TWI622444B - 製造緊固件之模具沖頭 - Google Patents

Abstract

一種製造緊固件之模具沖頭，緊固件是指螺絲，本發明係為製造螺絲頭部的插槽用的沖壓模具，本創作係針對該模具的沖頭；包括：一漸縮之外緣，複數個環繞外緣設置之肋部，及一斜面，該斜面之設置係有助於毛邊之移除；以及，本發明可用於形成各式插槽，包括呈星形/梅花形(Torx-shaped)插槽，本發明可使一螺絲起子頭更緊密嵌入一螺絲頭之插槽，進一步使該螺絲更牢固且平順地旋入一加工件，減少搖晃，震動及傾斜的狀況。

Description

製造緊固件之模具沖頭

本發明製造緊固件之模具沖頭，係關於模具及沖頭，尤指一種用於製造具有梅花/星形插槽之緊固件之模具及沖頭。

一般製造螺絲，會先抽製金屬線，通常會將金屬線拉伸到一定厚度，再用一沖頭將其製成具有一螺頭及一桿之螺絲，接著以一滾壓搓牙模具在桿上形成螺紋，而在螺頭通常會經過沖壓程序形成，該螺頭部會同時沖壓一插槽，這種螺頭成形沖壓程序為兩階段之成型過程，包括第一沖製及第二沖製，該第一沖製提供了一插槽定位點，便於進行第二沖製，而第二沖製為第二次之沖壓，可在螺絲之頭部形成插槽，如果插槽的設計良好，一螺絲頭可以安全地，穩定地插進及嵌合入插槽，所以螺絲頭可以穩固地轉動該緊固件。

一般螺絲的插槽形狀可分為：：一字形、十字形、梅花形(Torx-shaped)等；所謂梅花形係指一至少具有六角之星型插槽，一般而言，梅花頭螺絲防止凸起偏離的效果會優於菲利普頭螺絲(十字槽頭)或一字頭螺絲，菲利普頭螺絲之設計，是為了讓起子凸起偏離出來，以防止過緊，而梅花頭螺絲則是設計來防止螺絲起子凸起偏離，因此這種限制螺絲起子扭矩之設計，可穩定提供一所需扭矩，因而可避免在使用螺絲起子達一定扭矩時，需要依賴工具以滑出螺頭，同時冒著損害螺絲起子、螺頭、甚至 是工件風險的問題，梅花頭的設計能夠施加比類似尺寸的一般六角螺絲頭所能承受的更高扭矩，而不會損壞螺絲頭部和/或工具。

第1A圖中所示之習知為一傳統六角型插槽10，而第1B圖中所示則為一梅花形插槽15，參閱第1A圖，通過螺絲起子和螺絲頭部插槽間接觸點之一圓12，其代表了位在這些點所產生之旋轉力的方向(為了看得更清楚，位在組件之間的間隙，有點被擴大)，因為接觸面並未垂直於此圓，會產生一徑向力，該徑向力會撐開該母件，及擠壓該公件，如果此徑向力超過元件材料所能承受的限度，其中一元件或兩元件之各角會被此徑向力磨成圓形，或是母件的側邊會裂開，此力之大小，係和位在該圓12和該接觸面間ß角之餘切成正比，如第1B圖所示，對一梅花型螺頭而言，位在工具及緊固件頭部接觸面和該圓周順向力之角度，非常接近90°，因此在既定扭矩的狀況下，可能會造成損害之徑向力就小得多了。

然而，梅花形插槽仍有許多其他缺陷，例如，將梅花形起子頭插入梅花形插槽時，向較於其它槽型，其對合較為不易，梅花形插槽還需要較多卡摯點，所需精密度要比一般的十字形或一字形插槽更高，此外精密度不足會使起子頭插摯時較不穩定或易晃動，在沖製梅花插槽時，也會產生許多問題，通常係肇因於沖壓模具的設計不佳，將於下文中進一步討論。

在沖壓梅花形插槽時，一設計不良的沖壓模具，可能會使沖壓後的插槽產生誤差，有些插槽會有開口過大的狀況，而有些插槽會有側壁面彎曲的問題，這兩者都會造成起子頭插入螺絲插槽時，可能會有搖晃或鬆動的情形，因此業者會持續地改良這種用於在緊固件及各式工具頭部 (例如螺絲起子或起子頭)形成梅花形插槽之沖壓模具。

美國專利US8955417號，揭露了應用於工具及工件之一旋轉驅動裝置，該裝置包括一用於在緊固件頭部，製作梅花形插槽之沖壓模具，螺絲或起子都有製造公差或是在螺絲起子(工具)之扭矩接收面和螺絲插槽(工件)之扭矩傳遞面間間隙的不同，在使用此旋轉驅動裝置時，此間隙會造成該工具受到和旋轉軸呈橫向之力影響，這些橫向力不但會降低驅動速度，還會造成螺絲在旋入該工件時，傾斜偏離該工件之縱軸。

此前案所示旋轉驅動裝置之圓柱形，係由複數個圓形突起，及位在這些突起間之複數個圓形凹槽所組成，這些突起之最外表面，相切地形成一具有最大半徑之圓圈，而該些凹槽之最內面，相切地形成一具有最小半徑之圓圈，偏離此圓柱形，位在各突起間之區域形成了複數個圓錐面，這些圓錐面並非用於傳遞扭矩，而是為了將該工具對齊該工件。

仍參照美國美國專利US8955417號，該公模係用於沖壓一金屬胚件，使金屬胚件在壓力控制條件下，沿一既定方向變形，為了降低在插槽內金屬溢流所造成的刮痕，在沖頭上設置了一溢料槽，然而，該溢料槽降低了沖壓所形成插槽之精密度，因為模腔並未被填滿，在本專利之公模中，突起係為垂直向，而圓錐面是用於導引金屬流，圓錐面之斜率相當大，在沖壓時，垂直的突起沒有留下讓金屬溢流的空間，而圓錐面卻因其斜率，提供了溢流的金屬過多空間，於是在突起的邊緣會形成毛邊，此乃肇因於模腔內的空間分佈不均勻，而為了移除毛邊，需要一道二次加工程序，而在圓錐面的部分，模腔無法被注滿，因此不但精密度會降低，工具和工件可能會因此無法順利地配合。

為了解決上述在緊固件及各式工具上製造梅花形(Torx-shaped)插槽所用沖壓模具所產生之缺點，本發明具有習知沖壓模具所沒有的新優勢。

因此本發明之主要目的係在提供一在製造螺絲程序的第二次沖壓用之模具，可使螺頭上所形成之梅花形插槽更為精密，同時不需二次加工(例如為了移除毛邊)，該模具包括複數個主肋及副肋，環繞設置形成一錐台，該錐台形成緊固件之頭部，主肋及副肋最好傾斜一角度，以提供足夠的空間，讓金屬在沖壓時流入，填補此沖壓所形成梅花形插槽之表面，而此沖壓所形成插槽之一側面係為垂直向，在插槽邊緣不會有毛邊形成。

本發明提供一製造緊固件之模具沖頭，該模具及沖頭用來形成具星形插槽之螺頭，該模具包括一圓柱主體及一沖頭，圓柱主體具有一平面，而沖頭係由該平面延伸形成，一體成型，沖頭具有複數個肋部，環繞設置於其外緣，每一肋部包括至少一主肋，及至少一相鄰之副肋；以及，一斜面係形成於該沖頭和平面間。

該沖頭係從一較下方第一端朝向一較上方之第二端漸縮，傾斜一角度，約介於2-3°之間該沖頭第一端之直徑係大於其第二端之直徑，主肋和副肋也傾斜相近角度，斜面的直徑大於沖頭第一端之直徑，該主肋之一圓弧寬度與該副肋之一圓弧寬度較佳的比例是介於1.5：1和2.5：1之間，最佳為2：1；一圓弧形凹槽係設置於每一肋部之主肋與副肋之間，以一圓角連接主肋與副肋。

該沖頭係呈錐形台，而主肋，凹槽，及副肋係依序相鄰重複 連接，形成一多肋錐形台；一錐頭係由該沖頭之一遠端沿伸而成，一光滑邊係位於該錐頭及該遠端之間。

亦提供可在螺頭形成插槽之螺絲沖壓用模具，該插槽可為星型圖案，該模具包括一設有一平面之主體；以及，一沖頭從該平面一體延伸而成，該沖頭具有複數個肋部，環繞設置於其外緣，每一肋部係由至少一主肋及，至少一相鄰之副肋所組成；以及，沖頭包括一具有外緣之尖細錐形部，該外緣從一較下端朝向一較上端向內漸縮，如此該沖頭至少有一部分呈錐台形；以及，沖頭還包括一具有錐頭之遠端，該沖頭尖細錐形部之外緣，和平行於模具長度方向之一縱軸間，形成一範圍介於2-3°之夾角；以及，一斜面形成於該沖頭和該模具之平整頂面之間；其中，該斜面直徑係大於該沖頭外緣之直徑；以及，該主肋之一圓弧寬度與該副肋之一圓弧寬度較佳的比例是介於1.5：1和2.5：1之間，最佳為2：1；以及，一可形成圓角之圓弧形凹槽係設置於每一肋部之主肋與副肋之間，以連接該主肋與副肋；其中，每一肋部之主肋，凹槽，及副肋可依序連接，在沖頭之某一部分上形成一多肋錐台；以及，一光滑邊係形成於該錐頭與遠端之間。

本發明製造緊固件之模具沖頭，亦提供可在螺頭形成插槽(例如星形插槽)之螺絲沖壓用模具延伸而出之沖頭，該沖頭包括複數個環繞其外緣設置之肋部，每一肋部由至少一主肋，及至少一相鄰之副肋所組成，該沖頭包括一尖細錐形部，其上之一外緣從一較下端朝向一較上端向內漸縮，所以該沖頭至少有一部分係呈錐台形；以及，該沖頭尖細錐形部之外緣，和平行於模具長度方向之一縱軸間，形成一範圍介於2-3°之夾角；以及，一圓弧形凹槽係設置於每一肋部之主肋與副肋之間，以連接該主肋 與副肋；其中，該主肋之一圓弧寬度與該副肋之一圓弧寬度較佳的比例是介於1.5：1和2.5：1之間，最佳為2：1；以及，該沖頭還包括一具有錐頭之遠端，及一位於該錐頭與遠端間之光滑邊。

本發明亦提供一可被旋轉或旋轉驅動之工件，該工件包括一外緣及複數個肋部，該外緣從其一較下端朝向其一較上端，向內漸縮，而該些肋部係環繞設置於該外緣上，每一肋部包括至少一主肋，及至少一副肋，彼此相鄰，該些肋部可形成一圖案，例如星形；以及，該工件之外緣可漸縮，並且和平行於工件長度方向之一縱軸間，形成一範圍介於2-3°之夾角；以及，該主肋之一圓弧寬度與該副肋之一圓弧寬度較佳的比例是介於1.5：1和2：5之間，最佳為2：1；以及，該工件包括有一端和一光滑邊，該端設有錐形或倒錐形頭，而該光滑邊係形成於該錐形或倒錐形頭上；一圓弧形凹槽係設置於每一肋部之主肋與副肋之間，以連接該主肋與副肋。

1‧‧‧主體

2‧‧‧沖頭

3‧‧‧錐頭

1a‧‧‧平面

21‧‧‧主肋

22‧‧‧副肋

23‧‧‧斜面

2a‧‧‧第一端

2b‧‧‧第二端

2c‧‧‧外緣

a‧‧‧縱軸

b‧‧‧縱軸

2a’‧‧‧直徑

2b’‧‧‧直徑

23’‧‧‧直徑

21’‧‧‧寬度

22’‧‧‧寬度

221‧‧‧凹槽

31‧‧‧光滑邊

40‧‧‧胚料

41‧‧‧螺頭

44e‧‧‧螺紋

44‧‧‧緊固件

42‧‧‧頂面

43‧‧‧梅花型插槽

221‧‧‧主肋

222‧‧‧副肋

第1A及1B圖分別顯示設置於一緊固件頭部之習知六角形插槽及梅花形插槽

第2圖 係本發明模具立體圖

第3圖 係本發明第2圖所示該模具之一部分側視立體圖

第4圖 係本發明第2圖所示沖壓模具之沖頭上視圖

第5圖 係本發明之將第2圖所示沖壓模具沖壓入一緊固件模具(如虛線所示)之側視立體圖

第6圖 係本發明之顯示沖壓模具演進過程，從最左側之初始圓柱體，到最右側之最終沖壓模具沖頭成品

第7圖 係緊固件成形程序立體圖

第8圖 係本發明之一立體圖，顯示將模具沖壓插入一緊固件頭部，以形成梅花形插槽

第9圖 係本發明成形的緊固件頭部之上視立體圖。

為了更清楚地了解本創作所運用之技術內容、創作目的及其達成之功效，請參閱下列詳細說明，及相關圖式。

圖中各元件係為清楚表示本發明之原理，並非一定照實際比例所繪，在各視圖中，有參考數字相對應代表各元件。

以下描述的內容係本發明的最佳實施例，任何在功能，目的，結構上產生變化之其他選擇或修飾皆落在本發明之範圍內。

如第2圖到第3圖所示，在本發明之一較佳實施例中，一螺絲二沖頭模具係包括一主體1，一沖頭2，及一錐頭3，該主體1為一圓柱體，在其頂端設有一上平面1a，該沖頭2由該平面1a一體延伸形成，沖頭2具有複數個環繞其周緣之肋部。

參考第2圖到第4圖，該沖頭2為一圓形突出部具有複數個環繞其周緣肋部形成，該肋部係由至少一主肋21，至少一相鄰之副肋22所組成，一斜面23係位在該沖頭2與平面1a間；以及，沖頭2之一第一端2a軸向延伸形成一第二端2b，如圖3所示，沖頭2之外緣2c(縱軸b)，相對於主體1之縱軸a線傾斜2~3度角，也就是說縱軸a線和縱軸b線之間的角度為2-3°(縱軸a線係平行於模具縱軸之線而縱軸b線係和該沖頭2傾斜之外緣2c相合)，換言之，該沖頭2係從第一端2a朝第二端2b，向內漸縮傾斜2~3度角。

參考第2圖到第4圖，複數個主肋21與副肋22係環繞一錐台而設置，沖頭2其第一端2a之直徑2a’大於沖頭2其第二端2b直徑2b’，該主肋21的傾斜角度和副肋22的傾斜角度可以相同；以及，該斜面23的直徑23’大於第一端2a之直徑2a’；以及，該主肋21圓弧寬度21’與副肋22的圓弧寬度22’係介於1.5：1 and 2.5：1間，而最佳比例為2：1；以及，一圓弧形凹槽221係設置於該主肋21與副肋22之間，用於連接該該主肋21與副肋22，因此該主肋21，凹槽221，及副肋22可依序重複連接，形成一多肋錐台，該主肋21與副肋22皆朝向縱軸a傾斜2-3°，以形成一錐台；以及，該錐頭3係由沖頭2之第二端2b延伸而形成，經拋光處理形成之一光滑邊31(參見第三圖)係位於該錐頭3與第二端2b之間，也就是沖頭2的第二端2b延伸形成該光滑邊31，該光滑邊31再進一步延伸形成錐頭3。

參考第5圖與第8圖，該沖頭2之第二端2b逐漸向下沖壓一金屬緊固件胚料40之一螺頭41，以在該緊固件44頭部41形成一插槽，由於沖頭2之第二端2b直徑小於其第一端2a直徑，來自被沖壓之該金屬胚料40的金屬，最初是沿著該沖頭2之傾斜外緣2c流出，而插槽內的空氣，在沖壓過程中，可順利地沿著該外緣2c被排出，當該沖頭2之第一端2a觸及該螺頭41而該沖頭2抵達插槽底部時，一部分金屬胚料會被往上推擠，以填補插槽上部之一側面。因此沖壓所形成之插槽側面係平行於該縱軸a，一旦模具之平面1a觸及該頂面42，此處可能形成之任何金屬毛邊會被平面1a及斜面23一起壓回該插槽之邊緣，因此該邊緣會很平整，沒有任何毛邊，因此，由沖壓所製成之插槽會更加精密，而且不需進行用於移除毛邊二次加工。

第6圖顯示本發模具沖頭成形過程，從一圓柱體或胚料11演 變到設有一沖頭2主體1之過程；以及，第7圖顯示緊固件成形過程，從緊固件胚料40，及拋光且具螺紋44e之緊固件44，還有包括一頂面42之緊固件44頭部41；以及，第8圖顯示顯示將模具沖壓插入一緊固件44頭部41，以形成梅花形插槽。

參閱第9圖，顯示了一緊固件41螺頭之頂面42，該梅花型插槽43和用於製造插槽之沖頭2，彼此成鏡像，左右相反，該梅花型插槽43具有複數個主肋221及副肋222。

本創作至少具有下列可為所屬技術領域中，具有通常知識者所理解之優點：A.沖頭2係從該第一端2a朝該第二端2b，漸縮且呈傾斜2~3度，在沖壓胚料時，此設計有助於使空氣排出，而不產生一擴孔；B.位於主肋21與副肋22間之圓弧形凹槽221可使主肋21與副肋22，更加顯著突出，因此可更清晰界定兩者；C.該主肋21圓弧寬度21’與副肋22的圓弧寬度22’的比例最好介於1.5：1和2.5：1之間，而最佳比例為2：1，該最佳比例2：1可增加起子頭之扭力；D.圓弧形凹槽221是介於主肋21與副肋22之間的一個圓角，不僅可降低螺絲起子頭之磨損，還能延長螺絲起子之使用壽命；E.從沖頭2的第二端2b延伸出的光滑邊31，可降低沖頭2的磨損，以延長沖頭2的使用壽命；F.斜面23可以使經沖壓形成之插槽更為美觀及對稱，同時減少毛邊的形成。

綜上所述，僅為本發明較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (10)

1. 一種製造緊固件之模具沖頭，係指螺絲沖壓模具，該模具用來形成具星形插槽之螺頭，包括：一圓柱形主體，設有一平面；一沖頭，由該圓柱形主體的平面一體延伸成型；該沖頭具有複數個肋部，環繞設置於該沖頭之一外緣上；其中每一肋部包括至少一主肋，及至少一副肋，彼此相鄰；其中該沖頭係從一較下方第一端朝向一較上方第二端漸縮，傾斜一角度，該角度約介於2-3°之間，而該第一端之直徑係大於該第二端之一直徑；以及，一斜面係形成於該沖頭和平面間；其中該斜面的直徑大於該沖頭之該第一端之該直徑；其中每一該肋部之該主肋和該副肋，皆傾斜一角度，該角度相近；其中在每一該肋部中，該主肋之一圓弧之一寬度與該副肋之一圓弧之一寬度的比例約介於1.5：1和2.5：1之間。
2. 如專利範圍第1項所述之製造緊固件之模具沖頭，其中一圓弧形凹槽係設置於每一該肋部之該主肋與該副肋之間，以連接該主肋與該副肋；其中該圓弧形凹槽具有一圓角；其中在每一該肋部中，該主肋之該圓弧之該寬度與該副肋之該圓弧之該寬度的比例約為2：1。
3. 如專利範圍第1項所述之製造緊固件之模具沖頭，其中該沖頭係呈錐台形，而每一該肋部內之該主肋，該凹槽，及該副肋可依序重複連接，以形成一多肋錐台。
4. 一種製造緊固件之模具沖頭，係指可在螺頭形成具星型圖案插槽之螺絲沖壓用模具的沖頭，包括：一主體，具有一平面； 一沖頭從該平面一體延伸而成；該沖頭具有複數個肋部，環繞設置於該沖頭之一外緣；其中每一該肋部由至少一主肋，及至少一相鄰之副肋所組成；其中一圓弧形凹槽係設置於每一該肋部之該主肋與該副肋之間，以連接該該主肋與該副肋；其中該沖頭包括一尖細錐形部，該尖細錐形部具有一外緣，從該外緣之一較下端朝向該外緣之一較上端向內漸縮，所以該沖頭至少有一部分係呈錐台形；以及，一形成於該沖頭和該模具之平整頂面間之斜面；其中該斜面之一直徑大於該沖頭之該外緣之一直徑。
5. 如專利範圍第4項所述之製造緊固件之模具沖頭，其中該沖頭之該尖細錐形部之該外緣，和平行於該模具長度之一縱軸間，形成一約2-3°之夾角。
6. 如專利範圍第4項所述之製造緊固件之模具沖頭，其中該主肋之一圓弧之一寬度與該副肋之一圓弧之一寬度的比例約介於1.5：1和2.5：1之間。
7. 如專利範圍第4項所述之製造緊固件之模具沖頭，其中每一該肋部之該主肋，該凹槽，及該副肋可依序和相鄰該肋部重複連接，以形成一多肋錐台，成為該沖頭之一部分。
8. 一種製造緊固件之模具沖頭，包括：一外緣，從該外緣之一較下端朝向該外緣之一較上端向內漸縮；以及，複數個肋部，環繞設置於該外緣；其中每一該肋部包括至少一主肋，及至少一相鄰之副肋；其中在每一該肋部中，該主肋之一圓弧之一寬度與該副肋之一圓弧之一寬度的比例約介於1.5：1和2.5：1間。
9. 如專利範圍第8項所述之製造緊固件之模具沖頭，其中該外緣平行於該緊固件縱軸間，形成一約2-3°之夾角。
10. 如專利範圍第8項所述之製造緊固件之模具沖頭，其中該沖頭進一步包括 一設置於每一該肋部之該主肋與該副肋間之圓弧形凹槽，以連接該主肋與該副肋。