局部热处理的制作方法

本申请要求2016年8月18日递交的美国临时专利申请62/376,836的利益，该临时专利通过引用被完全并入本文。背景安装高尔夫球杆是高尔夫球手计划中的一个关键方面，以产生用于最佳击球的可重复挥杆。通过弯曲在插鞘(hosel)处的高尔夫球杆头来产生杆面倾角。目前，高尔夫球制造商使用凹口，或弯曲插销而没有用于杆面倾角调整的凹口。凹口尺寸在球杆和新球杆设计之间改变，从而使球杆的统一调整变得困难。使用凹口来调整杆面倾角也减少了插销设计的可能配置。直接弯曲插销而不包括凹口是一种更简单和更可再现的调整方法。然而，如果插销材料在被铸造和锻造时没有被适当地处理，则杆面倾角调整可能导致在高尔夫球杆头的插销中的断裂或破裂。因此，在本领域中需要在没有结构修改的情况下的更优化的插销调整特征。附图简述为了说明的简单和清楚，附图示出了一般构造方式，并且公知特征和技术的描述和细节可以被省略以避免不必要地模糊本公开。此外，附图中的元件不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件被扩大，以有助于提高对本公开的实施例的理解。在不同附图中的相同的参考数字表示相同的元件。图1示出了高尔夫球杆头的前视图。图2示出了高尔夫球杆头的侧视图。图3是局部热处理过程的流程图。图4是在局部热处理过程期间使用的装置的等距视图。图5为冷却块的分割视图。图6是具有散热器的高尔夫球杆头的前视图。图7是示出在脆性材料和韧性(ductile)材料之间的关系的示例性应力-应变曲线。通过考虑详细描述和附图，本公开的其他方面将变得明显。详细描述本文描述了一种包括第一加热步骤和第二加热步骤而在第一和第二加热步骤之间有很少到没有冷却时间的分叉热处理过程。第二加热步骤被配置为将金属缓慢冷却至室温。该过程允许制造商满足杆面倾角调整标准，同时保持较硬的表面硬度。为了实现带有具有两个不同硬度值的两个不同硬度区域(即表面、空腔、主体与插销)的球杆头，需要分叉的或分离的加热过程，其中局部热处理在高尔夫球杆头的至少另一部分上与插销区域隔离。例如，如下面更详细讨论的，杆面的碰撞区域可以具有在rockwell标度上的hrc38或更大的硬度值。相反，插鞘可以具有hrc32或更小的硬度值，以基于在安装过程期间确定的高尔夫球手的规格来实现杆面倾角调整。为了在单个球杆头上实现在这些范围内的两个不同硬度值，分叉热处理过程可以包括使用包含两个单独的热固化步骤的熔炉装置。本发明在有或没有用于调整的凹口的情况下实现了具有大于hrc38的硬度值的高强度杆面和具有小于hrc32的硬度值的插销的目标。在本公开的任何实施例被详细解释之前，应理解，本公开在其应用方面不限于在下面的描述中阐述或在附图中所示出的结构的细节和部件的布置。本公开能够有其他实施例并且能够以各种方式被实践或被执行。图1-2示出了在相对于地平面26的击球准备位置(addressposition)处的球杆头10。高尔夫球杆头10包括主体12和插销14，插销14包含用于容纳高尔夫球杆杆身(未示出)的一端的孔16。插鞘14包括穿过孔16的中心延伸的插鞘平面20。主体12还包括具有杆面倾角平面22的击球面18，杆面倾角平面22穿过击球面18的表面延伸。此外，高尔夫球杆头10的插销14可以包括凹口30，例如在美国专利号6,186,903中描述的凹口，该专利通过引用被并入本文。另外，高尔夫球杆头10的击球面18可以包括一个或更多个凹槽，例如在美国专利号8,790,193中描述的凹槽，该专利通过引用被并入本文。用于调节球杆头10的杆面倾角24的一种方式是使用插销14作为焦点来弯曲球杆头。为了便于弯曲过程，插鞘14可以被制造成具有与击球面18的硬度值不同的硬度值。i)局部热处理过程本发明涉及一种包括第一加热步骤和第二加热步骤的分叉热处理过程。第一加热步骤包括感应加热。第二加热步骤包括电加热或常规加热，以实现球杆头的期望硬度值。a)感应加热第一步骤利用产生穿透球杆头的交变磁场的感应加热，在金属内产生电流。电流激励金属中的原子，导致热的产生。该方法不需要与球杆头接触，并且可以提供精确的局部区域以在球杆头内产生热。感应加热的精度可产生不均匀的分子结构，并在某些点处导致弱化点。因此，需要小心来向插销提供适当的热处理。这包括在感应加热步骤到电加热或常规加热步骤之间的球杆头的冷却步骤的缺少。b)电加热或常规加热第二步骤是通过电加热或常规加热更一般地施加热。电加热功能是通过使电穿过包括高电阻值的金属流动，使金属发热。高尔夫球杆定位成相邻于电加热器，并通过对流接收热。电加热器也可以应用于高尔夫球杆头的局部区域。电加热或常规加热不如感应加热精确。电加热器可产生温度梯度，该温度梯度可将球杆头从感应加热步骤的末端温度缓慢冷却至室温或第二加热步骤的预定最终温度，优于仅仅允许不添加额外的热量将热处理的球杆冷却至室温。电加热器或常规加热器允许球杆头的分子结构产生均匀的结构，在金属的基质中使晶粒生长成更大的晶粒结构，消除在感应加热步骤中产生的弱化点。c)整体热处理步骤i)铸造/锻造图3示出了用于形成高尔夫球杆头10的局部热处理过程100，其对于插销14和主体12或击球面18具有不同的硬度值。参照图3，局部热处理过程100包括形成高尔夫球杆头10的第一步骤101。高尔夫球杆头10例如通过机加工、锻造、铸造、金属注射成型或本领域中的技术人员已知的任何其它合适的工艺来形成。不锈钢球杆头的示例性工艺包括铸造步骤，其使用溶剂溶液和老化热处理，以及用于插销的局部热处理。碳钢的其它示例性工艺包括铸造步骤、淬火和回火热处理，随后是插销14的部分热处理。ii)感应加热步骤使用上述方法形成的高尔夫球杆头10可以被转移到第一热处理步骤。参照图3和图4，局部热处理过程100还包括将高尔夫球杆头10放置在位于第一位置71处的第一加热单元51中的第二步骤102以及定位高尔夫球杆头10使得插鞘14位于第一加热单元51的第一局部加热区域61内的第三步骤103。在许多实施例中，高尔夫球杆头10可以手动地或自动地放置在第一加热单元51中，并且手动地或自动地定位成使得插鞘14位于第一局部加热区域61内。下面将进一步描述用于定位高尔夫球杆头10的特定设备和自动化方法。再次参考图3，局部热处理过程100包括在第一加热单元51的第一局部加热区域61内加热插鞘14的第四步骤104。在许多实施例中，插销14可以被加热大约10分钟。在其它实施例中，插销可以在大约5-60分钟、5-10分钟、5-15分钟、5-20分钟、10-30分钟、30-60分钟、1-2小时、1-3小时或1-6小时的范围内被加热。在许多实施例中，第一局部加热区域61在温度上范围可以从大约600℃到1000℃。在其他实施例中，第一局部加热区域61的温度可以是大约1000℃、950℃、900℃、850℃、800℃、750℃、700℃、650℃或600℃。例如，在一个实施例中，第一局部加热区域61可以具有800℃的温度。在一些实施例中，主体12或击球面18可以包括在插销14被热处理时调节主体12或击球面18的温度的部件，这些部件将在下面更详细地被描述。iii)转移球杆头步骤高尔夫球杆头10可以被移除并转移到第二加热步骤。再次参考图3，局部热处理100还包括从第一加热单元51移除高尔夫球杆头10的第五步骤105以及包括将高尔夫球杆头10放置在相邻于第一位置71的第二位置72处的第二加热单元52中的第六步骤106。球杆头10直接从第一加热单元51转移到第二加热单元52，而有很少或没有冷却时间。如在上面以及在下面更详细讨论的，在加热步骤之间缺少冷却步骤促进在材料的基质中的晶粒结构的生长。在许多实施例中，高尔夫球杆头10可以手动或自动地从第一加热单元51移除，并且手动或自动地转移到第二加热步骤。下面将进一步描述用于定位高尔夫球杆头10的特定设备和自动化方法。iv)常规加热步骤第七步骤107包括定位高尔夫球杆头10，使得插鞘14位于第二加热单元52的第二局部加热区域62内。在许多实施例中，高尔夫球杆头10可以手动或自动地放置在第二加热单元52中，并且手动或自动地定位成使得插鞘14位于第二局部加热区域62内。下面将进一步描述用于定位高尔夫球杆头10的特定设备和自动化方法。参照图3，局部热处理过程100包括第八步骤108，其中插销14在第二加热单元52的第二局部加热区域62内被加热。第二加热单元52的第二局部加热区域62可以在与对上面所述的第一加热单元51描述的相同的温度下开始。然而，当插销14位于第二局部加热区域62内时，第二加热单元52的温度可在一段时间内降低。在许多实施例中，第二局部加热区域62可以具有在600℃至1000℃的范围内的第一温度和在0℃至1000℃的范围内的最终温度。在一些实施例中，第二局部加热区域62的第一温度可以是大约1000℃、950℃、900℃、850℃、800℃、750℃、700℃、650℃或600℃，并且最终温度可以是大约0℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃或900℃。在一段时间内温度的这个降低允许金属以较慢的速度冷却，这在金属的基质中产生了较大的均匀晶粒结构。在许多实施例中，插销14可以被加热大约10分钟。在其它实施例中，插销可以在大约5-60分钟、5-10分钟、5-15分钟、5-20分钟、10-30分钟、30-60分钟、1-2小时、1-3小时、1-6小时、6-12小时或12-24小时的范围内被加热。例如，在一些实施例中，第二局部加热区域62可以在800℃的温度处开始，并在20℃的温度处结束，并且温度变化可以在30分钟的时段内出现。在一些实施例中，主体12或击球面18可以包括在插销14被热处理时调节主体12或击球面18的温度的部件，这些部件将在下面更详细地被描述。v)从热处理过程中移除球杆头再次参考图3，局部热处理过程100包括第九步骤109，其包括从第二加热单元移除高尔夫球杆头10。在许多实施例中，高尔夫球杆头10可以手动或自动地从第二加热单元52移除。下面将进一步描述用于定位高尔夫球杆头10的特定设备和自动化方法。ii)得到的硬度/晶粒结构由于上面详细描述的局部热处理过程100，产生带有具有两个不同硬度值的两个不同硬度区域(即击球面18、空腔、主体12与插销14)的高尔夫球杆头10。局部热处理过程100讨论了使用分叉热处理过程，其中第一加热步骤对插鞘14施加精确的热处理，并且在有很少到没有冷却时间的情况下对第二加热步骤施加直接转变。第二加热步骤涉及在预定时间段内的温度梯度，以缓慢冷却金属。缓慢冷却金属促进了在金属的基质中的均匀大晶粒结构的生长。在金属内的晶粒结构越大，金属就越有韧性。韧性是用于描述在材料断裂或破裂之前使材料永久或塑性地变形的能力的术语。这意味着当与脆性材料相比时通过局部热处理过程100产生的具有大晶粒结构和高韧性的插销14不太可能断裂或破裂。具有小晶粒结构的脆性材料可由快速冷却金属或允许金属在恒定室温下冷却而产生，具有较高的最大强度，但倾向于断裂或破裂而不是弯曲。已经证明脆性材料对球杆头10的击球面18是有益的，因为它在击球时具有高强度并且将不弯曲。图7示出了示例性应力-应变曲线，其示出了在脆性材料和韧性材料之间的关系。脆性材料具有更大的强度，但在大于它的屈服强度的应力被施加时断裂而不是弯曲，如所提到的，这对击球面18是有益的。韧性材料具有其中金属在断裂之前将弯曲(塑性变形)的大区域，对插销14是有益的，允许制造商在不使金属断裂的情况下应用特定的杆面倾角。如上所述，具有更柔软更韧性的插鞘14和更硬更脆性的击球面14是有益的。局部热处理过程100将处理聚焦在插销14上，产生具有更柔软更韧性的插销14和更硬更脆性的击球面18的球杆头10。该过程100可应用于任何类型的金属球杆头。在许多实施例中，高尔夫球杆头10可以包括钢合金、碳钢合金、钛合金、复合材料或任何其他合适的材料。在其它实施例中，球杆头可包括17-4钢合金、431钢合金、碳钢合金或铬钼钢合金。此外，成品材料的硬度可以变化。在许多实施例中，该过程可以产生具有在rockwell标度上的hrc32或以下的硬度值的插销14和具有在rockwell标度上的hrc38或以上的硬度值的击球面18。在其他实施例中，插销14可以具有hrc32、hrc30、hrc28、hrc26、hrc24、hrc22、hrc20或hrc18的硬度值，而击球面18可以具有hrc38、hrc40、hrc42、hrc44、hrc46、hrc48或hrc50的硬度值。例如，在一些实施例中，插鞘可以具有hrc24的硬度值，以及击球面18可以具有hrc42的硬度值。表1示出了各种示例性金属达到期望硬度水平的期望温度。在许多实施例中，参考下面的表1，17-4钢合金可以在大约740-860℃、740-780℃、780-820℃或820-860℃的温度范围内被加热。此外，在许多实施例中，参考下面的表1，431钢合金、碳钢合金或铬钼钢合金可以被加热到在640-800℃、640-680℃、680-720℃、720-760℃或760-800℃之间的温度。表1：示例性球杆头材料、热处理温度和硬度值材料温度(℃)插销硬度(hrc)17-4钢合金740～86022～34431钢合金640～80016～28碳钢640～80010～25铬钼钢合金640～80010～25具有更柔软更韧性的插销14允许制造商能够更稳定和自信地将特定的杆面倾角应用于高尔夫球手的球杆。制造商可以通过在插鞘14上的一点处弯曲球杆头10来将杆面倾角24应用于球杆头。进一步参考图1和图2，高尔夫球杆头10包括被定义为在插鞘平面20和杆面倾角平面22之间的角度的杆面倾角24。在许多实施例中，高尔夫球杆头10的杆面倾角24的范围可以从10度至80度。在一些实施例中，杆面倾角24可以小于或等于大约80度、75度、70度、65度、60度、55度、50度、45度、40度、35度、30度、25度或20度。例如，在其它实施例中，杆面倾角24可以是60度。iii)局部热处理装置包括第一加热单元51和第二加热单元52的装置可用于执行局部热处理过程100，产生高尔夫球杆头10，如上所述。参照图4，示出了可用于执行局部热处理过程100的装置300。装置300包括位于第一位置71处配置成执行第一类型的热处理的第一加热单元51和位于与第一热处理单元51相邻的第二位置72处并配置成执行第二类型的热处理的第二热处理单元52。第一热处理单元51和第二热处理单元52都包括聚焦在高尔夫球杆头10的插销14上的局部加热区域。另外参考图4，第一加热单元51可以是包括电源55和螺旋管56的感应加热器。螺旋管56可以在第一端58和第二端59处耦合到电源55。在螺旋管56内的区域可以限定第一局部加热区域61。电源55可以被配置为通过螺旋管56发送范围从50至450khz的电流。在许多实施例中，螺旋管56可以包括铜线。在其它实施例中，螺旋管56可包括具有低电阻的不同金属，例如银、金、铝或任何其它合适的金属。在其它实施例中，第一加热单元51可包括电加热器、激光加热器、分批加热器(batchheater)或本领域中的技术人员已知的任何其它合适的加热器。第二加热单元52可以是包括第一加热元件65和第二加热元件66的电加热器。第一加热元件65和第二加热元件66彼此平行且间隔开，在两个加热元件65、66之间的区域限定第二局部加热区域72。在一些实施例中，第二加热单元52可以包括第一分离件76和第二分离件78。第一分离件76和第二分离件78可以垂直地延伸，并位于第一加热元件65和第二加热元件66下方，进一步限定了第二局部加热区域62。在许多实施例中，加热元件由镍铬合金材料组成。在其它实施例中，加热元件可以包括具有高电阻的不同材料，例如ptc橡胶、ptc陶瓷元件、白铜或具有高电阻的任何其它材料。在其它实施例中，第二加热单元52可包括感应加热器、激光加热器、分批加热器或本领域中的技术人员已知的任何其它合适的加热器。在其他实施例中，装置300可以包括3个或更多个加热单元。此外，加热单元可以被配置为一次接收多个球杆头10。iv)定位高尔夫球杆头的设备和自动化方法如上所讨论的，局部热处理过程100可以包括高尔夫球杆头10被手动或自动地放置在第二加热单元52中，并且被手动或自动地定位，使得插销14位于第二局部加热区域62内。可以使用不同的设备来完成这些步骤。参考图3和4，在一些实施例中，第二步骤102可以包括将高尔夫球杆头10放置在设备40中。第三步骤103可以包括将设备40放置在第一加热单元51中。另外，第五步骤105可以包括从第一加热单元移除该设备，第六步骤106可以包括将设备40放置在第二加热单元52中，并且包括将插鞘14定位在第二局部加热区域62中的第七步骤107不再是必需的，因为该设备被配置为将插鞘14定位在正确的位置上。在一些实施例中，设备40包括夹持机构。在其他实施例中，设备可以使用约束机构，例如捆扎机构、夹紧机构、磁性机构或任何其他合适的约束机构。在又一个实施例中，设备40可以耦合到被配置成将设备从第一加热单元51转移到第二加热单元52的传送带90。在一些实施例中，传送带将移动高尔夫球杆头10到第一加热单元51和第二加热单元52中，并在所分配的加热时间段期间保持静止。在其它实施例中，第一加热单元51将随着传送带一起移动一段预定距离，该预定距离对应于插销14达到期望硬度所需的加热时间。此外，第二加热单元52可以包括细长的局部加热区域62，其中在它的整个长度上存在温度梯度。第二加热单元52的第一端可以是第一温度，而第二加热单元52的第二端可以是上面讨论的最终温度。传送带90可以以与插销14达到期望硬度所需的加热时间相对应的某个速度沿着第二加热单元52的长度移动包括高尔夫球杆头10的设备40。v)用于高尔夫球杆头主体或击球面的冷却部件如上所讨论的，热处理过程100可以包括在插销14被热处理时调节主体12或击球面18的温度的部件。参照图5，在一个实施例中，主体12可以包括被配置成在局部热处理过程100期间将热从主体12转移走的冷却块200。冷却块200被模制以覆盖整个主体12，并且由具有高导热性的材料组成。在许多实施例中，冷却块200可由铜、银、铝或任何其它合适的材料组成。例如，在一些实施例中，冷却块200由铜组成。此外，在许多实施例中，冷却块200可以包括通道202，该通道202被配置成使得冷却剂被泵送通过冷却块202，以进一步增加从主体12转移的热的量。在许多实施例中，冷却剂可以是水、空气、氢、氟利昂或任何其他合适的冷却剂。例如，在一些实施例中，冷却剂是水。参照图6，在另一实施例中，示出了散热器210。散热器210被配置成在局部热处理过程100期间可移除地耦合到击球面18。当插销14被热处理以达到期望的硬度水平时，散热器210可以被定位在击球面18上以进一步从击球面18移走不需要的热。此外，散热器210可具有与击球面18相对地延伸的多个散热片212。散热片212可以通过为要出现的对流过程创建更大的表面积来帮助移除热。在许多实施例中，散热片可以具有圆形、三角形、矩形或任何其他合适的形状。例如，在一些实施例中，散热片可以具有圆形横截面。散热片212可以包括在距离散热器210的表面0.01”到5”的范围内的任何高度。此外，散热器210可以包括循环系统214，循环系统214被配置成使冷却剂被泵送通过散热器210，以增加散热器210具有的对从击球面18移走不需要的热的效果。在许多实施例中，冷却剂可以是水、空气、氢、氟利昂或任何其他合适的冷却剂。例如，在一些实施例中，冷却剂是水。一个或更多个所主张的元素的更换构成重建而不是修复。另外，关于具体实施例描述了益处、其他优点和对问题的解决方案。然而，可能使任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的益处、优点、对问题的解决方案以及任何一个元素或多个元素不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、所需的或必要的特征或元素。因为高尔夫球的规则可能不时地变化(例如，高尔夫标准组织和/或管理机构例如美国高尔夫协会(usga)、圣安德鲁斯皇家古老高尔夫俱乐部(r&a)等等可以采用新规章或者可能消除或修改旧规则)，与在此描述的装置、方法和制造物品有关的高尔夫球装备可以在任何特定的时间符合或不符合高尔夫球的规则。因此，与在此描述的装置、方法和制造物品有关的高尔夫球装备可以作为符合或不符合的高尔夫球装备被做广告、供销售和/或出售。这里描述的装置、方法和制造物品在这方面不受限制。尽管可以结合铁杆型高尔夫球杆来描述上述示例，但是本文描述的装置、方法和制造物品可以适用于其它类型的高尔夫球杆，例如1号木杆型高尔夫球杆(driver-typegolfclub)、球道木杆型高尔夫球杆、混合型高尔夫球杆、挖起杆型高尔夫球杆或推杆型高尔夫球杆。可选地，本文所述的装置、方法和制造物品可适用于其它类型的运动装备，例如曲棍球棍、网球拍、钓鱼竿、滑雪杖等。此外，本文所述的实施例和限制并不在贡献的教义下被贡献给公众，如果实施例和/或限制：(1)在权利要求中没有明确地被主张；和(2)在等同原则下是或潜在地是在权利要求中的明确的元素和/或限制的等同物。本公开的不同特征和优点在所附权利要求中被阐述。当前第1页12