JP2007237233A - 粉末成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】圧粉体に転写する起伏を上パンチの端面に形成した粉末成形用金型は、前記起伏が上パンチの外周を含む領域に形成されていると上パンチの先端外周に高低差が生じ、最先端部の疲労、摩耗が発生するので、この不具合を解消することを課題としている。
【解決手段】ダイ１の上面１ａに、上パンチの端面の起伏に対応させた起伏を形成し、成形孔２の入口の縁２ａに上パンチの先端外周に生じた高低差に対応する高低差を生じさせた。成形孔の入口の縁２ａに生じさせる高低差は上パンチ３の先端外周の高低差にほぼ一致させると好ましい。
【選択図】図４

Description

この発明は、焼結機械部品用の上面に起伏のある圧粉体を作る粉末成形用金型に関する。

焼結機械部品は、粉末を圧縮成形して得られる圧粉体を焼結して製造される。この焼結機械部品の中に、成形時にパンチで成形する面に起伏を生じたものがある。例えば、図１０に示すように、一般的なスプロケット２０は、歯底２２側から歯先２１側に向かって厚みｔが減少しており、外周縁を含む端面２３、２４に起伏が生じている。端面に起伏のある部品の成形は、下記特許文献１、２などにも示されている。

例えば、図１０に示したスプロケット２０の端面の起伏は、粉末成形時に上パンチと下パンチの上面（成形面）に起伏を形成し、その起伏を転写する方法で付けられる。

ところが、下パンチは上端に起伏を形成しても特に問題はないが、上パンチの端面（先端面）に起伏を形成すると、図１１に示すように、上パンチ３の端面の各部に高低差が付いてダイの成形孔に対する上パンチの各部の入り込み時期にずれが生じる。粉末の成形は、通常、ダイの成形孔によって作り出されるキャビティに粉末を充填し、その粉末を、上下のパンチで加圧する方法で行われる。また、端面に起伏のある上パンチを用いた成形では、給粉を完了した図１２（ａ）の状態からダイ１と下パンチ４を相対移動させてキャビティ１０に充填した粉末Ｐの上面をダイ１の上面よりも下側に移動させるアンダーフィル工程〔図１２（ｂ）〕を経てその後に粉末の圧縮を行う〔図１２（ｃ）〕方法が一般的に採られている。

しかしながら、その従来法では、成形孔に先行して挿入される上パンチの最先端部に応力が集中しやすく、その最先端部が先鋭であり、また、最先端部（例えばスプロケットの歯先を成形する歯先成形部Ｉ）によって成形される部分の成形密度が高くなることもあって最先端部がダメージを受け易く、最先端部の疲労、摩耗が進行しやすい。その疲労、摩耗のために、メンテナンスの頻度が増加する。また、その摩耗の進行によってダイとの間のクリアランスが拡大し、そこに粉末が入り込んで圧粉体にバリが生じ易くなる。さらに、バリの発生は金型の寿命を決定し、上パンチが短命になる。

特許文献１、２が開示している方法では、これらの問題に対処できない。
特開２００１−１８１７０５号公報 特開２０００−１４４２１１号公報

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上パンチの尖った最先端部の摩耗を抑制してメンテナンスの頻度減少、バリの抑制、上パンチの耐久性向上などを図ることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、上パンチが圧粉体の上面に転写する起伏を端面に有し、その起伏によって上パンチの先端外周に加圧方向の高低差が生じた粉末成形用金型に以下の工夫を施す。すなわち、ダイの上面に上パンチの端面の起伏に対応させた起伏を形成してダイの成形孔の入口の縁に上パンチの先端外周の高低差に対応させた高低差を生じさせる。

成形孔の入口の縁の高低差は、上パンチの最先端が先行して成形孔に挿入されないものにすればよく、その高低差を上パンチの先端外周の高低差にほぼ一致させて上パンチの先端外周の全域がほぼ同時に成形孔に挿入されるようにすると好ましい。

また、下パンチの内側にコアロッドをさらに備えており、上パンチの端面の起伏によって上パンチの先端内周にも加圧方向の高低差が生じている金型については、コアロッドの上面の外周部にも上パンチの端面の起伏に対応させた起伏を形成してコアロッドの上面の外周縁に上パンチの先端内周の高低差に対応させた高低差を生じさせるのがよい。

加圧方向の高低差が上パンチの先端の内周縁のみに生じ、外周縁は同一面内にある金型
については、コアロッドの上面の外周部に上パンチの端面の起伏に対応させた起伏を形成してコアロッドの上面の外周縁に上パンチの先端内周の高低差に対応させた高低差を生じさせるとよい。

この発明の金型は、上パンチの端面の起伏に対応させた起伏をダイやコアロッドの上面に形成して上パンチの先端の外周縁や内周縁の高低差に対応させた高低差を成形孔の入口の縁やコアロッドの上面の外周縁に生じさせたので、上パンチ最先端部の成形孔に対する挿入時期が高低差がない場合に比べて遅延され、上パンチの最先端に加わる負荷が緩和されて上パンチの耐久性も向上し、最先端の疲労、摩耗が減少する。そのために、メンテナンスの頻度が低下し、上パンチの寿命も延びる。

また、上パンチの摩耗が減少することによって、上パンチとダイとの間、或いは、上パンチとコアとの間のクリアランスの拡大が抑えられるので、圧粉体に対するバリも発生し難くなる。

以下、添付図面の図１〜図９に基づいてこの発明の粉末成形用金型の実施の形態を説明する。図１〜図５に示す粉末成形用金型は、スプロケット用の圧粉体を成形するものであって、成形孔２を有するダイ１と、上パンチ３と、その上パンチ３に対向させた下パンチ４と、コアロッド５を組み合わせて構成されている。ダイ１は粉末成形装置のダイプレート１１に支持される。また、上パンチ３はプレス機の上ラムに駆動される上パンチプレート１２に、下パンチ４はベースプレート１３にそれぞれ支持され、コアロッド５はプレス機の下ラムに駆動されるヨークプレート１４に連結される。

ダイプレート１１と上パンチプレート１２は、通常、いずれか一方に上下のパンチによる加圧方向と平行なガイドロッドを複数本設け、そのガイドロッドを他方に設けるガイド部にスライド自在に挿通して同軸上に位置決めするが、そのガイドロッドやガイド部はこの発明の重要な要素ではないので、図１はそれらを省いている。粉末成形装置のダイセットには、ダイ１を加圧終点で受け止めるフォークや、ダイプレート１１と上パンチプレート１２の相対移動を利用して成形完了後に前記フォークを退避させて圧粉体の払い出しのためのダイ１の降下を可能となすカムなども設けられるが、これらも重要な要素ではないので図示していない。

上パンチ３の端面３ａには、圧粉体の端面に転写する起伏が形成されている。その起伏は、端面３ａの外周を含む領域に形成されており、上パンチ３の先端外周の各部、例えば、歯先成形部Ｉの中央と、歯底成形部IIの中央との間に加圧方向の高低差ｈ（図１１参照）が生じている。

この場合、成形孔２の入口が同一水平面上にあると、上パンチの外周縁３ｂの最先端部が先行して成形孔２に挿入される。その最先端部の先行挿入を無くすために、ダイ１の上面１ａに、上パンチ３の端面３ａの起伏に対応させた起伏を生じさせている。また、起伏形成部の周りには凹部6を形成している。上記の起伏によって成形孔２の入口の縁２ａは、図２、図４に示すように、歯先成形部Ａの位置が最も低く、また、歯底成形部Ｂの中央部が最も高く、歯面成形部Ｃの部分は、歯先成形部Ａから歯底成形部Ｂに向かうに従ってその位置が次第に高くなっている。凹部６は、径方向幅を不必要に大きくするとキャビティから粉末が逃げ易くなるので、幅を広げすぎないようにするのがよい。

この成形孔の入口の縁２ａの高低差を、上パンチ３の先端外周の高低差とほぼ一致させると、上パンチ３の先端外周の全域が成形孔２に対してほぼ同時に挿入される。それによって、上パンチ３の最先端部がダメージを受けることが緩和され、最先端部の疲労、摩耗が減少する。そのために、上パンチの寿命が延び、メンテナンスの手間も削減される。また、上パンチの摩耗抑制によりダイ１と上パンチ３との間のクリアランスの拡大が抑えられるため、クリアランスへの粉末の入り込みが少なくなってバリが発生し難くなる。

なお、上パンチ３の先端外周の全域が成形孔２に対してほぼ同時に挿入されると得られる圧粉体の各部の密度差も小さくなって好ましいが、成形孔の入口の縁２ａに形成する高低差は、上パンチの最先端部が最先端以外の部分よりも遅れて成形孔２に挿入されるようなものにしてもよく、これでも上パンチの先端部の疲労、摩耗低減の目的は達成される。

次に、添付図面の図６〜図９を参照してこの発明の粉末成形用金型の他の実施形態について述べる。図６は、車輪速度センサなどに利用されるセンサリング３０の一例を表している。センサリング３０は鉄系合金などの磁性体によって形成されるもので、周方向に定ピッチで配列された歯３２を有している。図のように、その歯３２を本体部３１の端面の外周縁部に設けるセンサリングがあり、そのセンサリング３０を粉末冶金法で製造するときには、センサリングの端面の凹凸に対応した起伏を端面に形成した上パンチで粉末を加圧して圧粉体の端面に歯３２と歯溝３３を付ける。この場合、上パンチ３の端面３ａに形成する起伏は、上パンチ先端の内外周を含む領域に形成され、そのために、上パンチは先端外周だけでなく先端内周にも高低差が生じてダイの成形孔２に対する挿入のタイミングずれが先端内周側においても起こる。

そこで、図６のセンサリング３０を成形する金型は、図７〜図９に示すように、ダイ１の上面１ａとコアロッド５の上面５ｂに、上パンチの端面３ａの起伏に対応させた起伏（歯１ｂ、５ｃと歯溝１ｃ、５ｄ）を形成し、上パンチ３の外周の最先端部、内周の最先端部の成形孔２に対する挿入時期が起伏をつけない場合に比べて遅れるようにしている。

この場合も、成形孔入口の縁２ａに生じさせる高低差と、コアロッド５の上面の外周縁５ｂに生じさせる高低差を上パンチ３の先端の外周、内周の高低差にほぼ一致させて上パンチ３の先端の内外周の全域がほぼ同時に成形孔２に挿入されるようにしておくと好ましい。

なお、上パンチ３の端面の起伏が端面の内周側に偏って設けられて上パンチ先端の高低差が内周側のみに生じる金型も考えられ、その場合には、上パンチの最先端部の成形孔への挿入を遅延させる起伏をコアロッドのみに設ければよい。

なお、以上の説明はスプロケットとセンサリングの成形を例に挙げて行ったが、この発明は、ダイやコアロッドの上面に上パンチの端面の起伏に対応させた起伏を形成して高低差を生じた上パンチ先端の外周縁や内周縁の成形孔への入り込み時期を遅延させる粉末成形用金型の全てに適用できる。

この発明の粉末成形用金型の一例の概要を示す断面図 図１の金型のダイの平面図 図１の金型のダイの断面図 図１の金型のダイの部分切り欠き斜視図 図３のイ部の拡大断面図 端面に起伏のある焼結部品の一例（センサリング）を示す斜視図 図６のセンサリングを成形する金型のダイとコアロッドの平面図 図７のコアロッドの一部を拡大した平面図 コアロッドの上端の一部を拡大して示す側面図 端面に起伏のある焼結部品の一例（スプロケット）を示す斜視図 図１０のスプロケットを成形する上パンチの断面図 従来行われている粉末成形の（ａ）給粉工程を示す図、（ｂ）アンダーフィル工程を示す図、（ｃ）加圧工程を示す図

符号の説明

１ ダイ
１ａ 上面
１ｂ 歯
１ｃ 歯溝
２ 成形孔
２ａ 入口の縁
３ 上パンチ
３ａ 端面
３ｂ 外周縁
４ 下パンチ
５ コアロッド
５ａ 上面
５ｂ 外周縁
５ｃ 歯
５ｄ 歯溝
１０ キャビティ
１１ ダイプレート
１２ 上パンチプレート
１３ ベースプレート
１４ ヨークプレート
２０ スプロケット
２１ 歯先
２２ 歯底
２３、２４ 端面
３０ センサリング
３１ 本体部
３２ 歯
３３ 歯溝
Ｉ、Ａ 歯先成形部
II、Ｂ 歯底成形部
Ｃ 歯面成形部
Ｐ 粉末

Claims (4)

1. 成形孔（２）を有するダイ（１）と、前記成形孔（２）の内部で粉末を加圧して圧粉体を形成する上パンチ（３）及び下パンチ（４）を具備し、前記上パンチ（３）が前記圧粉体に転写する起伏を端面（３ａ）に有し、その起伏によって上パンチ（３）の先端外周に加圧方向の高低差が生じた粉末成形用金型において、前記ダイ（１）の上面（１ａ）に上パンチ（３）の端面の起伏に対応させた起伏を形成して前記成形孔（２）の入口の縁（２ａ）に上パンチの先端外周の高低差に対応した高低差を生じさせたことを特徴とする粉末成形用金型。
2. 成形孔（２）の入口の縁（２ａ）に生じさせる高低差を上パンチ（３）の先端外周の高低差にほぼ一致させて上パンチ（３）の先端外周の全域がほぼ同時に成形孔（２）に挿入されるようにした請求項１に記載の粉末成形用金型。
3. 下パンチ（４）の内側にコアロッド（５）をさらに備えており、かつ、前記上パンチ（３）の端面の起伏によって上パンチの先端内周にも加圧方向の高低差が生じており、前記コアロッド（５）の上面（５ａ）の外周部にも上パンチ（３）の端面の起伏に対応させた起伏を形成して前記コアロッド（５）の上端外周に上パンチ（３）の先端内周の高低差に対応した高低差を生じさせた請求項１又は２に記載の粉末成形用金型。
4. 成形孔（２）を有するダイ（１）と、前記成形孔（２）の内部で粉末を加圧して圧粉体を形成する上パンチ（３）及び下パンチ（４）と、下パンチの内側に配置するコアロッド（５）を具備し、前記上パンチ（３）が前記圧粉体の上面に転写する起伏を端面（３ａ）に有し、その起伏によって上パンチ（３）の先端内周に加圧方向の高低差が生じた粉末成形用金型において、前記コアロッド（５）の上面の外周部に上パンチ（３）の端面の起伏に対応させた起伏を形成してコアロッドの上面（５ａ）の外周縁（５ｂ）に上パンチ（３）の先端内周の高低差に対応させた高低差を生じさせたことを特徴とする粉末成形用金型。

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