JP2016120499A - 粉末成形用金型とその金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉末成形用金型のダイとコアの同軸度を確実に高めることができ、成形可能製品のサイズ規制も緩和される金型の製造方法を提供する。【解決手段】ダイの貫通穴に入り込ませるコアとそのコアをダイプレートに締結してダイとの相対位置を固定する締結治具を接合し、しかる後、前記コアを基準にして前記締結治具の外周面をダイと同心の円筒形状に機械加工し、その後、前記ダイに形成された前記ダイの貫通穴と同心の治具取り付け穴に前記締結治具を嵌合させる。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイとコアが締結された粉末成形用金型、詳しくは、成形精度を高めた金型と、その金型の製造方法に関する。

ダイとコアが締結された金型を備える粉末成形装置が、下記特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載されたその粉末成形装置は、ダイプレートに保持される締結治具（コアホルダ）を設け、その締結治具にコアを固定することでダイプレートに装着されたダイと前記コアを一体的に連結している。

なお、特許文献１の粉末成形装置での前記締結治具に対するコアの固定は、コアの中心に貫通させたボルトを前記締結治具にねじ込むことによって行われている。

特開２００５−２２４８０７号公報

特許文献１に記載された粉末成形装置は、成形可能な製品（粉末の成形体）の下限サイズに限界がある。成形体が小サイズである場合、例えば外径φ＝４０ｍｍ以下であると、コアの強度やコア固定用ボルトの強度を確保するのが難しくなるからである。小サイズのコアにボルト孔を設けるとコアの強度が低下する。また、ボルト孔が小さければその孔に通すボルトも直径が小さくなるため、ボルトの強度確保も難しくなる。

また、コアをボルトで締結治具に固定する粉末成形用金型は、コアに設けたボルト孔とそのボルト孔に通したコア固定用ボルトとの間にボルトを支障なく挿入するための径方向隙間が形成され、その隙間が原因で、得られる成形体の外径中心とコアによって成形される穴の中心の同軸度の低下が増長される。

粉末成形用金型は、ダイとパンチ間及びパンチとコア間にコアの径方向変位を許容する摺動隙間を有している。その摺動隙間が原因となって成形圧を受けたコアが撓んで径方向に変位することがある。

コアをボルトで締結治具に固定する構造では、コアとコア固定用ボルトとの間の隙間もコアの径方向変位を許容する要因となる。

この要因は、コアと締結治具間に嵌合等の工夫をすることで小さく出来るが、完全にゼロには出来ず、成形体の精度（外径中心と内径中心の同軸度）に関して、ここにも改善の余地がある。

コアをボルトで締結治具に固定した構造の既存の成形用金型においては、外径中心と内径中心のずれがまれに０．０２ｍｍ程度に収まることがあるが、ほとんどの製品に関しては０．０４ｍｍ程度の軸心のずれが生じており、その同軸度の狂いをゼロに近づける要求が満たされていない。

そこで本発明は、成形可能製品のサイズ規制が緩和され、さらに、内径中心と外径中心の同軸度の高い成形体を作れる粉末成形用金型とその金型の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる粉末成形用金型は、ダイプレートに保持されたダイと、上下のパンチと、締結治具を介して前記ダイプレートに固定されるコアを有し、前記コアが前記締結治具に接合一体化され、その締結治具が前記コアと同心の円筒形状の外周面を備え、その外周面が前記ダイプレートに形成された治具取り付け穴に嵌合して前記締結治具がダイの貫通穴と同軸上に位置決めされているものである。

本発明は、かかる粉末成形用金型の製造方法も併せて提供する。その製造方法は、ダイの貫通穴に入り込ませるコアとそのコアをダイプレートに締結してダイとの相対位置を固定する締結治具を接合し、しかる後、前記コアを基準にして前記締結治具の外周面をダイと同心の円筒形状に機械加工し、その後、前記ダイに形成された前記ダイの貫通穴と同心の治具取り付け穴に前記締結治具を嵌合させるものである。

本発明の粉末成形用金型によれば、成形可能製品のサイズ規制が緩和され、従来金型では困難であった小サイズ成形体の成形が可能になる。

加えて、外径中心と内径中心の同軸度に優れた成形体の成形も可能になる。

また、本発明の粉末成形用金型の製造方法によれば、コアとそのコアを保持する締結治具の同軸度を高め、その同軸度の低下（変化）も無くすことができる。

本発明の一態様にかかる方法で製造された金型を備える粉末成形装置の一例を示す断面図である。 図１の金型に含まれるコアと締結治具と下パンチを組み合わせた状態にして示す断面図である。 図２のコアと締結治具の一体化品の断面図である。 図２のコアと締結治具の一体化品の平面図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様にかかる粉末成形用金型とその金型の製造方法を以下に挙げる。例示の粉末成形用金型は、キャビティとなす貫通穴を備えたダイと、そのダイを保持するダイプレートと、前記ダイとの相対位置を固定して前記貫通穴の内部に配置するコアと、対向配置される上パンチ及び下パンチと、コアをダイプレートに固定する締結治具と、下パンチを支えるベースプレートを組み合わせたものになっている。

この金型のコアは、前記締結治具に鑞付けするなどして接合一体化されており、前記締結治具が前記コアと同心の円筒形状の外周面を備え、その外周面が前記ダイプレートに形成された治具取り付け穴に嵌合して前記締結治具がダイの前記貫通穴と同軸上に位置決めされている。

本発明の一態様にかかる製造方法では、コアと締結治具が接合一体化された部材を、コアを基準にして加工する。

具体的には、締結治具に接合されたコアを基準にして締結治具の位置決めに利用される外周面をダイと同心の円筒形状に機械加工する。そして、加工後の締結治具を前記ダイに形成された前記貫通穴と同心の治具取り付け穴に嵌合させてダイとコアの軸心を揃える。

かかる方法での締結治具の外周面の機械加工は、切削、研削、研磨のいずれで行ってもよい。旋盤などの加工機の主軸に装着されたチャックでコアを掴み、主軸を回転させて締結治具の外周面を加工することで、締結治具の外周面の中心をコアの軸心上に揃えることができる。

かかる方法で製造される金型は、ダイプレートに保持されたダイと、上下のパンチと、締結治具を介して前記ダイプレートに固定されるコアを有する。そのコアは前記締結治具に接合一体化されており、前記締結治具が前記コアと同心の円筒形状の外周面を備え、その外周面が前記ダイプレートに形成された治具取り付け穴に嵌合して前記締結治具がダイの貫通穴と同軸上に位置決めされている。

なお、ここで言う同心とは、機械加工による外周面の振れ（旋削加工での外周面の振れ量は、ワークの大きさや長さにもよるが、一般に、直径で０．００５ｍｍ以下）に起因した芯ずれを無視したものである。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一態様にかかる粉末成形用金型の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１に示した粉末成形装置は、内接歯車式ポンプのアウターロータ（内歯歯車）を成形するためのものであって、ダイ１、コア２、上パンチ３、下パンチ４、及び、コア２とダイ１を連結する締結治具５を組み合わせた金型を備えている。その金型に含ませたコア２と締結治具５の詳細を図２、図３に示す。

ダイ１には、キャビティを構成する貫通穴１ａが設けられており、その貫通穴１ａの穴面によってアウターロータの外周面が成形される。そのダイ１はダイプレート６に保持されており、締結治具５もそのダイプレート６に固定されている。

ダイ１は、成形面（貫通穴１ａの穴面）を有する内径側が、コア及び上下のパンチと同様に超硬合金で形成され、後述する治具取り付け穴９が形成される外周側は、通常の工具鋼で形成されている。

アウターロータの内周面には内歯が形成されており、その内歯のあるアウターロータの内周面がコア２によって成形される。コア２は、前記内歯の歯山と歯底に対応した成形面を備えている。

上パンチ３はダイ１とコア２との間に入り込んでアウターロータの一端面を成形する。また、下パンチ４はダイ１とコア２との間に配置され、上パンチに対向してアウターロータの他端面を成形する。

下パンチ４は、周方向に点在させた複数本の足４ａを下部に有しており、その足４ａが締結治具５に周方向に点在させて設けた貫通穴５ｂに摺動自在に通され、その足４ａの貫通穴５ｂを通り抜けた下端部が、締結具７を用いてダイプレート６の下方に配置されたベースプレート８に固定されている。

ダイ１には、前記貫通穴１ａと同心円の治具取り付け穴９も設けられている。その治具取り付け穴９に締結治具５が嵌め込まれてその締結治具５が貫通穴１ａと同軸上に位置決めされている。

締結治具５は、貫通穴５ｂよりも穴径方向外側の領域に対してブリッジ５ｃを介して連結されたコア支持部５ａを中心部に備えている（図３、図４参照）。

そのコア支持部５ａには、コア受入れ穴５ｄが上端に開放して設けられており、そのコア受入れ穴５ｄにコア２の下部が差し込まれてその差し込み部がコア受入れ穴５ｄの穴面に鑞付け接合されている。このため、コア受入れ穴５ｄとコア２の相対変位が起こらない。

コア２を一体化した締結治具５の外周面５ｅは、治具取り付け穴９に適合して嵌る円筒形状の機械加工された面になっている。その外周面５ｅの機械加工はコア２基準でなされる。

即ち、締結治具５に接合されたコア２を旋盤などの加工機の主軸に装着されたチャックで保持し、加工機の主軸を回転させてコア２基準で締結治具５の外周面５ｅを機械加工している。その機械加工は、切削加工が効率的であるが、研削や研磨による加工も可能である。

その機械加工を容易にするために、例示の金型の締結治具５は、外周側を通常の工具鋼で形成し、下パンチとの摺動面を有する内周側を超硬合金で形成している。このように、異材質を組み合わせると好ましいが全体が同一材料で形成されていても構わない。

締結治具５は、治具取り付け穴９の穴面を径方向の位置決め基準面にしてその穴面に機械加工した外周面５ｅを当てることでダイ１に対する径方向位置決めがなされている。

なお、コア受入れ穴５ｄは、ストレート穴も考えられるが、それよりは、下端側が小径の図示の如きテーパ穴が好ましい。

図示の金型は、テーパのコア受入れ穴５ｄに、形状を対応させたコア２の下部をテーパ嵌合させて嵌合部を鑞付けしており、コア受入れ穴５ｄとコア２との間の径方向遊び（隙間）を無くすることができる。そのために、コアの軸振れの抑制や接合の安定性向上が図れる。

図１の１０はプレス機の下ラム（図示せず）に駆動される昇降可能なヨークプレート、１１は、そのヨークプレート１０にダイプレート６をつなぐ連結ロッドである。

図１、図２に示す形状の粉末成形用金型を試作した。その金型は、コア２を締結治具５に鑞付け接合して取り付け、その後、コア２を旋盤の主軸に装着されたチャックで掴んで締結治具５の外周面５ｅを切削加工した。

このようにして外周面の加工がなされた締結治具５とそれに接合されたコアを備える試作金型で外径＝φ４０ｍｍ、内歯の歯先径＝φ２５．１ｍｍ、歯底径＝φ３７．２ｍｍ、歯数＝５枚のアウターロータの成形を行った。この試験成形に利用した原料粉末は鉄系金属粉末である。この成形により、６．８ｇ／ｃｍ^３の成形密度を有するアウターロータの成形体を得ることができ、実用に耐える金型であることを確認できた。

また、このようにして得られた成形体（アウターロータ）の歯先円の中心と外周面の中心の軸心のずれを測定したところ、そのずれは０．０２ｍｍ以下に収まっていた。

なお、例示の粉末成形用金型は、内接歯車ポンプのアウターロータ成形用であるが、内接歯車ポンプのインナーロータ（外歯歯車）は、コアで成形する軸穴の直径がアウターロータの内径よりもさらに小さい。従って、この発明の粉末成形用金型は、小サイズインナーロータなどの成形に利用するとその有効性が特に顕著に発揮される。

以上述べたように、本発明の粉末成形用金型は、締結治具とコアの同軸度が高く、その同軸度のずれも起こらない。従って、内径中心と外径中心のずれの小さい高精度成形体を成形することができる。

また、本発明の製造方法によれば、締結治具とコアの同軸度を高めることができ、さらに、ボルトによるコアの固定が許容されない小サイズ成形体の成形用金型も製造可能となる。

１ ダイ
１ａ 貫通穴
２ コア
３ 上パンチ
４ 下パンチ
４ａ 足
５ 締結治具
５ａ コア支持部
５ｂ 貫通穴
５ｃ ブリッジ
５ｄ コア受入れ穴
５ｅ 外周面
６ ダイプレート
７ 締結具
８ ベースプレート
９ 治具取り付け穴
１０ ヨークプレート
１１ 連結ロッド

Claims (4)

1. ダイプレートに保持されたダイと、上下のパンチと、締結治具を介して前記ダイプレートに固定されるコアを有し、前記コアは前記締結治具に接合一体化されており、前記締結治具が前記コアと同心の円筒形状の外周面を備え、その外周面が前記ダイプレートに形成された治具取り付け穴に嵌合して前記締結治具がダイの貫通穴と同軸上に位置決めされた粉末成形用金型。
2. 前記締結治具が中心部にコア支持部を具備し、そのコア支持部が上端に開放したコア受入れ穴を有し、そのコア受入れ穴にコアの下部が差し込まれてその差し込み部が鑞付け接合されている請求項１に記載の粉末成形用金型。
3. 前記コア受入れ穴が、下端側が小径のテーパとして構成され、そのコア受入れ穴にコアの下部がテーパ嵌合し、そのテーパ嵌合部が鑞付けされた請求項２に記載の粉末成形用金型。
4. ダイの貫通穴に入り込ませるコアを、締結治具を介してダイに連結した粉末成形用金型の製造方法であって、前記コアを前記締結治具に接合し、しかる後、前記コアを基準にして締結治具の外周面をダイと同心の円筒形状に機械加工し、その後、前記ダイに形成された前記貫通穴と同心の治具取り付け穴に前記締結治具を嵌合させる粉末成形用金型の製造方法。

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