JP2011011225A - 焼結部品のサイジング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイジング金型に大きな負担をかけずにサイジングされる焼結部品の内周や外周のコーナにサイジングと同時に面取り部となり得る曲面を形成してコーナのエッジを除去することを課題としている。
【解決手段】ダイ１とコアロッド５のそれぞれのアプローチ部開始点６ｓ，７ｓに高低差をつけてサイジング対象の焼結部品１０が下側のアプローチ部７まで押し込まれた位置から実質的なサイジングを進行させ、前記アプローチ部７において前記焼結部品１０の内周又は外周の下側コーナ部を金型でしごき、材料を塑性変形させて曲面１５を生じさせることで当該コーナ部のエッジを除去するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、焼結部品のサイジング方法、特に、サイジング金型の形状を工夫してその金型に無理な負担をかけずに寸法矯正のためのサイジングと同時にサイジングされる焼結部品の内周や外周のコーナ部のエッジを除去するサイジング方法に関する。

焼結部品の製造では、原料粉末をプレス機で成形する圧粉・成形工程、そこで得られた成形体を焼結する焼結工程を経る。そして、この後に、プレス機を用いた寸法矯正のためのサイジング処理が通常行われる。

また、焼結部品の内周や外周のコーナの尖ったエッジを除去することが必要に応じて行われる。

例えば、インナーロータとアウターロータを偏心配置にして噛み合わせた内接歯車ポンプのロータについては、そのサイジングとエッジの除去が併せて要求されることがある。

焼結部品の一般的なサイジングでは、ダイと、対向配置された上下のパンチを備え、必要に応じて穴面を矯正するコアロッドを追設したサイジング金型が使用される。その金型を使用した前記ロータのサイジングは、ロータを上パンチで加圧してダイに設けられた成形穴（サイジング穴）に押し込み、さらに、成形穴の内部で上下のパンチによる圧縮を行ってサイジング金型から取り出す。その方法を発展させたサイジング方法が、下記特許文献１に開示されている。

同文献は、エッジの除去については触れていないが、内接歯車ポンプのロータについては、アウターロータに形成された内歯の周縁のエッジやインナーロータに形成された外歯の周縁のエッジを除去することが要求される場合がある。そして、そのエッジの除去は、通常、機械加工や焼結前の成形体に対するバフ研磨などを実施して対象箇所を面取りする方法で行われている。

特開２００４−２９２８４０号公報

エッジを除去するための機械加工、中でも、切削による加工は手間がかかり、コストが高くなる。バフ研磨も同様である。また、製品の形状が複雑な場合や、エッジを除去する箇所が工具やバフを当てづらい場所にあるときには加工がし辛く、加工自体が行えなくなることも起こり得る。

一方、機械加工の一手法として、サイジング金型でコーナ部を潰して面取り部のある形状に成形する方法も考えられるが、この方法は、金型に大きな負担がかかって金型の表面が摩耗しやすくなる。また、金型強度的にも良くないし、製品の寸法精度も悪化する。

この発明は、サイジング金型に大きな負担をかけずにサイジングされる焼結部品の内周や外周のコーナにサイジングと同時に面取り部となり得る曲面を形成してコーナのエッジを除去す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、サイジング金型のダイと、そのダイの成形穴に挿入されたコアロッドとの間に焼結部品を押し込んでその部品の寸法を矯正するサイジング工程において、
焼結部品が前記ダイ又はコアロッドに挿入される際に、前記ダイとコアロッドのそれぞれのアプローチ部開始点に高低差がつくように前記ダイとコアロッドを設置した。
ダイとコアロッドのそれぞれのアプローチ部開始点に高低差をつけることでサイジング対象の焼結部品が下側のアプローチ部まで押し込まれた位置から実質的なサイジングを進行させ、前記下側のアプローチ部において前記焼結部品の内周又は外周の下側コーナ部を金型でしごき、材料を塑性変形させて当該コーナ部のエッジを除去することができる。

この発明では、ダイとコアロッドのアプローチ部開始点の高さに差をつけ、実質的なサイジングが下側のアプローチ部の位置から開始されるように、上側のアプローチ部でのサイジング代をゼロまたはほぼゼロにしてサイジングを行なう。この方法によれば、焼結部品が本格的にしごかれ出した箇所で部品のコーナの縁に材料の塑性変形（いわゆるダレ）が生じ、同コーナ部にＲ面の面取り部に近似した曲面が形成されてコーナのエッジが除去される。

なお、この発明でダイとコアロッドのアプローチ部開始点の高さに差をつけたのは、以下の理由による。即ち、その高低差がなければ、焼結部品の内、外周のどちらか一方のサイジング代を例えゼロに設定しても、他方に設定されたサイジング代の影響で焼結部品がダイの成形穴に挿入されるときに拡径或は縮径する。これにより、内、外周のサイジング条件が同じになって部品の下側コーナ部に曲面が形成されない。或は、サイジング代の大きさ次第では、内、外周の両方の下側コーナ部にダレが生じて、必要のない方のコーナ部にも曲面が形成されてしまう。

これに対し、ダイとコアロッドのアプローチ部開始点の高さを異ならせると、焼結部品が下側のアプローチ部に到達したときには、上側のアプローチ部に対応した側の部品の下側コーナ部は既に上側のアプローチ部を通過しているので、ダレを生じさせる力が加わるのは下側のアプローチ部に対応した側のコーナ部のみとなる。これにより、下側のアプローチ部に対応した側のコーナ部のエッジが除去され、上側のアプローチ部に対応した側ではコーナ部のエッジが除去されることを回避することができる。

図２の金型を使用したこの発明のサイジング方法の行程図 この発明の方法で採用するサイジング金型の一例を示す断面図 図１の方法でサイジングされた焼結部品の要部の拡大断面図 この発明のサイジング方法の他の例を示す断面図

以下、添付図面の図１〜図４に基づいてこの発明のサイジング方法の実施の形態を説明する。

この発明のサイジング方法の基本形態を図１に示す。サイジング対象は、互いに平行な端面（ここでは一方を下面１１、他方を上面１２と言う）、各々がそれらの端面に直角に交わる外周面１３と内周面１４を備えたリング状の焼結部品１０であり、図示の例では、その焼結部品１０の内周のコーナ部のエッジを寸法矯正のサイジング時に同時に除去する。

図１の方法では、成形穴２を有する外径矯正用のダイ１と、上側部分を成形穴２に入り込ませた下パンチ３と、その下パンチ３に対向させた上パンチ４と、内径矯正用のコアロッド５を組み合わせたサイジング金型を使用する。そのサイジング金型の詳細を図２に示す。上パンチ４はプレス機の上ラム（図示せず）に駆動され、その上パンチ４で焼結部品１０をダイの成形穴２とコアロッド５との間に押し込んでサイジングを行なう。

ダイ１の成形穴２には、下に向って穴径が次第に縮小するアプローチ部６が形成されている。また、コアロッド５は、焼結部品１０の内径ｄよりも外径の小さい小径部５ａと、その小径部５ａよりも大径の内径成形部５ｂを有しており、上側の小径部５ａとそれよりも下方に配置された内径成形部５ｂとの間に、下に向って外径が次第に大きくなったアプローチ部７が形成されている。

ダイのアプローチ部６は、成形穴２の入り口に形成されている。これに対し、コアロッド５のアプローチ部７の開始点７ｓが、ダイのアプローチ部６の開始点６ｓと高低差ｈ（図１、２参照）を生じるようにコアロッド５のアプローチ部７が成形穴２の入り口下方に形成されている。

その状態下で図１（ａ）に示すように、ダイの成形穴２に焼結部品１０を挿入する。焼結部品１０は、その外径Ｄが成形穴２の内径とほぼ等しい。外径Ｄは成形穴２の内径よりも大きくてもよいが、そのときの径差は一般的なサイジング代の下限値（例えば、０．０５ｍｍ程度）よりもさらに小さくて実質的なサイジングがなされない範囲に制限する。

コアロッドの小径部５ａの外径が焼結部品１０の内径ｄよりも小さいため、焼結部品１０は、図１の状態、即ち、アプローチ部７に到達するまではコアロッド５に対しては拘束されないフリーの状態が保たれる。この状態で焼結部品１０は、成形穴２の内面に案内されてアプローチ部７の位置まで挿入され、その後に、上パンチ４による本格的な押し込みがなされる。

アプローチ部７に到達した焼結部品１０は、内周の下側コーナ部がアプローチ部７の斜面に当接し、この状態で、上パンチ４に押圧されるため、内周の下側コーナ部がアプローチ部７の斜面に押し潰されて変形する。このとき、前記斜面の作用で焼結部品１０の内径も目標径になるまで広げられ、これにより、内周の下側コーナ部に材料の塑性流動による曲面１５が形成される（図３参照）。

焼結部品１０の外周面１３は、内周面１４に加わる半径方向の力で成形穴２の内面に押し付けられ、これにより、部品の外径の矯正もなされる。ただし、外周側では下からの突き上げがなされないため、外周の下側コーナ部は直角なエッジが残った状態になる。

成形穴２に押し込まれた焼結部品１０は、上パンチ４の下死点において下パンチ３との間に挟み込まれ、この状態でサイジングが終了する｛図１（ｃ）｝。

この後、コアロッド５とダイ１が引き下げられて焼結部品１０が成形穴２から押し出される。

以上の処理を施すことで、焼結部品１０のサイジングによる寸法矯正（内径と外径と上下面間の寸法の矯正）がなされ、同時に、図３に示すように、同部品の内周のコーナ部に材料の塑性流動による曲面１５が形成されて当該コーナのエッジが除去される。

焼結部品１０の上面１２側の内周のコーナのエッジも併せて除去することが要求されるときには、部品の表裏を反転させて上記の作業を繰り返す。この作業は、上記同様、ダイのアプローチ部６とコアロッドのアプローチ部７に高低差の有るサイジング金型を使用して行う。２回目のサイジングで使用する金型は、１回目のサイジングを実施した後の焼結部品の弾性復元量が大きければ、１回目のサイジングで使用した金型をそのまま使用することができる。

また、１回目のサイジング後の焼結部品の内外径の弾性復元量をさほど期待できないときには、１回目のサイジングにおいて、ダイの成形穴２の内径が２回目のサイジングでの内径よりも大きく、コアロッド５の内径成形部５ｂの外径は２回目のサイジングでの外径よりも小さい金型を使用すると好ましく、この金型を使用することで２回目のサイジングでも目標箇所のコーナの除去を確実に行なえる。

１回目のサイジングでの焼結部品の弾性復元量が大きければ、図４に示す方法で上下両面の内周のコーナのエッジを１回の作業で一挙に除去することも考えられる。図４の方法は、サイジング金型として、コアロッド５に第１のアプローチ部７_−１と第２のアプローチ部７_−２が設けられたものを用いる。

ダイ１は、図２のサイジング金型に採用したものと同じものでよい。

一方、コアロッド５については、第１のアプローチ部７_−１は、ダイのアプローチ部６よりも下側、かつ、そのアプローチ部６との間に所定の高低差が生じる位置に設けられ、また、第２のアプローチ部７_−２は、コアロッドの外径の変化方向が第１のアプローチ部７_−１とは正反対になる向きにしてダイのアプローチ部６から所定距離下がった位置に設けられたものを用いる。

このサイジング金型を使用した図４の方法では、上パンチ４による押し込みの終点を焼結部品１０が第２のアプローチ部７_−２の位置を通り越す位置に設定し、その位置まで焼結部品１０を成形穴２に押し込む。このとき、部品の下面の内周のコーナ部に曲面が生じて当該コーナのエッジが除去される。その後、ダイ１と下パンチ３を相対移動させて焼結部品１０を突き上げ、このときにコアロッドの第２のアプローチ部７_−２で焼結部品１０の上面の内周のコーナ部（弾性復元して内径成形部５ｂよりもコアロッドの中心側に突出した部分）をしごき、材料の塑性変形による曲面を生じさせてコーナのエッジを除去する。

前掲の特許文献１は、ダイの成形穴に挿入された焼結部品をダイで拘束した状態で上下のパンチにより圧縮し、その後、成形穴を通り抜けるところまで焼結部品を一旦押し下げ、次にその焼結部品を下から押し上げて再度成形穴に押し込む方法を開示している。図４の方法は、それを応用したものであって、焼結部品の両面の内周や外周のコーナのエッジを除去する場合の作業効率の改善が期待できる。

なお、上の説明は、焼結部品の内周のコーナのエッジを除去する場合を例に挙げて行なったが、図２のコアロッドのアプローチ部７をダイのアプローチ部６よりも上方に設定したサイジング金型を使用し、焼結部品１０の外径側に所定のサイジング代を設定し、この焼結部品１０の内径をコアロッド５の外径とほぼ同一に設定してサイジングを実施することで、焼結部品の外周のコーナのエッジを除去することもできる。

内接歯車ポンプのアウターロータのサイジングを、図１に示すこの発明の方法で実施した。
サイジング対象のアウターロータは、鉄系焼結合金で形成されている。このアウターロータの内周に設けられた内歯の周縁のエッジをサイジング工程で除去することを試みた。サイジング前のアウターロータは、外径：φ１００．０８ｍｍであり、その外径はダイの成形穴の内径よりも、０．００５ｍｍ大きい。また、コアロッドによる内歯のサイジング代は、０．０７ｍｍとし、コアロッドには、アプローチ部として垂直な線に対して６°の傾きを有する斜面を付与した。

この試験の結果、アウターロータの一面と内歯の歯面とが交差する下コーナにＲ面の面取りに匹敵するような曲面が形成されてそのコーナに生じた直角なエッジが確実に除去されることを確認した。

１ ダイ
２ 成形穴
３ 下パンチ
４ 上パンチ
５ コアロッド
５ａ 小径部
５ｂ 内径成形部
６ ダイのアプローチ部
６ｓ ダイのアプローチ部開始点
７ コアロッドのアプローチ部
７ｓ コアロッドのアプローチ部開始点
７_−１ 第１のアプローチ部
７_−２ 第２のアプローチ部
１０ 焼結部品
１１ 下面
１２ 上面
１３ 外周面
１４ 内周面
１５ 曲面
ｄ 焼結部品の内径
ｈ ダイとコアロッドのアプローチ部の高低差

Claims (3)

1. サイジング金型のダイ（１）と、そのダイの成形穴（２）に挿入されたコアロッド（５）との間に焼結部品（１０）を押し込んでその部品の寸法を矯正するサイジング工程において、
   焼結部品（１０）が前記ダイ（１）又はコアロッド（５）に挿入される際に、前記ダイ（１）とコアロッド（５）のそれぞれのアプローチ部開始点（６ｓ，７ｓ）に高低差がつくように前記ダイ（１）とコアロッド（５）を設置したことを特徴とする焼結部品のサイジング方法。
2. 前記コアロッド（５）のアプローチ部開始点（７ｓ）を前記ダイ（１）のアプローチ部開始点（６ｓ）よりも下方に設置し、前記成形穴（２）の内径をサイジング前の焼結部品（１０）の外径とほぼ同一にし、この焼結部品（１０）の内径側に所定のサイジング代を設定してサイジングを実施する請求項１に記載の焼結部品のサイジング方法。
3. 前記ダイ（１）のアプローチ部開始点（６ｓ）を前記コアロッド（５）のアプローチ部開始点（７ｓ）よりも下方に設置し、前記コアロッド（５）に形成される内径成形部（５ｂ）の外径をサイジング前の焼結部品（１０）の内径とほぼ同一にし、この焼結部品（１０）の外径側に所定のサイジング代を設定してサイジングを実施する請求項１に記載の焼結部品のサイジング方法。
   
   

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