CN100506519C - 粉末成形体的成形方法及粉末成形金属模装置 - Google Patents
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Abstract
在成形部形成致密的润滑剂的被膜，稳定地得到高密度的粉末成形体。在向形成于成形模本体(2)的成形部(1A)填充原料粉末之后，将下、上冲头(3，4)与成形部(1A)嵌合，形成粉末成形体。在填充原料粉末(M)之前，将溶剂中溶解了润滑剂并使得成为均匀相的溶液(L)附着在成形部(1A)，使该溶液(L)蒸发从而在成形部(1A)形成晶体，形成晶析层(B)。在成形部(1A)的圆周面形成致密的润滑用的层(B)，能降低粉末成形体(A)从成形部(1A)取出压力的同时，也能够提高粉末成形体(A)的密度，能够更稳定地连续成形。
Description
技术领域
本发明涉及将原料粉末填充至粉末成形金属模中而成形的粉末成形体的成形方法以及粉末成形金属模装置。
背景技术
在烧结部件的制造中使用的压粉体，通过将Fe系、Cu系等原料粉末在成形模内加压成形来形成，此后经由烧结的工序制作烧结体。在成形工序中，使用成形模用压制机加压从而成形成形体。在该加压时，成形体和成形模之间发生摩擦。因此，在粉末混合时添加硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸锂等的不溶于水的脂肪酸系润滑剂，付与润滑性。
可是，这样的向原料粉末混合润滑剂的方法，对于提高成形体的密度是有极限的。于是，为了得到高密度的成形体，提出了：减少添加至原料粉末中的润滑剂，在成形模上涂敷与添加至原料粉末中的润滑剂相同的润滑剂，能够补偿润滑性不足的粉末成形体的成形方法。
这种过去的成形方法，例如公开于特许第3309970号公报(段落0012，0013)中，是包含下述工序的粉末成形体的成形方法：用喷雾枪向被加热的金属模内表面喷吹分散在高级脂肪酸系润滑剂中的水而涂布的涂布工序；向上述金属模填充金属粉末，以上述高级脂肪酸系润滑剂与该金属粉末化学地结合从而生成金属皂被膜的压力将该金属粉末加压成形的加压成形工序，当使用被加热、并在内表面涂布了硬脂酸锂之类的高级脂肪酸系润滑剂的金属模，向此金属模填充被加热的金属粉末，以该金属粉末与高级脂肪酸系润滑剂化学地结合从而生成金属皂被膜的压力将该金属粉末加压成形时，金属皂被膜在金属模的内表面产生，其结果金属粉末的成形体与金属模之间的摩擦力减少，取出成形体的压力小即能完成。
另外，成形用的金属模上由于使用与添加在原料粉末中的润滑剂相同的润滑剂，因此使用不溶于水的润滑剂，涂布在金属上的润滑剂以固体粉末的状态涂布。因此，也知道静电涂敷润滑剂的粉末、或用表面活性剂使在水中分散而干燥涂敷的方法。
可是，上述文献等记载的现有技术，由于分散在水中的润滑剂以固体粉末的状态、即以润滑剂的固体粉末分散存在于水中以混合的状态涂布在成形模上，因此未形成致密的被膜，有难于生产稳定的成形体的问题。
于是，本发明的目的是，提供在成形部形成致密且均匀的润滑剂的被膜，能够稳定地得到高密度的粉末成形体的粉末成形体的成形方法以及粉末成形金属模装置。
发明内容
本发明的第1项是粉末成形体的成形方法，其特征在于，是向形成于成形模本体的成形部填充原料粉末之后，将冲头与上述成形部嵌合从而形成粉末成形体的粉末成形体的成形方法，在该成形方法中，在填充上述原料粉末之前，使在溶剂中溶解了润滑剂的溶液附着在上述成形部，使该溶液蒸发从而在上述成形部形成晶析层。据此，在成形部形成用于润滑的致密的晶析层，能够减小粉末成形体的取出压力、还能够谋求提高粉末成形体的密度。
另外，第2-12项的发明是上述润滑剂使用选自含氧酸系(オキソ系)金属盐的1种或2种以上的物质；此外，第13项的本发明的上述溶液，是使水溶性的上述润滑剂以由上述润滑剂的1个分子形成上述晶析层厚度的浓度以上，但小于饱和浓度完全溶解在水中的溶液，同时，第14项的本发明是上述润滑剂为钾盐或钠盐。
此外，第15项的本发明是在上述润滑剂中添加了防腐剂，第16项的本发明是在上述润滑剂中添加了消泡剂，第17项的本发明是在上述润滑剂中添加了水溶性的溶剂，同时，第18项的本发明是上述水溶性的溶剂为醇或酮，第19项的本发明是在上述润滑剂中不含卤族元素。据此，确实在成形部能够形成致密的用于润滑的晶析层。
在这样的粉末成形体的成形方法中，例如在成形体的摩擦面，将磷酸氢二钾、磷酸氢二钠等的水溶液的磷酸系金属盐以1PPM以上小于饱和浓度完全溶于水，使之溶解变成均匀相后，通过在成形部的表面附着、蒸发，润滑剂的晶体成长，形成晶析层。
另外，第20项的发明是一种粉末成形金属模装置，其特征在于，设置了具有形成粉末成形体的侧面的贯通孔的成形模本体、从下方与上述贯通孔嵌合的下冲头、从上方与上述贯通孔嵌合的上冲头、与上述贯通孔相面对的润滑剂溶液的喷出部、设置在用上述贯通孔和与该贯通孔嵌合的下冲头构成的粉末成形体成形部周围的加热器、和将该加热器控制为高于上述溶液的蒸发温度的温度控制装置。
另外，第21项的发明是一种粉末成形金属模装置，其特征在于，设置了具有形成粉末成形体的侧面的贯通孔的成形模本体、从下方与上述贯通孔嵌合的下冲头、从上方与上述贯通孔嵌合的上冲头、与上述贯通孔相面对的润滑剂溶液的喷出部、设置在用上述贯通孔和与该贯通孔嵌合的下冲头构成的粉末成形体成形部周围的加热器、和将该加热器控制为高于上述溶液的蒸发温度、且低于上述润滑剂的熔融温度的温度控制装置。
根据第20项或第21项的构成，在向用成形模本体的贯通孔、和与该贯通孔嵌合的下冲头形成的成形部填充原料粉末之前，润滑剂的溶液附着在被加热的上述成形部，该溶液蒸发，在上述成形部的周围上述润滑剂致密地形成晶析层。此后，在填充了原料粉末之后，上述冲头从上方与上述贯通孔嵌合，成形了粉末成形体。据此，在成形部切实地形成润滑剂溶液的晶析层，能够减小粉末成形体的取出压力，还能谋求粉末成形体的密度提高，而且，能够稳定地连续成形。
附图的简单说明
图1A是表示本发明第1实施方案的第1工序模式图。
图1B是第1实施方案的部分P的放大截面图。
图2是表示本发明第1实施方案的第2工序模式图。
图3是表示本发明第1实施方案的第3工序模式图。
图4是表示本发明第1实施方案的第4工序模式图。
实施发明的最佳方案
以下参照图1-4说明本发明的第1实施方案。图1A表示第1工序，在该图中，1是在将后述的压粉体即粉末成形体A的侧面成形的成形模本体即模2上形成的贯通孔，从该贯通孔1的下方嵌合下冲头3，另一方面，从贯通孔1的上方嵌合上冲头4。而且，在模2的上面滑动自如地设置着供给原料粉末M的原料供给体即送料器5。而且，在贯通孔1的上方设置着将润滑剂的溶液L喷雾，从而将溶液L附着在成形部1A的附着装置即喷雾部6，该喷雾部6设置成面对贯通孔1的同时，通过自动开闭阀(未图示出)与溶液L的罐(未图示出)连接。另外，在用贯通孔1和与该贯通孔1嵌合的下冲头3构成的粉末成形体A的成形部1A的周围设置了加热器7和温度检测部8，这些加热器7和温度检测部8与作为温度控制装置的温度控制装置9连接，利用该温度控制装置9将贯通孔1的温度控制得高于溶液L的蒸发温度、且低于润滑剂的熔融温度。
在第1工序中，通过预先利用温度控制装置9控制的加热器7的热量，使贯通孔1的圆周面设定高于溶液L的蒸发温度、且低于润滑剂的熔融温度。并且，在下冲头3与贯通孔1嵌合形成成形部1A的状态下，打开自动开闭阀从喷雾部6将润滑剂的溶液L喷吹到被加热器7加热的模2的成形部1A上使之附着。此结果，溶液L蒸发、干燥，在贯通孔1的圆周面上晶体成长，如图1B所示，均匀地形成上述润滑剂的晶析层B。
其次，如图2的第2工序所示，送料器5前进，使原料粉末M落下填充至成形部1A中。其次，如图3的第3工序所示，使模2向下方移动的同时，从上方将上冲头4插入到贯通孔1的成形部1A中，用上冲头4和下冲头3夹住，压缩原料粉末M。此时，下冲头3下端固定不移动。在此第3工序中，原料粉末M以润滑状态在由润滑剂形成的晶析层B压缩。
这样加压成形的粉末成形体A，模2进一步向下方降落，如图4的第4工序所示，下冲头3的上面达到与模2的上面大致相同的高度时即能取出。即使在该取出时，粉末成形体A也以润滑状态与由润滑剂形成的晶析层B接触。这样，粉末成形体A取出后，再返回至第1工序，再向成形部1A喷雾溶液L，形成晶析层B之后，原料粉末M填充到成形部1A中。
以下通过表1-3说明实施例及比较例。表1-3中的实施例及比较例，均使用下述混合物：在作为原料粉末的铁粉(平均粒径90μm)中添加0.2重量％的作为润滑剂的硬脂酸锂(平均粒径5μm)，将添加后所得的物质用旋转混合机混合30分钟而得到混合物，并向成形加压面积1cm2的圆柱的成形模填充7g上述混合的原料粉末，此后，以8t/cm2的成形压力连续成形100个粉末成形体。实施例的粉末成形体，是使在水中溶解了水溶性润滑剂的溶液附着在被加热至150℃的成形模的成形部之后，使之蒸发、干燥，形成晶析层，此后，填充原料粉末而得到。比较例1是使在丙酮中分散了硬脂酸锂(平均粒径5μm)的液体附着在被加热至150℃的成形模的成形部之后，使之干燥而形成被膜，此后，填充原料粉末而得到。比较例2是在成形模上未使用润滑剂的情况。表中的密度的R是连续成形100个的成形体密度的最大值与最小值之差。
作为表1-3的比较结果，实施例中从成形模取出压粉体的取出压力在比较例1的取出压力以下即完成，另外，实施例能够谋求密度比比较例1提高，而且，密度的R非常小。据此，在实施例中即使连续成形也能够稳定进行高密度的成形。
上述润滑剂，作为水溶性的磷酸系金属盐，由表1～3可知：优选如磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸钠、多磷酸钾、多磷酸钠、磷酸核黄素钾、磷酸核黄素钠等在结构中含有磷酸系基团的物质。
作为水溶性的含硫酸盐系金属盐，由表1～3可知：优选如硫酸钾、硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代硫酸钠、十二烷基硫酸钾、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯硫酸钾、十二烷基苯硫酸钠、食用蓝色1号(C37H34N2Na2O9S3)、食用黄色5号(C16H10N2Na2O7S2)、抗坏血酸硫酸酯钾、抗坏血酸硫酸酯钠等在结构中含有硫酸系基团的物质。
作为水溶性的硼酸系金属盐，由表1～3可知：优选如四硼酸钾、四硼酸钠等在结构中含有硼酸系基团的物质。
作为水溶性的硅酸系金属盐，由表1～3可知：优选如硅酸钾、硅酸钠等在结构中含有硅酸系基团的物质。
作为水溶性的钨酸系金属盐，由表1～3可知：优选如钨酸钾、钨酸钠在结构中含有钨酸系基团的物质。
作为水溶性的有机酸系金属盐，由表1～3可知：优选如乙酸钾、乙酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸钠、抗坏血酸钾、抗坏血酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钠等在结构中含有有机酸系基团的物质。
作为水溶性的含氮酸系金属盐，由表1～3可知：优选如硝酸钾、硝酸钠等在结构中含有含氮酸系基团的物质。
作为水溶性的碳酸系金属盐，由表1～3可知：优选如碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠等在结构中含有碳酸系基团的物质。
可使用所列举出的润滑剂的1种或2种以上。
水溶性润滑剂的浓度定为：由上述润滑剂的1个分子形成上述晶析层B厚度的浓度以上，但小于饱和浓度。具体讲，定为1PPM～饱和浓度。这是因为，当小于1PPM时，如果附着在成形模上的润滑剂不为多量，则难以稳定地得到具有润滑性的晶析相的被膜，当为饱和浓度以上时，润滑剂未溶解完，就成为固体而沉淀，进行由喷雾部6的附着的场合，发生喷雾部6堵塞等的不良情况。
另外，溶解的水，优选蒸馏水和离子交换水这些消除了金属成分和卤元素成分的水。根据润滑剂的种类，有时容易地与水中的金属成分置换生成沉淀物从而引起不良情况，另外，多量地含有卤素成分的场合，压粉体易粘结，或在烧结时生成二噁英等有害物质，有时引起这些不良情况。
而且，根据润滑剂的种类不同，有微生物繁殖易腐烂的问题，有时成分变化或发生恶臭，但通过添加防腐剂，能够防止微生物发生。对于防腐剂优选苯甲酸钠等的不损害润滑性、对人体的有害性低、不含卤元素成分的防腐剂。
另外，根据润滑剂的种类不同，有易发生起泡的问题，在使溶液L附着在成形部1A时，有可能产生起泡从而原料粉末变硬，但通过添加醇或酮这些水溶性的溶剂或消泡剂，能够防止泡发生。对于醇或酮，优选乙醇和丙酮等的不损害润滑性、对人体的有害性低、不含卤元素成分的醇或酮。
对于醇或酮这些水溶性的溶剂，通过使用沸点或蒸发潜热比水低的物质，也有时不需要缩短蒸发、干燥时间、或使成形模本体2为高温。
当这些润滑剂及添加物、溶解的水中含有卤元素时，在碳成分共存中进行烧结这一铁系粉末冶金中经常使用的条件下，担心二噁英等的微量、毒性高的成分生成，因此优选不含有卤元素。
成形模本体2的温度或混合的原料粉末M，使之为高温时有缩短干燥时间和中温成形的效果等，故优选，但如果没有不良情况则也可以是常温。使之为高温的场合，原料粉末变硬、或润滑剂向金属模(成形部1A)的底部流下，因此稳定地中温成形困难，故优选在设定温度下不熔融的润滑剂，但如果没有不良情况，则也可以是半熔融状态或高粘性状态、2种以上的润滑剂配合的1种以上为熔融状态。过去使用的硬脂酸锌在约120℃熔融，硬脂酸锂在约220℃熔融，因此在那以上的温度下稳定地中温成形是困难的，但在本发明的润滑剂之中，存在多数的在220℃以上不熔融的物质，其中也含有超过1000℃也不熔融的物质，因此设定为高温直到金属模(成形部1A)的耐热温度或原料粉末的氧化温度极限，可容易稳定地中温成形。但是，那种场合，有原料粉末流动性的问题等，因此优选添加到混合的原料粉末M中的润滑剂也为在高温下不熔融的物质、例如使本发明的润滑剂为粉末状的物质或为作为固体润滑剂的石墨和二硫化钼等、或不放入润滑剂只由成形模润滑而成形。
如以上所述，在上述实施方案中，在向形成于成形模本体2的成形部1A填充原料粉末M之后，将下、上冲头3、4与上述成形部1A嵌合，成形粉末成形体的粉末成形体的成形方法中，在填充上述原料粉末M之前，将溶剂中溶解润滑剂并使得变成均匀相的溶液L附着在上述成形部1A，使该溶液L蒸发，在上述成形部1A形成晶体，形成晶析层B，据此在成形部1A的圆周面形成致密的润滑用的层B，在能够降低粉末成形体A从成形部1A取出的压力的同时，也能够提高粉末成形体A的密度。
另外，设置具有形成粉末成形体A的侧面的贯通孔的成形模本体2、从下方与上述贯通孔1嵌合的下冲头3、从上方与上述贯通孔1嵌合的上冲头4、与上述贯通孔1相面对的润滑剂溶液L的喷出部6、设置在用上述贯通孔1和与该贯通孔1嵌合的下冲头3构成的粉末成形体A的成形部1A周围的加热器7、将该加热器7控制为高于上述溶液L的蒸发温度、且根据需要低于上述润滑剂熔融温度的温度控制装置9，在向成形部1A填充原料粉末M之前，使被加热的上述成形部1A附着润滑剂的溶液L，使该溶液L蒸发，在上述成形部1A的周围致密地形成上述润滑剂的晶析层B，据此在成形部1A的圆周面形成致密的润滑用的层B，在能够降低粉末成形体A从成形部1A取出的压力的同时，也提高粉末成形体A的密度，能够更稳定地连续成形。
本发明并不限定于上述实施方案，在本发明的要旨的范围内，可进行种种的变形实施。另外，在上述实施方案中，所谓在溶剂中溶解了润滑剂的溶液，也可以包括在溶剂中溶解了一部分润滑剂的溶液。另外，在填充上述原料粉末之前，使上述溶液附着在上述成形部，使该溶液蒸发从而在上述成形部形成晶析层之后，将冲头与上述成形部嵌合，成形粉末成形体，但在填充上述原料粉末之前，不需要一定使溶液附着在上述成形部，使该溶液蒸发从而在上述成形部形成晶析层，例如在起初的粉末成形体的成形后，不使溶液附着在上述成形部，就利用起初的晶析层直接填充原料粉末并进行接下来的成形，其次，在填充第3次的原料粉末之前，使溶液附着在上述成形部，使该溶液蒸发，在上述成形部形成第2次的晶析层，也可以这样地断续或连续地使溶液附着在上述成形部。
Claims (6)
1.一种粉末成形体的成形方法，其特征在于，是向形成于成形模本体的成形部填充Fe系或Cu系金属的原料粉末之后，将冲头与上述成形部嵌合从而成形粉末成形体的粉末成形体的成形方法，在该成形方法中，在填充上述原料粉末之前，使在溶剂中溶解了润滑剂的溶液附着在上述成形部，使该溶液蒸发从而在上述成形部形成晶析层，
其中在上述溶液中，上述润滑剂是磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、磷酸钠、多磷酸钠、磷酸核黄素钠、硫酸钾、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯硫酸钠、食用蓝色1号、食用黄色5号、抗坏血酸硫酸酯钠、四硼酸钠、硅酸钠、钨酸钠、乙酸钠、苯甲酸钠、抗坏血酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钠、硝酸钾、碳酸钠或者碳酸氢钠，
使上述润滑剂以由上述润滑剂的1个分子形成上述晶析层厚度的浓度以上，但小于饱和浓度完全溶于水而溶解变成均匀相，使该溶液附着在上述成形部，通过上述润滑剂的晶体成长，形成上述晶析层。
2.根据权利要求1所述的粉末成形体的成形方法，其特征在于，在上述润滑剂中添加了防腐剂。
3.根据权利要求1所述的粉末成形体的成形方法，其特征在于，在上述润滑剂中添加了消泡剂。
4.根据权利要求1所述的粉末成形体的成形方法，其特征在于，在上述润滑剂中添加了水溶性的溶剂。
5.根据权利要求4所述的粉末成形体的成形方法，其特征在于，上述溶剂是醇或酮。
6.一种粉末成形金属模装置，其中向形成于成形模本体的成形部填充Fe系或Cu系金属的原料粉末之后，将冲头与上述成形部嵌合从而成形粉末成形体时，在填充上述原料粉末之前，使在溶剂中溶解了润滑剂的溶液附着在上述成形部，使该溶液蒸发从而在上述成形部形成晶析层，上述溶液是使水溶性的下述润滑剂以由该润滑剂的1个分子形成上述晶析层厚度的浓度以上，但小于饱和浓度完全溶于水而溶解变成均匀相，使该溶液附着在上述成形部，通过润滑剂的晶体成长，形成上述晶析层，其中，设置了具有形成粉末成形体的侧面的贯通孔的成形模本体、从下方与上述贯通孔嵌合的下冲头、从上方与上述贯通孔嵌合的上冲头、与上述贯通孔相面对的润滑剂溶液的喷出部、设置在用上述贯通孔和与该贯通孔嵌合的下冲头构成的粉末成形体成形部周围的加热器、和将该加热器控制为高于上述溶液的蒸发温度的温度控制装置，并且其中在上述溶液中，上述润滑剂是磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、磷酸钠、多磷酸钠、磷酸核黄素钠、硫酸钾、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯硫酸钠、食用蓝色1号、食用黄色5号、抗坏血酸硫酸酯钠、四硼酸钠、硅酸钠、钨酸钠、乙酸钠、苯甲酸钠、抗坏血酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸钠、硝酸钾、碳酸钠或者碳酸氢钠。
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