JP2022112155A - 粉末成形用金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイプレートが安定して配置されるとともに、ダイプレートの熱変形による作動不良が防止できる粉末成形用金型装置の提供。【解決手段】金型となるダイと、前記ダイを設けたダイプレートと、前記ダイプレートに設けられ、前記ダイを加熱する加熱手段と、下ブッシュを設けた下パンチプレートと、前記下ブッシュ内に挿入され、前記ダイプレートと、前記下パンチプレートとを相互に移動自在に連結するダイロッドと、前記ダイプレートにおいて、前記加熱手段よりも外側に設けられ、前記下パンチプレートに連結された下ガイドに嵌合する補助ダイロッドと、を備え、前記ダイの非加熱時には、前記ダイロッドと、前記下ブッシュとの間に隙間を有し、前記ダイロッドと前記下ブッシュとが接触しない状態で配置されており、前記補助ダイロッドに嵌合する前記下ガイドは、前記ダイプレートの非熱膨張方向に配置される粉末成形用金型装置。【選択図】図１

Description

本発明は、温間粉末成形に用いることができる粉末成形用金型装置に関する。

粉末冶金において、鉄などの金属を主成分とする原料粉末を加熱した状態で圧縮成形する温間粉末成形が広く用いられている。温間粉末成形では、ダイをヒータなどの加熱手段で加熱するが、加熱手段からの熱がダイプレートに伝わり、ダイプレート全体が熱膨張により変形してしまうことがあった。その結果、ダイプレートに接続するダイロッド（ガイドロッド）の上端位置が変動し、ダイロッドが嵌合する下ブッシュに早期にかじりが発生し、温間粉末成形に用いる金型装置（温間粉末成形用金型）に作動不良が発生する場合があった。

そこで、特許文献１では、熱変形を防止する手段として、ダイプレートのダイホルダーと、ダイプレートとの間に空気断熱層を設ける方法を開示している。

特開平１０－２０４５０４号公報

しかしながら、近年用いられる、ナノ結晶やアモルファス磁性粉末などの難成形粉末を成形する場合には、さらにダイを高温（例えば、４００～６００℃）に加熱する必要がある。このため、特許文献１に記載の方法により、空気断熱層により断熱するのみでは、ダイプレートの熱変形の防止が困難な場合があった。

また、粉箱等を装置に配置した場合、重量バランスの不均一が生じ、ダイプレートの傾きが発生することがあり、ダイと、他のパンチとの間にかじりが発生する場合があった。

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、ダイプレートが安定して配置されるとともに、ダイプレートの熱変形による作動不良が防止できる粉末成形用金型装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一態様は、金型となるダイと、前記ダイを設けたダイプレートと、前記ダイプレートに設けられ、前記ダイを加熱する加熱手段と、下ブッシュを設けた下パンチプレートと、前記下ブッシュ内に挿入され、前記ダイプレートと、前記下パンチプレートとを相互に移動自在に連結するダイロッドと、前記ダイプレートにおいて、前記加熱手段よりも外側に設けられ、前記下パンチプレートに連結された下ガイドに嵌合する補助ダイロッドと、を備え、前記ダイの非加熱時には、前記ダイロッドと、前記下ブッシュとの間に隙間を有し、前記ダイロッドと前記下ブッシュとが接触しない状態で配置されており、前記補助ダイロッドに嵌合する前記下ガイドは、前記ダイプレートの非熱膨張方向に配置されることを特徴とする粉末成形用金型装置である。

本発明に係る粉末成形用金型装置では、ダイロッドと、ダイロッドと嵌合する下ブッシュとの間に熱変形に対応した隙間（クリアランス）が予め設けられているため、早期にかじりが発生し、作動不良の原因となることを防ぐことができる。また、本発明に係る粉末成形用金型装置では、ダイロッドとは別に、特定の位置に配置された下ガイドに嵌合する補助ダイロッドを設置しているため、上記隙間を設けた場合であっても、ダイプレートが安定し、各プレートを円滑に作動できる。

また、前記ダイプレートにおいて、前記加熱手段と、前記補助ダイロッドの間に、断熱手段を設けることが好ましい。

なお、前記加熱手段、前記ダイロッド、および前記補助ダイロッドはそれぞれ、前記ダイの中心を軸として、軸対称に複数個ずつ設けられることが好ましい。

また、前記ダイロッドと、前記補助ダイロッドとは、前記ダイの中心を軸として、異なる半径方向であって、かつ同一の円周方向上にそれぞれ設けられることが好ましい。

さらに、前記下ガイドは、前記ダイの中心を軸とした円周方向に１つの前記補助ダイロッドに対して複数個設けられることが好ましい。

本発明によれば、ダイプレートが安定して配置されるとともに、ダイプレートの熱変形による作動不良が防止できる粉末成形用金型装置を提供できる。

本発明の粉末成形用金型装置の一実施形態における、（ａ）は部分平面図であり、（ｂ）は部分断面図である。 本発明の粉末成形用金型装置の一実施形態における、（ａ）は部分平面図であり、（ｂ）は部分断面図である。 本実施形態における、ダイロッドと、下ブッシュとの間に設けられる隙間部分を説明するための図であり、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその平面図である。 本実施形態における、補助ダイロッドと、下ガイドとの嵌合部分を説明するための図であり、（ａ）はダイプレートにおける補助ダイロッドの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す補助ダイロッドの嵌合部分の平面図であり、（ｃ）はその側面図である。 本実施形態における、補助ダイロッドと、下ガイドとの嵌合部分を説明するための図であり、（ａ）はダイプレートにおける補助ダイロッドの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す補助ダイロッドの嵌合部分の平面図であり、（ｃ）はその側面図である。

上述したように、ヒータなどの加熱手段でダイを加熱すると、ダイプレートへ熱が伝わり、ダイプレートが熱膨張する。これに対して何の対策も行わないと、ダイプレートに接続されるダイロッドと、ダイロッドと嵌合する下ブッシュは早期にかじりが発生し、作動不良が生じる場合があった。また、金型装置では、粉箱等によって、（例えば、前後方向の）重量バランスに不均一が生じる場合があり、それによって、ダイプレートが傾き、ダイと他のパンチとのかじりが発生する場合があった。

このため、特許文献１のように、加熱手段（具体的にはダイホルダー）と、ダイプレートとの間に断熱手段（具体的には空気断熱層）を配置して、上記熱膨張を防止する方法や、冷却媒体等を用いて、ダイプレートの熱変形を防止する方法が考えられる。しかし、前者の方法は、使用する粉末原料の種類（例えば、高温での成形が必要となる難成形粉末）によっては、上記熱膨張の防止には不十分な場合があった。また、後者の方法は、冷却管やその温度制御装置などを設ける必要があり、コストや設置面積の確保の観点からも実現が難しい場合があった。また、後者の方法において上記難成形粉末を用いた場合には、一層温度制御が困難となり、冷却効率の観点からダイプレートの熱変形がより大きくなってしまう可能性もあった。

一方、本発明に係る粉末成形用金型装置（以下、本装置と称することがある）では、ダイロッドと下ブッシュとが、ダイの加熱温度およびダイプレートの温度によって、かじりを発生しないように、適切な隙間（クリアランス）を予め設けられて設置されている。
さらに、本装置では、プレスと接続するダイロットとは別に、ダイプレート上に必要に応じて断熱材などの断熱手段を介して補助ダイロッド（別ダイロッド）を、例えば前後左右方向（図１（ａ）に示す紙面上下左右方向）に設ける。この際、補助ダイロッドは、特定の方向、具体的には、ダイプレートの非熱膨張方向にのみ下ガイドを配置することで、ダイの加熱時にも補助ダイロットと下ガイドとの間にかじりが発生することなく嵌合状態を保つことができる。したがって、本装置では、補助ダイロッドと下ガイドとの間には特に隙間を設ける必要がない。

本装置は、このように、金型冷却等の設備を用いることなく、低コストかつ単純な構造で、ダイプレートを安定して配置でき、さらに、ダイプレートの熱変形による作動不良を防止できる。さらに、本装置では、ダイの加熱によりダイプレートが熱変形して、きしみ、かじりや異常摩耗を生じることを防ぐことができ、装置寿命を延ばすことができ、さらに精度良く金型成形を行うことができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。ただし、本発明がこれらの実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、本明細書の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜粉末成形用金型装置＞
本発明に係る粉末成形用金型装置は、粉末原料を加熱した状態で圧縮成形する温間粉末成形に用いることができる。温間粉末成形は、粉末原料を加熱した状態で行うため、加熱していない状態と同じ圧力で加圧したとしても、圧粉体の密度および強度を高くでき、圧粉体の破損の防止や焼結前の機械加工が可能となる。温間粉末成形では、ダイを、ヒータなどを用いて加熱することで、粉末原料の温度低下を防止している。本装置では、用いる粉末原料の種類は特に限定されず、適宜選択でき、例えば、高温での成形が必要となる難成形粉末原料であっても好適に用いることができる。

本装置は、図１および図２に示すように、ダイ１と、ダイプレート２と、ヒータなどの加熱手段３と、ダイロッド４と、下パンチプレート５と、下ブッシュ６と、補助ダイロッド７と、下ガイド８とを備える。また、本装置は、断熱材９と、上ガイド１０と、ガイドポスト１１と、ダイ押え１２と、上パンチ１３と、ヨークプレート１４と、上パンチプレート１７とを備えることもできる。さらに、本装置は、符号１５および１６部分に、部品形状に合わせた上パンチおよび下パンチをそれぞれ配置できる。なお、図１および図２は、本装置の一実施形態を示す図であり、（ａ）はその部分平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示す線Ａ－Ａで切断した際の部分断面図に相当する。なお、以下に詳細に説明する下型部分の構造は、必要に応じて、上型部分にも適用可能である。

なお、本装置においては、ダイロッドと下ブッシュとの間の隙間部分と、必要に応じて断熱手段を介してダイプレートに配される補助ダイロッド以外の構造に関しては、従来公知の例えば、温間粉末成形用金型装置の構造を本発明の効果が得られる範囲で適用できる。このため、以下では、本装置のこれらの特徴的な構造部分に主に着目した説明を行い、他の構造部分に関しては説明を省略することがある。

金型となるダイ１は、従来公知のものを使用でき、作製する製品形状や材質に応じて適宜設定でき、特に限定されない。

図１に示すダイプレート２には、ダイ１と、ダイ１を固定するダイ押え１２と、加熱手段３（加熱部）と、ダイロッド４と、補助ダイロッド７と、断熱材などの断熱手段９と、ガイドポスト１１を嵌合する上ガイド１０とが設けられている。

加熱手段３は、ダイ１を加熱できるものであれば従来公知のものを適宜使用でき、特に限定されず、例えば、ヒータなどを用いることができる。

また、ダイロッド４は、下ブッシュ６内に挿入され、ダイプレート２と、下ブッシュ６を設けた下パンチプレート５とを相互に移動自在に連結している。
なお、本装置では、図３に示すように、ダイ１が加熱手段３により加熱されていない時、すなわち、非加熱時には、ダイロッド４と、下ブッシュ６との間に隙間を有し、ダイロッド４と下ブッシュ６とが接触しない状態で配置されている。当該隙間の間隔は、用いる粉末原料の種類やダイの加熱温度、ダイプレートの熱膨張量、ダイプレートの安定性などの様々な条件に応じて適宜設定でき、特に限定されない。図３に示す実施形態では、例えば、下ブッシュ６の内径（幅）Ｗ１をφ（直径）６０ｍｍで構成でき、ダイロッド４の幅Ｗ２をφ５６ｍｍで構成できる。この場合、ダイロッド４（の外径）と下ブッシュ（の内径）との間の間隔（隙間Ｃ１）は、２ｍｍとなる。このような実施形態は、ダイを例えば４５０℃まで加熱するような温間粉末成形においても好適に用いることができる。このように、本装置では、ダイロッド４は下ブッシュ６に対して隙間をあけて嵌合させているため、かじりなどの発生を防止でき、結果的に、ダイプレートの熱変形による作動不良を容易に防止できる。本装置では、ダイプレートの熱変形による影響を抑制する観点から、ダイプレートにおいて、ダイロッド４と加熱手段３との間に従来公知の断熱手段（例えば、断熱材や空気断熱層）を配置してもよい。この場合には、ダイロッド４と下ブッシュ６との間の隙間をより小さくできる。
なお、図３は、本実施形態における、ダイロッドと、下ブッシュとの間に設けられる隙間部分を説明するための図であり、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその平面図である。

補助ダイロッド７は、ダイプレート２において、加熱手段３よりも外側（図１（ａ）では、外周側）に設けられ、下パンチプレート５に連結された下ガイド８に嵌合している。ここで、補助ダイロッド７に嵌合する下ガイド８は、図１、２、４および５に示すように、ダイプレート２の非熱膨張方向にのみ配置される。なお、符号７ａ～７ｄはそれぞれ、前補助ダイロッド、後補助ダイロッド、右補助ダイロッド、左補助ダイロッドを表す。ここで、図４および図５は、それぞれ前補助ダイロッド７ａおよび右補助ダイロッド７ｃと、下ガイド８との嵌合部分を説明するための図である。

ここで、ダイプレートの非熱膨張方向とは、加熱手段３によりダイ１を加熱した際に、その熱がダイプレート２に伝わり熱膨張する際に、その熱膨張による変化率が比較的少ない方向を意味する。したがって、非熱膨張方向においてもダイプレートは熱膨張してもよいが、それによる影響が他の方向と比較して少ない。例えば、前補助ダイロッド７ａの構造を示す図４（ａ）では、当該前補助ダイロッド７ａが影響を受けるダイプレートの熱膨張方向とは、前後方向（紙面上下方向）であり、比較的左右方向（紙面左右方向）に関しては、熱膨張の影響を受けない。このため、前補助ダイロッド７ａでは、図４（ｂ）および（ｃ）に示すように、左右方向のみ下ガイド８が嵌合されている。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す前補助ダイロッド７ａと、下ガイド８との嵌合部分を説明するための平面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）をＢ１方向から見た際の側面図である。
ここで、下ガイドの幅Ｗ３や前補助ダイロッドの幅Ｗ４などは、適宜設定でき特に限定されない。しかしながら、例えば、Ｗ３は１２０．０４ ＋０．０１／０ｍｍとすることができ、Ｗ４は１２０．０ ０／－０．０１ｍｍとすることができる。この実施形態の場合、補助ダイロッドと下ガイドとの間の隙間Ｃ２は０．０２ｍｍとなる。

また、同様に、図５（ａ）では、右補助ダイロッド７ｃの構造を示しており、右補助ダイロッドでは、ダイプレートの熱膨張の影響を比較的受けない前後方向（紙面上下方向）にのみ下ガイドが嵌合されている。当該Ｗ５、Ｗ６およびＣ３もそれぞれ適宜設定でき特に限定されないが、例えば、図４のＷ３、Ｗ４およびＣ２と同様の形態とすることができる。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す右補助ダイロッド７ｃと、下ガイド８との嵌合部分を説明するための平面図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）をＢ２方向から見た際の側面図である。

図１及び図２の平面図に示すように、加熱手段３、ダイロッド４、および補助ダイロッド７はそれぞれ、ダイ１の中心を軸（中心軸）として、軸対称に複数個ずつ設けられている。また、ダイロッド４と、補助ダイロッド７とは、ダイ１の中心を軸として、異なる半径方向であって、かつ同一の円周方向上にそれぞれ設けられている。さらに、下ガイド８は、ダイ１の中心を軸とした円周方向に１つの補助ダイロッド７に対して複数個設けられている。すなわち、この実施形態では、熱膨張方向とは半径方向ということができ、非熱膨張方向とは円周方向と言うことができる。このように、本装置では、補助ダイロッドと下ガイドとを特定の配置で設けているため、ダイプレートの熱膨張により、補助ダイロッドの位置ずれが生じ、下ガイドにかじりが生じることを防止でき、さらに、ダイプレートに傾きが生じるのを防ぐことができる。なお、これらの図に示す実施形態では、平面形状が円形状であるダイ１を用いているが、他の形状のものを使用してもよく、それに応じて本装置を構成する他の部材（構成要素）の形状や配置、設置個数等を適宜設定できる。

また、本装置では、ダイプレートの熱膨張の影響をより抑制する観点から、ダイプレート２において、加熱手段３と、補助ダイロッド７との間に、断熱手段９を設けることができる。断熱手段としては、従来公知のものを適宜使用でき、例えば、断熱材や空気断熱層など様々なものを使用できる。このように、本装置では、補助ダイロッド７は、断熱手段により熱変形をより抑制できるため、ダイロッド４と下ブッシュ６との間のように比較的大きな隙間を設けておくことが不要であり、安定してプレートを作動させることができる。
従って、本装置は、非加熱時において、ダイロッドは隙間を設けて下ブッシュに挿入されており、補助ダイロッドは大きな隙間を設けずに下ガイドに挿入されている。

なお、本装置では、段替え時など、必要に応じて、プレス接続ダイロッドと下ブッシュとの位置を決めるための、脱着可能な位置決め治具を設けてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る発明により、ダイプレートが安定して配置されるとともに、ダイプレートの熱変形による作動不良を防止できる粉末成形用金型装置が提供できる。本発明に係る粉末成形用金型装置は、例えば、自動車などの車両用焼結部品の製造に用いることができるが、当該用途に限定されるものではない。本発明は上記実施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 ダイ
２ ダイプレート
３ 加熱手段
４ ダイロッド
５ 下パンチプレート
６ 下ブッシュ
７ 補助ダイロッド
７ａ 前補助ダイロッド
７ｂ 後補助ダイロッド
７ｃ 右補助ダイロッド
７ｄ 左補助ダイロッド
８ 下ガイド
９ 断熱手段

Claims (5)

1. 金型となるダイと、
   前記ダイを設けたダイプレートと、
   前記ダイプレートに設けられ、前記ダイを加熱する加熱手段と、
   下ブッシュを設けた下パンチプレートと、
   前記下ブッシュ内に挿入され、前記ダイプレートと、前記下パンチプレートとを相互に移動自在に連結するダイロッドと、
   前記ダイプレートにおいて、前記加熱手段よりも外側に設けられ、前記下パンチプレートに連結された下ガイドに嵌合する補助ダイロッドと、
   を備え、
   前記ダイの非加熱時には、前記ダイロッドと、前記下ブッシュとの間に隙間を有し、前記ダイロッドと前記下ブッシュとが接触しない状態で配置されており、
   前記補助ダイロッドに嵌合する前記下ガイドは、前記ダイプレートの非熱膨張方向に配置される、
   ことを特徴とする粉末成形用金型装置。
2. 前記ダイプレートにおいて、前記加熱手段と、前記補助ダイロッドの間に、断熱手段が設けられる、請求項１に記載の粉末成形用金型装置。
3. 前記加熱手段、前記ダイロッド、および前記補助ダイロッドがそれぞれ、前記ダイの中心を軸として、軸対称に複数個ずつ設けられる、請求項１または２に記載の粉末成形用金型装置。
4. 前記ダイロッドと、前記補助ダイロッドとが、前記ダイの中心を軸として、異なる半径方向であって、かつ同一の円周方向上にそれぞれ設けられる、請求項１～３のいずれか一項に記載の粉末成形用金型装置。
5. 前記下ガイドが、前記ダイの中心を軸とした円周方向に１つの前記補助ダイロッドに対して複数個設けられる、請求項１～４のいずれか一項に記載の粉末成形用金型装置。

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