形成高尔夫球杆头的击球面的方法与流程

本发明涉及一种高尔夫球杆头的击球面及其制造方法。更具体地说，本发明涉及从击球面的前部向击球面的后表面上冲压锻造可变的杆面几何结构的改进的方法，其中，改进的工艺允许得到更精密的成品部件，而无需太多复杂的机械加工。所得的高尔夫球杆头的击球面包括大致平坦的前表面和大致非平坦的后表面，其中，所述大致非平坦的后表面经由冲压锻造工艺生成，而大致平坦的前表面经由机械加工工艺生成。

背景技术：
自从金属木型高尔夫球杆突然登场而代替传统的柿树木杆后，高尔夫球杆设计者一直在寻求找到方法来改善该突破性的设计。Schmidt等人的美国专利No.5,474,296通过公开具有可变面板厚度的高尔夫球杆来示出了改善由中空金属木杆高尔夫球杆生成的设计机会的在先尝试之一。可变面板厚度改善金属木杆型球杆的性能的一种方法是通过降低击球面板的低应力区域处的重量来生成更随意的重量，其能够设置在高尔夫球杆头中的替代位置处，以改善高尔夫球杆头的性能。除以上好处外，可变面板厚度的并入还能够通过调节击球面的回弹系数来改善高尔夫球杆头的性能。Evans等人的美国专利No.6,863,626通过公开具有变化厚度区域的击球板的高尔夫球杆来示出了调节高尔夫球杆的回弹系数的次要好处。更具体地说，美国专利No.6,863,626通过指出具有变化厚度区域的击球板能在与高尔夫球的撞击期间实现更多的顺从性，其进而能够生成更快的球速，来表明了该好处。Gibbs等人的美国专利No.7,137,907示出了进一步改善具有可变杆面厚度的击球面的设计的能力，以达成不同于节省重量和改善回弹系数的目的。更具体地说，美国专利No.7,137,907示出了一种方法来扩大高尔夫球杆头的“甜蜜点”，以符合于将帽(cap)放在高尔夫球杆所允许的最大回弹系数上的高尔夫的规则。美国专利No.7,137,907通过公开以下这种高尔夫球杆杆面或者杆面插件来如此做：杆面具有内表面，所述内表面具有第一厚度区段和第二厚度区域。第一厚度区段优选具有比第二厚度区域的厚度大至少0.025英寸的厚度。具有可变厚度的杆面或者杆面插件允许杆面或者杆面插件在高尔夫球杆头中具有较少的质量，其符合于美国高尔夫协会的规制。在可变杆面厚度并入中空金属木杆型高尔夫球杆头中的情况下，已经开发出了各种制造方法来生成该复杂的几何结构。Galloway等人的美国专利No.6,354,962示出了一种方法来生成击球面，其中，杆面构件由单片金属构成，并且优选由锻造金属材料构成，更优选由锻造钛材构成。然而，由于对精确几何结构的需要，通过该常规锻造工艺生成的可变杆面几何结构可能经常呈现出波度，其通常需要被机械加工至确切的几何结构。Schweigert等人的美国专利No.7,338,388通过采用围绕一轴线旋转的球头立铣刀来论述该机械加工工艺，所述轴线在过渡区域与中心变厚区域的外缘之间的周向交叉部上的最初位置处大体正交于面板的内表面。通过使球头立铣刀沿径向方向向外旋转趋向并穿过过渡区域和外围区域来机加工面板的内表面，以机加工面板的内表面，在球头立铣刀横切过渡区域时生成具有宽度的工具通道，并由此改变刀具通路中的面板的厚度。虽然上述机械加工工艺可能能够生成非常精确的几何结构，但是所得的击球面可能因一些固有的机械加工副作用而仍然有瑕疵。不希望的副作用，比如机械加工痕迹、圆形切割图案、机械加工线的不连续部、开始和停止痕迹和/或机械加工颤动的存在，都可负面地影响击球面。Kusumoto的美国专利No.6,966,848通过公开一种操作方法来尝试努力生成改善了的高尔夫球杆头的击球面来解决该问题，在这种操作方法中，冲压出的杆面材料被设置在模具组件中，其中通过经由将上模与下模按压在一起使杆面材料塑性变形，来减薄杆面材料。虽然该特定类型的常规锻造方法消除了上述机械加工的不利副作用，但是它却遭受一组完全不同的不利副作用。更具体地说，杆面插件的常规锻造遭受材料一致性的缺乏，并且在材料熔化和塑性变形时产生的材料转变会导致晶粒生长和氧化，两者都能降低材料的材料强度。除当前制造技术中以上缺陷外，当前技术的这些缺陷在设计者寻求通过实施不对称几何结构来进一步提升击球面的性能时变得更加清楚明了，所述不对称几何结构需要广泛的机械加工或者取决于所选的方案需要材料性质的极大牺牲。因此，如从以上可以看出的，不管在高尔夫球杆头击球面中生成可变杆面几何结构时解决一致性和精度的所有尝试如何，当前技术都未能提供能够解决上述问题的操作方法。最终，从以上可以看出的是，在本领域中存在以可变杆面几何结构来生成高尔夫球杆头的击球面部的操作方法的需求，其不依赖于材料常规性能改变锻造技术或者简单机械加工技术，来对于基本对称的几何结构和甚至极端不对称的几何结构确保更好的精度和一致性。

技术实现要素：
本发明的一个方面是一种高尔夫球杆头的击球面，其包括大致平坦的前表面和大致非平坦的后表面，其中，所述大致平坦的前表面和所述大致非平坦的后表面组合起来形成包含所述击球面的几何中心的具有第一厚度的中心区域、沿周向包含所述中心区域的过渡区域和沿周向包含所述过渡区域的周缘区域。所述大致非平坦的后表面是经由冲压锻造工艺生成的，而所述大致平坦的前表面是经由机械加工工艺生成的。本发明的另一方面是一种形成高尔夫球杆头的击球面的方法，其包括：在顶部冲头与底部空腔之间设置预制坯杆面插件，所述顶部冲头具有突起，而所述底部空腔具有凹部；将所述顶部冲头压靠在所述底部空腔上，以改变所述预制坯杆面插件的形状，以生成所述大致非平坦的后表面；以及从所述预制坯杆面插件的顶部冲头侧机加工掉多余材料，以生成所述大致平坦的前表面。所述预制坯杆面插件的所述大致非平坦的后表面围绕其垂直分割线具有不对称的形状，所述垂直分割线被定义为垂直地穿过所述杆面插件的顶部和底部所画出的线，其穿过杆面中心。本发明的再一方面是一种形成高尔夫球杆头的击球面的方法，其包括：在顶部冲头与底部空腔之间设置预制坯杆面插件，所述顶部冲头具有突起，而所述底部空腔具有凹部；将所述顶部冲头压靠在所述底部空腔上，以改变所述预制坯杆面插件的形状，以生成所述大致非平坦的后表面；以及用辅助材料填充由所述顶部冲头的突起生成的所述预制坯杆面插件的后部凹陷，其中，所述辅助材料是与用于所述预制坯杆面插件的材料不同的材料。通过参考下面的附图、说明以及权利要求将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优点。附图说明下面将参考附图描述本发明，本发明前述的及其它的特征和优点会更加清楚。在这里所包含的且组成说明书的一部分的附图进一步解释本发明的原理，并且可以使相关领域的技术人员制造和使用本发明。图1示出根据本发明一示例性实施例的拆开的高尔夫球杆头的透视图；图2示出根据本发明一示例性实施例的杆面插件的内部后视图；图3示出根据本发明一示例性实施例的杆面插件的截面图；图4a示出根据本发明一示例性实施例的用于生成杆面插件的步骤之一的侧视图；图4b示出根据本发明一示例性实施例的用于生成杆面插件的步骤之一的侧视图；图4c示出根据本发明一示例性实施例的用于生成杆面插件的步骤之一的侧视图；图5a示出根据本发明一示例性实施例的用于生成杆面插件的步骤之一的侧视图；图5b示出根据本发明一示例性实施例的用于生成杆面插件的步骤之一的侧视图；图5c示出根据本发明一示例性实施例的用于生成杆面插件的步骤之一的侧视图；图6a示出根据本发明一替代实施例的杆面插件的截面图；以及图6b示出根据本发明另一替代实施例的杆面插件的截面图。具体实施方式下面的详细说明描述了目前实施本发明最好的预期方式。由于本发明的范围通过所附权利要求清楚地限定，因此下面的描述不应理解为限制本发明的范围，而仅仅是为了解释本发明的一般性原理之目的。下面描述了多种独创性特征，每一个都可以彼此独立使用或者与其它特征结合使用。然而，任何单一的独创性特征都可能无法解决上述讨论的一个或者全部问题，或者说只可以解决上述讨论的问题之一。进一步地说，下述的任何一个特征可能无法完全解决上述讨论的一个或多个问题。附图的图1示出高尔夫球杆头100的透视图，其中，本体部102和杆面插件104被拆开以显示杆面插件104的后部处的可变杆面厚度。应该指出的是，图1中，作为示例性实施例之一，高尔夫球杆头使杆面插件104形成高尔夫球杆头100的击球面部。然而，杆面插件104类型的几何结构不是形成击球面部的唯一方法，实际上可以使用众多其它几何结构来形成击球面部，比如C形面杯、L形面杯、T形面杯或者任何其它适当的几何结构，所有这些均不背离本发明的内容和范围。附图的图2示出了根据本发明一示例性实施例的杆面插件204的更详细的放大透视图。更具体地说，杆面插件204的内部后视图允许杆面中心210、中心区域212、过渡区域214和周缘区域216都能易于示出。除示出各区域外，附图的图2还示出了截面线A-A′，其水平地分割杆面插件204，以示出图3中各区域的相对厚度。该截面线A-A′还可以被称作水平分割线，其水平地跨过所述杆面插件的跟部和趾部，穿过杆面中心210。图2还示出了垂直分割线B-B′，其垂直地跨过所述杆面插件的顶部和底部，穿过杆面中心210。附图的图3示出了沿如图2所示的截面线A-A′所取的杆面插件304的截面图。应该注意的是，本发明的图3示出了具有第一厚度d1的中心区域312、具有第二厚度d2的第一过渡区域314、具有第三厚度d3的第一周缘区域316、具有第四厚度d4的第二过渡区域313和具有第五厚度d5的第二周缘区域315。在一个示例性实施例中，其中，可变杆面厚度的几何结构是对称的，第一和第二过渡区域313、314的厚度是相同的，并且第一和第二周缘区域315、316的厚度是相同的。应该注意的是，由于过渡区域313、314从中心区域312向周缘区域315、316在厚度上一直过渡这一事实，过渡区域313、314的厚度是在过渡区域313、314的中心处测得的。在一些情况下，优选地在可变杆面厚度几何结构上具有对称性，因为这实现相当简单且直截的机械加工。然而，对称的几何结构可能不会真正地使击球面的性能特性和重量最优化，并且通常从可能伴随不对称几何结构的机械加工问题起源。因此，根据本发明的替代和优选实施例，杆面插件304可以具有不对称的几何结构。更具体地说，第一过渡区域314可以具有不同于第二过渡区域313的第四厚度d4的第二厚度d2，并且第一周缘区域316可以具有不同于第二周缘区域315的第五厚度d5的第三厚度d3。去除对称的可变杆面厚度几何结构的限制会去除不必要的设计限制，以允许高尔夫球杆设计者真正地使杆面设计最优化。实际上，对杆面插件中的对称杆面几何结构的偏好总是被制造偏好所驱动。在一个示例性实施例中，高尔夫球杆设计者可以进一步薄化击球面的不受最高水平应力影响的不同区域，生成更加自由的质量来移动至高尔夫球杆头自身的不同区域。在该示例性实施例中，中心区域312的厚度d1可以大体上大于大约3.0mm，更优选大于大约3.30mm，并且最优选大于大约3.60mm。过渡区域314、313的厚度d2、d4可以分别大体从大约3.60mm降低至大约2.7mm，更优选从大约3.60mm降低至大约2.65mm，并且最优选从大约3.60mm降低至大约2.60mm。最后，周缘区域316、315的厚度d3、d5可以分别也大体从大约2.70mm降低至大约2.55mm，更优选从大约2.65mm降低至大约2.50mm，并且最优选从大约2.60mm降低至大约2.45mm。基于以上，可以看出，需要创造新的方法来有效地生成该连续改变的杆面厚度，而不必机加工不对称的复杂几何结构。为了实现该目标，本发明创造了创新的机械加工工艺，其在后面附图中示出的图4a、4b、4c、5a、5b和5c中详细给出。图4a-图4c示出了被称为“冲压锻造”的与本发明的示例性实施例相关联的创新性杆面插件形成技术的图示。虽然该创新性形成技术可能与常规锻造工艺有一些相似之处，但是它是完全不同的。实际上，常规锻造工艺涉及杆面插件404预制坯材料的变形以生成向空腔中的材料流动。当用于形成高尔夫球杆头的击球面部时，材料的这种熔化是不希望的，因为材料的熔化，与材料的相变组合起来，可能导致钛材料的氧化和晶粒生长，两者都会降低钛的材料强度。本工艺完全不同于常规锻造工艺，因为它涉及冲压以及锻造的要素，并且可以更准确地描述为“冲压锻造”或者“压印锻造”。在该“冲压锻造”或者“压印锻造”工艺期间，杆面插件404预制坯不经受任何相变，而是仅仅加热到可锻温度，以允许在杆面插件404预制坯没有实际熔化的情况下发生变形。更具体地说，在图4a中，示出了本形成技术中第一步的侧视图。在图4a中，更详细地示出了用于形成杆面插件404的各部件，比如顶部冲头421和底部空腔422。更具体地说，如从图4a可以看出的，顶部冲头421具有大致以期望的可变杆面厚度几何结构的形状生成的突起424；而底部空腔422具有相应的凹部426，其也大致对应于期望的可变杆面厚度几何结构的形状。虽然未极其详细地示出，图4a仍示出：底部空腔422可以沿外围边缘427是非线性的，以横跨杆面插件404预制坯的整个周缘表面生成连续可变的厚度。图4b示出了本独创性冲压锻造方法的下一步骤，其中，顶部冲头421压靠在底部空腔422上，以改变杆面插件404的几何结构和形状。虽然本独创性方法不涉及用于生成杆面插件404的材料的熔化，但是杆面插件404在输送带上被大体加热至大约830℃达大约300秒，以增加杆面插件404的可锻性(malleability)，以允许变形。在本发明的该示例性实施例中，顶部冲头421向杆面插件404上大体施加大约100MPa的压力达大约2秒，以生成期望的几何结构。图4c示出了本独创性冲压锻造方法的下一步骤，其中，可变杆面厚度几何结构的形状在从底部空腔422移除顶部冲头421时开始生成。这里应该指出的是，在本发明的该示例性实施例中，杆面插件404的面对顶部冲头421的一侧将在它组装到高尔夫球杆头中时最终形成杆面插件404的外表面，而杆面插件404的接触底部空腔422的一侧将在它组装到高尔夫球杆头中时最终形成杆面插件404的内表面。这种类型的方法确保了在杆面插件404的内侧上能够获得精确的几何结构，而无需过多的机械加工，即使不对称的有机形状是期望的以使杆面插件404的性能最大化。虽然以上在图4a-4c中描述的步骤在一些情形中可能足以生成期望的几何结构，但是可以重复类似于上述步骤的附加步骤来实现更精确和复杂的几何结构。在需要多个冲压锻造步骤的替代实施例中，该工艺可以对于粗糙和精细的冲压锻造进行重复，而不背离本发明的内容和范围。实际上，所描述的步骤可以重复三次、四次或者实现期望几何结构所需的任何次数，均不背离本发明的内容和范围。在需要多个冲压锻造步骤的情况下，底部空腔422和顶部冲头421的几何结构和形状甚至可以略微彼此不同，使每个更精细的模具有与最终精整出的几何结构更相似。一旦杆面插件404的内表面的几何结构经由以上描述的操作方法形成后，那么杆面插件404的外表面可以被机加工掉平坦的几何结构，这比起在杆面插件404的后侧内表面上在复杂几何结构中实际机加工的常规操作方法来说是显著的改进。图5a-5c示出了在该杆面插件504的冲压锻造方法中机加工掉多余材料时所涉及的最终步骤。图5a-5c示出了顶部冲头(未示出)在前述步骤中通过使杆面插件504的形状变形生成期望几何结构后与底部空腔522一起的杆面插件504的侧视图。在这些最终步骤中，通过切割器530去除杆面插件504的多余材料。如在本发明的该示例性实施例中示出的，多余材料可以大体定义为位于图5a所示切割线531以上的任何材料。该切割线531大体由与所形成的杆面插件504的后部凹陷528的底部显著对齐的平坦表面限定出。实际上，在大多数示例性实施例中，切割线531实际上可以设置成略微低于所形成的杆面插件504的后部凹陷528的底部，以允许杆面插件504的精确精整。该切割线531的位置可以是重要的，因为它确定杆面插件504的相对厚度。因此，为了更准确地限定出该切割线531，距离d6、d7在图5a中标示出。这里，在该示例性实施例中，距离d6表示相对于底部空腔522的周缘表面的周长的最终厚度的距离。该距离d6可以大体从大约2.2mm到大约2.6mm、更优选从大约2.3mm到大约2.6mm、最优选从大约2.4mm到大约2.6mm之间变化。然而，如前面已经论述过的，杆面插件504的周缘区域很可能具有可变的厚度，因此使得难以确定d6的厚度，因为厚度d6将是杆面插件504的周长的函数。因此，为了恰当地标定(index)切割器530以从击球面504的前表面去除正确量的材料，附加厚度d7被标示出，测量从底部空腔522的凹部526的底部到切割线531的距离，从所述切割线531标定出去除的材料。如本发明的该示例性实施例中示出的，距离d7可以大体处于大约3.5mm到大约3.8mm之间，更优选在大约3.6mm到大约3.7mm之间，最优选为大约3.65mm。在本发明的该示例性实施例中示出的切割器530可以大体是快速切削类型的切割器，以确保将最终形成高尔夫球杆头的前表面的平滑表面，然而，也可以使用众多其它类型的切割器，而不背离本发明的内容和范围。更具体地说，替代的切割器530可以包括端铣刀切割器、球头切割器、侧平两用切割器、半圆切割器、壳铣切割器、或者任何类型的铣制切割器，均不背离本发明的内容和范围。实际上，精整表面甚至可以潜在地通过能够生成平坦表面的任何替代的精整技术来实现，均不背离本发明的内容和范围。5b示出了切割工艺的中间阶段，其中，切割器530开始沿切割线531从形成的杆面插件504去除多余材料。最后，图5c示出本发明的示例性实施例的杆面插件504的制成品，其中，多余材料已被切割器530去除。最终的杆面插件504于是可以被弯曲至所需曲率以匹配高尔夫球杆头的水平弧度和垂直弧度，并被安装以完成高尔夫球杆头。如从以上可以看出的，本创新性形成和精整方法在将所涉及的机械加工工艺简化成简单的一次走刀精整中是主要改进，尤其是在与加工实际可变厚度几何结构的常规方法相比时。当所实施的可变几何结构涉及不对称形状时，不必加工实际几何结构的这种优点变得更加清楚明了，因为那些类型的几何结构变得很难使用常规机械加工方法来加工。图6a和6b示出了本发明的替代实施例，其中，击球面插件622的前凹陷628被保存，而不被加工掉。在这些实施例中，前凹陷628可以被不同于用于生成杆面插件622的材料的辅助材料填充，以生成包含多种材料的击球面插件622。该示例性实施例中的填料630可以由钢、铝、钨、复合物或者任何其它类型的材料(它们可以被适度地粘附至杆面插件622的后部凹陷628)制成，而不背离本发明的内容和范围。在本发明的一个示例性实施例中，填料630的材料可以具有比用于生成杆面插件622的材料的密度大的第二密度，然而，在本发明的替代实施例中，填料630的材料也可以具有比用于生成杆面插件622的材料的密度小的第二密度，而不背离本发明的内容和范围。在一替代实施例中，前凹陷628可以被填料630填充，所述填料630由与杆面插件622的其余部分相似类型的材料制成，以确保材料之间的充分粘结和结合。更具体地说，在该替代实施例中，填料630的材料可以是Ti-64、Ti-811、SP-700、ATI-425或者任何其它类型钛合金，均不背离本发明的内容和范围。图6b示出了本发明的另一替代实施例，其中杆面插件622的外表面可以覆盖有覆盖层632，以确保杆面插件622的整个外表面具有相同的材料，以符合USGA的要求。在本发明的一个示例性实施例中，覆盖层632可以由类似于本体的其余部分的钛类型材料制成，然而，在不背离本发明的内容和范围的情况下，也可以使用不同类型的钛合金，只要它能够覆盖杆面插件622的外表面即可。除了在操作示例中，或者除非有其它明确说明，说明书上述部分中的数值范围、量、数值和百分比，比如那些材料的数量、转动惯量、重力位置、球面倾角、脱模角、各种性能比和其它可以理解为如同前面带有“约”字，即使术语“约”在数值、量或范围上没有明确出现。因此，除非表示相反，列于说明书和所附权利要求中的数值参数是近似值，其变化取决于本发明寻求获得的期望性能。本申请根本不试图限制把等同原则应用于权利要求的范围，每一个数值参数至少应按照给出的有效数字以及通过四舍五入进行解释。尽管描述本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但是在特定示例中应已尽可能精确地描述所提出的数值。然而，任意数值本质上包含一定的误差，这些误差由在它们各自的测量中存在的标准偏差产生。而且，当在此列出不同范围的值域时，很容易理解，可以使用包括所描述数值在内的这些数值的任何组合。当然，应该可以理解的是，在不脱离如下面所述权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以对前述涉及到本发明的示例性实施例进行修改。