材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -101下 102/04/01.

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1 材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -101下 102/04/01

2 成型技術 金屬旋壓 彎管 擠鍛 第06週

3 金屬旋壓 金屬旋壓是一種鈑金成形製程用來製造旋轉對稱的工件如圓柱形，圓錐形和半球形。金屬旋壓使用單邊模具，或以漸進方式加工成型，或以一種稱為懸空旋壓的方式，可以完全不使用模具來成型。 第06週

4 金屬旋壓 什麼是金屬旋壓？ 在旋壓的第一階段將圓型金屬板進料在模具上(車床心軸)。第二階段，金屬板和車床心軸在車床上旋轉而同時使用一個滾輪迫使金屬板材貼上車床心軸的表面。這個階段的過程類似在拉胚機上轉粘土。金屬板受壓在車床心軸逐漸成型變薄。在這個案例中成品在切割前由於倒勾致使無法由脫離車床心軸。整個過程耗時在一分鐘以內 最終形狀 車床 滾輪或工具 鋁模(車床心軸) 倒角拼合模 金屬板材 第一階段：進料 工件成型中 第二階段：旋壓 第06週

5 金屬旋壓 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 可達到亟高的表面品質。通常會結合手工和自動的技術達到優化的品質。工件只有一面可產生結合紋路。由於在模具上的細輪廓紋路不會呈現在工件的另一表面上。 材料 軟鐵，不銹鋼，黃銅，銅，鋁和鈦皆可作為旋壓成型的材料。 一般應用 一些使用旋壓成型之代表性應用包括有：萬向燈燈罩，燈座，凸緣蓋和罩，鐘外觀，碗和盤等等。 成本與生產速度 大量生產時，與沖壓和深抽製程來比，就金屬模具而言，由於金屬旋壓只使用單邊的模具，因此模具費用相對便宜很多。懸空式旋壓甚至不需要模具但人力勞工費用比較高。 環境衝擊 此製程使用的能源相當低，特別是以手工方式操作成型。使用能源相當於車床。 第6週

6 金屬旋壓 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 可達到亟高的表面品質。通常會結合手工和自動的技術達到優化的品質。工件只有一面可產生結合紋路。由於在模具上的細輪廓紋路不會呈現在工件的另一表面上。 第6週

7 金屬旋壓 Notes for Designers 給設計師的提醒
一般應用 一些使用旋壓成型之代表性應用包括有：萬向燈燈罩，燈座，凸緣蓋和罩，鐘外觀，碗和盤等等。 第6週

8 金屬旋壓 Notes for Designers 給設計師的提醒
材料 軟鐵，不銹鋼，黃銅，銅，鋁和鈦皆可作為旋壓成型的材料。 第6週

9 金屬旋壓 Notes for Designers 給設計師的提醒
成本與生產速度 大量生產時，與沖壓和深抽製程來比，就金屬模具而言，由於金屬旋壓只使用單邊的模具，因此模具費用相對便宜很多。懸空式旋壓甚至不需要模具但人力勞工費用比較高。 第6週

10 金屬旋壓 Notes for Designers 給設計師的提醒
環境衝擊 此製程使用的能源相當低，特別是以手工方式操作成型。使用能源相當於車床。 第6週

11 金屬旋壓 案例研究 葛萊特旋壓燈罩(Spinning the Grito lampshade) 提供廠商 www.mathmos.co.uk
葛萊特旋壓燈罩是由El Ultimo Grito為Mathmos(圖一)。金屬板經切割後進料在車床心軸上，而電腦數字控制滾輪引導毛胚貼上車床心軸(圖二)。第一階段旋壓過程約30秒(圖三)。 圖一 圖二 圖三 第06週

12 金屬旋壓 如果要在燈罩上形成倒勾必須以手工旋壓操作的方式在燈罩頸部形成倒勾(圖四)。旋壓完成後再經沖孔，外表電鍍及內部上漆完成產品(圖五)。
案例研究 葛萊特旋壓燈罩(Spinning the Grito lampshade) 提供廠商 葛萊特旋壓燈罩是由El Ultimo Grito為Mathmos(圖一) 如果要在燈罩上形成倒勾必須以手工旋壓操作的方式在燈罩頸部形成倒勾(圖四)。旋壓完成後再經沖孔，外表電鍍及內部上漆完成產品(圖五)。 圖四 圖五 第06週

13 金屬旋壓 Case Study 案例研究 金屬旋壓倒勾 金屬旋壓件限定在旋轉對稱作。此製程理想的形狀是半球型，直徑比深度大或等於兩倍。
平行或倒角造型可以用拼合模具二次旋壓達成。 第06週

14 彎管 主要應用在家具，汽車，建築業。運用此製程生產連續流暢造型結構。較小彎曲者可在旋轉模加上心軸成型，而較長及波浪狀者可用滾輪成型。
第06週

15 彎管 什麼是心軸彎管？ 金屬管套在心軸上夾持在模具上。只有某些壁厚較厚的工件才能運用無心軸的方式彎管。
旋轉模開始轉的時候管材被拉向旋轉模而心軸可防止折彎處塌陷。壓力夾會隨彎管行進以維持精度並防皺折的產生。 有時候為需要額外的夾具以防止在折彎的內邊產生皺折，特別是管壁薄的工件。所需旋轉模的大小取決於折彎半徑。而行程大小則由折彎的角度決定。 第二階段：折彎 旋轉模 金屬毛胚 旋轉夾 心軸 第一階段：進料 工件架 金屬工件預熱 聚乙烯(PVC) 凝膠塗覆工件 壓力夾 液態聚乙烯溶膠 料槽 第06週

16 彎管 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 平板材折彎後會增加結構強度，用彎管的方式可結合金屬的撓性和強度以強化剛性及輕量化。 材料 幾乎所有的金屬管材皆可應用，彎管包括鐵，鋁銅和鈦。 延展性佳的金屬比較容易折彎。 一般應用 彎管應用範圍包括家俱，安全維籬和汽車件如排氣管。彎管可產生立体的折彎，使用輾輪可以折成如雲霄飛車軌道的形狀。 成本與生產速度 使用標準模具可以應用在生產很大範圍的幾何折彎。專用模具會使單價增加許多，但取決折彎的尺寸和複雜度。大部份的生產週期都很快。 環境衝擊材料 折彎相對於切和焊的方式通常比較不浪費材料也比較省能源。折彎過程中不會產生殘料。 第6週

17 彎管 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 平板材折彎後會增加結構強度，用彎管的方式可結合金屬的撓性和強度以強化剛性及輕量化。 第6週

18 彎管 Notes for Designers 給設計師的提醒
一般應用 彎管應用範圍包括家俱，安全維籬和汽車件如排氣管。彎管可產生立体的折彎，使用輾輪可以折成如雲霄飛車軌道的形狀。 第6週

19 彎管 Notes for Designers 給設計師的提醒
材料 幾乎所有的金屬管材皆可應用，彎管包括鐵，鋁銅和鈦。 延展性佳的金屬比較容易折彎。 第6週

20 彎管 Notes for Designers 給設計師的提醒
成本與生產速度 使用標準模具可以應用在生產很大範圍的幾何折彎。專用模具會使單價增加許多，但取決折彎的尺寸和複雜度。大部份的生產週期都很快。 第6週

21 彎管 Notes for Designers 給設計師的提醒
環境衝擊材料 折彎相對於切和焊的方式通常比較不浪費材料也比較省能源。折彎過程中不會產生殘料。 第6週

22 彎管 使用案例 S 5000系列的家俱是由詹姆斯歐文(James Irvine) 為Thonet所設計，並在2006年開始量產。底部結構件是使用心軸折彎的方式生產，並設計成可以更換如靠背及臂托的頂部元件。 第06週

23 彎管 Case Study 案例研究 馬特史坦設計的S43椅(圖一) 在1931年為Thonet公司所推出。
馬特史坦S43椅 (Mandrel Bending the s43 chair) 提供廠商 馬特史坦設計的S43椅(圖一) 在1931年為Thonet公司所推出。 第06週 (圖1)

24 彎管 Case Study 案例研究 鐵管(圖二)套上心軸並加以夾持(圖三)。
馬特史坦S43椅 (Mandrel Bending the s43 chair) 提供廠商 鐵管(圖二)套上心軸並加以夾持(圖三)。 (圖2) (圖3) 第06週

25 彎管 Case Study 案例研究 馬特史坦S43椅 (Mandrel Bending the s43 chair) 提供廠商 鐵管(圖二)套上心軸並加以夾持(圖三)。電腦數位控制机在對準管材後開始彎管的程序。使操作製程相當精準並不產生殘料；折彎的過程使用整支管材(圖四)。複合夾板座椅和靠背再用鉚釘固定在彎管結構上(圖五)。最終產品相當簡潔，重量輕並使用亟少的材料。 (圖4) (圖2) (圖3) (圖5) 第06週

26 彎管 什麼是環鍛? 環鍛方式是比心軸折彎的製程更簡單。管或板材經過三個滾輪。其中一個滾輪在此例中為右下方的滾輪向內側移動使折彎更緊。折彎的半徑在幾個循環後逐漸變小以防止破裂及皺折的產生。素材在滾輪中來回滾動直到生成所需要的形狀。 金屬管斷面 工件架 金屬工件預熱 聚乙烯(PVC) 凝膠塗覆工件 第一階段：進料 金屬管斷面 固定滾輪 固定滾輪 第二階段：折彎斷面 動態滾輪 轉動軸(主軸) 第06週

27 彎管 在這個製程中金屬管先切成固定長度(圖一) 後推入滾輪組。滾輪組經調整到能逐漸地將直管折彎至所需的半徑(圖二)。
工件架 圖二 圖一 Case Study 案例研究 環鍛 在這個製程中金屬管先切成固定長度(圖一) 後推入滾輪組。滾輪組經調整到能逐漸地將直管折彎至所需的半徑(圖二)。 第06週

28 彎管 Case Study 案例研究 環鍛 當滾輪向內移進時折彎半徑會變小。這些工件是用在大型結構上所以不需要折成小半徑(圖三)。在這個案例中使用圓鐵管；一些其他外形輪廓或平板也可以折彎，但需滾輪要配合工件的輪廓。 工件架 圖三 第06週

29 彎管 Case Study 案例研究 Thonet S826號搖椅(右上圖)
由Ulrich Böhme 為Thonet設計，於1971年發表的S826號搖椅。這個金屬結構的折彎半徑不是固定常數；用這種製程可以生產不是固定圓弧的弧形。 環段製品 連續之環狀輪廓金屬環；這類製品是環鍛之後，再施以電焊焊接而成。 第06週

30 擠鍛 擠鍛是在模具上操作金屬管、棒或線材的製程。這的方式是用抽拉的方式使材料的截面變小和在錐形物、接頭或封口端上延展，使管材內徑擴大的方法。有兩种擠鍛的技巧：錘鍛和沖壓。 第06週

31 擠鍛 什麼是擠鍛? 在旋轉擠鍛中金屬是以錘打的動作成型。當主軸快速旋轉時錘体輥會帶動錘体產生錘打的動作。主軸旋轉時錘体輥落在環形輥之間時模具開到行程頂點並決定擠鍛的最大管材尺寸。。 開放 環形 防滾架 主軸頭 硬化鋼 外圈軌道 環形輥 錘體 溝槽 模具 錘體輥 開模控制鍵 密合 工件架 液態聚乙烯溶膠 料槽 第06週

32 擠鍛 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 擠鍛在操作製程中用以壓縮或膨脹金屬材料。由於鋼鐵加工硬化的特性可使擠鍛後的材料机械比原來的強度增加。表面品質通常很好可以經拋光以進一步改善。 材料 幾乎所有的材料都可以擠鍛包括鋼，鋁，銅，黃銅和鈦。具延展性材料的金屬通常比較容易擠鍛。 一般應用擠鍛常用於大型件如燈座圓桿，承力纜的接頭及連結器，水管或氣管。同時也廣泛應用在小型及精密產品上，如彈藥殼，焊條電極和測溫棒。 成本與生產速度模具通常不貴，但取決於擠鍛的長度及複雜度。生產速度相常性。 環境衝擊材料擠鍛不是類似加工的減少性製程。事實上錘或沖壓的動作可使材料毛胚強化並且更耐用。旋轉擠鍛通常是手動製程。特別是大型件製程中的振動會導至所謂”白指症”(振動症)。 第6週

33 擠鍛 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 擠鍛在操作製程中用以壓縮或膨脹金屬材料。由於鋼鐵加工硬化的特性可使擠鍛後的材料机械比原來的強度增加。表面品質通常很好可以經拋光以進一步改善。 第6週

34 擠鍛 Notes for Designers 給設計師的提醒
一般應用擠鍛常用於大型件如燈座圓桿，承力纜的接頭及連結器，水管或氣管。同時也廣泛應用在小型及精密產品上，如彈藥殼，焊條電極和測溫棒。 第6週

35 擠鍛 Notes for Designers 給設計師的提醒
材料 幾乎所有的材料都可以擠鍛包括鋼，鋁，銅，黃銅和鈦。具延展性材料的金屬通常比較容易擠鍛。 第6週

36 擠鍛 Notes for Designers 給設計師的提醒
成本與生產速度模具通常不貴，但取決於擠鍛的長度及複雜度。生產速度相常性。 第6週

37 擠鍛 Notes for Designers 給設計師的提醒
環境衝擊材料擠鍛不是類似加工的減少性製程。事實上錘或沖壓的動作可使材料毛胚強化並且更耐用。旋轉擠鍛通常是手動製程。特別是大型件製程中的振動會導至所謂”白指症”(振動症)。 第6週

38 擠鍛 特殊範例 旋轉擠鍛探頭 旋轉擠鍛探頭不僅能成型漸縮開口端也可以將管材一端密封。這種方式在製作中空探頭或刺時特別有用。這個25mm徑的圓管成形成一端30度漸縮的封閉端：最後10mm是實心。 第06週

39 擠鍛 Case Study 案例研究 旋轉擠鍛鋼管Rotary Swaging Steel Tube 提供廠商 在此案例中，鋼管要成型成一漸縮開口端(圖一)。圓管塞入高速運轉的擠鍛模(圖二)。大約20秒後管材抽出後就完整成型(圖三)。最後10公厘是實心。末端的內孔徑可以在金屬線上擠鍛圓管以達到精密的尺寸。 (圖1) (圖2) (圖3) 第06週

40 擠鍛 Case Study 案例研究 旋轉擠鍛鋼管Rotary Swaging Steel Tube 提供廠商 在此案例中，鋼管要成型成一漸縮開口端(圖一)。圓管塞入高速運轉的擠鍛模(圖二)。大約20秒後管材抽出後就完整成型(圖三)。最後10公厘是實心。末端的內孔徑可以在金屬線上擠鍛圓管以達到精密的尺寸。 (圖1) (圖2) (圖3) 第06週

41 擠鍛 什麼是液壓擠鍛? 在液壓擠鍛中壓力可能施於管徑的內或外側。通常是同時在管壁週圍至少五個模塊上同時施壓。在成型過程中管材旋轉以確保管壁斷面均勻的變形。液壓動作是施於成型管軸心的方向。楔型導引塊使模具能產生收縮或擴張。 液壓缸 導引塊 模具 液壓缸 導引塊 模具 縮減 擴張 開模 開模 合模 合模 第06週

42 擠鍛 什麼是液壓擠鍛? 擠鍛後的形狀和角度取決於模具，模具角度可能為平行或漸縮。若成型品末端呈平行狀(如接頭之成型)時，則有各種不同直徑的標準模具可供選用。若是漸縮形狀，則要使用特殊設計的模具。 液壓缸 導引塊 模具 液壓缸 導引塊 模具 縮減 擴張 開模 開模 合模 合模 第06週

43 擠鍛 Case Study 案例研究 擠鍛模用來擴張(圖一，二，三) 液壓擠鍛(Hydraulic Swaging)
提供廠商 Pipecraft 擠鍛模用來擴張(圖一，二，三) 圖一 圖三 圖二 第06週

44 擠鍛 Case Study 案例研究 液壓擠鍛(Hydraulic Swaging) 提供廠商 Pipecraft 縮減(圖四，五，六)管材的直徑。工件在操作中連續不斷旋轉以產生均勻表面。液壓擠鍛可以應用在各種輪廓，包括正方形，三角形及圓形輪廓斷面。 圖四 圖六 圖五 第06週

45 END 感謝您的聆聽!!