TWI781414B - 沖孔件及製造沖孔件的方法 - Google Patents

Abstract

涉及沖孔件，例如，套筒沖孔件，該沖孔件的一部分具 有一定角度，以及使用電火花金屬絲加工(WEDM)製造其一部分具有一定角度的沖孔件的方法。一種用於冷成形製程的沖孔件包括：基部，其適於作為沖孔件的結構主幹；工作部分，其從基部延伸出，執行沖孔操作。此外，利用電火花加工機床(EDM)在工作部分中形成槽和六角部分。此外，在六角部分的端部上加工出錐形尖端，並且在六角部分與錐形尖端之間形成具有向內的錐度角的合模面。沖孔件可根據CAD模型並且被更快速地製造，因此，消除了對過於專門化的設備的需求，並改進了製造時間。

Description

沖孔件及製造沖孔件的方法

本公開總體涉及沖孔件和用於沖孔件的製造方法。更特別地，本發明涉及具有特定構造的沖孔件和使用電火花加工製造這樣的套筒沖孔件的方法。

相關領域的交叉申請

本申請要求在2019年6月6日提交的、序列號為16/433754的美國專利申請的優先權，所述專利申請的全部內容通過引用併入本文。

沖孔件是用於在材料(例如，工件)中打孔的工具。通常，沖孔件以在不使用額外熱量(如利用熱擠壓或其他「熱加工」操作)的情況下進行沖孔的「冷加工」方式來操作。迫使沖孔件進入工件中或將沖孔件「衝擊」到工件中，將材料重新形成沖孔件的形狀。

沖孔件被以各種方式製造，但通常通過將沖孔件坯件磨削成所期望的幾何構造來形成。然而，磨削需要專門的磨削設備、 用以製造沖孔件的延長的時間，以及額外的質量控制程序以確保最終沖孔件產品滿足所需的規格。此外，可能無法將沖孔件坯件磨成某些所需的幾何構造。

本發明廣泛地包括一種使用電火花金屬絲加工(Wire Electrical Discharge Machining，WEDM)製造諸如套筒沖孔件的沖孔件的方法。在實施例中，製程包括以下步驟：(1)形成坯件；(2)利用接合器保持坯件；(3)使用WEDM技術將槽製造到坯件的工作部分中；(4)使用WEDM技術製造工作部分的側離隙面；(5)銑削工作部分至最終的形狀和尺寸；以及(6)在工作部分的端部上形成錐形尖端。本發明允許基於計算機輔助設計(CAD)模型，利用金屬絲「燃燒」沖孔件幾何結構來製造沖孔件，從而消除了對於專門化設備(諸如磨削設備)的需求，並改進了製造時間、質量、一致性和效率。

本發明還廣泛地包括製造沖孔件的方法，該方法包括形成坯件、利用電火花加工(Electrical Discharge Machining，EDM)機床加工坯件的幾何結構、在一部分上銑削坯件的期望的幾何結構以獲得最終的幾何尺寸和構造，以及在該部分的端部上加工錐形尖端以形成沖孔件。

本發明的實施例廣泛地包括如下沖孔件：所述沖孔件具有坯件的期望的幾何結構以獲得最終的幾何尺寸和使沖孔件的一 部分具有一定角度的構造。最終的幾何尺寸和構造可形成在沖孔件的合模面(land area)上。

此外，本發明的另一實施例廣泛地包括一種製造沖孔件的方法，該方法包括：形成坯件；利用電火花加工機床加工出坯件的幾何結構；銑削坯件的期望的幾何結構以獲得最終的幾何尺寸和使沖孔件的一部分具有一定角度的構造；在該部分的端部上加工出錐形尖端以形成沖孔件。最終的幾何結構可形成在沖孔件的合模面上。

100:坯件

100a:第一端

100b:第二端

105:基部

110:工作部分

115:接合器

120:EDM機床

125:金屬絲

130:槽

135:過渡部分

140:六角部分

145:六角端部

150:銑床

155:錐形尖端

160:合模面

700、1000:方法

705、710、715、720、725、730、735、740、1005、1010、1015、1020、1025、1030、1035、1040、1045:步驟

為了便於理解要保護的主題的目的，在附圖中示出了其實施例，通過對這些附圖的觀察，當結合以下的描述進行考慮時，要保護的主題及其結構、操作和許多優點應容易被理解和領會。

圖1是根據本發明的實施例的沖孔件坯件的側視透視圖。

圖2是根據本發明的實施例的EDM機床製造由接合器(adapter)保持的沖孔件坯件的側視透視圖。

圖3是根據本發明的實施例的EDM機床將槽製造到沖孔件坯件中的側視透視圖。

圖4是根據本發明的實施例的EDM機床製造工作部分的離隙面(relief)的側視透視圖。

圖5是根據本發明的實施例的銑床將工作部分銑削為最終的六角尺寸的側視透視圖。

圖6是根據本發明的實施例的在工作部分的端部加工有錐形尖端的完成的沖孔件的側視透視圖。

圖7是概述根據本發明的實施例的製造沖孔件的方法的流程圖。

圖8是根據本發明的實施例的合模面具有一定角度的完成的沖孔件的側視透視圖。

圖9是根據本發明的實施例的合模面具有一定角度的完成的沖孔件的截面圖。

圖10是概述根據本發明的實施例的製造沖孔件的方法的流程圖。

在理解本公開將被認為本發明的原理的示例並且不意圖將本發明的廣泛的方面限制於示出的實施例的情況下，雖然本發明有許多不同形式的實施例，但本發明的優選實施例在附圖中示出並且將在此進行詳細描述。如在此使用的，術語「本發明」不意圖限制要求保護的發明的範圍，而是僅出於說明的目的作為用於討論本發明的示例性實施例的術語。

本發明廣泛地包括沖孔件，例如，套筒沖孔件，以及使用WEDM製造沖孔件的方法，該沖孔件的一部分具有一定角度。在實施例中，形成坯件；利用接合器保持坯件；使用WEDM在工作部分中加工槽；使用WFDM製造工作部分的側離隙面；將工作 部分銑削成最終尺寸；在工作部分的端部上形成錐形尖端；以及使圍繞與工作部分的端部基本上相鄰的錐形尖端的合模面形成一定角度。以上製程允許根據CAD模型並且更快速地製造沖孔件，因此，消除了對專門化設備的需求，並改進了製造時間、效率、質量和一致性。

參照圖1，在實施例中，坯件100包括第一端100a和相對的第二端100b。坯件100可包括用作坯件100的結構主幹的基部105以及用於在完成和使用時執行沖孔操作的工作部分110。坯件100可以是任意材料，但在實施例中，坯件100由CPM(Crucible Particle Metallurgy)T15鋼製成。如以下參照圖7所討論的，製造製程包括形成坯件(諸如圖1中所示的坯件100)。

參照圖2，示出了根據本發明的實施例的保持坯件100的接合器115的側視透視圖以及製造由接合器115保持的坯件100的EDM機床120。如所示出的，EDM機床120可包括執行EDM機床120的加工/製造操作的金屬絲125。金屬絲125具有大約0.010"(英寸)的直徑，但本發明不限於此。

參照圖3，示出了根據實施例的EDM機床120將槽130製造到坯件100中的側視透視圖。如所示出的，金屬絲125可相對於坯件100的軸線以一定角度定位。例如但不受限於，金屬絲125可在1.25度至2.00度之間成角度，以避免在加工操作期間切割基部105。通過使金屬絲125成角度，沖孔件在完成時可在冷成形製程中易於從套筒中拉出。

參照圖4，示出了根據實施例的EDM機床120製造工作部分110的離隙面(relief)的側視透視圖。例如，EDM機床120可使用WEDM技術製造導致六角部分140的過渡部分135。六角部分140可從過渡部分135的端部延伸到六角端部145。如圖5所示，可通過銑床150將工作部分110，特別是在一些實施例中，將六角部分140銑削成工作部分110/六角部分140的最終六角尺寸。如圖6所示，然後，可以將錐形尖端155加工到坯件100的六角端部145中，以完成該製程的加工部分。

圖7示出了根據本發明的實施例的製造沖孔件的方法700。如所示出的，方法700開始並進行至步驟705，在步驟705，如圖1所示，形成坯件。然後，方法700進行至步驟710，在步驟710，通過接合器115保持坯件100，如圖2所示。隨後是步驟715，在步驟715，可在坯件100中的工作部分110上形成槽130，如圖3所示。然後，方法700進行至步驟720，在步驟720，加工工作部分110的側離隙面(side relief)。在該步驟中，可使用EDM技術將過渡部分135和六角部分140加工到坯件中，如圖4所示。然後，方法可進行至步驟725，在步驟725，將六角部分140銑削至其如圖5所示的最終尺寸，然後至步驟730，在步驟730，將錐形尖端155加工到六角端部145中。

然後，方法700可進行至步驟735，在步驟735，使沖孔件應力消除。例如，沖孔件可在1025℉應力消除持續2小時。然後，方法700可進行至步驟740，在步驟740，表面塗覆沖孔件。 例如，可利用氮化鋁鉻或氮化鈦塗覆沖孔件。

雖然圖7以及其他地方中的以上步驟在說明書中以特定的時間順序敘述，但是除非在申請專利範圍中明確說明，否則不一定需要這樣的順序來實現本發明。此外，可從方法700中省略某些步驟，並且除非在所附申請專利範圍中明確地敘述，否則這些步驟是可選的。

參照圖8，示出了根據本發明的實施例的合模面具有一定角度的完成的沖孔件的側視透視圖。如上所述，坯件100包括第一端100a、相對的第二端100b、用作坯件100的結構主幹的基部105以及將要在完成並使用時執行沖孔操作的工作部分110。EDM機床可用於使用WEDM技術在坯件100中製造槽130、工作部分110的離隙面(諸如，導致六角部分140的過渡部分135)。六角部分140可從過渡部分135的端部延伸到六角端部145，然後，可將錐形尖端155加工到坯件100的六角端部145中。

此外，六角端部145可具有合模面160/成型面。合模面160是在六角部分140與錐形尖端155之間圍繞工作部分110加工出的。合模面160可具有相對於沖孔件的六角部分140向內的錐度角(tapered angle)。如圖9所示，合模面160的錐度角繞六角端部145可以為約0.5°至約3°。更具體地，合模面160的錐度角可以為約1.2°至約2.2°。EDM機床可用於製造具有錐度角的合模面160。通過使合模面160成角度，沖孔件在完成時可在冷成形製程中更易於從工件中拉出。

圖10示出了根據實施例的製造沖孔件的方法1000。如所示出的，方法1000開始並進行至步驟1005，在步驟1005，形成坯件，如圖1所示。然後，方法1000進行至步驟1010，在步驟1010，通過接合器115保持坯件100，如圖2所示。隨後是步驟1015，在步驟1015，可在坯件100中的工作部分110上形成槽130，如圖3所示。然後，方法1000進行至步驟1020，在步驟1020，加工出工作部分110的側離隙面。在該步驟中，可使用EDM技術將過渡部分135和六角部分140加工到坯件中，如圖4所示。然後，方法1000可進行至步驟1025，在步驟1025，將六角部分140銑削至其如圖5所示的最終尺寸，然後至步驟1030，在步驟1030，將錐形尖端155加工到六角端部145中。隨後是步驟1035，在步驟1035，在六角部分140與錐形尖端155之間圍繞坯件100加工出具有向內的錐度角的合模面。合模面160的錐度角繞六角端部145可以為約0.5°至約3°。更具體地，合模面160的錐度角可以為約1.2°至約2.2°。

然後，方法1000可進行至步驟1040，在步驟1040，使沖孔件應力消除。例如，沖孔件可在1025℉應力消除持續2小時。然後，方法1000可進行至步驟1045，在步驟1045，表面塗覆沖孔件。例如，可利用氮化鋁鉻或氮化鈦塗覆沖孔件。

再次，雖然圖10中的以上步驟和說明書的其他地方中的步驟以特定的時間順序敘述，但是除非在所附申請專利範圍中明確說明，否則不一定需要這樣的順序來實現本發明。此外，可從 方法1000中省略某些步驟，並且除非在所附申請專利範圍中明確地敘述，否則這些步驟是可選的。

如在此使用的，術語「聯接」和其功能性等同物不意圖必然地限制為兩個或更多個部件的直接機械聯接。相反地，術語「聯接」和其功能性等同物意圖指兩個或更多個對象、特徵、工件和/或環境物質之間的任意直接或間接的機械連接、電連接或化學連接。在一些示例中，「聯接」還意味著一個物體與另一個物體成一體。

在前面的描述和附圖中闡述的內容僅以說明的方式提供，而不作為限制。儘管已經示出並描述了具體實施例，但是對於本領域技術人員而言將顯而易見的是，在不脫離發明人的貢獻的更廣泛方面的情況下，可以進行改變和修改。當基於現有技術以它們適當的視角觀察時，所尋求的保護的實際範圍意在申請專利範圍中進行限定。

100:坯件

100a:第一端

100b:第二端

105:基部

110:工作部分

130:槽

135:過渡部分

140:六角部分

145:六角端部

155:錐形尖端

160:合模面

Claims (17)

1. 一種沖孔件，用於冷成形製程，所述沖孔件包括：基部，其適於作為所述沖孔件的結構部件且具有第一端；工作部分，其從所述基部延伸至所述基部的所述第一端，所述工作部分具有六角部分且適於在冷成形製程期間執行沖孔操作；錐形尖端，其在所述基部的所述第一端處被加工出；以及合模面，其形成在所述基部的鄰近所述錐形尖端的位置處並在所述六角部分與所述錐形尖端之間，其中所述合模面具有相對於所述六角部分為約0.5°至約3°的向內的錐度角。
2. 如請求項1所述的沖孔件，其中所述合模面是利用電火花加工(Electric Discharge Machining，EDM)形成的。
3. 如請求項2所述的沖孔件，其中所述向內的錐度角為約1.2°至約2.2°。
4. 如請求項1所述的沖孔件，其中所述沖孔件包括CPM T15鋼材料。
5. 一種製造沖孔件的方法，包括：保持具有基部的坯件，所述基部適於作為所述沖孔件的結構部件；在所述坯件中形成從所述基部延伸至所述坯件的第一端的工作部分；在所述工作部分中鄰近所述第一端的位置形成六角部分，其 中所述六角部分適於在冷成形製程期間執行沖孔操作；以及在所述沖孔件的鄰近所述第一端的位置處並在所述六角部分與所述第一端之間加工出合模面，其中所述合模面具有相對於所述六角部分為約0.5°至約3°的向內的錐度角。
6. 如請求項5所述的製造沖孔件的方法，其中所述向內的錐度角為約1.2°至約2.2°。
7. 如請求項5所述的製造沖孔件的方法，其中形成所述工作部分的步驟包括以具有大約0.010英寸的直徑的金屬絲使用電火花加工(EDM)。
8. 如請求項5所述的製造沖孔件的方法，其中所述坯件包括CPM T15鋼材料。
9. 如請求項5所述的製造沖孔件的方法，其中加工出所述合模面的步驟包括使用電火花加工(EDM)加工出所述合模面。
10. 一種製造沖孔件的方法，包括：形成坯件，所述坯件具有適於作為所述沖孔件的結構部件的基部；利用電火花加工機床在所述坯件中加工出工作部分，其中所述工作部分從所述基部延伸至所述坯件的第一端；在所述工作面中銑削六角部分來獲得最終的六角部分尺寸，其中所述六角部分適於在冷成形製程期間執行沖孔操作；加工所述第一端；以及在所述坯件的鄰近所述第一端的位置處及所述六角部分與所 述第一端之間加工出合模面，其中所述合模面具有相對於所述六角部分為約0.5°至約3°的向內的錐度角。
11. 如請求項10所述的製造沖孔件的方法，其中所述向內的錐度角相對於所述六角部分為約1.2°至約2.2°。
12. 如請求項10所述的製造沖孔件的方法，其中加工出所述工作部分的步驟包括形成槽。
13. 如請求項10所述的製造沖孔件的方法，其中使用所述電火花加工機床加工出所述合模面。
14. 如請求項10所述的製造沖孔件的方法，更包括使所述沖孔件應力消除。
15. 如請求項14所述的製造沖孔件的方法，其中使所述沖孔件應力消除的步驟包括加熱所述沖孔件至大約1025℉持續大約2小時。
16. 如請求項10所述的製造沖孔件的方法，更包括表面塗覆所述沖孔件。
17. 如請求項16所述的製造沖孔件的方法，其中表面塗覆所述沖孔件的步驟包括利用氮化鋁鉻和氮化鈦中的一者來塗覆所述沖孔件。

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