,其至少用以控制該加工單元120,其中該運算單元150對該加工單元120設定該複數個參數。
舉例而言,該運算單元150是用以實現圖5中的參數設定步驟S140。在圖6之實施態樣的一實施例中,該運算單元150是從一資料庫或檔案中讀取用於加工單元120的該複數個參數。
在圖6之實施態樣的另一實施例中,該運算單元150更用以至少依據該鍛造單元100中鍛造型變的應力殘留而決定該複數個參數。例如,運算單元150可以執行應力釋放分析(stress release analysis)之程序例如利用電腦輔助設計、分析或模擬軟體(如Matlab,Simulink等)或專屬設計之程序,來輔助或自動進行(1)切槽設計及(2)內應力儲存參數之尋找,藉此產生前述用於應力釋放步驟之該複數個參數。
舉例而言,(1)切槽設計:係指針對鍛造型變中的應力殘留尋找最適合的切槽設計,開發出最佳之切槽參數,使鍛件達到應力平衡的穩態。例如,關於切槽之複數個參數為,切槽的個數、長寬尺寸,但不限於此。
(2)內應力儲存參數之尋找:是尋找製程中因鍛造儲存的內應力,使鍛造件能夠藉由前述應力釋放步驟(如S120或S120A)而達到應力釋放的效果。
如此,利用依據圖6之實施態樣之鍛造系統或自動化或半動化加工設備,或於原有加工設備中實現上述任一實施態樣或組合之鍛造方法,能於加工程序中有效的釋放鍛造件之殘留應力,藉此幫助該鍛造件達到穩定的狀態,有效的提升加工後的良率,並可減少額外成本。
綜上所述,本發明之內容已以如上之實施例舉例說明了,然而本發明並非僅限定於此等實施方式而已。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可再進行各種之更動與修飾;例如,將前述實施例中所例示之各技術內容加以組合或變更而成為新的實施方式,此等實施方式亦當然視為本發明所屬內容之一。因此,本案所欲保護之範圍亦包括後述之申請專利範圍及其所界定之範圍。
10‧‧‧鍛造系統
100‧‧‧鍛造單元
110‧‧‧熱處理單元
120‧‧‧加工單元
150‧‧‧運算單元
A1‧‧‧第一區域
B1-B4‧‧‧第二區域
F1‧‧‧第一鍛造件
F2‧‧‧第二鍛造件
G1-G4‧‧‧切槽
ST1-ST4‧‧‧區域
S100、S110-S150‧‧‧步驟
S110A、S120A‧‧‧步驟
圖1顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第一實施態樣的示意流程圖。 圖2顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第二實施態樣的示意流程圖。 圖3顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第三實施態樣的示意流程圖。 圖4A顯示第一鍛造件之實施例的示意圖。 圖4B顯示第二鍛造件之實施例的示意圖。 圖4C和圖4D顯示第二鍛造件之其他實施例的示意圖。 圖5顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法之第四實施態樣的部分示意流程圖。 圖6顯示依據本發明之能夠釋放鍛造件應力之鍛造系統之一實施態樣的示意方塊圖。
S100、S110、S120‧‧‧步驟

Claims (11)

  1. 一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其包括:成型步驟,其藉由鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件;第一均質正常化步驟,其對該第一鍛造件進行熱處理以使該第一鍛造件均質化和正常化;參數設定步驟,其為設定產生該複數個參數;及應力釋放步驟,其為依據該複數個參數將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件。
  2. 如請求項1所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其中在該應力釋放步驟中,該第一鍛造件之該第一區域係至少包含該第一鍛造件之中心區域。
  3. 如請求項2所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其中在該應力釋放步驟中,該第一鍛造件之該第一區域更包含該第一鍛造件之至少一個應力集中位置。
  4. 如請求項1所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,更包括:第二均質正常化步驟,其對該第二鍛造件進行熱處理以使該第二鍛造件均質化和正常化。
  5. 如請求項1至4中任一項所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其中該第二鍛造件之該複數個第二區域之間具有複數個切槽。
  6. 如請求項1所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其中該參數設定步驟更包括:至少依據該成型步驟中鍛造型變的應力殘留而決定該複數個參數。
  7. 一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其包括:成型步驟,其藉由鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件; 參數設定步驟,其為設定產生該複數個參數;應力釋放步驟,其為依據該複數個參數將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件;及第一均質正常化步驟,其對該第二鍛造件進行熱處理以使該第二鍛造件均質化和正常化。
  8. 如請求項7所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其中該第二鍛造件之該複數個第二區域之間具有複數個切槽。
  9. 如請求項7所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造方法,其中該參數設定步驟更包括:至少依據該成型步驟中鍛造型變的應力殘留而決定該複數個參數。
  10. 一種能夠釋放鍛造件應力之鍛造系統,其包括:鍛造單元,其利用鍛造模具將材料鍛造成型為第一鍛造件;加工單元,其用以依據複數個參數將該第一鍛造件之一第一區域切削成複數個第二區域,藉以得到應力已釋放的第二鍛造件;熱處理單元,其用以對該第一鍛造件或該第二鍛造件進行熱處理;及運算單元,其用以控制該加工單元,其中該運算單元對該加工單元設定該複數個參數。
  11. 如請求項10所記載之能夠釋放鍛造件應力之鍛造系統,其中該運算單元更用以至少依據該鍛造單元中鍛造型變的應力殘留而決定該複數個參數。
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