JP2004291046A

JP2004291046A - 粉末成形における成形体のクラック防止方法及び装置

Info

Publication number: JP2004291046A
Application number: JP2003088304A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Nakajima; 義行中島
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】上パンチと複数の下パンチによって金型内の粉末を圧縮成形し、圧抜き後に、成形体を金型から抜き出す粉末成形においては、圧抜き時や型抜き時に成形体にクラックが生じることがあるのでこのクラックを確実に防止できるようにする。
【解決手段】上パンチ３−１、３−２と下パンチ４−１〜４−３によってダイ１内の粉末材料Ａ’を圧縮成形した後、各パンチに加わる圧力の差が目標範囲内に納まるように各パンチに加わる荷重を制御しながら圧抜きを行い、しかる後、成形体を金型から抜き出す。また、必要なら、ダイ１から成形体を抜き取るときにも下パンチの荷重制御を行う。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粉末成形体（以下では単に成形体とも言う）の製造工程における成形体のクラック防止方法とその方法の実行機能を備える粉末プレス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上パンチと複数の下パンチによって金型内の粉末を圧縮成形した後、成形体を金型から抜き出し可能となすための圧抜きを行い、その後、出来上がった成形体を金型から抜き出す段付き成形体の粉末成形方法においては、上パンチ、下パンチがそれぞれ複数又はいずれか一方が複数ある場合に成形圧による各パンチの歪み量に差が生じ、それが原因で圧抜き工程や成形体を金型から抜き出す型抜き工程において成形体にクラックが発生し易い。
【０００３】
圧抜きを行うとパンチの歪みが開放され、歪み量が異なるパンチの弾性復元量に差が生じるため、成形体が復元量の大きいパンチに突き上げられる様な状況が起こり、成形体の各部に不均一な力が加わって成形体にクラックが生じる。
【０００４】
また、圧抜き工程において複数あるパンチの弾性復元量に差が生じると、一部のパンチと成形体との間に隙間が生じるなどして下パンチによる成形体の保持が不安定になり、この状態で成形体との間に摩擦を生じた金型の引き下げがなされるため、型抜き工程においても成形体に不均一な力が加わり、これによるクラックが発生する。
【０００５】
そこで、この問題の解決策として、下記特許文献１の発明がなされている。その特許文献１の発明は、加圧工程における各下パンチの圧縮歪み量の差を予め求めておき、圧縮成形後になされる圧抜き時に、予め求めた歪み量の差に応じて各下パンチのストローク制御（上下移動量の制御）を行う。また、抜き出し（型抜き）工程においては、摩擦抵抗により下パンチに生じる歪み量に応じて下パンチのストローク制御を行う。
【０００６】
【特許文献１】
特公平６−４７２００号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
粉末成形は、金型（ダイ）に粉末材料を充填する給粉工程、成形体の各部の圧縮比が均一化するように金型内の粉末を移動させる粉末移動工程、上下パンチで粉末を加圧する圧縮成形工程、圧抜き工程、成形体を金型から抜き取る型抜き工程を順に経てなされるが、給粉、粉末移動、圧縮の条件は常に一定ではなく、成形１回毎にばらつく。
【０００８】
そのばらつきにより、各パンチの歪み量が成形１回毎に変動する。このため、特許文献１が示しているストローク制御による圧抜きを行うと、成形体とこれに当接する各パンチ端面の相対位置にずれが生じ、そのずれが大きいときに一部のパンチが成形体を突き上げる状況が起こり、成形体の各部に不均一な力が加わって成形体にクラックが生じることがあった。
【０００９】
また、型抜き時も、パンチの位置制御が発生歪み量に応じたストローク制御によってなされるため、圧抜き工程で生じた成形体と各パンチ端面の相対位置のずれの影響が現れ、パンチによる成形体の保持が不安定になって成形体にクラックが発生することがあった。
【００１０】
この発明は、この不具合を無くして粉末成形体のクラックを確実に防止できるようにすることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、特許文献１が行っていたストローク制御による圧抜きではなく、荷重制御による圧抜きを行う。具体的には、上パンチ、下パンチがそれぞれ複数、又は上パンチ、下パンチのいずれか一方が複数のパンチによって金型内の粉末を圧縮成形した後、各パンチに加わる圧力（単位面積当りの力）の差が目標範囲内に納まるように各パンチに加わる荷重を制御しながら圧抜きを行い、しかる後、成形体を金型から抜き出す。ここで言う目標範囲とは、成形体にクラックを生じさせない大きさであり、摩擦の影響を無視した場合、好ましくはゼロである。
【００１２】
この荷重制御による圧抜きは、上パンチが複数ある場合には上パンチについても行うことができる。また、この荷重制御による圧抜きは、成形体の各部にかかる圧力が均一になるように行うと好ましい。圧抜き後の成形体には、型抜きに支障の出ない大きさの圧力を残存させてもよいし、パンチによる加圧力をゼロにして成形体の自重による力のみが残るようにしてもよい。
【００１３】
上下パンチによる金型内粉末の圧縮成形は、上パンチと下パンチのストロークを制御して行うと、得られる成形体の寸法精度を確保し易い。ただし、各パンチの荷重制御による圧縮成形も制限される訳ではない。
【００１４】
なお、型抜き工程においては、成形体との摩擦によって下パンチに大きな荷重が加わり、その荷重による各下パンチの歪み量に差が生じることがある。このようなときには、成形体を金型から抜き出す際にも成形体を保持したパンチに加わる荷重を制御するのがよい。
【００１５】
ここでは、上パンチと複数の下パンチによって金型内の粉末を圧縮成形し、圧抜き後に成形体を金型から抜き出す粉末プレス装置において、各パンチに加わる荷重をそれぞれに検出するセンサと、各センサからの検出信号に基づいて固定パンチを除く各パンチの位置を制御する制御装置を備えさせ、圧抜き時または圧抜き時と金型からの成形体抜き出し時に各パンチに加わる荷重の制御がなされるようにした粉末プレス装置も併せて提供する。
【００１６】
このプレス装置の形態は特に問わない。ＣＮＣサーボプレス、機械式プレス、油圧式プレスなどを利用できる。
【００１７】
【作用】
この発明においては、各パンチに加わる荷重を制御して圧縮成形後の圧抜きを行うので、給粉、粉末移動、圧縮などの条件が成形１回毎にばらついてもそのばらつきによる圧力変動分がそのつど荷重制御によって修正され、これにより、圧抜き時に成形体の各部にかかる力が均一化され、クラックを招く強さの引っ張り応力が発生しないため成形体にクラックが生じない。
【００１８】
型抜き時に下パンチに大きな荷重が加わる場合にも、成形体を保持したパンチの荷重を制御すれば成形体の各部にかかる力が均一化され、成形体の保持が安定してクラックの発生が効果的に防止される。
【００１９】
また、この発明のプレス装置は、上述したこの発明の方法を実行してクラックの無い粉末成形体を歩留り良く製造することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図に基づいて説明する。図１に段付き粉末成形体の一例を示す。図２Ｉ及び図２ＩＩは、図１の段付き粉末成形体Ａの成形に利用するダイセットの一例を示している。作図の都合により、同一ダイセットの下側部分と上側部分を２図に分けて表わしたが、図２ＩＩの各要素は実際には図２Ｉの要素の直上にある。図２Ｉ、図２ＩＩのＣＬは、共通の中心線を示している。このダイセットＤは、ダイ穴２を設けたダイ１と、ダイ穴２に充填される粉末材料Ａ’を加圧するための図２ＩＩに示す第１、第２上パンチ３−１、３−２、及び図２Ｉに示す第１〜第３下パンチ４−１、４−２、４−３と成形体の中心穴を成形するコアロッド５を備えている。
【００２１】
ダイ１は、ヨークプレート６に連結ロッド１９（一部のみ図示）を介して連結されるダイプレート７に固定され、ヨークプレート６に接続されるプレス機の下ラム８によって所定位置まで引き下げ可能になっている。
【００２２】
第１上パンチ３−１、第２上パンチ３−２は、アダプタ９を用いて第１上パンチプレート１０−１、第２上パンチプレート１０−２に個別に取り付けており、同心嵌合させたこれ等の上パンチの一方（図は第２上パンチ３−２）がプレス機の上ラム１１に接続されて上ラムと共に上下動するようになっている。また、もう一方の上パンチは３−１は、上ラム１１（第２上パンチプレート１０−２でもよい）との間に油圧シリンダなどのアクチュエータ１２を設けてそのアクチュエータ１２で上下動させるようにしている。なお、第２上パンチプレート１０−２と第１上パンチプレート１０−１との間には、必要に応じて第１、第２上パンチを平行に相対移動させるためのスライドガイド１３が設けられる。
【００２３】
第１下パンチ４−１は、可動の第１下パンチプレート１４−１に、また、第２下パンチ４−２は同じく可動の第２下パンチプレート１４−２に、第３下パンチ４−３は固定プレート１５にそれぞれアダプタ９を用いて取り付けており、同心嵌合させるこれらの下パンチのうち、第１下パンチ４−１を第１下パンチプレート１４−１に連結したアクチェータ（図のそれは油圧シリンダ）１６ａで、第２下パンチ４−２を第２下パンチプレート１４−２に連結した油圧シリンダなどのアクチュエータ１６ｂで各々上下動させるようにしている。
【００２４】
第３下パンチ４−３は、固定プレート１５で支持しており、その位置は動かない。
【００２５】
また、コアロッド５は、ヨークプレート６との間や固定プレート１５との間に油圧シリンダなどのアクチュエータ（図示せず）を設けて、単独で上下動させ得るようにしている。
【００２６】
このダイセットＤには、各上パンチ３−１、３−２、及び各下パンチ４−１〜４−３に加わる荷重を個別に検出する荷重センサ１７を備えさせている。また、各パンチに付属させた荷重センサ１７からの検出信号を取り込んで圧抜き時にパンチ荷重の調整指令を出す制御装置１８をプレス機に備えさせている。
【００２７】
制御装置１８は、下パンチ側においては位置固定の第３下パンチ４−３に加わる圧力を基準にして第１、第２下パンチ４−１、４−２に加わる圧力と第３下パンチ４−３に加わる圧力の差が目標範囲に納まるように第１、第２下パンチの位置を制御する。
【００２８】
また、上パンチ側においては第２上パンチ３−２に加わる圧力を基準にして第１上パンチ３−１に加わる圧力と第２上パンチ３−２に加わる圧力の差が目標範囲に納まるように第１上パンチ３−１の位置を制御する。
【００２９】
図示のダイセットの場合、下パンチの圧縮整形時の歪み量は第３下パンチ４−３が最大となるので、上パンチによる加圧力を下げるときに第１、第２下パンチ４−１、４−２を微量押し上げてこれ等の下パンチと第３下パンチ４−３に加わる圧力の差を目標範囲内に制御する。
【００３０】
一方、上パンチ側では、第１上パンチ３−１の圧縮整形時の歪み量が荷重制御の基準となす第２上パンチ３−２の歪み量よりも小さくなるので、第１上パンチ３−１の戻し量を第２上パンチ３−２の戻し量よりも小さくして両上パンチに加わる圧力の差を目標範囲内に制御する。
【００３１】
なお、荷重制御の基準になる下パンチの歪み量よりも他の下パンチの歪み量が大きくなることも考えられ、この場合には歪みの大きい下パンチを引き下げて各下パンチの圧力差を目標範囲内に制御する。また、荷重制御の基準になる上パンチの歪み量よりも他の上パンチの歪み量が大きくなる場合には、他の上パンチの戻し量を制御の基準となす上パンチの引き上げ量よりも大きくして各上パンチの圧力差を目標範囲内に制御する。このときの各下パンチの相対移動量、各上パンチの相対移動量は、各下パンチ、各上パンチの弾性復元量の差の範囲内にあり、微々たる量となる。
【００３２】
図３に、給粉工程から型抜き工程までの各工程を示す。給粉工程では、図３（ａ）に示すように、各下パンチ４−１〜４−３とコアロッド５を進入させたダイ穴２内に粉末材料Ａ’を投入する。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示す粉末移動工程に移り、ここで第１、第２上パンチ３−１、３−２を下げ、これ等の上パンチと、第１、第２下パンチ４−１、４−２の端面位置を圧縮開始点に移して製造する成形体の密度分布を均一化するための粉末移動を行う。
【００３４】
そしてその後に、図３（ｃ）に示す圧縮成形を行う。この圧縮成形工程では、第１、第２下パンチ４−１、４−２とコアロッド５を圧縮終了点に向けて徐々に押し下げながら、上下のパンチでダイ１に充填した粉末材料Ａ’を圧縮成形する。
【００３５】
この圧縮成形を終えた後に圧抜きを行う。その圧抜き工程において先に述べたパンチの荷重制御を行い、成形体Ａに無理な力が加わることを無くしてクラックを防止する。
【００３６】
圧抜きを完了したら、完成品の成形体を金型から抜き取る。この型抜き工程は、図３（ｄ）に示すように、先ず、ダイ１を引き下げる。このとき、成形体Ａの外周に摩擦によるダイの引き下げ力が加わるので、第１下パンチ４−１や第２下パンチ４−２による成形体Ａの支持が不安定になっていると、成形体に曲げ応力が発生してクラックを生じることがある。そこで、第１、第２下パンチ４−１、４−２に加わる圧力を極力均一になるように制御してクラックを防止する。
【００３７】
ダイ１を抜き取ったら、次にコアロッド５を図３（ｅ）に示すように引き下げて抜き取る。
【００３８】
この後、図３（ｆ）に示すように、第２下パンチ４−２の荷重制御を行って第１下パンチ４−１を抜きとり、さらに、図３（ｇ）に示すように、第２下パンチ４−２と第１上パンチ３−１を抜き取り、最後に第１、第２上パンチ３−１、３−２を上昇させて型抜きを完了する。
【００３９】
以上の工程を経ると、給粉、粉末移動、圧縮の条件変動による影響が排除されてクラックの無い良好な粉末成形体が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、圧縮成形後の圧抜きや金型からの成形体の抜き取りを、各パンチに加わる荷重を制御して行うので、給粉、粉末移動、圧縮の条件が成形１回毎に変動しても、成形体の各部に加わる力を均一化して成形体に生じるクラックを確実に防止することができ、ストローク制御による圧抜きと成形体抜き取りを行う方法、装置に比べて不良発生率が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法で成形する粉末成形体の一例を示す斜視図
【図２Ｉ】この発明のプレス装置の一例を示す下側要素の断面図
【図２ＩＩ】この発明のプレス装置の一例を示す上側要素の断面図
【図３】図２の装置の動作工程を示す図
【符号の説明】
１ダイ
２ダイ穴
３−１第１上パンチ
３−２第２上パンチ
４−１第１下パンチ
４−２第２下パンチ
４−３第３下パンチ
５コアロッド
６ヨークプレート
７ダイプレート
８下ラム
９アダプタ
１０−１第１上パンチプレート
１０−２第２上パンチプレート
１１上ラム
１２、１６ａ、１６ｂアクチュエータ
１３スライドガイド
１４−１第１下パンチプレート
１４−２第２下パンチプレート
１５固定プレート
１７荷重センサ
１８制御装置
１９連結ロッド

Claims

上パンチ、下パンチがそれぞれ複数又は上パンチ、下パンチのいずれか一方が複数のパンチによって金型内の粉末を圧縮成形した後、各パンチに加わる圧力の差が目標範囲内に納まるように各パンチに加わる荷重を制御しながら圧抜きを行い、しかる後、成形体を金型から抜き出すことを特徴とする粉末成形における成形体のクラック防止方法。
前記荷重制御による圧抜きを、成形体の各部にかかる圧力が均一化されるように行う請求項１に記載の粉末成形における成形体のクラック防止方法。
上下パンチによる金型内粉末の圧縮成形は、上パンチと下パンチのストロークを制御して行う請求項１または２に記載の粉末成形における成形体のクラック防止方法。
成形体を保持したパンチに加わる荷重を制御して成形体を金型から抜き出す請求項１乃至３のいずれかに記載の粉末成形における成形体のクラック防止方法。
上パンチ、下パンチがそれぞれ複数又は上パンチ、下パンチのいずれか一方が複数のパンチによって金型内の粉末を圧縮成形し、圧抜き後に成形体を金型から抜き出す粉末プレス装置において、各パンチに加わる荷重をそれぞれに検出するセンサと、各センサからの検出信号に基づいて固定パンチを除く各パンチの位置を制御する制御装置を備えさせ、圧抜き時または圧抜き時と金型からの成形体抜き出し時に各パンチに加わる荷重の制御がなされるようにしたことを特徴とする粉末プレス装置。