TWI622490B - 精密擠切成形機 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用以擠伸/剪切一胚料之精密擠切成形機，其包含具有相對的開口端之容器、配置於該等開口端其中之一之母模以及包含撞錘及沖頭之沖頭模組，該撞錘係適於在該容器內軸向移動，且具有一軸向孔道用以容納該沖頭，該沖頭係適於在該撞錘內軸向移動，其中，該沖頭與該母模之間具有負餘隙。亦提供者為一種使用本發明之精密擠切成形機成形產品之方法。

Description

精密擠切成形機

本發明係關於一種精密擠切成形機，特別是一種結合擠伸、剪切及成形製程之精密擠切成形機。

擠伸(Extrusion)是產業中最早的金屬成形製程之一。由於其複雜性，例如母模外型、材料特性及磨擦力及磨擦學條件的影響，擠伸加工因此對許多研究人員而言是感興趣的領域。擠伸是一種藉由將胚料推擠或拉伸穿過一具有所須截面形狀之母模而削減其截面積，來產生具有固定截面外形之物品的製程。如第1圖(前案)所示，傳統的(直接)擠伸裝置/系統包含撞錘50、容器51及母模52，用以擠伸胚料53。該擠伸裝置可進一步包含一壓塊54。在擠伸製程中，可加熱該胚料53然後裝填於該容器51中，且該壓塊54可配置於該撞錘50之末端而與該胚料53接觸，接著於其上該撞錘50擠壓該胚料53，以將其推出該母模52之外。

在實際使用中，傳統之擠伸裝置仍有許多問題必須改善或解決，例如：(1)由於胚料與母模之間的磨擦力，擠伸製品表面可能是粗糙的；及(2)擠伸製品之精度無法達到精密工業 之要求。簡言之，傳統的擠伸僅適合生產相對精密度不高之產品，諸如，鐵軌、建築用鋼條以及船舶及飛機之結構件。然而，一些重要的精密工業產品，例如齒輪、泵、電機轉子或機械工具等精密零件則不能藉由傳統的擠伸製程生產。

美國專利US8015851 B2揭示一種壓製成形之方法，其係使用與模具之間具有負餘隙(negative clearance)之沖頭。然而，其完全未提及擠伸成形或剪切。

鑑於前述，在本領域中急需開發一種用於製造精密產品之機器，其適合大量生產且不增加成本。

在一方面，本發明提供一種用以擠伸/剪切一胚料之精密擠切成形機，其包含具有相對的開口端之容器、配置於該等開口端其中之一之母模、以及一沖頭模組。該母模中具有一孔道或其上具有一凹洞，該沖頭模組包含一撞錘及一沖頭。該撞錘係適於在該容器內軸向移動，且具有一軸向孔道用以容納該沖頭，該沖頭係適於在該撞錘內軸向移動。該精密擠切成形機之特徵在於該沖頭與該母模之間具有負餘隙。然而，在本發明亦思及正餘隙之情況。

在本發明之一具體實施例中，該精密擠切成形機進一步包含一第一溝槽式結構，其環繞該孔道或該凹洞而形成於該母模上或撞錘上接觸該胚料側。

根據本發明之另一具體實施例，該精密擠切成形機 進一步包含一第二溝槽式結構，其環繞該軸向孔道而形成於該沖頭上接觸該胚料側。

根據本發明之部分具體實施例，該第一溝槽式結構可進一步包含設置於其中的一第一填塞模組，而第二溝槽式結構亦可進一步包含設置於其中的一第二填塞模組。

在本發明之一具體實施例中，該沖頭之截面積大於該母模之該孔道或凹洞之截面積，使沖頭與母模之間具有負餘隙。

在本發明之另一具體實施例中，該沖頭之截面積小於該母模之該孔道或凹洞之截面積，使沖頭與母模之間具有正餘隙。

在本發明之一具體實施例中，該精密擠切成形機進一步包含一馬達，用以施予一旋轉力至該容器，使至少該容器之部分及該母模可軸向旋轉。配置有馬達的本發明之精密擠切成形機可用於成形具有螺旋形之產品，例如螺旋螺絲、螺旋齒輪、蝸桿及蝸輪等。

在本發明之部分具體實施例中，該孔道或凹洞在該母模中具有一傘狀或一初始地大致地圓柱狀繼而為一傘狀，用以成形諸如傘狀螺旋螺絲或傘狀螺旋齒輪之產品。在一具體實施例中，該孔道或凹洞在該母模中具有一初始地正齒輪輪廓形狀繼而為一傘齒輪輪廓形狀。

在本發明之一具體實施例中，該容器及該母模以可密封方式密合。

另一方面，本發明提供一種成形產品之方法，其包含：在如下的機器中：該機器包含一具有相對的開口端之容器，一母模配置於容器之該等開口端其中之一，且該母模中具有一孔道或其上具有一凹洞，以及一沖頭模組，其包含一撞錘及一沖頭，該撞錘係適於在該容器內軸向移動且具有一用以容納該沖頭的軸向孔道，該沖頭係適於在該撞錘內軸向移動，其中，該沖頭與該母模之間具有負餘隙，該撞錘施加一撞擊力至盛裝於該容器內之胚料，以將該胚料朝向該母模擠壓；以及該沖頭施加一沖頭力以貫穿該胚料，使該胚料之部分進入該孔道或凹洞。

本發明之詳細技術及較佳具體實施例，配合所附圖式描述如後，使本領域之技藝人士可理解所請發明之特徵。

10‧‧‧母模

11‧‧‧孔道

20‧‧‧容器

21‧‧‧第一溝槽式結構

22‧‧‧開口端

23‧‧‧胚料

24‧‧‧第一填塞模組

25‧‧‧第二填塞模組

26‧‧‧上部

27‧‧‧下部

28‧‧‧第二溝槽式結構

30‧‧‧沖頭模組

31‧‧‧撞錘

32‧‧‧沖頭

33‧‧‧軸向孔道

50‧‧‧撞錘

51‧‧‧容器

52‧‧‧母模

53‧‧‧胚料

54‧‧‧壓塊

配合附圖閱讀可更佳地理解前文之概述以及如後之本發明之詳細說明。在圖式中：第1圖係習知的擠伸裝置之剖面示意圖。

第2圖係根據本發明之精密擠切成形機之一具體實施例所繪製之剖面示意圖。

第3圖係根據所述具體實施例所繪製之立體示意圖。

第4圖係根據所述具體實施例所繪製之立體分解示意圖。

第5圖係根據本發明之精密擠切成形機之一較佳具體實施例所繪製之剖面示意圖。

第6圖係根據所述具體實施例所繪製之立體示意圖。

第7圖係根據所述具體實施例所繪製之立體分解示意圖。

第8圖係根據本發明之精密擠切成形機之另一具體實施例所繪製之剖面示意圖。

第9圖係根據所述具體實施例所繪製之立體示意圖。

第10圖係根據所述具體實施例所繪製之立體分解示意圖。

第11圖係根據本發明之精密擠切成形機之一具體實施例所繪製的立體示意圖。

第12圖係根據所述具體實施例所繪製之立體分解示意圖。

第13圖係根據本發明之精密擠切成形機之另一具體實施例所繪製的立體示意圖。

第14圖係根據所述具體實施例所繪製之立體分解示意圖。

除非另行定義，所有在本文中所使用的技術及科學術語具有如同本發明所屬技術領域中之技藝人士一般所瞭解的意義。

本文中所使用的「一」乙詞，如未特別指明，係指至少一個(一個或一個以上)之數量。因此，舉例而言，提及「一樣 本」時係包含複數個此類樣本及本領域之技藝人士習知之其等同物。

在一方面，本發明提供一種用以擠伸/剪切一胚料之精密擠切成形機，其包含具有相對的開口端之容器、其中具有一孔道或其上具有一凹洞之母模，配置於該等開口端其中之一、以及包含一撞錘及一沖頭之沖頭模組，該撞錘(或稱為壓料板)係適於在該容器內軸向移動，且具有一軸向孔道用以容納該沖頭，該沖頭係適於在該撞錘內軸向移動，其中，該沖頭與該母模之間具有負餘隙。在部分具體實施例中，該容器與母模以可密封方式密合，如同傳統之擠伸裝置。

請參閱第2-4圖，其例示一本發明之精密擠切成形機，其包含一母模10、一容器20及一沖頭模組30。該容器20具有相對的開口端22。該母模10配置於該容器20之該等開口端22其中之一，且具有一孔道11貫穿其中。該孔道11具有擬成形產品所需之截面形狀(即，水平截面形狀)。該沖頭模組30包含一撞錘31及一沖頭32。該撞錘31適於在該容器20內沿著該容器20之軸向移動。該撞錘31具有一軸向孔道33，用以容納該沖頭32，且該沖頭32適於在其中軸向移動。此精密擠切成形機可用於擠伸/剪切一胚料23。值得注意的是，該沖頭32與該母模10之間具有負餘隙。換言之，與傳統的擠伸裝置(參見第1圖)類似，該沖頭32不進入該母模10的該孔道11中。在本發明之部分具體實施例中，該母模10上可具有一凹洞(未貫穿母模)，而非孔道。

不同於沖頭與母模之間具有零或正餘隙的傳統切削 機，本發明之精密擠切成形機之特徵在於沖頭與母模之間具有負餘隙。在本發明之一具體實施例中，沖頭之截面積大於母模之孔道之截面積。在傳統之切削機或下料機僅可用於製造具有約5毫米厚度之產品。然而，本發明之精密擠切成形機可成形具有超過10毫米厚度之產品。

不同於美國專利US8015851 B2所揭露的壓製成形裝置，其包含一設置於母模內的反墊板6(參見US8015851 B2，圖5)，本發明之精密擠切成形機不包含反墊板。此外，美國專利US8015851 B2所揭露之裝置係內於「壓製成形」(Press forming)，其包含一卸料板5，內以固定加工件4的位置，而非用以對胚料施加撞擊力的撞錘。

雖然本發明提供一種沖頭與母模之間具有負餘隙的精密擠切成形機，本亦思及正餘隙的情況。

如可見於第5-10圖，本發明之精密擠切成形機可進一步包含一溝槽式結構，形成於母模10或撞錘31上。如第5-9圖所示，一第一溝槽式結構21係形成於該母模10上或撞錘31上，在其會與胚料23接觸之側。此外，該第一溝槽式結構21係環繞該母模10之孔道11而形成。請參閱第8-9圖，一第二溝槽式結構28可進一步地形成於該沖頭31上，在其會與該胚料23接觸之側，並且環繞該撞錘31之軸向孔道33而形成。

本文中所使用的「溝槽式結構」乙詞係指形成於母模及/或撞錘上的溝槽狀、凹陷或階梯狀結構。該溝槽式結構之溝 槽形狀在此並無限制，可由技藝人士輕易地決定合適的形狀，例如，U形或V形。該溝槽式結構之環繞形狀在此亦無限制，可由技藝人士輕易地決定合適的形狀，其形狀較佳為圓形或與母模之孔道形狀對應的形狀。溝槽式結構可以形成在母模上與胚料接觸該側的邊緣及/或撞錘上與胚料接觸該側的邊緣，也可以形成在母模外側邊緣與孔道之出口及/或撞錘外側邊緣與軸向孔道之出口之間的合適的位置。簡言之，溝槽式結構可環繞地形成於母模及/或撞錘上接觸胚料之一側之位置。

在本發明之一具體實施例中，本發明之精密擠切成形機可進一步包含一填塞模組，設置於該溝槽式結構中。該填塞模組之功能是在沖頭模組30向下移動擠伸/剪切胚料23時，保持溝道結構內之壓力均勻。請參閱第5-9圖，第一填塞模組24可配置於第一溝槽式結構21及/或第二填塞模組25可配置於第二溝槽式結構28中。

該填塞模組可為液壓式、氣壓式、彈簧、O型環或其他軟硬材料，其作用為保持溝道內之壓力均勻，以進一步提升擠伸/剪切產品之品質。在本發明之一實施例中，第一填塞模組24與第二填塞模組25可以是相同型態之填塞模組。在本發明之另一實施例中，第一填塞模組24與第二填塞模組25可以是不同型態之填塞模組。

請再參閱第2-10圖，當本發明之精密擠切成形機開始擠伸/剪切過程時，撞錘31在容器20內軸向移動並且擠壓胚料23 向母模10移動。在此階段，些微的胚料23可能會進入母模10之孔道11中。然後沖頭32沿著撞錘31的軸向孔道33軸向移動，並且施加一沖頭力至該胚料以穿入其中而使該胚料23之部分進入母模10之孔道11中。

請參閱第11圖與第12圖，其係根據本發明之部分其他具體實施例所繪製。在此等具體實施例中，本發明之精密擠切成形機進一步包含一馬達，例如，伺服馬達。此外，容器20可包含一上部26與下部27。馬達可設置以對該容器20之該下部27施予一旋轉力，使該下部27及母模10可以軸向轉動。藉由在成形過程中旋轉母模，本發明之精密擠切成形機可用於成形具有螺旋形狀之產品，諸如螺旋螺絲、螺旋齒輪、蝸桿及蝸輪等。

根據本發明之部分具體實施例，針對諸如傘齒輪等產品之製造，該母模的該孔道或凹洞可設置為在該母模中具有一傘狀或一初始地大致地圓柱狀(或圓形)繼而為一傘狀。換言之，該母模之該孔道或凹洞可具有一傘狀(或梯形)或六邊形之縱剖面形狀。請參閱第13及14圖，其係根據本發明之一特定具體實施例所繪製。孔道11具有一齒輪狀之水平剖面形狀但其在該母模中具有一傘狀。更特定而言，該孔道11係沿著沖頭32向母模10移動的方向內縮。針對傘齒輪之製造，該孔道較佳係具在該母模中的初始地大致地圓柱狀繼而為傘狀。具體而言，該孔道具有一初始固定的直徑，然後沿著沖頭向母模移動之方向內縮。更具體而言，針對傘狀齒輪之製造，該孔道或凹洞在母模中具有一初始的正齒 輪輪廓形狀，繼而為一傘齒輪輪廓形狀。不待言者，若須在成形過程中旋轉母模，則該精密擠切成形機可更包含一馬達。

上述之所有具體實施例中，孔道11、沖頭32及軸向孔道33皆以圓柱形狀呈現。然而，孔道、凹洞、沖頭及軸向孔道之形狀並不以此為限。在本發明之部分具體實施例中，沖頭及孔道或凹洞可具有不同之水平剖面形狀，且孔道或凹洞在母模中可具有不同之形狀(即，不同的縱剖面形狀)。

一般而言，傳統擠伸裝置之撞錘(及/或壓塊)之截面積與母模之截面積實質相同(即，大於母模之孔道之截面積)，而傳統下料機(切削機)之沖頭之截面積是等於或小於母模之孔道之截面積(即，沖頭與母模之間具有零或正餘隙)。

值得注意的是，本發明之精密擠切成形機在結構上較相似於傳統之切削/下料機，然而，由於其可以用於成形相較於剪切製程更長形之產品，其在目的上較相似於傳統擠伸裝置。

另一方面，本發明提供一成形產品之方法，其包含：在如下的機器中：該機器包含一具有相對的開口端之容器，一母模配置於容器之該等開口端其中之一，且該母模中具有一孔道或其上具有一凹洞，以及一沖頭模組，其包含一撞錘及一沖頭，該撞錘係適於在該容器內軸向移動且具有一用以容納該沖頭的軸向孔道，該沖頭係適於在該撞錘內軸向移動，其中，該沖頭與該母模之間具有負餘隙，該撞錘施加一撞擊力至盛裝於該容器內之胚料，以將該胚料朝向該母模擠壓；以及該沖頭施加一沖頭力以貫 穿該胚料，使該胚料之部分進入該孔道或凹洞，藉此以成形該產品。成形的產品可接著從該胚料上被切下。在本發明之部分具體實施例中，該胚料(產品)係被擠出母模之外。在其他具體實施例中，該產品是在母模中成形(例如傘齒輪)。

須指出者，本發明亦思及其他具體實施方式，其中沖頭與母模之間係具有正餘隙。

在本發明之一具體實施例中，該精密擠切成形機進一步包含一第一溝槽式結構，其環繞該孔道或凹洞而形成於該母模上接觸該胚料側。較佳地，該第一溝槽式結構進一步包含一第一填塞模組設置於其中。在另一具體實施例中，該精密擠切成形機進一步包含一第二溝槽式結構，其環繞該軸向孔道而形成於該撞錘上接觸該胚料側。類似地，該第二溝槽式結構可進一步包含一第二填塞模組設置於其中。當該撞錘施加一撞擊力至盛裝於容器內之胚料，以將胚料朝向母模擠壓，部分之胚料會被擠壓至該第一溝槽式結構及/或第二溝槽式結構中。

根據本發明之一較佳具體實施例，該沖頭之截面積大於該母模之該孔道或凹洞之截面積(即，負餘隙)。

在另一具體實施例中，該沖頭之截面積小於該母模之該孔道或凹洞之截面積(即，正餘隙)。

根據本發明之一具體實施例，該方法包含以下步驟：施加該沖頭力時，一馬達施加一旋轉力至該容器，使至少部分之該容器及該母模可軸向旋轉。

在本發明之部分具體實施例中，本發明之方法中使用的孔道或凹洞在母模中具有一傘狀或一初始地大致地圓柱狀繼而為一傘狀，用以製造諸如傘狀螺旋螺絲與傘狀齒輪等產品。在一較佳具體實施例中，該孔道或凹洞在該母模中係具有初始地大致地圓柱狀繼而為一傘狀。具體而言，該孔道或凹洞在該母模中具有一初始的正齒輪輪廓形狀繼而為一傘狀齒輪輪廓形狀。

咸相信本發明所屬領域中具通常知識者基於本文之描述，無須進一步之說明，可最大限度利用本發明。因此，所提供之說明及申請專利範圍應理解為例示之目的，而非以任何方式限制本發明之範圍。

Claims (20)

1. 一種用以擠伸/剪切一胚料之精密擠切成形機，其包含：一具有相對的開口端之容器；一母模，其中具有一孔道或其上具有一凹洞，該母模配置於該容器之該等開口端其中之一；以及一沖頭模組，其包含一撞錘及一沖頭，該撞錘係適於在該容器內軸向移動且具有一用以容納該沖頭的軸向孔道，該沖頭係用於剪切成形之沖頭且適於在該撞錘內軸向移動；其中，該沖頭與該母模之間具有負餘隙。
2. 如申請專利範圍第1項之精密擠切成形機，其進一步包含一第一溝槽式結構，其環繞該孔道或該凹洞而形成於該母模上或撞錘上接觸該胚料側。
3. 如申請專利範圍第1項之精密擠切成形機，其進一步包含一第二溝槽式結構，其環繞該軸向孔道而形成於該沖頭上接觸該胚料側。
4. 如申請專利範圍第2項之精密擠切成形機，其中該第一溝槽式結構進一步包含設置於其中的一第一填塞模組。
5. 如申請專利範圍第3項之精密擠切成形機，其中該第二溝槽式結構進一步包含設置於其中的一第二填塞模組。
6. 如申請專利範圍第1項所述之精密擠切成形機，其中該沖頭之截面積大於該母模之該孔道或該凹洞之截面積。
7. 如申請專利範圍第1項所述之精密擠切成形機，其中該容器與該母模以可密封方式密合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之精密擠切成形機，其進一步包含一馬達，用以施予一旋轉力至該容器，使至少該容器之部分及該母模可軸向旋轉。
9. 如申請專利範圍第8項所述之精密擠切成形機，其中該馬達為一伺服馬達。
10. 如申請專利範圍第1項所述之精密擠切成形機，其中該孔道或該凹洞在該母模中具有一傘狀。
11. 如申請專利範圍第1項所述之精密擠切成形機，其中該孔道或該凹洞在該母模中具有一初始的正齒輪輪廓形狀繼而為一傘齒輪輪廓形狀。
12. 一種成形產品之方法，其包含：在一如申請專利範圍第1項所述之精密擠切成形機中，該撞錘施加一撞擊力至盛裝於該容器內之胚料，以將該胚料朝向該母模擠壓；以及該沖頭施加一沖頭力以貫穿該胚料，使該胚料之部分進入該孔道或該凹洞。
13. 如申請專利範圍第12項之成形產品之方法，其中該精密擠切成形機進一步包含一第一溝槽式結構，其環繞該孔道或該凹洞而形成於該母模上接觸該胚料側。
14. 如申請專利範圍第13項之成形產品之方法，其中該第一溝槽式結構內進一步設有一第一填塞模組。
15. 如申請專利範圍第12項之成形產品之方法，其中該精密擠切成形機更進一步包含一第二溝槽式結構，其環繞該軸向孔道而形成於該撞錘上接觸該胚料側。
16. 如申請專利範圍第15項之成形產品之方法，其中該第二溝槽式結構內進一步設有一第二填塞模組。
17. 如申請專利範圍第12項之成形產品之方法，其中該沖頭之截面積大於該母模之該孔道或該凹洞之截面積。
18. 如申請專利範圍第12項之成形產品之方法，其進一步包含下列步驟：當該沖頭施加一沖頭力，一馬達施加一旋轉力至該容器，使至少該容器之部分與該母模可軸向旋轉。
19. 如申請專利範圍第12項之成形產品之方法，其中該孔道或該凹洞在該母模中具有一傘狀。
20. 如申請專利範圍第12項之成形產品之方法，其中該孔道或該凹洞在該母模中具有一初始的正齒輪輪廓形狀繼而為一傘齒輪輪廓形狀。