JP2018021248A - 圧粉成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】かじりの発生を抑制することができる圧粉成形体の製造方法を提供する。【解決手段】上下方向に貫通する貫通穴１Ａを有し、上下いずれかの方向に移動可能な外型１と、上型２と、下型３と、を備える金型１００を用いて、貫通穴１Ａに下型３を嵌入し、充填領域を形成する充填領域形成工程と、金属粉末Ｐを充填領域に充填する充填工程と、貫通穴１Ａに上型２を嵌入し、金属粉末Ｐを圧縮して、圧粉成形体Ｂを形成する圧縮工程と、圧粉成形体Ｂを金型１００から取り出す取出工程と、を備える圧粉成形体Ｂの製造方法であって、取出工程において、外型１は、圧粉成形体Ｂに対して相対的に、上下方向に移動し、取出工程において外型１を移動させる方向における外型１の後端側の部位の径方向の剛性が、取出工程において外型１を移動させる方向における外型１の前端側の部位の径方向の剛性よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、圧粉成形体の製造方法に関する。

金型内に金属等の粉末を充填して圧縮することにより圧粉成形体を得るプレス機が開発されている。例えば、特許文献１には、上下方向に貫通する貫通穴を備え、上下何れかの方向に移動可能な外型と、当該貫通穴に嵌入可能な上型と、当該貫通穴に嵌入可能な下型と、を備える金型が記載されている。そして、外型の貫通穴に下型を嵌入した後、当該貫通穴に金属粉末を充填し、上型を当該貫通穴に嵌入することによって圧粉成形体を得る方法が記載されている。

特開２０１６−０４３３７４号公報

特許文献１に記載されているような金型から圧粉成形体を取り出す際、圧粉成形体と外型との間で摩擦が生じ、圧粉成形体の側面にかじりが生じてしまう可能性がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、かじりの発生を抑制することができる圧粉成形体の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る圧粉成形体の製造方法は、上下方向に貫通する貫通穴を有し、上下いずれかの方向に移動可能な外型と、上型と、下型と、を備える金型を用いる。そして、当該圧粉成形体の製造方法は、前記貫通穴に前記下型を嵌入し、充填領域を形成する充填領域形成工程と、金属粉末を前記充填領域に充填する充填工程と、前記貫通穴に前記上型を嵌入し、前記金属粉末を圧縮して、圧粉成形体を形成する圧縮工程と、前記圧粉成形体を前記金型から取り出す取出工程と、を備える。また、前記取出工程において、前記外型は、前記圧粉成形体に対して相対的に、上下方向に移動する。そして、前記取出工程において前記外型を移動させる方向における前記外型の後端側の部位の径方向の剛性が、前記取出工程において前記外型を移動させる方向における前記外型の前端側の部位の径方向の剛性よりも小さい。

本発明に係る圧粉成形体の製造方法によれば、取出工程において最も長い間、圧粉成形体と接触する後端側の部位の径方向剛性が、取出工程において最も短い間、圧粉成形体と接触する前端側の部位の径方向の剛性より小さいため、取出工程において当該後端側の部位の側面と圧粉成形体の側面との間の接触応力を低減させることができる。これにより、かじりの発生を抑制することができる圧粉成形体の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る金型を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る圧粉成形体の製造方法を示す図である。 従来の圧粉成形体の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る金型を示す断面図である。 実施例１に係る金型及び当該金型を用いて成形された圧粉成形体を示す断面図である。 比較例１に係る金型及び当該金型を用いて成形された圧粉成形体を示す断面図である。 実施例１及び比較例１に係る外型と圧粉成形体との間にかかる接触応力を示すグラフである。 断面形状が３回対称である圧粉成形体を製造する本発明に係る金型の一例を示す図である。 断面形状が線対称である圧粉成形体を製造する本発明に係る金型の一例を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１に係る金型１００を示す断面図である。図１に示すように、金型１００は、外型１、上型２、下型３を備える。外型１、上型２、下型３は、それぞれ、図示しない制御装置及び図示しない駆動装置によって上下方向に移動可能に設けられている。

外型１は、略筒状の形状を有している。また、外型１は、上下方向に貫通する貫通穴１Ａを備える。また、外型１は、後述する取出工程において当該外型１を移動させる方向における外型１の後端側の部位の径方向の剛性が、当該取出工程において当該外型１を移動させる方向における外型１の前端側の部位の径方向の剛性よりも小さくなるように、形成されている。

具体的には、本実施の形態１において、後述する取出工程における外型１を移動させる方向は、上側から下側に向かう方向である。そして、本実施の形態１にかかる外型１の上端側の部位の径方向の剛性は、外型１の下端側の部位の径方向の剛性よりも小さい。より具体的には、外型１の上端側には、外型１の外径が上側に行くほど徐々に小さくなるように切り欠かれた切り欠き部１Ｂが形成されている。このように、外型１の上端側において、外型１の肉厚が上側に行くほど徐々に薄くすることにより、外型１の上端側の部位の径方向の剛性を、外型１の下端側の部位の径方向の剛性よりも小さくしている。

また、外型１の上端側の部分において径方向の剛性を外型１の下端側の部分の径方向の剛性よりも小さくする範囲は、外型１の上端から後述する圧縮工程を経て成形完了した圧粉成形体の上端面に相当する位置までである。換言すれば、外型１の切り欠き部１Ｂは、外型１の上端から、成形完了した圧粉成形体の上端面に相当する位置までの範囲に設けられている。

上型２は、上端側にフランジを備える略円柱状の形状を有する。下型３は、下端側にフランジを備える略円柱状の形状を有する。また、上型２及び下型３の当該円柱の径は、外型１の貫通穴１Ａに嵌入可能な径となっている。

次に、図２を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る圧粉成形体の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、外型１、上型２、下型３を、それぞれの原位置に位置するように移動させておく。具体的には、上型２は、外型１の上方に配置されており、上型２の軸は貫通穴１Ａの軸ＡＸと一致している。下型３は、下型３の上端面と外型１の上端面とが同じ高さとなるように、貫通穴１Ａに嵌入されている。

次に、図２に示すように、下型３を原位置から上方に充填時位置まで移動させることにより、充填領域（キャビティ）を形成する（充填領域形成工程）。充填領域は、後述する充填工程において、金属粉末Ｐを充填する領域である。下型３の充填時位置への移動が完了すると、外型１の貫通穴１Ａの内壁面と下型３の上端面とが所定の空間を囲むことにより、充填領域が形成される。

次に、金属粉末Ｐをキャビティに充填する（充填工程）。具体的には、金属粉末Ｐは、圧粉成形体Ｂを形成するための焼結用材料等からなる粉末である。また、キャビティ内における金属粉末Ｐの深さが必要な充填深さ以上になるまで、金属粉末Ｐをキャビティに充填する。必要な充填深さがキャビティの深さと同じである場合、必要に応じて、金属粉末Ｐを摺り切り、金属粉末Ｐの上端面を外型１の上端面に揃える。

次に、図２に示すように、上型２を下方に移動させて貫通穴１Ａに嵌入させることにより、金属粉末Ｐを圧縮する（圧縮工程）。これにより、圧粉成形体Ｂが形成される。この際、外型１と圧粉成形体Ｂとの間に接触応力が発生し、外型１と外型１の貫通穴１Ａは径方向外側に向かって膨張する。図２において、外型１と貫通穴１Ａとが膨張する前のサイズを二点鎖線で示す。

次に、図２に示すように、外型１を圧粉成形体Ｂに対して相対的に上下方向に移動させて、圧粉成形体Ｂを金型１００から取り出す（取出工程）。具体的には、本実施の形態１では、外型１を下方に移動させるとともに、上型２を上方に移動させて、圧粉成形体Ｂを金型１００から取り出す。

より具体的には、図２に示す取出工程の初期（取出初期）において、外型１の上端面と圧粉成形体Ｂの上端面とが同じ高さになるまで外型１は下方に移動する。すなわち、取出工程の初期において、圧粉成形体Ｂの上端は外型１の上端面より低い位置にあるため、圧粉成形体Ｂと外型１との接触面積は、圧縮工程における圧粉成形体Ｂと外型１との接触面積から変化しない。そのため、取出工程の初期における外型１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力（図２において、当該接触応力の向きを外型１の径方向に向かう矢印で示す。）の大きさも圧縮工程における外型１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力から変化しない。

次に、図２に示す取出工程の中期（取出中期）において、外型１が下方に移動するにつれて、圧粉成形体Ｂの上端が外型１の上端面より高くなる。そのため、圧粉成形体Ｂと外型１との接触面積は、圧縮工程における圧粉成形体Ｂと外型１との接触面積より小さくなる。これにより、取出工程の中期における外型１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力の大きさは圧縮工程における外型１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力より大きくなる。そのため、外型１と貫通穴１Ａとは、圧縮工程の前のサイズとなるように収縮しようとする。外型１と貫通穴１Ａとが収縮すると、圧粉成形体Ｂは、上端から下端に向かうにつれて幅が狭くなるように変形してしまう。

しかし、本実施の形態１では、外型１の上端側の部位の径方向の剛性は、外型１の下端側の部位の径方向の剛性よりも小さくなっている。そのため、取出工程において最も長い間、外型１と接触する圧粉成形体Ｂの下端側の部位にかかる接触応力は低減される。これにより、圧粉成形体Ｂが変形するのを防ぐことができる。

次に、図２に示す取出工程の後期（取出後期）において、外型１がさらに下方に移動すると、圧粉成形体Ｂと外型１との接触面積は、圧縮工程における圧粉成形体Ｂと外型１との接触面積に比べてさらに小さくなる。そのため、取出工程の後期における外型１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力の大きさは、圧縮工程における外型１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力に比べてさらに大きくなる。そのため、外型１と貫通穴１Ａとはさらに収縮しようとする。そして、外型１と貫通穴１Ａとの収縮に伴って、圧粉成形体Ｂの下端側の部位にかじりが発生してしまう。

しかし、上述したように、外型１の上端側の部位の径方向の剛性は、外型１の下端側の部位の径方向の剛性よりも小さくなっている。そのため、圧粉成形体Ｂの上端側の部位において発生する接触応力は低減される。これにより、圧粉成形体Ｂの下端側の部位にかじりが発生するのを防ぐことができる。

以上に説明した実施の形態１に係る圧粉成形体Ｂの製造方法によれば、取出工程において最も長い間、圧粉成形体Ｂと接触する外型１の上端側の部位（取出工程において当該外型１を移動させる方向における外型１の後端側の部位）の径方向剛性が、取出工程において最も短い間、圧粉成形体Ｂと接触する外型１の下端側の部位（取出工程において当該外型１を移動させる方向における外型１の前端側の部位）の径方向の剛性より小さいため、取出工程において当該上端側の部位の側面と圧粉成形体Ｂの側面との間の接触応力を低減させることができる。これにより、かじりの発生を抑制することができる圧粉成形体Ｂの製造方法を提供することができる。

より具体的には、図３に示す従来の圧粉成形体Ｂの製造方法では、取出工程の中期及び後期において、圧粉成形体Ｂと外型３０１との接触面積は、圧縮工程における圧粉成形体Ｂと外型３０１との接触面積より小さくなり、取出工程の中期及び後期における外型３０１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力の大きさは圧縮工程における外型３０１と圧粉成形体Ｂとの間に発生する接触応力より大きくなる。これにより、外型３０１と外型３０１の貫通穴とは、圧縮工程の前のサイズとなるように収縮する。そして、外型３０１と貫通穴とが収縮することにより、圧粉成形体Ｂが変形したり、圧粉成形体Ｂの下端側の部位にかじりが発生したりしてしまう。

しかし、本実施の形態１に係る圧粉成形体Ｂの製造方法では、外型１の上端側の部位の径方向の剛性は、外型１の下端側の部位の径方向の剛性よりも小さくなっている。そのため、取出工程において最も長い間、外型１と接触する圧粉成形体Ｂの下端側の部位にかかる接触応力は低減される。これにより、圧粉成形体Ｂが変形したり、圧粉成形体Ｂの下端側の部位にかじりが発生したりするのを防ぐことができる。

具体的には、外型１の上端側には、外型１の外径が上側に行くほど徐々に小さくなるように切り欠かれた切り欠き部１Ｂが形成されている。このように、外型１の上端側において、外型１の肉厚が上側に行くほど徐々に薄くすることにより、外型１の上端側の部位の径方向の剛性を、外型１の下端側の部位の径方向の剛性よりも小さくしている。これにより、比較的容易に、下端側の部位の径方向の剛性よりも上端側の部位の径方向の剛性が小さい外型１を製造することができる。

また、従来では、取出工程の後期におけるかじりの発生を防止するため、金属粉末Ｐに潤滑剤を多めに０．８ｗｔ％程度添加している。しかし、潤滑剤の添加量が増えると、圧粉成形体Ｂの高密度化が阻害されてしまう。本実施の形態１に係る金型１００では、取出工程における圧粉成形体Ｂの変形やかじりの発生を低減することができるため、金属粉末Ｐに潤滑剤を添加する量を、例えば、０．３ｗｔ％以下程度に減らすことができる。これにより、圧粉成形体Ｂの変形やかじりの発生を低減しながら、圧粉成形体Ｂの高密度化を実現することができる。

また、外型１の上端側の部分（取出工程において当該外型１を移動させる方向における外型１の後端側の部分）の径方向の剛性を、外型１の下端側の部分（取出工程において当該外型１を移動させる方向における外型１の前端側の部分）の径方向の剛性よりも小さくする範囲は、外型１の上端から後述する圧縮工程を経て成形完了した圧粉成形体の上端面に相当する位置までである。換言すれば、外型１の切り欠き部１Ｂは、外型１の上端から、成形完了した圧粉成形体Ｂの上端面に相当する位置までの範囲に設けられている。成形完了した圧粉成形体の上端面より下の位置まで剛性を下げると、成形完了時に型に過大な力が掛かり、型が破損する恐れがある。そのため、力が掛かりやすい圧粉成形体が存在する範囲を避ける必要がある。

実施の形態２
次に、図４を参照して、実施の形態２に係る圧粉成形体Ｂの製造方法について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る金型２００を示す断面図である。図４に示すように、実施の形態２に係る圧粉成形体Ｂの製造方法において外型１０の構成のみが、実施の形態１に係る圧粉成形体の製造方法における外型１と異なる。そのため、同一の構成については同一の符号を用いるとともに、その説明を省略する。

図４に示すように、外型１０は、筒状の形状を有している。また、外型１０は、上下方向に貫通する貫通穴１０Ａを備える。また、外型１０は、後述する取出工程において当該外型１を移動させる方向における外型１の後端側の部位１０Ｂの径方向の剛性が、当該取出工程において当該外型１０を移動させる方向における外型１０の前端側の部位１０Ｃの径方向の剛性よりも小さくなるように、形成されている。

具体的には、本実施の形態２において、後述する取出工程における外型１０を移動させる方向は、上側から下側に向かう方向である。そして、本実施の形態２にかかる外型１０の上端側の部位１０Ｂの径方向の剛性は、外型１０の下端側の部位１０Ｃの径方向の剛性よりも小さい。より具体的には、外型１０の上端側の部位１０Ｂは、外型１０の下端側の部位１０Ｃよりも、剛性の小さい材料によって形成されている。これにより、外型１０の上端側の部位１０Ｂの径方向の剛性を、外型１０の下端側の部位１０Ｃの径方向の剛性よりも小さくしている。剛性の小さい材料としては、合金工具鋼であるＳＫＤ１１、ＳＫＤ６１等が挙げられる。また、剛性の大きい材料としては、超硬合金であるＶ６０、Ｖ５０、Ｖ４０等が挙げられる。

また、外型１０の上端側の部分１０Ｂにおいて径方向の剛性を外型１０の下端側の部分１０Ｃの径方向の剛性よりも小さくする範囲は、外型１０の上端から圧縮工程を経て成形完了した圧粉成形体Ｂの上端面に相当する位置までである。

以上に説明した実施の形態２に係る圧粉成形体Ｂの製造方法によれば、実施の形態１に係る圧粉成形体Ｂの製造方法と同様の効果が得られることは勿論である。

実施例１．
次に、図５を参照しながら、本発明の実施例１について説明する。図５は、実施例１に係る金型１００及び当該金型１００を用いて成形された圧粉成形体Ｂを示す断面図である。

図５に示すように、外型１は、略筒状の形状を有している。また、外型１は、上下方向に貫通する貫通穴１Ａを備える。また、外型１の内壁と外壁との間の幅は１２０ｍｍである。また、外型１の内壁から径方向に２０ｍｍ離れた位置から外壁までの範囲に、切り欠き部１Ｂが設けられている。また、切り欠き部１Ｂは、外型１の外径が上側に行くほど徐々に小さくなるように、設けられている。また、外型１の外壁における切り欠き部１Ｂの外型１の上端面からの深さは、８．５ｍｍである。換言すれば、外型１の上端から下端に向かって８．５ｍｍまでの部分の剛性は、外型１のその他の部分の剛性よりも小さくなっている。また、圧粉成形体Ｂの上面は、外型１の上面から下端に向かって８．５ｍｍの位置と同じか、当該位置よりも下側に位置している。

比較例１．
次に、図６を参照しながら、比較例１について説明する。図６は、比較例１に係る金型３００及び当該金型３００を用いて形成された圧粉成形体Ｂを示す断面図である。

図６に示すように、外型３０１は、筒状の形状を有している。また、外型３０１は、上下方向に貫通する貫通穴３０１Ａを備える。また、外型３０１の内壁と外壁との間の幅は１２０ｍｍである。

図７は、実施例１及び比較例１に係る外型１、３０１と圧粉成形体Ｂの下部との間にかかる接触応力を示すグラフである。ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析を用いて、実施例１及び比較例１に係る外型１、３０１と圧粉成形体Ｂとの間にかかる接触応力を確認した。図７に示すように、実施例１では、比較例１に比べて、圧縮工程の完了時から取出工程の終了時までの全ての期間において、外型１と圧粉成形体Ｂの下部との間にかかる接触応力を低減することができることが分かった。

特に、図７に示すように、取出工程の後期において、実施例１の外型１と圧粉成形体Ｂとの間にかかる接触応力が、比較例１の外型３０１と圧粉成形体Ｂとの間にかかる接触応力よりも大幅に低減することができていることが分かった。具体的には、実施例１において、取出工程の初期から後期に向かうにつれて、外型１と圧粉成形体Ｂとの間にかかる接触応力が増加する増加量が、比較例１において、取出工程の初期から後期に向かうにつれて、外型３０１と圧粉成形体Ｂとの間にかかる接触応力が増加する増加量の約３分の１程度に低減されていることが分かった。

次に、図８を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る金型１００の一例について説明する。図８に示す金型１００は、断面形状が３回対称である圧粉成形体Ｂを製造するための金型である。図８の上側に、当該金型１００の外型１の上面図を示し、図８の下側に、図８の上側のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視方向の当該金型１００の断面図を示す。

図８に示すように、外型１の貫通穴１Ａは上面視略円形であり、略等間隔に３つの突起部１Ｄを備える。突起部１Ｄは、外型１の径方向内側に向かって内壁から突出している。また、外型１の内壁面は、突起部１Ｄよりも細かく凹凸した凹凸面となっている。図８に示す金型１００は、例えば、クラッチハブの基材となる圧粉成形体Ｂを形成するための金型である。

外型１は、図８に示すように、貫通穴１Ａから径方向外側に向かって所定距離の範囲で平坦部１Ｅを備える。平坦部１Ｅの外縁の上面視の形状は、貫通穴１Ａの上面視の略円形形状と略相似となっている。すなわち、平坦部１Ｅの上面視の形状は、貫通穴１Ａを囲む円周形状の帯状である。そして、外型１は、平坦部１Ｅの径方向外側に切り欠き部１Ｂを備えている。なお、切り欠き部１Ｂは、外型１の上端から、成形完了した圧粉成形体Ｂの上端面に相当する位置までの範囲に設けられている。

次に、図９を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る金型１００の他の一例について説明する。図９に示す金型１００は、断面形状が線対称である圧粉成形体Ｂを製造するための金型である。図９の上側に、当該金型１００の外型１の上面図を示し、図９の下側に、図９の上側のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視方向の当該金型１００の断面図を示す。

図９に示すように、外型１の貫通穴１Ａは、上面視において、外型１の中心を通る図９の左右に延びる対称軸に対して対称な形状である。図９に示す金型１００は、例えば、今ロッドの基材となる圧粉成形体Ｂを形成するための金型である。

外型１は、図９に示すように、貫通穴１Ａから径方向外側に向かって所定距離の範囲で平坦部１Ｅを備える。平坦部１Ｅの外縁の上面視の形状は、貫通穴１Ａの上面視の形状と略相似となっている。すなわち、平坦部１Ｅの上面視の形状は、貫通穴１Ａを囲む帯状である。そして、外型１は、平坦部１Ｅの径方向外側に切り欠き部１Ｂを備えている。なお、切り欠き部１Ｂは、外型１の上端から、成形完了した圧粉成形体Ｂの上端面に相当する位置までの範囲に設けられている。

図８、図９に示すように、成形する圧粉成形体Ｂの形状に合わせて、外型１に切り欠き部１Ｂを設けることにより、様々な形状の圧粉成形体Ｂを成形することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、１０、３０１ 外型
１Ａ、１０Ａ、３０１Ａ 貫通穴
１Ｂ 切り欠き部
１Ｄ 突起部
１Ｅ 平坦部
１０Ｂ 外型の上端側の部位
１０Ｃ 外型の下端側の部位
２、３０２ 上型
３、３０３ 下型
１００、２００、３００ 金型
Ｐ 金属粉末
Ｂ 圧粉成形体
ＡＸ 貫通穴の軸

Claims (1)

1. 上下方向に貫通する貫通穴を有し、上下いずれかの方向に移動可能な外型と、上型と、下型と、を備える金型を用いて、
   前記貫通穴に前記下型を嵌入し、充填領域を形成する充填領域形成工程と、
   金属粉末を前記充填領域に充填する充填工程と、
   前記貫通穴に前記上型を嵌入し、前記金属粉末を圧縮して、圧粉成形体を形成する圧縮工程と、
   前記圧粉成形体を前記金型から取り出す取出工程と、を備える圧粉成形体の製造方法であって、
   前記取出工程において、前記外型は、前記圧粉成形体に対して相対的に、上下方向に移動し、
   前記取出工程において前記外型を移動させる方向における前記外型の後端側の部位の径方向の剛性が、前記取出工程において前記外型を移動させる方向における前記外型の前端側の部位の径方向の剛性よりも小さい、圧粉成形体の製造方法。

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