TWI547322B - 金屬液壓成型方法 - Google Patents

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Description

金屬液壓成型方法
本發明係關於一種液壓成型方法，特別是一種用以製作各角隅趨近直角之金屬物的液壓成型方法。
傳統薄殼金屬製品多採用沖壓、鑄造或鍛造等方式製作，但針對欲成型具特殊型態之金屬製品，特別是幾何形狀有劇烈變化，如小半徑R之角隅或有單邊縮口之圓形、橢圓形、矩形或多邊形等型態之金屬物品時，沖壓、鑄造或鍛造等方式皆不易達成；因此，現今業者為求能提高金屬製品的外觀變化性，以供手機、相機、電腦主機、電視等電子用品之外殼或車輛油箱殼所廣用，一般仍僅能選擇以銑削技術製備之。
以傳統銑削技術為製程，製作呈矩形態樣之金屬物為例時，多先是對一金屬塊狀體進行切削，以去除多餘物料，而形成既定之盒體形狀的一盒狀物初胚；再持續對該盒狀物初胚的各個角隅處作重複銑床動作，直至各個角隅趨近所需特殊角之角度(如直角)後，即可製成所謂具特殊角之金屬盒狀物。
但以此傳統銑削技術製成具特殊角之金屬物時，往往在切削過程即因去除過多物料而導致物料之過度耗費，相對衍生成本負擔；甚至，還必須經由多道工序製作，方可於盒狀物初胚的各角隅處銑出預定角度，以致製程工序相對繁瑣而欠缺實用性。
是以，亦有其他業者選擇採用液壓成型方式製成具特殊角之 金屬物，如以鈑件液壓為例，一般多係在金屬鈑件一方持續施加液壓，並藉液壓機具之沖頭自鈑件另一方擠壓，迫使金屬鈑件在受液壓作用緊貼沖頭外形且隨沖頭進給逐漸成型為具特殊角之金屬物。惟，當該金屬物之角隅處所欲成型之態樣為趨近直角(小半徑R)之特殊角隅時，通常會因角隅處的欲成型角度過小，而導致金屬鈑件材料無法順利流入各角隅處，遂造成各角隅之上方或下方處逐漸先行薄化，故終究會在金屬鈑件往角隅擴張的過程因無法再借助其餘材料進行補料而在角隅產生薄化後破裂之情形。甚至，藉由沖頭進給成型之方法亦無法製作出具有單邊縮口之金屬物。
有鑑於此，確實有必要發展一種足以解決上述問題之方法，以適用於製作各種型態金屬物品，使得金屬物品不僅可具有單邊縮口亦可形成趨近直角之角隅而不致薄化破裂。
本發明主要目的乃改善上述缺點，以提供一種金屬液壓成型方法，其係能夠形成具有單邊縮口且各角隅趨近直角之金屬物，而不致在各角隅產生薄化、破裂等情形。
為達到前述發明目的，本發明金屬液壓成型方法，包含：提供一液壓模具，該液壓模具包含側模、沖頭及推桿，以包圍出一模穴；提供一金屬初胚，該金屬初胚具有一底壁鈑及數側壁鈑，該底壁鈑及該數側壁鈑共同包圍出一內部空間，該內部空間具有一開口；將該金屬初胚置於該模穴內，以該沖頭抵頂該金屬初胚的該底壁鈑，且以該推桿朝向該開口；將工作液體經由該金屬初胚的該開口注入於該金屬初胚的該內部空間，藉由該工作液體對該金屬初胚施壓；將推桿朝向該模穴方向推進，該推桿抵頂該工作液體及該金屬初胚的該數側壁鈑頂緣，使該金屬初胚的該數側壁鈑鼓脹，該推桿朝向該模穴方向推進同時，係移動該沖頭朝遠離該模穴方向移動，且該沖頭之移動速率小於該推桿朝之推進速率；及將沖頭朝該模 穴方向推進，使該金屬初胚擴張至貼合該模穴之周壁，且填滿該模穴周壁之角隅，以形成一金屬物。
其中，在該推桿推動該工作液體朝向該模穴方向推進之前，先將該沖頭朝該模穴方向推進，以推擠該金屬初胚。
其中，該沖頭係抵頂該底壁鈑之全部或一部分。
其中，該工作液體經由該金屬初胚的該開口持續注滿於該內部空間，以確保該工作液體可以給予該內部空間呈持續性之液壓壓力。
另包含退離該液壓模具而得該金屬物，且切除該金屬物的多餘物料。
其中，該側模及該沖頭間構成一第一角隅。
其中，該側模於鄰近該推桿處延伸一肩部，該肩部與該側模間構成一第二角隅。
其中，該推桿包含一注液通道，藉由該注液通道注入該工作液體。
其中，該金屬物在該模穴周壁之角隅的壁鈑厚為1.5mm時，其各角隅的最大內半徑為1.7mm。
其中，該金屬初胚之形狀與該側模、該沖頭及該推桿所包圍出之該模穴相同。
其中，該金屬初胚為圓形、橢圓形、矩形或多邊形。
1、1’‧‧‧液壓模具
11、11’‧‧‧側模
111’‧‧‧肩部
12、12’‧‧‧沖頭
121、121’‧‧‧施壓面
13、13’‧‧‧推桿
131、131’‧‧‧注液通道
2、2’‧‧‧金屬初胚
2a、2a’‧‧‧底壁鈑
2b、2b’‧‧‧側壁鈑
2c、2c’‧‧‧開口
21、21’‧‧‧內空間
3‧‧‧金屬物
3’‧‧‧金屬盒狀物
3a’‧‧‧底壁
3b’‧‧‧側壁
3c’‧‧‧置物口
S、S’‧‧‧模穴
L‧‧‧工作液體
α 1‧‧‧第一角隅
α 2‧‧‧第二角隅
r1、r2‧‧‧角隅
第1圖：本發明金屬液壓成型方法之流程圖。
第2圖：本發明操作流程示意圖一。
第3圖：本發明操作流程示意圖二。
第4圖：本發明操作流程示意圖三。
第5圖：本發明操作流程示意圖四。
第6圖：本發明操作流程示意圖五。
第7圖：本發明操作流程示意圖六。
第8圖：本發明另一實施例之實施模具態樣示意圖。
第9圖：本發明另一實施例之操作流程示意圖一。
第10圖：本發明另一實施例之操作流程示意圖一。
第11圖：本發明另一實施例之操作流程示意圖一。
第12圖：本發明另一實施例之操作流程示意圖一。
第13圖：本發明另一實施例之操作流程示意圖一。
第14圖：本發明另一實施例之操作流程示意圖一。
第15a、15b圖：本發明另一實施例之操作流程示意圖一。
第16圖：本發明又一實施例之實施態樣分解示意圖。
第17圖：本發明再一實施例之實施態樣分解示意圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明金屬液壓成型方法係詳如第1圖之流程圖所示，且請一併參閱第1~7圖，詳述該金屬液壓成型方法之步驟如下：請參閱第2及3圖所示，第一步驟係備製一液壓模具1及一金屬初胚2，以將該金屬初胚2置於該液壓模具1之模穴S內。詳言之，該液壓模具1可以如第2圖所示具有二相對之側模11、一沖頭12及一推桿13，移動該側模11、沖頭12及推桿13後構成該模穴S(參見第3圖)，該模穴S是用以容置該金屬初胚2。其中，該側模11、沖頭12及推桿13 皆可朝向該模穴S作往復移動，且該模穴S之周壁形成有至少一角隅α 1。其中，該模穴S周壁之角隅α 1可以由該側模11與該沖頭12間所構成，且該角隅α 1可以為趨近90度角之直角角隅。
請續閱第3圖，本實施例之液壓模具1主要係用以成型非矩形之金屬物，該液壓模具1所圈圍成之模穴S周壁係如第3圖所示形成有趨近直角的數個第一角隅α 1(即圖面上緣之相對壁角)；另，該沖頭12具有面向該推桿13的一施壓面121，該推桿13內則形成有一注液通道131，該注液通道131用以將工作液體注入於該模穴S。
以上，該液壓模具1之組裝，乃為本領域技術人員可理解並加以實施，容不在此多加贅述該液壓模具1組裝過程。
請閱第2及3圖所示，該金屬初胚2可以為圓形、橢圓形、矩形或多邊形杯狀之金屬鈑殼，本實施例之金屬初胚2剖面形狀呈帽型，該金屬初胚2為具延展性之金屬材料所製成。該金屬初胚2具有一底壁鈑2a、數側壁鈑2b及一個開口2c，該底壁鈑2a及該數側壁鈑2b共同圍設出一內空間21，該開口2c則與該內空間21相連通；在進行下述步驟時，該金屬初胚2係可以定位於該模穴S內，在本實施例當中，該金屬初胚2的底壁鈑2a係可以被沖頭12之施壓面121所抵頂，該沖頭12可以抵頂於該底壁鈑2a之全部或一部份；該金屬初胚2之開口2c可以朝向該推桿13，使該推桿13之注液通道131與該金屬初胚2之內空間21可以相連通。
於前述第一步驟完成後，係再如第4、5圖所示操作第二步驟，該第二步驟係通入工作液體L於該金屬初胚2之內空間21，以藉該工作液體L對該金屬初胚2施予液壓，迫使未受該沖頭12抵頂之其餘側壁鈑2b或/及部分底壁鈑2a向外鼓脹；其中，該工作液體L可以經由該金屬初胚2的該開口2c持續注滿於該內部空間21，以確保該工作液體L可以給予該內部空間21呈持續性之液壓壓力。
如第5圖所示，該液壓模具1之推桿13還可以朝該模穴S內推進，致使該推桿13施壓於該工作液體L，及由該工作液體L再施壓於該金屬初胚2的該數側壁鈑2b頂緣，直至該金屬初胚2的該數側壁鈑2b繼續往該模穴S之角隅α 1鼓脹、充填。又，在工作液體L注入於該金屬初胚2之內部空間21後，且於該推桿13推動該工作液體L朝向該模穴S方向前進之前，本實施例還可以另包含：將該沖頭12朝該模穴S方向推進，以推擠該金屬初胚2，使後續之推桿13推動該工作液體L朝向該模穴S方向前進時，該工作液體L可以更容易迫壓該金屬初胚2，使該金屬初胚2逐漸膨脹且趨近至該模穴S的該第一角隅α 1。
詳言之，本實施例係經由該注液通道131注入工作液體L於該模穴S，並使工作液體L自該金屬初胚2之開口2c持續充滿於該金屬初胚2之內空間21；且在工作液體L持續自外界注入之下，同時移動該推桿13朝圖面所示之箭頭方向壓縮該模穴S空間，且能夠借助該金屬物初胚2的側壁鈑2b作材料補給，而在該工作液體L的持續壓力下，該金屬初胚2係可以形成如圖箭頭所示方向之朝向該第一角隅α 1擴張之壓力，迫使該金屬初胚2位於圖面左、右側之側壁鈑2b，可以隨其材料延展性逐漸膨脹且趨近至該模穴S的該數第一角隅α 1。
請閱第6圖所示，為避免該金屬初胚2因液壓而過度擴張，本實施例第三步驟係操作該液壓模具1之沖頭12，使該沖頭12可以朝該模穴S內進給而推擠該金屬初胚2，以致使該金屬初胚2之底壁鈑2a朝向該模穴S周壁變形擴張，直至填滿該模穴S周壁所形成之數第一角隅α 1，以形成一成型後金屬初胚。即該步驟係對該金屬初胚2施予一下壓作用力，以迫使該金屬初胚2如圖上方之角隅r1變形擴張至填滿該模穴S之第一角隅α 1。詳言之，在持續注入工作液體L的同時，藉由該沖頭12之進給施予該金屬初胚2位於圖面頂側之底壁鈑2a一下壓作用力，進而迫使該 金屬初胚2位於圖面左、右側之側壁鈑2b上緣(即圖面標示之角隅r1)持續朝圖面所示之箭頭方向變形、擴張，直至該金屬初胚2位於圖面左、右側之側壁鈑2b因其材料的流動延展而擴充填滿於該模穴S的該第一角隅α 1，而使該金屬初胚2之上緣形成與該模穴S的該第一角隅α 1趨近等值角度之角隅r1；因此，在液壓及該沖頭12下壓的共同作用力下，本實施例之金屬初胚2位於圖面上方之角隅r1所呈現的剖視角恰可形成趨近如圖面所示之直角態樣。
請閱第7圖所示，當退離該液壓模具1後，即可獲得由該金屬初胚2所成型的一金屬物3，本實施例係形成一圓型杯體；當然亦可以成型出不同型態之金屬物3，例如：圓形、橢圓形、矩形或多邊型等杯體，容後配合圖式再舉例說明之。
請再參閱第8圖，其係本發明另一較佳實施例，本實施例係以一液壓模具1’配合一金屬初胚2’，且基於相同技術概念下，製作一金屬盒狀物，請配合參閱第9~15圖所示，詳列各步驟如下： 請閱第9圖所示，該液壓模具1’係可以具有二相對之側模11’、一沖頭12’及一推桿13’，該液壓模具1’除了與前述實施例同樣在該數側模11’與該沖頭12’間構成模穴S’周壁之第一角隅α 1外，與前述實施例不同在於：該液壓模具1’的該側模11’於鄰近該推桿13處延伸一肩部111’，藉由該肩部111’可以再構成該模穴S’周壁的其他角隅；如此，該液壓模具1’所圈圍成之模穴S’周壁，係可以如第10圖所示，形成有趨近直角的一第一角隅α 1及第二角隅α 2(即圖面上、下緣之相對壁角)。
與前述實施例相同，本實施例同先將該金屬初胚2’置於該模穴S’內，且以該沖頭12’抵頂該底壁鈑2a’，並以該推桿13’朝向該開口2c’；接續如第11圖所示，注入工作液體L於該金屬初胚2’之內空間21’，藉由該工作液體L對該金屬初胚2’的持續注入以施予不間斷之液壓；並續如 第12圖所示，以該液壓模具1’之推桿13’朝該模穴S’內進給，以使該推桿13’施壓於該工作液體L及該金屬初胚2’的該數側壁鈑2b’頂緣，該金屬初胚2’的該數側壁鈑2b’遂呈擴張，且持續鼓脹至抵頂該液壓模具1’的二相對側模11’壁面。
請閱第12圖所示，本實施例同樣能夠藉助該金屬初胚2’的側壁鈑2b’作材料補給，而在該金屬初胚2’承受如圖箭頭所示方向之朝向左、右擴張之壓力時，迫使該金屬初胚2’位於左、右側之側壁鈑2b’可隨其材料延展性逐漸膨脹擴張，直至該側壁鈑2b’成弧狀，並抵觸於該模穴S’壁面。
除維持上述該推桿13’朝該模穴S’內進給之動作外，本實施例亦可同時微幅移動該沖頭12’以遠離該模穴S’(圖未繪示)，以此微幅擴大該模穴S’之空間，而迫使該金屬初胚2’的該底壁鈑2a’可膨脹且擴張成曲弧狀，直至抵頂於該沖頭12’之施壓面121’，且該側壁鈑2b’亦可同時膨脹且擴張成曲弧狀，而至該側壁板2b’抵頂於相對二側模11’；以藉此增進材料補給之效果。其中，當該推桿13’朝向該模穴S’方向推進，及該沖頭12’同時朝遠離該模穴S’方向移動時，該沖頭12’之移動速率小於該推桿13’朝向該模穴S’方向推進之速率較佳。
續如第13圖所示，該液壓模具1’之沖頭12’同樣可以對該金屬初胚2’施予一下壓作用力，使該金屬初胚2’的各角隅(如圖上方之角隅r1及下方之角隅r2)可以朝向該模穴S’周壁變形擴張，並分別填滿該模穴S’之第一角隅α 1及第二角隅α 2；即迫使該金屬初胚2’位於左、右側之側壁鈑2b’的上、下緣(即圖面標示之角隅r1、r2)，可以持續如箭頭方向所示變形、擴張，直至擴充填滿於該模穴S’之第一角隅α 1及第二角隅α 2，使該金屬初胚2’之上、下緣形成與該模穴S’之第一角隅α 1及第二角隅α 2趨近等值角度之角隅r1、r2，且該角隅r1、r2亦可以如圖所示呈現出 趨近直角之態樣。
如第14圖所示，退離該液壓模具1’後，即可獲得由該金屬初胚2’所成型的一金屬物3’，該金屬物特別如圖面所示為盒狀體(以下如第15a、15b圖所示，稱金屬盒狀物為3’)，該金屬盒狀物3’具有一底壁3a’、數側壁3b’及一置物口3c’；且如第15b圖所示，可於成型該金屬盒狀物3’之後，再對該金屬盒狀物3’作切削，以去除該金屬盒狀物3’於該置物口3c’處的多餘物料，而精製出修邊後的該金屬盒狀物3’；本實施例之金屬盒狀物3’的各個角隅之剖視角r1、r2可以形成趨近如圖所示之直角態樣。
以上，該成型後之金屬盒狀物3’在該模穴S’的該第一角隅處r1或該第二角隅r2處之壁鈑厚為1.5mm時，該金屬盒狀物3’的上緣及下緣角隅r1、r2的最大內半徑較佳係為1.7mm。
請閱第16、17圖所示，為因應所欲成型的物件型態不同，係可利用相匹配的該液壓模具液壓該金屬初胚，致使成型該金屬初胚之形狀與該些側模、沖頭及推桿所包圍出之該模穴實質相同；如圖所示，係提供另一種型態之液壓模具1”、1'''，以能在與前述實施例相同的技術概念下，液壓該金屬初胚至其形成具特殊外型之金屬物，容不重複贅述其步驟。
基於上述概念，該發明所屬技術領域中具有通常知識者理當可因應液壓模具1的不同，而依據液壓模具1之結構，以其他構件給予金屬初胚其他面向之作用力；例如，選擇移動推桿13、13’或者移動其中一側模11、11’，以同樣在製作過程往復操作進給、退縮等技術手段，藉此製成不同規格但同樣具有特殊角之金屬物。
綜上所述，本發明金屬液壓成型方法的主要特徵在於：藉由工作液體L對金屬初胚2’施予液壓，並配合該液壓模具1、1’之推桿13、13’自下緣補入料材後，遂能迫使其側壁鈑2b、2b’擴張；再透過液壓模具1、1’對該金屬初胚2、2’之底壁鈑2a、2a’施予一下壓作用力，以迫使該金 屬初胚2、2’在該下壓作用力的進給之下，可配合持續液壓作材料之變形、擴張，直至該金屬初胚2、2’的各個角隅(如圖面之剖視角r1、r2)與該液壓模具1、1’之模穴S、S’壁角(即第一角隅α 1及第二角隅α 2)具有相趨近之角度，即能在脫模後獲得各角隅趨近直角之金屬物。
如此一來，本發明金屬液壓成型方法，係能夠在操作該液壓模具之推桿及沖頭分別進給於該液壓模具之膜穴的過程，致使該金屬初胚順利擴張並填入各角隅處，且更借助各角隅之上方或下方處的餘料作延展補料，以在材料充分擴張變形之下形成各角隅，以形成趨近直角之圓形、橢圓形、矩形或多邊形等態樣之金屬物，並藉此達到避免該金屬物各角隅產生薄化、破裂等功效；本發明可經該方法製成各種態樣的金屬物，以廣泛用於手機、相機、電腦主機、電視等電子用品之外殼或車輛油箱殼。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧液壓模具
11‧‧‧側模
12‧‧‧沖頭
121‧‧‧施壓面
13‧‧‧推桿
131‧‧‧注液通道
2‧‧‧金屬初胚
2a‧‧‧底壁鈑
2b‧‧‧側壁鈑
2c‧‧‧開口
21‧‧‧內空間
S‧‧‧模穴
L‧‧‧工作液體
α 1‧‧‧第一角隅
r1‧‧‧角隅

Claims (11)

  1. 一種金屬液壓成型方法，包含：提供一液壓模具，該液壓模具包含側模、沖頭及推桿，以包圍出一模穴；提供一金屬初胚，該金屬初胚具有一底壁鈑及數側壁鈑，該底壁鈑及該數側壁鈑共同包圍出一內部空間，該內部空間具有一開口；將該金屬初胚置於該模穴內，以該沖頭抵頂該金屬初胚的該底壁鈑，且以該推桿朝向該開口；將工作液體經由該金屬初胚的該開口注入於該金屬初胚的該內部空間，藉由該工作液體對該金屬初胚施壓；將推桿朝向該模穴方向推進，該推桿抵頂該工作液體及該金屬初胚的該數側壁鈑頂緣，使該金屬初胚的該數側壁鈑鼓脹，該推桿朝向該模穴方向推進同時，係移動該沖頭朝遠離該模穴方向移動，且該沖頭之移動速率小於該推桿朝之推進速率；及將沖頭朝該模穴方向推進，使該金屬初胚擴張至貼合該模穴之周壁，且填滿該模穴周壁之角隅，以形成一金屬物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，在該推桿推動該工作液體朝向該模穴方向推進之前，先將該沖頭朝該模穴方向推進，以推擠該金屬初胚。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，該沖頭係抵頂該底壁鈑之全部或一部分。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，該工作液體經由該金屬初胚的該開口持續注滿於該內部空間，以確保該工作液體可以給予該內部空間呈持續性之液壓壓力。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，另包含退離該 液壓模具而得該金屬物，且切除該金屬物的多餘物料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，該側模及該沖頭間構成一第一角隅。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之金屬液壓成型方法，其中，該側模於鄰近該推桿處延伸一肩部，該肩部與該側模間構成一第二角隅。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，該推桿包含一注液通道，藉由該注液通道注入該工作液體。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，該金屬物在該模穴周壁之角隅的壁鈑厚為1.5mm時，其各角隅的最大內半徑為1.7mm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，該金屬初胚之形狀與該側模、該沖頭及該推桿所包圍出之該模穴相同。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之金屬液壓成型方法，其中，該金屬初胚為圓形、橢圓形、矩形或多邊形。
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