JP2007297680A - 焼結部品の製造方法とその方法で製造した焼結部品 - Google Patents

Abstract

【課題】端面に金型成形する凸部を有する焼結部品の製造において、製品に要求される凸部の寸法精度、形状精度を確保しながら金型の凸部成形部の抜きテーパの角度が小さすぎることに起因した粉末成形工程での蹴出し時の凸部の欠けを減少させて製造の歩留まりを向上させることを課題としている。
【解決手段】凸部成形部(成形用凹部６)にα１の第１の抜きテーパを有する金型（下１パンチ２）を用いて粉末の成形を行い、さらに、凸部矯正部の第２の抜きテーパの角度を第１の抜きテーパの角度α１よりも小さくした金型を用いて焼結体のサイジングを行うことで第１の抜きテーパの角度α１を製品の凸部に要求される凸部側面の傾斜角よりも大きくして圧粉体の凸部側面に蹴出し時に加わる抵抗を減少させることを可能にした。
【選択図】図１

Description

この発明は、金型成形した凸部を端面に有する焼結部品を歩留り良く生産することを可能にした焼結部品の製造方法とその方法で製造した焼結部品に関する。

焼結部品は、原料粉末の秤量、混合、圧粉成形、焼結、サイジングなどの後処理の各工程を経て製造される。サイジングは、圧粉体を焼結して得られた焼結体をサイジング金型でしごいて製品の寸法を矯正する作業であり、寸法精度が要求される焼結部品を製造するときに実施されている。

圧粉成形工程では、混合された原料粉末を金型で成形して圧粉体を得る。このとき、圧粉体の端面に金型成形された凸部を設けることがある。その凸部を、例えば、下記特許文献１が文献中の図９（本願の図７参照）に示しているように、粉末成形用金型（図は上パンチＵＰ）に設けた凹部の形状を転写して形成する場合には、凸部成形用凹部６に型抜き用のテーパ(抜き勾配)を付した粉末成形用金型が使用される。従来は、その粉末成形用金型の抜きテーパの角度を製品の凸部側面に要求される傾斜角に対応した角度にしていた。

粉末成形用金型に付される抜きテーパの角度は、通常５°以下に設定されている。製品に設ける凸部の側面の傾斜角は、要求される角度範囲に納める必要があり、その要求角度が５°以下であることから抜きテーパの角度も５°以下にしている。

ところが、凸部成形用凹部の抜きテーパの角度が５°以下の金型を用いると、成形された圧粉体を金型から取り出す所謂蹴出し時に凸部の側面に加わる抵抗によって圧粉体に形成された凸部が欠けることがあった。金型に設けた凹部の形状を転写して凸部を形成する場合、金型の形状によっては凸部形成部の粉末の圧縮比が凸部の無い部分の圧縮比よりも小さくなって凸部が他の部分に比べて低密度になることがあり、そのような凸部は特に、蹴出し時に側面に加わる抵抗によって欠け易い。

この蹴出し時の凸部の欠けは、製品の製造の歩留りを低下させ、コストアップの問題を生起させる。しかしながら、その問題の解決策は見出されていない。前掲の特許文献１にも、蹴出し時の凸部の欠けの問題については述べるところが何も無く、問題の解決策を示唆する記載も見当たらない。
特開平６−４９５０４号公報

この発明は、端面に金型成形する凸部を有する焼結部品の製造において、製品に要求される凸部の寸法精度、形状精度を確保しながら粉末成形金型の凸部成形部の抜きテーパの角度が小さすぎることに起因した蹴出し時の圧粉体の凸部の欠けを減少させて製造の歩留まりを向上させ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、原料粉末を加圧して圧粉体を得る粉末成形工程、得られた圧粉体を焼結して終結体を得る焼結工程、焼結体を矯正するサイジング工程を経て端面に凸部を有する部品を製造する焼結部品の製造方法において、
前記凸部を形成する金型凹部に第１の抜きテーパを有する金型を用いて粉末の成形を行い、さらに、第２の抜きテーパを前記凸部を矯正する金型矯正部に有し、その第２の抜きテーパの角度α２を第１の抜きテーパの角度α１よりも小さくした金型を用いて焼結体のサイジングを行い、前記凸部をサイジング時に金型で矯正する。

この製造方法においては、第１の抜きテーパの角度α１を第２の抜きテーパの角度α２よりも１〜１３°、望ましくは１〜５°の範囲で大きくした粉末成形金型を用いて粉末の成形を行うと好ましい。サイジング金型の凸部矯正部に付す第２の抜きテーパの角度α２は、製品の凸部に要求される凸部側面の傾斜角度が一般に５°以下であるので、それに合わせて５°以下とする。また、部品端面からの前記凸部の突出量ｈが１．１ｍｍ以下の焼結部品の製造にこの発明を適用するのも好ましい。

上記の方法で製造される焼結部品は、端面に凸部を有し、その凸部が金型成形による成形肌を有し、かつ、その凸部の側面が５°以下の角度で傾斜し、凸部の側面の表層部の密度が凸部の根元側よりも先端側で大きくなっている。この発明においては、その焼結部品も併せて提供する。

この発明においては、粉末成形を大きな角度の抜きテーパを有する金型を用いて行い、焼結体のサイジングを小さな角度の抜きテーパを有する金型を用いて行うので、粉末成形金型に形成される凸部成形部の抜きテーパの角度を製品の凸部側面の傾斜角よりも大きくすることが可能になる。粉末成形金型の抜きテーパの角度を大きくすると蹴出し時に圧粉体の凸部に加わる側面抵抗が減少し、その抵抗に起因した凸部の欠けが発生しなくなる。

また、サイジング金型の抜きテーパの角度α２を粉末成形金型の抜きテーパの角度α１よりも小さくしたことによって圧粉体の凸部側面の表層部の密度を従来よりも高めて凸部を強化することも可能になる。

なお、粉末成形金型に付す角度α１の抜きテーパは、サイジング金型に付す角度α２の抜きテーパとの角度差が小さすぎる場合には圧粉体蹴出し時の抵抗低減の効果が十分に発揮されず、また、その角度差が大きすぎる場合にはサイジング金型による凸部の円滑な矯正が望み難くなるので、第１の抜きテーパの角度α１を第２の抜きテーパの角度α２よりも１°〜１３°、望ましくは１〜５°の範囲で大きくした粉末成形金型を用いて粉末の成形を行うのがよい。第２の抜きテーパの角度α２はサイジングによって製品の凸部側面の要求傾斜角が得られるように設定する。これに上記の角度差を加算すれば粉末成形金型の抜きテーパの角度α１が求まる。

前記凸部の突出量ｈが１．１ｍｍを越えるものは、圧粉体の凸部の密度が他の部分に比べて低くなり、圧粉体蹴出し時の凸部の欠けが発生し易くなるので、この発明を適用すると顕著な効果を期待できる。また、一方で、サイジング代が過大なときにはサイジング圧力が大きくなるなどの問題が生じるので、好ましいとした上記角度範囲での凸部の突出量は、１．１ｍｍを上限にするのがよい。

以下、添付図面の図１〜図５に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。この発明の方法で製造する焼結部品のモデルを図１に示す。この焼結部品２０は、平板状をなす本体部２１の下部中心にボス部２２を有し、本体部２１の下面に凸部２４を設けた構造になっている。ボス部２２は軸穴２３を有する。

この焼結部品２０は、図２に示すような粉末成形金型を用いて圧粉体２０Ａを形成し、その圧粉体２０Ａを所定の温度で焼結して図４に示す焼結体２０Ｂとなす。その後、図４に示すようなサイジング金型で焼結体２０Ｂを矯正する手順を経て製造される。

図２の粉末成形金型は、ダイ１と、下１パンチ２と、下１パンチの内側に配置した下２パンチ３と、下１、下２の各パンチに対向させた上パンチ４と、コアロッド５を組み合わせてなる。

ダイ１は昇降可能なダイプレートに、下１パンチ２は昇降可能な下パンチプレートに、下２パンチ３は位置固定のベースプレートに、上パンチ４はプレス機の上ラムに駆動されて昇降する上パンチプレートに、コアロッド５は、プレス機の下ラムに駆動されて昇降するヨークプレートにそれぞれ支持されるが、金型以外のダイプレートなどの要素はいずれも省略して図には示していない。

ダイ１は、圧粉体２０Ａの本体部２１の外周を成形する。また、下１パンチ２は本体部２１の下面と凸部２４を、下２パンチ３はボス部２２の下面を、上パンチ４は圧粉体２０Ａの上面を、コアロッド５は軸穴２３をそれぞれ成形する。下１パンチ２の上面(成形面)には、凸部２４を成形する成形用凹部６を設けており、その成形用凹部６の側面６ａに図３に示す角度α１の第１の抜きテーパが付けられている。この第１の抜きテーパの角度α１は、ここでは１５°とした。

図２のダイ１、下１パンチ２、下２パンチ３及びコアロッド５の間に形成されるキャビティに粉末を充填し、その後、上パンチ４を駆動して充填した粉末の圧縮、成形を行う。上パンチ４が下死点に達したらその位置に除圧した上パンチ４を待機させ、この状態で圧粉体の蹴出しがなされる。その蹴出しの作業は、まず、ダイ１とコアロッド５を圧粉体２０Ａから外れる位置まで引き下げる。次いで、下１パンチ２を圧粉体２０Ａから外れる位置まで引き下げる。このとき、凸部２４が成形用凹部６から抜き出されるが、第１の抜きテーパの角度α１が従来に比べて相当大きくなっているため、凸部２４の側面の抵抗は小さく、凸部２４が欠けることなく健全に抜き出される。

下１パンチ２を例えばコアロッド５と上面の位置が揃うところまで引き下げたら、下２パンチ３に支持されている圧粉体２０Ａを外部に取り出し、その後、金型を初期の状態に戻して粉末成形の１サイクルが完了する。

上記の工程で形成された圧粉体２０Ａは、この後、焼結炉に導入されて焼結され、図４に示す焼結体２０Ｂとなる。その焼結体２０Ｂは焼結によって寸法が焼結前に比べて若干変化するが、凸部２４の側面は、下１パンチの成形用凹部６から転写された第１の抜きテーパの角度α１とあまり差の無い傾斜角度を維持する。その傾斜角度は、製品の凸部に要求される角度よりも大きい。そこで、焼結体２０Ｂをサイジング金型を用いて矯正し、そのときに凸部の形状を変化させて凸部側面の傾斜角度を最終的に要求される範囲に納める。

図４は、サイジング金型を示している。このサイジング金型は、ダイ１１、下１パンチ１２、下２パンチ１３、上パンチ１４及びコアロッド１５を組み合わせてなる。各要素の寸法と下１パンチ１２の上面に設ける矯正用凹部１６の寸法及び形状を焼結体のサイジング代を含むものにした点が粉末成形金型と異なる。その他の構成は粉末成形金型とさほど変わるところがない。

矯正用凹部１６は、図５に示す第２の抜きテーパの角度（側面１６ａの傾斜角）α２を２°に設定しており、第２の抜きテーパの角度α２と第１の抜きテーパの角度α１との角度差はこの例では１３°になっている。また、ここでは、成形用凹部６の深さｓ（図２参照）を１．４ｍｍ、矯正用凹部１６の深さｄ（＝焼結部品に設ける凸部の部品端面からの突出量ｈ）を１．１ｍｍにしている。

このサイジング金型を用いて焼結体２０Ｂのサイジングを行う。そのサイジングにより、凸部２４が矯正用凹部１６に矯正されて凸部の側面の傾斜が製品に要求される５°以下の角度範囲に納まる。

また、第１の抜きテーパの角度α１よりも第２の抜きテーパの角度α２を小さくすると、第１、第２の角度α１、α２が等しい場合に比べてサイジング代が増加して部品の凸部２４の表層部の密度が高まるので、凸部２４の強度も向上する。図６の（ａ）、（ｂ）は、α１＝α２のときのサイジング代とα１＞α２のときのサイジング代の違いをわかりやすくして表している。α１＝α２のときのサイジング代は、図６（ａ）のハッチング挿入部分となる。これに対し、α１＞α２のときのサイジング代は、凸部２４の突出量ｈ（＝矯正用凹部１６の深さｄ）がα１＝α２のときと同じとすると、図６（ｂ）のハッチング挿入部分となり、図６（ａ）と比べると明らかにサイジング代が大きくなる。従って、凸部２４の表層部の密度が高まる。凸部２４は、例示のケースでは粉末成形体の状態から突出方向に０．３ｍｍ圧縮され、そのために、先端の密度も高まる。

なお、サイジングは焼き固められた焼結体についてなされるので、矯正用凹部１６の第２の抜きテーパの角度α２を５°以下にしても問題はなく、サイジング工程での蹴出しで凸部２４が欠けることはない。

端面に金型成形した凸部を有する焼結部品の一例を示す断面図 図１の焼結部品用の粉末成形金型を示す断面図 図２の金型の下１パンチに設けた成形用凹部の拡大断面図 図１の焼結部品用のサイジング金型を示す断面図 図４の金型の下１パンチに設けた矯正用凹部の拡大断面図 （ａ）：抜きテーパの角度α１＝α２のときサイジング代を示す図、（ｂ）：α１＞α２のときのサイジング代を示す図 特許文献１の文献中の図９に開示された粉末成形金型を示す断面図

符号の説明

１、１１ ダイ
２、１２ 下１パンチ
３、１３ 下２パンチ
４、１４ 上パンチ
５、１５ コアロッド
６ 成形用凹部
１６ 矯正用凹部
６ａ、１６ａ 側面
２０ 焼結部品
２０Ａ 圧粉体
２０Ｂ 焼結体
２１ 本体部
２２ ボス部
２３ 軸穴
２４ 凸部
α１ 第１の抜きテーパの角度
α２ 第２の抜きテーパの角度

Claims (4)

1. 原料粉末を加圧して圧粉体を得る粉末成形工程、得られた圧粉体を焼結して焼結体を得る焼結工程、焼結体を矯正するサイジング工程を経て端面に凸部を有する部品を製造する焼結部品の製造方法において、
   前記凸部を形成する金型凹部に第１の抜きテーパを有する金型を用いて粉末の成形を行い、さらに、第２の抜きテーパを前記凸部を矯正する金型矯正部に有し、その第２の抜きテーパの角度α２を第１の抜きテーパの角度α１よりも小さくした金型を用いて焼結体のサイジングを行い、前記凸部をサイジング時に金型で矯正することを特徴とする焼結部品の製造方法。
2. 第２の抜きテーパの角度α２を５°以下としたサイジング金型と、第１の抜きテーパの角度α１を第２の抜きテーパの角度α２よりも１〜１３°の範囲で大きくした粉末成形金型とを用いて粉末の成形と焼結体のサイジングを行う請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
3. 部品端面からの凸部の突出量ｈが１．１ｍｍ以下の部品を製造する請求項１又は２に記載の焼結部品の製造方法。
4. 請求項１、２又は３のいずれかに記載の方法で製造される焼結部品であって、端面に凸部を有し、その凸部が金型成形による成形肌を有し、かつその凸部の側面が５°以下の角度で傾斜し、凸部の側面の表層部の密度が凸部の根元側よりも先端側で大きくなっている焼結部品。

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