JP2001098303A

JP2001098303A - 成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2001098303A
Application number: JP27092399A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Tate; 弘樹舘; Koji Saito; 孝治齋藤; Teruaki Onoki; 輝明大野木; Jiyunichi Nagahora; 純一永洞
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-04-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】成形装置及び成形素材の大きさに影響を受け
ず、強度的に十分な特性を有する成形体を提供する。【解決手段】成形素材が供給される収納空間３を有
し、収納空間内に摺動自在に配され、成形素材を押圧す
る押圧手段を設けた供給型と、前記収納空間と連通し、
収納空間より大きな断面積の成形空間を有し、成形空間
内に配された受け手段を設けた成形型とからなる成形装
置の収納空間内に成形素材を配し、これを成形空間内へ
塑性流動を与えながら押圧成形することにより成形する
ことを特徴とする成形体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末あるいは
合金粉末さらにはこれらの粉末を集合した集合体からな
る成形素材について、これらを構成する粉末同士を強固
に接合し成形体を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばガスアトマイズ法、ＭＡ
法、ＭＧ法等により作製した金属粉末あるいは合金粉末
さらにはこれらの粉末を集合した集合体からなる成形素
材に成形を施し成形体を製造する製造方法としては、押
出法による製造方法がある。押出法による製造方法にお
いては、上記粉末を金属または合金製の缶の中に充填
し、これを圧粉し押出用のビレットとし、これを押出す
ることにより、所定断面形状の成形体を製造するもので
ある。しかしながら、押出法による成形体においては、
大きな形状の成形体を作製するには、押出装置およびビ
レットを成形する装置の関係上、限界があると共に長手
方向に連続した長尺なものを成形するには有効である
が、ビレットの断面形状あるいはコンテナの内径形状よ
り大きな形状の成形体は得られないといった問題があ
る。

【０００３】また、金属粉末あるいは合金粉末に成形を
施し成形体を製造する製造方法としては、特開平５−７
８７０５号及び特開平５−１９５０１２号に開示の成形
方法が知られている。これらの公報に記載の成形方法
は、金型内で圧縮された上記粉末を余剰空間への材料流
れを許容することにより、粉末に変形の自由度を与えつ
つ連続的に圧縮することにより、成形体を製造する方法
である。しかしながら、これらの方法においても、上記
押出法と同様な問題を有すると共に上記粉末同士を十分
に接合させるためには、粉末表面の強固な酸化被膜を破
壊し、新表面（粉末自体の表面）を出し、新表面同士に
て接合を行う必要があり、このような接合を十分に行わ
ない場合、強度的に十分な特性を有する成形体を提供す
るのが難しいといった問題を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は前記
に鑑み、成形装置及び成形素材の大きさに影響を受け
ず、形状の大きな成形体を成形でき、さらに、成形素材
を構成する上記粉末同士の接合が十分に行え、強度的に
十分な特性を有する成形体を提供することができる成形
体の製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成よ
りなる。

【０００６】（１）成形素材が供給される収納空間を有
し、収納空間内に摺動自在に配され、成形素材を押圧す
る押圧手段を設けた供給型と、前記収納空間と連通し、
収納空間より大きな断面積の成形空間を有し、成形空間
内に配された受け手段を設けた成形型とからなる成形装
置の収納空間内に成形素材を配し、これを成形空間内へ
塑性流動を与えながら押圧成形することにより成形する
ことを特徴とする成形体の製造方法。

【０００７】（２）成形型の受け手段は、成形空間内に
摺動自在に配され、成形型内への成形に際して、成形空
間を拡大するように摺動する前記（１）記載の成形体の
製造方法。

【０００８】（３）収納空間の断面積に対する受け手段
の成形表面積が、拡大率で４０％以上である前記（１）
記載の成形体の製造方法。

【０００９】（４）押圧手段による押圧開始段階におい
て、受け手段は収納空間の端部より一定の距離をもって
配されている前記（１）記載の成形体の製造方法。

【００１０】（５）収納空間の端部には、成形空間に向
かって拡大する傾斜部（リリーフ）が形成されている前
記（１）記載の成形体の製造方法。

【００１１】（６）成形空間の端部外方には成形素材が
流入する余剰空間（バリ部）が形成されている前記
（１）記載の成形体の製造方法。

【００１２】本発明に適用される成形素材の形態として
は、金属粉末あるいは合金粉末さらにはこれらの粉末を
集合した集合体がある。合金粉末としては、アルミニウ
ム合金、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金などが
ある。また、非平衡相からなる合金についても適用で
き、非平衡相からなる合金としては、アルミニウム合
金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、希土類
金属合金、ジルコニウム合金などが適用できる。非平衡
相からなる合金の組織としては、非晶質相からなる合
金、過飽和固溶体相からなる合金、準結晶相からなる合
金あるいはこれらの相が混在したものからなる合金があ
る。これらの成形素材の製造方法としては、各種粉末は
アトマイズ法に代表される液体急冷法、メカニカルアロ
イング法（ＭＡ法）、メカニカルグラインディング法
（ＭＧ法）などの方法によって作製される。このように
作製された粉末を集合した集合体の製造方法としては、
このような粉末を焼結、仮焼結あるいは圧粉することに
より作製される。具体的には、例えばＨＩＰ法、ＣＩＰ
法等がある。なお、従来技術に記載した押出成形用のビ
レットも成形素材として用いることができる。

【００１３】以下、図面に基づき本発明の成形体の製造
方法及びこの方法に用いられる装置について、詳細に説
明する。なお、本発明は以下の方法及び装置に限定され
るものではない。

【００１４】図１〜３は、本発明の第１実施例の方法と
その装置を示しており、その成形装置は、供給型である
上型１と成形型である下型２とから構成され、上型１は
上下方向に連通する収納空間３が形成され、この収納空
間３内には、図示されないシリンダーなどにより上下方
向に摺動自在に作動する押圧手段である押圧部を備えた
上ステム４が配されている。下型２は、上記上型１の収
納空間３と連続し、かつ上下方向に連通する成形空間５
が形成され、成形空間５内には、図示されないシリンダ
ーなどにより上下方向に摺動自在に作動する受け手段で
ある受けプレート６を備えた下ステム７が配されてい
る。なお、図１（ロ）下部に付記したように、成形空間
Ｂの断面積が収納空間Ａの断面積よりも大きい。

【００１５】具体的な成形方法について説明すると、図
１（イ）に示すように成形素材Ｍを収納空間３あるいは
収納空間３及び成形空間５内に配する。この際、まず下
ステム７の受けプレート６の上面が成形空間内の所定位
置となるようにセットし、セットされた状態で成形素材
Ｍを配する。その後、上ステム４を作動させ、成形素材
Ｍを下ステム７に向けて加圧させ、成形素材Ｍを加圧し
変形を加える。なお、受けプレート６を上型１に当接し
て配した場合、上記加圧と同時に下ステム７が下方に多
少移動する。次に、図２に示すように、上ステム４の加
圧により、成形素材Ｍは成形空間５内へ上型１の収納空
間３の下端の角部８によりせん断塑性流動させられ、こ
れによって粉末の表面に形成された強固な酸化被膜が破
壊され、健全なそして活性な表面同士が接合され、また
破壊された酸化被膜は微細分散され、強固な接合が行わ
れる。さらに、上ステム４の移動に伴い下ステム７が移
動し、上記せん断塑性流動を連続的に施しながら成形素
材Ｍは、成形空間５内に充填され、成形が行われる。最
終的には、図３に示すように成形空間５内に成形素材Ｍ
が配され成形が終了する。

【００１６】本発明において、成形開始時に小さな開口
（収納空間３）より成形素材Ｍを成形空間に押出すこと
により、成形体の先端部分にもせん断塑性流動を生じさ
せることができる。また、収納空間の断面積と受けプレ
ートとの比率を、受けプレートが拡大率で４０％以上と
なるように設定することが、成形素材に対して効率的に
せん断塑性流動を生じさせ、強固な接合を行うためには
有用である。拡大率４０％以下では、成形素材に十分に
せん断塑性流動が行われず、固化（成形）不足となりや
すい。拡大率は以下の式に基づく。

【００１７】拡大率（％）＝（受けプレート上面の表面
積−収納空間断面積）／収納空間断面積×１００また、成形開始時に上型１と受けプレート６との間に多
少のクリアランス（初期クリアランス）を設けておいた
方が成形の初期の段階から成形材料にせん断塑性流動を
生じさせるために好ましい。具体的には、０〜１５ｍ
ｍ、さらに好ましくは５〜１５ｍｍの初期クリアランス
を設けておくのが好ましい。このように成形することに
より、上ステム４が成形素材Ｍを加圧し、成形空間５内
の余剰空間に充填し、以後は、成形空間５の体積を制御
しながら成形を行うことで均一なせん断塑性流動を加
え、完全な成形体となる。これらの条件などは、以下の
実施例についても同様である。

【００１８】図４〜６は、本発明の第２実施例の方法と
その装置を示しており、その成形装置は、基本的には第
１実施例と同様である。したがって、同一名称部分は同
一符号をもって示す。第１実施例と異なる所は、上型１
の下型２側端部において収納空間３に内方に突出する突
出部９が形成され、突出部９により収納空間３が大小の
２つの空間３、３’に形成されている。このように突出
部９を形成することにより、成形素材Ｍによりせん断塑
性流動を生じさせ、より強固な接合を行うことができ
る。すなわち成形素材Ｍは、突出部９でせん断塑性流動
させられ、さらに成形空間内への移動の際に実施例１よ
りさらに大きなせん断塑性流動させられる。ここで重要
なことは、成形素材Ｍに加えられる歪量は収納空間の形
状を変えることにより、制御できるという点であり、成
形素材Ｍの断面積を減少させることにより、成形体全体
に加えられる歪量を上昇させ強固な接合を行うことであ
る。

【００１９】具体的な成形方法は、第１実施例と同様で
あり、簡単に説明すると、図４に示すように成形素材Ｍ
を上型１内にセットし、上ステム４により加圧を行う。
次に、図５に示すように上ステム４の押圧に対して、下
ステム７を連動させ、受プレート６で受けながら成形素
材Ｍを突出部９を通過させて成形空間５内へ、図６に示
すように充填させ、成形体の成形を行う。

【００２０】図７は、第２実施例の変形例であり、上ス
テム４を円筒上の外ステム４ｂと外ステム４ｂ内に収納
され独立して上下方向に移動可能な内ステム４ａとから
構成し、内ステム４ａの断面形状を突出部９内に形成さ
れた収納空間３’の形状に合わせ、この空間内を移動で
きるように形成したものである。上ステム４を上記のよ
うに構成することにより、成形時には、内ステム４ａ及
び外ステム４ｂにて押圧し、成形後内ステム４ａを下方
に移動させることにより、成形体を円滑に成形型外に排
出することができる。

【００２１】図８〜１１は、本発明の第３実施例の方法
とその装置を示しており、その成形装置は基本的には第
１実施例と同様である。第１実施例と異なる所は、上型
１の下型２側端部において収納空間３が成形空間５に向
かって拡大するような傾斜部１０が形成されている。具
体的には、図１１に示すように、上型１下方にリリーフ
角度αの傾斜部１０が形成されている。このようにリリ
ーフ角度を設けることにより、成形素材Ｍに均一に歪み
を与えることができ、成形体全体の歪量がより均一にな
る。リリーフ角度は大きくなればなるほど歪量の分布は
均一になる。

【００２２】具体的な成形方法は、第１実施例と同様で
あり、簡単に説明すると、図８に示すように成形素材Ｍ
を上型１内にセットし、上ステム４により加圧を行う。
次に、図９に示すように上ステム４の押圧に対して、下
ステム７を連動させ、成形素材Ｍを傾斜部１０を通過さ
せて成形空間５内へ、図１０に示すように充填させ、成
形体の成形を行う。

【００２３】図１２及び１３は、本発明の第４実施例の
方法とその装置を示しており、その成形装置は、基本的
には第１実施例と同様である。第１実施例と異なる所
は、下型２上方の内周縁（成形空間上方の縁部）に成形
素材Ｍが流れ込むバリ部１１を設けた点である。具体的
には、図１３に示すように、上型１と下型２との接合面
の下型部分に成形空間と連通して形成されている。この
ようにバリ部１１を設けることにより、成形素材Ｍの成
形初期における接合が十分に行いにくい部分（成形素材
の先端部分は場合によっては、せん断塑性流動を与えに
くいこともある。）をバリ部１１に排出し、強度的に不
十分となるような部分が存在しにくい成形体を成形する
ことができる。具体的な成形方法は、第１実施例及び他
の実施例と同様であり、上述のような説明は省略する
が、成形素材Ｍは上ステム４の押圧により上型２下面と
受けプレート６上面とに沿って、成形空間５内をバリ部
１１に向かって移動し、バリ部１１に充填される。ま
た、最終的には、成形体の型内からの排出時に、バリ部
分は切断され上下型を型割する段階でバリ部分も排出さ
れる。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に具体的な実施例に基づいて本
発明を説明する。

【００２５】実施例１市販の耐熱性Ａｌ−Ｓｉ系粉末アルミニウム合金を分級
（約１０６μｍ以下）した粉末をＣＩＰにより圧粉し、
合金粉末集合体（直径４２ｍｍ、長さ７５ｍｍ）を作製
し、これを成形素材Ｍとした。

【００２６】金型は図１を参照して、上型１（内径４２
ｍｍ）と、４０×１００ｍｍの受けプレート６が入る下
型２から構成される（拡大率１８９％）。成形素材Ｍを
投入する前の状態は、上型１は下型２を押え、受けプレ
ート６と上型１との初期クリアランスを１０ｍｍに設定
する。金型は温度約４００℃に保たれている。雰囲気加
熱法または高周波加熱法により約４００℃に加熱した成
形素材を内径４２ｍｍの上型１に投入し、上ステム４が
成形素材Ｍを加圧する。このときの上ステム４の加圧力
は一定である。成形素材Ｍが、受けプレート６と上型１
との空間内に充填した時点で、下ステム７は一定速度で
後退を開始する。これより、粉末を連続的にせん断塑性
流動させながら、４０×１００×２０ｍｍの成形体へと
形状付与させることができる。

【００２７】上下ステム４、７の制御機構は、上ステム
４が一定圧力で加圧する時、下ステム７は一定速度で後
退する。また、上ステム４が一定速度で加圧する場合
は、下ステム７は一定背圧を検知しながら後退すること
も可能である。

【００２８】受けプレート６を複数形状にし、さらには
上ステム４、上型１の下面に形状を加工することで、製
品あるいは製品に近い形状にも成形可能である。

【００２９】上記方法により得られた成形体の機械的性
質は、成形体全体において通常行われる押出加工（押出
比１０）による固化成形と同等の強度５３０ＭＰａ、伸
び３％を示した。

【００３０】実施例２図４に示す如く、上型１の下型２側端部に突出部９を設
けることにより加工初期に押出比１．５で断面減少させ
ることで、成形体全体の歪量を上昇させることができ
る。このように作製した成形体の機械的性質は強度５５
０ＭＰａ、伸び３％を示した。

【００３１】実施例３図８に示すように、上型１の下型２側端部の形状をリリ
ーフ角度αの傾斜部１０を設けることで、成形体全体の
歪量がより均一になった。この場合、リリーフ角度αが
大きくなる程歪量の分布は均一になった。

【００３２】実施例４図１２に示すように、下型２の上方の内周縁にバリ部１
１を設けることにより、場合によりせん断性流動を受け
にくい成形素材Ｍの先端部をこのバリ部１１に逃がし、
成形体より切除することにより、成形体全体の歪量をよ
り均一にすることが可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、初期ビレットの断面積
より大きな形状の成形体を作製することができ、また、
１回の工程で粉末固化と形状付与を連続的に行うことが
できるので工程数を短縮し、コストを低減することがで
きる。一回の成形で製品または製品に近い形状に作製で
きるので、後加工工程を簡略化または省略することがで
き、低コストで製品をつくることができる。

【００３４】従来の押出機と同じ能力の装置を用いて、
より大きな成形品をつくることができる（請求項１〜
３）。

【００３５】特に請求項４、５、６では成形体全体の歪
量をより均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の初期工程の説明図である。

【図２】図１の次の中間工程の説明図である。

【図３】図１、２の成形終了時の説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の初期工程の説明図であ
る。

【図５】図４の次の工程の説明図である。

【図６】図５の次の工程の説明図である。

【図７】図４〜６の変形例の説明図である。

【図８】本発明の他の実施例の初期工程の説明図であ
る。

【図９】図８の次の工程の説明図である。

【図１０】図９の次の工程の説明図である。

【図１１】図８の要部拡大図である。

【図１２】本発明の他の実施例の説明図である。

【図１３】図１２の要部の拡大説明図である。

【符号の説明】

１上型２下型３，３’ 収納空間４上ステム４ａ内ステム４ｂ外ステム５成形空間６受けプレート７下ステム８角部９突出部１０傾斜部１１バリ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形素材が供給される収納空間を有し、
収納空間内に摺動自在に配され、成形素材を押圧する押
圧手段を設けた供給型と、前記収納空間と連通し、収納
空間より大きな断面積の成形空間を有し、成形空間内に
配された受け手段を設けた成形型とからなる成形装置の
収納空間内に成形素材を配し、これを成形空間内へ塑性
流動を与えながら押圧成形することにより成形すること
を特徴とする成形体の製造方法。
【請求項２】成形型の受け手段は、成形空間内に摺動
自在に配され、成形型内への成形に際して、成形空間を
拡大するように摺動する請求項１記載の成形体の製造方
法。
【請求項３】収納空間の断面積に対する受け手段の成
形表面積が、拡大率で４０％以上である請求項１記載の
成形体の製造方法。
【請求項４】押圧手段による押圧開始段階において、
受け手段は収納空間の端部より一定の距離をもって配さ
れている請求項１記載の成形体の製造方法。
【請求項５】収納空間の端部には、成形空間に向かっ
て拡大する傾斜部（リリーフ）が形成されている請求項
１記載の成形体の製造方法。
【請求項６】成形空間の端部外方には成形素材が流入
する余剰空間（バリ部）が形成されている請求項１記載
の成形体の製造方法。