精密挤切成形机的制作方法

本发明关于精密挤切成形机的技术领域，尤指一种结合挤伸、剪切、及成形工艺的精密挤切成形机。

背景技术：

挤伸(extrusion)是产业中最早的金属成形工艺之一。由于其复杂性，例如母模外型、材料特性及磨擦力及磨擦学条件的影响，挤伸加工因此对许多研究人员而言是感兴趣的领域。挤伸是一种藉由将胚料推挤或拉伸穿过一具有所须截面形状的母模而削减其截面积，来产生具有固定截面外形的物品的工艺。如图1(前案)所示，传统的(直接)挤伸装置及系统包含撞锤50、容器51及母模52，用以挤伸胚料53。该挤伸装置可进一步包含一压块54。在挤伸工艺中，可加热该胚料53然后装填于该容器51中，且该压块54可配置于该撞锤50的末端而与该胚料53接触，接着于其上该撞锤50挤压该胚料53，以将其推出该母模52之外。

在实际使用中，传统的挤伸装置仍有许多问题必须改善或解决，例如：(1)由于胚料53与母模52之间的磨擦力，挤伸制品表面可能是粗糙的；及(2)挤伸制品的精度无法达到精密工业的要求。简言之，传统的挤伸仅适合生产相对精密度不高的产品，诸如，铁轨、建筑用钢条以及船舶及飞机的结构件。然而，一些重要的精密工业产品，例如齿轮、泵、电机转子或机械工具等精密零件则不能藉由传统的挤伸工艺生产。

美国专利us8015851b2公开一种压制成形的方法，其使用与模具之间具有负余隙(negativeclearance)的冲头。然而，其完全未提及挤伸成形或剪切。

鉴于前述，在本领域中急需开发一种用于制造精密产品的机器，其适合大量生产且不增加成本。

技术实现要素：

在一方面，本发明提供一种用以挤伸及剪切一胚料的精密挤切成形机，其包含具有相对的开口端的容器、配置于该等开口端其中之一的母模、以及一冲头模块。该母模中具有一孔道或其上具有一凹洞，该冲头模块包含一撞锤及一冲头。该撞锤适于在该容器内轴向移动，且具有一轴向孔道用以容纳该冲头，该冲头适于在该撞锤内轴向移动。该精密挤切成形机的特征在于该冲头与该母模之间具有负余隙。然而，在本发明亦思及正余隙的情况。

在本发明之一具体实施例中，该精密挤切成形机进一步包含一第一沟槽式结构，其环绕该孔道或该凹洞而形成于该母模上接触该胚料侧。

根据本发明的另一具体实施例，该精密挤切成形机进一步包含一第二沟槽式结构，其环绕该轴向孔道而形成于该撞锤上接触该胚料侧。

根据本发明的部分具体实施例，该第一沟槽式结构可进一步包含设置于其中的一第一填塞模块，而第二沟槽式结构亦可进一步包含设置于其中的一第二填塞模块。

在本发明之一具体实施例中，该冲头的截面积大于该母模的该孔道或凹洞的截面积，使冲头与母模之间具有负余隙。

在本发明的另一具体实施例中，该冲头的截面积小于该母模的该孔道或凹洞的截面积，使冲头与母模之间具有正余隙。

在本发明的一具体实施例中，该精密挤切成形机进一步包含一马达，用以施予一旋转力至该容器，使至少该容器的部分及该母模可轴向旋转。配置有马达的本发明的精密挤切成形机可用于成形具有螺旋形的产品，例如螺旋螺丝、螺旋齿轮、蜗杆及蜗轮等。

在本发明的部分具体实施例中，该孔道或凹洞在该母模中具有一伞状或一初始地大致地圆柱状继而为一伞状，用以成形诸如伞状螺旋螺丝或伞状螺旋齿轮的产品。在一具体实施例中，该孔道或凹洞在该母模中具有一初始地正齿轮轮廓形状继而为一伞齿轮轮廓形状。

在本发明之一具体实施例中，该容器及该母模以可密封方式密合。

另一方面，本发明提供一种成形产品的方法，其包含：在如下的机器中：该机器包含一具有相对的开口端的容器，一母模配置于容器的该等开口端其中之一，且该母模中具有一孔道或其上具有一凹洞，以及一冲头模块，其包含一撞锤及一冲头，该撞锤适于在该容器内轴向移动且具有一用以容纳该冲头的轴向孔道，该冲头适于在该撞锤内轴向移动，其中，该冲头与该母模之间具有负余隙，该撞锤施加一撞击力至盛装于该容器内的胚料，以将该胚料朝向该母模挤压；以及该冲头施加一冲头力以贯穿该胚料，使该胚料的部分进入该孔道或凹洞。

本发明的详细技术及较佳具体实施例，配合所附图式描述如后，使本领域的技艺人士可理解所请发明的特征。

附图说明

配合附图阅读可更佳地理解前文的概述以及如后的本发明的详细说明。在图式中：

图1为现有的挤伸装置的剖面示意图。

图2为根据本发明的精密挤切成形机之一具体实施例所绘制的剖面示意图。

图3为根据所述精密挤切成形机的具体实施例所绘制的透视图。

图4为根据所述精密挤切成形机的具体实施例所绘制的爆炸图。

图5为根据本发明的精密挤切成形机之一较佳具体实施例所绘制的剖面示意图。

图6为根据所述精密挤切成形机的较佳具体实施例所绘制的透视图。

图7为根据所述精密挤切成形机的较佳具体实施例所绘制的爆炸图。

图8为根据本发明的精密挤切成形机的另一具体实施例所绘制的剖面示意图。

图9为根据所述精密挤切成形机的另一具体实施例所绘制的透视图。

图10为根据所述精密挤切成形机的另一具体实施例所绘制的爆炸图。

图11为根据本发明的精密挤切成形机之一具体实施例所绘制的透视图。

图12为根据所述精密挤切成形机的具体实施例所绘制的爆炸图。

图13为根据本发明的精密挤切成形机的另一具体实施例所绘制的透视图。

图14为根据所述精密挤切成形机的另一具体实施例所绘制的爆炸图。

具体实施方式

除非另行定义，所有在本文中所使用的技术及科学术语具有如同本发明所属技术领域中的技艺人士一般所了解的意义。

本文中所使用的“一”，如未特别指明，是指至少一个(一个或一个以上)的数量。因此，举例而言，提及“一样本”时是包含多个此类样本及本领域的技艺人士习知的其等同物。

在一方面，本发明提供一种用以挤伸及剪切一胚料的精密挤切成形机，其包含具有相对的开口端的容器、其中具有一孔道或其上具有一凹洞的母模，配置于该等开口端其中之一、以及包含一撞锤及一冲头的冲头模块，该撞锤(或称为压料板)适于在该容器内轴向移动，且具有一轴向孔道用以容纳该冲头，该冲头适于在该撞锤内轴向移动，其中，该冲头与该母模之间具有负余隙。在部分具体实施例中，该容器与母模以可密封方式密合，如同传统的挤伸装置。

请参阅图2-4，其例示一本发明的精密挤切成形机，其包含一母模10、一容器20及一冲头模块30。该容器20具有相对的开口端22。该母模10配置于该容器20的该等开口端22其中之一，且具有一孔道11贯穿其中。该孔道11具有拟成形产品所需的截面形状(即，水平截面形状)。该冲头模块30包含一撞锤31及一冲头32。该撞锤31适于在该容器20内沿着该容器20的轴向移动。该撞锤31具有一轴向孔道33，用以容纳该冲头32，且该冲头32适于在其中轴向移动。此精密挤切成形机可用于挤伸及剪切一胚料23。值得注意的是，该冲头32与该母模10之间具有负余隙。换言之，与传统的挤伸装置(参见图1)类似，该冲头32不进入该母模10的该孔道11中。在本发明的部分具体实施例中，该母模10上可具有一凹洞(未贯穿母模)，而非孔道。

不同于冲头32与母模10之间具有零或正余隙的传统切削机，本发明的精密挤切成形机的特征在于冲头与母模之间具有负余隙。在本发明之一具体实施例中，冲头32的截面积大于母模10的孔道11的截面积。在传统的切削机或下料机仅可用于制造具有约5毫米厚度的产品。然而，本发明的精密挤切成形机可成形具有超过10毫米厚度的产品。

不同于美国专利us8015851b2所公开的压制成形装置，其包含一设置于母模内的反垫板6(参见us8015851b2，图5)，本发明的精密挤切成形机不包含反垫板。此外，美国专利us8015851b2所公开的装置内于“压制成形”(pressforming)，其包含一卸料板5，内以固定加工件4的位置，而非用以对胚料施加撞击力的撞锤。

虽然本发明提供一种冲头与母模之间具有负余隙的精密挤切成形机，本亦思及正余隙的情况。

如可见于图5-10，本发明的精密挤切成形机可进一步包含一沟槽式结构，形成于母模10或撞锤31上。如图5-7所示，一第一沟槽式结构21形成于该母模10上，在其会与胚料23接触之侧。此外，该第一沟槽式结构21环绕该母模10的孔道11而形成。请参阅图8-10，一第二沟槽式结构28可进一步地形成于该撞锤31上，在其会与该胚料23接触之侧，并且环绕该撞锤31的轴向孔道33而形成。

本文中所使用的“沟槽式结构”指形成于母模及/或撞锤上的沟槽状、凹陷或阶梯状结构。该沟槽式结构的沟槽形状在此并无限制，可由技艺人士轻易地决定合适的形状，例如，u形或v形。该沟槽式结构的环绕形状在此亦无限制，可由技艺人士轻易地决定合适的形状，其形状较佳为圆形或与母模的孔道形状对应的形状。沟槽式结构可以形成在母模上与胚料接触该侧的边缘及/或撞锤上与胚料接触该侧的边缘，也可以形成在母模外侧边缘与孔道的出口及/或撞锤外侧边缘与轴向孔道的出口之间的合适的位置。简言之，沟槽式结构可环绕地形成于母模及/或撞锤上接触胚料的一侧的位置。

在本发明之一具体实施例中，本发明的精密挤切成形机可进一步包含一填塞模块，设置于该沟槽式结构中。该填塞模块的功能是在冲头模块30向下移动挤伸及剪切胚料23时，保持沟道结构内的压力均匀。请参阅图5及图8，第一填塞模块24可配置于第一沟槽式结构21及/或第二填塞模块25可配置于第二沟槽式结构28中。

该填塞模块可为液压式、气压式、弹簧、o型环或其他软硬材料，其作用为保持沟道内的压力均匀，以进一步提升挤伸及剪切产品的质量。在本发明之一实施例中，第一填塞模块24与第二填塞模块25可以是相同型态的填塞模块。在本发明的另一实施例中，第一填塞模块24与第二填塞模块25可以是不同型态的填塞模块。

请再参阅图2-10，当本发明的精密挤切成形机开始挤伸及剪切过程时，撞锤31在容器20内轴向移动并且挤压胚料23向母模10移动。在此阶段，些微的胚料23可能会进入母模10的孔道11中。然后冲头32沿着撞锤31的轴向孔道33轴向移动，并且施加一冲头力至该胚料以穿入其中而使该胚料23的部分进入母模10的孔道11中。

请参阅图11与图12，其是根据本发明的部分其他具体实施例所绘制。在此等具体实施例中，本发明的精密挤切成形机进一步包含一马达，例如，伺服马达。此外，容器20可包含一上部26与下部27。马达可设置以对该容器20的该下部27施予一旋转力，使该下部27及母模10可以轴向转动。藉由在成形过程中旋转母模，本发明的精密挤切成形机可用于成形具有螺旋形状的产品，诸如螺旋螺丝、螺旋齿轮、蜗杆及蜗轮等。

根据本发明的部分具体实施例，针对诸如伞齿轮等产品的制造，该母模的该孔道或凹洞可设置为在该母模中具有一伞状或一初始地大致地圆柱状(或圆形)继而为一伞状。换言之，该母模的该孔道或凹洞可具有一伞状(或梯形)或六边形的纵剖面形状。请参阅图13及图14，其是根据本发明之一特定具体实施例所绘制。孔道11具有一齿轮状的水平剖面形状但其在该母模中具有一伞状。更特定而言，该孔道11是沿着冲头32向母模10移动的方向内缩。针对伞齿轮的制造，该孔道较佳为具在该母模中的初始地大致地圆柱状继而为伞状。具体而言，该孔道具有一初始固定的直径，然后沿着冲头向母模移动的方向内缩。更具体而言，针对伞状齿轮的制造，该孔道或凹洞在母模中具有一初始的正齿轮轮廓形状，继而为一伞齿轮轮廓形状。不待言者，若须在成形过程中旋转母模，则该精密挤切成形机可更包含一马达。

上述的所有具体实施例中，孔道11、冲头32及轴向孔道33皆以圆柱形状呈现。然而，孔道、凹洞、冲头及轴向孔道的形状并不以此为限。在本发明的部分具体实施例中，冲头及孔道或凹洞可具有不同的水平剖面形状，且孔道或凹洞在母模中可具有不同的形状(即，不同的纵剖面形状)。

一般而言，传统挤伸装置的撞锤(及/或压块)的截面积与母模的截面积实质相同(即，大于母模的孔道的截面积)，而传统下料机(切削机)的冲头的截面积是等于或小于母模的孔道的截面积(即，冲头与母模之间具有零或正余隙)。

值得注意的是，本发明的精密挤切成形机在结构上较相似于传统的切削及下料机，然而，由于其可以用于成形相较于剪切工艺更长形的产品，其在目的上较相似于传统挤伸装置。

另一方面，本发明提供一成形产品的方法，其包含：在如下的机器中：该机器包含一具有相对的开口端的容器，一母模配置于容器的该等开口端其中之一，且该母模中具有一孔道或其上具有一凹洞，以及一冲头模块，其包含一撞锤及一冲头，该撞锤适于在该容器内轴向移动且具有一用以容纳该冲头的轴向孔道，该冲头适于在该撞锤内轴向移动，其中，该冲头与该母模之间具有负余隙，该撞锤施加一撞击力至盛装于该容器内的胚料，以将该胚料朝向该母模挤压；以及该冲头施加一冲头力以贯穿该胚料，使该胚料的部分进入该孔道或凹洞，藉此以成形该产品。成形的产品可接着从该胚料上被切下。在本发明的部分具体实施例中，该胚料(产品)被挤出母模之外。在其他具体实施例中，该产品是在母模中成形(例如伞齿轮)。

须指出者，本发明亦思及其他具体实施方式，其中冲头与母模之间具有正余隙。

在本发明之一具体实施例中，该精密挤切成形机进一步包含一第一沟槽式结构，其环绕该孔道或凹洞而形成于该母模上接触该胚料侧。较佳地，该第一沟槽式结构进一步包含一第一填塞模块设置于其中。在另一具体实施例中，该精密挤切成形机进一步包含一第二沟槽式结构，其环绕该轴向孔道而形成于该撞锤上接触该胚料侧。类似地，该第二沟槽式结构可进一步包含一第二填塞模块设置于其中。当该撞锤施加一撞击力至盛装于容器内的胚料，以将胚料朝向母模挤压，部分的胚料会被挤压至该第一沟槽式结构及/或第二沟槽式结构中。

根据本发明之一较佳具体实施例，该冲头的截面积大于该母模的该孔道或凹洞的截面积(即，负余隙)。

在另一具体实施例中，该冲头的截面积小于该母模的该孔道或凹洞的截面积(即，正余隙)。

根据本发明之一具体实施例，该方法包含以下步骤：施加该冲头力时，一马达施加一旋转力至该容器，使至少部分的该容器及该母模可轴向旋转。

在本发明的部分具体实施例中，本发明的方法中使用的孔道或凹洞在母模中具有一伞状或一初始地大致地圆柱状继而为一伞状，用以制造诸如伞状螺旋螺丝与伞状齿轮等产品。在一较佳具体实施例中，该孔道或凹洞在该母模中具有初始地大致地圆柱状继而为一伞状。具体而言，该孔道或凹洞在该母模中具有一初始的正齿轮轮廓形状继而为一伞状齿轮轮廓形状。

咸相信本发明所属领域中具通常知识者基于本文的描述，无须进一步的说明，可最大限度利用本发明。因此，所提供的说明及权利要求应理解为例示的目的，而非以任何方式限制本发明的范围。