JP2006299293A

JP2006299293A - 圧粉体の成形方法

Info

Publication number: JP2006299293A
Application number: JP2005118076A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kohida; 智之小比田; Takeshi Oba; 毅大場; Tadao Masuda; 忠男増田; Junichi Ichikawa; 淳一市川
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】焼結製品の製造において密度が均一な圧粉体が得られる圧粉体の成形方法であり、圧粉体の長さ方向の密度がより均一な圧粉体を成形する技術を提供する。
【解決手段】上下のパンチがそれぞれ肉厚が厚いメインパンチと肉厚が薄いサポートパンチに分割されをた成形金型を用い、金型キャビティ７に粉末充填したのち、上下のメインパンチとサポートパンチで粉末を挾持し、まず、サポートパンチ３を接近させ、次いでメインパンチ２を接近させて成形体を形成する。サポートパンチ３でフランジを形成し、サイジング工程でこれを成形体に押込んでその近傍の焼結体密度を上昇させてもよい。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、焼結製品の製造において密度が均一な圧粉体が得られる圧粉体の成形方法に関し、さらに詳しくは、例えば、長物筒状をしている滑り軸受、内燃機関のシリンダライナ、弁案内など又は長尺湾曲部材、長尺板状部材など、長手方向が真直な部材の製造に好適な技術に係るものである。

金型を用いて金属粉末を圧縮成形した圧粉体の密度分布は、ダイと下パンチを固定して上パンチのみで圧縮するいわゆる片押し成形を行うと、上パンチ側の密度が高く、下パンチ側の密度が低くなる。また、上下のパンチで均等に圧縮すると、両端部の密度が高く、中間部の密度が低い密度分布となる。この低密度の部分はニュートラルゾーンといわれている。

このような圧縮成形した圧粉体の長手方向に沿う密度の不均一は、圧粉体が長い形状であるほど顕著に現れる。そしてニュートラルゾーンの部分では圧粉体が破損し易く、焼結したときのシリンケージ（収縮）が大きく、焼結体の強度が低くなるなど、不具合になることがある。

圧粉体の長さ方向の密度分布をできるだけ均一にするために、段付きのコアを用いた金型装置を用いる技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

この技術は、最初に充填粉末を上パンチによって圧縮すると同時にコアを上昇させて予備圧粉体を作り、その予備圧粉体を下パンチ側に下降させるとともに下パンチで圧縮したのち、上下パンチで圧縮する技術である。

また、充填粉末を上下のパンチで圧縮する最中に、圧粉体に対して相対的に、ダイが下方へ、コアロッドが上方へ進むように金型を作動させる技術がある。（例えば、特許文献２参照。）。

この技術も、金型中の圧粉体とダイ及ぴコアとを互い違いにより多く移動させることにより、その摩擦によりニュートラルゾーンの密度を上昇させる技術である。
特許第２８０９２８８号公報（１頁）特開２０００−２９０７０２号公報（１頁）

このような従来の粉末成形は、それぞれニュートラルゾーンを不明瞭にする技術であるが、圧縮過程の圧粉体を上下方向に移動するために要する圧力が大きく、長手方向寸法の長い圧粉体では、より長いものほど依然としてニュートラルゾーンが明確に残るという課題が残されている。

本発明は上記問題点を解決し、圧粉体の長さ方向の密度がより均一な圧粉体を成形する技術を提供することを目的とするものである。

本発明は上記課題を解決するために提案されたもので、その技術手段は、金型キャビティに充填した粉末を上下のパンチで加圧したのち離型する圧粉体の成形において、上下のパンチがそれぞれ肉厚が厚いメインパンチと、その移動方向に沿う側面に接する肉厚が薄いサポートパンチとを備えた成形金型を用い、金型キャビティ内に粉末を充填した後、前記メインパンチ及びサポートパンチで粉末を挾持する工程、サポートパンチ同士を接近させる工程、メインパンチ同士を接近させて圧粉する工程、圧粉体をダイから抜き出す工程を備えたことを特徴とする圧粉体の成形方法である。

このような圧粉体の成形方法において、好ましい形態としては、次のものがある。
（１）前記各サポートパンチの端面が、粉末をメインパンチ側へ押圧する向きの傾斜を備えた成形金型を用いること。こうすることによって、サポートパンチが、圧縮体の長手方向密度不均一を解消するように作用することとなる。傾斜は実状に応じて設計により定めるとよい。また、上下のサポートパンチが異なる傾斜角度を備えてもよい。
（２）前記サポートパンチがメインパンチの側面の一方又は両方に配置された成形金型を用いること。メインパンチの側面の何れか一方にサポートパンチの作用効果を生じさせればよい場合、又は両方の面に適切に作用させるとさらに好適になるなど、実情に応じて対応することができる。
（３）前記サポートパンチを接近させる工程において、サポートパンチ同士の対向部の接近位置を、メインパンチの圧縮により生じるニュートラルゾーンの近傍になるように金型を作動させること。こうすると、圧縮体の長手方向密度分布をさらに精度よく改善することができる。
（４）上記（１）〜（３）の手段を２以上を組合わせて適用することにより、相乗効果を期待することができる。

本発明によれば、充填された粉末を上下パンチで挾持した後、サポートパンチをニュートラルゾーン形成予定部に接近させると、サポートパンチが移動する過程で粉末がサポートパンチによりニュートラルゾーン予定部に押し集められこの部分の密度が上昇する。その後、又はサポートパンチの接近動作に追従してメインパンチによる粉末圧縮を行う。従って、ニュートラルゾーン予定部であった部分の密度を向上させることができる。さらに、サポートパンチの厚さ、端面の傾斜角度、上下サポートパンチの接近距離等を調整することにより、圧粉体の長さ方向の密度分布を均一にすることができる。

また、サポートパンチにより圧粉体の長手方向に直交する突条（フランジ）を形成させる。このサポートパンチにより形成される圧粉体のフランジの部分を焼結前に予備加熱した後、又は焼結した後に、金型等を用いて圧粉体側に圧縮変形させることによって、フランジ部近傍の密度を更に上昇させることができる。

ニュートラルゾーンが不明瞭になった圧粉体は、焼結寸法変化が均一で、焼結材料の品質が均一であり、信頼性の高い焼結製品を提供することが可能になった。

以下、図面を参照し発明を実施するための最良の形態について説明する。各図面は円筒状の圧粉体成形品を例として掲げ、かつ理解しやすいように一部の寸法を誇張して記載してある。また、金型装置の稼働は、ダイが昇降しない形態で記載してある。これは相対的な昇降による成形の原理を示したもので、本発明はこれらの図に限定されるものではない。もちろん、ウイズドロアル型のダイセットやＮＣ制御プレス装置のようにダイが昇降する形態も含まれている。

図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明の粉末成形方法の工程を示した縦断面図であって、本発明の特徴的な５工程に分けてそれぞれ記載してある。成形金型は、ダイ１、コア６、及び上下のパンチからなっている。従来と異なる点は、パンチが移動方向に沿う面で２分割されており、コア６側は肉厚の厚いメイン下パンチ２，メイン上パンチ４となっており、ダイ１の内周側は肉厚の薄いサポート下パンチ３，サポート上パンチ５となっていることである。また、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５の上下に対向する端面がそれぞれ傾斜面になっている。

図１（ａ）は、図示しないフイ−ダでキャビティ７内に粉末を充填した状態を示している。図１（ｂ）は、メイン上パンチ４及びサポート上パンチ５を下降させ、ダイキャビティ７を塞いだ状態である。図１（ｃ）は、さらにサポート上パンチ５を下降させるとともに、サポート下パンチ３を上昇させ、接近させた状態を示している。

この図１（ｃ）に示す接近の過程では、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５が通過する領域にある粉末を、一部はコア６側に押し込みながら、大部分は充填粉末中間附近のニュートラルゾーン形成予定部近傍に集めて圧縮する。これによって、形成されるフランジ部８ａ及びその近傍の密度が上昇する。圧粉体の厚さ及び長さによって、最適な密度バランスになるように、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５の厚さ、対向面の傾斜角度、接近距離が決定される。例えば、ニュートラルゾーン形成予定箇所がサポート下パンチ３寄りになるような金型作動をする粉末成形では、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５の対向部はサポート下パンチ３寄りに設定される。

図１（ａ）〜図１（ｃ）において、ダイキャビティ７にメイン上パンチ４及びサポート上パンチ５が進入する際に、ダイキャビティ７から粉末が溢れ出ないように、図１（ａ）の後でダイ１を相対的に少し上昇させ、粉末表面をダイ面より低くしておくとよい。この場合、サポート上パンチ５が先行して進入し、メイン上パンチ４が遅れて進入するような作動であっても差支えない。

図１（ｄ）は、メイン上パンチ４及びメイン下パンチ２によって粉末を圧縮した状態を示したものである。圧粉体の上下部と中間部の密度差が少ないものになる。ここでは、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５がメインパンチと接する面は、圧粉体の外面を形成する。

図１（ｅ）は、成形体８がダイ１から抜き出された状態を示している。これは従来と同様である。成形体８の外周には、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５の厚さに相当する高さのフランジ８ａ（成形体の長手方向に直交する突条）が形成されている。このフランジ８ａは、例えば、焼結したのち切削して除去したり、又は鋳ぐるみされる焼結製品の場合は抜け防止手段として利用される。成形体８が円筒形であって、金型を用いたサイジングあるいは転造により縮径方向に圧縮される場合には、フランジ８ａ部分の近傍の密度が高い焼結製品を得ることができる。

サイジング工程は、図６に示されている。図６は円筒形の成形体８１のサイジング工程を示している。ダイ１１及びコア６１の上部にはそれぞれＲ面（隅角部丸味面）１１ａ、面取り６１ａがあり、フランジ８ａ付きの焼結体８１をキャビティ内に導入しやすくしている。図６に示す状態から上パンチ４３及び下パンチ２３を下降させて焼結体８１をダイ１１内に押し込むと、焼結体８１のフランジ８ａはダイ１１のＲ面（隅角部丸味面）１１ａによって塑性変形して円筒部に押し込められてフランジ８ａが消滅し、その近傍の焼結体の密度を上昇させる。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５の対向する端面部の種々の形状を示したものである。

図４（ａ）は対向面３ａ，５ａが平行な例である。圧粉体の肉厚が薄く、サポートパンチの厚さも薄い場合に採用することができる。サポートパンチが肉厚の場合では、粉末が対向面３ａ，５ａ間で強く圧縮されて密度が上昇し、横方向への粉末移動が不充分になることがある。

図４（ｂ）は、サポート下パンチ３及びサポート上パンチ５の端面部が傾斜している例で、上下の対向面３ｂ，５ｂ間が比較的離れている状態である。傾斜した対向面３ｂ，５ｂはサポートパンチが３，５が近接する方向へ移動する際に、粉末を横方向へ移動させる効果があり、充填粉末の見掛け密度は、上下の端部から中間部に向かって次第に高くなる状態を形成する。上下の対向面３ｂ、５ｂ間が離れた状態にすると、フランジ部及び圧粉体中間部の密度上昇が少なくなる。

図４（ｃ）は傾斜面の角度が比較的大きく、上下サポートパンチの対向面３ｃ，５ｃ間の距離を小さくした状態を示したものである。図４（ｂ）の場合よりも粉末の横移動が更に多くなりやすく、しかも圧粉体中間部の密度上昇を比較的大きくすることができる。

図５（ａ）〜図５（ｃ）に円筒形の圧粉体の縦断面形状の例を示した。図５（ａ）は図４（ｃ）に示した例によって得られる圧粉体で、外径面にフランジ８ａが形成されている。その他の形態としては、図５（ｂ）に示すように内径面にフランジ８ｂが形成された形態、図５（ｃ）に示すように、内径と外径の両方の面にフランジ８ａ、８ｂが形成された形態がある。いずれもニュートラルゾーンの密度が上昇するという効果が得られる。

図２は、前記の図５（ｂ）に示した成形体の内径側にフランジを形成する場合の断面図で、図１（ｄ）に示したのと同様の状態を示している。図２に示す金型装置が図１（ａ）〜図１（ｅ）に示した金型装置と異なる点は、メイン下パンチ２１及びメイン上パンチ４１が外側に配置され、サポート下パンチ３１及びサポート上パンチ５１が、コア６側に配置されていることである。

また、図３は、図５（ｃ）に示した圧粉体８２のフランジ８ａ，８ｂが内径外径の両方にある形態を説明する断面図である。パンチが３分割されている。すなわち、メイン下パンチ２２の外径側に外側サポート下パンチ３２が設けられ、メイン下パンチ２２の内径側（コア６側に）内側サポート下パンチ３３が設けられている。メイン上パンチ４２の外径側に外側サポート上パンチ５２が設けられ、メイン上パンチ４２の内径側（コア６側に）内側サポート上パンチ５３が設けられている。つまり、コア６側とダイ１内壁側の両方にサポートパンチ３２、５２、３３、５３が設けられている。

このような形態は、それぞれ内側と外側のサポートパンチで運ばれる粉末の量が比較的多いので、メインパンチが比較的厚い形状の圧粉体の成形に適している。

このような成形方法は、特に、薄肉で比較的長物形状の場合に大きな効果が得られる。

以上の実施形態では主として円筒形状の成形物について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、板状の圧粉体を成形する場合において、端面方向から圧縮しなければならないような場合に、上下のパンチを圧縮方向に沿う面で２分割し、一方のパンチをメインパンチ、他方のパンチをサポートパンチとして、上述と同様の手順で粉末成形すれば、ニュートラルゾーンを消滅させる同様な効果が得られる。また、柱体形状の圧粉体の成形でも同様で、上下パンチを圧縮方向に沿う面によって２分割し、角筒形のメインパンチ及びその側面に接するサポートパンチとし、上述と同様の手順で粉末成形すれば、圧粉体表層部の密度を上昇させることができる。

本発明の実施例の成形工程を説明する成形金型の縦断面図である。本発明の実施例の成形工程を説明する成形金型の縦断面図である。本発明の実施例の成形工程を説明する成形金型の縦断面図である。本発明の実施例の成形工程を説明する成形金型の縦断面図である。本発明の実施例の成形工程を説明する成形金型の縦断面図である。別の実施例を示す成形金型の縦断面図である。他の実施例を示す成形金型の縦断面図である。サポートパンチの形状の例を示す成形金型の縦断面図である。サポートパンチの形状の例を示す成形金型の縦断面図である。サポートパンチの形状の例を示す成形金型の縦断面図である。本発明の成形方法により得られる成形体の断面図である。本発明の成形方法により得られる成形体の断面図である。本発明の成形方法により得られる成形体の断面図である。本発明の成形方法により得られる成形体を焼結した後、サイジングする工程を説明する金型装置の縦断面図である。

符号の説明

１ダイ
２，２１，２２メイン下パンチ
３，３１，３２サポート下パンチ
４，４１，４２メイン上パンチ
５，５１，５２，５３サポート上パンチ
６コア
８，８１，８２成形体
８ａ，８ｂフランジ

Claims

金型キャビティに充填した粉末を上下のパンチで加圧したのち離型する圧粉体の成形において、上下のパンチがそれぞれ肉厚が厚いメインパンチと、その移動方向に沿う側面に接する肉厚が薄いサポートパンチとを備えた成形金型を用い、金型キャビティ内に粉末を充填した後、前記メインパンチ及びサポートパンチで粉末を挾持する工程、サポートパンチ同士を接近させる工程、メインパンチ同士を接近させて圧粉する工程、圧粉体をダイから抜き出す工程を備えたことを特徴とする圧粉体の成形方法。
前記各サポートパンチの端面が粉末をメインパンチ側へ押圧する向きの傾斜を備えた成形金型を用いることを特徴とする請求項１記載の圧粉体の成形方法。
前記サポートパンチがメインパンチの側面の一方又は両方に配設された成形金型を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧粉体の成形方法。
前記サポートパンチを接近させる工程において、サポートパンチ同士の対向部の接近位置を、メインパンチの圧縮により生じるニュートラルゾーンの近傍としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の圧粉体の成形方法。