JP2010149169A

JP2010149169A - 粉末成形金型装置および粉末成形方法

Info

Publication number: JP2010149169A
Application number: JP2008332251A
Authority: JP
Inventors: Tadao Masuda; 忠男増田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】成形体の軸孔の偏心方向や偏心量の調整を容易に行う。
【解決手段】ダイスの型孔と、１または２以上の下パンチと、軸孔を形成する断面が略円形のコアロッド２０により形成されるダイキャビティに、原料粉末Ｐを充填し、１または２以上の上パンチと下パンチにより原料粉末を圧縮して成形し、得られた成形体をダイスの型孔から抜き出す軸孔を有する成形体の成形方法である。コアロッド２０は、軸線方向の中間部で上部コアロッド２２と下部コアロッド２３とに分割され、上部コアロッド２２は、周方向に固定位置を調整可能にコア取付けボルト２４により下部コアロッド２３に固定され、かつ上部コアロッド２２の上端部に原料粉末の逃げ部２２ｂが形成されている。コアロッド２０が偏心する方向に対向する方向に逃げ部２２ｂを配置して上部コアロッド２２をコア取付けボルト２４により下部コアロッド２３に固定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、原料粉末を圧粉成形した成形体を焼結して機械部品を製造する粉末冶金法において、原料粉末を押型の型孔内に充填しこれをパンチで加圧して圧粉成形する押型法の成形方法に係り、特に、軸孔を有する成形体の成形方法に関する。

ダイスに設けられた型孔に原料粉末を充填し、上下パンチにより原料粉末を圧縮成形して製品形状を付与し、得られた成形体を焼結する粉末冶金法（押型成形法による粉末冶金法）は、複雑形状の製品をニアネットシェイプに造形できることや、大量生産に向くことから各種機械部品の製造に適用されている。（例えば、特許文献１等）

このような粉末冶金法の機械部品への適用例として、自動車の変速装置に用いられるシンクロナイザーハブを例にとって以下に説明する。図１は、従来のシンクロナイザーハブの一例であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図（中心の一点鎖線の左側が断面図、右側が外観）、図１（ｃ）が斜視図である。シンクロナイザーハブ１００は、外周に歯形１１１が形成され、シンクロナイザーキーと嵌合するキー溝部１１２で分割（この例では３分割）された歯部１１０と、内周にスプライン１３１が形成されたボス部１３０を薄肉のリム部１２０で連結した形状をなしている。

このようなシンクロナイザーハブ１００を粉末冶金法で製造するための粉末成形金型装置の下型の構成を図２に示す。原料粉末を充填するダイキャビティは、シンクロナイザーハブ１００の外周形状を形成する型孔１１を有するダイス１０と、シンクロナイザーハブ１００の内周形状（スプライン１３１）を形成する外周２１を有するコアロッド２０間に、シンクロナイザーハブ１００の歯部１１０の下端面を成形する第１下パンチ３０と、シンクロナイザーハブ１００のリム部１２０の下端面を成形する第２下パンチ４０と、シンクロナイザーハブ１００のボス部の下端面を成形する第３下パンチ５０が互いに軸線方向へ摺動自在に嵌合され、ダイス１０の型孔１１と、コアロッド２０の外周２１と、第１下パンチ３０の上端面と、第２下パンチ４０の上端面と、第３下パンチ５０の上端面とから形成されている。

このような成形金型装置による粉末成形方法を図３に示す。ダイス１０の型孔１１と、コアロッド２０の外周２１と、第１下パンチ３０の上端面と、第２下パンチ４０の上端面と、第３下パンチ５０の上端面とから形成されるダイキャビティに原料粉末Ｍを充填する（図３（ａ））。次いで、シンクロナイザーハブ１００の歯部１１０の上端面を成形する第１上パンチ６０、シンクロナイザーハブ１００のリム部１２０の上端面を成形する第２上パンチ７０、およびシンクロナイザーハブ１００のボス部の上端面を成形する第３上パンチ８０を原料粉末に当接させ（図３（ｂ））、第２下パンチ４０と第２上パンチ７０を同期させてダイス１０に対して相対的に降下させて第２下パンチ４０と第２上パンチ７０間の原料粉末を所定位置まで移動させた後（図３（ｃ））、第１下パンチ３０、第２下パンチ４０および第３下パンチ５０をダイス１０に対して相対的に降下させるとともに、第１上パンチ６０、第２上パンチ７０および第３上パンチ８０をダイス１０に対して相対的に上昇させて、上パンチ群と下パンチ群間の原料粉末を圧粉成形する（図３（ｄ））。

上記シンクロナイザーハブや、各種ギア等の回転部品においては、製品の軸孔が偏心していると回転時にぶれが生じ、予期せぬ摩耗や騒音の問題を引き起こすため、これらの製品においては高い同心精度が要求される。

特開平０４−３１９０９９号公報

上記の金型装置のダイス、各パンチ、コアロッド間には、成形時の上下方向の摺動を可能とするため必要な間隙が設けられている。この間隙をａとすると、図４の金型装置の概略図に示すように、ダイス１０と第１下パンチ３０、第１下パンチ３０と第２下パンチ４０、第２下パンチ４０と第３下パンチ５０、第３下パンチ５０とコアロッド２０間にそれぞれ間隙ａが設けられる（図４（ａ））。したがって、このような金型装置においては、図４（ｂ）に示すように、コアロッド２０は最大で間隙ａの４倍の値だけ偏心し得る。一般に、間隙ａは３０μｍ程度に設定されるため、コアロッド２０は最大１２０μｍまで偏心する虞がある。また、金型装置の使用にともない、各部材の摩耗により間隙ａは５０〜６０μｍ程度まで拡大するが、この場合偏心量がさらに拡大することとなる。このような金型装置を用いて原料粉末を充填し成形する場合には、成形体の軸孔は金型装置への各要素の取り付け精度に加えて、原料粉末充填時のキャビティ内での原料粉末の充填量のばらつきにより影響を受けるため、軸孔の偏心方向および偏心量は予測不可能である。

このような成形体の軸孔の偏心を抑制防止しようとして、間隙ａを小さくすると、型かじりが生じ易くなるため、現実的ではない。このため、金型装置の組み立ての際に、金型装置の各要素の軸心が一致するよう組み立てた後、実際に原料粉末を充填して成形し、成形体の軸孔の偏心方向や偏心量を測定して把握した後、金型装置を再度調整して組み立てる作業を繰り返し行い、成形体の軸孔の偏心方向や偏心量を調整している。

ここで、成形体の軸孔の偏心方向や偏心量の調整を容易に行うことができれば、調整に要する手間と時間が短縮でき、生産効率が向上する。したがって、本発明は、成形体の軸孔の偏心方向や偏心量の調整を容易に行うことができる粉末成形金型装置および粉末成形方法を提供することを目的とする。

本発明の粉末成形金型装置は、成形体の外周を形成する型孔を有するダイスと、成形体の軸孔を形成する断面が略円形のコアロッドと、前記ダイスの型孔および前記コアロッドの外周面と摺動自在に嵌合し、成形体の上面および下面を形成する１または２以上の上パンチおよび１または２以上の下パンチとを備え、前記ダイスの型孔と前記コアロッドと前記下パンチからなるダイキャビティに充填された原料粉末を前記上パンチと前記下パンチとにより圧粉成形する粉末成形金型装置において、前記コアロッドは、その軸線方向の中間部で上部コアロッドと下部コアロッドとに分割され、前記上部コアロッドは、周方向に固定位置を調整可能に固定手段により前記下部コアロッドに固定され、かつ前記上部コアロッドの上端部に原料粉末の逃げ部を形成したことを特徴とする。

また、本発明の粉末成形方法は、ダイスの型孔と、１または２以上の下パンチと、軸孔を形成する断面が略円形のコアロッドにより形成されるダイキャビティに、原料粉末を充填し、１または２以上の上パンチと前記下パンチにより原料粉末を圧縮して成形し、得られた成形体を前記ダイスの型孔から抜き出す軸孔を有する成形体の成形方法において、前記コアロッドは、軸線方向の中間部で上部コアロッドと下部コアロッドとに分割され、上部コアロッドは、周方向に固定位置を調整可能に固定手段により前記下部コアロッドに固定され、かつ前記上部コアロッドの上端部に原料粉末の逃げ部が形成され、前記コアロッドが偏心する方向に対向する方向に前記逃げ部を配置して前記上部コアロッドを前記固定手段により前記下部コアロッドに固定することを特徴とする。

本発明の粉末成形金型装置は、コアロッドとして長手方向の途中で上部コアロッドと下部コアロッドとに分割され、上部コアロッドに原料粉末の逃げ部を設けるとともに、上部コアロッドと下部コアロッドを位置調整可能にして固定手段により一体に固定されたコアロッドを用いるものであり、本発明の粉末成形方法は、コアロッドの偏心する方向に対向する方向に上部コアロッドの逃げ部を配置して成形するものである。このため、原料粉末が逃げ部に流れることにより、原料粉末がコアロッドを押圧する圧力を低減して成形体の軸孔の偏心を防止することができる。また、金型装置の組み立て後、ダイキャビティ側から上部コアロッドのみ位置調整して固定することができるので、金型装置を再度組み立て直す必要がなく、容易に調整が可能であり、調整に要する手間と時間を短縮することができ、生産効率の向上に寄与する。

本発明によれば、成形体の軸孔の偏心方向や偏心量の調整を容易に行うことができ、調整に要する手間と時間が短縮でき、生産効率が向上する等の効果が得られる。

以下に、図１に示すシンクロナイザーハブ１００を成形する場合を例として、実施形態の粉末成形金型装置および粉末成形方法を説明する。実施形態の粉末成形金型装置では、図５に示すように、コアロッド２０を上部コアロッド２２と下部コアロッド２３とに軸線方向の中間部で分割し、金型装置の組み立て後でも、ダイキャビティ側から上部コアロッド２２を取り外すことを可能とした。なお、本実施形態はコアロッド２０に特徴を有するものであるため、図６に示す他の構成については図３のものと同符号を付して説明を省略する。

上部コアロッド２２の上端部には、原料粉末の逃げ部２２ｂが形成されている。図５は、原料粉末の逃げ部２２ｂとして、高さｄの傾斜面を形成した例であり、図５（ａ）は上端面全体を傾斜面とし、図５（ｂ）は上端面の半分を傾斜面とした例である。なお、原料粉末の逃げ部の形状は、コアロッド外周面から上端面に連通すればよく、傾斜面を凹面あるいは凸面に変更したり、溝部に変更することができる。

上部コアロッド２２の軸心には、貫通孔２２ａが形成され、下部コアロッド２３の上端部には、上部コアロッド２２の貫通孔２２ａに対応するネジ穴２３ａが形成されている。そして、上部コアロッド２２と下部コアロッド２３は、コア取付けボルト（固定手段）２４により一体的に取り付けられている。上部コアロッド２２は、原料粉末の逃げ部２２ｂを成形体の軸孔の偏心方向、すなわちコアロッドの偏心する方向に対向する方向に配置して、下部コアロッド２３に取り付けられる。このとき、上部コアロッド２２は下部コアロッド２３に対して周方向に固定位置を調整して取り付けられる。この例の場合、上部コアロッド２２の外周には、シンクロナイザーハブ１００の内周に形成されるスプライン１３１に対応する凸条が形成されており、この凸条は第３下パンチ５０（図６参照）と嵌合することから、上部コアロッド２２は凸条一つ分ずつずらしながら固定位置の調整が可能である。

また、上部コアロッド２２と下部コアロッド２３の軸心を一致させ易くするため、図５に示すように、上部コアロッド２２（もしくは下部コアロッド２３）に軸心が一致する断面円形の凸部２２ｄを形成し、下部コアロッド２３（もしくは上部コアロッド２２）に凸部２２ｄと嵌合する凹部２３ｄを形成して、凸部２２ｄと凹部２３ｄを嵌合させることが好ましい。

コアロッド２０の偏心は、金型装置の各要素の軸心を一致させて組み立てた場合、原料粉末充填時のダイキャビティ内での原料粉末の充填量のばらつきが要因となる。すなわち、充填量の多い部分と少ない部分とで成形時に発生するコアロッドへの圧力が異なり、この圧力差によりコアロッドが変位して偏心することとなる。したがって、コアロッドの偏心を防止するためには、ダイキャビティ内の原料粉末の充填量が多い箇所で発生するコアロッド２０を押圧する圧力を低減すればよく、このため上部コアロッド２２に設けた原料粉末の逃げ部２２ｂをダイキャビティ内の原料粉末の充填量が多い箇所に臨む位置に配置する。

図６（ａ）に、図５（ｂ）に示すコアロッドを用いて原料粉末を成形する状態を示し、図６（ｂ）に、従来のコアロッド２０を用いて原料粉末を成形する状態を示す。図６（ａ）に示すように、実施形態のコアロッド２０を用いる場合は、下パンチ群（第１下パンチ３０、第２下パンチ４０および第３下パンチ５０）と上パンチ群（第１上パンチ６０、第２上パンチ７０および第３上パンチ８０）とにより原料粉末Ｐを圧粉成形する際に、上部コアロッド２２に設けた原料粉末の逃げ部２２ｂから原料粉末Ｐの一部が上部コアロッド２２の上面に逃げ、コアロッド２０に加わる原料粉末Ｐの圧力Ｆが、従来のコアロッド２０を用いた場合（図６（ｂ））よりも小さくなる。また、逃げ部２２ｂ以外の部分では、既に原料粉末の圧縮成形が始まっており、原料粉末の圧力によりコアロッド２０が支持されるため、上パンチ群がコアロッド２０の逃げ部２２ｂより下方まで降下してもコアロッド２０の偏心は生じない。すなわち、原料粉末の圧粉成形の初期の段階でダイキャビティ内の原料粉末の充填量が多い箇所で発生する圧力を逃がせば、コアロッド２０の偏心を防止して成形することができる。この観点から、図５に示す傾斜面の高さｄは３ｍｍ程度でよい。

また、過大な原料粉末の流出は、成形体のボス部の密度ばらつきに影響を及ぼすため、原料粉末の逃げ部２２ｂの大きさの異なる上部コアロッド２２を数種類用意しておけば、上部コアロッド２２を取り替えるのみで原料粉末の逃げ量とコアロッド２０の偏心について調整することができる。

以上は、図１に示すシンクロナイザーハブ１００を成形する場合を例とした場合であるが、本発明は上記のようなシンクロナイザーハブ１００に限らず、軸孔を有する各種ギヤ等にも適用可能であり、内周面が単純な円筒形状のものに対しても適用可能である。図７は、内周面が単純な円筒形状の製品の成形に用いるコアロッドの一例である。上部コアロッド２２と下部コアロッド２３の界面は、平面とすると逃げ部２２ｂの向きについて微調整が行えるが、その一方で使用を繰り返すうちにズレが生じ易い。この点、図７に示すように、下部コアロッド２３の上端面に放射状且つ等間隔の凹溝２３ｃを形成し、上部コアロッド２２の下端面に下部コアロッド２３の凹溝２３ｃに嵌合する凸条２２ｃを形成し、上部コアロッド２２と下部コアロッド２３を嵌合させるとずれを生じることなく使用可能である。しかしながら、上部コアロッド２２の位置調整が嵌合する凹凸の位置を一つずつずらすしかなく、凹凸のピッチよりも小さい微調整を行うことができない。よって、上部コアロッド２２と下部コアロッド２３の突合せ面の形状については、メリットとデメリットを勘案して適宜選択すればよい。

粉末冶金法の機械部品への適用例の一つであるシンクロナイザーハブの形状を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図（中心の一点鎖線の左側が断面図、右側が外観）、図１（ｃ）が斜視図である。図１に記載のシンクロナイザーハブを成形する場合の粉末成形金型装置のダイキャビティの構成を示す図である。図２に記載の粉末成形金型装置の成形時の各部の動作を説明する図であり、図３（ａ）は原料粉末の充填状態、図３（ｂ）は上パンチ群を原料粉末にと右折させた状態、図３（ｃ）は原料粉末の一部を所望位置まで移動させた状態、図３（ｄ）は原料粉末を圧粉成形した状態である。粉末成形金型装置の間隙とコアロッドの偏心を説明する概略図であり、図４（ａ）は粉末成形金型装置の各要素の軸心を一致させた状態、図４（ｂ）は粉末成形金型装置の各要素が一方向に偏心した状態である。本発明の実施形態のコアロッドの構成の一例を示す図であり、図５（ａ）は上端面全体を傾斜面とし、図５（ｂ）は上端面の半分を傾斜面とした例である。本発明の実施形態の粉末成形金型装置の動作と従来の粉末成形金型装置の動作を示す図であり、図６（ａ）は実施形態の粉末成形金型装置、図６（ｂ）は従来の粉末成形金型装置である。実施形態のコアロッドの構成の他の一例を示す図である。

符号の説明

１０ダイス
１１型孔
２０コアロッド
２１コアロッドの外周
２２上部コアロッド
２２ａ貫通孔
２２ｂ原料粉末の逃げ部
２３下部コアロッド
２３ａねじ穴
２４コア取付けボルト（固定手段）
３０第１下パンチ
４０第２下パンチ
５０第３下パンチ
６０第１上パンチ
７０第２上パンチ
８０第３上パンチ
１００シンクロナイザーハブ

Claims

成形体の外周を形成する型孔を有するダイスと、成形体の軸孔を形成する断面が略円形のコアロッドと、前記ダイスの型孔および前記コアロッドの外周面と摺動自在に嵌合し、成形体の上面および下面を形成する１または２以上の上パンチおよび１または２以上の下パンチとを備え、前記ダイスの型孔と前記コアロッドと前記下パンチからなるダイキャビティに充填された原料粉末を前記上パンチと前記下パンチとにより圧粉成形する粉末成形金型装置において、
前記コアロッドは、その軸線方向の中間部で上部コアロッドと下部コアロッドとに分割され、前記上部コアロッドは、周方向に固定位置を調整可能に固定手段により前記下部コアロッドに固定され、かつ前記上部コアロッドの上端部に原料粉末の逃げ部を形成したことを特徴とする粉末成形金型装置。
ダイスの型孔と、１または２以上の下パンチと、軸孔を形成する断面が略円形のコアロッドにより形成されるダイキャビティに、原料粉末を充填し、１または２以上の上パンチと下パンチにより原料粉末を圧縮して成形し、得られた成形体を前記ダイスの型孔から抜き出す軸孔を有する成形体の成形方法において、
前記コアロッドは、軸線方向の中間部で上部コアロッドと下部コアロッドとに分割され、上部コアロッドは、周方向に固定位置を調整可能に固定手段により前記下部コアロッドに固定され、かつ前記上部コアロッドの上端部に原料粉末の逃げ部が形成され、
前記コアロッドが偏心する方向に対向する方向に前記逃げ部を配置して前記上部コアロッドを前記固定手段により前記下部コアロッドを固定することを特徴とする粉末成形方法。