複合金屬成形方法及其結構與流程

2023-08-02 08:18:16

本發明涉及一種複合材料的接合技術，尤其涉及一種複合金屬成形方法及其結構。

背景技術：

隨著科技不斷的進步和發展，將複合材料應用在各種產品的情況已日漸普遍，舉凡手機、平板電腦、筆記型電腦等的機殼與機構配件；風扇葉、汽機車零配件、醫療器材、家電外殼或零配件、安全帽；汽機車外觀鈑件及內部結構配件、飛機內外部配件、螺旋槳、一般船體結構件、軍用鋼盔、防彈類部品、衛浴設備、建材等不勝枚舉。其所產制出的成品不僅具有重量輕、薄型化、外觀質感佳等諸多優點外，且可有效地降低電磁波外洩。

現有的複合金屬板，包括一基底層、一活性焊料層以及一外表層，基底層包含一結構強度金屬；活性焊料層位於基底層的一第一側表面上，活性焊料層包含一活性焊料；外表層位於活性焊料層的一外側表面上，將基底層、活性焊料層及外表層依序堆疊成一體，再以爆炸焊接方式予以接合，以構成一複合金屬板。

複合金屬板的問題在於，層與層之間的結合使用爆炸焊接需要耗費大量能源，危險性高且不易達成大量生產，同時其製造過程中易產生不良品，進而不利於降低製造成本及提高生產良率。另基底層和外表層僅藉助焊料結合，將其應用在受到剪力作用的場域中，極易令基底層和外表層產生滑位脫離等不良情況。再者，其應用焊料以爆炸焊接方式接合，對於一些特定的金屬(如鎂或鎂合金)並不適用，而亟待加以改善。

技術實現要素：

本發明的一目的，在於提供一種複合金屬成形方法及其結構，其可提升二金屬體的結合牢固度，並能夠簡化工藝和縮短製作時間。

為了達成上述的目的，本發明提供一種複合金屬的成形方法，其步驟包括:a)在一第一金屬體的一表面成形有間隔配置的多個凸體；b)以一第一壓具對各該凸體施以塑性變形，從而使每一該凸體的根部寬度小於該凸體的頂部寬度；c)在一第二金屬體的一表面設有對應各該凸體的多個槽部；d)將該第二金屬體疊置於該第一金屬體上，並使各該凸體分別穿入各該槽部中；以及e)以一第二壓具對該第一金屬體和該第二金屬體施以壓接加工，從而使各該凸體嵌固結合在各該槽部內。

為了達成上述的目的，本發明還提供一種複合金屬成形結構，包括一第一金屬體及一第二金屬體，該第一金屬體具有一表面，在該表面成形有間隔配置的多個凸體，每一該凸體具有一根部寬度及一頂部寬度，該根部寬度小於該頂部寬度；該第二金屬體具有一內表面，在該內表面設有多個槽部，各該凸體分別穿設各該槽部中並且經由壓接而嵌固結合。

本發明還具有以下功效，利用各凸體形成上大下小的形狀，使第一金屬體和第二金屬體結合能夠形成機械咬合的鉚固結構，不僅可承受震動、衝擊和熱漲冷縮等情況，更能夠保持整體結構的強度與完整性。利用在凹溝中設置導引結構和導引斜面，不僅利於第二金屬體侵入各凹溝中，且能夠大幅度地降低空隙的存在。藉由中介層被夾掣在第一金屬體的各凸體和第二金屬體的各槽部之間，而能夠提升第一金屬體和第二金屬體的結合強度。藉由止滑層被夾掣在第一金屬體的各凸體、各凹溝和第二金屬體之間，而可有效防止第一金屬體和第二金屬體受到剪力作用下的滑位發生。本發明的製法不僅可快速的大量生產而使成本大幅的降低，其所產制出的成品更具有重量輕、薄型化、高強度、外觀質感佳和易於成型製造等諸多優點。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1本發明的成形法流程圖；

圖2本發明的第一金屬體與第一壓具未壓掣前剖視圖；

圖3本發明的第一金屬體受壓後剖視圖；

圖4本發明的第一金屬體俯視圖；

圖5圖4中的一角端區域放大圖；

圖6圖5的立體外觀圖；

圖7本發明的第二金屬體立體外觀圖；

圖8本發明的第一金屬體和第二金屬體未結合前剖視圖；

圖9本發明的第一金屬體和第二金屬體經第二壓具壓接加工組合示意圖；

圖10本發明的第一金屬體和第二金屬體經壓接後組合剖視圖；

圖11本發明的第一金屬體的第二實施例俯視圖；

圖12本發明的第一金屬體的第三實施例俯視圖；

圖13本發明的第一金屬體的第四實施例與第二金屬體組合剖視圖；

圖14本發明的第二金屬體的另一實施例俯視圖；

圖15本發明複合金屬成形結構第二實施例組合剖視圖；

圖16本發明複合金屬成形結構第三實施例組合剖視圖。

其中，附圖標記

10…第一金屬體

11…第一表面

12…第二表面

13…凸體

131…頂部

14…凹溝

w1…根部寬度

w2…頂部寬度

15…導引結構

151…導引斜面

20、20'…第二金屬體

21…內表面

22…外表面

23…槽部

24…間隔體

30…中介層

5…第一壓具

6…第二壓具

60…輥輪組

61…上輥輪

62…下輥輪

a～e…步驟

具體實施方式

有關本發明的詳細說明及技術內容，配合附圖說明如下，然而所附的附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。

請參閱圖1及圖10所示，本發明提供一種複合金屬成形方法，其步驟包括:

a)在一第一金屬體10的一表面11成形有間隔配置的多個凸體13；請參閱圖2所示，在此步驟中的第一金屬體10可為鋁合金、鎂合金、銅合金或不鏽鋼等金屬材料所製成的板件，此第一金屬體10具有一第一表面11(或簡稱表面)及形成在第一表面11背後方的一第二表面12。其中成形加工可為滾軋、衝壓、雷射、模內成型等方式來形成，本實施例以輥軋加工方式做說明，當第一金屬體10被輸送帶傳送出來時，利用滾輪(圖未示出)表面所成型的凸出塊和槽部對第一表面11施以滾軋加工，即能在第一表面11上同時形成有連續性間隔配置的多個凸體13，並於各凸體13之間形成有多個凹溝14，本實施例的各凸體13是呈一棋盤狀排列。

其中各凸體13的頂部131剖斷面可為一倒立v形。又，各凸體13的外觀形狀可為四邊形，此四邊形可為正方形、長方形或菱形的型態，本實施例為一菱形。其中各凹溝14可為橫向和縱向交叉配置或由複數斜向凹溝交叉配置，以在各凹溝14之間形成有多個凸體13(如圖4所示)。

b)以一第一壓具5對各該凸體13施以塑性變形，從而使每一該凸體13的根部寬度w1小於該凸體13的頂部寬度w2；請參閱圖2至圖6所示，本實施例是以一平底的第一壓具5對各凸體13的頂部131進行壓掣，以使各凸體13產生塑性變形，從而令每一凸體13的根部寬度w1小於凸體13的頂部寬度w2。

c)在一第二金屬體20的一表面設有對應各該凸體的多個槽部23；請參閱圖7所示，在此步驟中的第二金屬體20亦可為鋁合金、鎂合金、銅合金或不鏽鋼等金屬材料所製成的板件，此第二金屬體20具有一內表面21(或簡稱表面)及形成在內表面21背後方的一外表面22。其中可以成形加工方式在內表面21設有多個槽部23，此槽部23的形狀與前述凸體13的形狀大致吻合，且槽部23的內周緣尺寸略大於凸體13的外周緣尺寸。另在各槽部23之間形成有多個間隔體24，本實施例的間隔體24為一矩形柱。

d)將該第二金屬體20疊置於該第一金屬體10上，並使各該凸體13分別穿入各該槽部23中；請參閱圖8所示，將第二金屬體20的內表面21疊接在第一金屬體10的第一表面11上，並令各凸體13分別對應於各槽部23穿入，且凸體13的高度略大於槽部23的深度，同時各凹溝14是提供各間隔體24容置。

e)以一第二壓具6對該第一金屬體10和該第二金屬體20施以壓接加工，從而使各該凸體13嵌固結合在各該槽部23內。請參閱圖9至圖10所示，其中的第二壓具6可為一壓接模具或一輥輪組60，其中輥輪組60包含一上輥輪61和配置在上輥輪61正下方位置的一下輥輪62，其中壓接加工可以冷作或熱作方式來進行，將已完成前述疊接工藝的第一金屬體10和第二金屬體20送入上輥輪61和下輥輪62之間進行輥軋加工，在經過各輥輪61、62的壓接後，從而使各凸體13和各槽部23形成機械式咬合而嵌固結合，同理各間隔體24亦與各凹溝14形成機械式咬合而嵌固結合。

請再參閱圖10所示，前述方法可製得一種複合金屬成形結構，其包括一第一金屬體10及一第二金屬體20，第一金屬體10具有一第一表面11，在第一表面11成形有多個凸體13，每一凸體13具有一根部寬度w1及一頂部寬度w2，根部寬度w1小於頂部寬度w2；第二金屬體20具有一內表面21，在內表面21成形有多個槽部23，各凸體13分別穿設各槽部23中，並且經由壓接形成機械式咬合的鉚固結構而嵌固結合。

請參閱圖11及圖12所示，本發明的複合金屬成形結構，除了可為上述實施例外，第一金屬體10的各凸體13的外觀形狀亦可以是正六邊形或正三角形的型態，同理第二金屬體20的各槽部23亦可以是對應於前述正六邊形或正三角形凸體13配合穿接的正六邊形或正三角形槽部23。

請參閱圖13所示，本實施例的第一金屬體10是在各凹溝14的中間區域成形有剖斷面呈三角形導引結構15，於導引結構15兩側分別形成有一導引斜面151，此導引斜面151具有導引第二金屬體20的間隔體24能夠輕易侵入凹溝14而嵌固結合，且能夠有效地降低第二金屬體20在流動過程中因塑性流動路徑不順暢而產生空隙等問題，進而能夠提升第二金屬體20和第一金屬體10的固結強度。

請參閱圖14所示，第二金屬體20的各間隔體24除了可以如前述實施例的獨立個體設計外，亦可以如本實施例中的各間隔體24彼此間相互連接，槽部23則形成在其周邊的各間隔體24之間，經由壓接形成機械式咬合的鉚固結構而嵌固結合。

請參閱圖15所示，本發明複合金屬成形方法在步驟d)之前更包括一步驟d0)，其是將一中介層30鋪設於第一金屬體10的各凸體13上方，在此步驟中的中介層30可為碳纖維、玻璃纖維、鋼絲、鋼網或克維拉(kevlar,或稱聚對苯二甲醯對苯二胺)等，製作時是將此中介層30鋪設在第一金屬體10和第二金屬體20之間，再將其經由前述的第二壓具6進行輥壓加工，加工後中介層30是被夾掣在第一金屬體10的各凸體13和第二金屬體20的各槽部23之間，如此能夠提升第一金屬體10和第二金屬體20結合後的整體強度。

請參閱圖16所示，本實施例的複合金屬成形結構更包括另一第二金屬體20'，其中第一金屬體10的上下表面皆成形有間隔配置的凸體13，各第二金屬體20、20'面向第一金屬體10的表面則成形有各凸體13穿入的槽部23，藉由前述第二壓具6的壓接加工，從而使第一金屬體10被夾掣在二第二金屬體20之間，並令各凸體13嵌固結合在各槽部23內。

此外，本發明的複合金屬在成形過程中可以施行多個次的輥軋加工，藉以達成薄型化效果。

當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。