JP2006272419A

JP2006272419A - 粉末成形用金型の製造方法

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Publication number: JP2006272419A
Application number: JP2005097348A
Authority: JP
Inventors: Toshio Urano; 俊男浦野
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】硬度の高い材質で構成された金型素材であっても、その外周面に適正な歯形を有する成形部を形成することができる粉末成形用金型の製造方法を提供する。
【解決手段】ダイの中の空間内に充填された成形用粉末材をパンチにより圧縮して所望形状のギヤ材を成形する粉末成形用金型の製造方法であって、ギヤ材の歯形を形成するための成形部７は、柱状の金型素材１２の外周面を放電加工することによって形成されてなり、放電加工に使用される加工電極１１は、外周面に電極歯１１Ａが形成され、加工電極１１の電極歯１１Ａを金型素材１２の外周面に対向させ、金型素材１２に対して加工電極１１を相対的に公転及び自転させながら金型素材１２の径方向内側に送り込むことにより、加工電極１１の電極歯１１Ａの形状を金型素材１２の外周面に転写することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉末成形によってギヤ材を成形するために用いられる粉末成形用金型の製造方法に関する。

金属等の粉末を圧縮することにより成形する粉末成形装置は、成形用粉末材を所定の金型の中に充填し、これを圧縮して所定の形状に成形するものであり、プレス機と粉末成形用金型とから構成されている。
上記の粉末成形用金型は、一般に、特許文献１に示すように、ダイと上パンチと下パンチとから構成されており、必要に応じてコアロッドが組み合わされることがある。ダイとコアロッドとにより形成された空間に成形用粉末材が充填され、該成形用粉末材が上パンチと下パンチとで圧縮されることによって、上記成形用粉末材が所望の形状の成形品とされる。

上記のような粉末成形用金型で成形される成形品としては、様々な歯形を有するギヤ材がある。ギヤ材は、その外周面に形成された歯をかみ合わせて動力を伝達するものであり、鉄系焼結材で構成されたものが広く使用されている。上記の粉末成形金型を使用した粉末成形は、粉末成形用金型内に形成される空間に鉄系焼結材の粉末を充填して圧縮することによって、所望の製品を高品位かつ大量に製造できることを特徴としている。

ここで、上記ギヤ材を生産する場合には、パンチ等は、成形用粉末材を繰り返し圧縮するために、硬度の高い材料で構成する必要があり、特に近年では、金型寿命向上の観点からＨＲＣ６０以上といった硬い材料、例えばダイス鋼（合金工具鋼）やハイス鋼（高速度工具鋼）等で構成されたものが広く使用されている。また、歯形を形成するための成形部の形状がギヤ材の歯形とされるので、この成形部には高い寸法精度が要求されている。

従来、ダイス鋼やハイス鋼のような硬度の高い材質で構成された成形部に歯形を形成するためには、焼入れ処理する前の硬度の低い状態の金型素材に、ホブ盤を使用して成形部の歯形を形成しておき、その後に焼入れ処理して硬度を高くするといった方法が採用されているが、焼入れ処理時において、成形部が熱膨張や熱収縮して歯形が変形してしまうので、特許文献１に示すような研削加工装置を用いて歯形の矯正を行う必要がある。つまり、所定形状の歯形を形成するために、回転される円板状の砥石に成形部の歯形を当てて研削して歯形の矯正を行っているのである。
特開平１０−１１８７９７号公報特開２００２−２９２５５０号公報

しかしながら、焼入れ後の硬度の高い材料を研削加工装置で研削した場合には、研削加工装置に取り付けられた砥石の摩耗が著しく、また、歯底径のＲ形状も不均一となるため、ドレッシングを頻繁に行う必要があり、歯形を矯正するための時間と労力が大幅に増加するとともに製作コストが上昇するといった問題があった。
また、成形用粉末材を圧縮成形する成形部とこの成形部よりも大径とされてプレス機に装着される大径部とを有するパンチ等の場合には、上記の研削加工装置でこの成形部を加工する際に上記大径部と円板状の砥石とが干渉してしまうので、成形部の研削を十分に行うことができないといった問題があった。

上述した状況により、従来の製造方法では、成形部の歯形を精度良く加工できないため、この粉末成形用金型で成形されるギヤ材の寸法精度が悪くなったり、ギヤ材の歯形部分にバリが生じたりしてしまい、最終工程では成形されたギヤ材をひとつひとつ手直ししなければならないといった問題があった。

また、粉末成形用金型によってヘリカルギヤ材を成形する場合には、成形部の外周面に傾斜した歯形を形成する必要があるが、焼入れ処理後の硬い金型素材を研削加工することによってこのような歯形を形成することは非常に困難である。また、焼入れ処理前に歯形を加工した場合であっても、焼入れ処理時の熱膨張または熱収縮によって歯形が複雑に変形するので、その矯正は非常に困難である。このため、ヘリカルギヤ材の場合には、成形部の外周面に形成される歯形を精度良く形成できず、この粉末成形用金型で成形されるヘリカルギヤ材の寸法精度が特に悪くなるといった問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、硬度の高い材質で構成された金型素材であっても、その外周面に適正な歯形を有する成形部を形成することができる粉末成形用金型の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の粉末成形用金型の製造方法は、ダイの中の空間内に充填された成形用粉末材をパンチにより圧縮して所望形状のギヤ材を成形する粉末成形用金型の製造方法であって、前記ギヤ材の歯形を形成するための成形部は、柱状の金型素材の外周面を放電加工することによって形成されてなり、該放電加工に使用される加工電極は、外周面に電極歯が形成され、前記加工電極の前記電極歯を前記金型素材の外周面に対向させ、該金型素材に対して前記加工電極を相対的に公転及び自転させながら前記金型素材の径方向内側に送り込むことにより、前記加工電極の前記電極歯の形状を前記金型素材の外周面に転写することを特徴とする。

上記の構成の粉末成形用金型の製造方法では、ギヤ材の歯形を形成する成形部を外周面に電極歯を有する加工電極を用いて放電加工することによって形成しているので、研削加工装置を使用して成形部の歯形を矯正する必要がない。また、加工電極を柱状の金型素材の外周面に対向させて加工電極を公転及び自転させながら金型素材の径方向内側に送り込むこむことで電極歯の形状が金型素材の外周面に転写されるので、電極歯を精度良く加工することによって成形部の歯形が精度良く形成される。

請求項２に記載の粉末成形用金型の製造方法は、前記加工電極の前記電極歯の高さが、前記成形部の外周面に形成される歯形の高さと同じであることを特徴とする。
上記の構成の粉末成形用金型の製造方法では、加工電極の電極歯と成形部の歯形とが同じ高さとされているので、加工電極を金型素材の軸方向に移動させることなく、金型素材の外周面に沿って公転させながら半径方向に送り込むことで、電極歯の形状が金型素材の外周面に転写される。

請求項３に記載の粉末成形用金型の製造方法は、前記ギヤ材がヘリカルギヤ材であることを特徴とする。
上記の構成の粉末成形用金型の製造方法では、放電加工用の加工電極の外周面に傾斜した電極歯を形成し、放電加工によって電極歯の形状を金型素材の外周面に転写することにより、ヘリカルギヤ材を成形するための成形部を加工することができる

請求項１に記載の発明によれば、研削加工装置を使用して成形部の歯形を矯正する必要
ないので、歯形を矯正するための時間と労力を削減することができ、金型の製造コストを抑えることができる。
また、電極歯を寸法精度良く加工することによって、成形部の歯形を精度良く形成することができるが、放電加工用の加工電極は一般にＣｕとＷとの合金で構成されており、金型素材に比べて硬度が低いので、電極歯を寸法精度良く加工することは比較的容易である。したがって、成形部を精度良く加工することができ、ギヤ材を精度良く成形できる金型を製造することができる。

また、金型素材を放電加工によって加工するので、金型素材が硬度の高い材料、例えばダイス鋼やハイス鋼であっても容易に加工することができる。したがって、パンチ等に設けられる成形部を精度良く加工できるとともに、加工に掛かる時間と労力を大幅に低減でき、この粉末成形用金型の製造コストを大きく低減することができる。
また、焼入れ処理する前の硬度の低い状態の金型素材にホブ盤を使用して成形部の歯形を形成しておき、その後に焼入れ処理した際に成形部自体が熱膨張や熱収縮することにより変形した歯形を矯正するのに本発明の製造方法を適用した場合には、研削加工装置を用いて矯正した場合と比較して、歯形を矯正するための時間と労力を大幅に削減できる。

請求項２に記載の発明によれば、加工電極を金型素材の軸方向に移動させることなく成形部を加工できるので、加工電極と金型素材の大径部等とが干渉することがなく、成形部の放電加工を確実にかつ簡易に行うことができ、粉末成形用金型の製造コストをさらに低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、放電加工によってヘリカルギヤ材を成形するための成形部を加工することができるので、傾斜した歯形を有する成形部を精度良く形成でき、ヘリカルギヤ材を精度良く成形できる金型を製造することができる。

上述のように、本発明によれば、硬度の高い材質で構成された金型素材であっても、その外周面に適正な歯形を有する成形部を形成することができる粉末成形用金型の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態について添付した図面を用いて説明する。図２から図４に本実施形態による粉末成形用金型を、図５にこの粉末成形用金型によって成形されるヘリカルギヤ材を示す。
図２に示す粉末成形用金型１は、図５に示すようなヘリカルギヤ材１０を成形するための粉末成形用金型であり、ダイ２と、ダイを支持するダイホルダー３と、ダイ２の下側に位置する下パンチ４と、ダイ２の中央部に挿入されたコアロッド５と、ダイ２の上方に位置する上パンチ６とで構成されている。

ダイ２は、ＨＲＣ硬度が６２であるハイス鋼で構成され、ダイ２の中央部には成形用孔２Ａが設けられており、ダイ２はその外形がリング状とされている。そして、この成形用孔２Ａの内周面２Ｂには、詳細に図示されていないが、この粉末成形用金型１で成形されるヘリカルギヤ材１０の外周面に具備された傾斜した歯形１０Ａと嵌合される傾斜溝が設けられている。

上記ダイ２は、構造用炭素鋼で構成されたダイホルダー３に設けられたホルダー孔３Ａの中に挿入されて支持されており、このダイホルダー３の下部には、貫通孔３Ｂがダイ２の成形用孔２Ａに連接するように形成されている。そして、図４に示すように、このダイ２の軸線とダイホルダー３の貫通孔３Ｂの軸線とダイ２の成形用孔２Ａの軸線とが一致するように配置されている。

このダイホルダー３の貫通孔３Ｂには、ダイホルダー３の下側から下パンチ４の先端部が嵌挿されていてダイ２の成形用孔２Ａの下側を閉じている。また、この下パンチ４にはコアロッド５が下方から挿通されており、コアロッド５の先端部がダイ２の成形用孔２Ａの内部に突出している。ここで、本実施形態においては、上記コアロッド５の外形は略円柱状とされ、コアロッド５の外周面は平滑面とされている。

ダイ２の上方に位置する上パンチ６は、ＨＲＣ硬度が６０であるダイス鋼で構成されており、その先端部（図２、図３において下側）には成形部７が具備され、この成形部７の後方（図２、図３において上側）には小径部８が設けられ、この小径部８の後方には図示しないプレス機に接続される大径部９が設けられている。
そして、成形部７の外周面には、詳細には図示されていないが、この粉末成形用金型１で製造されるヘリカルギヤ材１０の歯形１０Ａと略同形の歯形７Ａが形成されている。

図１に、放電加工によって上記成形部７の歯形７Ａを加工している状態を示す。この放電加工に用いられる加工電極１１の外形は略円柱状とされ、加工電極１１の外径は成形部７が加工される金型素材１２の外径よりも小さくなるように形成されている。そして、加工電極１１の外周面には、図５に示されるヘリカルギヤ材１０の歯形１０Ａと略同形の電極歯１１Ａが設けられており、この電極歯１１Ａの高さは成形部７の歯形７Ａと略同じ高さとされている。

そして、この放電加工用の加工電極１１が、加工電極１１の軸線Ｌを中心として図１のＸ方向に回転（自転）及び金型素材１２の軸線Ｍを中心として図１のＹ方向に回転移動（公転）されるとともに、金型素材１２の径方向内側に送り込まれるようにして放電加工が行われる。この放電加工によって、金型素材１２に加工電極１１の電極歯１１Ａが転写され、ヘリカルギヤ材１０の歯形１０Ａと略同形の歯形７Ａを有する成形部７が加工される。

このようにして製造された粉末成形用金型１は、図２に示すように、上記のダイ２の成形用孔２Ａと下パンチ４とコアロッド５とで形成された空間内に、成形用粉末材１３としてＷＣ等の金属炭化物の粉末とＣｏ等の金属粉末が充填され、この成形用粉末材１３を上パンチ６で圧縮することにより、図５に示すヘリカルギヤ材１０が成形され、この成形されたヘリカルギヤ材１０を焼結することによってＨＲＣ硬度が８７程度である超硬合金で構成されたヘリカルギヤが製造される。

上記の粉末成形用金型１の製造方法においては、ヘリカルギヤ材１０の歯形１０Ａと略同形の歯形７Ａを有する成形部７を精度良く加工できるので、寸法精度の良いヘリカルギヤ材１０を成形することができる金型を製造することができる。
また、放電加工によって金型素材１２を加工して成形部７を形成しているので、金型素材１２が比較的硬度の高い（ＨＲＣ硬度６０）ダイス鋼等で構成されていても、成形部７を容易に加工することができ、成形部７の加工に掛かる時間と労力を大幅に低減できる。

また、加工電極１１は比較的硬度の低いＣｕとＷとの合金によって構成されており、加工電極１１の外周面に電極歯１１Ａを加工することが容易であるので、金型素材１２を直接加工するよりも、加工電極１１に電極歯１１Ａを加工し放電加工によって転写したほうが、成形部７を精度良くかつ容易に加工することができる。

また、加工電極１１の電極歯１１Ａの高さが成形部７の歯形７Ａの高さと同じとされているので、この加工電極１１を金型素材１２の軸線Ｍ方向に沿って移動させることなく、金型素材１２の外周面に沿って公転させながら径方向内側に送り込んで放電加工することで成形部７を形成することができる。したがって、金型素材１２の形状に関わらず、成形部７の加工を確実にかつ簡易に行うことができ、その製造コストを一層低減できる。

また、放電加工は、加工電極１１と被加工材との間に発生させたスパークの作用で、被加工材の表面を除去する加工法であり、この放電加工によって加工された成形部７の加工面の面粗さがＲｍａｘ２〜１４μｍ（ＪＩＳＢ０６０１：１９８２）程度となり、成形部７の面粗さとして適切であり、放電加工後の成形部７の加工面を別途仕上げる必要がない。

なお、本実施形態においては、上パンチ６の先端部に成形部７を加工する方法として説明したが、これに限定されることはなく、コアロッド５の外周面に成形部を加工する場合にも適用できる。コアロッド５の外周面に成形部を形成した場合には、ギヤ材の内周面にコアロッド５の成形部の歯形が嵌合される傾斜溝を成形することができる。

また、ヘリカルギヤ材１０を成形する粉末成形用金型１として説明したが、これに限定されることはなく、スパーギヤ材を成形するものであっても良い。ただし、スパーギヤの歯形は傾斜していないのでワイヤーカット放電加工等で加工することもできるが、本実施形態のようにヘリカルギヤ材１０を成形する粉末成形用金型１では、ワイヤーカット放電加工を適用するのは困難であり、本発明の製造方法を適用することが特に効果的である。

また、焼入れされたダイス鋼で構成された金型素材１２を直接加工して成形部７を形成する方法として説明したが、例えば、金型素材１２を焼入れする前の硬度の低い状態で歯形加工して、焼入れ後に変形した歯形の矯正を行うのに本発明の製造方法を用いても良い。歯形の矯正にこの方法を用いた場合には、放電加工を行う時間を短縮することができるとともに、研削加工装置にて歯形を矯正する場合と比較して、歯形の矯正に掛かる労力と時間を大幅に削減することができる。

本実施形態である粉末成形用金型の製造方法の説明図である。本実施形態により製造された粉末成形用金型の概略断面図である。本実施形態により製造された粉末成形用金型の上パンチの側面図である。本実施形態により製造された粉末成形用金型のダイの側面図である。本実施形態により製造された粉末成形用金型によって成形されたヘリカルギヤ材の斜視図である。

符号の説明

１粉末成形用金型
２ダイ
５コアロッド
６上パンチ（パンチ）
７成形部
１０ヘリカルギヤ材
１１加工電極
１１Ａ電極歯
１２金型素材
１３成形用粉末材

Claims

ダイの中の空間内に充填された成形用粉末材をパンチにより圧縮して所望形状のギヤ材を成形する粉末成形用金型の製造方法であって、
前記ギヤ材の歯形を形成するための成形部は、柱状の金型素材の外周面を放電加工することによって形成されてなり、
該放電加工に使用される加工電極は、外周面に電極歯が形成され、前記加工電極の前記電極歯を前記金型素材の外周面に対向させ、該金型素材に対して前記加工電極を相対的に公転及び自転させながら前記金型素材の径方向内側に送り込むことにより、前記加工電極の前記電極歯の形状を前記金型素材の外周面に転写することを特徴とする粉末成形用金型の製造方法。
前記加工電極の前記電極歯の高さが、前記成形部の外周面に形成される歯形の高さと同じであることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形用金型の製造方法。
前記ギヤ材がヘリカルギヤ材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉末成形用金型の製造方法。