DE60218172T2

DE60218172T2 - Verbundpulverfüllverfahren und-vorrichtung sowie verbundpulverformverfahren und-vorrichtung

Info

Publication number: DE60218172T2
Application number: DE60218172T
Authority: DE
Inventors: c/o K. K. Toyota Chuo Kenkyusho Mikio Aichi-gun KONDO; c/o Toyota Jidosha K. K. Hiroshi Toyota-shi OKAJIMA; c/o Toyota Jidosha K. K. Yoshitaka Toyota-shi TAKAHASHI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: US7175404B2; DE60218172D1; EP1407877B1; EP1407877A1; JP3845798B2; CA2445514A1; WO2002090097A1; CA2445514C; JPWO2002090097A1; US20040141871A1; EP1407877A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. einen Prozeß zum Füllen eines Verbundpulvers und eine Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers sowie ein Verfahren zum Pressen bzw. Verdichten eines Verbundpulvers und eine Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers, die es ermöglichen, Bauteile herzustellen, deren Komponentenzusammensetzung sich für jeden Einsatzbereich mühelos bzw. auf einfache Weise unterscheidet.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Selbst wenn mechanische Bestandteile und dergleichen einfache Bauteile sind, unterscheiden sich die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, Funktionen usw. oft in Abhängigkeit von den Einsatzbereich. Wenn beispielsweise die Gestalt zunächst in Hinsicht auf die Einbaubarkeit usw. bestimmt wird, kann es Teile, die von geringer Festigkeit bzw. Stärke sind, und Teile, die von großer Festigkeit sind, geben. Wenn bei diesem Beispiel Materialien von hoher Festigkeit für Teile verwendet werden können, die von hoher Festigkeit sein können, und Materialien mit guter maschineller Bearbeitbarkeit und dergleichen für Teile verwendet werden können, die von geringer Festigkeit sein können, ist es angenehm, da es dann möglich ist, den Freiheitsgrad bei der Gestaltung zu erweitern, das Gewicht herabzusetzen, die Produktivität zu verbessern usw.
Wenn darüber hinaus Funktionen wie strukturelle Materialien an einer der gegenüberstehenden Seiten erforderlich sind, und Funktionen, wie beispielsweise eine Gleit- bzw. Verschiebeeigenschaft, ein Verschleißwiderstand und ein Wärmewiderstand, an der anderen der gegenüberstehenden Seiten erforderlich sind, oder wenn Funktionen wie magnetische Materialien auf einer der gegenüberstehenden Seiten erforderlich sind, und Funktionen wie nicht magnetische Materialien auf der anderen der gegenüberstehenden Seiten erforderlich sind, wenn es möglich ist, Verbundmaterial-Bauteile mit segmentierten Teilen herzustellen, die Materialien enthalten, deren Komponentenzusammensetzungen die jeweiligen Anforderungen befriedigen, ist es zu bevorzugen, da es möglich ist, den Freiheitsgrad bei der Gestaltung und Funktionalität zu erweitern usw.
Jedoch sind bisher aufgrund von Bequemlichkeit und dergleichen bei der Herstellung einfache Bauteile im wesentlichen aus identischen Materialien ausgebildet worden. In diesem Fall werden die Materialien durch die Eigenschaften bestimmt, denen Priorität eingeräumt werden soll, und die weiteren erforderlichen Eigenschaften könnten oft geopfert werden. Sollten Materialien, die beide Eigenschaften befriedigen, verwendet worden sein, sind derartige Materialien im allgemeinen derart teuer, daß es schwer ist, die Kosten herabzusetzen.
Wenn verschiedene Materialien gegossen (cast around) oder angeordnet werden, oder wenn Teil-Wärmebehandlungen und dergleichen durchgeführt werden, ist es möglich, einfache Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften bereitzustellen. Jedoch steigt die Zahl der Verfahren entsprechend und die Produktivität sinkt, so daß es nicht möglich ist, die Kosten usw. der Bauteile herabzusetzen.
Die Herstellung von Bauteilen durch Sintern von Preßlingen (compacts), die Pulver enthalten, deren Komponentenzusammensetzung von Bereichen abhängt bzw. bereichsabhängig ist, ist durchgeführt worden. Wenn jedoch Pulver, deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden, auf einmal in einen Hohlraum bzw. eine Aushöhlung gefüllt wird, wird üblicherweise ein Pulver, das eine hohe Fließfähigkeit zeigt, zuerst darin eingefüllt, oder eine Mehrzahl von Pulvern wird in einer gemischten Weise angeordnet. Daher ist herkömmlicherweise der Füllschritt unabhängig für jedes Pulver durchgeführt worden, deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden, oder ein Vorpressen ist jedesmal durchgeführt worden, wenn ein und nur ein Pulver darin eingefüllt worden ist, und er ist wiederholt durchgeführt worden, wodurch Verbundmaterial-Preßlinge hergestellt worden sind.
Unter derartigen Umständen ist es selbstverständlich, daß der Mannstunden-Aufwand zunimmt, wie oben beschrieben worden ist, und die Produktivität sinkt, so daß es schwer ist, die Kosten der Bauteile herabzusetzen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf derartige Umstände getätigt worden. Und zwar ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers und eine Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers bereitzustellen, die eine Mehrzahl von Pulvern effizient in einen Hohlraum bei der Herstellung von Grünlingen und dergleichen füllen können, bei denen sich die erforderlichen Eigenschaften für jeden Bereich unterscheiden.
Darüber hinaus ist es ein weiteres Ziel, ein Verfahren zum Ausbilden eines Verbundpulvers und eine Vorrichtung zum Pressen bzw. Verdichten eines Verbundpulvers bereitzustellen, die Verbundpulver-Preßlinge aus den gefüllten Verbundpulvern effektiv herstellen können.
Daher haben die Erfinder eifrig Untersuchungen durchgeführt, um diese Aufgabe zu lösen, und haben Versuche und Irrtümer wiederholt, haben als Ergebnis daran gedacht, ein Füllverfahren durch Einleiten eines Gases durch die jeweiligen Pulverkammern durchzuführen, in denen eine Mehrzahl von Pulvern vorgehalten wird, um den Strömungswiderstand der jeweiligen Pulver gleichartig (like-state) zu machen, und sind zum Abschluß der vorliegenden Erfindung gekommen.
(Prozeß zum Füllen von Verbundpulver)
Und zwar ist ein Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers gemäß der vorliegenden Erfindung in Anspruch 1 definiert und enthält die Schritte: Bewegen eines Pulverkastens, der auf einem Tisch beweglich angebracht ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern speichern bzw. aufnehmen, deren Komponentenzusammensetzungen sich in einer verschiedenen bzw. merklichen Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen, auf einen Preßstempel (compacting die), der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in welche die Pulver gefüllt werden; und Füllen einer Mehrzahl von Pulvern auf einmal in die Hohlräume durch die Bodenöffnungen durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern, um im wesentlichen die jeweiligen Strömungswiderstände von einer Mehrzahl von Pulvern wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt über dem Hohlraum positioniert sind.
Wenn der Pulverkasten durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt auf den Preßstempel bewegt wird und die Bodenöffnungen der jeweiligen Pulverkammern über dem Hohlraum liegen, fällt eine Mehrzahl von den Pulvern durch die Bodenöffnungen in den Hohlraum, um ihn zu füllen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Gas beim Füllschritt in die Pulverkammern eingeleitet, um im wesentlichen den jeweiligen Strömungswiderstand von einer Mehrzahl von Pulvern auszugleichen.
Demgemäß verschwindet im wesentlichen die Strömungswiderstandsdifferenz zwischen den jeweiligen Pulvern, wobei die jeweiligen Rohmaterialien in einer gemischten Weise praktisch kaum vorhanden sind bzw. auftreten, und sie werden in den Hohlraum gefüllt. Und, die jeweiligen Pulver bilden im Hohlraum eine gewünschte Grenze aus, so daß sie im wesentlichen in einen ordnungsgemäß gefüllten Zustand gebracht werden.
Als Ergebnis ist es möglich, den gesamten Mannstunden-Aufwand bzw. die gesamten Mannstunden-Erfordernisse herabzusetzen, da das Füllen von einer Mehrzahl der Pulver in den Hohlraum (Verbundpulver-Füllung) in einem einzelnen Schritt sicher durchgeführt wird. Und, es resultiert eine Verbesserung der Produktivität und ein Herabsetzen der Kosten, wenn Verbundpulver-Preßlinge hergestellt werden.
Hierbei kann die Einleitemenge des Gases verändert und in Abhängigkeit von der Verwendung von Pulvern geeignet eingestellt werden. Wenn die Einleitemenge eingestellt wird, ist es möglich, den Strömungswiderstand der Pulver einzustellen.
Das oben beschriebene „um im wesentlichen die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver auszugleichen" bedeutet, daß die jeweiligen Pulver praktisch nicht in einer gemischten Weise angeordnet sind, und es nicht erforderlich ist, die jeweiligen Strömungswiderstände vollständig (strictly) auszugleichen.
Darüber hinaus kann das oben beschriebene „Füllen einer Mehrzahl der Pulver auf einmal durch die Bodenöffnungen in den Hohlraum" zufriedenstellend sein, wenn wenigstens zwei oder mehrere Pulver im wesentlichen gleichzeitig gefüllt werden, und verhindert nicht, das vorliegende Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers wiederholt durchzuführen.
Zudem meint das „Verbundpulver" eine Mehrzahl von Pulvern und wird in der vorliegenden Spezifikation ungeachtet dessen verwendet, ob die Pulver bereits gefüllt worden sind oder nicht.
Im übrigen verdrängt bzw. ersetzt beim vorliegenden Füllverfahren die Luft die Pulver im Hohlraum einfacher als in dem Fall, bei dem kein Gas eingeleitet wird, da die Rohmaterialien durch Einleiten des Gases in die Pulverkammern gefüllt werden. Demgemäß ist es möglich, die Füllzeit zu verkürzen. Darüber hinaus wird verhindert, daß feine Pulver und dergleichen schweben usw., so daß es möglich ist, ein einheitliches Füllen mit hoher Dichte durchzuführen, bei dem die Entmischung usw. der Komponenten und Partikelgrößen kaum auftritt.
Darüber hinaus ist es möglich, wenn ein Preßschritt nach dem Füllen durchgeführt wird, die Produkte netzförmig zu gestalten (net-shape), und zudem ist es möglich, ein Schwanken des Gewichts zu verhindern, so daß es möglich ist, Produkte von hoher Genauigkeit zu erhalten. Daher ist es ebenfalls möglich, den Mannstunden-Aufwand für die nachfolgenden Arbeiten herabzusetzen.
Zu beachten ist, daß das Füllen von Pulvern durch Einleiten eines Gases per se bereits durch die vorliegenden Erfinder angewendet worden ist. Beispielsweise sind die Details im japanischen Patent Nr. 2,952,190, in der japanischen ungeprüften Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 11-104,894, US-A-5881357 und dergleichen offengelegt.
(Vorrichtung zum Füllen von Verbundpulver)
Die vorliegende Erfindung, die nicht auf das oben beschriebene Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers beschränkt ist, kann an eine Vorrichtung angepaßt werden, der das Verfahren verwirklichen kann.
Und zwar kann die vorliegende Erfindung für eine Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers angepaßt werden, die in Anspruch 5 definiert ist und enthält: einen Pulverkasten, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern speichern, deren Komponentenzusammensetzungen sich in einer verschiedenen bzw. merklichen Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen; eine Gaszuführleitung zum Zuführen eines Gases, das in die Pulverkammern eingeleitet werden soll; und ein Stellglied zum Bewegen der Pulverbox auf einen Preßstempel, der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver gefüllt werden; wobei eine Mehrzahl der Pulver in den Hohlraum auf einmal durch die Bodenöffnungen durch Einleiten eines Gases durch ein Einleiteloch der Gaszuführleitung eingefüllt werden kann, um die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver im wesentlichen wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen über dem Hohlraum angeordnet sind.
In diesem Fall sind ebenfalls die vorgenannten Beschreibungen des Verfahrens zum Füllen eines Verbundpulvers anwendbar.
(Prozeß zum Pressen eines Verbundpulvers)
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung, die nicht auf das Füllen von Pulvern beschränkt ist, zur Durchführung eines Preßschritts wie folgt angepaßt werden.
Und zwar kann die vorliegende Erfindung für ein Verfahren zum Pressen eines Verbundpulvers angepaßt werden, das in Anspruch 6 definiert ist und die Schritte enthält: Bewegen eines Pulverkastens, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern speichern, deren Komponentenzusammensetzungen sich in einer verschiedenen Weise unterscheidet, und die eine Bodenöffnung aufweisen, auf einen Preßstempel (compacting die), der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in welchen die Pulver gefüllt werden; Füllen einer Mehrzahl der Pulver auf einmal in den Hohlraum durch die Bodenöffnungen durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern, um im wesentlichen die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt über dem Hohlraum positioniert sind; und Erzeugen eines Verbundpulver-Preßlings durch Verdichten eines Verbundpulvers, der eine Mehrzahl der Pulver nach dem Füllschritt enthält.
In diesem Fall sind ebenfalls die vorgenannten Beschreibungen des Verfahrens zum Füllen eines Verbundpulvers anwendbar.
(Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers)
Zudem kann die vorliegende Erfindung, die nicht auf das oben beschriebene Verfahren des Pressens eines Verbundpulvers beschränkt ist, für eine Vorrichtung angepaßt sein, der das Verfahren verwirklichen kann.
Und zwar kann die vorliegende Erfindung für eine Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers angepaßt sein, die in Anspruch 7 definiert ist und enthält: einen Pulverkasten, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern speichern, deren Komponentenzusammensetzungen sich in einer verschiedenen Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen; eine Gaszuführleitung zum Zuführen eines Gases, das in die Pulverkammern eingeleitet werden soll; einen Preßstempel, der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver gefüllt werden; ein Stellglied zum Bewegen des Pulverkastens auf den Preßstempel; und eine Preßvorrichtung zum Verdichten eines Verbundpulvers, der eine Mehrzahl der Pulver enthält, die in den Hohlraum auf einmal durch die Bodenöffnungen durch Einleiten eines Gases durch ein Einleiteloch der Gaszuführleitung eingefüllt werden, um die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver im wesentlichen wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen über dem Hohlraum angeordnet sind, um einen Verbundpulver zu kompaktieren bzw. zu pressen.
In diesem Fall sind ebenfalls die vorgenannten Beschreibungen des Verfahrens zum Füllen eines Verbundpulvers anwendbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung einer Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers gemäß Beispiel Nr. 1 der vorliegenden Erfindung und zeigt, wenn ein Pulverkasten nicht über einem Preßstempel ist.
1B zeigt, wenn der Pulverkasten über dem Preßstempel ist.
2A ist eine vergrößerte ebene Querschnittsansicht des Pulverkastens.
2B ist eine vergrößerte Seiten-Querschnittsansicht des Pulverkastens.
3 ist ein Schema zur Darstellung, wie Pulver in einen Hohlraum vom Pulverkasten im Beispiel gefüllt werden.
4 ist ein Graph zur Darstellung der Verhältnisse zwischen den Luftzuführwerten (aeration values) und Strömungswiderständen der drei Pulver, die im Beispiel verwendet werden.
5A ist ein schematisches Querschnittsschema eines Verbundpulver-Preßlings und zeigt, wenn er durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern gefüllt worden ist.
5B zeigt, wenn er ohne Einleiten eines Gases in die Pulverkammern gefüllt worden ist.
6A ist ein Schema zur Darstellung der Gestalt einer Querprobe (transverse test piece) gemäß Beispiel Nr. 2 der vorliegenden Erfindung und der Meßpositionen.
6B ist ein Balkengraph zur Darstellung der Größenveränderungsproportionen an den jeweiligen Meßpositionen in der Querprobe.
7 ist ein Graph zur Darstellung der Variation der Härte in der Nähe der Grenze in der Querprobe.
8A ist ein Schema zur Erklärung eines Vierpunkt-Querbiegetests (bending transverse test), eines Quertests (transverse test) dafür.
8B ist ein Balkengraph zum Vergleichen der Festigkeit des Grenzabschnitts mit der Festigkeit der weiteren Abschnitte.
9A ist eine schematische Darstellung einer Anordnung in den Pulverkammern, in denen Pulver, die im Beispiel Nr. 3 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorgehalten werden.
9B ist eine schematische Darstellung zur Darstellung eines Preßlings, einer Verbindungsstange, welche die Pulver enthält (ein Verbundpulver).
10 ist eine schematische Darstellung zur Darstellung eines Teils der Verbindungsstange, aus der eine Zerreißprobe ausgeschnitten worden ist.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
A. Ausführungsform
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben, wobei Ausführungsformen benannt werden. Zu beachten ist, daß die nachfolgend beschriebenen Details auf das Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers, die Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers, das Verfahren zum Pressen eines Verbundpulvers und die Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers geeignet anwendbar sind.
(1) Rohmaterial-Pulver
Die Pulver können metallische Pulver, wie beispielsweise eisenbasierte Pulver, aluminiumbasierte Pulver, titanbasierte Pulver und kupferbasierte Pulver sein, bei denen Fe, Al, Ti und Cu der Hauptbestandteil sind, und zudem keramische Pulver, Graphitpulver und Schmiermittelpulver sein, und können ferner Mischpulver von diesen sein. Zu beachten ist, daß die in der vorliegenden Erfindung als „Pulver, deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden" bezeichneten nicht auf Pulver desselben Systems beschränkt sind (z.B. eisenbasierte Pulver, deren Legierungsbestandteile sich unterscheiden), sondern Pulver von verschiedenen Systemen sein können (z.B. metallische Pulver und keramische Pulver).
Der Partikeldurchmesser der Pulver ist nicht beschränkt, sondern können Partikeldurchmesser sein, die kein Verblocken bzw. Verlegen und dergleichen des Einleitelochs der Gaszuführleitung verursachen. Darüber hinaus ist es in Hinblick auf die Handhabbarkeit, Füllbarkeit, Gestaltbarkeit bzw. Formbarkeit, Sinterbarkeit usw. ratsam, den Partikeldurchmesser der Pulver auszuwählen.
(2) Luftzuführwert (Aeration Value)
Der innere Strömungswiderstand der Pulver hängt vom Typ der Pulver ab. Daher ist es erforderlich, den Gasstrom geeignet einzustellen, der in die Pulverkammern in Abhängigkeit vom Typ und dergleichen der Pulver eingeleitet wird. Als einen Index, der mit dem Strömungswiderstand korreliert, bestätigten die Erfinder, daß es möglich ist, den Luftzuführwert zu verwenden. Der Luftzuführwert ist ein Verhältnis Vg/Vp (1/s) eines Gasstroms Vg (mL/s), der in eine Pulverkammer eingeleitet werden soll, bezogen auf ein Volumen Vp (mL) eines Pulvers in der Pulverkammer.
Wenn der Luftzuführwert zu klein ist, ist es schwer, die Fluidität zwischen den Pulvern einzustellen, und die jeweiligen Pulver können nicht in den Hohlraum gefüllt werden, ohne sie in einer gemischten Weise anzuordnen. Wenn der Luftzuführwert zu groß ist, tritt Blasenbildung von der Oberfläche der Pulver in den Pulverkammern auf, um feine Pulver und dergleichen schweben zu lassen, und es ist nicht möglich, das Füllen der Pulver einheitlich durchzuführen. Daher ist es ratsam, den Luftzuführwert innerhalb eines Bereichs einzustellen, in dem derartige Umstände nicht auftreten. Geeignete Luftzuführwerte können nicht nur auf die Zusammensetzung der Pulver, sondern auch auf den Partikeldurchmesser bezogen werden.
Wenn beispielsweise die Pulver eisenhaltige Pulver sind, in denen Eisen ein Hauptbestandteil ist und deren mittlerer Partikeldurchmesser 250 μm oder weniger ist, insbesondere sind 50 bis 200 μm zu bevorzugen, ist es geeignet, den Luftzuführwert Vg/Vp von 0,05 bis 0,4 (1/s) einzustellen.
Jedenfalls ist es erforderlich, den Luftzuführwert in Abhängigkeit vom Typ der Pulver einzustellen. Daher ist es besser, daß beispielsweise der Gasfluß, der von einer Gasversorgungsquelle der Gaszuführleitung zugeführt wird, eingestellt werden kann. Eine Vorrichtung zur Regulierung des Stroms, die geeignet ist, einen Gasstrom, der durch das Einleiteloch eingeleitet wird, unabhängig für jede der Pulverkammern zu regulieren, wird bereitgestellt.
Die Vorrichtung zur Regulierung des Stroms ist beispielsweise manuelle oder automatische Stromregulierungsventile. Wenn sie automatisch ist, ist es ratsam, in den Pulverkammern eine Strömungswiderstands-Meßvorrichtung anzuordnen, so daß die Einleitemenge durch das Einleiteloch automatisch in Abhängigkeit von den Abgaben (outputs) reguliert werden kann. Die Stromwiderstands-Meßvorrichtung ist in der japanischen ungeprüften Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 11-104,893 offenbart, welche die Anmelder bereits angemeldet haben.
Zu beachten ist, daß das in die Pulverkammern einzuleitende Gas vorzugsweise Gase sein kann, wie beispielsweise trockene Luft und Inertgase (N₂, He, Ar und dergleichen), welche die Pulver nicht oxidieren. Darüber hinaus ist es ratsam, ein erwärmtes Gas geeignet austreten bzw. herausspritzen zu lassen, um die Pulver auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen oder zu erwärmen.
Das Gas ist erforderlich, um eingeleitet zu werden, wenn die Pulver von den Pulverkammern in den Hohlraum gefüllt werden. Wenn der Einleitezeitraum allein auf ihr Einfüllen in den Hohlraum eingestellt ist, ist es daher möglich, das Verwenden des Gasstroms einzusparen. Wenn er jedoch immer eingeleitet wird, ist es einfach, das Einleiten des Gases zu steuern bzw. einzustellen.
(3) Pulverkasten
Der Pulverkasten enthält eine Mehrzahl von Pulverkammern, die eine Mehrzahl von Pulvern speichern, deren Komponentenzusammensetzungen sich auf verschiedene Weise unterscheiden, und eine Bodenöffnung aufweisen.
Die Gestalt, Größe und dergleichen der Pulverkammern und des Pulverkastens werden durch in Betracht ziehen der Gestalt, Größe usw. des Preßstempels und des Hohlraums bestimmt. Daher ist der Pulverkasten nicht auf quadratische Gestalten bzw. Formen beschränkt, wenn jedoch der Pulverkasten als quadratische Gestalt ausgebildet ist, ist es möglich, eine Mehrzahl von Pulverkammern durch Anordnen von Abtrennungen in geeigneten Abständen einfach auszubilden. Selbstverständlich kann eine Mehrzahl von Pulverkästen, die einen einzelnen Typ von Pulvern speichern, gesammelt bzw. zusammengefaßt werden, um den „Pulverkasten" zu ergeben, auf den sich in der vorliegenden Erfindung bezogen wird.
Die Öffnung, die im Boden der Pulverkammern ausgebildet ist, wird sowohl durch in Betracht ziehen der Gestalt des Pulverkastens und der Pulverkammern und ferner der Gestalt des Hohlraums bestimmt. In der Tat ist es ratsam, die Bodenfläche des quadratischen Pulverkastens oder der Pulverkammern einfach vollständig zu öffnen. Da der Pulverkasten auf einem Tisch angeordnet ist, fallen keine Pulver herunter. Wenn sich der Pulverkasten auf einem Tisch bewegt und die Bodenöffnungen über den Hohlraum kommen, werden die Pulver in den Hohlraum gefüllt. Wenn sich darüber hinaus der Pulverkasten bewegt, wird das so genannte Einebnen bzw. Nivellieren der Pulver durchgeführt.
Wenn der Pulverkasten als quadratische Gestalten ausgebildet ist, wird bevorzugt, daß eine Pulverkammer-Abtrennung (Abtrennplatte) parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet werden kann. Daher werden die jeweiligen Pulver mit größerer Wahrscheinlichkeit in den Hohlraum im wesentlichen gleichzeitig gefüllt. Und, wenn die jeweiligen Pulver in den Hohlraum im wesentlichen gleichzeitig gefüllt werden, wird mit größerer Wahrscheinlichkeit unterdrückt oder verhindert, daß die jeweiligen Pulver in einer gemischten Weise vorliegen.
Zu beachten ist, daß die Wiederbefüllung der Pulver in die jeweiligen Pulverkammern durch einen Fülltrichter und dergleichen fortlaufend durchgeführt werden kann. Demgemäß ist es möglich, die Pulver fortlaufend in den Hohlraum zu füllen.
(4) Gaszuführleitung
Die Gaszuführleitung führt das Gas den Pulverkammern zu. Die Form (Gestalt, Menge und dergleichen) und Anordnungsposition können in Abhängigkeit vom Typ der Pulver, der Pulverkammergestalt, der Hohlraumgestalt usw. geeignet gewählt werden.
Beispielsweise kann die äußere Querschnittsgestalt der Gaszuführleitung kreisförmige Gestalten, elliptische Gestalten, Schlitzgestalten, Stromliniengestalten und dergleichen sein. Wenn sie als Stromliniengestalten ausgebildet ist, können die Pulver glatt (smoothly) in den Hohlraum fallen. Wenn sie als Kreisgestalten ausgebildet ist, ist es darüber hinaus möglich, kostengünstiger herzustellen, da kommerziell verfügbare Leitungen bzw. Rohre dafür verwendet werden können. Es ist möglich, den Durchmesser, die Anordnungsmenge (disposing quantity), die Anordnungsabstände, die Anordnungsreihenfolge (parallel oder abwechselnd) usw. geeignet zu wählen. Wenn beispielsweise kreisförmige Leitungen verwendet werden, kann der Außendurchmesser „D" der Gaszuführleitung 1 mm ≤ „D" ≤ 3 mm sein. Und, repräsentative Gaszuführleitungen können die Leitungen sein, die mit Einleitelöchern auf der äußeren Begrenzungsflächenseite dieser Leitungen ausgestattet sind.
Darüber hinaus kann die Anordnungsposition der Gaszuführleitung nach eigenem Ermessen bzw. Belieben sein, wenn jedoch die Gaszuführleitung beispielsweise auf der Bodenseite der Pulverkammern angeordnet ist, ist es zu bevorzugen, da es möglich ist, den Strömungswiderstand der Pulver in den Pulverkammern effizient und einfach zu steuern. Wenn die Gaszuführleitung auf der Bodenseite der Pulverkammern angeordnet ist, ist es ratsam, die Anordnungshöhe „h" in Hinblick auf die Höhe „H" der Pulverkammern einzustellen, so daß beispielsweise 0,01 ≤ „h"/"H" ≤ 0,3 ist.
Die Anordnungsrichtung der Gaszuführleitung kann entweder parallel oder vertikal zur Bewegungsrichtung des Pulverkastens sein.
Das Material der Gaszuführleitung kann vorzugsweise Metalle, Kunstharze und dergleichen sein, die einfach zu bearbeiten sind. Insbesondere in Hinsicht auf die Vermeidung von Rost, das Sicherstellen der Festigkeit usw. ist die Verwendung von rostfreien Stählen zu bevorzugen.
Es ist ähnlich ratsam, die Gestalt und Menge der Einleitelöcher durch in Betracht ziehen der Größe und Gestalt der Pulverkammern, des erforderlichen Luftzuführwerts und dergleichen zu bestimmen. Beispielsweise kann das Einleiteloch in die Auf- und Abrichtung der Gaszuführleitung gerichtet sein, kann in die Rechts- und Linksrichtung gerichtet sein oder kann in die Querrichtung (oblique direction) gerichtet sein (beispielsweise in eine Richtung, die von oben um etwa 30 bis 60° geneigt ist).
Der Abstand „w" zwischen den Einleitelöchern kann beispielsweise bei Abständen von 3 bis 10 mm sein, und kann darüber hinaus mit Bezug auf die Pulverkammergröße „W" eingestellt werden, so daß 0,02 ≤ „w"/"W" ≤ 0,3 ist.
Der Durchmesser der Einleitelöcher kann derart eingestellt werden, daß der Durchmesser „d" der Einleitelöcher beispielsweise 10 μm ≤ „d" ≤ 200 μm ist. Es ist ratsam, die Einleitelöcher, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, geeignet zu kombinieren, die Durchmesser der Einleitelöcher oder die Anordnungsmenge in Abhängigkeit von den Anordnungspositionen der Gaszuführleitung zu ändern. Derartige Einleitelöcher können beispielsweise durch maschinelles Bearbeiten (Bohren) oder Laser-Bearbeitung und dergleichen behandelt (processed) werden. Wenn jedoch Materialien (z.B. Siebmaterialien usw.), die eine Durchlässigkeit zeigen, verwendet werden, kann sich Bohren erübrigen.
(5) Preßstempel
Der Preßstempel bildet den Hohlraum aus, in den die Pulver gefüllt werden. Darüber hinaus kann der Preßstempel eine Preßvorrichtung darstellen.
Der Preßstempel enthält beispielsweise einen Stempel, einen unteren Stanzer (punch) und einen oberen Stanzer, wobei der Hohlraum durch den Stempel und den unteren Stanzer ausgebildet ist, und die Preßvorrichtung enthält den oberen Stanzer zum Pressen eines Verbundpulvers im Hohlraum.
Selbstverständlich können die Gestalten und verschiedenen Eigenschaften (dividing manners) des Stanzers und des Stempels in Abhängigkeit von den Gestalten der gewünschten Preßlingen geeignet gewählt werden.
Zu beachten ist, daß die Weise des Einfüllens der Pulver in den Hohlraum entweder sogenanntes Füllen durch Schwerkraft oder Füllen durch Saugen sein kann.
Darüber hinaus kann es Füllen durch Aufwärtsdrücken (pushing upward) sein. Das Füllen durch Aufwärtsdrücken ist ein Füllverfahren, bei dem der untere Stanzer teilbar gemacht wird; beide Stanzer werden zeitweise herabgelassen, um einen provisorischen Hohlraum auszubilden; ein Pulver wird darin eingefüllt; und danach wird einer der geteilten Stanzer aufwärts gedrückt, während das Pulver gefüllt gehalten wird, wodurch die Hohlraumgestalt in gewünschte Gestalten gebracht wird.
(6) Verbundmaterial-Bestandteil
Wenn die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist es möglich, effizient Bestandteile herzustellen, die unterschiedliche Eigenschaften für jeden Bereich aufweisen. Die Bestandteile können als gepreßte Produkte per se verwendet werden, oder die Preßlinge werden gesintert, um sie als gesinterte Produkte zu verwenden. Darüber hinaus können sie Sinter-Schmieden unterzogen werden, um sie als sintergeschmiedete Produkte zu verwenden.
Beispielsweise werden bei funktionellen Bestandteil-Teilen Pulver (magnetische Pulver und nicht magnetische Pulver), deren magnetische Eigenschaften sich unterscheiden, gepreßt, um magnetische Kerne (gepreßte Produkte) herzustellen. Bei mechanischen Bestandteil-Teilen werden Preßlinge aus Verbundpulvern gesintert, um die Festigkeit sicherzustellen. Darüber hinaus werden sie, wie Verbindungsstangen usw., als sinter-geschmiedete Produkte gefertigt, wenn es erforderlich ist, daß sie eine höhere Festigkeit, einen höheren Ermüdungswiderstand usw. zeigen.
Auf diese nicht beschränkt, kann die vorliegende Erfindung zur Herstellung aller Bauteile verwendet werden, die Verbundpulver enthalten.
B. Beispiele
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Angabe von Beispielen detaillierter erklärt.
(Beispiel Nr. 1)
Vorrichtung zum Ausbilden eines Verbundpulvers
Die 1 bis 3 stellen eine Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers, Beispiel Nr. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, dar.
1 ist eine Querschnitts-Gesamtansicht der Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers; 1A stellt die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers vor einem Schritt des Bewegens eines Pulverkastens dar; und 1B stellt die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers in einem Füllschritt dar. 2 stellt eine Querschnittsansicht eines nachfolgend beschriebenen Pulverkastens 10 dar; 2A stellt eine ebene Querschnittsansicht des Pulverkastens 10 dar; und 2B stellt eine Seiten-Querschnittsansicht dar.
Wie aus dem Füllschritt hervorgeht, der in 3 dargestellt ist, kann die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers drei Pulver „A", „B" und „C", deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden, in einen Hohlraum 24 füllen, ohne sie im wesentlichen in einer gemischten Weise anzuordnen. Nachfolgend werden die jeweiligen Anordnungen bzw. Einrichtungen der Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers im Detail beschrieben.
Die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers enthält einen Tisch 8, einen Pulverkasten 10, der auf dem Tisch 8 angeordnet ist, einen Fülltrichter 18 zum Zuführen eines Pulvers 1 zum Pulverkasten 10, eine Leitung 14, die im Pulverkasten 10 angeordnet ist, einer Gasversorgungsquelle 16 zur Versorgung der Leitung 14 mit einem Gas, ein Stellglied 19 zum Hin- und Herbewegen des Pulverkastens 18 auf dem Tisch 8, und einen Preßstempel 20, der fortlaufend von Tisch 8 angeordnet ist.
Der Pulverkasten 10 enthält ein Gehäuse, das als ein seitlich langer, quadratförmiger Rahmen in bezug auf die Bewegungsrichtungen ausgebildet ist. Wie aus 2A hervorgeht, ist der Pulverkasten 10 in drei Pulverkammern 10a, 10b und 10c durch zwei Trennplatten 11, die an der Innenseite befestigt sind, geteilt. Und, die Pulver „A", „B" und „C" sind in den Pulverkammern 10a, 10b und 10c gespeichert, so daß sie nicht in einer gemischten Weise vorliegen. Im vorliegenden Beispiel sind die Trennplatten 11 parallel zu den Bewegungsrichtungen des Pulverkastens 10 angeordnet.
Die obere Seite des Pulverkastens 10 ist mit einer Abdeckung 12 bedeckt, und ist mit der Außenseite durch ein Abgasloch 12a verbunden, das in der Abdeckung 12 angeordnet ist. Die untere Seite des Pulverkastens 10, und zwar der Boden der Pulverkammern 10a, 10b und 10c ist geöffnet, und bildet demgemäß die Bodenöffnung aus, die in der vorliegenden Erfindung dargelegt ist. Wie aus 2B, der Vorderansicht, hervorgeht, berühren die Pulver „A", „B" und „C", die im Pulverkasten 10 gespeichert sind, die obere Fläche des Tischs 8 und werden durch die obere Fläche gehalten.
Das Pulver 1 enthält die Pulver „A", „B" und „C", deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden, wie vorab beschrieben worden ist. Das Pulver „A" ist ein kommerziell verfügbares Legierungspulver (hergestellt von Höganäs AB.), dessen Partikeldurchmesser 250 μm oder weniger ist, das Fe-4Ni-2Cu-1,5Mo-0,6C + 0,8ZnSt enthält und das einer Entmischungs-Vorbeugebehandlung unterzogen wird; das Pulver „B" ist ein kommerziell verfügbares Legierungspulver (hergestellt von Höganäs AB.), dessen Partikeldurchmesser 250 μm oder weniger ist, das Fe-2Cu-0,9C + 0,8Lub enthält und das einer Entmischungs-Vorbeugebehandlung unterzogen wird; und Pulver „C" ist ein Pulver, bei dem ein kommerziell verfügbares Teildiffusions (partial diffusion)-Legierungspulver (hergestellt von Höganäs AB.), dessen Partikeldurchmesser 250 μm oder weniger ist und das Fe-10Cu enthält, mit 0,8% ZnSt gemischt ist. Darüber hinaus ist der Anteil der jeweiligen Elemente in Massenprozent (wie im nachfolgenden) ausgedrückt.
Der Fülltrichter 18 führt die Pulver „A", „B" und „C", die das Pulver 1 sind, jeweils den Pulverkammern 10a, 10b und 10c über den Zuführschlauch 13 zu. Obwohl die Details nicht dargestellt sind, sind der Fülltrichter 18 und der Zuführschlauch 13 derart abgegrenzt, daß die jeweiligen Pulver „A", „B" und „C" nicht in einer gemischten Weise vorkommen.
Die Leitung 14 korrespondiert mit der Gaszuführleitung, die in dieser Erfindung dargelegt ist, und ist jeweils in der Nähe des Bodens der Pulverkammern 10a, 10b und 10c im Pulverkasten 10 angeordnet. Eines der gegenüberstehenden Enden ist an den Rahmen des Pulverkastens 10 befestigt, um zu schließen. Das andere der gegenüberstehenden Enden ist an eine Trägerplatte 31 befestigt, die einen Gasdurchlaß darin aufweist. Der Gasdurchlaß ist für jede der Pulverkammern 10a, 10b und 10c ausgebildet, und die jeweiligen Gasdurchlässe sind mit der Leitung 14 der jeweiligen Pulverkammern verbunden. Die Leitung 14 ist eine Leitung mit einem Außendurchmesser von Ø 1,26 mm und einem Innendurchmesser von Ø 0,9 mm, die aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und in einer Menge von vier für jede der Pulverkammern 10a, 10b und 10c angeordnet ist. Darüber hinaus sind in der jeweiligen Leitung 14 Mikro-Einleitelöcher 14a, deren Lochdurchmesser Ø 50 μm ist, in Abständen von 5 mm in drei Richtungen ausgebildet. Im Fall des vorliegenden Beispiels ist die innere Gestalt der jeweiligen Pulverkammern 10a, 10b und 10c identisch, und weist 20 in der Breite × 20 in der Länge × 60 mm in der Höhe auf. Die Leitungen 14 sind bei einer Position von 6 mm von der Bodenfläche (die obere Fläche des Tischs 8) parallel zu den Bewegungsrichtungen des Pulverkastens 10 angeordnet.
Die Gasversorgungsquelle 16 ist eine Quelle mit verdichteter Luft von 0,4 MPa. Insbesondere ist sie eine Luftleitung, die in Betrieben verlegt wird. Selbstverständlich können unabhängige Luftkompressoren für die Gasversorgungsquelle 14 angepaßt werden, oder Stickstoffgas-Zylinder und dergleichen können für die Gasversorgungsquelle 16 zusätzlich zu Luft angepaßt werden.
Wenn verdichtete Luft den jeweiligen Gasdurchlässen in der Trägerplatte 31 von der Gasversorgungsquelle 16 mit Hilfe (by way of) eines flexiblen Schlauchs 15 zugeführt wird, wird die Luft durch die Einleitelöcher 14a der Leitung 14 eingeleitet. Bei diesem Beispiel kann die Einleitemenge durch Stromregulierungsventile 40 reguliert werden, die auf einer Stromaufwärtsseite der Trägerplatte 31 angeordnet sind.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung 100 zum Ausbilden eines Verbundpulvers mit Strömungswiderstands-Meßvorrichtungen 50 ausgestattet, die den Strömungswiderstand in den jeweiligen Pulverkammern 10a, 10b und 10c unabhängig messen können, wie es in 2B dargestellt ist. Die Strömungswiderstands-Meßvorrichtungen 50 enthalten eine Kraftmeßdose bzw. Wägezelle (load cell), die mit einer Sonde mit einem Dehnungsmeßstreifen ausgestattet ist. Wenn die Kraftmeßdosen in Schwingung versetzt werden, während die jeweiligen Sonden in etwa 10 mm tief in die Pulver „A", „B" und „C" eingeführt werden, werden die Sonden in Abhängigkeit von den Strömungswiderständen deformiert. Die Dehnungen werden von den Dehnungsmeßstreifen in elektrische Signale umgewandelt. Die elektrischen Signale werden durch eine nachfolgend beschriebene Steuervorrichtung aufgenommen, und demgemäß werden die Strömungswiderstände in den jeweiligen Pulvern „A", „B" und „C" erfaßt. Entsprechend den auf diese Weise erfaßten Strömungswiderständen, steuert die Steuervorrichtung die Stromregulierungsventile 40, um die Strömungswiderstände in den Pulverkammern 10a, 10b und 10c im wesentlichen auszugleichen. Da die Strömungswiderstände schwanken können, wenn die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers betrieben wird, wird bevorzugt, das Steuern der Strömungswiderstände fortlaufend oder in vorbestimmten Abständen durch die Steuervorrichtung durchzuführen. Zu beachten ist, daß die Strömungswiderstands-Meßvorrichtungen mit den Strömungswiderstands-Meßeinrichtungen korrespondieren und die Steuervorrichtung und die Stromregulierungsventile 40 die Stromregulierungsvorrichtungen darstellen.
Der Preßstempel 20 enthält einen quadratisch-ringförmigen Stempel 21, einen unteren Stanzer 22, der an der Innenseite befestigt ist und von unten erhöhbar und erniedrigbar ist, und einen oberen Stanzer 23, der an der Innenseite befestigt ist und erhöhbar und von oben erniedrigbar ist, wie es in den 1 und 3 dargestellt ist. Der Stempel 21 ist durch einen Stempelhalter 17 an den Tisch 8 befestigt. Die obere Fläche und die obere Fläche des Tisches 8 bilden eine fortlaufende Ebene. Wenn sich der untere Stanzer 22 in den Stempel 21 absenkt, wird ein parallelepiped-förmiger Hohlraum 24 ausgebildet.
Das Stellglied 19 ist ein Luftzylinder, der sich zwischen Stoppern hin und her bewegt, die an einer zurückgezogenen Endposition (1A) und einer vorgeschobenen (advance-end) Endposition (1B) angeordnet sind. Das Stellglied 19 können hydraulische Zylinder oder Antriebsmotoren sein, jedoch ist es möglich, die Luftleitungen in Betrieben zu verwenden, wenn es Luft-Zylinder sind.
Wenn der Pulverkasten 10 vom Stellglied 19 angetrieben wird, und jede Bodenöffnung der Pulverkammern 10a, 10b und 10c über den Hohlraum 24 kommt, werden die Pulver „A", „B" und „C", deren Komponentenzusammensetzung sich unterscheiden, in den Hohlraum 24 gefüllt, ohne in einer gemischten Weise angeordnet zu sein, wie in 3 dargestellt.
Nachdem die Pulver „A", „B" und „C" gefüllt worden sind, kehrt der Pulverkasten 10 zurück, und der obere Stanzer 23 senkt sich von über dem Preßstempel 20 ab, um das resultierende Verbundpulver zu verdichten. Das Verdichten mit dem oberen Stanzer 23 wird mit einer nicht dargestellten hydraulischen Presse bzw. Preßmaschine durchgeführt. Der obere Stanzer 23 und die hydraulische Presse bilden die Preßvorrichtung.
Zu beachten ist, daß die Steuervorrichtung, die einen nicht dargestellten Computer enthält, arbeitet, um das Anheben und Absenken des unteren Stanzers 22 und des oberen Stanzers 23, das Stromregulierungsventil 40, das Stellglied 19 und dergleichen zu steuern.
(2) Luftzuführwert
Die Korrelation zwischen den Luftzuführwerten und Strömungswiderständen, die sich auf die oben beschriebenen Pulver „A", „B" und „C" beziehen, wurde unter Verwendung der Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers untersucht. 4 stellt die Ergebnisse dar.
Von 4 wurde, ungeachtet des Typs der Pulver, bestätigt, daß die jeweiligen Strömungswiderstände im wesentlichen identisch werden, wenn der Luftzuführwert von 0,1 bis 0,3 (1/s) ist. Wenn die Luftzuführwerte innerhalb des Bereichs eingestellt werden und das Füllen der Pulver durchgeführt wird, werden daher die Pulver „A", „B" und „C" gefüllt, ohne sie in einer gemischten Weise anzuordnen, wie es in 3 dargestellt ist.
(3) Verbundpulver-Preßling
Die Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers wurde verwendet, die Luftzuführwerte waren gemeinsam auf 0,15 (1/s) eingestellt, und die vorab beschriebenen Pulver „A", „B" und „C" wurden in den Hohlraum 24 gefüllt (ein Füllschritt).
Das auf diese gefüllte Verbundpulver wurde bei 588 MPa unter Verwendung des oberen Stanzers 23 verdichtet, wodurch ein Verbundpulver-Preßling hergestellt wurde (ein Preßschritt). 5A stellt es dar. Zu beachten ist, daß 5B einen darstellt, der durch Füllen der Pulver „A", „B" und „C" auf einmal, ohne die Luft durch die Leitung 14 einzuleiten (insbesondere durch Einstellen der Luftventile auf 0), und durch Ausbilden unter denselben Bedingungen hergestellt worden ist.
Wenn die Strömungswiderstände in den Pulvern „A", „B" und „C" durch geeignetes Einstellen der Luftzuführwerte im wesentlichen ausgeglichen worden sind, wurde ein Verbundpulver-Preßling erzeugt, der eine ausdrückliche Grenze für die jeweiligen Zusammensetzungen aufwies. Wenn andererseits die Luftzuführwerte auf 0 gesetzt waren, wurde ein Preßling erzeugt, bei dem die Pulver, die einen geringen Strömungswiderstand zeigten (insbesondere Pulver, die eine hohe Fluidität zeigten), abwärts gestreut wurden, wie es in 5B dargestellt ist. Daher ergibt sich, daß es sehr schwer ist, nur gewünschte Bereiche gewünschte Zusammensetzungen haben zu lassen, wenn keine Luft in die Füll-Pulver eingeleitet wird.
(Beispiel Nr. 2)
(1) Herstellung einer Querprobe
Eine ähnliche Vorrichtung wurde verwendet, bei der die Gestalt und dergleichen des Pulverkastens 10 und des Preßstempels 20 der Vorrichtung 100 zum Pressen eines Verbundpulvers variiert wurden, und die Querproben, die in 6A dargestellt sind, wurden hergestellt, deren Größe 55 in der Länge × 10 in der Breite × 5 mm in der Dicke war. Im vorliegenden Beispiel wurden ein Fe-2Cu-0,6C-Pulver (im nachfolgenden als Pulver „A" bezeichnet) und ein Fe-2Cu-0,8C-Pulver (im nachfolgenden als Pulver „B" bezeichnet) in die jeweiligen Pulverkammern gepackt, die von einer Trennplatte in der Mitte des Pulverkastens abgegrenzt wurden, die jeweiligen Pulver wurden in einen Hohlraum gefüllt, und danach wurden die Querproben über die jeweiligen Schritte des Formens bzw. Ausbildens und Sinterns hergestellt.
Das Pulver „A" und das Pulver „B" waren Pulvergemische, bei denen ein Fe-Pulver, ein Fe-10Cu-Pulver und ein Graphitpulver derart gemischt wurden, daß die Gesamtzusammensetzungen jeweils Fe-2Cu-0,6C und Fe-2Cu-0,8C waren. Das Fe-Pulver und das Fe-10Cu-Pulver, die hierbei verwendet wurden, sind kommerziell verfügbare Pulver, deren Partikeldurchmesser 250 μm oder weniger war und die jeweils von Höganäs AB. hergestellt wurden. Das Graphitpulver war ein kommerziell verfügbares Pulver, dessen Partikeldurchmesser 10 μm oder weniger war und das von Nihon Kokuen Co., Ltd. hergestellt worden ist.
Die Füllschritte wurden durch Saugfüllung durchgeführt, und Stickstoff aus Flaschen (bottled) wurde mit einem Luftzuführwert von 0,15 (1/s) eingespritzt.
Der Formungsschritt wurde durch Einstellen des Preßdrucks auf 588 MPa durchgeführt. Beim Pressen wurde Zinkstearat (ZnSt), das ein Schmierstoff ist, zu den jeweiligen Pulvern in einer Menge von 0,8 Gew.% gegeben.
Der Sinterschritt wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei 1.150°C für 30 Minuten durchgeführt. Danach wurden sie mit einer Rate von 100°C/min abgekühlt.
Die Dichte der Querproben, welche die auf diese Weise erzeugten gesinterten Körper enthalten, war 7,05 × 10³ kg/m³ (7,05 g/cm³).
(2) Bewertung der Querproben
(1) Die längenmäßigen Größenveränderungen der Querproben wurden vor und nach dem Sintern an drei Stellen, die in 6A dargestellt sind, untersucht. 6B stellt die Ergebnisse dar.
Die Größenveränderung des Grenzabschnitts (zwischen den Pulvern „A" und „B"), bei dem sich die Pulver, die verschiedene Zusammensetzungen aufweisen, berührten, war ein Zwischenwert zwischen der Größenveränderung des Fe-2Cu-0,6C-Materialabschnitts und der Größenveränderung des Fe-2Cu-0,8C-Materialabschnitts.
(2) Die Härteverteilung wurde in der Nähe des Grenzabschnitts gemessen. 7 stellt die Ergebnisse dar. Es ergibt sich, daß die Härte innerhalb eines Bereichs von 1 mm der gegenüberstehenden Seiten, in dem die Grenze zwischen der Fe-2Cu-0,6C-Schicht und der Fe-2Cu-0,8C-Schicht angeordnet ist, beträchtlich schwankt.
Dies resultierte von der Tatsache, daß sich die Fe-2Cu-0,6C-Schicht und die Fe-2Cu-0,8C-Schicht alleine in bezug auf den Kohlenstoffgehalt unterschieden, und daß Kohlenstoff von der Seite mit hoher Konzentration zur Seite mit geringer Konzentration durch Sintern diffundierte (diffused), und daß die Härteverteilungen in Abhängigkeit von der Konzentrationsverteilung des Kohlenstoffgehalts aufgetreten sind.
(3) Die Querproben wurden einem Vierpunkt-Querbiegetest, der in 8A dargestellt ist, unterzogen. Der Vierpunkt-Querbiegetest wurde derart gestaltet, daß eine einheitliche Spannung zwischen Hebelstützen (fulcrums), zwischen denen der oben beschriebene Grenzabschnitt angeordnet wurde, angelegt werden konnte. 8B stellt nicht nur die Transversal-Bruchstärke am Grenzabschnitt dar, sondern auch die Transversal-Bruchstärke am einzelnen Fe-2Cu-0,6C-Material und die Transversal-Bruchstärke am einzelnen Fe-2Cu-0,8C-Material dar.
Es ergibt sich, daß der Grenzabschnitt ein Stärkeäquivalent von wenigstens dem des einzelnen Fe-2Cu-0,6C-Materials sicherstellt. Da die Stärke des Grenzabschnitts im wesentlichen mit der Stärke des Fe-2Cu-0,6C identisch war, ist im Gegensatz dazu erwiesen, daß eine ausdrückliche Grenze ausgebildet worden ist.
(Beispiel Nr. 3)
(1) Herstellung einer Verbindungsstange
(1) Eine ähnliche Vorrichtung wurde verwendet, bei der die Gestalt und dergleichen des Pulverkastens 10 und des Preßstempels 20 der Vorrichtung 100 zum Verformen eines Verbundpulvers variiert wurden, und sinter-geschmiedete Verbindungsstangen wurden hergestellt, deren Größe Ø 55 mm im Durchmesser der großen Seite × Ø 22 mm im Durchmesser der kleinen Seite × 160 mm im Mittelabstand war. Insbesondere wurden, wie es in 9A dargestellt ist, das vorab beschriebene Pulver „A" und das Pulver „B" abwechselnd in die jeweiligen Pulverkammern gepackt, diese wurden in einen Hohlraum gefüllt, und danach wurden sinter-geschmiedete Verbindungsstangen, die in 9B dargestellt sind, über die jeweiligen Schritte, wie beispielsweise Pressen, Sintern und Schmieden, hergestellt.
Im Fall des vorliegenden Beispiels waren die innere Gestalt der jeweiligen Kammern 120 in Breite × 200 in Länge × 60 mm in Höhe, 80 in Breite × 200 in Länge × 60 mm in Höhe und 60 in Breite × 200 in Länge × 60 mm in Höhe in dieser Reihenfolge von der Haupt-Endseite (major-end side). In den jeweiligen Pulverkammern war die Leitung, welche die Gaszuführleitung war, in einer Menge von elf Stücken, sieben Stücken und fünf Stücken in dieser Reihenfolge von der Haupt-Endseite angeordnet. Die Gestalt, Anordnungshöhe und dergleichen der Leitung und des Einleitelochs waren dieselben wie jene von Beispiel Nr. 1.
Der Füllschritt wurde durch Schwerkraftfüllen durchgeführt. Während des Füllens wurde die Luftleitung eines Betriebs als eine Versorgungsquelle verwendet, wobei Luft mit einem Luftzuführwert von 0,15 (1/s) in die jeweiligen Pulverkammern durch die jeweiligen Leitungen strömte.
Der Verformungsschritt wurde in derselben Weise ausgeführt wie in Beispiel Nr. 2. Insbesondere war der Preßdruck auf 588 MPa eingestellt, und Zinkstearat wurde den jeweiligen Pulvern in einer Menge von 0,8 Gew.% zugegeben.
Die Sinter- und Schmiedeschritte wurden bei 1.150°C für 15 Minuten in einem RX-Gas (ein H₂-4CN₂-20CO-Mischgas) durchgeführt, um ein Dekarburieren zu verhindern. Obwohl sie auf diese Weise erwärmt wurden, wurden sie Heißschmieden (hot forging) mit einem mittleren Druck von 800 MPa unterzogen und wurden danach zum Abkühlen an der Luft gelassen.
(2) Andererseits wurden gesinterte Verbindungsstäbe hergestellt, die dem oben beschriebenen Sintern unterzogen wurden, die aber nicht dem Schmieden unterzogen worden waren. In diesem Fall wurden sie mit einer Rate von 100°C/min abgekühlt, nachdem sie in der RX-Atmosphäre gesintert worden waren.
(3) Darüber hinaus wurden als Vergleichsbeispiele sinter-geschmiedete Verbindungsstangen und gesinterte Verbindungsstangen, die allein das Pulver „A" oder das Pulver „B" enthielten, durch jeweilige Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens in ähnlicher Weise hergestellt.
(2) Bewertung einer Verbindungsstange
(1) Die verschiedenen, auf diese Weise hergestellten Verbindungsstangen wurden einem Zugtest unterzogen. Die Prüfproben für den Zugtest wurden von dem Abschnitt gesammelt, der in 10 dargestellt ist. Die Prüfproben wiesen einen Ø 4 × 20 mm-Parallelabschnitt und M8-Futter auf. Tab. 1 legt die Ergebnisse der jeweiligen Tests dar.
Zu beachten ist, daß bezüglich der Verbindungsstangen, die aus dem Pulver „A" und dem Pulver „B" hergestellt wurden, der Mittelabschnitt der Prüfprobe als der Grenzabschnitt zwischen den beiden Pulvern ausgebildet worden ist, ein Dehnungsmeßgerät jeweils an die Seite des Pulvers „A" (C-armes Pulver) und an die Seite des Pulvers „B" (C-reiches Pulver) gebunden worden ist und dann der Zugtest durchgeführt worden ist.
(2) Das Nachfolgende ist aus den Testergebnissen, die in Tab. 1 dargelegt sind, ersichtlich.
Und zwar war bei allen Verbindungsstangen, die aus dem Pulver „A" und dem Pulver „B" hergestellt wurden, die 0,2%ige Prüfspannung an den jeweiligen Abschnitten in wesentlichen mit dem der Verbindungsstangen identisch, die nur das Pulver aufwiesen, das für die jeweiligen Abschnitte verwendet worden war. Die Bruchspannung war praktisch dieselbe wie die der Verbindungsstangen, die das kohlenstoffarme Pulver von geringer Festigkeit (Pulver „A''') enthielten.
Daher ergibt sich, daß die Verbindungsstangen, die unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, derart waren, daß eine Vielfalt der Pulver nicht in einer gemischten Weise in den jeweiligen Abschnitten vorkam, ausgeprägte bzw. deutliche Grenzbereiche ausgebildet wurden und die jeweiligen Abschnitte mit einer gewünschten Zusammensetzung ausgebildet wurden.
(3) In bezug auf die sinter-geschmiedeten Verbindungsstangen wurde folglich die tatsächliche Ermüdungsstärke untersucht. Tabelle 1 legt die Testergebnisse ebenfalls dar.
Die tatsächliche Ermüdungsstärke der sinter-geschmiedeten Verbindungsstangen, die aus Verbundmaterial hergestellt worden ist, war mit dem der sintergeschmiedeten Verbindungsstangen identisch, die alleine das kohlenstoffreiche Pulver (Pulver „B") enthielten. Es scheint erwiesen, daß dies aus der Tatsache resultiert, daß, obwohl die sinter-geschmiedeten Verbindungsstangen, die aus Verbundmaterial hergestellt worden sind, Abschnitte aufwiesen, die alleine das kohlenstoffarme Pulver (Pulver „A") am großen Ende oder am kleinen Ende enthielten, die Säule, die zum kleinen Ende benachbart ist, um eine dominante Bruchstelle der Verbindungsstangen zu sein, aus dem kohlenstoffreichen Pulver ausgebildet worden ist.
Wie aus dem vorliegenden Beispiel ersichtlich ist, war es möglich, die Festigkeit und die Verarbeitbarkeit oder Kostenreduzierung in nur einer Verbindungsstange durch Erzeugen des großen Endes und des kleinen Endes, die eine Verarbeitbarkeit mit einer Zusammensetzung mit einem verringerten Kohlenstoffgehalt erfordern, und Erzeugen der Säule, die eine große Festigkeit erfordert, mit einer Zusammensetzung von erhöhtem Kohlenstoffgehalt kompatibel zu machen.
Daher ist es entsprechend dem vorliegenden Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers oder einer Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers möglich, Pulver, deren Komponentenzusammensetzungen sich unterscheiden, auf einmal in einen Hohlraum zu füllen, ohne sie in einer gemischten Weise anzuordnen.
Darüber hinaus ist es gemäß dem vorliegenden Verfahren zum Ausbilden eines Verbundpulvers oder der Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers möglich, effizient Preßlinge zu erzeugen, deren Komponentenzusammensetzungen durch Verwendung von Verbundpulvern nach dem Füllen von den Bereichen abhängen.

Claims

Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers, das die Schritte enthält: Bewegen eines Pulverkastens, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern aufnehmen, deren Komponentenzusammensetzungen sich auf merkliche Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen, auf einen Preßstempel, der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver gefüllt werden; und Füllen einer Mehrzahl von Pulvern auf einmal in den Hohlraum durch die Bodenöffnungen durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern, um die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt über dem Hohlraum positioniert sind, wobei ein Gasstrom, der in die Pulverkammern eingeleitet wird, unabhängig für jede Pulverkammer reguliert wird.
Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers nach Anspruch 1, wobei die Pulver eisenhaltige Pulver sind, deren Hauptbestandteil Eisen ist und deren mittlerer Partikeldurchmesser 250 μm oder weniger ist; und ein Gasstrom Vg (mL/s), der in die Pulverkammern eingeleitet werden soll, derart ist, daß ein Luftzuführwert Vg/Vp, ein Verhältnis mit Bezug auf das Volumen Vp (mL) der Pulver in den Pulverkammern, von 0,05 bis 0,4 (1/s) ist.
Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers nach Anspruch 1, wobei das Gas durch ein Einleiteloch eingeleitet wird, das auf der äußeren Umfangsseite einer Gaszuführleitung zum Zuführen des Gases in die Pulverkammern eingleitet wird.
Verfahren zum Füllen eines Verbundpulvers nach Anspruch 3, wobei die Gaszuführleitung auf der Bodenseite der Pulverkammern angeordnet ist.
Vorrichtung zum Füllen eines Verbundpulvers, die enthält: einen Pulverkasten, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern aufnehmen, deren Komponentenzusammensetzungen sich auf verschiedene Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen; eine Gaszuführleitung zum Zuführen eines Gases, das in die Pulverkammern eingeleitet werden soll; und ein Stellglied zum Bewegen des Pulverkastens auf einen Preßstempel, der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver gefüllt werden; wobei sie eine Mehrzahl von Pulvern durch die Bodenöffnungen auf einmal in den Hohlraum durch Einleiten von Gas durch ein Einleiteloch der Gaszuführleitung füllen kann, um die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen über dem Hohlraum positioniert sind; und wobei die Vorrichtung ferner eine Stromregulierungseinrichtung enthält, die geeignet ist, einen Gasstrom, der durch das Einleiteloch eingeleitet wird, unabhängig für jede Pulverkammer zu regulieren.
Verfahren zum Pressen eines Verbundpulvers, der die Schritte enthält: Bewegen eines Pulverkastens, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern aufnehmen, deren Komponentenzusammensetzungen sich auf verschiedene Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen, auf einen Preßstempel, der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver gefüllt werden; Füllen einer Mehrzahl von Pulvern auf einmal in den Hohlraum durch die Bodenöffnungen durch Einleiten eines Gases in die Pulverkammern, um die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen durch den Pulverkasten-Bewegungsschritt über dem Hohlraum positioniert sind; und Erzeugen eines Verbundpulver-Preßlings durch Verdichten eines Verbundpulvers, der eine Mehrzahl von Pulvern nach dem Füllschritt enthält, wobei ein Gasstrom, der in die Pulverkammern eingeleitet wird, für jede Pulverkammer unabhängig reguliert wird.
Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers, die enthält: einen Pulverkasten, der auf einem Tisch beweglich angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pulverkammern enthält, die eine Mehrzahl von Pulvern aufnehmen, deren Komponentenzusammensetzungen sich auf verschiedene Weise unterscheiden, und die eine Bodenöffnung aufweisen; eine Gaszuführleitung zum Zuführen eines Gases, das in die Pulverkammern eingeleitet werden soll; einen Preßstempel, der geeignet ist, einen Hohlraum auszubilden, in den die Pulver gefüllt werden; ein Stellglied zum Bewegen des Pulverkastens auf den Preßstempel; und eine Preßeinrichtung zum Verdichten eines Verbundpulvers, der eine Mehrzahl der Pulver enthält, die durch die Bodenöffnungen auf einmal in den Hohlraum durch Einleiten eines Gases durch ein Einleiteloch der Gaszuführleitung gefüllt werden, um die jeweiligen Strömungswiderstände einer Mehrzahl der Pulver wenigstens dann auszugleichen, wenn die Bodenöffnungen über dem Hohlraum positioniert sind, um einen Verbundpulver-Preßling zu erzeugen, wobei die Vorrichtung ferner eine Stromregulierungseinrichtung enthält, die geeignet ist, einen Gasstrom, der durch das Einleiteloch der Gaszuführleitung eingeleitet wird, unabhängig für jede Pulverkammer zu regulieren.
Vorrichtung zum Pressen eines Verbundpulvers nach Anspruch 7, wobei der Preßstempel einen Stempel, einen unteren Stanzer und einen oberen Stanzer enthält; der Hohlraum durch den Stempel und den unteren Stanzer ausgebildet wird; und die Preßeinrichtung der obere Stanzer zum Pressen des Verbundpulvers in den Hohlraum ist.