TWI314883B - - Google Patents

Description

1314883 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種精密非晶合金元件快速成形之技 術領域，尤指一種能將非晶合金元件快速降溫以縮短作業 時間，並提高微結構複印精密度之裝置及方法。 【先前技術】 按，金屬玻璃專非晶合金材料產品，以在大多以成本 較高的壓鑄法製作，使用壓鑄法會受限於冷卻速率而影響 生產效率，且壓鑄法所使用的設備成本較高，因此有以改 進之必要。 而若要於產品上形成微米、奈米級的微結構則必需再 以蝕刻法來形成，蝕刻法的製程繁複，所需耗用的時間及 製程成本也較高，因此同樣有改進的必要。 近來開始有使用塑性成形的方法技術出現，如中國發 明專利ZL 0313 742 8.X號「一種非晶合金精密零部件超塑 性模鍛成形裝置及方法」即是，其係於一真空爐内設置可 更換壓頭及模具等結構，而該可更換壓頭係由内壓頭、外 壓頭滑塊及連結座等組成，該模具則由模具及頂出機構組 成。其成形方法是將非晶合金胚料和模具置於真空爐，待 真空爐達到所需之真空度後開始加熱，當胚料被加熱至過 冷液相區間溫度後，再以可更換壓頭對模具内的胚料進行 加壓塑形，待塑形完成後再由頂出機構將成形後之成品頂 1314883 月』述之成形裝置及方法雖可製作出 •掇呈科的内壓頭、外壓頭、滑塊、連結座乃至於 椟八及頂出機構等均需設置於真空爐内， 積相當大’其設置及使用成本均較高。 …的體 再者，成形後之成品雖被頂出機構頂出模具’ 仍位於真空爐甲，因此有成品取件不易的問題。 =重要的是，成品被取出後並無相關的冷卻設備， 口此/、冷卻速率慢會影響生產效率，而且成雜成 密微刻痕會附曼速冷卻而暈開，造成刻痕較淺的 ^，料之先前技術的製程f遍存在作業時間長、 不佳及成本較高的問題，而製成品則有微刻痕較 欠的問碭，因此有再加以改進之必要。 【發明内容】 本發明之主要目的即在於針對上述先 =，提供-種能將非晶合金塑形成品快速降溫，而;短 1乍f，、提高生產效率，並有助於精密微刻痕複二 在非晶合金兀件快速成形裝置及方法。 1 本創作之:欠-目的係在於賴具㈣有減少熱 k率之設計，而能提高高溫爐的恆溫效果。 為達成前述之目的，本發明之精密非晶合金 ;:跑’係由一高溫爐、-模具組、-壓模機構、」； 拉機構以及-快速冷卻機構所組成。該高溫爐係用以對非 7 1314883 晶合金材料快速加熱至過冷液相區間溫度，並維持溫度於 此一區間；該模具組具有一上模與一下模，並於該上模與 該下模之間形成一模穴以供非晶合金材料容置；該壓模機 構係由一動力源驅動一壓桿，該壓桿係延伸至該高溫爐内 並與該上模連結；該退模機構係由至少一動力源驅動一下 模座，該下模座則供該下模設置，而能由該下模座連動該 下模位移進出該高溫爐；而該快速冷卻機構對應該下模移 出高溫爐之位置設置有一以上之喷嘴，俾藉由喷嘴喷出氣 體而將非晶合金元件快速冷卻。 以前述之精密非晶合金元件快速成形裝置形成精密 非晶合金元件之方法，是將非晶合金材料置於模具組之模 穴中，置於高溫爐中加熱至過冷液相區間溫度，並維持溫 度於此一區間，而後由壓模機構之壓桿帶動上模下壓，使 非晶合金材料於模穴中被模塑成形為非晶合金元件，再由 退模機構載送非晶合金元件退出高溫爐，並由快速冷卻機 構之喷嘴喷出氣體而將非晶合金元件快速冷卻成形。 由於本發明之成形裝置設有快速冷卻機構，而能將模 塑成形之非晶合金元件，以喷嘴喷出氣體將其快速冷卻， 如此可有效縮短作業時間、提高生產效率，並達到複印精 密微刻痕之功效。 再者，本發明之模具組的下模結合部外緣設有凹部， 使下模與下模座間之接觸面積減少以降低熱傳導速率，而 能提高模具組於高溫爐内的恆溫效果。 8 1314883 "炫歹]舉本發明之較佳實施例，並配合圖式做進一梦之 洋細說明如下。 【實施方式】 ^下為本發明之較佳實施例，茲配合圖示作之說 明。 、 =閱第1圖’本發明之精密非晶合金元件快速成形 、有:機台10 ’該機台具有數支向上延伸之支架 ) 支木11之頂端係結合於-頂板12，該頂板12上設 ^壓模機構2 ’而各支架η之間固設一高溫爐3,且該 -口 10上5又有一退模機構4，且於該壓模機構2與該退模 、構4之間設有-模具組5，另於該高溫爐3下方設有一 快速冷卻機構6。 請參閱第2圖，該模具組5具有一上模51與一下模 52忒下柄52對應該上模51形成有一模穴53，而該下模 52的下半段具有—結合部54，且於該結合部^外緣設有 I &凹部55 ’於本實施例中，該凹部55係呈環狀凹槽之形 恶0 、凊配合參閱第1圖與第2圖’該麵機構2具有一動 力源21 „亥動力源21係設置於該頂板12，而該動力源η 係驅動-壓桿22，賴桿22則延伸至該高溫爐3内並與 該上模51連結，而能由該壓桿以帶動該上模51於高溫 爐3中上、下位移。於本實施例中，該動力源21係= 1314883 該退模機構4具有二個設置於機台10内之動力源 41，於本實施例中各動力源41均為一油壓缸，且該二動 力源41係同步驅動一平台42，該平台42對應各支架11 分別設有一滑座43,使該平台42可被驅動沿各支架11 上、下滑移，並且在該平台42上對應該壓模機構2設有 一下模座44，該下模座44係呈中空之形態，且該下模座 44頂端對應該模具組5之下模52的結合部54凹設有一容 置部45以供承置該下模52，而能由該下模座44連動該下 模5 2位移進出該高溫爐3。 該平台42對應該下模座44設有一頂出機構7，其係 由一動力源71驅動一頂桿72，該頂桿72係穿設於中空之 下模座44中，而能藉由該動力源71驅動該頂桿72向上 移以穿越該下模72，俾以將非晶合金元件頂出。於本實施 例中該動力源71係為一氣壓缸。 請配合參閱第1圖與第3圖，該快速冷卻機構6具有 一氣源61，該氣源61以一管路62穿繞過一冰水機63， 使氣源之氣體經由該管路6 2而降低溫度，而後再由管路 62將氣體導至二喷嘴64，各喷嘴係對應該下模52移出高 溫爐3之位置設置。 而本發明形成精密非晶合金元件之方法係將非晶合 金材料置於模具組5之模穴53中，並使其置於高溫爐3 中加熱至過冷液相區間溫度，並維持溫度於此一區間，而 後由壓模機構2之壓桿22帶動上模51下壓，使非晶合金 1314883

材料於模穴53中被模塑成形為非晶合金元件，再由該返 模機構4載送非晶合金元件退出高溫爐3，並以快速冷卻 機構6之喷嘴64喷出氣體而將非晶合金元件快速冷卻， 最後以頂出機構7將非晶合金元件之成品頂出模穴… 以下兹舉-實例來說明本發明形成精㈣晶合金元 件之方法。本例所採用之非晶合金材料係為 (ZrAmCuMSSiU的成分、密度6·8 g/cm3、彈性限 2%的金屬玻璃。 •將㈣之金屬玻璃置於模穴53中，並由退模機構4 f動下模座44上升’使下模52與金屬玻璃進入高溫爐3 中’如第4圖中所示之位置’再以約⑽°C/min的升溫 速率加溫，使溫度位於材料具有超塑性成形的過冷液相區 間，以本例之材料而言約在糊〜彻。c，材料會開始軟化。 如第㈣所示’第5圖係溫度與位移量相龍係圖，該圖 中所採用疋试氏絕對溫度κ，訊氏絕對溫度，第 5圖中顯示軟化溫度為74〇κ ’也就是467艽。 一而材料在此溫度區間具有相當低的粘度，如第6圖所 不，第6圖係溫度與黏度的相對關係圖，由圖中可以看出 ^度約在753K(48(TC)前具有較低的黏度，在753κ之後則 呈現急劇上升的趨勢，因此本發明之成型溫度區間選取在 460 480 C之間。尚溫爐3在加熱至此一溫度區間之後則 維持恆溫，才能提供材料具有足夠的流動性。 接下來，壓模機構2之壓桿22以〇· 〇4〜〇.4 m/s的速 1314883 ’率帶動上模51對模穴53中之非晶合金材料加壓，如第4 圖所示之狀態，使非晶材料具有較低的塑流應力而能變形 並複印出模具上的微米、奈米級的微結構刻痕或充填入微 小模穴，其最低成形壓力約為10〜2 0 MPa，為常溫的1 /10 倍。此較低的成型負荷可避免模具的耗損。 成型後，由退模機構4將下模及模塑成形後之非晶合 金元件成品退出高溫爐3外，再由快速冷卻機構6之喷嘴 64對非晶合金元件之成品喷射惰性氣體，使其快速降溫 > 後，以頂出機構7將非晶合金元件成品頂出模穴即可取出 成品。 綜上所述，由於本發明之成形裝置設有快速冷卻機 構，而能將模塑成形之非晶合金元件成品，以喷嘴喷出的 惰性氣體將其快速冷卻，如此可有效縮短作業時間、提高 生產效率，並達到複印精密微刻痕之功效。再者，模具組 的下模結合部外緣設有凹部，使下模與下模座間之接觸面 > 積減少以降低熱傳導速率，而能提高模具組於高溫爐内的 恆溫效果。 再請參閱第7圖，其係本發明之精密非晶合金元件快 速成形裝置的第二實施例。其中，該高溫爐3A係設置於 該機台10A上，而該退模機構4A則直接設置於該機台 10A，使該退模機構4A可將模具組5A向上頂推而移出該 高溫爐3A，該快速卻機構6A則設置於該高溫爐3A上方對 應該下模52A移出該高溫爐3A的位置。 12 1314883 如此一來，當壓模機構2A之壓桿22A帶動上模51A 下壓，使非晶合金材料於模穴中被模塑成形為非晶合金元 件，再由該退模機構4A向上頂推，使該非晶合金元件向 上移出該高溫爐3A，並以快速冷卻機構6A之喷嘴64A喷 出氣體而將非晶合金元件快速冷卻後取出。如此同樣可以 達到與前述第一實施例相同之功效。 當然，本發明之模具組除了前述實施例之形態之外， 亦可設計成其它形式之模具，例如擠形模具等，此等熟習 模具技術人員所能輕易變換之模具形式，仍應隸屬本發明 之範疇。 由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明暸本發明的 確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利 申請。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之結構示意圖； 第2圖係本發明之模具組的結構示意圖； 第3圖係本發明之快速冷卻機構的結構示意圖； 第4圖係本發明之使用狀態示意圖； 第5圖係本發明實例加熱之溫度與位移量相對關係圖； 第6圖係本發明實例加熱溫度與黏度的相對關係圖；及 第7圖係本發明第二實施例之結構示意圖。 【主要元件符號說明】 10、10A 機台 13 1314883 * 11 12 2 > 2A -'21

22 、 22A

3、 3A 4、 4A 41 •42 43 44 45

5、 5A

51 ' 51A 52 、 52A φ 53 54 55 6、 6Α 61 62 63 64 、 64Α 支架 頂板 壓模機構 動力源 壓桿 南溫爐 退模機構 動力源 平台 滑座 下模座 容置部 模具組 上模 下模 模穴 結合部 凹部 快速冷卻機構 氣源 管路 冰水機 喷嘴 14 1314883 7 頂出機構 71 動力源 72 頂桿

Claims (1)

1314883 十、申請專利範圍： -I —種精密非晶合金元件快速成形裝置，其包含： •、 间溫爐，其係用以對非晶合金元件快速加熱至過 冷液相區間溫度，並維持溫度於此一區間； ^ 梃具組，其具有一上模與一下模，並於該上模與 形成—模穴’該模穴則供非晶合金元件容置； / 塗模機構，其係由—動力源驅動一壓桿，該壓桿 延伸至該高溫爐内並與該上模連結，㈣由該壓桿帶 動該上模上、下位移； *广拉機構，其係由至少-動力源驅動〆下模座， 位座係供承置該下模，而能由該下模座連動該下模 位移進出該高溫爐；及 μ吴 ^快速冷卻機構，其具有—氣源與—以上H 1处的臂鳴係對應該下模移出高.w 由喷嘴噴出氣體而將非晶合金二二T置’俾藉 2. 依申請專利範圍第丨項所述之精:二冷二 成形裝置，i進—牛1 金兀件快速 ―心丄 步6又有一頂出機構，該頂出機爐伤山 動力源驅動一頂桿，該頂桿係可、 ’、 模，俾以將非晶合金元件頂出。D移以穿越該下 3. 依申請專利範圍第丨項所述之精 成形裳置，其中該壓模機構之動力;;Μ件快速 4·依申請翻範圍第丨項所述^^壓虹。 成形裝置，其中該退模機構之動力源件快速 16 1314883 5·依申請專利範圍第丨項所述之精密非晶合金元件快速 成形裝置，其中該退模機構具有二動力源，各動力源均 係為-油壓缸，並由該二動力源同步驅動—平台，而前 述之下模座則設置於該平台。 6·依申請專㈣圍第5項所述之精密非晶合金元件快速 =形裝置’其中該平台更進—步設有—頂出機構，該頂 出機構係由-氣壓缸驅動—頂桿，該頂桿係'穿設於該下

模座中，並可向上移以穿越該下模，俾以將非晶合金元 件頂屮。 7. 依申請專·圍第丨項所述之精密非晶合金^件快速 f裝置’其中該模具組之下模具有—結合部，而該退 肩構之下模座對應該結合部凹設有一容置部，且該下 模之結合料緣料至少—㈣，俾藉以減少該下㈣ 忒下模座之接觸面積，以降低溫度之傳導速度。 8. 依申請專利範圍帛7項所述之精密非晶合金又元件快速 ::裝其中該結合部外緣之凹部係為_環狀之 形悲。 9. ，申請專利範圍第丨項所述之精密非晶合金 St右其中該快速冷卻機構更設有-冰水機，該冰 機中，、有冷卻管路，使前述氣源之氣體經由該冷卻管 而降低溫度，再輸送至前述之噴嘴。 10=申請專利範圍第丨項所述之精密非晶 成形裝置，其進一步具有一機台，該機台具二 17 1314883 » 上延伸之支架，各支架之頂端係結合於一頂板，該頂 板係供前述之壓模機構設置，前述之高溫爐係結合固 定於各支架之間，且前述之退模機構係設置於該機台。 11. 依申請專利範圍第10項所述之精密非晶合金元件快 速成形裝置，其中該退模機構具有二動力源，各動力 源均係為一油壓缸，且各油壓缸係容置於機台内部， 並由該二動力源同步驅動一平台，該平台對應該支架 分別設有一滑座，使該平台可沿各支架上、下滑移， ® 且前述之下模座則設置於該平台。 12. 依申請專利範圍第11項所述之精密非晶合金元件快 速成形裝置，其中該平台更進一步設有一頂出機構， 該頂出機構係由一氣壓缸驅動一頂桿，該頂桿係穿設 於該下模座中，並可向上移以穿越該下模，俾以將非 晶合金元件頂出。 13. —種如申請專利範圍第1項所述之精密非晶合金元件 • 快速成形裝置的形成精密非晶合金元件之方法，其係 將至少一非晶合金材料置於該模具組之該模穴中，再 置於該高溫爐中加熱至過冷液相區間溫度，並維持溫 度於此一區間，而後由該壓模機構之該壓桿帶動該上 模下壓，使該非晶合金材料於該模穴中被模塑成形為 一非晶合金元件，而後由該退模機構載送該非晶合金 元件退出該高溫爐，並由該快速冷卻機構之該喷嘴喷 出氣體而將該非晶合金元件快速冷卻定形。 18 1314883 » H.依申明專利範圍第i3項所述之形成精密非晶合金元 #之方^"’其__模機構之;1桿係以〇. 〇4〜0. 4m/s 的速率㈣虹模下壓賴穴巾之該非日g日合金材料。 依申明專利乾圍第13項所述之形成精密非晶合金元 件之方法，其令該非晶合金材料於該模穴中被該上模 加壓模塑成形之最低成形壓力為10〜20MPa。 、 元 申請專利範圍第13項所述之形成精密非晶合全 件之方法，Μ職速冷卻機構 係為惰性氣體。 ’嘴料的乳 19