CN107206497B - 烧结体表面致密化用精整模具、致密化方法和得到的产品 - Google Patents

烧结体表面致密化用精整模具、致密化方法和得到的产品 Download PDF

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Abstract

本发明在用直线部(11、21)对烧结体(1)进行压缩而进行精整的模具中，上部侧锥部(15、25)被设置在模上部(13)和模芯上部(23)，直线部(11、21)被设置在模下部(14)和模芯下部(24)。模上部(13)和模芯上部(23)的材质的杨氏模量比模下部(14)和模芯下部(24)的材质的杨氏模量高，且模上部(13)和模芯上部(23)由比烧结体(1)的杨氏模量高出50GPa以上的材质组成。依据这些，能够以少量的减径挤压加工值(S)使烧结体(1)致密化。另外，通过用模上部(13)和模芯上部(23)的高杨氏模量的材质的锥部不进行压缩而进行减径挤压加工，从而能够防止模具破损，同时，能够抑制起因于减径挤压加工的模具的磨损。

Description

烧结体表面致密化用精整模具、致密化方法和得到的产品
技术领域
本发明为关于烧结体表面致密化用精整模具及使用其的制造方法和产品的发明。
背景技术
已知在粉末冶金中，在压缩将金属作为主要原料的原料粉末而形成压坯后，将该压坯进行加热而烧结，由此成型规定形状的烧结体。由于在如此压缩成型原料粉末后烧结的烧结体的产品形状的自由度大，从而能够廉价地制造形状比较复杂的产品(例如专利文献1)。
但是，例如在如各种齿轮那样使用时与链条或其它齿轮接触而受到应力的部件中，为了降低接触部分的磨损和提高接触部分的强度，通过减少该接触部分表面的气孔而使之致密化。
另一方面，为了改善在烧结时因变形而变差的尺寸精度，在烧结后实施用压力机进行再压缩的精整。
以往，作为致密化的方法，人们尝试着在精整时施加高压，或者用煅烧使烧结体软化的状态下进行再压缩，并且尝试着轧制和珠击处理、冷锻、热锻等方法。
但是，如果在精整时过于施加高压则存在模具容易破损的问题。而且，在煅烧后增加压缩和轧制、珠击处理、锻造等工序，存在加大成本的问题。
在此，作为在精整时不施加高压而对表面进行致密化的方法，人们尝试着通过对精整模具赋予阶梯、突起或锥度，或赋予较大的减径挤压加工值，或进行压印而使表面致密化的方法(专利文献2、3、4、5)。
专利文献1：日本特开2007-31814号公报
专利文献2：日本特开2010-229433号公报
专利文献3：美国专利第2542912号说明书
专利文献4：日本特开2004-10906号公报
专利文献5：日本特开平5-85995号公报
如上述专利文献2、3、4、5所述那样，对模具赋予阶梯、突起或锥度的方法存在着阶梯、突起或锥度部分容易受磨损的问题。而加大减径挤压加工值或进行压印的方法则存在着在精整后加大烧结体的毛刺的问题。
另外，存在着若烧结体的杨氏模量与模具的杨氏模量同等则难以进行表面致密化的问题，且存在着若提高模具的杨氏模量则在压缩时模具容易破损的问题。
发明内容
在此，本发明用于解决上述问题，其目的在于提供一种烧结体表面致密化用精整模具及使用其的制造方法，在进行精整的同时进行烧结体的表面致密化时，能够防止模具的磨损及破损和精整后的烧结体产生毛刺。
方案1的发明为，在用直线部(ストレート部)对通过烧结金属粉末的成型体而获得的烧结体进行压缩而进行精整的模具中，锥部被设置在模具构件的上部，所述直线部被设置在模具构件的下部，所述模具构件的上部的材质的杨氏模量比所述模具构件的下部的材质的杨氏模量高，且所述模具构件的上部由比所述烧结体的杨氏模量高出50GPa以上的材质所形成。
方案2的发明为，所述模具构件为模(die)。
方案3的发明为，所述模具构件为模芯。
方案4的发明为，在所述模具构件的下部，下部侧锥部被设置在所述模具构件的上部的锥部和所述直线部之间。
方案5的发明为，在所述模的下部，下部侧锥部被设置在所述模的上部的锥部和所述直线部之间。
方案6的发明为，在所述模芯的下部，下部侧锥部被设置在所述模芯的上部的锥部和所述直线部之间。
方案7的发明为，所述模具构件的上部被形成为所述模具构件的上部具有在所述烧结体脱模时该烧结体不会与所述模具构件的上部接触的尺寸。
方案8的发明为，所述模的上部被形成为所述模的上部的尺寸大于在所述烧结体脱模时由于该烧结体的外径回弹引发的膨胀尺寸。
方案9的发明为，所述模芯的上部被形成为所述模芯的上部的尺寸小于在所述烧结体脱模时由于该烧结体的内径回弹引发的收缩尺寸。
方案10的发明为，所述模具构件的上部的材质采用杨氏模量为300GPa以上的材质，所述模具构件的下部的材质采用杨氏模量低于300GPa的材质。
方案11的发明为，所述模具构件的上部的材质采用硬质合金，所述模具构件的下部的材质采用铁类工具钢。
方案12的发明为，以所述模具构件的上部为基准，所述烧结体的减径挤压加工值为0.1mm以下。
方案13的发明为，所述模具构件的上部的锥部的接近角(approach angle)小于10°。
方案14的发明为，使用方案1～6中的任一项所述的精整模具，在对所述烧结体的表面进行精整的同时对所述烧结体的表面进行致密化。
方案15的发明为，在所述烧结体从所述模具构件的上部的所述锥部被插入至所述模具构件的下部的所述直线部时，通过所述锥部对所述烧结体进行精整，且在所述模具构件的下部的所述直线部用模冲从上下方向压缩所述烧结体，从而对所述烧结体进行精整的同时对所述烧结体的表面进行致密化。
方案16的发明为，精整前的所述烧结体的杨氏模量为200GPa以上。
方案17的发明为，不再加工精整后的所述烧结体。
方案18的发明为，该产品通过方案14～16中的任一项所述的制造方法进行制造。
依据以上构成，在进行精整的同时进行烧结体表面致密化时，能够防止模具的磨损及破损和精整后的烧结体产生毛刺。
附图说明
图1为表示本发明的实施例1的模具的剖面图。
图2为表示本发明的实施例1的减径挤压加工烧结体前的模具的剖面图。
图3为表示本发明的实施例1的用直线部加压烧结体的状态的模具的剖面图。
图4为表示本发明的实施例1的已排出烧结体的状态的模具的剖面图。
图5为表示本发明的实施例1的模具的剖面图。
图6为表示本发明的实施例2的模具的剖面图。
图7为表示本发明的实施例3的模具的剖面图。
图8为表示本发明的实施例4的模具的剖面图。
图9为表示本发明的实施例5的模具的剖面图。
图10为表示本发明的实施例6的模具的剖面图。
图11为表示本发明的实施例7的模具的剖面图。
具体实施方式
参照附图对本发明中的优选的实施方式进行详细说明。需要说明的是，在以下所说明的实施方式并不为限定权利要求书所记载的本发明的内容。另外，以下所说明的内容均并非为限定本发明的必要条件。在各个实施例中通过采用与以往不同的烧结体表面致密化用精整模具，从而得到以往所未有的烧结体表面致密化用精整模具及使用其的制造方法和产品，并对该烧结体表面致密化用精整模具及使用其的制造方法和产品进行说明。
实施例1
以下使用附图对本发明中的实施例1进行详细说明。对轴承或各种齿轮等的产品的制造方法的一事例进行说明。产品通过如下方法形成：加压成型Fe类等的原料粉末而形成压坯，且烧成该压坯形成烧结体1，并通过精整(矫正)该烧结体1而形成该产品。该产品为由烧结体1组成的齿轮。需要说明的是，可将精整前的烧结体1的杨氏模量设为200Gpa以上。
图1～图5表示精整模具2。如图1～图5所示，用于烧结体1的精整的精整模具2将上下方向作为轴向(压力机上下轴向)，且包含模3、模芯4、下模冲5以及上模冲6。模3大致为圆筒状，且大致柱状的模芯4同轴性地置于该模3内。另外，模3具有与所述烧结体1的外周表面形状相对应的内周表面7，模芯4具有与烧结体1的内周表面形状相对应的外周表面8。下模冲5为大致筒状，且从下方上下活动自如地嵌合在模3和模芯4之间。上模冲6为大致筒状，该上模冲6从上方上下活动自如地且插卸自如地嵌合在模3和模芯4之间。需要说明的是，所述模3和模芯4为模具构件。
所述模3具有剖面形状大致一定的模直线部11。于该模直线部11的上部具有朝向上方扩大的模锥部12。另外，所述模3在作为模3的上部的模上部13和作为模3的下部的模下部14的材质不同。
另外，同样，所述模芯4具有剖面形状大致一定的模芯直线部21。于该模芯直线部21的上部具有朝向上方缩小的模芯锥部22。另外，所述模芯4在作为模芯4的上部的模芯上部23和作为模芯4的下部的模芯下部24的材质不同。
在该例中，所述模3在所述模锥部12的高度方向中途与所述模3的轴向交差的平面方向上划分为模上部13和模下部14，且将这些模上部13和模下部14设置为一体。需要说明的是，模上部13被形成为大致一定的厚度。另外，所述模锥部12由所述模上部13的模上部侧锥部15和与该模上部侧锥部15相连的所述模下部14的模下部侧锥部16组成。而且，作为中间部的所述模下部侧锥部16被设置在所述模上部侧锥部15和所述模直线部11之间，且模直线部11的内径NS比模上部侧锥部15的下端15K的最小直径NK小。
另外，模上部13虽被一体设置在模下部14，但也可以通过螺钉等的固定单元(未图示)将模上部13装卸自如地设置在模下部14。在这种情况下，可以简便地进行模上部13的更换。
另外，同样，所述模芯4在所述模芯锥部22的高度方向中途与所述模芯4的轴向交差的平面方向上划分为模芯上部23和模芯下部24，且将这些模芯上部23和模芯下部24设置为一体。需要说明的是，模芯上部23被形成为大致一定的厚度。另外，所述模芯锥部22由所述模芯上部23的模芯上部侧锥部25和与该模芯上部侧锥部25相连的所述模芯下部24的模芯下部侧锥部26组成。而且，作为中间部的所述模芯下部侧锥部26被设置在所述模芯上部侧锥部25和所述模芯直线部21之间，且模芯直线部21的外径GS比模芯上部侧锥部25的下端25K的最大直径GK大。
另外，模芯上部23虽被一体设置在模芯下部24，但也可以通过螺钉等的固定单元(未图示)将模芯上部23装卸自如地设置在模芯下部24。在这种情况下，可以简便地进行模芯上部23的更换。
所述模上部13和所述模芯上部23的材质的杨氏模量比所述模下部14和所述模芯下部24的材质的杨氏模量高，优选用比精整前的所述烧结体1的杨氏模量高50GPa以上的材料形成所述模上部13和所述模芯上部23。需要说明的是，模下部14和模芯下部24的韧性比模上部13和模芯上部23的韧性强。而且，能够进行精整前的杨氏模量为200GPa以上的烧结体1的精整。进一步，模下部14和模芯下部24由比烧结体1的杨氏模量高的材质组成，且模下部14和模芯下部24的0.2％屈服强度也比烧结体1高。需要说明的是，模上部13和模芯上部23可以使用同样的材质，另外，模下部14和模芯下部24也可以使用同样的材质。
另外，将杨氏模量为300GPa以上的材质用于模上部13和模芯上部23的材质，将杨氏模量低于300GPa的材质用于模下部14和模芯下部24的材质。另外，硬质合金被用于模上部13和模芯上部23，铁类工具钢被用于模下部14和模芯下部24。
作为被用于模上部13和模芯上部23的硬质合金，在JIS规格的JIS B4053中，可例示V10、V20、V30、V40、V50、HW-P01、HW-P10、HW-P20、HW-P30、HW-P40、HW-P50、HW-M10、HW-M20、HW-M30、HW-M40、HW-K01、HW-K10、HW-K20、HW-K30、HW-K40、HT-P01、HT-P10、HT-P20、HT-P30、HT-P40、HT-P50、HT-M10、HT-M20、HT-M30、HT-M40、HT-K01、HT-K10、HT-K20、HT-K30、HT-K40、HF-P01、HF-P10、HF-P20、HF-P30、HF-P40、HF-P50、HF-M10、HF-M20、HF-M30、HF-M40、HF-K01、HF-K10、HF-K20、HF-K30、HF-K40、HC-P01、HC-P10、HC-P20、HC-P30、HC-P40、HC-P50、HC-M10、HC-M20、HC-M30、HC-M40、HC-K01、HC-K10、HC-K20、HC-K30、HC-K40。这些硬质合金的杨氏模量为400～650GPa左右。
另外，作为硬质合金，在CIS(硬质工具协会)规格019D中，可例示VF-10、VF-20、VF-30、VF-40、VM-10、VM-20、VM-30、VM-40、VM-50、VM-60、VC-40、VC-50、VC-60、VC-70、VC-80、VU-40、VU-50、VU-60、VU-70、VU-80、RC-50、RC-60、RC-70、RC-80、RU-50、RU-60、RU-70、RU-80、NF-20、NF-30、NF-40、NM-40、NM-50、NM-60、NM-70、NC-60、NC-70、NC-80。这些硬质合金的杨氏模量为440～650Gpa左右。
作为被用于模下部14和模芯下部24的铁类工具钢，在JIS规格的合金工具钢(JISG4404)中，可例示SKS3、SKS31、SKS93、SKS94、SKS95、SKD1、SKD2、SKD4、SKD5、SKD6、SKD7、SKD8、SKD10、SKD11、SKD12、SKD61、SKD62、SKT3、SKT4、SKT6等，在高速工具钢(JIS G4403)中，可例示SKH2、SKH3、SKH4、SKH10、SKH40、SKH50、SKH51、SKH52、SKH53、SKH54、SKH55、SKH56、SKH57、SKH58、SKH59，除此之外可例示碳工具钢(JIS G4401)。这些工具钢的杨氏模量为200～230GPa左右。
如图2所示，为了防止烧结体1发生毛刺，使烧结体1在模上部13和模芯上部23中的减径挤压加工值S为0.01mm以上且0.1mm以下。需要说明的是，使模3中的减径挤压加工值S为烧结体1的外径尺寸与上部侧锥部15的下端15K中的内径尺寸之差的二分之一。另外，使模芯4中的减径挤压加工值S为烧结体1的内径尺寸与上部侧锥部25的下端25K中的外径尺寸之差的二分之一。
进一步，所述上部侧锥部15和所述上部侧锥部25的接近角θ为0.0001°以上且小于10°。这样，通过将接近角θ设为小于10°，从而能够抑制精整后的烧结体1发生毛刺和上部侧锥部15、上部侧锥部25的磨损。另外，如果接近角θ越小则上部侧锥部15、上部侧锥部25越长，并且成本增加且难以设置。因此，优选接近角θ为0.0001°以上。需要说明的是，在附图中，为了便于理解，在图中用20°图示接近角θ。
接下来，对精整方法加以说明。首先，如图2所示，在上部侧锥部15、上部侧锥部25的位置上配置烧结体1，并且将烧结体1压入到直线部11和直线部21。
此时，使烧结体1通过比烧结体1的杨氏模量高的上部侧锥部15和上部侧锥部25，从而烧结体1被减径挤压加工而被精整，进而烧结体1的外表面和内表面被致密化。接下来，在直线部11和直线部21中，通过上模冲6和下模冲5压缩烧结体1，烧结体1的表面被致密化，从而烧结体1表面的空位基本消失。
即，在高杨氏模量的上部侧锥部15、上部侧锥部25，烧结体1仅被减径挤压加工，而并未被压缩。通过减径挤压加工，烧结体1在径向上被挤压的同时塑性变形，同时也在上下方向上塑性变形，从而烧结体1的表面被致密化，但烧结体1表面的空位以上下延伸的方式残存着。然后，通过下模冲5和上模冲6，在比所述上部侧锥部15、上部侧锥部25的杨氏模量低的直线部11和直线部21中压缩烧结体1，从而烧结体1的表面被致密化且空位消失。压缩压力根据烧结体和模具的材质会有所不同，在烧结体为铁类，下部模具为铁类工具钢的情况下，压缩压力优选为1～14t/cm2左右。如果压缩压力低于1t/cm2则致密化不充分，如果压缩压力超过14t/cm2则即使为铁类工具钢的模具也有可能破损，并且烧结体的毛刺增大。压缩压力更优选为4～10t/cm2左右。
进一步，在上模冲6向上方后退后，下模冲5上升，从而排出烧结体1。但这时，已被从直线部11、直线部21推挤出的烧结体1因回弹而外径扩大的同时内径缩小，如后所述那样，由于烧结体1不与上部侧锥部15、上部侧锥部25接触，从而能够防止杨氏模量高的上部侧锥部15、上部侧锥部25的磨损和损伤。
之所以如上那样设置上部侧锥部15、上部侧锥部25，是因为在减径挤压加工烧结体1时阶梯或突起的部分集中性地受到磨损。另外，是因为在减径挤压加工烧结体1时，由于烧结体1的表层厚度部分在阶梯或突起中朝向上模冲6和下模冲5的移动方向塑性变形，从而烧结体1容易发生毛刺。
另外，通过将上部侧锥部15、上部侧锥部25设为比烧结体1的杨氏模量高出50GPa以上的材质，从而能够以少的减径挤压加工值S使烧结体1致密化。进一步，通过用模上部13和模芯上部23的杨氏模量高的材质的上部侧锥部15、上部侧锥部25不压缩烧结体1而进行减径挤压加工，从而能够防止模具构件的破损。另外，通过将杨氏模量高的高硬度的材质用在模上部13和模芯上部23的上部侧锥部15、上部侧锥部25，从而能够抑制由于减径挤压加工所致的模具的磨损。
另外，通过将杨氏模量低的高韧性的材质用于模下部14和模芯下部24的直线部11和直线部21，从而能够抑制由于压缩所致的模具的破损。
另外，通过划分为上部侧锥部15和上部侧锥部25的减径挤压加工部和直线部11、直线部21的压缩部，能够仅对模具的已磨损的部分进行更换，从而能够抑制模具成本。
而且，之所以用模下部14和模芯下部24的直线部11、直线部21对烧结体1施加压缩，是因为仅进行减径挤压加工则表面致密化不充分。
进一步，通过将模上部13和模芯上部23设计为其具有脱模时不会与烧结体1接触的尺寸，从而能够防止烧结体1的毛刺发生。在该例中，如果模上部侧锥部15的下端15K的最小直径NK比已被从直线部11、直线部21推挤出的烧结体1由于回弹而扩大的外径大，并且模芯上部侧锥部25的下端25K的最大直径GK比已被从直线部11和直线部21推挤出的烧结体1由于回弹而缩小的内径小，则在脱模时模上部13和模芯上部23不会与烧结体1接触。另一方面，在脱模时，烧结体1也可与模下部14和模芯下部24的下部侧锥部16和下部侧锥部26接触。需要说明的是，一般说来，杨氏模量高且硬度高的材质的韧性低，故模具容易出现裂缝、欠缺或破损，但不易磨损。另外，一般说来，杨氏模量低且韧性高的材质的硬度低，故模具容易磨损，但不易破损。另外，一般说来，若减径挤压加工值S大，则容易在烧结体1产生毛刺且模具容易破损。
但是，如实施例所示，由于锥部12、锥部22由杨氏模量高的上部侧锥部15、上部侧锥部25和与此相连的杨氏模量低的下部侧锥部16、下部侧锥部26组成，因此，在下部侧锥部16、下部侧锥部26中，会发生烧结体1有时被减径挤压加工，有时不被减径挤压加工的情况。其原因在于，由于模下部14和模芯下部24的模具材质的杨氏模量比模上部13和模芯上部23的模具材质的杨氏模量小，因此，用上部侧锥部15、上部侧锥部25所减径挤压加工的烧结体1塑性变形，外径方向的尺寸变小的同时内径方向的尺寸变大。在至少作为下部侧模具的模下部14和模芯下部24的尺寸与上部侧锥部15、上部侧锥部25的下端15K、下端25K的尺寸相同的情况下(如图10所示，在下部侧锥部无锥度而随即成为直线部11、直线部21的情况下)，在模下部14和模芯下部24中，仅靠烧结体1、模下部14以及模芯下部24相互弹性变形，烧结体1不会被减径挤压加工。在此，将下部侧锥部16、下部侧锥部26设置在模下部14和模芯下部24的理由在于，在下部侧锥部16、下部侧锥部26用上模冲6和下模冲5进行压缩之前尽可能使烧结体1弹性变形，从而在烧结体1到达直线部11、直线部21时，使烧结体1处于即将塑性变形的弹性变形状态或已稍许塑性变形的状态，由此，在通过上模冲6和下模冲5的压缩且通过塑性变形消除表面的空位时，用上部侧锥部15、上部侧锥部25进行减径挤压加工后的烧结体1的外径并不会变大，另外，烧结体1的内径也并不会变小。即，如果在模下部14以及模芯下部24无锥部，并且模下部14以及模芯下部24的直径与上部侧锥部15、上部侧锥部25的下端15K、下端25K的直径相同，则在压缩时，由于与模上部13和模芯上部23相比较，模下部14以及模芯下部24的杨氏模量低，因此有可能导致在锥部12、锥部22中烧结体1的外径扩大的同时烧结体1的内径收缩。
另外，如果在从模具脱模时由于回弹而烧结体1的外径加大的同时其内径变小，则会被上部侧锥部15、上部侧锥部25再次减径挤压加工，从而导致上部侧锥部15、上部侧锥部25破损、或磨损加大或烧结体1容易发生毛刺。为防止以上诸多问题的发生，优选设置下部侧锥部16、下部侧锥部26。
而且，关于下部侧锥部16、下部侧锥部26中的减径挤压加工值S’，优选以用上部侧锥部15、上部侧锥部25所减径挤压加工的烧结体1开始塑性变形前后附近的数值设置下部侧锥部16、下部侧锥部26的减径挤压加工值S’。如果用下部侧锥部16、下部侧锥部26使烧结体1过于塑性变形则产生毛刺；如果弹性变形过小则在脱模时发生接触，从而模上部13和模芯上部23容易发生破损或磨损或烧结体1容易产生毛刺。需要说明的是，如图2所示，下部侧锥部16、下部侧锥部26的减径挤压加工值S’为下部侧锥部16、下部侧锥部26的上端和下端的半径尺寸之差。
需要说明的是，为了在脱模时不使烧结体1与上部侧锥部15、上部侧锥部25接触，可通过加大下部侧锥部16、下部侧锥部26的减径挤压加工值S’、且通过用下部侧锥部16、下部侧锥部26减径挤压加工烧结体1，从而使烧结体1塑性变形，并且将烧结体1的径向尺寸缩小至在脱模时烧结体1不会与模上部13和模芯上部23接触的尺寸。在这样的情况下，可依据烧结体1的材质、烧结体1的大小以及压缩时所施加的力等来设置模3、模芯4的尺寸。
另外，进行了使用作为本发明例的实施例1的精整模具2的试验和使用比较例的模具的试验。
[表1]
在表1中，上部的杨氏模量为模上部13和模芯上部23的杨氏模量；下部的杨氏模量为模下部14以及模芯下部24的杨氏模量。而且，通过变更减径挤压加工值S、模具上部的杨氏模量以及烧结体1的杨氏模量而进行了试验。
需要说明的是，接近角θ均设为5°，且将通过直线部11、直线部21中的下模冲5、上模冲6所施加的压缩压力设为10t/cm2。另外，烧结体1为铁类烧结体，其使用相对密度为94％的铁类烧结体。而且，对精整后的烧结体1而言，根据0～0.3mm表面相对密度是否达到97％来评价有无致密化，以及根据有无0.5mm以上的毛刺来评价有无毛刺。将有毛刺又有致密化的情况标记为△、无毛刺且有致密化的情况标记为○、无致密化的情况标记为×，且将评价结果记载于表1。
以上的结果表明，通过将模上部13和模芯上部23的杨氏模量设为比精整前的烧结体1的杨氏模量高50GPa以上即可进行表面致密化。另外，通过将减径挤压加工值S设为0.1mm以下则能够防止毛刺发生。
[表2]
以上的结果表明，将接近角θ设为小于10°则能够防止毛刺。另外，以上的结果还表明，即使加大接近角θ，但如果模上部13和模芯上部23的杨氏模量不比精整前的烧结体1的杨氏模量高出50GPa以上，则表面不会被致密化。需要说明的是，之所以有毛刺仍被评价为△，是因为若在其后进行加工可以去除毛刺，虽增加去毛刺的工序会增加成本，但作为产品并非为致命的问题。
这样，在本实施例中，与方案1对应地，在用直线部11、直线部12对通过烧结金属粉末的成型体而获得的烧结体1进行压缩而进行精整的模具中，作为锥部的上部侧锥部15、作为锥部的上部侧锥部25被设置在作为模具构件的上部的模上部13和模芯上部23，直线部11、直线部21被设置在作为模具构件的下部的模下部14和模芯下部24。模上部13和模芯上部23的材质的杨氏模量比模下部14和模芯下部24的材质的杨氏模量高，且模上部13和模芯上部23由比烧结体1的杨氏模量高出50GPa以上的材质所形成，依据这些，能够以小的减径挤压加工值S使烧结体1致密化。另外，通过在模上部13和模芯上部23的高杨氏模量的材质的锥部不进行压缩而进行减径挤压加工，从而能够防止模具破损的同时能够抑制起因于减径挤压加工的模具的磨损。
另一方面，用模下部14和模芯下部24对烧结体1施加压缩。这是因为，仅进行减径挤压加工，其表面致密化不充分。通过对模下部14和模芯下部24使用与模上部13和模芯上部23不同的材质，即使用模下部14和模芯下部24的材质的杨氏模量比模上部13和模芯上部23的材质的杨氏模量低且高韧性的材料，从而能够抑制由直线部11、直线部21中的压缩引发的模具破损。
另外，在这样的本实施例中，与方案2对应地，由于模具构件为模3，对烧结体1进行精整的同时进行表面致密化时，能够防止模3的磨损和损伤。
另外，在这样的本实施例中，与方案3对应地，由于模具构件为模芯4，对烧结体1进行精整的同时进行表面致密化时，能够防止模芯4的磨损和损伤。
另外，在这样的本实施例中，与方案4对应地，由于在模下部14和模芯下部24处，在作为模上部13、模芯上部23的锥部的上部锥部15、上部锥部25和直线部11、直线部21之间设置下部侧锥部16、下部侧锥部26，且模下部14和模芯下部24的材质的杨氏模量比模上部13和模芯上部23的材质的杨氏模量低，从而用模上部13、模芯上部23的上部锥部15、上部锥部25减径挤压加工过的烧结体1进行塑性变形而尺寸变小。接下来，在模下部14和模芯下部24的下部侧锥部16、下部侧锥部26，模下部14和模芯下部24以及烧结体1相互弹性变形。而且，通过将下部侧锥部16、下部侧锥部26设置在模下部14和模芯下部24，在用直线部11、直线部21压缩之前，尽量使烧结体1弹性变形。在烧结体1到达直线部11、直线部21时，通过使烧结体1处于即将塑性变形的弹性变形状态或已稍许塑性变形的状态，由此，在通过压缩烧结体1且通过塑性变形消除烧结体1的表面的空位时，用模上部13、模芯上部23的上部锥部15、上部锥部25减径挤压加工过的烧结体1的外径不会扩大，且烧结体1的内径也不会缩小。需要说明的是，在模下部14和模芯下部24无下部侧锥部16、下部侧锥部26，即为相同直径的情况下，由于与模上部13、模芯上部23相比，模下部14和模芯下部24的杨氏模量小，由此，在压缩时烧结体1的外径扩大且内径缩小。而且，在脱模时，如果烧结体1的外径扩大且内径缩小，则烧结体1与模上部13、模芯上部23接触，从而导致再次被减径挤压加工，容易造成模上部13、模芯上部23的破损或磨损加大或烧结体1容易产生毛刺。但通过将下部侧锥部16、下部侧锥部26设置在模下部14和模芯下部24，能够防止这些缺陷的发生。
另外，在这样的本实施例中，与方案5对应地，由于在作为所述模3的下部的模下部14处，在作为模3的上部即模上部13的锥部的上部锥部15和模直线部11之间设置模下部侧锥部16，从而能够防止模上部13的破损或磨损加大或在烧结体1上产生毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案6对应地，由于在作为模芯4的下部的模芯下部24处，在作为模芯4的上部即模芯上部23的锥部的上部锥部25和模芯直线部21之间设置模芯下部侧锥部26，从而能够防止模芯上部23的破损或磨损加大或在烧结体1上产生毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案7对应地，由于作为模具构件的上部的模上部13和/或模芯上部23被形成为其具有在烧结体1脱模时该烧结体1不会与该模具构件的上部的模具上部13和/或模芯上部23接触的尺寸，所以，在烧结体1脱模时该烧结体1不会与该模具构件的上部的模上部13和/或模芯上部23接触，从而能够防止烧结体1在脱模时产生毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案8对应地，由于作为模3的上部的模上部13被形成为其尺寸大于在烧结体1脱模时由于该烧结体1的外径回弹引发的膨胀尺寸，从而在烧结体1脱模时该烧结体1不会与模上部13接触，能够防止烧结体1在脱模时产生毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案9对应地，由于作为模芯4的上部的模芯上部23被形成为其尺寸小于在烧结体1脱模时由于该烧结体1的内径回弹引发的收缩尺寸，从而在烧结体1脱模时，该烧结体1不会与模芯上部23接触，能够防止烧结体1在脱模时产生毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案10对应地，由于将杨氏模量为300GPa以上的材质用于作为模具构件的上部的模上部13和模芯上部23的材质，将杨氏模量低于300GPa的材质用于作为模具构件的下部的模下部14和模芯下部24材质，从而能够防止模上部13和模芯上部23的破损、磨损加大以及烧结体1产生毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案11对应地，由于将硬质合金用于作为模具构件的上部的模上部13和模芯上部23的材质，将铁类工具钢用于作为模具构件的下部的模下部14和模芯下部24的材质，从而能够防止模上部13和模芯上部23的破损、磨损加大以及烧结体1产生毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案12对应地，以作为模具构件的上部的模上部13和模芯上部23为基准，烧结体1的减径挤压加工值S为0.1mm以下。通过将减径挤压加工值S设为0.1mm以下，从而能够抑制精整后的烧结体1产生毛刺以及模具构件的上部的磨损。
另外，在这样的本实施例中，与方案13对应地，作为模具构件的上部的模上部13和模芯上部23的上部侧锥部15、上部侧锥部25的接近角θ小于10°。通过将接近角θ设为低于10°，从而能够抑制精整后的烧结体1产生毛刺以及模上部13和模芯上部23的磨损。
另外，在这样的本实施例中，与方案14对应地，由于制造方法为使用方案1～6中的任一项所述的精整模具2，在对烧结体1的表面进行精整的同时对烧结体1的表面进行致密化的制造方法，从而能够制造表面经过致密化的烧结体1。
另外，在这样的本实施例中，与方案15对应地，由于制造方法为在将烧结体1从作为模具构件上部的模上部13和模芯上部23的上部侧锥部15、上部侧锥部25插入至作为模具构件下部的模下部14和模芯下部24的直线部11、直线部21时，通过上部侧锥部15、上部侧锥部25对烧结体1进行精整，且在模下部14和模芯下部24的直线部11、直线部21，用模冲5、模冲6从上下方向压缩烧结体1，从而对烧结体1的表面进行精整的同时对烧结体1的表面进行致密化的制造方法，能够制造表面经过致密化的烧结体1。
另外，在这样的本实施例中，与方案16对应地，由于精整前的烧结体1的杨氏模量为200GPa以上，从而能够进行杨氏模量为200GPa以上的烧结体1的表面致密化。
另外，在这样的本实施例中，与方案17对应地，由于制造方法为不再加工精整后的烧结体1的制造方法且能够抑制在精整时产生毛刺，从而不需要再去除毛刺。
另外，在这样的本实施例中，与方案18对应地，由于产品为通过方案14～16中的任一项所述的制造方法而制造的产品，从而能够得到由表面已被致密化的烧结体1组成的产品。
另外，实施例的效果如下。可通过螺钉等的固定单元(未图示)将模上部13和模芯上部23装卸自如地设置在模下部14和模芯下部24。在这种情况下，可以简便地进行模上部13和模芯上部23的更换。另外，模下部14和模芯下部24由比烧结体1的杨氏模量高的材质组成，且模下部14和模芯下部24的0.2％屈服强度也比烧结体1大，从而能够在直线部11和直线部21中确切地进行精整。需要说明的是，优选对如上所述的模上部13和模芯上部23的所用材料选择比精整前的所述烧结体1的杨氏模量高出50GPa以上的材料。另外，优选对模下部14和模芯下部24的所用材料选择比精整前的所述烧结体1的杨氏模量高出30GPa以上的材料。
实施例2
图6表示本发明的实施例2，与上述实施例1相同的部分标以相同的符号，并省略其详细描述。在该例中，在模下部14的模下部侧锥部16的上部形成有平面环状的凹部31。在该凹部31固定设置有具有模上部侧锥部15的环状的模上部13A。另外，在模芯下部24的模芯下部侧锥部26的上部形成有平面环状的凹部32，且在该凹部32固定设置有具有模芯上部侧锥部25的环状的模芯上部23A。
因此，能够抑制杨氏模量高的模上部13和模芯上部23的成本。
这样，在本实施例中，也起到和上述实施例1同样的作用和效果。
另外，在该例中，由于将具有模上部侧锥部15的模上部13A形成为环状，且将该模上部13A设置在模下部14的凹部31，将具有模芯上部侧锥部25的模芯上部23A形成为环状，且将该模芯上部23A设置在模芯下部24的凹部32，从而能够削减模上部13A和模芯上部23A的材料费。
实施例3
图7表示本发明的实施例3，与上述各实施例相同的部分标以相同的符号，并省略其详细描述。在该例中，使用更换单元能够更换地设置上述实施例2中的模上部13和模芯上部23。
具体说来，通过使用环状的模用夹具33，且在将该模用夹具33的下表面与模上部13的上表面抵接的状态下，利用作为固定单元的螺钉34将模用夹具33固定在模下部14的上表面，从而将模上部13固定在模下部14，并且通过卸下螺钉能够更换模上部13。
另外，通过使用环状的模芯用夹具35，且在将该模芯用夹具35的下表面与模芯上部23的上表面抵接的状态下，利用作为固定单元的螺钉36将模芯用夹具35固定在模芯下部24的上表面，从而将模芯上部23固定在模芯下部24，并且通过卸下螺钉36能够更换模芯上部23。
这样，在本实施例中，也起到和上述各实施例同样的作用和效果。
另外，在该例中，由于具有将模上部13和模芯上部23装卸自如地固定在模下部14和模芯下部24的作为更换单元的夹具33和夹具35，从而具有能够简便地更换模上部13和模芯上部23的效果。
实施例4
图8表示本发明的实施例4，与上述各实施例相同的部分标以相同的符号，并省略其详细描述。在该例中，不设置模下部侧锥部16，而将模下部14的内周上侧角部进行倒圆角的弯曲部37形成在模上部侧锥部15和模直线部11之间，且模直线部11的内径比模上部侧锥部15的下端15K的内径小。需要说明的是，弯曲部37从下端15K开始弯曲。
另外，不设置模芯下部侧锥部26，而将模芯下部24的外周上侧角部进行倒圆角的弯曲部38形成在模芯上部侧锥部25和模芯直线部21之间，且模芯直线部21的内径比模芯上部侧锥部25的下端25K的内径大。需要说明的是，弯曲部38从所述下端25K开始弯曲。还需要说明的是，在该例中，弯曲部37和弯曲部38为中间部。
这样，在本实施例，在模下部14和模芯下部24的弯曲部37和弯曲部38中，仅靠烧结体1和作为中间部的弯曲部37、弯曲部38相互弹性变形，烧结体1不会被减径挤压加工，从而也起到和上述各实施例同样的作用和效果。
实施例5
图9表示本发明的实施例5，与上述各实施例相同的部分标以相同的符号，并省略其详细描述。在该例中，在模3不设置模下部侧锥部16，而将内周上端角部41设置在模下部14。该内周上端角部41的上表面41A沿左右方向形成。
另外，在模芯4不设置模芯下部侧锥部26，而将外周上端角部42设置在模芯下部24。该外周上端角部42的上表面42A沿左右方向形成。需要说明的是，在该例中，内周上端角部41和外周上端角部42为中间部。
这样，在本实施例，在模下部14和模芯下部24的内周上端角部41及外周上端角部 42中，仅靠烧结体1和作为中间部的内周上端角部41以及外周上端角部42相互弹性变形，烧结体1不会被减径挤压加工，从而也起到和上述各实施例同样的作用和效果。
实施例6
图10表示本发明的实施例6，与上述各实施例相同的部分标以相同的符号，并省略其详细描述。在该例中，不设置下部侧锥部16、下部侧锥部26，而将整个锥部12、锥部22设置在模上部13和模芯上部23。即，锥部12、锥部22由上部侧锥部15、上部侧锥部25组成，上部侧锥部15、上部侧锥部25的下端15K、下端25K的直径与直线部11、直线部21的直径相等。
这样，在本实施例中，也起到和上述各实施例同样的作用和效果。
实施例7
图11表示本发明的实施例7，与上述各实施例相同的部分标以相同的符号，并省略其详细描述。在该例中，将模上部13的内周上侧角部进行倒圆角从而形成弯曲部51，且将模上部13的内周下侧角部(下端15K)进行倒圆角从而形成弯曲部52。另外，将模下部14的模下部侧锥部16的内周上侧角部进行倒圆角从而形成弯曲部53，且将模下部14的模下部侧锥部16的内周下侧角部进行倒圆角从而形成弯曲部54。即，弯曲部53被设置在模下部14的上表面和模下部侧锥部16之间，且弯曲部54被设置在模下部侧锥部16和模直线部11之间。
另外，将模芯上部23的外周上侧角部进行倒圆角从而形成弯曲部61，且将模芯上部23的外周下侧角部(下端25K)进行倒圆角从而形成弯曲部62。另外，将模芯下部24的模芯下部侧锥部26的外周上侧角部进行倒圆角从而形成弯曲部63，且将模芯下部24的模芯下部侧锥部26的外周下侧角部进行倒圆角从而形成弯曲部64。即，弯曲部63被设置在模芯下部24的上表面和模芯下部侧锥部26之间，且弯曲部64被设置在模芯下部侧锥部26和模直线部21之间。
而且，在该例中，模上部13的最小直径NK为成为下端侧的弯曲部52的最小直径的部位，且模芯上部23的最大直径GK为成为下端侧的弯曲部62的最大直径的部位。
需要说明的是，在该例中，模上部13中的减径挤压加工值S为烧结体1的外径尺寸与上部侧锥部15的下部的弯曲部52的内径尺寸(最小直径NK)之差的二分之一。另外，模芯上部23中的减径挤压加工值S为烧结体1的内径尺寸与上部侧锥部25的下部的弯曲部62的外径尺寸(最大直径GK)之差的二分之一。
这样，在本实施例，在脱模时，烧结体1不会与模上部13和模芯上部23触碰从而也起到和上述各实施例同样的作用和效果。
需要说明的是，在该例中，具有在脱模时处于回弹的烧结体1与模上部13和模芯上部23碰触的可能性的情况下，通过设置弯曲部52、弯曲部62，可以防止模上部13和模芯上部23的破损。进一步，通过设置弯曲部52、弯曲部53、弯曲部54、弯曲部62、弯曲部63和弯曲部64，能够顺利地压入或压出烧结体1。
需要说明的是，本发明并不限定在上述实施方式，可进行各种变更。例如，虽将上部侧锥部和下部侧锥部的接近角设为相同，但也可将上部侧锥部的接近角设为10°以下，且将下部侧锥部的接近角设为与上部侧锥部的接近角不同。另外，在实施例中，模上部和模芯上部这两个部虽可以使用与模下部和模芯下部相比杨氏模量高的材质，但也能够是模上部和模芯上部中的某一个部使用与模具下部和模芯下部的某一个部相比杨氏模量高的材质。在这种情况下，将模上部和模芯上部中所剩下的另一个部与模下部和模芯下部中所剩下的另一个部一体形成，即可以同一材质形成，此时，优选在模和模芯中为同一材质的那一个上也设置锥部。该锥部将接近角也设为低于10°。进一步，图11的实施例7虽为在实施例1的模具已设置了弯曲部51、弯曲部52、弯曲部53、弯曲部54、弯曲部61、弯曲部62、弯曲部63和弯曲部64的例，但也可为在实施例2～6的模具设置弯曲部51、弯曲部52、弯曲部53、弯曲部54、弯曲部62、弯曲部63和弯曲部64的方式。在图10的实施例6中，以在模下部和模芯下部设置弯曲部37、弯曲部38为宜。另外，作为杨氏模量高的材质的例，虽可以列举硬质合金，但在当前只不过是出于成本较低且具有一定的韧性的考虑的选择。若不考虑成本，也可为杨氏模量超过硬质合金的聚合钻石纳米棒、蓝丝黛尔石、金刚石、金刚石烧结体、异质金刚石、超硬质碳纳米管或c-BN等的材质。随着科学技术的发展，若发明出杨氏模量比硬质合金高且成本较低并且具有一定韧性的材质，则以使用这样的材质为宜。
符号说明
1 烧结体
2 精整用模具
3 模(模具构件)
4 模芯(模具构件)
5 下模冲
6 上模冲
11 模直线部
12 模锥部
13、13A 模上部(模具构件的上部)
14 模下部(模具构件的下部)
15 模上部侧锥部
16 模下部侧锥部
21 模芯直线部
22 模芯锥部
23、23A 模芯上部(模具构件的上部)
24 模芯下部(模具构件的下部)
25 模芯上部侧锥部
26 模芯下部侧锥部
S 减径挤压加工值

Claims (20)

1.一种烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
利用直线部对通过烧结金属粉末的成型体而获得的烧结体进行压缩而进行精整，其中，
锥部被设置在模具构件的上部，所述直线部被设置在所述模具构件的下部，
所述模具构件的上部的材质的杨氏模量比所述模具构件的下部的材质的杨氏模量高，且所述模具构件的上部由比所述烧结体的杨氏模量高出50GPa以上的材质所形成，
所述模具构件为模，
所述模的所述锥部具有内径朝向上方扩大的形状。
2.一种烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
利用直线部对通过烧结金属粉末的成型体而获得的烧结体进行压缩而进行精整，其中，
锥部被设置在模具构件的上部，所述直线部被设置在所述模具构件的下部，
所述模具构件的上部的材质的杨氏模量比所述模具构件的下部的材质的杨氏模量高，且所述模具构件的上部由比所述烧结体的杨氏模量高出50GPa以上的材质所形成，
所述模具构件为模和模芯，
在所述模具构件为模的情况下，所述锥部具有内径朝向上方扩大的形状，
在所述模具构件为模芯的情况下，所述锥部具有外径朝向上方缩小的形状。
3.如权利要求1所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
在所述模的下部，下部侧锥部被设置在所述模的上部的锥部和所述直线部之间。
4.如权利要求2所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
在所述模的下部，下部侧锥部被设置在所述模的上部的锥部和所述直线部之间。
5.如权利要求2所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
在所述模芯的下部，下部侧锥部被设置在所述模芯的上部的锥部和所述直线部之间。
6.如权利要求1所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
在所述模具构件的下部，下部侧锥部被设置在所述模具构件的上部的锥部和所述直线部之间，
所述模具构件的上部被形成为所述模具构件的上部具有在所述烧结体脱模时该烧结体不会与所述模具构件的上部接触的尺寸。
7.如权利要求2所述的烧结体表面致密化用精整模具,其特征在于,
在所述模具构件的下部，下部侧锥部被设置在所述模具构件的上部的锥部和所述直线部之间，
所述模具构件的上部被形成为所述模具构件的上部具有在所述烧结体脱模时该烧结体不会与所述模具构件的上部接触的尺寸。
8.如权利要求3所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
所述模的上部被形成为所述模的上部的尺寸大于在所述烧结体脱模时由于该烧结体的外径回弹引发的膨胀尺寸。
9.如权利要求4所述的烧结体表面致密化用精整模具,其特征在于,
所述模的上部被形成为所述模的上部的尺寸大于在所述烧结体脱模时由于该烧结体的外径回弹引发的膨胀尺寸。
10.如权利要求5所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
所述模芯的上部被形成为所述模芯的上部的尺寸小于在所述烧结体脱模时由于该烧结体的内径回弹引发的收缩尺寸。
11.如权利要求1～5中的任一项所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
所述模具构件的上部的材质采用杨氏模量为300GPa以上的材质，所述模具构件的下部的材质采用杨氏模量低于300GPa的材质。
12.如权利要求11所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
所述模具构件的上部的材质采用硬质合金，所述模具构件的下部的材质采用铁类工具钢。
13.如权利要求1～5中的任一项所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
以所述模具构件的上部为基准，所述烧结体的减径挤压加工值为0.1mm以下。
14.如权利要求1～5中的任一项所述的烧结体表面致密化用精整模具，其特征在于，
所述模具构件的上部的锥部的接近角小于10°。
15.一种烧结体表面致密化方法，其特征在于，
使用权利要求1～5中的任一项所述的精整模具，在对所述烧结体进行精整的同时对所述烧结体的表面进行致密化。
16.如权利要求15所述的烧结体表面致密化方法，其特征在于，
在所述烧结体从所述模具构件的上部的所述锥部被插入至所述模具构件的下部的所述直线部时，通过所述锥部对所述烧结体进行精整，且在所述模具构件的下部的所述直线部用模冲从上下方向压缩所述烧结体，从而对所述烧结体进行精整的同时对所述烧结体的表面进行致密化。
17.如权利要求15所述的烧结体表面致密化方法，其特征在于，
精整前的所述烧结体的杨氏模量为200GPa以上。
18.如权利要求16所述的烧结体表面致密化方法，其特征在于，
精整前的所述烧结体的杨氏模量为200GPa以上。
19.如权利要求15～18中的任一项所述的烧结体表面致密化方法，其特征在于，
不再加工精整后的所述烧结体。
20.一种由烧结体表面致密化方法得到的产品，其特征在于，
该产品通过权利要求15～18中的任一项所述的烧结体表面致密化方法进行制造。
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