TWM557151U

TWM557151U - 螺絲與螺帽之多層模具

Info

Publication number: TWM557151U
Application number: TW106218506U
Authority: TW
Inventors: 林國成; 林慶維; 林宜良
Original assignee: 承昌鎢鋼製品有限公司
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-03-21

Abstract

本創作為一種多層螺絲與螺帽模具，其包含：第一層，具有抗磨特性；以及，第二層，鄰接該第一層，該第一層之硬度較該第二層大，其中該第一層被包覆於該第二層中。

Description

螺絲與螺帽之多層模具

本創作為螺絲與螺帽的模具，特別是指一種使用硬質合金，具有兩層或以上異質材料組成之分層結構的模具，使其在得以兼顧強度與韌性，同時滿足加工過程中耐磨損與耐衝擊的需求。

螺絲與螺帽為常見的固定工件，一般多以金屬或塑膠作為材料，螺絲成圓柱形，尖端呈尖刺狀，側表面攻有環繞螺絲的螺牙，以使螺絲發揮接合兩物體，或固定物體位置的功能；螺帽則又稱螺母，經常與大小相合的螺絲共同作用，其內側同樣攻有與螺絲尺寸配合的螺紋，而中心開孔，用於進一步固定螺絲的位置。一般螺絲以種類劃分可分為普通螺絲、自攻螺絲和膨脹螺絲，普通螺絲除本身的螺牙外，所作用之物體位置亦有相對應知螺紋；自攻螺絲相對於普通螺絲則可在較軟之物體上於旋緊的過程中切削出螺紋；膨脹螺絲使用上搭配金屬或塑膠套筒，旋緊時螺絲將套筒撐開，如用在水泥牆上時，被撐開的套筒與水泥牆產生磨擦力，再靠套筒固定螺絲，但其應用時則無法承受太大荷重。

螺絲與螺帽屬工業必須之基本固定工件，廣泛用於機械、汽車、航空、造船等產業，依照用途可分為上、中、下三個層次，最高層次為航太、生醫、汽車、電腦，此層次之螺絲螺帽類產品外型細緻、可承受高應力、高轉速，品質最高且產品單價高；中層次以自功螺絲為代表，產品種類多並適合大量生產；低層次則為普通家庭或機械工藝用，材料以低碳鋼為主。

螺絲螺帽類產品於工業上為利於製造，通常係以模具加工金屬的方式為將加熱後的金屬原料置於一定形狀的模穴內，受衝擊應力或壓力而鍛造塑形至所欲形狀的加工方法，優點是鍛件形狀與尺寸精度良好，複製性佳，適合生產大批量的中小型的零附件，例如用於機密儀器的零附件，即對其公差精度有著嚴格的要求。其中，模具的型式如圖1所示，常見有平模(flat dies)(10A)、V型模(V-dies)(10B)、曲型模(swage dies)(10C)等等，將加工材料置於上下一組模具間進行鍛打後依需要經過升降溫步驟後燒結成型，之後在以機械切削的方式自螺絲表面尾端向上延伸攻出所需螺牙的形狀。

以往，所用鍛造之模具使用結合陶瓷的高硬度與金屬韌性的硬質合金為製作材料。其高硬度耐衝擊的特性被用來取代鑽石材料與較軟的高速鋼。其用作模具時機械性質直接從接觸面的損耗決定了硬質合金的壽命，且因為硬質合金硬度太高不適合作修復精整，因此製作出來的成品精度會下降，當模具磨耗太過嚴重時就必須要報廢，然則其實際發生損傷的僅是模具加工面的表面層，將整個模具報廢即造成資源上的浪費。但若直接提升材料硬度與抗磨耗能力，則會犧牲衝擊強度和破裂韌性，材料可能直接在加工時裂開，甚至造成生命財產危害。

因此在先前習知技術中，採用了表面改質的作法盡可能提升表面硬度，在模具的加工零附件之加工部位以氧化物陶瓷鍍膜或是氮碳化鈦表面硬焊，常見的黃色硬質合金模具就是經過表面處理的硬質合金模具此外，也有使用表面擴散技術進行塊材表面改質。但是這些製程都需要額外的設備方能達到，徒增硬質合金的加工成本，此外硬化層也僅有表面的薄薄一層，與硬質合金表面也擁有介面的問題，可能會在加工零件時剝落，使其對模具的改善效果有限。

因此為了改善先前習知技術之缺失，遂有業者試圖加以改良，而因為模具損壞處多在零附件的加工部位，引此開發出一種以高速鋼與碳化鎢兩者材料製成的模具，其以成本較經濟的高速鋼作為模具之基座，而加工部位則以強度較高的碳化鎢製成塑型模塊，最後以銅粉藉由氣焊方式將基座與塑型模塊加以固定組裝，以期達到成本與強度兼顧的目的。然而該種組合式模具在強度上不足，依靠銅粉以氣焊方式結合之接著介面仍然因為加工機具的頻繁撞擊而崩落，與前述表面改質的方式皆無法完全解決模具的成本與強度問題。

有鑑於上述習知技術的缺點，根據本創作之內容，採用梯度硬質合金製作模具，亦即，將兩種材料組合在一起，將材料以粉體方式分段進行壓模後燒結，將模具和加工部位使用硬度較高較耐磨的材料，而材料的中身段則使用破裂韌性較好的材料，使其加工部位能有足夠的強度能夠忍受間斷的衝擊，同時，加工部位因以硬質合金作為材料，在加工機具持續撞擊下不易變形，同時可使所生產的螺絲螺帽類產品公差精度更加，以應付精密工業中越來越嚴格的規格要求。

根據本創作之內容，提出一種製造螺帽的多層螺帽模具，該多層螺帽模具具有雙層或多層硬質合金，包含第一層，具有抗磨特性，以下第一層可稱抗磨層；一第二層，鄰接該第一層，該第二層之韌性較該第一層大，以下第二層可稱韌性層。該抗磨層與加工材料與加工機台接觸的部分為較硬與耐磨的硬質合金；韌性層為韌性較佳之硬質合金，以耐受加工機台的衝擊外力，使其具有不至於因衝擊外力過大導致加工部損傷或變形，影響成品公差精度，其中該抗磨層之硬度大於該韌性層。

根據本創作之一實施例，該一加工部為一螺帽狀凹槽，水平鋪設於多層螺帽模具抗磨層上，以容納加工材料，其中，該抗磨層為一矩形並包覆於一梯形韌性層中。

根據本創作之內容，該抗磨層之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之內容，該韌性層之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之實施例，螺絲中之碳化鎢粒徑大小為0.5-15μm。

根據本創作之內容，該抗磨層之硬度與韌性層之硬度為非連續變化。

根據本創作之內容，提出一種製造螺絲的多層螺絲模具，該多層螺絲模具具有雙層或多層硬質合金，該多層螺絲模具包含第一層，具有抗磨特性以下第一層可稱抗磨層；一第二層，鄰接該第一層，該第二層之韌性較該第一層大；一第三層，具有抗磨特性，以下第三層可稱抗磨層。該抗磨層與加工材料和加工機台接觸的部分為較硬與耐磨的硬質合金；韌性層為韌性較佳之硬質合金，以耐受加工機台的衝擊外力，使其不至於因衝擊外力過大導致加工部損傷或變形，影響成品公差精度，其中該抗磨層之硬度大於該韌性層。

根據本創作之另一實施例，該一加工部為一螺絲狀凹槽，水平鋪設於多層螺絲模具抗磨層上，以容納加工材料。

根據本創作之內容，該第一層之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之內容，該第二層之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之內容，該第三層之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)74-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)1-3%。

以上所述係用以說明本創作之目的、技術手段以及其可達成之功效，相關領域內熟悉此技術之人可以經由以下實施例之示範與伴隨之圖式說明及申請專利範圍更清楚明瞭本發明。

10A‧‧‧平模

10B‧‧‧V型模

10C‧‧‧曲型模

20A‧‧‧多層螺帽模具

21A‧‧‧抗磨層

23A‧‧‧韌性層

20B‧‧‧多層螺絲模具

21B‧‧‧第一層

23B‧‧‧第二層

25B‧‧‧第三層

圖1係顯示模具加工部之通常型式。

圖2.a為本創作多層螺帽模具之一實施例。

圖2.b為本創作多層螺絲模具之一實施例。

本新型將以較佳之實施例及觀點加以詳細敘述。下列描述提供本新型特定的施行細節，俾使閱者徹底瞭解這些實施例之實行方式。然該領域之熟習技藝者須瞭解本發明亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外，文中不會對一些已熟知之結構或功能作細節描述，以避免各種實施例間不必要相關描述之混淆，以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋，即使其與本新型某特定實施例之細節描述一起使用。

請參閱圖2.a，根據本創作之內容，提出一種製造螺帽的多層螺帽模具(20A)，該多層螺帽模具(20A)具有複數層硬質合金，該多層螺帽模具(20A)進一步包含第一層，具有抗磨特性，以下第一層可稱抗磨層(21A)；一第二層，鄰接該第一層，該第二層之韌性較該第一層大；以下第二層可稱韌性層(23A)。該抗磨層(21A)與加工材料和加工機台接觸的部分為較硬與耐磨的硬質合金；韌性層(23A)為韌性較佳之硬質合金，以耐受加工機台的衝擊外力，使其不至於因衝擊外力過大導致加工部損傷或變形，影響成品公差精度，其中該抗磨層(21A)之硬度大於該韌性層(23A)。

根據本創作之實施例，多層螺帽模具(20A)與多層螺絲模具(20B)的製造方式係透過鍛造時的加工，藉由衝擊或擠壓的方法，將金屬粉體材料塑形，可達到多層螺帽模具(20A)與多層螺絲模具(20B)所需的機械特性與形狀，由於金屬粉體材料在鑄壓過程中被強迫塑形，因而可使金屬粉體材料在製作的過程中被細密化、均質化、韌性與耐衝擊性的機械性質，以使製作出的模具符合加工中所需的強度。其中，以鍛造的技術手段將多層螺帽模具(20A)與多層螺絲模具(20B)加工成型的目的有二，其分別為「鍛鍊」與「成型」。

根據前述「鍛鍊」而言，目的有下列兩點：其一在於消除材料內部的瑕疵，如縮孔、氣孔等等，尤其在鍛造冷卻的過程中，若材料內部瑕疵處理不當，則會影響到成品時實際的硬度與韌性；其二在於改善晶體組織，使材料的在微觀結構下結合的更緊密。此外，「成型」則是將粉體材料轉變為所需之形狀，其目的在於節省機械切削加工所耗費的能源、材料與時間，單就材料而言即可節省為其約1/3-1/5，這導致其成本的節省十分可觀。

根據本創作之實施例，多層螺帽模具(20A)之製造係為依照每一層之硬度與韌性之需求，將金屬材料粉體以適當比例分層調配後，依據多層螺帽模具(20A)之設計將韌性層(23A)之金屬材料粉體預壓成型，接著將抗磨層(21A)之金屬材料粉體填於其上再次加壓成型，使得多層螺帽模具(20A)有硬度與韌性梯度的性質。

根據本創作之實施例，碳化鎢在燒結過程中所形成之粒徑大小可透過添加碳化鉻來控制。在燒結過程中，碳化鎢粉粒為了形成一完全密實的材料，需在液相燒結的過程中，通過溶解再析出的過程結合並長大，而為了控制其粒徑的大小與長大的速度，則需添加碳化鉻，其亦可為但不限於碳化釩(VC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和碳化鈮(NbC)等微量元素。

根據本創作之一實施例，該多層螺帽模具(20A)具有一螺帽狀凹槽的加工部，水平鋪設於多層螺帽模具(20A)抗磨層(21A)上，以容納加工材料，其中，該抗磨層(21A)為一矩形並包覆於一梯形的韌性層(23A)中。

根據本創作之另一實施例，上述加工部亦可為但不限於平模(10A)、V型模(10B)、曲型模(10C)或上述模型的形狀組合，其尺寸亦可依需要進行調整。

根據本創作之內容，該抗磨層(21A)之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之內容，該韌性層(23A)之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之內容，多層螺帽模具(20A)中之碳化鎢粒徑大小為0.5-15μm。

根據本創作之內容，該抗磨層(21A)之硬度與韌性層(23A)之硬度為非連續變化。

根據本創作之實施例，多層螺帽模具(20A)之具體使用方法，為兩個多層螺帽模具(20A)設於抗磨層(21A)之加工部於填入加工材料後，使兩加工部相互施予一外力相互衝擊，使加工材料塑型為所欲零附件之形狀，而完成的零附件在兩多層螺帽模具(20a)打開後從中間落下。

根據本創作之內容，提出一種製造螺絲的多層螺絲模具(20B)，該多層螺絲模具(20B)具有多層硬質合金，該多層螺絲模具(20B)進一步包含第一層(21B)，具有抗磨特性，以下第一層(21B)可稱抗磨層；一第二層(23B)，鄰接該第一層(21B)，該第二層(23B)之韌性較該第一層(21B)大，以下第二層(23B)可稱韌性層；一第三層(25B)，具有抗磨特性，以下第三層(25B)可稱抗磨層。該第一層(21B)、第三層(25B)與加工材料和加工機台接觸的部分為較硬與耐磨的硬質合金；第二層(23B)為韌性較佳之硬質合金，以耐受加工機台的衝擊外力，使其具有不至於因衝擊外力過大導致加工部損傷或變形，影響成品公差精度，其中該第一層(21B)、第三層(25B)之硬度大於該第二層(23B)。

根據本創作之實施例，多層螺絲模具(20B)之製造係為根據每一層之硬度與韌性之需求，將金屬材料粉體以適當比例分層調配後，依據多層螺絲模具(20B)之設計將第三層(25B)之金屬材料粉體預壓成型，接著依照第二層(23B)、第一層(21B)之順序將金屬材料粉體填於其上再次加壓成型後進行燒結，使得多層螺絲模具(20B)有硬度與韌性梯度的性質。

根據本創作之另一實施例，該多層螺絲模具(20B)之加工部為一螺絲狀凹槽，水平鋪設於模具(20B)第一層(21B)上，以容納加工材料。

根據本創作之另一實施例，前述的加工部亦可為但不限於平模(10A)、V型模(10B)、曲型模(10C)或上述模型的形狀組合。

根據本創作之一實施例，多層螺絲模具(20B)的第一層(21B)、第二層(23B)與第三層(25B)除垂直分佈外亦可為橫向分佈。

根據本創作之內容，該第一層(21B)之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)74-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)1-3%。

根據本創作之內容，該第二層(23B)之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之內容，該第三層(25B)之成份範圍為：鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。

根據本創作之另一實施例，多層螺絲模具(20B)之具體使用方法，為兩多層螺絲模具(20B)設於第一層(21B)之加工部於填入加工材料後，使兩加工部相互施予一外力相互衝擊，使加工材料塑型為所欲零附件之形狀，而完成的零附件在兩多層螺絲模具(20B)打開後從中間落下。

Claims

一種多層螺帽模具，其包含：一第一層，具有抗磨特性；以及一第二層，鄰接該第一層，該第二層之硬度較該第一層小。
如請求項1所述之多層螺帽模具，其中該第一層被包覆於該第二層中。
如請求項1所述之多層螺帽模具，其中該第一層包含鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。
如請求項1所述之多層螺帽模具，其中該第二層包含鈷(CO)5-26%，碳化鎢(WC)74-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)1-3%。
如請求項1所述之多層螺帽模具，其中該第二層之韌性大於該第一層。
一種多層螺絲模具，其包含：一第一層，具有抗磨特性；一第二層，鄰接該第一層，該第二層之韌性較該第一層大；以及，一第三層，鄰接該第二層，具有抗磨特性，該第二層之韌性較該第三層大；其中該第一層與該第三層之硬度大於該第二層之硬度。
如請求項6所述之多層螺絲模具，其中該第二層包含碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。
如請求項6所述之多層螺絲模具，其中該第一層與該第三層包含碳化鎢(WC)73-94%，碳化鉻(Cr₃C₂)或其它微量元素1-3%。
如請求項7或8所述之多層螺絲模具，其中該第一層和該第三層包含鈷(CO)。
如請求項7或8所述之多層螺絲模具，其中該第二層包含鈷(CO)。