JP2006326648A - 粉末成形金型及び粉末成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮成形方向に肉厚差を有する段付き形状の粉末成形品を、密度のバラツキが少なく高密度に、かつ、クラックなく成形すること。
【解決手段】軸芯をあわせて配設された、上パンチ１と上ダイス３及び、下パンチ２と下ダイス４で構成され、上パンチ１の下パンチ３に対面する側には、比較的大きい軸断面積を有する第一貫通孔５を備えた上ダイス３が形成されており、また、下パンチ２の上パンチ１に対面する側には、比較的小さい軸断面積を有する第二貫通孔６を備えた下ダイス４が、上ダイス２に隣接して形成されており、隣接する上ダイス３の第一貫通孔５と下ダイス４の第二貫通孔６とで形成される成形空間に充填された粉末素材７を、上パンチ１と下パンチ２の上下方向の相対移動によって、圧縮することにより、段付き形状の粉末成形品を成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉末成形品の成形方法に関し、特に、圧縮成形方向に肉厚差を有する、段付き形状の粉末成形品を得るための成形金型および成形方法に関するものである。

近年自動車部品の軽量化、低コスト化のために、例えば、ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）ハウジングやエンジンのスプロケット等に、段付き形状の粉末成形品を採用する例が増加している。

これらの粉末成形品は、通常、金属の粉末素材を成形型の中に入れ、パンチで上下方向から加圧して、圧縮した圧粉体で成形品を作り、それを粉末素材の融点の９０％前後以下の温度で加熱して、粉末同士を凝集、固結する成形方法により製造されるもので、粉末密度が均一で高密度な、内部にクラックのない成形品が要求される。

この粉末成形品の成形方法において、段付き形状の粉末成形品、例えば、図３に示すような、一端面が平坦で、他端面が段付き形状の成形品を、粉末密度が均一で高密度に成形するには、従来から次のような種々の成形方法が提案されている。

一つは、図４に示すように、ダイスに形成された成形型内に充填された粉末素材を、矢印の方向に相対移動する一対の上パンチと下パンチで、加圧、圧縮して成形した筒状の成形品に対して、切削部を機械加工等によって除去して、所定の段付き形状の粉末成形品を成形するものである。

他の一つは、図５に示すように、矢印の方向に相対移動する上、下のパンチで加圧、圧縮するにあたって、下パンチを、圧縮方向に肉厚差に有する段付き形状粉末成形品の厚肉部と薄肉部にあわせて、厚肉部を加圧する中実の筒状形に成された第１下パンチと、第一下パンチの外周面に摺動自在に形成されて薄肉部を加圧する中空の筒状に形成された第２下パンチとに分割する。

そして加圧成形にあたっては、厚肉部や薄肉部の肉厚に応じて粉末の充填深さをそれぞれ設定し、上パンチを下降させて加圧すると同時に、分割された第１下パンチと第２下パンチも、それぞれ、上昇させ、加圧成形するものである。

また他の一つは、図６に示すように、ダイスの成形型部を、圧縮方向に肉厚差のある段付き形状の粉末成形品の厚肉部と薄肉部の形状にあわせて、段付き形状に形成し、一対となった上、下パンチを、所定のストローク量、相対移動させて、段付き形状の粉末成形品を成形するものである。

なお、このダイスの段付き形状に形成された成形型部では、段付き形状の粉末成形品を、段付き形状に形成された成形型部から抜き出す時に、段付き形状の粉末成形品の各段部の外周面と成形型部の各段部の内周面との間に生じる摩擦力によって、各段部を抜き出す力に差が生じて、薄肉部と厚肉部の段差部等にクラックが入ることがある。

したがって、このダイスの段付き形状に形成された成形型部では、一般には、成形型部に、図６に示すように抜きテーパが形成されている。

また他の一つは、下記特許文献１に開示されているように、高圧で加圧、圧縮して粉末成形品の密度を向上させるために、粉末素材に潤滑剤を付与して圧縮しやすくしたり、粉末成形品の外周面と成形型部外周面との間に生じる摩擦力を低減して、高圧で成形した高密度の成形品を、成形型部から抜き出しやすくするために、成形型部に、潤滑のための晶出層を形成させたりするものがある。（特許文献１参照）
特開２００４−１６７５８２号公報

しかしながら、図４に示す例では、粉末素材を、高圧で均一に圧縮できるので、密度が均一で高密度な成形品は得られるが、切削加工の工程が付加されるため、生産性が低下するし、粉末素材の歩留まりも悪くなるという問題がある。

また、図５に示す例では、密度のバラツキの少ないネットシェイプ成形が可能となり、切削工程をなくすことは出来るが、分割された下パンチの構成が複雑になるし、また、各下パンチそれぞれに対する作動装置も必要となり、装置全体が大きくなるという問題がある。

さらにこの分割した下パンチの例では、第１下パンチの外周面に摺動自在に形成された第２下パンチは、第１パンチの外周面に相対して中空となった筒状に形成されている。従って、段付き形状の粉末成形品を高密度に成形するために、上下方向に相対移動する上パンチ及び第１下パンチと第２下パンチにより、成形空間に充填された粉末素材を高い圧力で圧縮すると、中空の筒状に形成された第２下パンチの内周面には、金型強度を超える内圧が負荷されることがあって、金型が変形したり、破損するという問題がある。

また、図６に示す例では、成形品の段付部の外形形状に制約が生じるという問題がある。例えば、ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）ハウジング等のようにチエーンなどがかみ合わさる部位を備えた段付き形状の粉末成形品では、段付部の外周に抜き勾配はつけることはできないので、この成形金型では成形できない。

また、特許文献１に開示されているものでは、ネットシェイプの成形が可能で切削工程をなくすことは出来るが、溶液を成形型部に塗布する工程と、塗布した溶液を乾燥させる工程が付加されるため、生産性が低下するという問題がある。また、潤滑剤を混入させることにより、粉末成形品の機械的強度や密度を向上するには限界がある。

本発明は、上記のごとき問題に鑑みてなされたものであり、圧縮方向に肉厚差のある段付き形状の粉末成形品に対して、密度のばらつきが少ない高密度な成形品をネットシェイプとして成形する、粉末成形金型及びその粉末成形方法を提供すること課題とする。

また、圧縮方向に肉厚差のある段付き形状の粉末成形品に対して、高密度な成形品を成形するために高圧力の圧縮に対しても、金型の損傷や破損を生じることのない粉末成形金型及びその粉末成形方法を提供すること課題とする。

また、加圧方向に肉厚差のある段付き形状の粉末成形品に対して、圧縮成形後の成形金型から取り出すときに、成形品の段付部や内部にクラックを生じることのない粉末成形金型及びその粉末成形方法を提供すること課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、粉末素材から、圧縮方向に肉厚差を有する段付き形状の粉末成形品を圧縮成形するための粉末成形金型であって、前記粉末素材への第一圧縮面を備えた上下方向に移動自在の上パンチと、前記上パンチと軸芯が同一で相対し前記第一圧縮面よりも軸断面積の小さな第二圧縮面を備えた上下方向に移動自在の下パンチと、前記上パンチを上下方向に摺動自在に嵌合する第一貫通孔を備えた上ダイスと、前記上ダイスと対面するように配設されて、前記下パンチを上下方向に摺動自在に嵌合し前記第一貫通孔よりも軸断面積の小さな第二貫通孔を備えた下ダイスとで構成され、前記上ダイスと前記下ダイスとが隣接する際に前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔により形成される成形空間部に充填される前記粉末素材を、前記第一圧縮面及び第二圧縮面により圧縮することを特徴とする粉末成形金型である。ここで、軸断面積とは、軸方向に直交する断面の面積である。

さらに、本発明の粉末成形金型では、前記上パンチと前記下パンチは、圧縮方向に肉厚差を有する前記段付き形状の粉末成形品の各段部を圧縮する時の、各段部の最終的な圧縮率が、ほぼ同一となるように、それぞれ上下方向に相対移動するようにすることが望ましい。

さらに、本発明の粉末成形方法においては、上記本発明の粉末成形金型を用いて、（ａ）前記上ダイスと前記下ダイスを軸芯を同一にして隣接させるとともに、前記上ダイス下ダイスに前記下パンチを挿入して、前記第一貫通孔と前記第二貫通孔と前記下パンチで形成される成形空間部に前記粉末素材を充填する給粉行程と、
（ｂ）前記成形空間部に充填された前記粉末素材を、前記上、下パンチ及び前記上、下ダイスの上下方向の相対移動による加圧、圧縮によって、前記段付き形状の粉末成形品を成形する圧縮行程と、
（ｃ）圧縮成形された前記段付き形状の粉末成形品を前記上パンチと前記下パンチで挟持した状態で前記上ダイスを前記第一貫通孔を介して前記上パンチ側の外周面に沿って上昇させて、該段付き形状の粉末成形品から脱着させる上ダイス取り外し行程と、
（ｄ）圧縮成形された前記段付き形状の粉末成形品を前記上パンチと前記下パンチで挟持した状態で、前記下ダイスを前記第二貫通孔を介して前記下パンチ側の外周面に沿って下降させて、該段付き形状の粉末成形品から脱着させる下ダイス取り外し行程と、
（ｅ）前記上パンチを前記第一貫通孔に沿って上方向に移動させて、前記段付き形状の粉末成形品から脱着させるとともに、前記下パンチに戴置された前記段付き形状の粉末成形品を前記下パンチ及び前記下ダイスから搬出する成形品取り出し行程とを有することが望ましい。

本発明の粉末成形金型及び成形方法によれば上ダイスと下ダイスとを隣接させた際に、第一貫通孔と第二貫通孔とにより、段差部を有する成形空間が形成される。具体的には、第一貫通孔と第二貫通孔とはその断面積が異なり、軸芯を同じくして配置されるので（上パンチと下パンチとの位置関係から）、上ダイスと下ダイスが隣接した際には、第一貫通孔と第二貫通孔との境界に段差部が形成されることになる。この段差部を有する成形空間に原材料の粉末素材を充填して、一対の上、下パンチを、上下方向に相対移動させて粉末素材を圧縮することで、圧縮方向に肉厚差を有する段付き形状の粉末成形品を成形することができる。

つまり、ダイスは、上ダイスと下ダイスに分割されており、上ダイスに穿設された比較的大きい軸断面積の第一貫通孔で形成される成形空間部では、段付き形状の粉末成形品の肉厚の薄い第一段部を成形することができる。また、下ダイスに穿設された比較的小さい軸断面積の第二貫通孔と、隣接する上ダイスに穿設された比較的大きい軸断面積の第一貫通孔とで形成される成形空間部では、段付き形状の粉末成形品の肉厚の厚い第二段部を成形することができる。

これによれば、高密度の粉末成形品を成形するために、上、下パンチにより、段付き形状の成形空間部に充填される粉末素材を、高い圧力で圧縮して、第一貫通孔及び第二貫通孔の外周面方向に大きな内圧が負荷されるようになっても、第一貫通孔は、耐圧性の高い上ダイスに穿設されるとともに、第二貫通孔は、耐圧性の高い下ダイスに穿設されているので、各貫通孔は、変形したり、破損することはない。

したがって、段付き形状の粉末成形品の第一段部、第二段部とも、原材料の粉末素材を、第一貫通孔に摺動自在の上パンチと第二貫通孔に摺動自在の下パンチにより、それぞれ高い圧力で圧縮が可能となるため、クラックのない、密度のバラツキが少なく高密度の、段つき形状のネットシェプ成形が可能となる効果がある。

また、本発明の粉末金型では、圧縮方向に肉厚差を有する段付き形状の粉末成形品の、肉厚の薄い周辺部位となる第一段部と肉厚の厚い部位となる第二段部との形状に合わせて、ダイスを、第一貫通孔を備えた上ダイスと第二貫通孔を備えた下ダイスに分割している。そして、肉厚の薄い周辺部位となる第一段部と、肉厚の厚い部位となる第二段部とに、肉厚に応じて、第一貫通孔に摺動自在の上パンチと、第二貫通孔に摺動自在下パンチとを、各段部ごとに、ストロークを変えて相対移動して、各段の圧縮率が、ほぼ同一の圧縮率となるように、加圧することができるようになっている。

すなわち、第一貫通孔に摺動自在の上パンチと、第二貫通孔に摺動自在下パンチとを、同一ストロークで相対移動させると、肉厚の厚い部位となる第二段部の圧縮率が小さくなるので、肉厚の厚い部位となる第二段部に対する下パンチのストローク量を大きくして、肉厚の厚い部位となる第二段部の圧縮率を上げることができ、これにより、肉厚の薄い部位となる第二段部の圧縮率と、肉厚の厚い部位となる第一段部の圧縮率とがほぼ同一となるように、粉末素材を圧縮することができるようになっている。

このようにすることにより、圧縮方向に肉厚差を有する段付き形状の粉末成形品であっても、各段部が均等に圧縮されて、粉末密度を均一にして成形することができて、密度のばらつきの少ない高密度な段付き形状の粉末成形品のネットシェプ成形が可能となる効果がある。

また、本発明の粉末金型では、上ダイスと下ダイスに分割されて、上ダイスに穿設された比較的大きい軸断面積の第一貫通孔で形成される成形空間部では、段付き形状の粉末成形品の肉厚の薄い周辺部位となる第一段部の外周面を成形するとともに、下ダイスに穿設された比較的小さい軸断面積が隣接されて形成される第二貫通孔で形成される成形空間部では、段付き形状の粉末成形品の肉厚の厚い部位となる第二段部の外周面を、それぞれ成形するようになっている。つまり、段付き形状の粉末成形品の第一段部を成形するダイスと第二段部を形成するダイスとが別である。

したがって、まず上ダイスを、圧縮行程を完了して成形された段付き形状の粉末成形品から脱着するには、該粉末成形品を、上パンチと下パンチで、それぞれ圧縮完了位置で挟持した状態のままで、上ダイスだけを、第一貫通孔を介して上パンチ外周面に沿って徐々に上昇させ、該粉末成形品の比較的肉厚の薄い周辺部位となる第一段部の外周面から、第一貫通孔の内周面だけをまず、脱着させることができる。また、下ダイスは、該粉末成形品を、上パンチと下パンチで、それぞれ圧縮完了位置で挟持するとともに、上ダイスを、上記のように、該粉末成形品の第一段部から脱着した状態のままで、第二貫通孔を介して下パンチの外周面に沿って序々に下降させて、下ダイスの第二貫通孔の内周面を単独に、該粉末成形品の比較的肉厚の厚い部位となる第二段部の外周面から、脱着させることができる。

このダイスを、段つき形状の粉末成形品の各段部から、上ダイス及び下ダイスの成形型部を脱着させる時には、圧縮成形によって生じる、各段部の外周面と成形型部の内周面との間の摩擦力に抗した力で、脱着させる必要があり、各段部の圧縮量や、外周面と内周面の嵌合面積、貫通性状等によって生じる摩擦力の差によっては、段付き形状の粉末成形品の段差部、または、内部にクラックが発生することがある。これに対し、上記の行程によれば、段つき形状の粉末成形品の比較的肉厚が薄く、第一貫通孔の内周面との間に生じる摩擦力が比較的小さい第一段部の外周面から、まず、上ダイスの第一貫通孔の内周面だけを脱着させるようになっているので、脱着に伴う段付き部に負荷される応力が低減されて、抜きテーパや潤滑剤を付与することなく、段付き部または、内部に発生するクラックを抑制できるという効果がある。また、下パンチは、上記のように上ダイスを脱着した段付き形状の粉末成形品を、上パンチと下パンチで、それぞれ圧縮完了位置で挟持し状態で、段つき形状の粉末成形品の比較的肉厚の厚く形成された第二段部の外周面から、下ダイスの第二貫通孔の内周面だけを脱着させるようになっているので、段付き形状の粉末成形品内部に脱着に伴って負荷される応力が低減されて、抜きテーパや潤滑剤を付与することなく、内部特に中央部等に発生しやすいクラックを抑制できるという効果もある。

以下、本発明に係わる実施形態例を、図面を参照しつつ、具体的に説明する。

図１は、本発明の実施形態例に係わる、段付き形状の粉末成形品の、粉末成形金型の一実施例を示す断面図を示し、（ａ）は圧縮時の粉末成形金型を示す図、（ｂ）は粉末成形金型の構成を示す図である。

図２は、本発明の実施形態例に係わる、粉末成形金型による、段付き形状の粉末成形品の、成形行程の一実施例を示す行程図を示し、（ａ）は給粉行程を示す図、（ｂ）圧縮行程を示す図、（ｃ）は上ダイス取り外し行程を示す図、（ｄ）は下ダイス取り外し行程を示す図、（ｅ）は成形品取り外し行程を示す図である。

図３は、本発明の粉末成形金型及びその成形方法によって成形される、段付き形状の成形品の、一例を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態例に係わる、段付き形状の粉末成形品の粉末成形金型は、適切な粉末成形プレス装置（不図示）に、軸芯をあわせて配設されて、上下方向に移動自在の上パンチ１と、第一貫通孔５を備えた上ダイス３及び、同じく上下方向に移動自在の下パンチ２と、第二貫通孔６を備えた下ダイス４とにより構成される。

そして、第一貫通孔５と第二貫通孔６と下パンチ２で形成される成形空間部に充填された粉末素材７を、矢印の方向に相対移動させる上パンチ１と下パンチ２で、加圧、圧縮して、図３に示すように、圧縮方向に肉厚差のある段付き形状の粉末成形品２０を成形する。

この加圧方向に肉厚差のある段付き形状の粉末成形品２０は、一端が段付形状の段付面として形成されて、比較的肉厚の薄い周辺部位としての第一段部２１と、第一段部よりも比較的肉厚の厚い部位としての第二段部２２とから構成されている。第一段部２１は、軸断面形状が、上ダイス３に穿設されている第一貫通孔５と同一で、外周には、外周面２３が形成されている。第二段部２２は、軸断面形状が、下ダイス４に穿設されている第二貫通孔６と同形で、外周には外周面２４が形成されている。

次に、上ダイス３は、図１に示すように、軸方向に貫通した比較的大きい軸断面積の第一貫通孔５を備えるとともに、平板状のブロックに形成されて、上パンチ１に対面する側に、該上パンチ１と第一貫通孔５が同軸的に配設されている。また、上ダイス３の、前記上パンチ１に対面する反対側には、下ダイス４に対面する平坦面１０が形成されている。また上ダイス３は、適切な粉末成形プレス装置の上パンチ駆動機構（不図示）に連接されて、各成形行程に伴って、軸方向に一連の上下移動を動作するようになっている。

第一貫通孔５の内周面８は、上パンチ１の外周面９と、軸方向に摺動自在に嵌合するように、段付き形状の粉末成形品２０の第１段部２１と同一軸断面形状に形成されて、第１段部２１の外形を成形する、成形空間の役割をなしている。また、第一貫通孔５の孔長さ，すなわち、上ダイス３の厚さは、第一貫通孔５に充填される粉末素材７を、所定の圧縮率で圧縮して、段付き形状の粉末成形品２０の第一段部２１を成形できるように、該第一段部２１の厚さより厚く形成されている。

下ダイス４は、軸方向に貫通した比較的小さい軸断面積の第二貫通孔６を備えるとともに、平板状のブロックに形成されて、下パンチ２に対面する側に、該下パンチ２と第二貫通孔６が同軸的に配設されている。また、前記下ダイス４の、前記下パンチ２に対面する反対側は、平坦面１３が形成されて、上ダイス３の平坦面１０と相対している。また下ダイス４は、適切な粉末成形プレス装置の上パンチ駆動機構（不図示）に連接されて、各成形行程に伴って、軸方向に一連の上下移動を動作するようになっている。

第二貫通孔６の内周面１１は、下パンチ２の外周面１２と、軸方向に摺動自在に嵌合するように、段付き形状の粉末成形品２０の第２段部２２と同一軸断面形状に形成されて、段付き形状の粉末成形品２０の第２段部２２の外形を成形するための成形空間の役割をなしている。また、第二貫通孔６の孔長さ，すなわち、下ダイス４の厚さは、第二貫通孔６に充填される粉末素材７を、所定の圧縮率で圧縮して、段付き形状の粉末成形品２０の第二段部２２を成形できるように、該第二段部２２の厚さより厚く形成されている
上記のようにして、上ダイス３と下ダイス４は、圧縮成形時には、互いに平坦面１０，１３を隣接して配置される。そして、第一貫通孔５と第二貫通孔６からなる成形空間部に充填された粉末素材７を、上ダイス３の平坦面１０の反対側に配設された上パンチ１及び、下ダイス４の平坦面１３の反対側に配設された下パンチ２の上下方向の相対移動により圧縮し、段付き形状の粉末成形品２０を成形するように構成されている。

次に、上パンチ１は、上ダイス３に対面する側に、第一貫通孔５と同軸的に配設される。また上パンチ１は、段付き形状の軸断面形状を有する粉末成形品２０の第１段部２１と同形の比較的大きい軸断面積を有する筒状に形成されて、第一貫通孔５の内周面８と、軸方向に摺動自在に嵌合する外周面９を備えている。また、上パンチ１は、上ダイス３に対面する側には、第一圧縮面１４が形成されるとともに、他端は適切な粉末成形プレス装置の上パンチ駆動機構（不図示）に連接されて、各成形行程に伴って、軸方向に一連の上下移動を動作するようになっている。この構成により、上パンチ１は、成形時には、第二貫通孔５に挿入されて、対となって相対移動する下パンチ２とともに、粉末素材７を、加圧、圧縮役割をなしている。

次に、下パンチ２は、下ダイス４に対面する側に、第二貫通孔６と同軸的に配設される。また下パンチ２は、段付き形状の軸断面形状を有する粉末成形品２０の第二段部２２と同形の比較的大きい軸断面積を有する筒状に形成されて、第二貫通孔６の内周面１１と、軸方向に摺動自在に嵌合する外周面１２を備えている。また、下パンチ２は、下ダイス４に対面する側には、第二圧縮面１５が形成されるとともに、他端は適切な粉末成形プレス装置の上パンチ駆動機構（不図示）に連接されて、各成形行程に伴って、軸方向に一連の上下移動を動作するようになっている。この構成により、下パンチ２は、成形時には、第二貫通孔６に挿入されて、対となって相対移動する上パンチ１とともに、粉末素材７を、加圧、圧縮する役割をなしている。

次に、上記の粉末成形金型を用いた本実施形態の粉末成形方法について、図を参照しつつ順に説明する。まず、図１及び、図２（ａ）給粉行程に示すように、上ダイス３と下ダイス４のそれぞれの平坦面１０、１３を隣接した状態で、上パンチ１を、まず上昇させて、第一貫通孔５の上方部に、離れて配置するとともに、下パンチ２を上昇させて、第二貫通孔６に、下パンチ２の一部を挿入した状態にして、第一貫通孔５及び第二貫通孔６と下パンチ２で、段付き形状の成形空間部を形成する。

そして、粉末素材７を、この段付き形状の成形空間部に供給し、充填する。

ここで、比較的大きい軸断面積を有する第一貫通孔５において、下ダイス４の平坦面１３の上部に充填される粉末素材７は、主に、段付き形状の粉末成形品２０の第一段部２１を成形するのに供され、隣接する比較的大きい軸断面積の第二貫通孔６と比較的小さい軸断面積の第一貫通孔５において、下パンチ２の上部に充填される粉末素材７は、主に、段付き形状の粉末成形品２０の第二段部２２を成形するのに供される
なお、下ダイス４の平坦面１３上からの、比較的大きい軸断面積を有する第一貫通孔５に充填される粉末素材７の厚さと、下パンチ２上からの、隣接する比較的大きい軸断面積の第二貫通孔６と比較的小さい軸断面積の第一貫通孔５に充填される粉末素材７の厚さのとの比は、それぞれ、最終的に、第１段部２１を成形、圧縮する圧縮寸法と、第二段部２２を成形、圧縮する圧縮寸法との比に、ほぼ同一にすることが好ましい。

このように、粉末素材７を、段付き形状の成形空間部に供給し、充填すれば、段付き形状の粉末成形品２０の各段部に供される粉末素材７の、圧縮方向における深さの比が、最終的な段付き形状の粉末成形品の各段部の圧縮寸法の比率とほぼ同一比率となっているので、上、下パンチの相対移動による圧縮時に、各段部の圧縮率をそろえることにより、各段部を均一に加圧、圧縮できて、密度のバラツキの少ない高密度の粉末成形品が成形できる。

次に、図２の（ｂ）圧縮行程に示すように、第一貫通孔５及び第二貫通孔６で形成される段付き形状の成形空間部に粉末素材７を充填した状態で、上パンチ１を上ダイス３側に向かって、矢印に示す方向に下降させる。上パンチ１がさらに下降すると、上ダイス１が第一貫通孔５に充填された粉末素材の上面に当接するが、この時、粉末素材７の充填時に下ダイス４に一部が挿入された状態にある下パンチ２も、同時に矢印の方向に上昇し始める。この状態で、上パンチ１及び下パンチ２をさらに、それぞれ矢印の上下方向に相対的な移動をさせることにより、段付き形状の成形空間部に充填された粉末素材７の圧縮が進む。圧縮が進んで、上パンチ１が、上ダイス３内の所定の圧縮完了位置まで下降し、下パンチ２が下ダイス４内の所定の圧縮完了位置まで上昇した時点で、段付き形状の成形空間部に充填された粉末素材７の圧縮が終了し、段つき形状の粉末成形品２０の成形を完了する。

なお、この圧縮行程で、上記の（ａ）給粉行程の項で説明したように、段付き形状の粉末成形品２０の各段部に供される粉末素材７の圧縮方向における深さの比と、最終的な段付き形状の粉末成形品の各段部の圧縮寸法の比率とほぼ同一比率となるように、一対の上パンチ１及び下パンチ２それぞれを、所定の量上下方向に相対移動して圧縮すると、各段部を均一に加圧、圧縮できて、密度のバラツキの少ない高密度の粉末成形品が成形できる。

また、この圧縮行程において、第一貫通孔５及び第二貫通孔６は、それぞれ、平板状のブロックで形成されている上ダイス３および下ダイス４に穿設されて、耐圧性の極めて高い貫通孔として形成されている。

したがって、第一貫通孔５に充填された下ダイス４の平坦面１３の上部の粉末素材７及び、第一貫通孔５及び第二貫通孔６に充填された下パンチ２上部の粉末素材７を、対となった上パンチ１及び下パンチ２をそれぞれ、上下向に相対移動して高圧で圧縮して、第一貫通孔５の内周面８及び、第二貫通孔６の内周面１１に大きな内圧が負荷されるようになっても、上ダイス３及び下ダイス４や、第一貫通孔５及び第二貫通孔６が変形したり、破損することはない。このような上、下ダイスによって、段付形状に形成された成形空間部に充填された粉末素材７は、きわめて高い加圧力で圧縮できるため、密度のバラツキの少ない高い密度の段付き形状の粉末成形品が成形できる。

次に、図２の（ｃ）上ダイス取り外し行程に示すように、成形された段付き形状の粉末成形品２０を、上パンチ１と下パンチ２で、それぞれ圧縮完了位置で挟持した状態のままで、上ダイス３を、下ダイス４から脱着させるとともに、上パンチ１の外周面９に沿って徐々に上昇させ、上ダイス３を、段つき形状の粉末成形品２０の比較的肉厚の薄い周辺部位の第一段部２１の外周面２３から脱着させる。

この上ダイス３を、第一段部２０から脱着させる時には、第一貫通孔５の内周面８と、第一段部２０の外周面２３との間に生じる摩擦力に抗した力で、上ダイス３を上昇させて、脱着させる必要があるが、第一段部２１や第二段部２２の圧縮率や厚さ、貫通孔部性状等によって生じる摩擦力の差によっては、段付き形状の粉末成形品２０の段差部等にクラックが発生することがある。

しかしながら、本発明の粉末金型によれば、第一段部２１の外周面２３を成形する第一貫通孔５を備えた上ダイス３と第二段部２２の外周面２４を成形する第二貫通孔６を備えた上ダイス３で構成されて、肉圧が比較的薄く、第一貫通孔５の内周面８との間に生じる摩擦力が比較的小さい第一段部だけを、先に上ダイス３の第一貫通孔５から脱着させるようになっているので、段付き形状の粉末成形品の段差部に発生するクラックを抑制できる。

次に、図２の（ｄ）下ダイス取り外し行程に示すように、成形された段付き形状の粉末成形品２０を、上パンチ１と下パンチ２で、それぞれ圧縮完了位置で挟持するとともに、上ダイス３を、段つき形状の粉末成形品２０の比較的肉厚の薄い周辺部位の第一段部２１から脱着した状態のままで、下ダイス４を下パンチ２の外周面１２に沿って徐々に下降させ、下ダイス４の内周面１１を、段つき形状の粉末成形品２０の比較的肉厚の厚い部位の第二段部２２の外周面２４から脱着させる。
このとき、段付き形状の粉末成形品２０は、上パンチ１と下パンチ２で、それぞれ圧縮完了位置で挟持し、第一段部２１の外周面２３が上ダイス３の第一貫通孔５から脱着された状態で、下ダイス４の第二貫通孔６の内周面１１だけを、段つき形状の粉末成形品２０の比較的肉厚の厚い第二段部２２の外周面２４から脱着させるようになっているので、段付き形状の粉末成形品２０の内部に新たに内部応力が作用することはなく、中央部などに発生するクラックを抑制できる。

次に、図２の（ｅ）成形品取り出し行程に示すように、上ダイス３は、段つき形状の粉末成形品２０の、比較的肉厚の薄い周辺部位の第一段部２１から脱着され、下ダイス４は、段つき形状の粉末成形品２０の比較的肉厚の厚い部位の第一段部２２から脱着した図２（ｄ）の状態のままで、上パンチ１を、第一貫通孔５の上方部の、あらかじめ設定された位置まで、第一貫通孔５を介して矢印の方向に上昇させる。しかる後、下パンチ２上に戴置して残されている、段付き形状の粉末成形品２０を、矢印の方向に取り出す。

上記のように、本発明の粉末成形金型及びその成形方法によれば、加圧方向に肉厚差のある段付き形状の粉末成形品を、高い加圧力で圧縮できて、成形密度のバラツキの少ない高密度の成形品を、ネットシェイプで成形することができる。

本発明の実施形態例に係わる粉末成形金型の一実施例を示す断面図。 本発明の実施形態例に係わる段付き形状の粉末成形品の成形方法の一実施例を示す行程図。 本発明の粉末成形金型及びその成形方法によって成形される段付き形状の成形品の一例を示す断面図。 従来の粉末成形法の一例について説明する図。 従来の粉末成形法の一例について説明する図 従来の粉末成形法の一例について説明する図

符号の説明

１・・・上パンチ
２・・・下パンチ
３・・・上ダイス
４・・・下ダイス
５・・・第一貫通孔
６・・・第二貫通孔
７・・・粉末素材
８・・・第一貫通孔の内周面
９・・・上パンチの外周面
１０・・上ダイスの平坦面
１１・・第二貫通孔の内周面
１２・・下パンチの外周面
１３・・下ダイスの平坦面
１４・・上パンチの圧縮面
１５・・下パンチの圧縮面

Claims (3)

1. 粉末素材から、圧縮方向に肉厚差を有する段付き形状の粉末成形品を圧縮成形するための粉末成形金型であって、
   前記粉末素材への第一圧縮面を備えた上下方向に移動自在の上パンチと、前記上パンチと軸芯が同一で相対し前記第一圧縮面よりも軸断面積の小さな第二圧縮面を備えた上下方向に移動自在の下パンチと、前記上パンチを上下方向に摺動自在に嵌合する第一貫通孔を備えた上ダイスと、前記上ダイスと対面するように配設されて、前記下パンチを上下方向に摺動自在に嵌合し前記第一貫通孔よりも軸断面積の小さな第二貫通孔を備えた下ダイスとで構成され、
   前記上ダイスと前記下ダイスとが隣接する際に前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔により形成される成形空間部に充填される前記粉末素材を、前記第一圧縮面及び第二圧縮面により圧縮することを特徴とする粉末成形金型。
2. 前記上パンチと前記下パンチは、圧縮方向に肉厚差を有する前記段付き形状の粉末成形品の各段部を圧縮する時の、各段部の最終的な圧縮率が、ほぼ同一となるように、それぞれ上下方向に相対移動することを特徴とする請求項１に記載の粉末成形金型。
3. 請求項１又は２に記載の前記粉末成形金型を用い、
   （ａ）前記上ダイスと前記下ダイスを軸芯を同一にして隣接させるとともに、前記上ダイス下ダイスに前記下パンチを挿入して、前記第一貫通孔と前記第二貫通孔と前記下パンチで形成される成形空間部に前記粉末素材を充填する給粉行程と、
   （ｂ）前記成形空間部に充填された前記粉末素材を、前記上、下パンチ及び前記上、下ダイスの上下方向の相対移動による加圧、圧縮によって、前記段付き形状の粉末成形品を成形する圧縮行程と、
   （ｃ）圧縮成形された前記段付き形状の粉末成形品を前記上パンチと前記下パンチで挟持した状態で前記上ダイスを前記第一貫通孔を介して前記上パンチ側の外周面に沿って上昇させて、該段付き形状の粉末成形品から脱着させる上ダイス取り外し行程と
   （ｄ）圧縮成形された前記段付き形状の粉末成形品を前記上パンチと前記下パンチで挟持した状態で、前記下ダイスを前記第二貫通孔を介して前記下パンチ側の外周面に沿って下降させて、該段付き形状の粉末成形品から脱着させる下ダイス取り外し行程と
   （ｅ）前記上パンチを前記第一貫通孔に沿って上方向に移動させて、前記段付き形状の粉末成形品から脱着させるとともに、前記下パンチに戴置された前記段付き形状の粉末成形品を前記下パンチ及び前記下ダイスから搬出する成形品取り出し行程と、を有することを特徴とする粉末成形方法。

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