TWI823690B - 複合成形裝置及其成形方法 - Google Patents
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Abstract
一種複合成形裝置及其成形方法，該複合成形裝置含一上模單元及一下模單元。該上模單元包括一上模座、一設置於該上模座下方的脫料板、一設置於該脫料板上且可與該上模座連動的複動機構、至少一沖切上沖頭，及至少一成形上沖頭。該下模單元包括一下模座、至少一齒型下模仁、至少一引伸下模仁，及至少一沖切下模仁。本發明將該沖切下模仁、該引伸下模仁，及該齒型下模仁沿上下方向同軸設置，使得板料可經過沖切、引伸，及齒型特徵成形後，鍛壓成形為薄殼杯狀齒輪，實現一道次鍛壓產品而提升生產效率。
Description
本發明是有關於一種複合成形裝置及其成形方法，特別是指一種薄殼特徵之齒輪的複合成形裝置及其成形方法。
具有薄殼杯狀特徵且外徑具有齒型的齒輪目前廣泛地應用於電動自行車產業及機器人產業，習知製造此種特殊齒輪的方式是將整塊實心棒材胚料直接進行切削加工出大致的外型，接著再透過滾齒機以切削的方式進行粗加工以成形出齒型，接著將齒輪的半成品進行熱處理，由於在熱處理後特徵尺寸會變形，因此需要再次對齒型透過磨齒機進行精加工以製得齒輪成品。然而此種減法式的切削製造方法不僅會使材料得率低，還會切斷產品的材料纖維，導致疲勞強度較低，此外，製程中需要將胚料在滾齒機、熱處理設備、磨齒機等不同機具設備間來回移載，工序道次較多且費時費力，又因為滾齒機的加工時間較長，導致整體的生產效率低落而有待改進。
因此，本發明之目的，即在提供一種能減少工序道次且提升生產效率的複合成形裝置。
於是，本發明複合成形裝置，包含一上模單元，及一位於該上模單元下方的下模單元。該上模單元包括一上模座、一可與該上模座相對移動地設置於該上模座下方的脫料板、一設置於該脫料板上且可與該上模座連動的複動機構、至少一設置於該複動機構上且向下穿設該脫料板的沖切上沖頭，及至少一設置於該上模座且向下通過該複動機構並穿設該至少一沖切上沖頭的成形上沖頭。當該上模座向下靠近該脫料板時，該上模座會將該至少一成形上沖頭向下推動而穿伸出該脫料板，該上模座也會帶動該複動機構，以驅使該至少一沖切上沖頭向下穿伸出該脫料板。該下模單元包括一下模座、至少一設置於該下模座上的齒型下模仁、至少一同軸設置於該至少一齒型下模仁上方的引伸下模仁，及至少一同軸設置於該至少一引伸下模仁上方的沖切下模仁。
本發明之另一目的，即在提供上述複合成形裝置的成形方法。
於是，本發明複合成形裝置之成形方法，包含一合模步驟、沖切步驟、一引伸步驟，及一特徵成形步驟。在該合模步驟中，將至少一板料置於該至少一沖切下模仁上，接著帶動該上模單元向
下移動與該下模單元合模，使該脫料板靠置於該下模座上。在該沖切步驟中，帶動該上模座及該至少一成形上沖頭向下朝該下模單元移動，該上模座向下帶動該複動機構，並將該至少一成形上沖頭向下推動，該複動機構連動該至少一沖切上沖頭向下移動，使該至少一沖切上沖頭穿出該脫料板，並配合該至少一沖切下模仁對該至少一板料進行沖切。在該引伸步驟中，該上模座繼續連動該至少一成形上沖頭，該複動機構到達下死點而使該至少一沖切上沖頭不再向下移動，該至少一成形上沖頭向下穿伸出該至少一沖切上沖頭，以接續將該至少一板料繼續向下擠壓，並使該至少一板料通過該至少一引伸下模仁而成形為至少一杯狀鈑件。在該特徵成形步驟中，該至少一成形上沖頭繼續向下推擠該至少一杯狀鈑件，使該至少一杯狀鈑件進入該至少一齒型下模仁後，被擠壓成形出一齒型特徵而製得至少一具有該齒型特徵的薄殼齒輪。
本發明之功效在於：本發明將該沖切下模仁、該引伸下模仁，及該齒型下模仁沿上下方向同軸設置，使得板料可經過沖切、引伸，及齒型特徵成形後，鍛壓成形為薄殼杯狀齒輪，實現一道次鍛壓產品而提升生產效率，且此種鍛造製程可大幅減少廢料而提升材料使用率，除了可大量減少毛邊量外，也讓製品的金屬流線能沿鍛壓輪廓分布，保留完整的流線組織而提高製品的機械性能，具有較高的疲勞強度。
1:上模單元
11:上模座
12:脫料板
13:彈性元件
14:複動機構
141:直向推板
142:橫向滑塊
143:連動座
144:插銷
145:復位彈簧
146:位移空間
147:嵌槽
15:沖切上沖頭
151:環座部
152:管壁部
16:成形上沖頭
2:下模單元
21:下模座
22:齒型下模仁
23:引伸下模仁
24:沖切下模仁
3:板料
31:杯狀鈑件
32:薄殼齒輪
A:水平方向
B:側向方向
C:上下方向
E:下推斜面
F:受力斜面
G:側向斜面
H:承推斜面
本發明之其它的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一側視剖面圖，說明本發明複合成形裝置之一實施例；圖2是一俯視圖，說明該實施例之一複動機構；圖3是一示意圖，說明該複動機構之一橫向滑塊及一連動座之間的結合關係；圖4是一側視剖面圖，說明該實施例合模後之態樣；圖5是一不完整的側視剖面圖，說明該複合成形裝置之成形方法的一沖切步驟；圖6是一不完整的側視剖面圖，說明該成形方法之一引伸步驟；及圖7是一不完整的側視剖面圖，說明該成形方法之一特徵成形步驟。
參閱圖1與圖2，本發明複合成形裝置之一實施例，包含一上模單元1，及一位於該上模單元1下方的下模單元2。該上模單元1包括一沿一水平方向A及一垂直該水平方向A的側向方向B延伸的上模座11、一可與該上模座11相對移動地設置於該上模座11下方的脫料板12、複數沿一上下方向C位於該上模座11及該脫料板
12之間的彈性元件13、一設置於該脫料板12上且可與該上模座11連動的複動機構14、複數設置於該複動機構14上且向下穿設該脫料板12的沖切上沖頭15，及複數設置於該上模座11且向下通過該複動機構14並分別穿設該等沖切上沖頭15的成形上沖頭16。
參閱圖1、圖2，及圖3，該複動機構14具有複數固定於該上模座11且由該上模座11向下延伸的直向推板141、二沿該水平方向A位於該等直向推板141內側且分別位於該等沖切上沖頭15相反兩側的橫向滑塊142、一沿該水平方向A位於該等橫向滑塊142之間的連動座143、複數沿水平方向A內穿設該脫料板12且插設固定於該等橫向滑塊142上的插銷144，及複數分別套設於該等插銷144上且兩端分別頂抵相對應插銷144及該脫料板12的復位彈簧145。
該等直向推板141兩兩一組地沿該側向方向B間隔排列，每一組的兩個直向推板141沿該水平方向A分別位於該等沖切上沖頭15及該等成形上沖頭16的相反兩側。每一直向推板141具有一向內且向下地傾斜延伸的下推斜面E。該等橫向滑塊142沿該水平方向A彼此相間隔，每一橫向滑塊142沿該側向方向B延伸，並具有一向外且向上地傾斜沿伸的受力斜面F，及一相反於該受力斜面F且向內並向下地傾斜延伸的側向斜面G。該受力斜面F貼觸相對應多個直向推板141之下推斜面E。該連動座143具有二沿該水平方向A位於兩側，且向外並向上地傾斜延伸的承推斜面H。該等承推斜面H
分別與該等橫向滑塊142之側向斜面G貼觸。該連動座143沿該側向方向B延伸，並供該等沖切上沖頭15固定設置，且該連動座143沿該上下方向C與該脫料板12間隔出一位移空間146，為了使該連動座143不會掉落，每一橫向滑塊142還具有一供該連動座143嵌設的嵌槽147，該橫向滑塊142之側向斜面G位於該嵌槽147內。
該等沖切上沖頭15沿該延伸方向連續排列，每一沖切上沖頭15具有一固定於該連動座143內的環座部151，及一由該環座部151向下凸伸且未凸出於該脫料板12的管壁部152。該等成形上沖頭16分別同軸穿設該等沖切上沖頭15，每一成形上沖頭16向下穿設該連動座143及相對應的沖切上沖頭15，且未凸出於該沖切上沖頭15。
該下模單元2包括一下模座21、複數設置於該下模座21上的齒型下模仁22、複數設置於該下模座21上且分別同軸設置於該等齒型下模仁22上方的引伸下模仁23，及複數設置於該下模座21上且分別同軸設置於該等引伸下模仁23上方的沖切下模仁24。該等齒型下模仁22、該等引伸下模仁23，及該等沖切下模仁24的數量與該等沖切上沖頭15及該等成形上沖頭16相互對應，且每一成形上沖頭16與相對應的一沖切上沖頭15、一齒型下模仁22、一引伸下模仁23，及一沖切下模仁24同軸設置。
參閱圖1及圖2，接著說明該複合成形裝置之成形方法的
一實施例，該成形方法包含一合模步驟、一沖切步驟、一引伸步驟，及一特徵成形步驟。在該合模步驟中，將複數板料3分別置於該等沖切下模仁24上，接著帶動該上模單元1向下移動與該下模單元2合模，使該脫料板12靠置於該下模座21上。
參閱圖2、圖4，及圖5，在該沖切步驟中，繼續帶動該上模座11、該等成形上沖頭16，及該等直向推板141向下朝該下模單元2移動，在這過程中同時也會壓縮該等彈性元件13。隨著該等直向推板141持續下移，每一直向推板141之下推斜面E會推動相對應橫向滑塊142之受力斜面F，使得該等橫向滑塊142沿該水平方向A向內移動，同時每一橫向滑塊142之側向斜面G也會推動該連動座143之相對應承推斜面H，使得該連動座143被推動而向下移動(同時也使該位移空間146不斷減少)，如此一來該等沖切上沖頭15便會被連動而向下移動直至下死點，每一沖切上沖頭15在移動至下死點的過程中，會穿出該脫料板12並配合正下方的沖切下模仁24，對沿該上下方向C位於該沖切上沖頭15及該沖切下模仁24之間的一個板料3進行沖切，使每一板料3如圖5所示地由被沖切為圓板狀，同時該等插銷144也會被向內拉動而壓縮該等復位彈簧145。需要說明的是，由於每一成形上沖頭16在向下移動的同時，相對應的沖切上沖頭15也在向下移動，因此在該沖切步驟中，每一成形上沖頭16不會凸出於相對應的沖切上沖頭15。
參閱圖2、圖4，及圖6，在該引伸步驟中，該上模座11繼續帶動該等成形上沖頭16向下移動，由於此時該等橫向滑塊142早已完全位於該等直向推板141內側，因此該連動座143不會再被帶動，這也使得該等沖切上沖頭15到達下死點而不再向下移動，於是該等成形上沖頭16便會穿伸出該等沖切上沖頭15，以接續將該等圓板狀的板料3(見圖5)繼續向下擠壓，並使該等板料3通過該等引伸下模仁23而成形為如圖6所示的杯狀鈑件31。
參閱圖2、圖4，及圖7，在該特徵成形步驟，該等成形上沖頭16繼續向下推擠該等杯狀鈑件31(見圖6)，使每一杯狀鈑件31進入相對應的齒型下模仁22中，並被持續擠壓而再次拉伸，並在外壁面上成形出一齒型特徵，從而製得複數各自具有該齒型特徵且呈薄壁杯狀的薄殼齒輪32。在結束製程後，該上模單元1由該下模單元2上移開，該等彈性元件13會帶動該上模座11向上遠離該脫料板12而復位，該等復位彈簧145也會帶動該等橫向滑塊142向外移動，進而使該連動座143向上移動復位。需要特別說明的是，本發明每次鍛壓可製得多個薄殼齒輪32，且可根據所需的數量調整該等沖切上沖頭15、該等成形上沖頭16、該等齒型下模仁22、該等引伸下模仁23，及該等沖切下模仁24之個數，且可沿該水平方向A及該側向方向B緊密排列，使得該複合成形裝置的最大製造數量遠勝於習知的製造模具。
綜上所述，本發明可在一個道次的鍛壓工序中進行沖切、引伸及特徵成形，從而製造出具齒型特徵且呈薄壁杯狀的薄殼齒輪32，如此可大幅減少所需工序而提升生產效率，同時減少切削等後加工而提高材料利用率，此種製造方式除了可大量減少毛邊量外，也讓製品的金屬流線能沿鍛壓輪廓分布，保留完整的流線組織而提高製品的機械性能，具有較高的疲勞強度，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:上模單元
11:上模座
12:脫料板
13:彈性元件
14:複動機構
141:直向推板
142:橫向滑塊
143:連動座
144:插銷
145:復位彈簧
146:位移空間
147:嵌槽
15:沖切上沖頭
151:環座部
152:管壁部
16:成形上沖頭
2:下模單元
21:下模座
22:齒型下模仁
23:引伸下模仁
24:沖切下模仁
3:板料
A:水平方向
C:上下方向
E:下推斜面
F:受力斜面
H:承推斜面
Claims (8)
- 一種複合成形裝置，包含： 一上模單元，包括一上模座、一可與該上模座相對移動地設置於該上模座下方的脫料板、一設置於該脫料板上且可與該上模座連動的複動機構、至少一設置於該複動機構上且向下穿設該脫料板的沖切上沖頭，及至少一設置於該上模座且向下通過該複動機構並穿設該至少一沖切上沖頭的成形上沖頭，當該上模座向下靠近該脫料板時，該上模座會將該至少一成形上沖頭向下推動而穿伸出該脫料板，該上模座也會帶動該複動機構，以驅使該至少一沖切上沖頭向下穿伸出該脫料板；及 一下模單元，位於該上模單元下方，並包括一下模座、至少一設置於該下模座上的齒型下模仁、至少一同軸設置於該至少一齒型下模仁上方的引伸下模仁，及至少一同軸設置於該至少一引伸下模仁上方的沖切下模仁。
- 如請求項1所述的複合成形裝置，其中，該上模單元還包括複數沿上下方向位於該上模座及該脫料板之間的彈性元件。
- 如請求項1所述的複合成形裝置，其中，該上模單元之複動機構具有複數由該上模座向下延伸的直向推板、二沿水平方向位於該等直向推板內側且分別位於該至少一沖切上沖頭相反兩側的橫向滑塊，及一沿水平方向位於該等橫向滑塊之間且供該至少一沖切上沖頭設置的連動座，當該上模座向下移動時，會帶動該等直向推板向下移動，該等直向推板推動該等橫向滑塊沿水平方向朝該連動座移動，該等橫向滑塊會向內推動該連動座，使該連動座帶動該至少一沖切上沖頭向下移動而穿伸出該脫料板。
- 如請求項3所述的複合成形裝置，其中，該複動機構之每一直向推板具有一向內且向下地傾斜延伸的下推斜面，每一橫向滑塊具有一貼觸相對應直向推板之下推斜面的受力斜面，及一相反於該受力斜面且向內並向下地傾斜延伸的側向斜面，該連動座具有二彼此相反且分別貼觸該等橫向滑塊之側向斜面的承推斜面。
- 如請求項3所述的複合成形裝置，其中，該上模單元之複動機構還具有複數沿水平方向內穿設該脫料板且插設固定於該等橫向滑塊上的插銷，及複數分別套設於該等插銷上的復位彈簧，每一復位彈簧的兩端分別頂抵相對應插銷及該脫料板。
- 如請求項4所述的複合成形裝置，其中，該複動機構之每一橫向滑塊還具有一供該連動座嵌設的嵌槽，該橫向滑塊之側向斜面位於該嵌槽內。
- 如請求項3所述的複合成形裝置，其中，該上模單元之至少一沖切上沖頭具有一固定於該連動座內的環座部，及一由該環座部向下凸伸的管壁部。
- 一種如請求項1所述的複合成形裝置之成形方法，包含： 一合模步驟；將至少一板料置於該至少一沖切下模仁上，接著帶動該上模單元向下移動與該下模單元合模，使該脫料板靠置於該下模座上； 一沖切步驟，帶動該上模座及該至少一成形上沖頭向下朝該下模單元移動，該上模座向下帶動該複動機構，並將該至少一成形上沖頭向下推動，該複動機構連動該至少一沖切上沖頭向下移動，使該至少一沖切上沖頭穿出該脫料板，並配合該至少一沖切下模仁對該至少一板料進行沖切； 一引伸步驟，該上模座繼續連動該至少一成形上沖頭，該複動機構到達下死點而使該至少一沖切上沖頭不再向下移動，該至少一成形上沖頭向下穿伸出該至少一沖切上沖頭，以接續將該至少一板料繼續向下擠壓，並使該至少一板料通過該至少一引伸下模仁而成形為至少一杯狀鈑件；及 一特徵成形步驟，該至少一成形上沖頭繼續向下推擠該至少一杯狀鈑件，使該至少一杯狀鈑件進入該至少一齒型下模仁後，被擠壓成形出一齒型特徵而製得至少一具有該齒型特徵的薄殼齒輪。
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- 2022-11-29 TW TW111145681A patent/TWI823690B/zh active
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