JP2889028B2 - Isostatic molding method - Google Patents

Isostatic molding method

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JP2889028B2
JP2889028B2 JP3318449A JP31844991A JP2889028B2 JP 2889028 B2 JP2889028 B2 JP 2889028B2 JP 3318449 A JP3318449 A JP 3318449A JP 31844991 A JP31844991 A JP 31844991A JP 2889028 B2 JP2889028 B2 JP 2889028B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/001Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure; Isostatic presses

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アイソスタティック成
形の分野に関するものであり、特に金属、炭素、または
セラミックスの粉末粒子を均一な特定密度の濃密化され
たコンパクトな成形物状にアイソスタティック成形する
ための改良法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of isostatic molding, and more particularly, to isostatic molding of metal, carbon, or ceramic powder particles into a uniform, compact, compacted product having a specific density. It is concerned with an improved method for doing so.

【0002】[0002]

【従来の技術】アイソスタティック成形は、理論値に近
い密度を得るに十分な圧力をもって粉末組成物をコンパ
クトな形状に濃密化するためのプレス法である。単方向
の高い生密度を得るために適当な流体媒質、好ましくは
液体を通して作用する圧のもとに粉末および粒状物質を
濃密化する。
2. Description of the Related Art Isostatic molding is a pressing method for densifying a powder composition into a compact shape with a pressure sufficient to obtain a density close to a theoretical value. To obtain a high unidirectional green density, the powders and particulate matter are densified under pressure acting through a suitable fluid medium, preferably a liquid.

【0003】先行技術のアイソスタティック成形法は、
他のいずれの特性よりも密度がプレス成形物の最終的機
械特性と物理特性に影響する事を認めている。密度は、
生状態および最終焼結状態のコンパクトなビレットの強
度特性と物理特性を決定する。現在の方法においては、
成形操作中に圧力目標値を設定しこの圧力目標値が得ら
れるまでプレスの加圧速度を制御する事によって、圧縮
成形物の生密度レベルが間接的に制御される。第2の方
法は、圧縮−充填工程における温度制御、保持時間制御
および減圧制御を含む。
[0003] Prior art isostatic molding methods include:
It has been found that density affects the final mechanical and physical properties of the pressed product more than any other property. The density is
Determine the strength and physical properties of green billets and final sintered compacts. In the current method,
By setting the pressure target during the molding operation and controlling the pressing speed of the press until this pressure target is achieved, the green density level of the compact is indirectly controlled. The second method includes temperature control, holding time control, and pressure reduction control in the compression-filling step.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】不幸にして経験上、前
記のような他の工程変数の調節を伴いまたは伴わない圧
力制御によって、特に炭素またはセラミックスの成形物
の均一性を高度の精度をもって達成する事ができない。
成形物密度の不均一性の故に、成形物特性の広い変動が
見られる。特に黒鉛とセラミックス成形物について成形
物の製造反復性を保証するためには、成形物密度が限定
された狭い密度範囲内に保持されなければならない。
Unfortunately, experience shows that pressure control, with or without the adjustment of other process variables, as described above, achieves a high degree of uniformity, especially of carbon or ceramic moldings. I can't do it.
Due to the non-uniformity of the molding density, there is a wide variation in molding properties. In order to guarantee the reproducibility of moldings, especially for graphite and ceramic moldings, the density of the moldings must be kept within a limited narrow density range.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のアイソスタティ
ック成形プロセスは、金属、炭素またはセラミックスの
粉末装入物を既知の重量および体積の型組立体の中に装
入する段階と、粉末装入物を装入された型組立体を秤量
する段階と、前の段階で秤量された粉末装入物を装入さ
れた型組立体の重量と型組立体の既知の重量との差から
型組立体中の粉末装入物の重量(Wm)を計算する段階
と、型組立体と粉末装入物をアイソスタティック加圧容
器の中に装入する段階と、加圧容器に流体媒質を充填す
る段階と、加圧容器に圧力を加える段階と、前記加圧中
に、加圧容器中の型組立体と粉末装入物の合計重量を秤
量する段階と、加圧容器外部の型組立体の既知の重量
と、型組立体の既知の体積×流体媒質密度(ρf)の積
との差から、粉末装入物を含まない流体媒質中の型組立
体の重量を計算し、次いで前の段階で秤量された粉末装
入物を含む流体媒質中の型組立体の重量と粉末装入物を
含まない流体媒質中の型組立体の重量との差から、加圧
容器中の粉末装入物重量(Wmf)を計算する段階と、
加圧容器中の圧縮された粉末装入物(ρp)密度を下
記のアルゴリスムによって計算する段階と、
SUMMARY OF THE INVENTION An isostatic molding process of the present invention comprises the steps of charging a metal, carbon or ceramic powder charge into a mold assembly of known weight and volume; Weighing the mold assembly loaded with the article and the mold set from the difference between the weight of the mold assembly loaded with the powdered charge weighed in the previous step and the known weight of the mold assembly. Calculating the weight (Wm) of the powder charge in a volume, charging the mold assembly and the powder charge into an isostatic pressurized vessel, and filling the pressurized vessel with a fluid medium. Applying pressure to the pressurized container; weighing the total weight of the mold assembly and the powder charge in the pressurized container during the pressurizing; and From the difference between the known weight and the product of the known volume of the mold assembly times the fluid medium density (ρf) , the powder charge The weight of the mold assembly in the fluid medium without the powder charge is calculated and then the weight of the mold assembly in the fluid medium with the powder charge weighed in the previous step and the fluid medium without the powder charge Calculating the weight of the powder charge (Wmf) in the pressurized vessel from the difference from the weight of the inner mold assembly;
Calculating the density of the compressed powder charge (ρp) in a pressurized vessel by the following algorithm;

【0006】[0006]

【数2】 ここに、Wm=加圧容器外部の型組立体中の粉末装入物
重量; Wmf=加圧容器内部の流体媒質中の粉末装入物重量; ρf=流体媒質の密度; ρp=加圧容器中の圧縮された粉末装入物の密度、及び 前の段階で計算された 圧縮された粉末装入物の密度が予
め選定された成形物の目標密度に等しい時に加圧容器を
減圧する段階とを含む。
(Equation 2) Where Wm = weight of powder charge in mold assembly outside pressurized vessel; Wmf = weight of powder charge in fluid medium inside pressurized vessel; ρf = density of fluid medium; ρp = pressurized vessel Depressurizing the pressurized vessel when the density of the compressed powder charge therein and the density of the compressed powder charge calculated in the previous step are equal to the target density of the pre-selected compact ; including.

【0007】[0007]

【実施例】アイソスタティック圧力成形物の代表的密度
対圧力関係を図1に示す。通常のアイソスタティック成
形プロセスにおいては、成形物の相対生密度はプレス圧
力に対するその既知の対応関係によって間接的に決定さ
れる。目標圧力が得られるまで、加圧容器中の圧力をモ
ニタし変動させる。加圧容器中の実際圧力の調整は、加
圧容器の加圧速度、与えられた圧力レベルでの保持時
間、温度および減圧速度を調節する事によって実施され
る。しかし高度に制御された圧力サイクル条件でも、型
の充填度、成形粉末の組成および温度の変動が成形物の
密度の変動を生じる。成形物の均一性を支配するのは成
形物の密度である。
EXAMPLE A typical density versus pressure relationship for an isostatic pressure compact is shown in FIG. In a typical isostatic molding process, the relative green density of the molding is determined indirectly by its known correspondence to the pressing pressure. Monitor and vary the pressure in the pressurized container until the target pressure is obtained. Adjustment of the actual pressure in the pressurized container is performed by adjusting the pressurizing speed of the pressurized container, the holding time at a given pressure level, the temperature and the depressurizing speed. However, even under highly controlled pressure cycling conditions, variations in the degree of filling of the mold, the composition of the molding powder and the temperature cause variations in the density of the molding. It is the density of the molding that governs the uniformity of the molding.

【0008】図2に図示の本発明のシステム10は粉末
装入物の密度を圧縮中に直接にインシチュモニタするよ
うに設計されている。このシステムの装置そのものは通
常のものであって、加圧容器11、ポンプ12、および
水などのアイソスタティック流体15を収容する液体タ
ンク14を含む。加圧容器中にポンプ輸送される液体量
を測定する質量流量計16も、下記においてさらに詳細
に説明する本発明の他の実施態様の実施のために望まし
い。制御弁18を含む制御ループ17の中にポンプ12
が配置されて、このポンプを作動サイクル中に作動させ
る事ができる。加圧容器11は秤量システム20を備
え、この秤量システムは着脱自在の型組立体22を本発
明の工程によるプレス中に秤量する事ができる。本発明
のシステム10はコンピュータコントローラ24によっ
て自動的に作動するように構成されているが、手動的に
操作する事もできる。
The system 10 of the present invention, shown in FIG. 2, is designed to monitor the density of the powder charge directly during in-situ compression. The apparatus itself of this system is conventional and includes a pressurized container 11, a pump 12, and a liquid tank 14 containing an isostatic fluid 15 such as water. A mass flow meter 16 for measuring the amount of liquid pumped into a pressurized container is also desirable for the practice of other embodiments of the present invention, described in further detail below. Pump 12 in control loop 17 including control valve 18
Is arranged so that the pump can be operated during a working cycle. The pressurized container 11 includes a weighing system 20, which allows the removable mold assembly 22 to be weighed during pressing by the process of the present invention. Although the system 10 of the present invention is configured to operate automatically by the computer controller 24, it can be operated manually.

【0009】粉末組成物を密なコンパクト形状にプレス
するため、既知重量の通常のエラストマー型または「バ
ッグ」(図示されず)の中に所望の粉末組成物を装入す
る。つぎにアイソスタティック流体の進入を防止するた
めに、この型を密封し、この型を通常構造の支持構造
(図示されず)の中に装入し、型組立体22を形成す
る。型組立体中の粉末装入物の重量は単に粉末装入物を
含む型重量と含まない型重量との引き算によって計算さ
れる。つぎにこの型組立体22を加圧容器11の中に配
置する。加圧容器11の中に導入する前に、型組立体2
2のすべての構成部分の重量と体積を記録する。重量お
よび体積のデータはオペレータによってモデム26を介
してまたは手動操作でコンピュータコントローラー24
の中に装入される。
[0009] To press the powder composition into a compact, compact form, the desired powder composition is charged into a conventional elastomeric mold or "bag" (not shown) of known weight. The mold is then sealed and the mold is loaded into a conventional support structure (not shown) to form a mold assembly 22 to prevent ingress of the isostatic fluid. The weight of the powder charge in the mold assembly is calculated simply by subtracting the mold weight with and without the powder charge. Next, the mold assembly 22 is placed in the pressure vessel 11. Before being introduced into the pressurized container 11, the mold assembly 2
Record the weight and volume of all components of 2. Weight and volume data are transmitted to the computer controller 24 by the operator via the modem 26 or manually.
It is charged inside.

【0010】加圧容器11の中に装着された秤量システ
ム20は、通常のロードセル(図示されず)を備えたプ
レス底部に作りつけられた通常の秤量台(図示されず)
から成る。ロードセルは型組立体22の水中重量を正確
に測定する事ができなければならない。好ましい実施態
様において、型組立体22は加圧サイクル全体において
秤量される。従って、圧力を受ける型組立体を正確に秤
量するためには、ロードセルは靜水的に補償されなけれ
ばならない。靜水補償されるロードセルは現在市販され
ている。
A weighing system 20 mounted in the pressurized container 11 comprises a conventional weighing platform (not shown) built at the bottom of the press with a conventional load cell (not shown).
Consists of The load cell must be able to accurately measure the weight of the mold assembly 22 in water. In a preferred embodiment, the mold assembly 22 is weighed during the entire pressure cycle. Therefore, in order to accurately weigh the mold assembly under pressure, the load cell must be hydrostatically compensated. Still water compensated load cells are currently commercially available.

【0011】密度制御されたプレスサイクル中に生じる
段階順序は下記である。
The sequence of steps that occur during a density controlled press cycle is as follows.

【0012】1.型組立体22を加圧容器11の中の秤
量システム20の秤量台の上に配置する。型組立体22
はオプションとして、加圧容器中に導入する前または導
入中に暖める事ができる。
1. The mold assembly 22 is placed on the weighing platform of the weighing system 20 in the pressurized container 11. Mold assembly 22
Can optionally be warmed before or during introduction into the pressurized vessel.

【0013】2.加圧容器11に水を満たし密封する。2. The pressurized container 11 is filled with water and sealed.

【0014】3.加圧ポンプ12を始動し、コントロー
ラー24を生かす。
3. The pressurizing pump 12 is started, and the controller 24 is used.

【0015】4.コントローラー24が下記のようにし
てプレスサイクル中に成形物のインシチュ密度を連続的
に計算する。
4. Controller 24 continuously calculates the in-situ density of the molding during the press cycle as described below.

【0016】成形物密度=粉末重量/粉末体積 ここに、 粉末重量=(型組立体+粉末の重量)−型組立体重量。
これはプレス外部で測定される。
Molded product density = powder weight / powder volume Here, powder weight = (mold assembly + weight of powder) −mold assembly weight.
This is measured outside the press.

【0017】粉末体積=(型+粉末)の合計体積−型体
積。 (型+粉末)の合計体積=プレス外部の型+粉末の重量
(すなわち乾燥重量)−プレス中の型と粉末の合計重量
(ロードセルによる測定値)/加圧流体密度。
Powder volume = total volume of (mold + powder) −mold volume. Total volume of (mold + powder) = mold outside the press + weight of powder (ie, dry weight) −total weight of mold and powder in press (measured by load cell) / pressurized fluid density.

【0018】加圧流体密度=f(温度、圧力および流体
組成) 圧縮された粉末装入物の目標密度の計算は下記のアルゴ
リスムによって現され、このアルゴリスムは前記の関係
から誘導されたものである。
Pressurized Fluid Density = f (Temperature, Pressure and Fluid Composition) The calculation of the target density of the compressed powder charge is expressed by the following algorithm, which is derived from the above relationship: .

【0019】[0019]

【数3】 ここに、Wm=加圧容器外部の型組立体中の粉末装入物
重量; Wmf=加圧容器内部の流体媒質中の粉末装入物重量; ρf=流体媒質の密度; ρp=加圧容器中の圧縮された粉末装入物の密度;であ
る。 加圧容器外部の型組立体の重量と、型組立体の既知の体
積×流体密度の積との差から、粉末装入物を含まない型
組立体の重量を測定し、次いで粉末装入物を含む流体媒
質中の型組立体の重量と粉末装入物を含まない流体媒質
中の型組立体の重量との差から、加圧容器中の粉末装入
物重量(Wmf)を計算する。
(Equation 3) Where Wm = weight of powder charge in mold assembly outside pressurized vessel; Wmf = weight of powder charge in fluid medium inside pressurized vessel; ρf = density of fluid medium; ρp = pressurized vessel Density of the compacted powder charge inside. From the difference between the weight of the mold assembly outside the pressurized container and the product of the known volume of the mold assembly times the fluid density, the weight of the mold assembly without the powder charge was determined, and then the powder charge was determined. The weight of the powder charge in the pressurized container (Wmf) is calculated from the difference between the weight of the mold assembly in the fluid medium containing, and the weight of the mold assembly in the fluid medium without the powder charge.

【0020】5.成形物密度をモニタしながら加圧容器
11の圧力を制御速度で上昇させる。圧力は手動で上昇
させられ、または連続的にコントローラー24からの自
動的指令によって上昇される。
[5] Pressurized container while monitoring molded object density
The pressure at 11 is increased at a controlled speed. The pressure is increased manually or continuously by an automatic command from controller 24.

【0021】6.コンピュータで測定された成形物密度
が予定の目標密度に達した時に、加圧容器11を減圧さ
せる。この予定目標密度は、減圧に際してビレット跳ね
返りを生じるように選定される。
6. When the density of the molded product measured by the computer reaches a predetermined target density, the pressure in the pressure vessel 11 is reduced. The predetermined target density is selected so that billet bounce occurs upon decompression.

【0022】7.予定密度に達した時、加圧容器11
制御速度で減圧させる。ポンプ12は、その吐出流量が
常に制御弁18を通してその吸引側に戻るように構成さ
れている。従って、加圧と減圧について制御ループを容
易に調整する事ができる。
7. When the predetermined density is reached, the pressure in the pressurized container 11 is reduced at a control speed. The pump 12 is configured such that the discharge flow rate always returns to the suction side through the control valve 18. Therefore, the control loop for pressurization and decompression can be easily adjusted.

【0023】8.成形物をプレスから除去し、型組立体
から出す。
8. The molding is removed from the press and removed from the mold assembly.

【0024】インシチュの成形物密度の実時間計算は、
流体媒質の浮力を液体中に浸漬された物体の排除する流
体重量と同等とするアルキメデスの浮力原理に基づいて
いる。成形物密度は粉末装入物重量/粉末装入物体積に
等しい。型組立体外部の粉末装入物の重量は容易に計算
される。アイソスタティック流体の密度は流体の組成、
温度および圧力に基づいて既知であるから、インシチュ
粉末体積は単に重量関係となり、インシチュ密度を重量
および体積のデータから直接に計算する事が可能であ
る。前述の成形物密度のアルゴリスムは前記の分析関係
から計算されたもであって、種々の形で現す事ができ
る。
The real-time calculation of the in-situ compact density is:
It is based on Archimedes' buoyancy principle, which makes the buoyancy of the fluid medium equal to the weight of the fluid to be rejected by objects immersed in the liquid. The compact density is equal to powder charge weight / powder charge volume. The weight of the powder charge outside the mold assembly is easily calculated. The density of an isostatic fluid is determined by the composition of the fluid,
Because it is known based on temperature and pressure, the in situ powder volume is simply weight related, and the in situ density can be calculated directly from the weight and volume data. The above-mentioned algorithm of the density of the molded article is calculated from the above-mentioned analytical relationship, and can be expressed in various forms.

【0025】インシチュ成形物密度の実時間計算は他の
方法によって実施する事もできる。この方法は初期予定
プレス圧を加える時またはその以前の粉末密度の初期計
算を含む。この初期粉末密度が計算されると、プレスの
中にポンプ輸送される非圧縮性流体の1ポンドごとに粉
末濃密化剤として1ポンドづつの重量利得を生じる。従
ってコントローラは初期密度計算を利用し、またプレス
サイクル中に加圧容器中に添加される流体量(ポンド
数)を計算する事ができる。添加される流体は質量流量
計16、または流体送りタンク中のレベル降下によって
測定する事ができる。そこでコントローラ24は、初期
状態すなわち予定プレス圧を加える時またはその以前の
粉末装入物の重量、即ちある基準圧力における流体媒質
中の粉末装入物の重量(a)と、最初の測定がなされた
とき以来加圧容器中に添加される流体の重量(b)とを
単に加える事によって「Wmf」を再計算して成形物密
度を算出する。「Wmf」が計算されると、前記のアル
ゴリスムによって最終成形物密度が計算される。上記各
重量(a)と(b)を加えてWmfを再計算する場合
のアルゴリスムを示せば下記のとおりである。
The real-time calculation of the in-situ molded article density can be performed by other methods. The method includes an initial calculation of the powder density at or before the application of the initial scheduled press pressure. Once this initial powder density is calculated, each pound of incompressible fluid pumped into the press results in a one pound weight gain as a powder densifier. Thus, the controller can utilize the initial density calculation and calculate the amount of fluid (pounds) added to the pressurized vessel during the press cycle. The added fluid can be measured by a mass flow meter 16 or a level drop in a fluid feed tank. The controller 24 then determines the initial state , ie, the weight of the powder charge at or before the application of the predetermined press pressure , ie the fluid medium at a certain reference pressure.
The weight of the powder charge in (a) and the first measurement was made
From time to time , "Wmf" is recalculated by simply adding the weight (b) of the fluid added into the pressurized vessel to calculate the molded article density. Once "Wmf" is calculated, the final compact density is calculated by the algorithm described above. Each of the above
When recalculating Wmf by adding the weights (a) and (b), the algorithm is as follows.

【0026】[0026]

【数4】 ここに、大気圧または所定の大気圧以上の所定圧の初期
状態におけるWmfは、前記のようにして、粉末装入物
を含む流体媒質中の型組立体の重量と粉末装入物を含ま
ない流体媒質中の型組立体の重量差から計算される。こ
こで粉末装入物を含まない型組立体の重量は、加圧容器
外部の型組立体の重量と、型組立体の既知の体積×流体
密度の積との差によって決定される。最終状態における
Wmf(a+b)は初期状態におけるWmfに加圧容器
の中に添加された流体の重量を加えた重量に等しい。
(Equation 4) Here, Wmf in the initial state of the atmospheric pressure or the predetermined pressure equal to or higher than the predetermined atmospheric pressure does not include the weight of the mold assembly in the fluid medium including the powder charge and the powder charge as described above. Calculated from the weight difference of the mold assembly in the fluid medium. Here, the weight of the mold assembly without the powder charge is determined by the difference between the weight of the mold assembly outside the pressurized vessel and the product of the known volume of the mold assembly times the fluid density. Wmf (a + b) in the final state is equal to Wmf in the initial state plus the weight of the fluid added into the pressurized container.

【0027】図4と図5は、それぞれ時間に対する通常
の密度関係と圧力関係を示す。この密度対時間非直線グ
ラフは圧力を制御変数として使用する間接的密度制御か
ら生じるものである。これに対して本発明の方法におい
ては、密度そのものが制御変数であって、時間と共に線
形に変動させられ、図6と図7に図示のように非線形圧
力対時間グラフが得られる。本発明の他の実施態様にお
いては、加圧容器に加えられる流体を調整する事により
密度が測定されインシチュ制御される。この方法は主た
る実施態様と組み合わせて実施する事ができ、または主
実施態様を実施してえられた結果をチェックするために
のみ使用する事ができる。また、直接的密度制御法は、
曲線を含めて任意所望のパタンに密度対時間関係を追従
させる事ができ、この場合密度は、例えば最終密度に近
づくまで、また/あるいは減圧期間中の一定時間にわた
って比較的一定に保持される。
FIGS. 4 and 5 show normal density and pressure relationships with respect to time, respectively. This density versus time non-linear graph results from indirect density control using pressure as a control variable. In contrast, in the method of the present invention, the density itself is the control variable, which varies linearly with time, resulting in a non-linear pressure versus time graph as shown in FIGS. In another embodiment of the invention, the density is measured and controlled in situ by adjusting the fluid applied to the pressurized container. This method can be implemented in combination with the main embodiment, or can be used only to check the results obtained by implementing the main embodiment. Also, the direct density control method is
The density versus time relationship can be followed to any desired pattern, including curves, where the density is kept relatively constant, for example, until it approaches the final density and / or for a period of time during the depressurization period.

【0028】インシチュ密度制御の例 この実施例においてコールタールピッチ結合剤と混合さ
れた微粒子炭素質充填剤から成形粉末を製造した。
Example of In Situ Density Control In this example, a molding powder was prepared from a particulate carbonaceous filler mixed with a coal tar pitch binder.

【0029】型として重量7.392ポンドおよび密度
57.811bs/ftを有する円筒形ゴム成形バッ
グと上蓋を使用した。重量20.40ポンド、容積0.
1176ftのステンレス鋼円筒形ホルダーの中に前
記バッグを配置した。ホルダーの外部に加えられた真空
作用によって、粉末がバッグの中に装入されるに従って
バッグが引っ張られてホルダーに強く当接した。バッグ
の充填中、組立体を垂直方向に71回動揺させる事によ
って粉末を脱気した。つぎに、フランジ付きステンレス
鋼弁を含むゴム上蓋をバッグに対してホースクランプに
よって密封した。弁の重量は0.95461b、容積は
0.00225ftであった。
The mold used was a cylindrical rubber molded bag having a weight of 7.392 pounds and a density of 57.811 bs / ft 3 and a top lid. Weight 20.40 pounds, volume 0.
The bag was placed in a 1176 ft 3 stainless steel cylindrical holder. The vacuum applied to the exterior of the holder caused the bag to be pulled into tight contact with the holder as the powder was loaded into the bag. During filling of the bag, the powder was degassed by rocking the assembly vertically 71 turns. Next, a rubber lid containing a stainless steel valve with a flange was sealed to the bag with a hose clamp. The weight of the valve is 0.95461B, the volume was 0.00225ft 3.

【0030】このように装入され密封された型組立体か
ら真空ポンプによって排気した。つぎに型組立体を所望
の成形温度まで暖めた後に、プレスの中に配置した。
The thus-installed and sealed mold assembly was evacuated by a vacuum pump. The mold assembly was then warmed to the desired molding temperature and then placed in the press.

【0031】プレスのコンピュータ制御システムがオペ
レータに対して、成形バッグの重量、ステンレス鋼ホル
ダーの認識文字、この場合「E」、および装入された型
組立体の最終重量を尋ねる。そこでコンピュータがプレ
スサイクルの制御に使用するこれらの3定数を計算す
る。
The computer control system of the press asks the operator for the weight of the forming bag, the identification letter of the stainless steel holder, in this case "E", and the final weight of the loaded mold assembly. Therefore, the computer calculates these three constants used for controlling the press cycle.

【0032】定数#1=(総重量−金属フレーム重量−
バッグ重量)/62.428これは成形粉末重量lbs
÷62.428に等しい;すなわちこの場合=1.72
4。
Constant # 1 = (total weight−metal frame weight−
Bag weight) /62.428 This is the molding powder weight lbs
等 し い 62.428; ie, in this case = 1.72
4.

【0033】定数#2=−1×(金属フレーム体積+ゴ
ムバッグ体積)。これは成形粉末以外の体積ft3 の負
数に等しい。この実施例においては=−0.2311
7。 定数#3=型組立体の全重量lb;この実施例において
=135.4。 プレスサイクル中に、コンピュータは成形粉末ビレット
の密度グラム/ccを下記のように計算する。
Constant # 2 = −1 × (metal frame volume + rubber bag volume). This is equal to the negative number of the volume ft 3 other than the molding powder. In this embodiment, = -0.2311
7. Constant # 3 = total weight lb of mold assembly; in this example = 135.4. During the press cycle, the computer calculates the density gram / cc of the molded powder billet as follows.

【0034】コンピュータは水中ロードセルを含む全浸
漬重量を測定する。コンピュータは、下記の公知の関係
を使用し、プレス温度と圧力を測定する事により、加圧
水密度lbs/ft3 を計算する。 水密度lbs/ft3 =62.8356−1.3688
×10-2(T℃)−1.9029×10-4(T℃)2
2.6281×10-7(T℃)3 ×Exp[3.447
×10-6×圧力(psig)] コンピュータ制御プログラムは7セグメントに分割され
る。組立体をプレスの中に装入しシステムから空気を抽
出した後に、コンピュータプログラムが開始される。 セグメント #1 プログラムの最初の90秒間は、組立体はロードセルよ
りも油圧シリンダによって支持される。この時点におい
て、コンピュータは、ロードを有しないロードセル読み
値を「風袋」重量として記憶する。つぎに重量がロード
セルによって支持されるまで下降される。
The computer measures the total immersion weight including the underwater load cell. The computer calculates the pressurized water density lbs / ft 3 by measuring the press temperature and pressure using the following known relationship. Water density lbs / ft 3 = 62.8356-1.3688
× 10 -2 (T ° C) -1.9029 × 10 -4 (T ° C) 2 +
2.6281 × 10 −7 (T ° C.) 3 × Exp [3.447
X 10-6 x pressure (psig)] The computer control program is divided into 7 segments. After loading the assembly into the press and extracting air from the system, the computer program is started. Segment # 1 During the first 90 seconds of the program, the assembly is supported by hydraulic cylinders rather than load cells. At this point, the computer stores the load cell reading with no load as the "tare" weight. The weight is then lowered until it is supported by the load cell.

【0035】ポンプを始動すると、コンピュータがプレ
ス圧を5分間、5psigに制御する。この5分間の後
に、コンピュータが、設定点からの±2psiの安定制
御が実施されたか否かをチェックする。安定制御が得ら
れていれば、コンピュータは電流密度読み値を初ビレッ
ト密度として記憶し、プログラムをセグメント#2に進
める。 セグメント #2 セグメント#2中に、ビレット密度が3種の相異なる方
法によって計算される。これは各方法の精度を比較する
事を目的とするパイロットプラントの特徴である。正確
な密度制御を実施するためには唯一の方法が必要であ
る。
When the pump is started, the computer controls the press pressure to 5 psig for 5 minutes. After 5 minutes, the computer checks whether ± 2 psi stability control from the set point has been implemented. If stable control has been obtained, the computer stores the current density reading as the initial billet density and advances the program to segment # 2. Segment # 2 During segment # 2, the billet density is calculated by three different methods. This is a feature of the pilot plant that aims to compare the accuracy of each method. Only one method is needed to perform accurate density control.

【0036】ロードセルのゼロシフトは通常は線形で再
現可能であるので、方法#1はロードセル読み値を補正
するためにゼロシフトの校正に基づく記憶されたファク
タを使用する。この方法においては、この実施例の場
合、補正されたロードセル読み値は生ロードセル読み値
− セグメント#1において記憶された風袋重量 −
(0.001×システム圧力、psig)に等しい。
Since load cell zero shift is usually linear and reproducible, method # 1 uses a stored factor based on zero shift calibration to correct the load cell reading. In this method, in this embodiment, the corrected load cell reading is the raw load cell reading-the tare weight stored in segment # 1-
(0.001 x system pressure, psig).

【0037】方法#2においては、コンピュータの中に
校正が記憶されない。その代わりに、セグメント#3に
おいてシステムが圧力下にある時に重量をロードセルか
ら引く事によってゼロシフトを直接に確定する。これ
は、セグメント#3中にコンピュータが水中油圧接続を
生かす事によって実施される。ビレット密度がその目標
値に近づく時にセグメント#3がトリガされる。この方
法による補正されたロードセル読み値は下記のようにし
て得られる。 ・セグメント#1からセグメント#3まで:補正読み値
=生表示−セグメント#1の風袋重量 ・セグメント#4からセグメント#7まで:補正読み値
=生表示−セグメント#3風袋重量 方法#3において、セグメント#1中の初密度を得るた
めにロードセル読み値のみが使用される。その後、プレ
スの中にポンプ輸送された水量を測定する事によりビレ
ット密度が計算される。これはロードセル読み値に相当
する。なぜかならば(漏水分を除いて)ポンプ輸送され
る各1ポンドの水がビレットの浸漬重量を1ポンドづつ
増大するからである。
In method # 2, no calibration is stored in the computer. Instead, the zero shift is determined directly by subtracting the weight from the load cell when the system is under pressure in segment # 3. This is implemented by the computer taking advantage of the underwater hydraulic connection during segment # 3. Segment # 3 is triggered when the billet density approaches its target value. A corrected load cell reading according to this method is obtained as follows. • From segment # 1 to segment # 3: corrected reading = raw display-tare weight of segment # 1 • From segment # 4 to segment # 7: corrected reading = raw display-segment # 3 tare weight In method # 3, Only the load cell reading is used to obtain the initial density in segment # 1. The billet density is then calculated by measuring the amount of water pumped into the press. This corresponds to the load cell reading. This is because each pound of water pumped (excluding any water leakage) increases the dip weight of the billet by one pound.

【0038】方法#1によって計算されたビレット密度
が所望の最終目標密度の近く(直下)に選定された第1
目標密度レベルに達した時にセグメント#3がトリガさ
れる。 セグメント #3 このプログラムセグメントは2分間続く。プログラムが
セグメント#3にある間に、このセグメント#3はセグ
メント#2の末端において計算された密度値をロックイ
ンする。圧力設定点も一定に保持される。コンピュータ
が、ロードセルから風袋重量を除去する油圧接続を生か
す。方法#2による密度計算のために風袋重量が更新さ
れる間、コンピュータは重量を90分間ホールドオフす
る。方法#1の風袋重量は不変のままに残される。新し
い風袋重量がロックインされた時、重量はロードセル上
のその位置に戻る。
The first billet density calculated by method # 1 is selected near (directly below) the desired final target density.
Segment # 3 is triggered when the target density level is reached. Segment # 3 This program segment lasts 2 minutes. While the program is in segment # 3, it locks in the calculated density value at the end of segment # 2. The pressure set point is also kept constant. The computer makes use of the hydraulic connection that removes the tare weight from the load cell. The computer holds off the weight for 90 minutes while the tare weight is updated for the density calculation according to method # 2. The tare weight of method # 1 is left unchanged. When the new tare weight is locked in, the weight returns to its position on the load cell.

【0039】セグメント#3の末端において、セグメン
ト#4が始まり、3方法全部により密度が再び計算され
始める。 セグメント #4 このセグメント中に、圧力が10psi/minの速度
で上昇させられる。ビレット密度を連続的に計算し、こ
のビレット密度が最終目標値に達した時、コンピュータ
はセグメント#5に進む。最終目標値密度は「跳ね返
り」後に所望値が得られるように選定される。「跳ね返
り」は圧力が解除された時に生じる小さな密度下降であ
る。 セグメント #5 圧力が100psi/minの速度で35psiまで下
降される。 セグメント #6 圧力が3分間、35psiに保持される。このようにし
て、ゴム成形バッグをビレットに密着させるに十分な圧
力をもって最終ビレットの安定した低圧読み値を取る事
ができる。 セグメント #7 このセグメントにおいて、圧力全部が解除され、コンピ
ュータは加圧サイクルの結果をプリントする。 ビレット検査 ビレットをプレスから除去し、そのフレームからはずし
て、検査する。つぎにビレットの密度をチェックするた
めにビレットを水中および水の外で秤量する。
At the end of segment # 3, segment # 4 begins and the density is again calculated by all three methods. Segment # 4 During this segment, the pressure is increased at a rate of 10 psi / min. The billet density is calculated continuously and when the billet density reaches the final target value, the computer proceeds to segment # 5. The final target value density is selected so that the desired value is obtained after "bounce". "Bounce" is a small drop in density that occurs when pressure is released. Segment # 5 Pressure is reduced to 35 psi at a rate of 100 psi / min. Segment # 6 Pressure is held at 35 psi for 3 minutes. In this way, a stable low pressure reading of the final billet can be obtained with sufficient pressure to bring the rubber molded bag into close contact with the billet. Segment # 7 In this segment, all pressure is released and the computer prints the result of the pressurization cycle. Billet inspection The billet is removed from the press, removed from its frame and inspected. The billet is then weighed in water and out of the water to check the billet density.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】冷間アイソスタティックプレス工程「CIP」
の代表的な密度対圧力関係を示すグラフ。
FIG. 1: Cold isostatic pressing process “CIP”
5 is a graph showing a typical density-pressure relationship of FIG.

【図2】本発明のアイソスタティック成形システムのブ
ロックダイヤグラム。
FIG. 2 is a block diagram of the isostatic molding system of the present invention.

【図3】この明細書に記載の実施例における製造工程の
時間−密度特性曲線。
FIG. 3 is a time-density characteristic curve of a manufacturing process in an example described in this specification.

【図4】先行技術のアイソスタティック成形において生
密度を制御するため圧力が非線形に変動された場合の代
表的な密度対時間関係を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a typical density versus time relationship when pressure is varied non-linearly to control green density in prior art isostatic molding.

【図5】図4に対応する圧力対時間関係のグラフ。5 is a pressure vs. time graph corresponding to FIG. 4;

【図6】本発明によるアイソスタティック成形の密度対
時間関係のグラフ。
FIG. 6 is a graph of density versus time for isostatic molding according to the present invention.

【図7】図6に対応する圧力対時間関係のグラフ。FIG. 7 is a graph of the pressure versus time corresponding to FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 アイソスタティック成形システム 11 加圧容器 12 ポンプ 14 液体タンク 15 液体 16 流量計 17 制御ループ 18 制御弁 20 秤量システム 22 型組立体 24 コンピュータコントローラ 26 モデム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Isostatic molding system 11 Pressurized container 12 Pump 14 Liquid tank 15 Liquid 16 Flow meter 17 Control loop 18 Control valve 20 Weighing system 22 Mold assembly 24 Computer controller 26 Modem

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22F 3/02,3/04 B28B 3/00 102 B30B 11/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B22F 3/02, 3/04 B28B 3/00 102 B30B 11/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属、炭素、またはセラミックス粒子を選
定された密度の濃密コンパクト状に成形するためのアイ
ソスタティック法において、 (a)金属、炭素またはセラミックスの粉末装入物を既
知の重量および体積の型組立体の中に装入する段階と、 (b)粉末装入物を装入された型組立体を秤量する段階
と、 (c)上記(b)段階で秤量された粉末装入物を装入さ
れた型組立体の重量と、型組立体の既知の重量との差か
ら、型組立体中の粉末装入物の重量(Wm)を計算する
段階と、 (d)型組立体と粉末装入物をアイソスタティック加圧
容器の中に装入する段階と、 (e)加圧容器に流体媒質を充填する段階と、 (f)加圧容器に圧力を加える段階と、 (g)前記加圧中に、加圧容器中の型組立体と粉末装入
物の合計重量を秤量する段階と、 (h)加圧容器外部の型組立体の既知の重量と、型組立
体の既知の体積×流体媒質密度(ρf)の積との差か
ら、粉末装入物を含まない流体媒質中の型組立体の重量
計算し、 次いで、上記(g)段階で秤量された 粉末装入物を含む
流体媒質中の型組立体の重量と粉末装入物を含まない
流体媒質中の型組立体の重量との差から、加圧容器中の
粉末装入物重量(Wmf)を計算する段階と、 (i)加圧容器中の圧縮された粉末装入物の密度(ρ
p)を下記のアルゴリスムによって計算する段階と、 【数1】 ここに、Wm=加圧容器外部の型組立体中の粉末装入物
重量; Wmf=加圧容器内部の流体媒質中の粉末装入物重量; ρf=流体媒質の密度; ρp=加圧容器中の圧縮された粉末装入物の密度、また (j)上記(i)段階で計算された圧縮された粉末装入
物の密度が予め選定された成形物の目標密度に等しい時
に加圧容器を減圧する段階とを含むアイソスタティック
成形法。
1. An isostatic method for molding metal, carbon or ceramic particles into a dense and compact form of a selected density, comprising: (a) charging a metal, carbon or ceramic powder charge to a known weight and volume; (B) weighing the mold assembly loaded with the powder charge; and (c) weighing the powder charge weighed in step (b) above. Is the difference between the weight of the mold assembly charged with and the known weight of the mold assembly?
Et, and calculating the weight of the powder charge in the mold assembly (Wm), the steps of charging (d) is type assembly and powder charge into an isostatic pressure vessel, (e ) Filling the pressurized container with the fluid medium; (f) applying pressure to the pressurized container; and (g) during the pressurization, the sum of the mold assembly and the powder charge in the pressurized container. Weighing; and (h) determining the powder charge from the difference between the known weight of the mold assembly outside the pressurized vessel and the product of the known volume of the mold assembly times the fluid medium density (ρf). the weight of the mold assembly in the fluid medium which does not contain calculated, then the weight of the mold assembly in a fluid medium comprising the (g) powder charge weighed stage, does not include a powder charge Calculating the powder charge weight (Wmf) in the pressurized vessel from the difference from the weight of the mold assembly in the fluid medium; and (i) compressing in the pressurized vessel. Density of the powder charge
calculating p) by the following algorithm: Where Wm = weight of powder charge in mold assembly outside pressurized vessel; Wmf = weight of powder charge in fluid medium inside pressurized vessel; ρf = density of fluid medium; ρp = pressurized vessel the density of the compressed powder charge in and (j) compressed powder charged calculated in step (i)
Isostatic molding method comprising the steps of decompressing the pressurized container when the density is equal to the target density of the preselected molding of the object.
【請求項2】前記型組立体は粉末装入物の弾性型と支持
手段とを含む事を特徴とする請求項1に記載のアイソス
タティック法。
2. The isostatic method according to claim 1, wherein said mold assembly includes a resilient mold for the powder charge and support means.
【請求項3】加圧容器は制限速度で加圧される事を特徴
とする請求項2に記載のアイソスタティック法。
3. The isostatic method according to claim 2, wherein the pressurized container is pressurized at a limited speed.
【請求項4】加圧容器は制御された成形物密度対時間関
係を生じるように加圧される事を特徴とする請求項2に
記載のアイソスタティック法。
4. The isostatic method of claim 2, wherein the pressurized vessel is pressurized to create a controlled compact density versus time relationship.
【請求項5】加圧中に加圧容器中の型組立体を間欠的に
秤量する事を特徴とする請求項3に記載のアイソスタテ
ィック法。
5. The isostatic method according to claim 3, wherein the mold assembly in the pressurized container is intermittently weighed during pressurization.
【請求項6】加圧容器が制御速度で減圧される事を特徴
とする請求項5に記載のアイソスタティック法。
6. The isostatic method according to claim 5, wherein the pressure in the pressurized container is reduced at a controlled rate.
【請求項7】装入された型組立体が加圧容器の中に配置
される前に、所定温度まで加熱される事を特徴とする請
求項1に記載のアイソスタティック法。
7. The isostatic method according to claim 1, wherein the charged mold assembly is heated to a predetermined temperature before being placed in the pressure vessel.
【請求項8】加圧容器を第1特定圧力まで加圧する段階
を含み、さらに前記第1特定圧力において前記加圧容器
中の粉末装入物の密度を前記段階(i)を使用して計算
する段階と、 前記加圧容器の中にポンプ輸送された流体量を測定する
段階と、 前記第1特定圧力に達した後に、加圧容器の中にポンプ
輸送された流体量の増大に基づいてコンパクトな装入物
の最終密度を計算する段階とを含む事を特徴とする請求
項1に記載のアイソスタティック法。
8. The method according to claim 8, further comprising the step of pressurizing the pressurized container to a first specified pressure, further comprising calculating the density of the powder charge in said pressurized container at said first specified pressure using said step (i). Measuring the amount of fluid pumped into the pressurized container; and measuring the amount of fluid pumped into the pressurized container after reaching the first specific pressure. Calculating the final density of the compact charge.
【請求項9】前記第1特定圧力は大気圧である事を特徴
とする請求項8に記載のアイソスタティック法。
9. The isostatic method according to claim 8, wherein said first specific pressure is atmospheric pressure.
【請求項10】前記第1特定レベルが大気圧以上である
事を特徴とする請求項8に記載のアイソスタティック
法。
10. The isostatic method according to claim 8, wherein said first specific level is equal to or higher than the atmospheric pressure.
【請求項11】前記最終密度は、最初に前記第1特定圧
力に対応する初期条件で、つぎに最終密度を計算するた
めに加圧容器の中に添加された流体重量に基づく最終条
件でそれぞれ計算されたWmfを使用して、前記段階
(i)によって前記最終密度が計算される事を特徴とす
る請求項10に記載のアイソスタティック法。
11. The final density is first determined at an initial condition corresponding to the first specified pressure, and then at a final condition based on the weight of fluid added into the pressurized vessel to calculate the final density. The isostatic method of claim 10, wherein the final density is calculated according to step (i) using the calculated Wmf.
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