JP2014214373A - Method of producing large metal powder injection molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属粉末射出成形法による金属粉末射出成形体の製造方法に係り、とくに、重量:100g以上の大型部品を安定して、しかも生産性高く製造できる、金属粉末射出成形体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a metal powder injection molded body by a metal powder injection molding method, and in particular, a method for producing a metal powder injection molded body capable of producing a large part with a weight of 100 g or more stably and with high productivity. About.
粉末射出成形法は、従来から、製品の寸法精度に優れていること、またニアネットシェイプ形状を安定して確保でき、生産性が高いこと等の利点があり、とくに、自動車、精密機械等の分野では、部品の製造方法として金属粉末射出成形法を利用している。金属粉末射出成形法では、金属、合金等の粉末を原料として、有機バインダー等を配合し、混合・混練して混合混練物(コンパウンド)としたのち、この混合混練物(コンパウンド)を射出成形して、所望の形状の成形体とし、得られた成形体から有機バインダーを抽出したのち、焼結して所定形状の焼結体としている。しかし、金属粉末射出成形法を利用して、大型の部品を製造すると、未充填や内部欠陥などの成形不良が発生しやすく、とくに薄肉部がある大型部品では、充填不能となる場合が通常であった。また、充填できた場合でも、成形体表面に、しわ、ウェルド等の表面欠陥が発生しやすく、生産性が非常に低くなるなどの問題があるため、最近では大型製品は鋳造法で製造することが多くなり、金属粉末射出成形法は、小型の部品への適用に限定される傾向が強くなっていた。 Conventionally, powder injection molding has advantages such as excellent dimensional accuracy of products, stable stability of near net shape, and high productivity, especially in automobiles, precision machinery, etc. In the field, metal powder injection molding is used as a method for manufacturing parts. In the metal powder injection molding method, powders of metals, alloys, etc. are used as raw materials, organic binders are blended, mixed and kneaded to form a mixed kneaded product (compound), and then this mixed kneaded product (compound) is injection molded. Thus, a molded body having a desired shape is obtained, and an organic binder is extracted from the obtained molded body and then sintered to obtain a sintered body having a predetermined shape. However, when manufacturing large parts using the metal powder injection molding method, molding defects such as unfilled and internal defects are likely to occur. In particular, large parts with thin parts are usually unable to be filled. there were. In addition, even if it can be filled, surface defects such as wrinkles and welds are likely to occur on the surface of the molded body, resulting in problems such as extremely low productivity. Therefore, the metal powder injection molding method tends to be limited to application to small parts.
このような問題に対し、例えば特許文献1には、焼結体原料の1種または2種以上の混合物にカップリング剤を添加して混合し、さらに全体を混合してスラリー状コンパウンドを形成し、得られたスラリー状コンパウンドを冷却した金型に注入して凍結成形体を形成し、その凍結成形体を真空、減圧または常圧にて昇温し、有機溶剤を昇華し、成形体を焼結して、高精度な無機焼結体を得る方法が記載されている。特許文献1に記載された技術では、焼結原料にカップリング剤を使用したことにより成形体の粉末充填量を高くでき、大型の無機焼結体を高精度に製造できるとしている。 For such a problem, for example, in Patent Document 1, a coupling agent is added to and mixed with one or a mixture of two or more of sintered body raw materials, and the whole is further mixed to form a slurry compound. The resulting slurry compound is poured into a cooled mold to form a frozen molded body, the frozen molded body is heated at vacuum, reduced pressure or normal pressure, the organic solvent is sublimated, and the molded body is baked. In conclusion, a method for obtaining a highly accurate inorganic sintered body is described. According to the technique described in Patent Document 1, the use of a coupling agent as a sintering raw material can increase the powder filling amount of the compact and can produce a large inorganic sintered compact with high accuracy.
また、特許文献2には、無機粉末にカップリング剤、水および添加材の1種または2種以上を加えて混合し、スラリー状コンパウンドを形成し、該スラリー状コンパウンドを冷却した金型に注入して凍結成形体を形成し、その凍結成形体を真空、減圧または常圧にて昇温し、低沸点成分を昇華し、ついで成形体を焼結して、高精度な無機焼結体を製造する方法が記載されている。特許文献2に記載された技術では、無機粉末にカップリング剤を使用したことにより成形体の粉末充填量を高くでき、大型の無機焼結体を高精度に製造できるとしている。 In Patent Document 2, one or more of a coupling agent, water and an additive are added to and mixed with inorganic powder to form a slurry compound, and the slurry compound is injected into a cooled mold. A frozen molded body is formed, and the frozen molded body is heated at a vacuum, reduced pressure or normal pressure to sublimate low-boiling components, and then the molded body is sintered to obtain a highly accurate inorganic sintered body. A method of manufacturing is described. According to the technique described in Patent Document 2, the use of a coupling agent in the inorganic powder can increase the powder filling amount of the molded body and can produce a large-sized inorganic sintered body with high accuracy.
しかし、特許文献1に記載された技術では、金型を低温に冷却し、スラリー状コンパウンドを凍結する必要があり、さらに凍結したのち、有機溶剤を昇華させるために昇温する。このため、凍結できる金型、凍結するための冷却装置や加熱装置を必要とし、複雑な製造設備となり、製造コストが高騰する原因となる。さらに、特許文献2に記載された技術では、コンパウンドに水溶液を使用するため、金属粉末等の無機粉末が酸化され、所定の焼結体強度を確保できにくくなるという問題もある。 However, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to cool the mold to a low temperature and freeze the slurry compound, and after further freezing, the temperature is raised to sublimate the organic solvent. For this reason, a mold that can be frozen, a cooling device and a heating device for freezing are required, resulting in complicated manufacturing equipment, which causes a rise in manufacturing cost. Furthermore, in the technique described in Patent Document 2, since an aqueous solution is used for the compound, there is a problem that inorganic powder such as metal powder is oxidized, and it becomes difficult to secure a predetermined sintered body strength.
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、バインダーとして水溶液を使用することもなく、また、凍結できる金型や、凍結するための冷却装置を必要とせずに、しわ、ウェルドなどの表面欠陥がなく、高精度の大型の金属粉末射出成形体を、生産性高く製造できる、大型金属粉末射出成形体の製造方法を提供することを目的とする。なお、ここでいう「大型」とは、製品重量が100g以上1000g以下程度までの場合をいうものとする。 The present invention solves such problems of the prior art, does not use an aqueous solution as a binder, and does not require a mold that can be frozen or a cooling device for freezing, so that surface defects such as wrinkles and welds can be obtained. It is an object of the present invention to provide a method for producing a large metal powder injection molded body, which can produce a high precision large metal powder injection molded body with high productivity. The term “large” as used herein refers to the case where the product weight is 100 g or more and 1000 g or less.
本発明者らは、上記した目的を達成するために、大型の金属粉末射出成形体に特有の欠陥である、しわ、ウェルドなどの表面欠陥、とくに肉厚が薄い大型製品における材料の充填不足、内部欠陥などの発生に及ぼす各種要因について鋭意研究した。
通常の金属粉末射出成形法では、冷却水が循環し常に低い温度に保たれた金型内に、射出成形機内で可塑化されたコンパウンドを射出し、固化させて所望形状の成形体を得ている。そのため、熱伝導率が高い金属粉末を含むコンパウンドは、金型内に射出されると、冷却されやすい。しかも製品が大型化すると、射出に要する時間も長くなり、金型内でのコンパウンドの流動が停止し、金型全体への金属粉末の充填が不足し、充填不良の製品となる。また、大型厚肉製品では、コンパウンドの流動中に生じる内部欠陥を、コンパウンドを充填する圧力によって押し潰すことができないため、多数の内部欠陥が存在する成形体となる。
In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have surface defects such as wrinkles and welds, which are defects specific to a large metal powder injection molded body, particularly insufficient filling of materials in a large product with a small thickness, We have intensively studied various factors affecting the occurrence of internal defects.
In a normal metal powder injection molding method, a plasticized compound in an injection molding machine is injected into a mold in which cooling water is circulated and kept at a low temperature, and solidified to obtain a molded body having a desired shape. Yes. Therefore, a compound containing a metal powder having a high thermal conductivity is easily cooled when injected into a mold. In addition, when the product is enlarged, the time required for injection is increased, the flow of the compound in the mold is stopped, the metal powder is insufficiently filled in the entire mold, and the product is poorly filled. Moreover, in a large-sized thick product, since the internal defect which arises during the flow of a compound cannot be crushed with the pressure which fills a compound, it becomes a molded object in which many internal defects exist.
そこで、本発明者らは、射出時には、コンパウンドの流動性が高くなるような温度まで金型温度を急速昇温し、さらに射出後には、成形体が冷却され固化して取り出し可能な低い温度まで、金型を急速冷却することにより、大型の金属射出成形体においても上記したような欠陥の発生を回避できるものと考え、射出成形に際して、金型のキャビティ表面に近い位置に、加熱媒体、冷却媒体により交互に加熱冷却される流路を設けた金型を使用したヒートサイクルを付与するヒートサイクル法を適用することに想到した。 Therefore, the present inventors rapidly raise the mold temperature to a temperature at which the fluidity of the compound becomes high at the time of injection, and further to a low temperature at which the molded body is cooled and solidified after injection. It is considered that the above-mentioned defects can be avoided even in a large metal injection molded body by rapidly cooling the mold, and the heating medium and cooling are positioned close to the mold cavity surface during injection molding. It has been conceived to apply a heat cycle method for applying a heat cycle using a mold provided with channels that are alternately heated and cooled by a medium.
そしてさらに、本発明者らは、大型の金属粉末射出成形体を高精度に製造するには、使用するバインダーを、ワックス成分および/または潤滑性付与成分とプラスチックス成分と植物油とを配合したものとし、配合するプラスチックス成分をポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂のうちの1種または2種以上とし、さらに配合する植物油をひまし油に加えて、落花生油、オリーブ油、サラダ油のうちの1種または2種以上とすること、がよいことを見出した。 Furthermore, in order to produce a large-sized metal powder injection molded body with high accuracy, the present inventors blended a binder used with a wax component and / or a lubricity-imparting component, a plastics component, and a vegetable oil. The plastic component to be blended is one or more of polypropylene resin, polyacetal resin and polyethylene resin, and the vegetable oil to be blended is added to castor oil, and one or two of peanut oil, olive oil and salad oil We found that it should be more than seeds.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
(1)金属粉末または合金粉末を原料粉末とし、該原料粉末にバインダーを配合し、混練、粉砕してコンパウンドとし、該コンパウンドを金属粉末射出成形装置に装入し金型に射出成形して所定形状の成形体とする、金属粉末射出成形体の製造方法において、前記射出成形に際し、加熱媒体または冷却媒体により前記金型のキャビティ表面を加熱または冷却可能とした金型を使用し、該金型のキャビティ表面を、加熱媒体として蒸気を使用して前記コンパウンドに配合した前記バインダーのプラスチックス成分の荷重たわみ温度以上かつ熱分解温度以下の加熱温度に加熱し、ついで該加熱された前記キャビティに、可塑化された前記コンパウンドを所定量、射出し、該キャビティを充填し、前記充填が完了したのち、前記金型のキャビティ表面を、冷却媒体として水を使用して前記バインダーのプラスチックス成分の荷重たわみ温度未満に冷却し、前記コンパウンドを固化したのち前記成形体を取り出すことからなるヒートサイクル法を適用し、前記成形体を、重量で100g以上の大型の金属粉末射出成形体とすることを特徴とする大型金属粉末射出成形体の製造方法。
(2)(1)において、前記バインダーを、ワックス成分および/または潤滑性付与成分とプラスチックス成分と植物油の合計量100体積%に対し、前記ワックス成分および/または潤滑性付与成分を30〜45体積%と、前記プラスチックス成分を30〜45体積%と、さらに前記植物油を5〜40体積%と、を配合したものとすることを特徴とする大型金属粉末射出成形体の製造方法。
(3)(2)において、前記バインダーの前記プラスチック成分を、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂のうちの1種とすることを特徴とする大型金属粉末射出成形体の製造方法。
(4)(2)または(3)において、前記バインダーの前記植物油を、ひまし油に加えて、落花生油、オリーブ油、サラダ油のうちの1種または2種以上とすることを特徴とする大型金属粉末射出成形体の製造方法。
(5)(1)ないし(4)のいずれかに記載の大型金属粉末射出成形体の製造方法で製造されてなる大型金属粉末射出成形体。
The present invention has been completed based on such findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A metal powder or an alloy powder is used as a raw material powder, a binder is blended into the raw material powder, kneaded and pulverized to form a compound, and the compound is inserted into a metal powder injection molding apparatus and injection molded into a mold. In the method of manufacturing a metal powder injection molded body, which is a molded body having a shape, a mold that can heat or cool the cavity surface of the mold with a heating medium or a cooling medium is used at the time of the injection molding. The cavity surface is heated to a heating temperature that is higher than the deflection temperature under load and lower than the thermal decomposition temperature of the plastics component of the binder blended in the compound using steam as a heating medium, and then into the heated cavity. A predetermined amount of the plasticized compound is injected, the cavity is filled, and after the filling is completed, the mold cavity table is filled. Applying a heat cycle method that comprises cooling the load to below the deflection temperature under load of the plastics component of the binder using water as a cooling medium, solidifying the compound, and taking out the molded body. A method for producing a large metal powder injection molded body, characterized in that it is a large metal powder injection molded body weighing 100 g or more.
(2) In (1), the binder and / or lubricity-imparting component is added in an amount of 30 to 45 with respect to 100% by volume of the total amount of the wax component and / or lubricity-imparting component, plastics component and vegetable oil. A method for producing a large metal powder injection-molded article, comprising: volume%, 30 to 45 volume% of the plastics component, and 5 to 40 volume% of the vegetable oil.
(3) The method for producing a large metal powder injection molded body according to (2), wherein the plastic component of the binder is one of polypropylene resin, polyacetal resin, and polyethylene resin.
(4) The large metal powder injection according to (2) or (3), wherein the vegetable oil of the binder is added to castor oil to be one or more of peanut oil, olive oil, and salad oil Manufacturing method of a molded object.
(5) A large metal powder injection molded product produced by the method for producing a large metal powder injection molded product according to any one of (1) to (4).
本発明によれば、しわ、ウェルドなどの表面欠陥や、金型内でのコンパウンドの流動停止等による充填不足などの欠陥がなく、しかも高精度の大型の金属粉末射出成形体を、生産性高く製造でき、産業上格段の効果を奏する。 According to the present invention, there is no defect such as surface defects such as wrinkles and welds and insufficient filling due to the stoppage of the flow of the compound in the mold, and a high-precision large-sized metal powder injection molded body has high productivity. It can be manufactured and has a remarkable industrial effect.
本発明は、大型の金属粉末射出成形体の製造方法である。本発明が対象とする金属粉末射出成形体は、重量で100g以上1000g程度以下の大型の金属粉末射出成形体である。
金属粉末射出成形体の製造工程の一例を図3に示す。
本発明では、まず、原料粉末を用意する。原料粉末は、金属粉末あるいは合金粉末とする。用途に応じて、金属粉末としては、純鉄粉、純チタン粉、純Ni等の純金属粉末が、合金粉末としては、ステンレス鋼、耐熱鋼、工具鋼、超合金等の粉末が例示できる。原料粉末は、流動性と焼結密度の観点から、平均粒径:15μm以下の水アトマイズ粉とすることが好ましい。なお、粉末の平均粒径は、マイクロトラック法を用いて測定した値を用いるものとする。
The present invention is a method for producing a large metal powder injection molded body. The metal powder injection molded article targeted by the present invention is a large metal powder injection molded article having a weight of 100 g or more and 1000 g or less.
An example of the manufacturing process of the metal powder injection molded body is shown in FIG.
In the present invention, first, raw material powder is prepared. The raw material powder is a metal powder or an alloy powder. Depending on the application, examples of the metal powder include pure metal powders such as pure iron powder, pure titanium powder, and pure Ni, and examples of the alloy powder include powders of stainless steel, heat-resistant steel, tool steel, superalloy, and the like. The raw material powder is preferably a water atomized powder having an average particle size of 15 μm or less from the viewpoint of fluidity and sintered density. In addition, the value measured using the microtrack method shall be used for the average particle diameter of powder.
所望量の原料粉末に、バインダーを配合し、好ましくは適正な温度、適正な圧力で加熱しながら混練し、冷却して固化させたのち、粉砕して混練生成物(コンパウンド)とする。
なお、バインダーの配合量は、原料粉末とバインダーの合計量に対する体積率で、30〜60%とすることが好ましい。バインダーの配合量が30%未満では、熱伝導率が低下しすぎて成形困難となり、一方、60%を超えて多量になると、焼結後の変形量が大きくなる。このようなことから、配合するバインダーは、原料粉末とバインダーの合計量に対する体積%で、30〜60%とする。
A desired amount of raw material powder is blended with a binder, preferably kneaded while heating at an appropriate temperature and an appropriate pressure, cooled and solidified, and then pulverized to obtain a kneaded product (compound).
In addition, the compounding quantity of a binder is a volume ratio with respect to the total amount of raw material powder and a binder, and it is preferable to set it as 30 to 60%. If the blending amount of the binder is less than 30%, the thermal conductivity is too low to make the molding difficult. On the other hand, if it exceeds 60%, the amount of deformation after sintering becomes large. For this reason, the binder to be blended is 30% to 60% by volume% based on the total amount of the raw material powder and the binder.
なお、本発明で使用するバインダーとしては、ワックス成分および/または潤滑性付与成分とプラスチックス成分と植物油の合計量100体積%に対し、前記ワックス成分および/または潤滑性付与成分を30〜45体積%と、前記プラスチックス成分を30〜50体積%と、さらに前記植物油を5〜40体積%と、を配合したものとすることが好ましい。
ワックス成分は、脱脂処理時に主として抽出される成分であり、脱脂処理時に抽出可能な成分であればその種類を限定する必要はない。好ましいワックス成分としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等が例示でき、とくにパラフィンワックスとすることが脱脂性の観点から好ましい。
The binder used in the present invention is 30 to 45 volume of the wax component and / or lubricity imparting component with respect to 100% by volume of the total amount of the wax component and / or lubricity imparting component, the plastics component and the vegetable oil. %, 30 to 50% by volume of the plastics component, and 5 to 40% by volume of the vegetable oil.
A wax component is a component mainly extracted at the time of a degreasing process, and if it is a component which can be extracted at the time of a degreasing process, it is not necessary to limit the kind. Preferred examples of the wax component include paraffin wax and microcrystalline wax, and paraffin wax is particularly preferred from the viewpoint of degreasing properties.
また、本発明では、脱脂後の成形体の強度を確保するため、ワックス成分の配合量を可能なかぎり低減し、ワックス成分とプラスチックス成分と植物油の合計量100体積%に対し、30〜45体積%とすることが好ましい。ワックス成分が、30体積%未満では、脱脂処理により抽出されるバインダーが少なくなる。また、射出成形時に流動性が低下し、成形体の充填不足等の欠陥が生じる。一方、ワックス成分が、45体積%を超えて配合されると、結果的にプラスチックス成分の配合量が少なくなり、脱脂処理後の成形体の強度が低下し、成形体の変形や、ハンドリング時の破損等の不具合が生じる。このようなことから、ワックス成分の配合量を、ワックス成分とプラスチックス成分と植物油の合計量100体積%に対し、30〜45体積%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは30〜40体積%である。 Further, in the present invention, in order to ensure the strength of the molded product after degreasing, the blending amount of the wax component is reduced as much as possible, and the total amount of the wax component, the plastics component, and the vegetable oil is 100% by volume, 30 to 45%. It is preferable to set it as volume%. When the wax component is less than 30% by volume, less binder is extracted by the degreasing treatment. Moreover, fluidity | liquidity falls at the time of injection molding, and defects, such as insufficient filling of a molded object, arise. On the other hand, when the wax component exceeds 45% by volume, the amount of the plastics component is reduced as a result, the strength of the molded body after degreasing is reduced, and the molded body is deformed or handled. Problems such as damage to the product occur. Therefore, it is preferable to limit the blending amount of the wax component to a range of 30 to 45% by volume with respect to 100% by volume of the total amount of the wax component, the plastics component, and the vegetable oil. In addition, More preferably, it is 30-40 volume%.
また、本発明では、ワックス成分の一部または全部に代えて、潤滑性付与成分としてもよい。ここでいう「潤滑性付与成分」は、粉末射出成形体の原料粉である金属粉末あるいは合金粉末に潤滑性を付与し、流動性を向上させるために添加するもので、射出成形が容易となり、成形体の強度も増加させることができ、必要に応じてワックス成分の一部または全部に代えて配合できる。なお、潤滑性付与成分としては、ステアリン酸またはステアリン酸の金属塩とすることが好ましい。ステアリン酸の金属塩としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸ステアリル等が例示できる。 In the present invention, a lubricity imparting component may be used instead of a part or all of the wax component. “Lubricity-imparting component” as used herein is added to impart lubricity and improve fluidity to the metal powder or alloy powder that is the raw material powder of the powder injection-molded body, and facilitates injection molding. The strength of the molded article can also be increased, and if necessary, it can be blended in place of part or all of the wax component. The lubricity-imparting component is preferably stearic acid or a metal salt of stearic acid. Examples of the metal salt of stearic acid include zinc stearate and stearyl stearate.
また、配合するプラスチックス成分としては、射出成形体内に残留して、成形体の強度を確保できるものであればよく、その種類は特に限定されないが、大型の金属粉末射出成形体の製造においては、所望の成形体の強度を確保するという観点から、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂とすることが好ましい。なかでもポリプロピレン樹脂とすることが脱脂性の観点から好ましい。 Further, the plastics component to be blended is not particularly limited as long as it remains in the injection molded body and can secure the strength of the molded body, but in the production of a large metal powder injection molded body From the viewpoint of securing the strength of the desired molded article, it is preferable to use a thermoplastic resin such as a polypropylene resin, a polyacetal resin, or a polyethylene resin. Among these, a polypropylene resin is preferable from the viewpoint of degreasing properties.
なお、プラスチックス成分の配合量は、ワックス成分および/または潤滑性付与成分とプラスチックス成分と植物油の合計量100体積%に対し、30〜50体積%とすることが好ましい。プラスチックス成分の配合量が、30%未満では、脱脂後の成形体の強度が不足し、変形、破損等の不具合が生じる。一方、50%を超えて多量に配合すると、成形性が低下し、加えてワックス成分等の減少により脱脂率が低下する。このようなことから、プラスチックス成分の配合量を30〜50体積%の範囲に限定した。なお、より好ましくは35〜50体積%である。 In addition, it is preferable that the compounding quantity of a plastics component shall be 30-50 volume% with respect to 100 volume% of total amounts of a wax component and / or a lubricity provision component, a plastics component, and vegetable oil. If the amount of the plastics component is less than 30%, the strength of the molded body after degreasing is insufficient, and problems such as deformation and breakage occur. On the other hand, if it is added in a large amount exceeding 50%, the moldability is lowered, and in addition, the degreasing rate is lowered due to a decrease in wax components and the like. For this reason, the compounding amount of the plastics component is limited to a range of 30 to 50% by volume. In addition, More preferably, it is 35-50 volume%.
また、配合する植物油としては、不乾性の植物油とすることが好ましい。不乾性の植物油としては、落花生油、ひまし油、オリーブ油、サラダ油が例示できるが、それらのうちから選ばれた1種または2種以上とすることが好ましい。なお、植物油を2種以上とする場合には、ひまし油と、それ以外の落花生油、オリーブ油、サラダ油のうちから選ばれた1種または2種以上の組合せとすることが好ましい。バインダーに植物油を配合することにより、バインダーの凝固点が低下して、バインダーの流動性が向上し、金属粉末やプラスチックス粉末へのバインダーのなじみ性等が向上するとともに、冷却時の収縮量が低減して、成形体の割れの発生が抑制され、さらには金型からの離脱性が向上する。 Moreover, as a vegetable oil to mix | blend, it is preferable to set it as a non-drying vegetable oil. Examples of non-drying vegetable oils include peanut oil, castor oil, olive oil, and salad oil, and it is preferable to use one or more selected from among them. In addition, when using 2 or more types of vegetable oil, it is preferable to set it as the combination of 1 type, or 2 or more types chosen from castor oil and other peanut oil, olive oil, and salad oil. By adding vegetable oil to the binder, the freezing point of the binder is lowered, the fluidity of the binder is improved, the compatibility of the binder with metal powder and plastics powder is improved, and the amount of shrinkage during cooling is reduced. As a result, the occurrence of cracks in the molded body is suppressed, and the detachability from the mold is improved.
なお、植物油の配合量は、ワックス成分および/または潤滑性付与成分とプラスチックス成分と植物油の合計量100体積%に対し、5〜40体積%とすることが好ましい。植物油の配合量が、5%未満では、流動性が低下するため、成形性が低下する。一方、40%を超えて配合すると、結果としてワックス成分やプラスチックス成分の配合量が少なくなり、脱脂後の成形体の強度が低下し、変形、破損等の不具合が増加し、また、高温金型に射出した際、油分が分離するという問題がある。このため、植物油の配合量は、5〜40体積%に限定することが好ましい。なお、より好ましくは10〜35体積%である。 In addition, it is preferable that the compounding quantity of vegetable oil shall be 5-40 volume% with respect to 100 volume% of total amounts of a wax component and / or lubricity provision component, a plastics component, and vegetable oil. When the blending amount of the vegetable oil is less than 5%, the fluidity is lowered and the moldability is lowered. On the other hand, if it exceeds 40%, the amount of the wax component or plastics component is reduced, resulting in a decrease in strength of the molded product after degreasing, an increase in defects such as deformation and breakage, and high-temperature gold. There is a problem that oil is separated when injected into the mold. For this reason, it is preferable to limit the compounding quantity of vegetable oil to 5-40 volume%. In addition, More preferably, it is 10-35 volume%.
本発明では、上記したように混練、粉砕工程を経た混練生成物(コンパウンド)を、金属粉末射出成形装置に装入し、可塑化したのち、射出成形し、所定形状の成形体とする。
まず、本発明で使用する、金属粉末射出成形装置の好ましい構成について説明する。図1に、本発明で使用する金属粉末射出成形装置の構成の一例を示す。
図1に示す金属粉末射出成形装置では、金型として、固定側金型1と移動側金型2を有する。移動側金型2は、固定側金型1に対して接近、後退などの移動が可能なように構成される。固定側金型1と移動側金型2とは、接合時(型締め時)に固定側金型1と移動側金型2との間にキャビティ3を形成できる形状に構成される。なお、キャビティ3は、所望の製品形状に対応する形状に形成されることはいうまでもない。
In the present invention, the kneaded product (compound) subjected to the kneading and pulverizing steps as described above is charged into a metal powder injection molding apparatus, plasticized, and then injection molded to obtain a molded body having a predetermined shape.
First, a preferable configuration of the metal powder injection molding apparatus used in the present invention will be described. In FIG. 1, an example of a structure of the metal powder injection molding apparatus used by this invention is shown.
The metal powder injection molding apparatus shown in FIG. 1 has a fixed mold 1 and a moving mold 2 as molds. The moving side mold 2 is configured so as to be able to move toward and away from the fixed side mold 1. The fixed mold 1 and the movable mold 2 are configured in such a shape that a cavity 3 can be formed between the fixed mold 1 and the movable mold 2 at the time of joining (clamping). Needless to say, the cavity 3 is formed in a shape corresponding to a desired product shape.
また、固定側金型1および移動側金型2には、キャビティ3の表面1aおよび表面2aの近傍に、複数の流路6がそれぞれ設けられる。流路6は、弁9を介して加熱媒体供給源7および冷却媒体供給源8に接続され、弁9により加熱媒体(例えば蒸気)または冷却媒体(例えば水)を選択的に流される。これにより、キャビティ3の表面1aおよび表面2aが急速加熱または急速冷却される。
Further, the fixed side mold 1 and the moving side mold 2 are provided with a plurality of
なお、固定側金型1には、ゲート4が設けられ、金属粉末射出成形装置10が接続される。可塑化されたコンパウンドが、金属粉末射出成形装置10によりゲート4を介して、キャビティ3内に射出される。
本発明では、金属粉末または合金粉末を原料粉末とし、該原料粉末にバインダーを配合し、混練、粉砕してコンパウンドとし、該コンパウンドを、好ましくは上記した構成の金属粉末射出成形装置に装入し、下記のような手順のヒートサイクル法を適用して、所定形状の大型金属粉末射出成形体を得る。
The fixed mold 1 is provided with a gate 4 to which a metal powder
In the present invention, a metal powder or an alloy powder is used as a raw material powder, a binder is mixed into the raw material powder, kneaded and pulverized to form a compound, and the compound is preferably charged into a metal powder injection molding apparatus having the above-described configuration. By applying a heat cycle method having the following procedure, a large-sized metal powder injection molded body having a predetermined shape is obtained.
本発明の大型金属粉末射出成形体の製造方法の基本的なフローを図2に示す。以下、図2を参照しながら、本発明の大型金属粉末射出成形体の製造方法について説明する。
まず、固定側金型1と移動側金型2とを密着させ、固定側金型1と移動側金型2とを所定の型締め力で型締めする(ステップ21)。これにより、固定側金型1と移動側金型2との間にキャビティ3が形成される。つぎに、弁9を介して加熱媒体供給源7から加熱媒体を流路6に流し、金型表面(キャビティ3表面)を加熱する金型加熱を行う(ステップ22)。なお、加熱媒体としては、蒸気、または高温の水(湯)あるいは高温の油気とすることが好ましい。
The basic flow of the manufacturing method of the large metal powder injection molding of this invention is shown in FIG. Hereinafter, the manufacturing method of the large metal powder injection molded body of the present invention will be described with reference to FIG.
First, the fixed mold 1 and the movable mold 2 are brought into close contact with each other, and the fixed mold 1 and the movable mold 2 are clamped with a predetermined clamping force (step 21). As a result, a cavity 3 is formed between the fixed mold 1 and the movable mold 2. Next, the heating medium is flowed from the heating
ついで、温度センサー(図示せず)でキャビティ3表面1a,2aの温度を測定し、キャビティ表面1a,2aの温度が所定の温度に到達しているか確認する(ステップ23)。キャビティ3表面1a,2aの温度が所定の温度に到達している場合には、次のステップに進む。所定の温度に到達していない場合には、さらに金型表面の加熱を継続する。なお、ここでいう「所定の温度」とは、コンパウンドに配合されたプラスチック成分の荷重たわみ温度以上、熱分解温度以下とすることが好ましい。ここで「荷重たわみ温度」は、国際規格ISO 75(JIS 7191)の規定に準拠して荷重1.8MPaで測定した温度である。
Next, the temperature of the
キャビティ3表面1a,2aの温度が所定の温度に到達していることを確認したのち、可塑化されたコンパウンドを、金属粉末射出成形装置10によりゲート4を介し、キャビティ3内に射出し、キャビティ3を充填し所定形状の成形体とする、射出を行う(ステップ24)。
このコンパウンドをキャビティ3内に所定量だけ射出し、所定量のコンパウンドがキャビティ3内に充填されているかを確認する(ステップ25)。所定量のコンパウンドがキャビティ3内に充填されている場合は、次のステップに進む。所定量のコンパウンドがキャビティ3内に充填されていない場合には、金属粉末射出成形装置10により、さらにコンパウンドの射出を継続する。なお、好ましくはコンパウンドを射出したのち、所定の圧力を一定時間保持する保圧を施すことが好ましい。
After confirming that the temperatures of the
A predetermined amount of this compound is injected into the cavity 3, and it is confirmed whether or not the predetermined amount of the compound is filled in the cavity 3 (step 25). When a predetermined amount of compound is filled in the cavity 3, the process proceeds to the next step. When a predetermined amount of the compound is not filled in the cavity 3, the metal powder
所定量のコンパウンドがキャビティ3内に充填されている場合には、所定量のコンパウンドが射出されたことを知らせる信号が、金属粉末射出成形装置10から送出される(ステップ26)。この信号を検知すると、弁9が作動し、加熱媒体供給源9から流路6への加熱媒体の供給が停止し、冷却媒体供給源8から、流路6への冷却媒体の供給を開始し金型冷却を行う(ステップ27)。これにより、流路6の近傍、すなわちキャビティ3表面1a,2a近傍が急激に冷却され、成形体の温度が低下し、コンパウンドが変形しない温度まで冷却される。さらに冷却されてコンパウンドが固化したのち、移動側金型2を移動させて金型を開く型開きを行い、成形体を取り出す(ステップ28)。
When a predetermined amount of the compound is filled in the cavity 3, a signal notifying that the predetermined amount of the compound has been injected is sent from the metal powder injection molding apparatus 10 (step 26). When this signal is detected, the valve 9 is operated, the supply of the heating medium from the heating medium supply source 9 to the
好ましくは上記したコンパウンドを使用し射出成形するに際し、上記したヒートサイクル法を適用することにより、高精度の大型の金属粉末射出成形体を製造できる。なお、本発明ではとくに限定しないが、上記した製造方法で得られた大型の金属粉末射出成形体を、バインダーの一部を脱脂したのち、適切な条件で焼結し所望の特性を有する大型の金属粉末射出成形製焼結体とすることができる。 Preferably, when injection molding is performed using the above-described compound, a high-precision large-sized metal powder injection-molded body can be produced by applying the above-described heat cycle method. Although not particularly limited in the present invention, a large metal powder injection molded body obtained by the above-described manufacturing method is degreased part of the binder and then sintered under appropriate conditions to have a large characteristic. It can be set as the metal powder injection molding sintered compact.
表1に示す合金粉末を原料粉末として用いた。また、表2に示す配合のバインダー原料を混合し、温度:170〜240℃で溶融撹拌し、各種バインダーとした。原料粉末と各種バインダーと原料粉末とを表3に示す配合量で混合し、温度:170〜240℃の条件下で混練し混合混練物(コンパウンド)とした。
さらに、冷却し固化した混合混練物(コンパウンド)を粉砕して、射出成形用コンパウンドとし、金属粉末射出成形装置のホッパー内に投入して、シリンダ温度:160〜230℃で可塑化したのち、所定の圧力(60MPa)で金型のキャビティ内に射出し、所定形状の金属粉末射出成形体とした。
The alloy powder shown in Table 1 was used as a raw material powder. Moreover, the binder raw material of the mixing | blending shown in Table 2 was mixed, and it melt-stirred at temperature: 170-240 degreeC, and was set as various binders. The raw material powder, various binders, and the raw material powder were mixed in the blending amounts shown in Table 3, and kneaded at a temperature of 170 to 240 ° C. to obtain a mixed kneaded product (compound).
Furthermore, the cooled and solidified mixed kneaded material (compound) is pulverized to form an injection molding compound, which is put into a hopper of a metal powder injection molding apparatus and plasticized at a cylinder temperature of 160 to 230 ° C. Was injected into the mold cavity at a pressure (60 MPa) to obtain a metal powder injection molded body having a predetermined shape.
射出成形に際しては、加熱媒体供給源、冷却媒体供給源等を有する小野産業(株)製「高速ヒートサイクル成形ユニット」を取り付けた東芝機械(株)製「EC100N II−2Y 成形機」を使用した。使用した金型は、図1に示すようなキャビティ表面近傍に流路6を有する金型とし、キャビティ形状は、(ア)重量260gの植木鉢状製品(底面:80mmφ、上面:120mmφ、高さ:100mm、肉厚:3mm)、(イ)重量200gのファン形状製品(ファン形状:120mmφ、最大肉厚3mm、薄肉部2mm)、(ウ)は重量220gの箱型製品(肉厚:3.0mm、大きさ:80×120×15mm)の3種とした。
For injection molding, we used an “EC100N II-2Y molding machine” manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd. equipped with “High-speed heat cycle molding unit” manufactured by Ono Sangyo Co., Ltd., which has a heating medium supply source and a cooling medium supply source. . The mold used has a
まず、流路6に加熱媒体として蒸気を流し、金型のキャビティ表面1a,2aを所定の温度に加熱する「金型加熱」を行った。なお、所定の温度(加熱温度)は、コンパウンドに配合したバインダーのプラスチック成分であるポリプロピレン樹脂の荷重たわみ温度以上熱分解温度以下の60〜120℃とした。キャビティ表面1a,2aが所定の温度に到達したのち、可塑化したコンパウンドを金属粉末射出成形装置10から、ゲート4を介してキャビティ3内に所定量、射出し、充填する「射出」を行った。その後、所定の圧力で一定時間保持する「保圧」を施したのち、流路6に冷却媒体として水を流し、キャビティ表面1a,2aの温度を成形体が変形しない温度である30〜40℃に冷却する「金型冷却」を施した。ついで、移動側金型2を移動して金型を開く「型開き」を行ったのち、成形体を取り出した。このような金型加熱、射出、保圧、金型冷却、型開き、取り出しの工程1サイクルの時間を表3に示す。なお、一部では、金型に加熱媒体を供給せず、冷却媒体のみとした。
First, “mold heating” was performed in which steam as a heating medium was passed through the
得られた金属粉末射出成形体について、表面外観性状検査、内部欠陥検査を実施した。試験方法はつぎの通りとした。
(1)表面外観性状検査
得られた成形体について、外観を目視で観察し、しわ、ウェルドなどの表面欠陥、充填不足などの形状欠陥、割れ(欠陥)の有無を調査した。これらの欠陥が1つ以上存在した場合に、×と評価し、全く欠陥が存在しない場合を○として外観性状を評価した。
(2)内部性状検査
得られた成形体について、X線透過検査で内部性状を調査し、欠陥の有無を調べた。欠陥が存在する場合を×とし、それ以外を○とし、内部性状を評価した。
About the obtained metal powder injection-molded body, surface appearance property inspection and internal defect inspection were performed. The test method was as follows.
(1) Surface appearance property inspection About the obtained molded object, the external appearance was observed visually and the presence or absence of surface defects, such as a wrinkle and a weld, shape defects, such as insufficient filling, and a crack (defect) was investigated. When one or more of these defects existed, it was evaluated as x, and when the defect did not exist at all, the appearance property was evaluated as ◯.
(2) Internal property inspection About the obtained molded object, the internal property was investigated by the X-ray transmission inspection, and the presence or absence of the defect was investigated. The case where a defect exists was set as x, and other cases were set as ◯, and the internal properties were evaluated.
得られた結果を表3に示す。 The obtained results are shown in Table 3.
本発明例はいずれも、表面欠陥、内部欠陥ともに存在せず、外観性状、内部性状ともに良好な大型の金属粉末射出成形体となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は表面欠陥が存在し外観性状が低下しているか、あるいは内部欠陥が存在し内部性状が低下している。 In all of the examples of the present invention, neither a surface defect nor an internal defect exists, and a large-sized metal powder injection molded article having a good appearance property and internal property is obtained. On the other hand, in comparative examples that are outside the scope of the present invention, surface defects are present and appearance properties are reduced, or internal defects are present and internal properties are reduced.
1 固定側金型
2 移動側金型
3 キャビティ
4 ゲート
6 流路
7 加熱媒体供給源
8 冷却媒体供給源
9 弁
10 金属粉末射出成形装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed side metal mold | die 2 Movement side metal mold | die 3 Cavity 4
10 Metal powder injection molding equipment
Claims (5)
前記射出成形に際し、
加熱媒体または冷却媒体により前記金型のキャビティ表面を加熱または冷却可能とした金型を使用し、該金型のキャビティ表面を、加熱媒体として蒸気を使用して前記コンパウンドに配合した前記バインダーのプラスチックス成分の荷重たわみ温度以上かつ熱分解温度以下の加熱温度に加熱し、
ついで、該加熱された前記キャビティに、可塑化された前記コンパウンドを所定量、射出し、該キャビティを充填し、
前記充填が完了したのち、前記金型のキャビティ表面を、冷却媒体として水を使用して前記バインダーのプラスチックス成分の荷重たわみ温度未満に冷却し、
前記コンパウンドを固化したのち前記成形体を取り出すこと
からなるヒートサイクル法を適用し、前記成形体を、重量で100g以上の大型の金属粉末射出成形体とすることを特徴とする大型金属粉末射出成形体の製造方法。 Metal powder or alloy powder is used as a raw material powder, a binder is mixed into the raw material powder, kneaded and pulverized into a compound, and the compound is charged into a metal powder injection molding apparatus and injection molded into a mold to form a predetermined shape. In the method for producing a metal powder injection molded body,
During the injection molding,
A plastic of the binder in which a mold capable of heating or cooling the cavity surface of the mold by a heating medium or a cooling medium is used, and the cavity surface of the mold is blended with the compound using steam as a heating medium Heating to a heating temperature that is higher than the deflection temperature under load and lower than the thermal decomposition temperature,
Next, a predetermined amount of the plasticized compound is injected into the heated cavity, and the cavity is filled.
After the filling is complete, the cavity surface of the mold is cooled to below the deflection temperature under load of the plastics component of the binder using water as a cooling medium,
A large metal powder injection molding characterized by applying a heat cycle method comprising solidifying the compound and then taking out the molded body, and forming the molded body into a large metal powder injection molded body having a weight of 100 g or more. Body manufacturing method.
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