TWI614068B - 成形材料製造方法及其成形材料 - Google Patents
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Description
本發明是關於一種成形材料製造方法，用於製造具有管狀本體部，以及形成在該本體部端部的凸緣部的成形材料，以及其成形材料。
例如，如下示非專利文獻1等所記載，利用引伸成形工法，可以製造具有管狀本體部，以及形成在該本體部端部的凸緣部的成形材料。引伸成形的工法是將材料的金屬板引伸，形成本體部，因此本體部的厚度會比該材料原來的厚度薄。另一方面，該金屬板對應於凸緣部的區域，在形成該本體部的過程中整體發生收縮，使該凸緣部的厚度比該材料原來的厚度更厚。
另外在例如下述專利文獻1所記載，上述的成形材料可以作為電動機殼體使用。在這種情況下，需要使用該本體部作為屏蔽材料，以防止電磁洩漏到電動機殼體外部。另外，根據電動機的結構，也需要將該本體部應用作為定子的背磁軛。為提供該屏蔽材料或背磁軛的性能，該本體部以厚度較厚者為宜。因此，使用上述引伸成形工法製造成形材料時，需考慮到引伸成形過程所減少的材料厚度，故而只能選用厚度大於該本體部所需厚度的材料金屬板。
另一方面，該凸緣部經常需要用來將電動機殼體安裝到一安裝對象。因此，該凸緣部需要具有一定量的強度。
先前技術文獻
非專利文獻
非專利文獻1：村川正雄等四人著「塑性加工的基礎」，第一版，產業圖書株式會社，1990年1月16日，104-107頁。
專利文獻
專利文獻1：日本專利公開號特開2013-51765。
在上述先前技術的成形材料製造方法中，因為是使用引伸成形工法製造具有管狀本體部與形成在該管狀本體部端部的凸緣部的成形材料，使得該凸緣部厚度變得比材料原來的厚度更厚。因此，凸緣部的厚度大於要滿足預期性能所需的厚度，結果導致凸緣部不必要地厚。從而造成成形材料超過必要的重量，在提供例如馬達殼體等的輕量化應用上，成為一種必須解決的技術難題。
本發明即是用來解決上述技術難題所提出的發明。本發明的目的是要提供一種成形材料的製造方法，能夠防止凸緣部厚度大於必要的厚度，以達成成形材料的輕量化及材料金屬板的小型化，以及所成形的成形材料。
根據本發明的成形材料製造方法，是利用對材料金屬板執行至少兩次成形加工，以製造具有管狀本體部與形成在該管狀本體部端部的凸緣部的成形材料的製造方法；該至少兩次成形加工，包括至少一次引伸延展加工，及在該引伸延展加工後進行的至少一次引伸成形加工；該引伸延展加工包括：使用一模具，該模具包括一具有押入槽的模型，以及一衝頭，該衝頭的後端側寬度大於其前端部的寬度，在該衝頭押入該押入槽之狀態下，使模型與衝頭間的間隙形成後端側較前端側狹窄；於該引伸延展加工時，將衝頭與材料金屬板同時押入該押入槽，以對該材料金屬板相當於凸緣部的區域進行延展加工。
另外，本發明的成形材料是一種對材料金屬板進行至少兩次成形加工而製得的成形材料；該成形材料具有管狀的本體部與形成在該本體部端部的凸緣部；該至少兩次成形加工包括至少一次引伸延展加工，以及在該引伸延展加工後進行的至少一次引伸成形加工；該引伸延展加工透過對該材料金屬板相當於凸緣部的區域進行延展加工，使該凸緣部的板厚度較該本體部周壁的板厚度更薄。
另外，本發明的成形材料也是一種對材料金屬板進行至少兩次成形加工而製得的成形材料；該成形材料具有管狀的本體部與形成在該本體端部的凸緣部；該至少兩次成形加工包括至少一次引伸延展加工，以及在該引伸延展加工後進行的至少一次引伸成形加工；該引伸延展加工透過對該材料金屬板相當於凸緣部的區域進行延展加工，使該凸緣部的板厚度較該材料金屬板的厚度更薄。
根據本發明的成形材料製造方法及其成形材料，於該引伸延展加工時，將衝頭與材料金屬板同時押入該押入槽，以對該材料金屬板相當於凸緣部的區域進行延展加工，可以防止凸緣部厚度大於必要的厚度，以達成成形材料的輕量化。本發明的構成，特別適用於馬達殼體等，具有輕量化需求的用途。
1‧‧‧成形材料
2‧‧‧材料金屬板
3‧‧‧模具
4‧‧‧模具
10‧‧‧本體部
11‧‧‧凸緣部
20‧‧‧第一中間成品
21‧‧‧第二中間成品
22‧‧‧第三中間成品
30‧‧‧模型
30a‧‧‧押入槽
31‧‧‧衝頭
31a‧‧‧寬度變化部
32‧‧‧緩衝墊
40‧‧‧模型
40a‧‧‧押入槽
41‧‧‧衝頭
42‧‧‧引伸套
100‧‧‧頂壁
101‧‧‧周壁
311‧‧‧後端側
310‧‧‧前端側
Rd‧‧‧下方肩部
Rp‧‧‧上方肩部
圖1顯示本發明第一實施形態的成形材料製造方法所製得的成形材料立體圖。
圖2顯示沿圖1的II-II線所見的截面圖。
圖3顯示製作如圖1的成形材料的成形材料製造方法示意圖。
圖4顯示使用在圖3的引伸延展加工的模具示意圖。
圖5顯示以圖4的模具進行引伸延展加工的示意圖。
圖6顯示圖4的衝頭更為詳細的示意圖。
圖7顯示圖3所示的第一引伸加工中所使用的模具示意圖。
圖8顯示以圖7的模具進行第一引伸加工的示意圖。
圖9是表示改變延展率對第一中間成品的厚度之影響曲線圖。
圖10是表示圖9的厚度測量位置的說明圖。
圖11是表示以圖9的各第一中間成品所製得的成形材料厚度的曲線圖。
圖12是表示圖11的厚度測量位置的說明圖。
以下參照附圖說明實施本發明的數種型態。
第一實施例
圖1顯示本發明第一實施形態的成形材料製造方法所製得的成形材料立體圖。如圖1所示，使用本實施例的成形材料製造方法所製造的成形材料1，具有本體部10與凸緣部11。本體部10是具有頂壁100、由頂壁100的周緣延伸出的周壁101的管狀部分。頂壁100可因應該所使用的成形材料1的方向，也可以有其他稱謂，例如底壁。在圖1中，該本體部10顯示成具有正圓形的橫截面。但是該本體部10也可以是其他形狀，例如橫切面為橢圓形、方管形等。此外，也可對例如頂壁100進一步加工，以形成從頂壁100形成突起的突部。凸緣部11是形成於本體部10的端部(周壁101的端部)的板狀部。
其次請參照圖2。圖2是沿圖1的Ⅱ-Ⅱ線所見的截面圖。如圖2所示，凸緣部11的板厚度T11比該本體部10的周壁101的厚度T101更薄。這是因為在對材料金屬板2對應於該凸緣部11的區域中進行延展加工時(參照圖3)，所造成的結果，將會在下面詳細描述。另外，所謂凸緣部11厚度t11，即是指由周壁101和凸緣部11之間的下方肩部Rd，直到凸緣部11的外端部之間的部分，該凸緣部11的厚度的平均值。同樣地，所謂的周壁101的厚度T101，則是指從該下方肩部Rd的上方，直到上方肩部Rp的下方之間的部分，該周壁101的厚度的平均值。
接著，圖3顯示製作如圖1的成形材料的成形材料製造方法示意圖。本發明的成形材料的製造方法，是對平板狀的材料金屬板2進行至少兩次成形加工，以產生成形材料1。該至少兩次成形加工包括至少一次引伸延展加工，及在該引伸延展加工後進行的至少一次引伸成形加工。在本實施例的成形材料製造方法中，是使用一次引伸延展加工以及三次引伸加工(第1~第3引伸加工)，以製造成形材料。所使用的材料金屬板2可以使用：冷軋鋼板、不鏽鋼板、以及電鍍鋼板等各式各樣的金屬板。
接著，圖4顯示使用在圖3的引伸延展加工的模具示意圖。圖5顯示以圖4的模具進行引伸延展加工的示意圖。如圖4所示，用於引伸延展加工的模具3具有：模型30、衝頭31和緩衝墊32。模型30上設有押入槽30a，以供該衝頭31連同該材料金屬板2一起押入。該緩衝墊32設置在該衝頭31的外周部分的位置，並面向該模型30的外端面。如圖5所示，在進行引伸延展加工時，材料金屬板2的外側部分並沒有受到模型30和緩衝墊32兩者的夾持，材料金屬板2的外側部分是由於模型30和緩衝墊32的夾持，而向更外側引伸延展。也可使材料金屬板2整體隨著衝頭31而漸漸押入該押入槽30a，因而產生引伸延展。
接著，圖6顯示圖4的衝頭更為詳細的示意圖。如圖6所示，用於引伸延展加工的衝頭31，後端側311的寬度W311比衝頭31的前端側310的寬度W310更寬。另一方面，在押入槽30a的寬度方面，則是沿衝頭31對押入槽30a的插入方向大致為一致。換言之，模型30的內壁實質上是沿衝頭31的插入方向平行延伸。
換句話說，如圖6所示，在衝頭31押入押入槽30a的狀態下，模型30與衝頭31之間的間隙C30-31，是形成使位在衝頭31的後端側311較位在衝頭31的前端側310狹窄。在衝頭31的後端側311處的間隙C30-31設定為比該材料金屬板2的板厚度更小，用以進行引伸延展加工。因此，在引伸延展加工時，該材料金屬板2與該衝頭31被押入到押入槽30a內，而在該材料金屬板2的外側部分，亦即相當於該凸緣部11的區域，則進行延展加工。利用該延展加工，對應於凸緣部11的區域厚度即會減小(減薄)。
附帶說明，在該衝頭31的前端側310和後端側311之間，衝頭的寬度產生連續的變化，形成具傾斜面的寬度變化部31a。該寬度變化部31a是設置在：於進行該引伸延展加工期間，將該衝頭31與材料金屬板2一起押入該押入槽30a時，在該寬度變化部31a與該模具30內壁間，相當於該材料金屬板2的下方肩部Rd(見圖2)的區域所接觸的位置。
接著，圖7顯示圖3所示的第一引伸加工中所使用的模具示意圖。圖8則顯示以圖7的模具進行第一引伸加工的示意圖。如圖7所示，第一引伸加工所用的模具4包括模型40、衝頭41和引伸套42。模型40上設置押入槽40a，以供將上述引伸延展加工所得的第一中間成品20，與衝頭41一起押入該押入槽40a中。該引伸套42配置在該衝頭41的外周位置上，並面對該模型40的外側端面。如圖8中所示，在該第一引伸加工中，是對該第一中間成品20中，相當於本體部10的區域進行引伸加工。同時並利用模型40與引伸套42，壓迫該第一中間成品20的外緣部分，以形成凸緣部11。另外，使用引伸套42的目的是在防止摺皺的發生。如果不會產生褶皺，也可以省略引伸套42。
雖然圖中並未顯示，但圖3中的第二和第三引伸加工可以使用公知的模具進行。在第二引伸加工中，是對由第一引伸加工形成的第二中間成品21(參照圖3)相當於本體部10的區域進行進一步拉伸。第三引伸加工則是相當於矯鍛(restriking)加工，是對由第二引伸加工形成的第三中間成品22(參照圖3)相當於本體部10的區域進行進一步拉伸。
在第一至第三引伸加工中，會在相當於凸緣部11的區域中發生收縮，使得該區域的厚度增厚。然而，由於該引伸延展加工的關係，已經使相當於凸緣部11的區域板厚度大幅減少。因此可以使最後所得的成形材料1中，凸緣部11的厚度t11較本體部10的周壁101的厚度t101更薄。由於該引伸延展加工而使相當於凸緣部11的區域的板厚度減少的量，可以透過改變該間隙C30-31相當於該引伸延展加工所使用的模具3中的衝頭31後端側311處的寬度，而作適當調節。
其次說明本發明的實施例。本發明的發明人已經發現，利用直徑為116mm的圓形普通鋼的冷軋鋼板，其上鍍有厚度1.8mm的Zn-Al-Mg，作為材料金屬板2，可以下述加工條件進行引伸延展加工。在此，該Zn-Al-Mg電鍍是施加到鋼板的兩面上。鍍材的附著量為每面90克/平方米。
‧相當於凸緣部11的區域的延展率：-20%至60%
‧模具3的曲率半徑：6毫米
‧押入槽30a的直徑：70毫米
‧衝頭31的前端側310直徑：65.7毫米
‧衝頭31的後端側311直徑：65.7~68.6毫米
‧寬度變化部31a的形狀：斜面或直角的段差
‧寬度變化部31a的位置：相當於該下方肩部Rd的區域，相當於該凸緣部11的區域，或相當於該本體部10的區域
‧沖壓油：TN-20
對延展率的評估
如果延展率為30%以下(衝頭31後端側311直徑為67.5毫米以下)，可以順利進行加工。另一方面，如果該延展率大於30%，小於50%(衝頭31後端側311直徑為大於67.5毫米，小於68.2毫米)，可在與該模型30之間滑動的區域發現輕微的刮痕。此外，如果該延展率大於50%(衝頭31後端側311直徑為大於67.9毫米)，在面對模型30的內壁處可發現老化或破裂。由以上評估試驗可知，在進行引伸延展加工時，相當於該凸緣部11的區域，延展率較好在50%以下，在30%以下則更優。此外，延展率可定義為：{(延展加工前的板厚度-延展加工後的板厚度)/延展加工前的板厚度}×100%。
計算時，該延展加工前的板厚度可以直接使用該材料金屬板的厚度值。
對寬度變化部31a的形狀的評估
當寬度變化部31a是形成如圖6所示的傾斜表面時，可以順利進行加工。另一方面，當寬度變化部31a是形成直角段差時，亦即使衝頭31的前端側310與後端側311形成一階的段差時，在接觸到該直角段差的管狀部分會產生鍍渣。由此試驗可以得知，該寬度變化部31a的形狀較好形成傾斜面。
對寬度變化部31a的位置的評估
如果將該寬度變化部31a設置在接觸相應於該下方肩部Rd的區域，則在相當於該凸緣部11的區域可以進行良好的延展加工。另一方面，如果將該寬度變化部31a設置在接觸相應於該凸緣部11的區域，則在該凸緣部11有一部分無法充分地減小厚度。此外，如果將該寬度變化部31a設置在接觸相應於該本體部10的區域，則會使本體部10的一部分厚度小於目標厚度。由以上試驗可以得知，該寬度變化部31a較好設置在接觸相應於該下方肩部Rd的區域。
其次，圖9是表示改變延展率對第一中間成品20的厚度之影響曲線圖。另外，圖10是表示圖9的厚度測量位置的說明圖。圖9顯示以-20%的延展率執行引伸延展加工，所得的第一中間成品20的板厚度(比較例)，以及以30%的延展率執行引伸延展加工，所得的第一中間成品20的板厚度(發明例)。如圖9，在以30%的延展率執行該引伸延展加工時，相應於該凸緣部11的區域(測量位置50-70)的板厚度會較材料金屬板2的厚度(1.8毫米)更薄。另一方面，在以-20%的延展率執行該引伸延展加工時，相應於該凸緣部11的區域(測量位置50-70)的板厚度會較材料金屬板2的厚度(1.8毫米)更厚。
其次，圖11是表示以圖9的各第一中間成品所製得的成形材料厚度的曲線圖。圖12是表示圖11的厚度測量位置的說明圖。如圖11所示，在第一中間成品20的階段中，板厚度的差異在成形材料1為直接明顯。換句話說，若在引伸加工之前先進行引伸延展加工，由於有延展加工，使得最終的成形材料1的凸緣部11厚度可以減少。實施含延展加工的引伸延展加工所得的成形材料1(發明例)與未實施含延展加工的引伸延展加工所得的成形材料1(比較例)，如果是相同的尺寸，則發明例的重量比比較例的重量輕10%左右。
此外，執行該含延展加工的引伸延展加工時，材料金屬板2上相當於凸緣部11的區域被拉長。執行含延展加工的引伸延展加工所得的成形材料1(發明例)，與不執行含延展加工的引伸延展加工所得的成形材料1(比較例)，如果是相同的尺寸，則可預先考慮相應於該凸緣部11的區域的延展量，而使用較小的材料金屬板2，另外也可修整而除去該凸緣部11的不必要部分。
以上述的成形材料的製造方法及其成形材料1，在進行引伸延展加工時，將衝頭31連同該材料金屬板2一起押入到押入槽30a中，並對該材料金屬板2相當於凸緣部11的區域進行延展加工，故而可以防止該凸緣部11的厚度大於必要的厚度，因此該成形材料1可以輕量化。本發明的構成，特別適用於馬達殼體等，具有輕量化需求的用途。
此外，在該引伸延展加工中，延展加工的延展率是設定在50%以下，故可避免材料老化與破裂的現象。
另外，由於在該衝頭31的前端側310與後端側311之間設置該寬度變化部31a，其寬度呈現連續的變化，而形成傾斜面，故可避免在延展加工時，由於接觸到該寬度變化部31a，導致產生鍍渣。
此外，寬度變化部31a是配置在：相當於該本體部10的周壁101與該凸緣部11之間所形成的下方肩部Rd所接觸的位置，因此該凸緣部11的厚度可以充分削減，使該本體部10可以更精確的達成目標板厚度。
此外，以上所述的實施型態中，只說明實施一次引伸延展加工的實例。但是在該引伸加工之前實施兩次以上的引伸延展加工，也無不可。如果執行多數次的引伸延展加工，則可使該凸緣部11的厚度確實減薄。執行多數
次的引伸延展加工的工法，特別適用在材料金屬板2厚度較厚的情形。同時，即使是執行多數次的引伸延展加工的工法，各次的延伸率也可以設定在50%以下，以避免發生材料老化。該延伸率如設定在30%以下，將可以避免產生刮傷。
另外，在所述的實施例中，也說明了執行三次引伸加工的實例，但是引伸加工的次數，也可以根據成形材料1的大小，以及所需尺寸精度，加以適當變化。
1‧‧‧成形材料
2‧‧‧材料金屬板
20‧‧‧第一中間成品
21‧‧‧第二中間成品
22‧‧‧第三中間成品
Claims (5)
- 一種成形材料製造方法，是利用對材料金屬板執行至少兩次成形加工，以製造具有管狀本體部，與形成在該本體部端部的凸緣部的成形材料的製造方法；其特徵在於：該至少兩次成形加工包括至少一次引伸延展加工，以及在該引伸延展加工後進行的至少一次引伸成形加工；該引伸延展加工包括：使用一模具，該模具包括一具有押入槽的模型，以及一衝頭；該衝頭的後端側寬度大於其前端側的寬度，在該衝頭押入該押入槽之狀態下，使模型與衝頭間的間隙形成該後端側較該前端側狹窄；於該引伸延展加工時，將衝頭與材料金屬板同時押入該押入槽，以對該材料金屬板相當於凸緣部的區域進行延展加工；在該衝頭的前端側和後端側之間設有寬度變化部，該寬度變化部是由該衝頭的寬度連續變化形成的傾斜面所形成；該寬度變化部配置於接觸到相當於該本體部的周壁與該凸緣部之間所形成的肩部的區域。
- 如申請專利範圍第1項的成形材料製造方法，其特徵在於，該延展加工的延展率為50%以下。
- 如申請專利範圍第1或第2項的成形材料製造方法，其特徵在於，該成形材料的凸緣部的厚度小於該材料金屬板的板厚度。
- 一種成形材料，為對材料金屬板進行至少兩次成形加工而製得的成形材料；該成形材料具有管狀的本體部與形成在該本體部端部的凸緣部；該至少兩次成形加工包括至少一次引伸延展加工，以及在該引伸延展加工後進行的至少一次引伸成形加工；其特徵在於，該引伸延展加工透過僅對該材料金屬板中相當於該本體部的周壁與該凸緣部之間的肩部的區域，以及相當於該凸緣部的區域進行延展加工，使該凸緣部的板厚度較該本體部周壁的板厚度更薄。
- 一種成形材料，是一種對材料金屬板進行至少兩次成形加工而製得的成形材料；該成形材料具有管狀的本體部與形成在該本體部端部的凸緣部；該至少兩次成形加工包括至少一次引伸延展加工，以及在該引伸延展加工後進行的至少一次引伸成形加工；其特徵在於，該引伸延展加工透過僅對該材料金屬板中相當於該本體部的周壁與該凸緣部之間的肩部的區域，以及相當於該凸緣部的區域進行延展加工，使該凸緣部的板厚度較該材料金屬板的厚度更薄。
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