JP2005186128A - 粉末成形品の製造方法および粉末成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押型と下パンチで形成するキャビティ内で圧縮成形し、得られた成形品を押型から押し出す工程を有する粉末成形方法であって、押型内面に潤滑剤を付着させて成形品の押し出しを容易にするとともに、下パンチ上に堆積した潤滑剤を容易に除去することができる粉末成形品の製造方法、および製造装置を提供する。
【解決手段】粉末状の押型潤滑剤を押型１内面に塗布させ、下パンチ２を該押型潤滑剤の融点未満の温度に保ちながら、該押型内面に塗布した該押型潤滑剤を、該押型潤滑剤の融点以上に加熱して溶融させ、その後、下パンチ上の該押型潤滑剤を除去し、さらにその後、原料粉末の充填を行うことを特徴とする粉末成形品の製造方法、および該製造方法に使用される粉末成形装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高密度焼結部品などに用いられる粉末成形品の製造方法、およびその方法に使用される粉末成形装置に関する。より詳細には、押型内で原料粉末を圧縮成形した後、得られた成形品を押型から押し出す粉末成形品の製造方法であって、押型からの成形品の押し出しを容易にするための押型潤滑剤の塗布方法に特徴を有する粉末成形品の製造方法およびその方法に使用される粉末成形装置に関するものである。

高密度焼結部品などに用いられる粉末成形品は、例えば、押型と上下のパンチを有する粉末成形装置により原料粉末を圧縮成形した後、得られた成形品を押型から押し出す方法により製造される。ここで、成形品を押し出す際の押型内面との摩擦が大きいと、成形品内の残留応力が増し、割れなどの不良が増加する。そこで、押型内面との摩擦を低減するために潤滑剤が用いられる。

潤滑剤による潤滑方式には、押型内面に潤滑剤を塗布する押型潤滑法と、潤滑剤を原料粉末に添加、混合しておく混入潤滑法がある。しかし、混入潤滑法には、特に成形圧力が高い場合、潤滑剤の添加により原料粉末の流動性、粉末成形品密度、強度が低下するという問題があり、また、粉末成形品を押し出す際の押出力も押型潤滑法の場合の方が小さくてすむ。そこで、押型潤滑法が好ましく用いられる場合が多く、この方法を用いた粉末成形品の製造方法が、特開平１１−１００６０２号公報（段落０００５）（特許文献１）などに開示されている。

押型潤滑法の場合の潤滑剤（押型潤滑剤）の塗布方法としては、押型潤滑剤を有機溶剤に溶かして塗布、乾燥させる方法も使用される。しかし、有機溶剤による環境衛生上の問題を避けるため、近年は、粉末状の押型潤滑剤を強制的に帯電させ、キャビティ内に噴射などにより添加して、直接、静電的に押型内面に付着させる方法（静電付着法）が一般的になりつつある（特開平８−１００２０３号公報、請求項１）（特許文献２）。

ただ、帯電力のみでは押型内面への潤滑剤の付着力が弱く、原料粉末の供給時に潤滑材が押型内面から剥離し、押し出し時の摩擦力増大や焼き付きなどの問題を生じるので、押型内面を潤滑剤の融点以上の温度に加熱し、帯電力により付着した潤滑材を溶融させ、付着力を強化する方法が採用されている。

しかし、粉末状の押型潤滑剤をキャビティ内に噴射して、直接、押型内面に付着させる方法を採用したとき、粉末成形品の下パンチ側端面部分の磁気特性、機械特性、加工性などが低下することが見出された。その結果、焼結あるいはキュアー後に、この部分を除去するための機械加工などが必要となり、コストの上昇をもたらす問題が生じるので、その解決が望まれた。
特開平１１−１００６０２号公報（段落０００５） 特開平８−１００２０３号公報（請求項１）

本発明は、押型と下パンチで形成するキャビティ内に原料粉末を充填して圧縮成形し、得られた成形品を押型から押し出す工程を有する粉末成形方法であって、押型内面に潤滑剤を塗布させて成形品の押し出しを容易にするとともに、下パンチ側端面部分の磁気特性、機械特性、加工性などの低下が生じない粉末成形方法、およびその方法に使用される粉末成形装置を提供することを課題とする。

本発明者は、検討の結果、下パンチ側端面部分の磁気特性、機械特性、加工性などの低下は、下パンチ上に塗布、堆積された押型潤滑剤により成形品の下パンチ側端面部分に密度低下部が生じることが原因であること、そして下パンチ上の押型潤滑剤を除去することによりこの問題は解決されることを見出した。

すなわち、押型内面への塗布のため、キャビティ内に添加された粉末状の押型潤滑剤は、同時に下パンチ上にも塗布される。重力により、特に下パンチ上に堆積しやすい。そして、この下パンチ上に堆積した潤滑剤が除去されることなく圧縮成形が行われると、該潤滑剤が粉末成形品内部に浸透し、粉末成形品の下パンチ側端面に密度低下部を生じ、その結果下パンチ側端面部分の磁気特性、機械特性、加工性などが低下する。

そこで、圧縮成形前に下パンチ上に堆積した潤滑剤の除去が求められるが、潤滑剤は下パンチ上へも強固に付着し、その除去は困難な場合が多い。本発明者は、さらに、粉末状の潤滑剤を押型内面に塗布し溶融する際に、下パンチを冷却などにより潤滑剤が溶融しない温度に保てば、押型内面に塗布された潤滑剤の溶融後に、下パンチに堆積した潤滑剤を、エア吸引またはエアの吹付けなどの手段により容易に除去できることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、その請求項１において、押型と下パンチで形成するキャビティ内に原料粉末を充填して圧縮成形し、得られた成形品を押型から押し出す工程を有する粉末成形方法であって、粉末状の押型潤滑剤を押型内面に塗布させ、下パンチを該押型潤滑剤の融点未満の温度に保ちながら、該押型内面に塗布した該押型潤滑剤を該押型潤滑剤の融点以上に加熱して溶融させ、その後、下パンチ上の該押型潤滑剤を除去し、さらにその後、原料粉末の充填を行うことを特徴とする粉末成形品の製造方法を提供する。

本発明の方法では、キャビティ内に原料粉末を充填する前に、成形品を押型から押し出す際の摩擦を低減するための押型潤滑剤を、押型内面に塗布させる。すなわち、押型潤滑法が採用されており、本発明の方法はその改良を図るものである。ただし、本発明の目的を損なわない範囲で、原料粉末中に潤滑剤が添加されていてもよく、特開平１１−１４０５０５号公報などに記載されているような、押型潤滑法と混入潤滑法の併用法を本発明において採用することもできる。

ここで押型内面とは、成形品を押型から押し出す際に、該成形品と摺動する部分であり、押型の内壁を意味する。

また、下パンチとは、成形品を押型から押し出す際に、該成形品と摺動しない部分である。例えば、成形品が孔を有し、その孔を形成するための型が下パンチの上部に接続して形成されており、押し出し時に成形品とその型が摺動する場合は、その摺動する部分は、本発明で言う下パンチには含まれない。従って、このような部分は、押型潤滑剤の融点以上に加熱してもよい。一方、下パンチ以外の部分において、押型潤滑剤が堆積し、かつ成形品と摺動しない部分がある場合は、該部分についても下パンチと同様に、押型潤滑剤の融点未満の温度に保つことが好ましい。

本発明の方法では、押型内面に塗布された押型潤滑剤は、該押型潤滑剤の融点以上に加熱されて溶融されるが、この際、下パンチは、該押型潤滑剤の融点未満の温度に保たれる。その結果、下パンチ上に堆積した押型潤滑剤の粉末は、溶融せず下パンチに付着することがないので、容易に除去することができる。

該押型潤滑剤の融点以上への加熱は、通常、押型内面を潤滑剤の融点以上の温度とすることにより行われ、通常、成形品を押型から押し出す際の摩擦低減のためには、押型内面の全面を融点以上の温度とすることが好ましい。しかし、押型内面の一部については、融点以上へ加熱しなくてもよい。例えば、特開平１１−１００６０２号公報（特許文献１）に記載されているように、静摩擦係数が必要な箇所については、潤滑剤を溶融せずに使用した方が好ましい場合もあり、この場合は、押型内面の一部は融点以上の温度としない。また、例えば、成形品が孔を有する場合は、その孔を形成するための型が押型の内部に存在し、押し出し時に成形品と摺動する。このような部分も、摩擦低減のためには、融点以上の温度とすることが好ましいが、操作の簡便のため、この型については加熱しない方法も採用できる。

押型潤滑剤の下パンチへの付着力をより小さいものとしその除去を容易にするために、下パンチを該押型潤滑剤の融点より１０℃以上低い温度に保つことが好ましい。本発明の請求項２は、この好ましい態様に該当し、上記の粉末成形品の製造方法であって、下パンチを該押型潤滑剤の融点より１０℃以上低い温度に保つことを特徴とする粉末成形品の製造方法を提供するものである。なお、より好ましくは、下パンチを該押型潤滑剤の融点より２０℃以上低い温度に保つ。

一方、押型潤滑剤の押型内面への付着力をより高め、成形品を押型から押し出す際の摩擦をより低減するために、押型内面に塗布された押型潤滑剤を、該押型潤滑剤の融点より１℃以上高い温度に加熱することが好ましい。本発明の請求項３は、この好ましい態様に該当し、上記の粉末成形品の製造方法であって、押型内面に塗布された押型潤滑剤を、該押型潤滑剤の融点より１℃以上高い温度に加熱することを特徴とする粉末成形品の製造方法を提供するものである。より好ましくは、５℃以上高い温度に加熱する。５℃以上とすることで、押型潤滑剤を押型内面に、更に均一に溶融でき、押し出す際の摩擦低減効果もより安定する。

押型内面への粉末状の押型潤滑剤の塗布方法としては、付着状態の均一性および付着強度の点から静電付着が好ましい。具体的には、粉末状の押型潤滑剤に摩擦帯電により電荷を付与しておき、それをキャビティ内に噴射して、アースした押型に静電的に吸引、塗布させる方法が好ましく例示される。本発明の請求項４は、この好ましい態様に該当し、上記の粉末成形品の製造方法であって、押型内面への粉末状の押型潤滑剤の塗布が、静電付着により行われることを特徴とする粉末成形品の製造方法を提供するものである。

下パンチ上に堆積された粉末状の押型潤滑剤は、押型内面へ塗布した押型潤滑剤がその融点以上に加熱され溶融された後、下パンチ上から除去される。除去の方法としては、特に限定されないが、操作および装置の簡便さから、該潤滑剤粉末をエア吸引する方法、または下パンチ上へエアを吹付ける方法が好ましく例示される。本発明の請求項５は、この好ましい態様に該当し、上記の粉末成形品の製造方法であって、下パンチ上の押型潤滑剤の除去が、エア吸引または下パンチ上へのエアの吹付けにより行われることを特徴とする粉末成形品の製造方法を提供するものである。エア吸引やエアの吹付けに用いられるエアとは、通常大気であるが、これに限定されず他のガスを用いることもできる。

本発明の方法に使用される押型潤滑剤としては、脂肪酸アミド系のワックスまたは金属石鹸類が好ましく例示される。本発明の請求項６は、この好ましい態様に該当し、上記の粉末成形品の製造方法であって、押型潤滑剤が、脂肪酸アミド系のワックスおよび金属石鹸から選ばれることを特徴とする粉末成形品の製造方法を提供するものである。

押型潤滑剤としては、より具体的には、ステアリン酸（融点 ７０℃）、ステアリン酸エタノールアミドエステル（８４℃）、ラウリン酸ジエチレントリアミンビスアミド（８５℃）、ラウリンアミド（８６℃）、ステアロアミド（１０１℃）、ステアリン酸アルミニウム（１０５℃）、ステアリン酸鉛（１０９℃）、ステアリン酸亜鉛（１２２℃）、メチレンビスステアロアミド（１３９℃）、エチレンビスベヘンアミド（１４０℃）、エチレンビスステアロアミド（１４３℃）、ステアリン酸カルシウム（１５０℃）、エチレンビスラウリンアミド（１５４℃）、エチレンビスカプリルアミド（１６５℃）、ステアリン酸リチウム（２２０℃）、ステアリン酸バリウム（２２０℃）などが挙げられる。

前記の、本発明の粉末成形品の製造方法は、押型を加熱する手段および下パンチを冷却する手段を有する粉末成形装置を用いて行うことができる。本発明の請求項７は、該装置を提供するものであり、押型、該押型内に充填された原料粉末を圧縮するための上下のパンチを有する粉末成形装置であって、該押型を加熱する手段および下パンチを冷却する手段を有することを特徴とする粉末成形装置である。

該粉末成形装置は、さらに、下パンチ上へ堆積した潤滑剤の除去手段を具備する。上記のように除去方法としては、エア吸引やエアの吹付けによる方法が好ましい。従って、該粉末成形装置としては、下パンチ上に配置されたエア吸引口または下パンチ上へのエア吹付け口を、さらに有するものが好ましい。本発明の請求項８は、この好ましい態様に該当するものであり、上記の粉末成形装置であって、下パンチ上に配置されたエア吸引口または下パンチ上へのエア吹付け口を、さらに有することを特徴とする粉末成形装置を提供するものである。中でもエア吸引が、簡単な装置により簡便に行うことができるので、特に好ましい。下パンチ上に配置されたエア吸引口の位置としては、下パンチと押型により形成されるキャビティの上部であってもよいし、キャビティの上部から下パンチ方向に下降した下パンチのすぐ上であってもよい。

本発明によれば、粉末成形品を押型から押し出す際の摩擦力を低減できるとともに、下パンチ上に堆積した押型潤滑剤をエアの吸引または吹付けなどの手段により容易に除去できるので、粉末成形品の下パンチ側端面への押型潤滑剤の浸透を防ぎ、密度低下部の発生を防ぐことができる。従って、粉末成形品からの密度低下部の除去の必要がなく、粉末成形品の製造コストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、具体例を用いて説明する。

図１は、本発明の粉末成形装置の一例を示す断面図である。この装置は、押型１および下パンチ２よりなる。押型１の上部には、潤滑剤塗布ノズル５、エア吸引口７を有するエア吸引装置６および原料粉末を収納するシューボックス８が、図中の横方向に一体として移動するように、連結されて設けられている。押型１には、押型内面を加熱するための加熱手段３が、下パンチ２には、冷却手段４が設けられている。

次に、図１の粉末成形装置を使用して、粉末成形品を製造する方法について説明する。

先ず、押型１の下部から下パンチ２を図１に示すように挿入し、キャビティ９を形成する。その後、潤滑剤塗布ノズル５を該キャビティ９上に移動させ、該ノズルから、摩擦帯電により電荷を付与された粉末状の押型潤滑剤を、該キャビティ９内に噴射する。押型１はアースされており、噴射された押型潤滑剤は、該押型１の内壁に静電的に吸引、塗布されるとともに、下パンチ２上にも堆積する。

押型１の内壁は、加熱手段３により加熱されているので、該内壁に塗布されている押型潤滑剤は、その融点以上に加熱され溶融する。この溶融により、押型潤滑剤の押型１の内壁への付着力が強化される。その間、下パンチ２は、冷却手段４より冷却されて、押型潤滑剤の融点未満の温度に保たれる。従って、堆積した押型潤滑剤の粉末は、溶融したり、下パンチ２に付着したりしない。

なお、加熱手段３としては、電熱線や熱媒体の循環などが例示される。また、冷却手段４としては、冷媒の循環などが例示されるが、特別な冷却手段がなくても、すなわち外界への放熱だけで下パンチ２の温度を融点未満の温度に保つことができる場合は、冷却手段４がなくてもよい。

押型１の内壁に塗布された押型潤滑剤が、その融点以上の温度に加熱されて溶融された後、下パンチ２の上に堆積した押型潤滑剤の粉末が除去される。図１の例では、その除去はエア吸引装置６により行われる。具体的には、エア吸引口７が、キャビティ９の上に来るように、即ち下パンチ２上に配置されるように、エア吸引装置６を図中の左方向に移動させた後、エア吸引口７よりエア吸引がされ、下パンチ２の上に堆積した押型潤滑剤の粉末が除去される。

押型潤滑剤の粉末が除去された後、シューボックス８をキャビティ９の上に来るように図中の左方向に移動させ、原料粉末がキャビティ９内に供給される。キャビティ９内に供給された原料粉末は、押型１、下パンチ２および上パンチ（図示されていない）により圧縮され、粉末成形品が製造される。

圧縮成形後は、粉末成形品は下パンチ２により押型１から押し出される。押型１の内面には押型潤滑剤が付着しているので、押し出し時の摩擦力は低減され、容易に押し出すことができる。

図１に示す粉末成形装置を用い、上記の方法で、押型１の内壁の加熱温度（押型温度）および下パンチ２の温度（下パンチ温度）を表１に示す温度、圧縮力を１１トン／ｃｍ^２として、粉末成形品の製造を行った。得られた粉末成形品の下パンチ側端面の潤滑剤を巻き込んだ部分の深さを測定し、その結果を表１に示した。

なお、押型潤滑剤としては、エチレンビスステアロアミド（融点１４３℃）を用い、噴射量は５０ｍｇであった。また、図１に示す粉末成形装置の押型１の径はφ２０mmであり、原料粉末としては純鉄粉を用い、その量は２５ｇであった。

押型潤滑剤を巻き込んだ部分の深さ（巻き込み深さ）は、下パンチ側端面からの距離（深さ）と、材料硬さの関係を測定し、材料硬さが深さの変化に対して一定となるまでの深さとした。

以上、本発明の一具体例について説明したが、この記載内容は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱することなく各種の変更が可能である。

本発明の、粉末成形装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１．押型
２．下パンチ
３．加熱手段
４．冷却手段
５．潤滑剤塗布ノズル
６．エア吸引装置
７．エア吸引口
８．シューボックス
９．キャビティ

Claims (8)

1. 押型と下パンチで形成するキャビティ内に原料粉末を充填して圧縮成形し、得られた成形品を押型から押し出す工程を有する粉末成形方法であって、粉末状の押型潤滑剤を押型内面に塗布させ、下パンチを該押型潤滑剤の融点未満の温度に保ちながら、該押型内面に塗布した該押型潤滑剤を、該押型潤滑剤の融点以上に加熱して溶融させ、その後、下パンチ上の該押型潤滑剤を除去し、さらにその後、原料粉末の充填を行うことを特徴とする粉末成形品の製造方法。
2. 下パンチを押型潤滑剤の融点より１０℃以上低い温度に保つことを特徴とする請求項１に記載の粉末成形品の製造方法。
3. 押型内面に塗布した押型潤滑剤を、該押型潤滑剤の融点より１℃以上高い温度に加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉末成形品の製造方法。
4. 押型内面への粉末状の押型潤滑剤の塗布が、静電付着により行われることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粉末成形品の製造方法。
5. 下パンチ上の押型潤滑剤の除去が、エア吸引または下パンチ上へのエアの吹付けにより行われることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の粉末成形品の製造方法。
6. 押型潤滑剤が、脂肪酸アミド系のワックスおよび金属石鹸から選ばれることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の粉末成形品の製造方法。
7. 押型、該押型内に充填された原料粉末を圧縮するための上下のパンチを有する粉末成形装置であって、該押型を加熱する手段および下パンチを冷却する手段を有することを特徴とする粉末成形装置。
8. 下パンチ上に配置されたエア吸引口または下パンチ上へのエア吹付け口を、さらに有することを特徴とする請求項７に記載の粉末成形装置。
   
   

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