精密擠切成形機的製作方法

2023-10-27 18:48:59

本發明關於精密擠切成形機的技術領域，尤指一種結合擠伸、剪切、及成形工藝的精密擠切成形機。

背景技術：

擠伸(extrusion)是產業中最早的金屬成形工藝之一。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的母模而削減其截面積，來產生具有固定截面外形的物品的工藝。如圖1(前案)所示，傳統的(直接)擠伸裝置及系統包含撞錘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。在擠伸工藝中，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的末端而與該胚料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，傳統的擠伸裝置仍有許多問題必須改善或解決，例如：(1)由於胚料53與母模52之間的磨擦力，擠伸製品表面可能是粗糙的；及(2)擠伸製品的精度無法達到精密工業的要求。簡言之，傳統的擠伸僅適合生產相對精密度不高的產品，諸如，鐵軌、建築用鋼條以及船舶及飛機的結構件。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工藝生產。

美國專利us8015851b2公開一種壓製成形的方法，其使用與模具之間具有負餘隙(negativeclearance)的衝頭。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的機器，其適合大量生產且不增加成本。

技術實現要素：

在一方面，本發明提供一種用以擠伸及剪切一胚料的精密擠切成形機，其包含具有相對的開口端的容器、配置於該等開口端其中之一的母模、以及一衝頭模塊。該母模中具有一孔道或其上具有一凹洞，該衝頭模塊包含一撞錘及一衝頭。該撞錘適於在該容器內軸向移動，且具有一軸向孔道用以容納該衝頭，該衝頭適於在該撞錘內軸向移動。該精密擠切成形機的特徵在於該衝頭與該母模之間具有負餘隙。然而，在本發明亦思及正餘隙的情況。

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接觸該胚料側。

根據本發明的另一具體實施例，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撞錘上接觸該胚料側。

根據本發明的部分具體實施例，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塊，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塊。

在本發明之一具體實施例中，該衝頭的截面積大於該母模的該孔道或凹洞的截面積，使衝頭與母模之間具有負餘隙。

在本發明的另一具體實施例中，該衝頭的截面積小於該母模的該孔道或凹洞的截面積，使衝頭與母模之間具有正餘隙。

在本發明的一具體實施例中，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，使至少該容器的部分及該母模可軸向旋轉。配置有馬達的本發明的精密擠切成形機可用於成形具有螺旋形的產品，例如螺旋螺絲、螺旋齒輪、蝸杆及蝸輪等。

在本發明的部分具體實施例中，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的產品。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的方法，其包含：在如下的機器中：該機器包含一具有相對的開口端的容器，一母模配置於容器的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，以及一衝頭模塊，其包含一撞錘及一衝頭，該撞錘適於在該容器內軸向移動且具有一用以容納該衝頭的軸向孔道，該衝頭適於在該撞錘內軸向移動，其中，該衝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的胚料，以將該胚料朝向該母模擠壓；以及該衝頭施加一衝頭力以貫穿該胚料，使該胚料的部分進入該孔道或凹洞。

本發明的詳細技術及較佳具體實施例，配合所附圖式描述如後，使本領域的技藝人士可理解所請發明的特徵。

附圖說明

配合附圖閱讀可更佳地理解前文的概述以及如後的本發明的詳細說明。在圖式中：

圖1為現有的擠伸裝置的剖面示意圖。

圖2為根據本發明的精密擠切成形機之一具體實施例所繪製的剖面示意圖。

圖3為根據所述精密擠切成形機的具體實施例所繪製的透視圖。

圖4為根據所述精密擠切成形機的具體實施例所繪製的爆炸圖。

圖5為根據本發明的精密擠切成形機之一較佳具體實施例所繪製的剖面示意圖。

圖6為根據所述精密擠切成形機的較佳具體實施例所繪製的透視圖。

圖7為根據所述精密擠切成形機的較佳具體實施例所繪製的爆炸圖。

圖8為根據本發明的精密擠切成形機的另一具體實施例所繪製的剖面示意圖。

圖9為根據所述精密擠切成形機的另一具體實施例所繪製的透視圖。

圖10為根據所述精密擠切成形機的另一具體實施例所繪製的爆炸圖。

圖11為根據本發明的精密擠切成形機之一具體實施例所繪製的透視圖。

圖12為根據所述精密擠切成形機的具體實施例所繪製的爆炸圖。

圖13為根據本發明的精密擠切成形機的另一具體實施例所繪製的透視圖。

圖14為根據所述精密擠切成形機的另一具體實施例所繪製的爆炸圖。

具體實施方式

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的技藝人士一般所了解的意義。

本文中所使用的「一」，如未特別指明，是指至少一個(一個或一個以上)的數量。因此，舉例而言，提及「一樣本」時是包含多個此類樣本及本領域的技藝人士習知的其等同物。

在一方面，本發明提供一種用以擠伸及剪切一胚料的精密擠切成形機，其包含具有相對的開口端的容器、其中具有一孔道或其上具有一凹洞的母模，配置於該等開口端其中之一、以及包含一撞錘及一衝頭的衝頭模塊，該撞錘(或稱為壓料板)適於在該容器內軸向移動，且具有一軸向孔道用以容納該衝頭，該衝頭適於在該撞錘內軸向移動，其中，該衝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，如同傳統的擠伸裝置。

請參閱圖2-4，其例示一本發明的精密擠切成形機，其包含一母模10、一容器20及一衝頭模塊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的該等開口端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的截面形狀(即，水平截面形狀)。該衝頭模塊30包含一撞錘31及一衝頭32。該撞錘31適於在該容器20內沿著該容器20的軸向移動。該撞錘31具有一軸向孔道33，用以容納該衝頭32，且該衝頭32適於在其中軸向移動。此精密擠切成形機可用於擠伸及剪切一胚料23。值得注意的是，該衝頭32與該母模10之間具有負餘隙。換言之，與傳統的擠伸裝置(參見圖1)類似，該衝頭32不進入該母模10的該孔道11中。在本發明的部分具體實施例中，該母模10上可具有一凹洞(未貫穿母模)，而非孔道。

不同於衝頭32與母模10之間具有零或正餘隙的傳統切削機，本發明的精密擠切成形機的特徵在於衝頭與母模之間具有負餘隙。在本發明之一具體實施例中，衝頭32的截面積大於母模10的孔道11的截面積。在傳統的切削機或下料機僅可用於製造具有約5毫米厚度的產品。然而，本發明的精密擠切成形機可成形具有超過10毫米厚度的產品。

不同於美國專利us8015851b2所公開的壓製成形裝置，其包含一設置於母模內的反墊板6(參見us8015851b2，圖5)，本發明的精密擠切成形機不包含反墊板。此外，美國專利us8015851b2所公開的裝置內於「壓製成形」(pressforming)，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衝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。

如可見於圖5-10，本發明的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。如圖5-7所示，一第一溝槽式結構21形成於該母模10上，在其會與胚料23接觸之側。此外，該第一溝槽式結構21環繞該母模10的孔道11而形成。請參閱圖8-10，一第二溝槽式結構28可進一步地形成於該撞錘31上，在其會與該胚料23接觸之側，並且環繞該撞錘31的軸向孔道33而形成。

本文中所使用的「溝槽式結構」指形成於母模及/或撞錘上的溝槽狀、凹陷或階梯狀結構。該溝槽式結構的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。該溝槽式結構的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的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的出口及/或撞錘外側邊緣與軸向孔道的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/或撞錘上接觸胚料的一側的位置。

在本發明之一具體實施例中，本發明的精密擠切成形機可進一步包含一填塞模塊，設置於該溝槽式結構中。該填塞模塊的功能是在衝頭模塊30向下移動擠伸及剪切胚料23時，保持溝道結構內的壓力均勻。請參閱圖5及圖8，第一填塞模塊24可配置於第一溝槽式結構21及/或第二填塞模塊25可配置於第二溝槽式結構28中。

該填塞模塊可為液壓式、氣壓式、彈簧、o型環或其他軟硬材料，其作用為保持溝道內的壓力均勻，以進一步提升擠伸及剪切產品的質量。在本發明之一實施例中，第一填塞模塊24與第二填塞模塊25可以是相同型態的填塞模塊。在本發明的另一實施例中，第一填塞模塊24與第二填塞模塊25可以是不同型態的填塞模塊。

請再參閱圖2-10，當本發明的精密擠切成形機開始擠伸及剪切過程時，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的孔道11中。然後衝頭32沿著撞錘31的軸向孔道33軸向移動，並且施加一衝頭力至該胚料以穿入其中而使該胚料23的部分進入母模10的孔道11中。

請參閱圖11與圖12，其是根據本發明的部分其他具體實施例所繪製。在此等具體實施例中，本發明的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的該下部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，本發明的精密擠切成形機可用於成形具有螺旋形狀的產品，諸如螺旋螺絲、螺旋齒輪、蝸杆及蝸輪等。

根據本發明的部分具體實施例，針對諸如傘齒輪等產品的製造，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，該母模的該孔道或凹洞可具有一傘狀(或梯形)或六邊形的縱剖面形狀。請參閱圖13及圖14，其是根據本發明之一特定具體實施例所繪製。孔道11具有一齒輪狀的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是沿著衝頭32向母模10移動的方向內縮。針對傘齒輪的製造，該孔道較佳為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，然後沿著衝頭向母模移動的方向內縮。更具體而言，針對傘狀齒輪的製造，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。

上述的所有具體實施例中，孔道11、衝頭32及軸向孔道33皆以圓柱形狀呈現。然而，孔道、凹洞、衝頭及軸向孔道的形狀並不以此為限。在本發明的部分具體實施例中，衝頭及孔道或凹洞可具有不同的水平剖面形狀，且孔道或凹洞在母模中可具有不同的形狀(即，不同的縱剖面形狀)。

一般而言，傳統擠伸裝置的撞錘(及/或壓塊)的截面積與母模的截面積實質相同(即，大於母模的孔道的截面積)，而傳統下料機(切削機)的衝頭的截面積是等於或小於母模的孔道的截面積(即，衝頭與母模之間具有零或正餘隙)。

值得注意的是，本發明的精密擠切成形機在結構上較相似於傳統的切削及下料機，然而，由於其可以用於成形相較於剪切工藝更長形的產品，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的方法，其包含：在如下的機器中：該機器包含一具有相對的開口端的容器，一母模配置於容器的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，以及一衝頭模塊，其包含一撞錘及一衝頭，該撞錘適於在該容器內軸向移動且具有一用以容納該衝頭的軸向孔道，該衝頭適於在該撞錘內軸向移動，其中，該衝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的胚料，以將該胚料朝向該母模擠壓；以及該衝頭施加一衝頭力以貫穿該胚料，使該胚料的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。在本發明的部分具體實施例中，該胚料(產品)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，其中衝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塊設置於其中。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塊設置於其中。當該撞錘施加一撞擊力至盛裝於容器內的胚料，以將胚料朝向母模擠壓，部分的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，該衝頭的截面積大於該母模的該孔道或凹洞的截面積(即，負餘隙)。

在另一具體實施例中，該衝頭的截面積小於該母模的該孔道或凹洞的截面積(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：施加該衝頭力時，一馬達施加一旋轉力至該容器，使至少部分的該容器及該母模可軸向旋轉。

在本發明的部分具體實施例中，本發明的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。

鹹相信本發明所屬領域中具通常知識者基於本文的描述，無須進一步的說明，可最大限度利用本發明。因此，所提供的說明及權利要求應理解為例示的目的，而非以任何方式限制本發明的範圍。