JP2020117775A - Method and apparatus for manufacturing ferrous sintered body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄系焼結体の製造方法及び製造装置に関し、特に鉄系焼結体を効果的に矯正するための技術に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an iron-based sintered body, and particularly to a technique for effectively correcting an iron-based sintered body.
ギヤなどの複雑な形状を有する部品の製造方法として、ニアネットシェイプの観点から焼結を利用した製法(粉末冶金法)が注目されている。この製法は、金属粉末を所定の形状に圧縮成形した後、金属の種類に応じた温度に加熱することで焼結体を形成するものである。例えば、強度や耐摩耗性などが必要とされる部品については、鉄を主成分とし、炭素を所定量含有した組成の金属粉末を圧粉成形し、焼結した後、焼入れ及び焼き戻しを施すことにより、要求仕様を満足する部品が製造されている。また、近年では、焼結後の冷却を利用して焼入れを行う、いわゆるシンターハードニング(焼結焼入れ)に関する技術も開発されている。 As a method of manufacturing a component having a complicated shape such as a gear, a manufacturing method utilizing powder (powder metallurgy method) has attracted attention from the viewpoint of near net shape. In this manufacturing method, a metal powder is compression-molded into a predetermined shape and then heated to a temperature according to the type of metal to form a sintered body. For example, for parts requiring strength and wear resistance, metal powder having a composition containing iron as a main component and containing a predetermined amount of carbon is compacted, sintered, and then quenched and tempered. As a result, parts satisfying the required specifications are manufactured. Further, in recent years, a technique related to so-called sintering hardening (sinter hardening) in which quenching is performed by utilizing cooling after sintering has been developed.
ところで、この種の焼結部品においては、焼結後の変形により、形状精度が悪化することが問題となっている。例えばギヤなど薄板状の焼結部品の場合、その平面度が悪化することが分かっている。この対策として、従来、多数の矯正方法が提案されている。 By the way, in this kind of sintered part, there is a problem that the shape accuracy is deteriorated due to the deformation after sintering. For example, in the case of a thin plate-shaped sintered component such as a gear, the flatness thereof is known to deteriorate. As a countermeasure against this, many correction methods have been conventionally proposed.
例えば特許文献1には、鉄系焼結体の焼結処理後であって焼入れ処理前に、300〜600度に加熱した鉄系焼結体にサイジングを施す技術が開示されている。また、特許文献2には、焼結部品を所定温度に加熱することでオーステナイト化し、急冷すると共に、急冷の途中で焼結部品を金型で拘束してサイジングすることにより、焼入れしながら矯正を行う技術が開示されている。また、特許文献3には、焼入れ後の焼結体を100〜550度に再加熱し、高温状態の焼結体を金型で拘束することにより矯正を行う技術が開示されている。
For example,
しかしながら、特許文献1に記載の方法だと、矯正を行った後に焼入れ等の熱処理を施すことになるため、当該熱処理により再び焼結体が変形するおそれが生じる。特許文献2に記載の方法によれば、矯正がなされた焼入れ焼結体を得ることができるが、焼入れの後に焼き戻し等の熱処理を追加で行う場合には、再び焼結体が変形するおそれが生じる。特許文献3に記載の方法であれば、焼入れ後の焼結体に熱処理(焼き戻し等)を施しながら焼結体の矯正を行うことができるが、焼結体の形状によっては、要求されるレベルにまで矯正することが難しい問題がある。特に、焼結体が薄板状をなす場合には、熱処理後の反りが顕著となるため、今まで以上に有効な矯正技術が求められているのが現状である。
However, according to the method described in
以上の実情に鑑み、本明細書では、焼入れ後の熱処理の有無に関わらず、優れた矯正効果を鉄系焼結体に付与でき、これにより各種機械特性に優れかつ形状精度にも優れた鉄系焼結体を得ることを、解決すべき技術課題とする。 In view of the above circumstances, in the present specification, regardless of the presence or absence of heat treatment after quenching, it is possible to impart an excellent straightening effect to the iron-based sintered body, which makes it possible to obtain iron having excellent mechanical properties and excellent shape accuracy. Obtaining a system sintered body is a technical problem to be solved.
前記課題の解決は、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法によって達成される。すなわち、この製造方法は、鉄系粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形し、焼結することで得られた鉄系焼結体を金型で拘束することで鉄系焼結体の矯正を行う矯正工程を備えた鉄系焼結体の製造方法において、矯正工程で、鉄系焼結体を100度未満にし、金型を加熱により鉄系焼結体よりも高温にした状態で、鉄系焼結体を金型で拘束する点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「主成分」は、原料粉末に含まれる粉末の中で最も含有比が高い粉末を指す。この場合、鉄系粉末を主成分とする原料粉末には、鉄系粉末のみからなる原料粉末も含まれる。 The solution to the above problem is achieved by the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention. That is, this manufacturing method corrects the iron-based sintered body by restraining the iron-based sintered body obtained by compressing and sintering the raw material powder containing iron-based powder as the main component with the mold. In the method for manufacturing an iron-based sintered body having a straightening step of performing, in the straightening step, the temperature of the iron-based sintered body is less than 100 degrees, and the mold is heated to a temperature higher than that of the iron-based sintered body. It is characterized in that the iron-based sintered body is constrained by a mold. The “main component” here refers to the powder with the highest content ratio among the powders contained in the raw material powder. In this case, the raw material powder containing iron-based powder as a main component also includes the raw material powder made of only iron-based powder.
本発明者らは、鉄系焼結体の温度と拘束用金型の温度が矯正効果に及ぼす影響について鋭意検討した結果、焼入れが施された状態の鉄系焼結体の温度を100度未満とし、上記金型の温度を鉄系焼結体の温度よりも高温にした状態で上記金型による鉄系焼結体の矯正を行った場合に、非常に優れた矯正効果を得ることを見出した。本発明は、上記知見に基づきなされたもので、100度未満の状態にある鉄系焼結体を、加熱により鉄系焼結体よりも高温にした状態の金型で拘束することにより、従来よりも優れた矯正効果を得ることができる。また、鉄系焼結体を相対的に低温とし、金型を加熱により相対的に高温にした状態で鉄系焼結体を拘束するのであれば、金型の温度を制御することで(例えば所定の温度を一定時間保持することで)、比較的容易に焼入れ以外の熱処理を矯正と同時に施すことができる。よって、焼入れ後の熱処理によって鉄系焼結体が再び変形する事態を回避して、優れた形状精度を維持することができる。以上より、本発明によれば、各種機械特性に優れ、かつ形状精度に優れた鉄系焼結体を得ることが可能となる。 As a result of diligent study on the influence of the temperature of the iron-based sintered body and the temperature of the restraining die on the straightening effect, the inventors have found that the temperature of the iron-based sintered body in the quenched state is less than 100 degrees. And, it was found that when the iron-based sintered body is straightened by the die in a state where the temperature of the die is higher than the temperature of the iron-based sintered body, a very excellent straightening effect is obtained. It was The present invention was made on the basis of the above-mentioned findings, and by binding an iron-based sintered body in a state of less than 100 degrees with a die in a state of being heated to a higher temperature than the iron-based sintered body by heating, It is possible to obtain a better correction effect. Further, if the iron-based sintered body is restrained in a state where the iron-based sintered body is set to a relatively low temperature and the die is heated to a relatively high temperature, the temperature of the die can be controlled (for example, By holding a predetermined temperature for a certain period of time, it is relatively easy to perform heat treatment other than quenching at the same time as straightening. Therefore, it is possible to avoid the situation where the iron-based sintered body is deformed again by the heat treatment after quenching, and it is possible to maintain excellent shape accuracy. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an iron-based sintered body that is excellent in various mechanical characteristics and is excellent in shape accuracy.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、金型の温度と鉄系焼結体の温度との差を200度以上としてもよい。 In the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the difference between the temperature of the mold and the temperature of the iron-based sintered body may be 200 degrees or more.
このように、金型の温度と鉄系焼結体の温度との差を200度以上にした状態で矯正工程を実施することにより、さらに優れた矯正効果を得ることができる。上記構成は、熱処理後の変形量が大きい場合に特に有効である。 As described above, by performing the straightening step in a state where the difference between the temperature of the mold and the temperature of the iron-based sintered body is 200 degrees or more, a more excellent straightening effect can be obtained. The above configuration is particularly effective when the amount of deformation after heat treatment is large.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、鉄系焼結体の温度を常温としてもよい。なお、ここでいう常温とは、JIS 8703に準拠し、摂氏5度以上でかつ35度以下の範囲における所定の温度を指すものとする。 In the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the temperature of the iron-based sintered body may be room temperature. In addition, the normal temperature referred to herein means a predetermined temperature in the range of 5 degrees Celsius or more and 35 degrees Celsius or less according to JIS 8703.
このように、鉄系焼結体の温度を常温にした状態で矯正工程を実施することによって、さらに優れた矯正効果を得ることができる。 As described above, by performing the straightening step in a state where the temperature of the iron-based sintered body is room temperature, a further excellent straightening effect can be obtained.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、金型の温度を400度未満としてもよい。 In the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the temperature of the mold may be less than 400 degrees.
このように、拘束用金型の温度を400度未満とした状態で矯正工程を実施することによって、例えば焼入れ後に行う焼き戻し等の熱処理による硬度の低下を可及的に抑制しつつ、優れた矯正効果を得ることが可能となる。 In this way, by performing the straightening step in a state where the temperature of the restraining mold is less than 400 degrees, it is possible to suppress the decrease in hardness due to heat treatment such as tempering performed after quenching as much as possible, and it is excellent. It is possible to obtain a correction effect.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、金型による拘束時間を1分以上でかつ20分以下としてもよい。 Further, in the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the constraint time by the mold may be 1 minute or more and 20 minutes or less.
このように、金型による鉄系焼結体の拘束時間を1分以上とすることで、鉄系焼結体に対する優れた矯正効果を安定的に得ることができる。一方、拘束時間が20分を超えても、矯正効果にそれほど違いはないため、生産性の観点からは最大で20分に留めることが好ましい。 Thus, by setting the holding time of the iron-based sintered body by the mold to 1 minute or more, an excellent straightening effect on the iron-based sintered body can be stably obtained. On the other hand, even if the restraint time exceeds 20 minutes, there is not much difference in the correction effect, so from the viewpoint of productivity, it is preferable to limit it to 20 minutes at the maximum.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、鉄系焼結体に対して焼き戻し処理を施す焼き戻し工程をさらに備え、金型による拘束で鉄系焼結体を加熱することにより焼き戻し処理を施してもよい。 Further, in the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the method further comprises a tempering step of subjecting the iron-based sintered body to a tempering treatment, and heating the iron-based sintered body with restraint by a mold. A tempering process may be performed according to.
このように、金型による拘束で鉄系焼結体を加熱することにより焼き戻し処理を施すようにすれば、焼き戻しに伴って鉄系焼結体に生じる変形を矯正することができる。あるいは、焼き戻しに伴って鉄系焼結体に生じるはずの変形を抑止することができる。これにより、焼き戻し工程後においても鉄系焼結体に高い形状精度を付与することができる。もちろん、鉄系焼結体に対して矯正処理と同時に焼き戻し処理を施すことができるので、生産性の観点でも好適である。 In this way, if the tempering process is performed by heating the iron-based sintered body by restraining it with the mold, the deformation caused in the iron-based sintered body due to the tempering can be corrected. Alternatively, it is possible to suppress the deformation that should occur in the iron-based sintered body due to tempering. As a result, it is possible to provide the iron-based sintered body with high shape accuracy even after the tempering process. Of course, the iron-based sintered body can be subjected to the straightening treatment and the tempering treatment at the same time, which is also preferable from the viewpoint of productivity.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、矯正工程の前に、鉄系粉末を圧縮成形してなる圧粉成形体を焼結して鉄系焼結体を得る焼結工程と、焼結工程の後、鉄系焼結体に焼入れ処理を施す焼入れ工程とをさらに備えてもよい。あるいは、矯正工程の前に、鉄系粉末を圧縮成形してなる圧粉成形体を所定の温度にまで加熱して焼結すると共に、加熱後の冷却により焼入れ処理を施す焼結焼入れ工程をさらに備えてもよい。 Further, in the method for producing an iron-based sintered body according to the present invention, a sintering step for obtaining an iron-based sintered body by sintering a powder compact formed by compression-forming iron-based powder before the straightening step. And a quenching step of subjecting the iron-based sintered body to a quenching treatment after the sintering step. Alternatively, before the straightening step, a sinter-quenching step in which a powder compact formed by compression-molding an iron-based powder is heated to a predetermined temperature for sintering and a quenching process is performed by cooling after heating is further performed. You may prepare.
本発明は、焼入れが施された状態の鉄系焼結体に対して非常に優れた矯正効果を付与し得るものであることから、上述のように、矯正工程の前に焼結工程と焼入れ工程とを設けることで、あるいは焼結焼入れ工程を設けることで、強度等の各種機械特性に優れ、かつ形状精度にも優れた鉄系焼結体を量産することが可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is capable of imparting a very excellent straightening effect to an iron-based sintered body that has been subjected to quenching. Therefore, as described above, the sintering step and quenching are performed before the straightening step. By providing a step or by providing a sintering and hardening step, it becomes possible to mass-produce an iron-based sintered body that is excellent in various mechanical properties such as strength and is also excellent in shape accuracy.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、鉄系粉末は、鉄を主成分とし、かつ少なくとも炭素を含んでもよい。また、この場合、鉄系粉末は、炭素を0.3wt%以上でかつ1.0wt%以下含むものであってもよい。 In the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the iron-based powder may contain iron as a main component and at least carbon. Further, in this case, the iron-based powder may contain carbon in an amount of 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less.
このように、少なくとも炭素を含む鉄系粉末で鉄系焼結体を形成することによって、上述した焼入れ等の熱処理を十分に施すことができ、これにより強度等の各種機械特性優れた鉄系焼結体を得ることが可能となる。 As described above, by forming the iron-based sintered body with the iron-based powder containing at least carbon, the heat treatment such as the above-described quenching can be sufficiently performed, and thus, the iron-based firing excellent in various mechanical properties such as strength can be achieved. It becomes possible to obtain a union.
また、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法において、鉄系焼結体は薄板状をなすものであってもよい。また、この場合、鉄系焼結体はギヤであってもよい。 Further, in the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the iron-based sintered body may have a thin plate shape. Further, in this case, the iron-based sintered body may be a gear.
本発明は、特に薄板状をなす鉄系焼結体の矯正に有効であるから、鉄系焼結体が薄板状をなす場合、当該鉄系焼結体に本発明に係る矯正工程を施すことにより、非常に優れた矯正効果を得ることが可能となる。 The present invention is particularly effective for straightening an iron-based sintered body having a thin plate shape. Therefore, when the iron-based sintered body has a thin plate shape, the iron-based sintered body is subjected to the straightening step according to the present invention. This makes it possible to obtain a very excellent correction effect.
また、前記課題の解決は、本発明に係る鉄系焼結体の製造装置によっても達成される。すなわち、この製造装置は、鉄系粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形し、焼結することで得られた鉄系焼結体を拘束することにより鉄系焼結体の矯正を行う矯正装置を備えた鉄系焼結体の製造装置において、矯正装置は、鉄系焼結体を拘束する金型と、金型を加熱する加熱部とを有し、かつ矯正装置は、鉄系焼結体を100度未満とし、金型を加熱部の加熱により鉄系焼結体よりも高温にした状態で、金型により鉄系焼結体を拘束可能に構成されている点をもって特徴付けられる。 The solution to the above-mentioned problems can also be achieved by the apparatus for producing an iron-based sintered body according to the present invention. That is, this manufacturing apparatus corrects the iron-based sintered body by restraining the iron-based sintered body obtained by compression molding and sintering the raw material powder containing iron-based powder as the main component. In an iron-based sintered body manufacturing apparatus including a device, the straightening device has a die for constraining the iron-based sintered body and a heating unit for heating the die, and the straightening device is an iron-based sintered body. It is characterized by the fact that the iron-based sintered body can be restrained by the mold in a state where the bonded body is less than 100 degrees and the mold is heated to a temperature higher than that of the iron-based sintered body by heating in the heating section. ..
本発明に係る製造装置によれば、本発明に係る製造方法と同様に、従来よりも優れた矯正効果を得ることができる。また、鉄系焼結体を相対的に低温とし、金型を加熱部の加熱により相対的に高温にした状態で鉄系焼結体を拘束するのであれば、金型の温度を制御することで、比較的容易に焼入れ以外の熱処理を矯正と同時に施すことができる。よって、焼入れ後の熱処理によって鉄系焼結体が再び変形する事態を回避して、優れた形状精度を維持することができる。以上より、本発明によれば、各種機械特性に優れ、かつ形状精度に優れた鉄系焼結体を得ることが可能となる。 According to the manufacturing apparatus of the present invention, as in the manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain a correction effect superior to the conventional one. In addition, if the iron-based sintered body is kept at a relatively low temperature and the iron-based sintered body is constrained while the die is heated to a relatively high temperature by heating the heating section, the temperature of the die should be controlled. Thus, heat treatment other than quenching can be relatively easily applied simultaneously with straightening. Therefore, it is possible to avoid the situation where the iron-based sintered body is deformed again by the heat treatment after quenching, and it is possible to maintain excellent shape accuracy. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an iron-based sintered body that is excellent in various mechanical characteristics and is excellent in shape accuracy.
以上述べたように、本発明によれば、焼入れ後の熱処理の有無に関わらず、優れた矯正効果を鉄系焼結体に付与でき、これにより各種機械特性に優れかつ形状精度にも優れた鉄系焼結体を得ることが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to impart an excellent straightening effect to the iron-based sintered body regardless of the presence or absence of heat treatment after quenching, and thus excellent in various mechanical characteristics and also in shape accuracy. It is possible to obtain an iron-based sintered body.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る熱処理工程の全体の流れを示すフローチャートである。図1に示すように、本発明に係る熱処理工程は、鉄系粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形する成形工程S1と、圧縮成形により得られた圧粉成形体に焼結処理を施す焼結工程S2と、焼結処理により得られた鉄系焼結体に焼入れ処理を施す焼入れ工程S3と、焼入れ処理が施された鉄系焼結体に矯正処理を施す矯正工程S4と、焼入れ処理が施された鉄系焼結体に焼き戻し処理を施す焼き戻し工程S5と、矯正処理及び焼き戻し処理が施された鉄系焼結体に仕上げ加工を施す仕上げ加工工程S6とを備える。仕上げ加工工程S6では研磨やショットピーニングなど一又は複数の機械加工が施される。もちろん、仕上げ加工工程S6は省略することも可能である。また、図示は省略するが、必要に応じて、焼入れ工程S3と焼き戻し工程S5の後にそれぞれ、洗浄工程と検査工程とを設けてもよい。 FIG. 1 is a flowchart showing the overall flow of a heat treatment process according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the heat treatment step according to the present invention, a molding step S1 of compressing and molding a raw material powder containing an iron-based powder as a main component, and a sintering treatment of a powder compact obtained by compression molding. Sintering step S2, quenching step S3 of performing a quenching treatment on the iron-based sintered body obtained by the sintering treatment, straightening step S4 of performing a straightening treatment on the quenched iron-based sintered body, and quenching A tempering step S5 of tempering the iron-based sintered body that has been subjected to the treatment and a finishing step S6 of finishing the iron-based sintered body that has been subjected to the straightening treatment and the tempering treatment are provided. In the finishing process S6, one or a plurality of machining processes such as polishing and shot peening are performed. Of course, the finishing step S6 can be omitted. Although illustration is omitted, if necessary, a cleaning step and an inspection step may be provided after the quenching step S3 and the tempering step S5, respectively.
図2は、図1に示す矯正工程S4に使用する矯正装置10及びその周辺構成を示す図である。この矯正装置10は、搬送路11上を所定の方向に搬送される複数のワーク(すなわち鉄系焼結体1)に対して矯正処理を施すように構成されたもので、金型15a,15b(後述する図3を参照)による鉄系焼結体1の拘束を可能としている。本実施形態では、矯正装置10よりも搬送路11の上流側に、鉄系焼結体1の温度を調整する温度調整室12が配設されている。また、本実施形態では、矯正装置10は、鉄系焼結体1に焼き戻し処理を施すための加熱を行う加熱装置を兼ねており、矯正装置10よりも搬送路11の下流側には鉄系焼結体1に焼き戻し処理を施すための冷却を行う冷却装置13が配設されている。以下、まず矯正装置10の構成を中心に説明し、次いで、この矯正装置10を用いた矯正工程S4及び焼き戻し工程S5の一例を説明する。
FIG. 2 is a diagram showing the straightening
ここで、対象となる鉄系焼結体1の形状は原則として任意であり、例えば円盤状(中央の穴の有無は問わない)など薄板状をなすものであってもよい。また、鉄系焼結体1を構成する原料粉末の組成についても原則任意であり、例えば炭素を所定の割合(0.3wt%以上でかつ1.0wt%)含む鉄系粉末を主成分として含む粉末組成を挙げることができる。もちろん、鉄系粉末のみで原料粉末を構成してもよい。また、用途の面から見た鉄系焼結体1の種類についても任意であり、例えばギヤなど、相対的に高い強度や硬度、じん性(疲労強度)などが求められる用途に用いられる機械部品が対象となり得る。
Here, the target iron-based
矯正装置10は、図3に示すように、鉄系焼結体1を上下方向から挟持し、拘束するための一対の金型15a,15bと、一対の金型15a,15bとそれぞれ接する一対の加熱部16a,16bとを有する。本実施形態では、下側の金型15aと下側の加熱部16aがともに固定型17aに固定されると共に、上側の金型15bと上側の加熱部16bがともに可動型17bに固定されている。これにより、図示しない駆動装置により可動型17bを昇降することにより、可動型17bに固定された上側の金型15bと上側の加熱部16bが昇降するようになっている。
As shown in FIG. 3, the straightening
また、本実施形態では、矯正装置10は、各加熱部16a,16bの金型15a,15bと反対の側に一対の断熱部18a,18bをさらに備えると共に、各加熱部16a,16bを冷却する一対の冷却部19a,19bをさらに備える。これにより、各金型15a,15bはそれぞれ対応する加熱部16a,16bにより所定の温度に加熱され得ると共に、断熱部18a,18bにより各金型15a,15bの温度を保持し得る。また、各冷却部19a,19bにより対応する各金型15a,15bを冷却し得る。また、この場合、矯正装置10は、各加熱部16a,16bと各冷却部19a,19bを制御する制御部20をさらに有する。これにより、各金型15a,15bの温度を制御可能としている。
In addition, in the present embodiment, the straightening
なお、図3では、各加熱部16a,16bは、金属製の加熱用プレート16a1,16b1と、各加熱用プレート16a1,16b1に埋設される一又は複数のカートリッジヒータ16a2,16b2とを有する場合を例示しているが、もちろんこれ以外の構成を採ってもかまわない。同様に、図3では、各冷却部19a,19bは、金属製の冷却用プレート19a1,19b1と、各冷却用プレート19a1,19b1に埋設される冷水管19a2,19b2とを有する場合を例示しているが、もちろんこれ以外の構成を採ってもかまわない。
In addition, in FIG. 3, each
また、本実施形態では、鉄系焼結体1の搬送路11が水平方向に伸び、矯正装置10を構成する一対の金型15a,15b間を通過するように構成されているが(図3を参照)、もちろん、鉄系焼結体1の搬送態様はこれには限られない。例えば図示は省略するが、搬送路11が、鉄系焼結体1を水平方向に搬送する第一搬送路と、第一搬送路の下流端から鉄系焼結体1を上昇させる第二搬送路と、第二搬送路の下流端から水平方向に鉄系焼結体1を搬送する第三搬送路と、第三搬送路の下流端から鉄系焼結体1を下降させる第四搬送路、及び第四搬送路の下流端から鉄系焼結体1を水平方向に搬送する第五搬送路とで構成されてもよい。また、鉄系焼結体1を搬送路11に沿って搬送するための手段としては任意であり、例えば図示は省略するが、コンベア、あるいは動力シリンダ(油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ)などを採用することができる。
Further, in the present embodiment, the conveying
また、搬送路11上の鉄系焼結体1を一対の金型15a,15b間に導入及び排出するための手段についても任意であり、例えば図示は省略するが、搬送路11上の鉄系焼結体1を下流側に向けて押出す押出し装置や、搬送路11上の鉄系焼結体1を下流側に向けて引込む引込み装置を採用することができる。あるいは、同じく図示は省略するが、搬送路11上の鉄系焼結体1をピックアップして一対の金型15a,15b間に導入すると共に、一対の金型15a,15b間から鉄系焼結体1を取出して搬送路11上に復帰させるためのロボットアームを採用してもよい。
Further, means for introducing and discharging the iron-based
以上の構成を有する矯正装置10は、搬送路11の上流側と下流側とで、温度調整室12及び冷却装置13とそれぞれ隣接している(図2を参照)。これにより、温度調整室12から搬出された鉄系焼結体1が矯正装置10内に搬入され、矯正装置10から搬出された鉄系焼結体1が冷却装置13内に搬入されるようになっている。
The straightening
温度調整室12は、搬入された鉄系焼結体1を所定の温度に調整するための装置であり、温度調整の方式に応じた装置構成をとる。例えば空調により温度調整を行う場合、ともに図示しない制御部により空調装置を制御して、温度調整室12内の温度を100度未満に調整する。本実施形態では、温度調整室12内の温度を常温(5〜35度)の範囲における所定の温度(例えば20度)に調整し、焼入れ工程S3を経て温度調整室12内に搬入された鉄系焼結体1の温度を上記所定の温度に調整可能としている。なお、図3に示す矯正装置10の制御部20で、矯正装置10に隣接する温度調整室12内の温度を調整してもよい。この場合、制御部20は、一対の金型15a,15bの温度と、一対の金型15a,15b間に導入される直前の鉄系焼結体1の温度の双方を制御し得る。
The
冷却装置13は、矯正装置10により加熱された鉄系焼結体1を冷却するための装置であり、冷却の方式に応じた装置構成をとる。例えば空冷であれば冷却装置13の内部空間は図示しない空調装置により所定の雰囲気温度に管理されており、冷却装置13内に搬入された鉄系焼結体1が所定の冷却速度で所定の温度まで冷却される。あるいは、水冷であれば冷却装置13は図示しない冷却液の液槽を有しており、冷却装置13内に搬入された鉄系焼結体1を冷却液中に浸漬することで所定の冷却速度で所定の温度まで冷却される。
The
次に、本発明に係る鉄系焼結体1の製造方法の一例を、上記構成の矯正装置10を用いた鉄系焼結体1の矯正工程S4と焼き戻し工程S5を中心に説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the iron-based
(S1)成形工程
この工程では、まず上述した組成の鉄系粉末を主成分とする原料粉末を図示しない成形装置に供給し、加圧する。これにより上記原料粉末を圧縮成形し、所定形状の圧粉成形体を得る。
(S1) Molding Step In this step, first, a raw material powder containing iron-based powder having the above-mentioned composition as a main component is supplied to a molding device (not shown) and pressurized. Thus, the raw material powder is compression-molded to obtain a green compact having a predetermined shape.
(S2)焼結工程
続いて、成形工程S1で得られた圧粉成形体を図示しない焼結装置に供給し、所定の加熱処理を施すことで、焼結体(鉄系焼結体1)を得る。この際、加熱温度は、原料粉末(通常、主成分となる鉄系粉末)の焼結温度の範囲で設定される。
(S2) Sintering Step Subsequently, the powder compact obtained in the molding step S1 is supplied to a sintering device (not shown) and subjected to a predetermined heat treatment, thereby obtaining a sintered body (iron-based sintered body 1). To get At this time, the heating temperature is set within the range of the sintering temperature of the raw material powder (usually the iron-based powder that is the main component).
(S3)焼入れ工程
この工程では、焼結工程S2で得られた鉄系焼結体1を図示しない焼入れ装置(加熱装置、冷却装置)に供給し、所定の温度履歴で加熱及び冷却することにより焼入れ処理を施す。この時点で、鉄系焼結体1によっては、焼入れ処理に伴う変形が生じる。
(S3) Quenching Step In this step, the iron-based
(S4)矯正工程
(S5)焼き戻し工程
上述のようにして焼入れ処理が施された状態の鉄系焼結体1を得た後、この鉄系焼結体1に矯正処理を施す。本実施形態では、矯正処理と併せて焼き戻し処理を施す。具体的には、図2に示すように、焼入れ処理が施された状態の鉄系焼結体1を搬送路11に沿って搬送し、矯正装置10とその上流側で隣接する温度調整室12内に搬入する。ここで温度調整室12内の温度を100度未満(例えば常温)に調整しておき、かつこの雰囲気温度下に鉄系焼結体1を所定時間の間、保持することで、搬入された鉄系焼結体1の温度が100度未満の状態となる。温度が100度未満の状態となった鉄系焼結体1は搬送路11の下流側で温度調整室12と隣接する矯正装置10内に搬入される。
(S4) Straightening step (S5) Tempering step After obtaining the iron-based
矯正装置10内に搬入された鉄系焼結体1は、上述した所定の手段により一対の金型15a,15b間(図3を参照)に導入される。一対の金型15a,15b間に導入された時点における鉄系焼結体1の温度は、温度調整室12を搬出した時点の温度と実質的に等しい(ほとんど変わらない)ことから、鉄系焼結体1は、100度未満の温度の状態で一対の金型15a,15b間に導入される。この際、制御部20により矯正装置10の各加熱部16a,16bが加熱され、鉄系焼結体1の温度よりも高温の状態とされる。具体的には、各金型15a,15bは、鉄系焼結体1の温度と比べて200度以上高い温度(例えば250度以上でかつ350度以下の範囲における所定の温度)に加熱された状態にある。なお、本実施形態のように、矯正工程S4と焼き戻し工程S5を同時に実施する場合、各金型15a,15bの温度は、十分な矯正効果が期待できる範囲内であって、かつ焼き戻しによる各種機械特性の向上が見込まれる範囲内(例えば270度以上でかつ320度以下)で設定されるのがよい。
The iron-based
上述のように鉄系焼結体1と金型15a,15bの温度調整を行った状態で、図示しない駆動装置により可動型17bを下降させる。これにより、可動型17bと共に上側の金型15bが下側の金型15aに接近し、これら一対の金型15a,15b間に導入された状態の鉄系焼結体1を上下方向から挟持する。この際、例えば鉄系焼結体1に対する加圧力を調整することにより、鉄系焼結体1を所定の加圧力で拘束する。そして、この拘束状態を一定時間(例えば1〜20分の範囲における所定の時間)の間保持する。これにより、鉄系焼結体1の変形が矯正される。これにより、鉄系焼結体1に対する矯正処理が完了する。また、本実施形態では、一対の金型15a,15bにより鉄系焼結体1が焼き戻し可能な温度にまで加熱される(焼き戻し工程S5の加熱工程)。然る後、可動型17bを上昇させて一対の金型15a,15bを互いに離れる向きに移動させ、鉄系焼結体1を一対の金型15a,15b間から上述した所定の手段で排出する。なお、上述のように保持している間、例えば各金型15a,15bの温度が一定となるよう制御部20による温度制御が行われる。もちろん、矯正や焼き戻しの結果に悪影響を及ぼさない範囲で温度を変動させてもかまわない。
With the temperature of the iron-based
上述のように一対の金型15a,15b間から排出された鉄系焼結体1に対して、本実施形態では、冷却を行う(焼き戻し工程S5の冷却工程)。具体的には、図2に示すように、搬送路11上に復帰した鉄系焼結体1を下流側に搬送して、矯正装置10から搬出すると共に冷却装置13内に搬入する。冷却装置13内では、所定の冷却速度で矯正開始時の温度(100度以下、ここでは常温)にまで冷却される。これにより、鉄系焼結体1に対する焼き戻し処理が完了する。焼き戻し処理が完了した鉄系焼結体1は、搬送路11上を下流側に搬送され、冷却装置13から搬出される。
In the present embodiment, the iron-based
(S6)仕上げ加工工程
冷却装置13から搬出された鉄系焼結体1は、次工程である仕上げ加工工程S6へ搬送される。そして、仕上げ加工工程S6で、研磨やショットピーニングなどの機械加工が施され、鉄系焼結体1が最終的な製品に即した性状(例えば硬度、表面粗さ、形状精度など)に仕上げられる。以上のようにして、多数の鉄系焼結体1が連続的に製造される。
(S6) Finishing Step The iron-based
以上述べたように、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法によれば、矯正工程S4において、100度未満の状態にある鉄系焼結体1を、加熱により鉄系焼結体1よりも高温にした状態の金型15a,15bで拘束することにより、従来よりも優れた矯正効果を得ることができる。また、鉄系焼結体1を相対的に低温とし、金型15a,15bを加熱により相対的に高温にした状態で鉄系焼結体1を拘束する場合、金型15a,15bの温度を制御部20により制御することで、比較的容易に焼入れ以外の熱処理である焼き戻し工程S5を矯正工程S4と同時に施すことができる。よって、焼入れ工程S3後の熱処理によって鉄系焼結体1が再び変形する事態を回避して、優れた形状精度を維持することができる。以上より、本発明によれば、各種機械特性に優れ、かつ形状精度に優れた鉄系焼結体1を得ることが可能となる。
As described above, according to the method for manufacturing an iron-based sintered body according to the present invention, the iron-based
また、本実施形態では、鉄系焼結体1の温度を常温とし、かつ金型15a,15bの温度と鉄系焼結体1の温度との差を200度以上とした状態で、鉄系焼結体1を拘束するようにしたので、さらに優れた矯正効果を得ることができる。特に、鉄系焼結体1が薄板状をなし、焼入れ処理により大きな反りを生じる場合など、熱処理後の変形量が大きい場合に有効となる。
In the present embodiment, the temperature of the iron-based
また、本実施形態では、鉄系焼結体1に対して焼き戻し処理を施す焼き戻し工程S5をさらに備え、矯正装置10の金型15a,15bによる拘束で鉄系焼結体1を加熱することにより焼き戻し処理を施すようにした。これにより、焼き戻しに伴って鉄系焼結体1に生じる変形を一対の金型15a,15bで矯正することができる。あるいは、焼き戻しに伴って鉄系焼結体1に生じるはずの変形を一対の金型15a,15bで抑止することができる。これにより、焼き戻し工程S5後においても鉄系焼結体1に高い形状精度を付与することができる。もちろん、鉄系焼結体1に対して矯正処理と同時に焼き戻し処理を施すことができるので、生産性の観点でも好ましい。
In addition, in the present embodiment, a tempering step S5 for performing a tempering process on the iron-based
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明に係る鉄系焼結体の製造方法及び製造装置は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the manufacturing method and the manufacturing apparatus for an iron-based sintered body according to the present invention can have configurations other than the above without departing from the spirit of the invention.
図4は、本発明の他の実施形態に係る鉄系焼結体の製造方法の流れを示すフローチャートである。図4に示すように、この製造方法は、成形工程S1の後に、仮焼結工程S7と焼結焼入れ工程S8を設けた点において、図1に示す製造方法と相違する。具体的に、本実施形態では、成形工程S1で、鉄系粉末を主成分とする原料粉末の圧粉成形体を成形した後、この圧粉成形体を加熱して仮焼結処理を施す。この仮焼結工程S7では、原料粉末(鉄系粉末)の材質に応じて設定される焼結温度よりも低い温度で圧粉成形体に加熱を施す。これにより、以後のワーク(圧粉成形体)の取り扱い性が高められる。次いで、焼結焼入れ工程S8では、仮焼結処理が施された圧粉成形体を所定の温度にまで加熱して焼結すると共に、加熱後の冷却により焼入れを施す。これにより、焼入れが施された状態の鉄系焼結体1が得られる。
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of a method for manufacturing an iron-based sintered body according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, this manufacturing method differs from the manufacturing method shown in FIG. 1 in that a provisional sintering step S7 and a sintering and hardening step S8 are provided after the molding step S1. Specifically, in the present embodiment, in the molding step S1, a powder compact of a raw material powder containing iron-based powder as a main component is compacted, and then this compact is heated and subjected to temporary sintering treatment. In the temporary sintering step S7, the green compact is heated at a temperature lower than the sintering temperature set according to the material of the raw material powder (iron-based powder). As a result, the subsequent workability of the work (compacted powder compact) is improved. Next, in a sintering and quenching step S8, the green compact subjected to the temporary sintering treatment is heated to a predetermined temperature to be sintered, and is quenched by cooling after heating. As a result, the iron-based
本実施形態においても、矯正工程S4において、100度未満の状態にある鉄系焼結体1を、加熱により鉄系焼結体1よりも高温にした状態の金型15a,15bで拘束することにより、従来よりも優れた矯正効果を得ることができる。また、鉄系焼結体1を相対的に低温とし、金型15a,15bを加熱により相対的に高温にした状態で鉄系焼結体1を拘束する場合、金型15a,15bの温度を制御部20により制御することで、比較的容易に焼き戻し工程S5を矯正工程S4と同時に施すことができる。よって、焼結焼入れ工程S8後の熱処理によって鉄系焼結体1が再び変形する事態を回避して、優れた形状精度を維持することができる。以上より、本実施形態に係る製造方法及び製造装置においても、各種機械特性に優れ、かつ形状精度に優れた鉄系焼結体1を得ることが可能となる。また、本実施形態のように、焼結焼入れ工程S8により焼結処理の一部としての冷却を利用して焼入れ処理を施すことで、工程数の低減化を図ることができ、経済的である。
Also in the present embodiment, in the correcting step S4, the iron-based
なお、以上の説明では、矯正工程S4の前に、焼入れ工程S3又は焼結焼入れ工程S8を設けた場合を例示したが、もちろん本発明の適用対象はこれには限られない。結果として焼入れが施された状態の鉄系焼結体1と同等の性状を示す限りにおいて、任意の性状の鉄系焼結体に本発明に係る矯正工程S4を施すことが可能である。
In the above description, the case where the quenching step S3 or the sintering and quenching step S8 is provided before the straightening step S4 is illustrated, but the application of the present invention is not limited to this. As a result, it is possible to perform the straightening step S4 according to the present invention on the iron-based sintered body of any property as long as it exhibits the same properties as the iron-based
また、以上の説明では、何れの実施形態においても、矯正工程S4と焼き戻し工程S5とを同時に行う場合を例示したが、本発明はこれ以外の形態を採ることも可能である。要は、焼入れ工程S3(又は焼結焼入れ工程S8)と焼き戻し工程S5以外の熱処理工程を鉄系焼結体1に施す場合、当該熱処理工程を矯正工程S4と同時に行ってもよく、またその場合、図3等に示す矯正装置10を用いて上記熱処理の少なくとも一部を実施してもよい。もちろん、焼入れ後に何らの熱処理を施す必要がない場合には、矯正工程S4のみを単独で実施してもかまわない。
Further, in the above description, in any of the embodiments, the case where the straightening step S4 and the tempering step S5 are performed at the same time has been illustrated, but the present invention can take other forms. In short, when the iron-based
また、以上の説明では、矯正装置10とその上流側で隣接して温度調整室12を設け、この温度調整室12で矯正工程S4に供給される鉄系焼結体1の温度を100度未満に調整する場合を例示したが、もちろんこの形態には限定されない。例えば焼入れ工程S3に係る装置と矯正装置10との間に、鉄系焼結体1が常温又はその付近まで自然冷却されるのに十分な大きさの距離を有する場合、特に温度調整室12を設けることなく工程間搬送時の自然冷却で鉄系焼結体1の温度を100度未満にしてもよい。
Further, in the above description, the
また、以上の説明では、矯正装置10に、一対の金型15a,15bと接する加熱部16a,16bを設けて、この加熱部16a,16bの発熱により一対の金型15a,15bを加熱して、鉄系焼結体1の温度よりも高温にした場合を例示したが、もちろんこれ以外の加熱形態も採用可能である。例えば矯正装置10を覆うケーシング内の雰囲気を加熱することにより、一対の金型15a,15bを所定の温度に加熱してもよい。
Further, in the above description, the
また、焼入れ以外の熱処理工程(例えば焼き戻し工程S5)を施すに際し、以上の説明では、矯正装置10で焼き戻し工程S5の加熱処理を実施し、矯正装置10に隣接する冷却装置13で焼き戻し工程S5の冷却処理を実施した場合を例示したが、もちろんこれ以外の形態をとることも可能である。例えば図3に示す矯正装置10の冷却部19a,19bを利用して、一対の金型15a,15bを冷却し、これにより焼き戻し工程S5の冷却処理を矯正装置10内で実施してもよい。
Further, when performing a heat treatment step other than quenching (for example, tempering step S5), in the above description, the heat treatment of the tempering step S5 is performed by the straightening
以下、本発明に係る矯正効果を立証するための実験結果について説明する。 Hereinafter, experimental results for demonstrating the correction effect according to the present invention will be described.
≪試験片≫
本実施例では、中央に孔部を有する円盤状の鉄系焼結体を作製し、試験片として用いた。試験片の寸法は何れも、φ100(外径)×φ30(内径)×t6(厚み寸法)とした。下記の表1に示す組成の鉄系粉末を原料粉末として、圧粉成形した後、仮焼結及び焼結焼入れ処理を施すことで、上記寸法の鉄系焼結体を作製した。
In this example, a disk-shaped iron-based sintered body having a hole in the center was prepared and used as a test piece. The dimensions of all the test pieces were φ100 (outer diameter)×φ30 (inner diameter)×t6 (thickness dimension). The iron-based powder having the composition shown in Table 1 below was used as a raw material powder, which was pressed and then subjected to pre-sintering and sinter-quenching to produce an iron-based sintered body having the above size.
≪試験条件≫
試験装置には、図3に示す矯正装置10を用いた。また、表2に示すように、試験片の温度と、拘束用金型の温度との組み合わせを複数種類(ここでは3種類)用意し、それぞれの場合における矯正前後での変形量を測定した。なお、ここでいう変形量とは、図5に示すように、薄板状の試験片100の内径側端部101と定盤103とが接するように、試験片100を載置した状態における外径側端部102と定盤103との隙間hの大きさをいうものとする。また、拘束時の加圧力は何れも80ton、保持時間(拘束時の加圧力を付与し続けた時間)は何れも5分とした。
As the test device, the straightening
≪試験結果≫
矯正試験の結果を表2に示す。表2に示すように、試験片の温度を高温とし、金型の温度を低温とした場合(比較例4)、矯正効果は確認できなかった。また、試験片の温度を高温とし、かつ金型の温度も高温とした場合(比較例1〜3)、一定の矯正効果は認められたが、試験片の矯正前変形量が大きいほど矯正効果は小さかった。これに対して、試験片の温度を100度未満とし、金型の温度を高温とした場合(実施例1〜5)、非常に優れた矯正効果が認められた。特に矯正前変形量が大きい場合(実施例1〜4)に極めて優れた矯正効果が認められた。以上より、本発明の有用性が立証された。
≪Test result≫
The results of the straightening test are shown in Table 2. As shown in Table 2, when the temperature of the test piece was high and the temperature of the mold was low (Comparative Example 4), the straightening effect could not be confirmed. Further, when the temperature of the test piece was high and the temperature of the mold was also high (Comparative Examples 1 to 3), a certain straightening effect was observed, but the larger the pre-straightening deformation amount of the test piece, the straightening effect. Was small. On the other hand, when the temperature of the test piece was less than 100 degrees and the temperature of the mold was high (Examples 1 to 5), a very excellent straightening effect was observed. Particularly when the pre-correction deformation amount was large (Examples 1 to 4), an extremely excellent correction effect was recognized. From the above, the usefulness of the present invention was proved.
1 鉄系焼結体
10 矯正装置
11 搬送路
12 温度調整室
13 冷却装置
15a,15b 金型
16a,16b 加熱部
16a1,16b1 加熱用プレート
16a2,16b2 カートリッジヒータ
17a 固定型
17b 可動型
18a,18b 断熱部
19a,19b 冷却部
19a1,19b1 冷却用プレート
19a2,19b2 冷水管
20 制御部
100 試験片
101 内径側端部
102 外径側端部
103 定盤
h 隙間
S1 成形工程
S2 焼結工程
S3 焼入れ工程
S4 矯正工程
S5 焼き戻し工程
S6 仕上げ加工工程
S7 仮焼結工程
S8 焼結焼入れ工程
1 Iron-based
Claims (13)
前記矯正工程で、前記鉄系焼結体を100度未満とし、前記金型を加熱により前記鉄系焼結体よりも高温にした状態で、前記鉄系焼結体を前記金型で拘束することを特徴とする、鉄系焼結体の製造方法。 Equipped with a straightening step for straightening the iron-based sintered body by restraining the iron-based sintered body obtained by compressing and sintering the raw material powder containing iron-based powder as a main component with a mold. In the method of manufacturing the iron-based sintered body,
In the correction step, the iron-based sintered body is restrained by the mold while the iron-based sintered body is less than 100 degrees and the mold is heated to a temperature higher than that of the iron-based sintered body. A method for manufacturing an iron-based sintered body, comprising:
前記金型による拘束で前記鉄系焼結体を加熱することにより前記焼き戻し処理を施す請求項1〜5の何れか一項に記載の鉄系焼結体の製造方法。 Further comprising a tempering step of performing a tempering process on the iron-based sintered body,
The method for manufacturing an iron-based sintered body according to any one of claims 1 to 5, wherein the tempering treatment is performed by heating the iron-based sintered body with restraint by the mold.
前記矯正装置は、前記鉄系焼結体を拘束する金型と、前記金型を加熱する加熱部とを有し、かつ
前記矯正装置は、前記鉄系焼結体を100度未満とし、前記金型を前記加熱部の加熱により前記鉄系焼結体よりも高温にした状態で、前記金型により前記鉄系焼結体を拘束可能に構成されていることを特徴とする、鉄系焼結体の製造装置。 An iron-based system having a straightening device for straightening the iron-based sintered body by constraining the iron-based sintered body obtained by compression-molding and sintering raw material powder containing iron-based powder as a main component In the sintered body manufacturing equipment,
The straightening device has a mold for restraining the iron-based sintered body, and a heating unit for heating the mold, and the straightening device sets the iron-based sintered body to less than 100 degrees, and The iron-based sintered body is configured to be capable of restraining the iron-based sintered body by the die while the die is heated to a temperature higher than that of the iron-based sintered body by heating of the heating unit. Equipment for manufacturing unions.
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2019
- 2019-01-24 JP JP2019010314A patent/JP2020117775A/en active Pending
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