JP3037405B2 - Pressure heating sintering method - Google Patents

Pressure heating sintering method

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JP3037405B2
JP3037405B2 JP2331855A JP33185590A JP3037405B2 JP 3037405 B2 JP3037405 B2 JP 3037405B2 JP 2331855 A JP2331855 A JP 2331855A JP 33185590 A JP33185590 A JP 33185590A JP 3037405 B2 JP3037405 B2 JP 3037405B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、加圧加熱焼結方法に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pressure heating sintering method.

[従来の技術] 金属粉末材料を成形型のキャビティ内に充填し、これ
を成形型内で加圧成形して成形体を形成し、この成形体
を成形型内で加熱・焼結するようにした加圧加熱焼結方
法は従来より知られている(例えば、特開昭57−32303
号公報参照)。
[Prior Art] A metal powder material is filled into a cavity of a molding die, and this is press-molded in the molding die to form a molded body, and the molded body is heated and sintered in the molding die. The pressurized heat sintering method described above is conventionally known (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No.
Reference).

具体的には、例えば第14図に示すように、ダイ101の
孔101′内において、下側パンチ102と上側パンチ103と
の間に粉末状の金属材料104を充填し、この金属材料104
を下側パンチ102と上側パンチ103とで加圧成形し、成形
体104(金属材料)を形成するようにしている。そし
て、下側パンチ102と上側パンチ103とに、夫々電極105,
106を取り付け、電源107を用いて成形体104(金属材
料)に通電し、成形体104内での発熱によって成形体104
を加熱・焼結するようにしている。あるいは、第15図に
示すように、ダイ101の外周部に電源107に接続されるヒ
ータ108を取り付け、ヒータ108の発熱によって成形体10
4を加熱・焼結するようにしている。
Specifically, for example, as shown in FIG. 14, a powdery metal material 104 is filled between a lower punch 102 and an upper punch 103 in a hole 101 ′ of a die 101, and the metal material 104 is filled.
Is pressed by the lower punch 102 and the upper punch 103 to form a molded body 104 (metal material). The lower punch 102 and the upper punch 103 have electrodes 105,
The molded body 104 (metal material) is energized by using the power source 107, and heat is generated in the molded body 104 to form the molded body 104.
Is heated and sintered. Alternatively, as shown in FIG. 15, a heater 108 connected to a power supply 107 is attached to the outer periphery of the die 101, and the molded product 10
4 is heated and sintered.

しかしながら、上記従来の方法は、いずれも成形型内
での粉末金属材料の流動性が低いので、複雑な形状の成
形体を均一な密度で成形することができず、したがって
円柱形あるいは角柱形の単純な形状の成形体ないし焼結
体にしか用いることができないといった問題があった。
なお、パンチを複動式にすれば成形体の密度を均一化す
ることができるが、成形型セット(ダイ、パンチ等)が
高温となるので、パンチを複動させるためのばね、空圧
機構、油圧機構等を成形型セットに組み込むことがむず
かしく、複動式パンチの採用は実用上採用しがたいとい
った問題があった。
However, in the above-mentioned conventional methods, since the fluidity of the powder metal material in the molding die is low, it is not possible to form a molded article having a complicated shape at a uniform density, and therefore, a cylindrical or prismatic shaped article cannot be formed. There is a problem that it can be used only for a compact or sintered body having a simple shape.
If the punch is double-acting, the density of the compact can be made uniform. However, since the temperature of the mold set (die, punch, etc.) becomes high, a spring and a pneumatic mechanism for double-acting the punch are used. In addition, it is difficult to incorporate a hydraulic mechanism or the like into a mold set, and there is a problem that it is practically difficult to employ a double-acting punch.

そこで、本願出願人は、上記問題点を解決すべく、粉
末金属材料と液体バインダとを混合した流動性の高いス
ラリを用いて、単動式の成形型により複雑な形状の成形
体ないし焼結体を形成しうる加圧加熱焼結方法を提案し
ている(特願平2−77613号明細書参照)。
In order to solve the above-mentioned problems, the applicant of the present application used a highly fluid slurry obtained by mixing a powder metal material and a liquid binder, and formed a compact or sintered body having a complicated shape using a single-acting mold. A pressure heating sintering method capable of forming a body has been proposed (see Japanese Patent Application No. 2-77613).

以下、第16図に示す工程図に従って、本願出願人にか
かる上記加圧加熱焼結方法を説明する。
Hereinafter, the above-mentioned pressure heating sintering method according to the present applicant will be described with reference to the process chart shown in FIG.

工程1…粉末金属材料111と液体バインダ112(例えば
グリセリン)とを準備する。
Step 1: A powder metal material 111 and a liquid binder 112 (for example, glycerin) are prepared.

工程2…粉末金属材料111とバインダ112とを混合して
スラリ113を調製する。
Step 2: A slurry 113 is prepared by mixing the powder metal material 111 and the binder 112.

工程3…スラリ113をダイ114の孔114′の内周面と下
側パンチ115の上端面とによって画成されたキャビティ
に流し込む。
Step 3: The slurry 113 is poured into the cavity defined by the inner peripheral surface of the hole 114 'of the die 114 and the upper end surface of the lower punch 115.

工程4…上側パンチ117で上記スラリを加圧成形し、
荒脱バインダを行なうとともに成形体116を形成する。
Step 4: press-forming the slurry with the upper punch 117,
While performing rough binder removal, a compact 116 is formed.

工程5…両パンチ115,117を夫々電源118に接続し、成
形体116に通電し、その発熱により成形体116を加圧しつ
つ加熱・焼結する。このとき、金属材料の塑性流動によ
り、密度が均一化される。
Step 5: Both the punches 115 and 117 are connected to the power supply 118 to supply electricity to the molded body 116, and the molded body 116 is heated and sintered while being pressed by the heat generated. At this time, the density is made uniform by the plastic flow of the metal material.

工程6…焼結体116′を取り出す。Step 6: Take out the sintered body 116 '.

このような加圧加熱焼結方法によれば、単動的な成形
型を用いた場合でも、液体バインダによる流動性の向上
と加圧加熱時の塑性流動とにより、複雑な形状の焼結体
を比較的均一な密度で形成することができる。
According to such a pressure heating and sintering method, even when a monodynamic molding die is used, a sintered body having a complicated shape is formed by the improvement of fluidity by the liquid binder and the plastic flow at the time of pressure heating. Can be formed with a relatively uniform density.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、本願出願人にかかる液体バインダを用
いた上記加圧加熱焼結方法においても、成形体の形状が
複雑な場合には、加圧成形時に金属粒子を隅々まで均一
に行き渡らせることはなかなかむずかしい。とくに、ス
テンレス等の変形抵抗の高い金属材料を用いた場合は、
塑性流動性も低下するので、焼結体の密度を十分に均一
化することができない。例えば、第17図に示すように、
成形体の加圧方向の厚みの差が大きい場合には、十分な
塑性流動を生じさせることができず、焼結体の密度が不
均一となるといった問題があり、とくに塑性流動を生じ
させるべき部分の肉厚tが薄い場合には、上記不具合が
著しくなる。なお、焼結温度を高めれば塑性流動を促進
することができるが、このようにすると成形型の強度が
低下するといった不具合が生じる。
[Problems to be Solved by the Invention] However, even in the above-mentioned pressurized heat sintering method using the liquid binder according to the present applicant, when the shape of the molded body is complicated, the metal particles are not cornered during the pressure molding. It is very difficult to get them evenly distributed. In particular, when a metal material having high deformation resistance such as stainless steel is used,
Since the plastic fluidity also decreases, the density of the sintered body cannot be made sufficiently uniform. For example, as shown in FIG.
If the difference in the thickness of the compact in the pressing direction is large, sufficient plastic flow cannot be generated, and there is a problem that the density of the sintered body becomes non-uniform. In the case where the thickness t of the portion is small, the above-mentioned problem becomes remarkable. It should be noted that if the sintering temperature is increased, plastic flow can be promoted, but such a problem occurs that the strength of the mold decreases.

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たものであって、単動式のパンチで、複雑な形状の成形
体ないし焼結体を均一な密度で形成することができる加
圧加熱焼結方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and is directed to a pressurizing method capable of forming a compact or sintered body having a complicated shape at a uniform density with a single-acting punch. An object is to provide a heat sintering method.

[課題を解決するための手段] 上記の目的を達するため、第1の発明は、固体粉末と
液体バインダとを混合してスラリを調製し、該スラリを
成形型のキャビティ内に充填し、キャビティ内のスラリ
を加圧してバインダを搾り出すとともにスラリを成形型
に対応する所定の形状に加圧成形して成形体を形成し、
該成形体を加熱焼結して所定の形状の焼結体を形成する
ようにした加圧加熱焼結方法であって、固体粉末を、比
較的粒子径の大きい大粒子と、比較的粒子径の小さい小
粒子とが配合されてなる二極粒子分布構成とした上で、
予め、大粒子とバインダとを混合して大粒子スラリを調
製する一方、別の容器を用いて小粒子とバインダとを混
合して小粒子スラリを調製し、成形型のキャビティ内に
充填すべきスラリを、充填前に大粒子スラリと小粒子ス
ラリとを所定の配合比で混合して調製するようにしたこ
とを特徴とする加圧加熱焼結方法を提供する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a first invention is to prepare a slurry by mixing a solid powder and a liquid binder, fill the slurry into a cavity of a molding die, Pressing the slurry inside to squeeze the binder and pressing the slurry into a predetermined shape corresponding to the mold to form a molded body,
A pressure and heat sintering method for heating and sintering the compact to form a sintered body having a predetermined shape, wherein the solid powder is formed into a large particle having a relatively large particle size and a relatively large particle size. After having a bipolar particle distribution configuration in which small particles of
In advance, a large particle slurry is prepared by mixing the large particles and the binder, while a small particle slurry is prepared by mixing the small particles and the binder using another container, and should be filled in the cavity of the mold. A pressure heating sintering method characterized in that a slurry is prepared by mixing a large particle slurry and a small particle slurry at a predetermined mixing ratio before filling.

第2の発明は、第1の発明にかかる加圧加熱焼結方法
において、小粒子の粒子径が、互いに接触する大粒子間
の間隙を通過できるような大きさに設定されていること
を特徴とする加圧加熱焼結方法を提供する。
A second invention is characterized in that, in the pressure and heat sintering method according to the first invention, the particle diameter of the small particles is set to a size such that the small particles can pass through the gap between the large particles that are in contact with each other. Pressure sintering method.

第3の発明は、第1の発明にかかる加圧加熱焼結方法
において、上記成形体が厚肉部と薄肉部とで構成される
ようにした上で、成形型の厚肉部に対応する部位に、バ
インダを流出させるバインダ流出部を形成し、キャビテ
ィ内のスラリの加圧成形工程で、バインダを、バインダ
流出部からキャビティ外に流出させるようにしたことを
特徴とする加圧加熱焼結方法を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the pressure and heat sintering method according to the first aspect of the present invention, the molded body is constituted by a thick part and a thin part, and corresponds to a thick part of a molding die. Pressure heating sintering, wherein a binder outflow portion for discharging the binder is formed in the portion, and the binder is caused to flow out of the cavity from the binder outflow portion in the pressure forming step of the slurry in the cavity. Provide a way.

[発明の作用・効果] 第1の発明によれば、小粒子の粒径を大粒子の粒径に
比べて十分に小さく設定すれば、加圧成形時において、
大粒子が十分な密度で充填されていない部位に、バイン
ダの流動によって小粒子が運ばれ、大粒子間の間隙が小
粒子で埋められる。このため、充填が均一でかつ高密度
な成形体ないし焼結体を形成することができる。
According to the first aspect, if the particle size of the small particles is set sufficiently smaller than the particle size of the large particles,
The small particles are carried by the flow of the binder to a portion where the large particles are not filled with sufficient density, and the gap between the large particles is filled with the small particles. For this reason, a compact or sintered body with uniform filling and high density can be formed.

また、一般に、比較的大きな1つの容器内で大粒子と
小粒子とを液体バインダを用いて混合すると、両粒子の
重量差により容器内で両粒子の分布が不均一となり、こ
のスラリを成形型に充填すると、ロット毎に両粒子の配
合比のばらつきが生じることになる。しかしながら、こ
の第1の発明では、大粒子と小粒子とを別個の容器でバ
インダと混合して大粒子スラリと小粒子スラリとを調製
しておき、成形型への充填直前に大粒子スラリと小粒子
スラリとを所定の混合比で混合して必要量だけスラリを
調製するようにしているので、大粒子と小粒子の配合比
のばらつきを低減することができる。
In general, when large particles and small particles are mixed using a liquid binder in one relatively large container, the distribution of both particles in the container becomes non-uniform due to the weight difference between the two particles. In this case, the mixing ratio of both particles varies from lot to lot. However, in the first invention, the large particles and the small particles are mixed with the binder in separate containers to prepare the large particle slurry and the small particle slurry, and the large particle slurry and the small particle slurry are prepared immediately before filling the mold. Since the slurry is prepared in a required amount by mixing the small particle slurry with a predetermined mixing ratio, it is possible to reduce the variation in the mixing ratio between the large particles and the small particles.

第2の発明によれば、まずもって、第1の発明の場合
と同様の作用・効果が得られる。さらに、小粒子の粒径
が互いに接触する大粒子間の間隙より小さく設定されて
いるので、加圧成形時に小粒子が大粒子の間を自由に通
り抜けることができる。このため、大粒子の充填密度が
不均一な場合でも、大粒子の間隙に小粒子がくまなく入
り込み、充填が均一でかつ高密度な成形体ないしは焼結
体を形成することができる。
According to the second aspect, the same operation and effect as those of the first aspect can be obtained. Further, since the particle size of the small particles is set to be smaller than the gap between the large particles that are in contact with each other, the small particles can freely pass between the large particles during pressure molding. For this reason, even when the packing density of the large particles is not uniform, the small particles can enter into the gaps between the large particles all over, and a compact or sintered body with uniform filling and high density can be formed.

第3の発明によれば、まずもって、第1の発明の場合
と同様の作用・効果が得られる。さらに、バインダが流
出する部分には、バインダの流れにのって小粒子が集ま
るので、小粒子を多く分布させたい部分に小粒子を効果
的に集めることができる。つまり、成形体の所望の部分
で小粒子の濃度を高めることができる。これを利用し
て、例えば小粒子の組成を大粒子の組成と異ならせ、任
意の部分で組成を好ましく調節することもできる。
According to the third aspect, the same operation and effect as those of the first aspect can be obtained. Further, small particles are gathered along the flow of the binder in a portion where the binder flows out, so that the small particles can be effectively collected in a portion where a large amount of small particles are to be distributed. That is, the concentration of the small particles can be increased in a desired portion of the molded body. By utilizing this, for example, the composition of the small particles can be made different from the composition of the large particles, and the composition can be preferably adjusted at an arbitrary portion.

[実施例] 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。[Examples] Examples of the present invention will be specifically described below.

<第1実施例> 第1図に示すように、ギヤスリーブ(図示していない
が、第17図のギヤスリーブとほぼ同形状)を製造するた
めの、加圧加熱焼結装置Dのダイ1には円柱形の成形孔
1aが形成され、この成形孔1aの中心部にはマンドレル2
(軸部)が配置されている。そして、成形孔1aの周面
と、マンドレル2の外周面との間の空間部には、下側パ
ンチ3とノックアウトパンチ4とが嵌入されている。そ
して、成形孔1aの周面と、マンドレル2の外周面と、下
側パンチ3の上端面と、ノックアウトパンチ4の上端面
とによって形成されるキャビティに、後で説明するよう
に混合スラリ5が充填されるようになっている。
<First Embodiment> As shown in FIG. 1, a die 1 of a pressure and heat sintering apparatus D for manufacturing a gear sleeve (not shown, but having substantially the same shape as the gear sleeve in FIG. 17). Has a cylindrical shaped hole
1a is formed, and a mandrel 2 is formed at the center of the forming hole 1a.
(Shaft) is disposed. The lower punch 3 and the knockout punch 4 are fitted in the space between the peripheral surface of the forming hole 1a and the outer peripheral surface of the mandrel 2. As described later, the mixing slurry 5 is formed in a cavity formed by the peripheral surface of the forming hole 1a, the peripheral surface of the mandrel 2, the upper end surface of the lower punch 3, and the upper end surface of the knockout punch 4. It is designed to be filled.

ここで、下側パンチ3は、取付ボルト6と留め具7と
を用いて、ボルスタ8の上面に配置されたダイセットプ
レート9に固定されている。また、マンドレル2も締結
ボルト11によってダイセットプレート9に固定されてい
る。
Here, the lower punch 3 is fixed to a die set plate 9 arranged on an upper surface of the bolster 8 by using a mounting bolt 6 and a fastener 7. The mandrel 2 is also fixed to the die set plate 9 by fastening bolts 11.

そして、ノックアウトパンチ4は上下方向に摺動でき
るようになっており、このノックアウトパンチ4を昇降
させるためにノックアウトピン13が設けられている。ノ
ックアウトピン13は、ノックアウトプレート14を介して
ノックアウトピストン15に連結され、ノックアウトピス
トン15によって昇降させられるようになっている。
The knockout punch 4 is slidable in the vertical direction, and a knockout pin 13 is provided to move the knockout punch 4 up and down. The knockout pin 13 is connected to a knockout piston 15 via a knockout plate 14, and is moved up and down by the knockout piston 15.

なお、後で説明するように、加圧加熱焼結装置Dは、
成形体5(第3図参照)に直接通電することによって加
熱焼結するようにしているので、成形体5(第3図参
照)と接触するダイ1、マンドレル2、パンチ3,4等
と、ダイセットプレート9とは複数の絶縁体16〜19を用
いて電気的に絶縁されている。
In addition, as described later, the pressure and heat sintering apparatus D
Heating and sintering is performed by directly energizing the molded body 5 (see FIG. 3), so that the die 1, the mandrel 2, the punches 3, 4, etc., which come into contact with the molded body 5 (see FIG. 3), The die set plate 9 is electrically insulated using a plurality of insulators 16 to 19.

また、後で説明するように、焼結体5′(第4図参
照)の密度の均一化を図るために、ノックアウトパンチ
4とマンドレル2との間と、ノックアウトパンチ4と下
側パンチ3との間には、夫々液体のバインダを流出させ
るためのバインダ流出部21が設けられている。
As will be described later, in order to equalize the density of the sintered body 5 '(see FIG. 4), the gap between the knockout punch 4 and the mandrel 2, the knockout punch 4 and the lower punch 3, Between them, there are provided binder outflow portions 21 for allowing the liquid binder to flow out, respectively.

以下、加圧加熱焼結装置Dを用いた焼結体(ギヤスリ
ーブ)の製造方法を説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a sintered body (gear sleeve) using the pressure heating and sintering apparatus D will be described.

第5図に示すように、粒径の大きい粉末金属材料をグ
リセリンと混合して大粒子スラリ31を調製する一方、別
の容器を用いて粒径の小さい粉末金属材料をグリセリン
と混合して小粒子スラリ32を調製する。
As shown in FIG. 5, a large particle slurry 31 is prepared by mixing a powder metal material having a large particle diameter with glycerin, while a powder metal material having a small particle diameter is mixed with glycerin using a separate container. A particle slurry 32 is prepared.

金属材料としては、Fe−1%C−1.45%Cr−0.25%Si
−0.3%Moの組成をもつ高炭素クロム軸受鋼に相当する
合金粉末が用いられる。そして、粒径の大きい金属材料
粒子(以下、これを大粒子という)の平均粒径はおよそ
150μmであり、粒径の小さい金属材料粒子(以下、こ
れを小粒子という)の平均粒径はおよそ10μmである。
大粒子と小粒子の粒度分布を、夫々第7図中の曲線G1,G
2で示す。なお、液体バインダを用いた従来の加圧加熱
焼結方法における、粉末金属材料の粒度分布の一例を第
9図に示す。
As metal material, Fe-1% C-1.45% Cr-0.25% Si
An alloy powder corresponding to high carbon chromium bearing steel having a composition of -0.3% Mo is used. The average particle diameter of metal material particles having a large particle diameter (hereinafter, referred to as large particles) is approximately
The average particle diameter of metal material particles having a small particle diameter of 150 μm (hereinafter, referred to as small particles) is about 10 μm.
The particle size distributions of the large particles and the small particles are shown by curves G 1 and G in FIG. 7, respectively.
Indicated by 2 . FIG. 9 shows an example of the particle size distribution of the powder metal material in the conventional pressure heating sintering method using a liquid binder.

大粒子スラリ31と小粒子スラリ32とを所定の配合比で
混合して、二極構成の粒度分布をもつ少量の(例えば数
ロット分)混合スラリ33を調製する。一般に、1つの大
きな容器で、粒子径の大きく異なる2種の固体粉末を液
体と混合すると、重量差により部分的に大粒子と小粒子
のの配合比のばらつきが生じる。しかしながら、本案で
は、大粒子スラリ31と小粒子スラリ32とから混合スラリ
33を少量づつ調製するようにしているので、大粒子と小
粒子の配合比のばらつきが低減される。
The large particle slurry 31 and the small particle slurry 32 are mixed at a predetermined mixing ratio to prepare a small amount (for example, for a few lots) of mixed slurry 33 having a bipolar particle size distribution. In general, when two types of solid powders having greatly different particle diameters are mixed with a liquid in one large container, the mixing ratio of large particles and small particles partially varies due to a weight difference. However, in the present invention, the mixed slurry is composed of the large particle slurry 31 and the small particle slurry 32.
Since 33 is prepared little by little, the variation in the mixing ratio of large particles and small particles is reduced.

なお、このような大粒子スラリ31と小粒子スラリ32と
を調製せず、第7図中の曲線G1,G2を合わせたような粒
度分布をもつ粉末金属材料を用いて直接混合スラリを調
製してもよい。この場合、例えば第8図に示すような、
およそ150μmとおよそ10μmとに夫々ピークをもつ連
続的な粒度分布をもつ金属材料を用いてもよいのはもち
ろんである。
Note that, without preparing such a large particle slurry 31 and a small particle slurry 32, a direct mixing slurry was obtained by using a powder metal material having a particle size distribution obtained by combining the curves G 1 and G 2 in FIG. It may be prepared. In this case, for example, as shown in FIG.
Of course, a metal material having a continuous particle size distribution having peaks at about 150 μm and about 10 μm may be used.

混合スラリ33を1ロット分だけスラリ吐出シリンダ34
に供給し、このスラリ吐出シリンダ34内の混合スラリを
駆動シリンダ35を用いて加圧加熱焼結装置Dに供給す
る。
Slurry discharge cylinder 34 for one lot of mixed slurry 33
And the mixed slurry in the slurry discharge cylinder 34 is supplied to the pressurized heating sintering apparatus D using the drive cylinder 35.

このとき、第1図に示すように、ダイ1の成形孔1aの
周面と、マンドレル2の外周面と、下側パンチ3の上端
面と、ノックアウトパンチ4の上端面とによって形成さ
れたキャビティに、今回のロットの混合スラリ5が保持
される。
At this time, as shown in FIG. 1, a cavity formed by the peripheral surface of the forming hole 1a of the die 1, the peripheral surface of the mandrel 2, the upper end surface of the lower punch 3, and the upper end surface of the knockout punch 4. Then, the mixed slurry 5 of the current lot is held.

第2図に示すように、上側パンチ23を成形孔1aに上部
開口部から挿入し、混合スラリ5を加圧・圧縮する。こ
のとき、上側パンチ23は、加圧方向の厚さが薄い薄肉分
5aと、加圧方向の厚さが厚い厚肉部5bとを同じ長さ分だ
け圧縮するので、薄肉部5aでは大粒子の充填密度が高く
なるが、厚肉部5bでは大粒子の充填密度が低くなる。
As shown in FIG. 2, the upper punch 23 is inserted into the forming hole 1a from the upper opening, and the mixed slurry 5 is pressed and compressed. At this time, the upper punch 23 has a small thickness in the pressing direction.
5a and the thick portion 5b having a large thickness in the pressing direction are compressed by the same length, so that the packing density of large particles is high in the thin portion 5a, but the packing density of large particles is large in the thick portion 5b. Becomes lower.

一方、前記したとおり、ノックアウトパンチ4とマン
ドレル2との間と、ノックアウトパンチ4と下側パンチ
3の間とには、夫々バインダ流出部21が設けられている
ので、上側パンチ23の加圧に伴って、混合スラリ5中の
バインダが厚肉部5bの下端部を通ってバインダ流出部21
に搾り出される(B1)。ここで、小粒子は大粒子に対し
て平均粒径がおよそ1/15となっているので、慣性力の小
さい小粒子は大粒子相互間の間隙を通り抜けバインダと
ともに移動する。したがって、小粒子はバインダが搾り
だされる厚肉部5bの下端部から上方に向かって次第に蓄
積されてゆく。
On the other hand, as described above, the binder outflow portion 21 is provided between the knockout punch 4 and the mandrel 2 and between the knockout punch 4 and the lower punch 3, respectively. Accordingly, the binder in the mixed slurry 5 passes through the lower end of the thick portion 5b and flows out of the binder outlet 21.
Squeezed (B 1 ). Here, since the average size of the small particles is about 1/15 of that of the large particles, the small particles having a small inertia force pass through the gap between the large particles and move together with the binder. Therefore, the small particles are gradually accumulated upward from the lower end of the thick portion 5b from which the binder is squeezed.

第3図に示すように、上側パンチ23による加圧・圧縮
の終期には、厚肉部5bにおいては、大粒子相互間の間隙
部に小粒子が密に充填され、厚肉部5bの密度が、薄肉部
5aの密度より高くなる。なお、加圧終期には、ダイ1と
上側パンチ23とのクリアランス部からも若干のバインダ
の流出B2が生じる。このようにして、混合スラリ5は所
定の形状の成形体5となる。
As shown in FIG. 3, at the end of pressurization / compression by the upper punch 23, in the thick portion 5b, small particles are densely filled in the gaps between the large particles, and the density of the thick portion 5b is increased. But thin part
5a higher than the density. Note that the pressurized圧終period, outflow B 2 also slight binder resulting from the clearance portion between the die 1 and the upper punch 23. In this way, the mixed slurry 5 becomes a molded body 5 having a predetermined shape.

上記の効果を確認するため、低炭素(0.005wt%)の
低合金粉を用いて、上記の方法で形成された成形体の薄
肉部と厚肉部の金属組織の400倍の顕微鏡写真を、夫々
第10図と第11図とに示す。第10図と第11図とから明らか
なように、薄肉部では大粒子が高圧によってつぶされて
おり(第10図)、一方厚肉部では圧力がそれほど高めら
れないので、大粒子はそれほどつぶされていないが、大
粒子間の間隙に小粒子が入り込み、隙間がなくなってい
る。
In order to confirm the above-mentioned effects, using a low-alloy powder of low carbon (0.005 wt%), a 400 times photomicrograph of the metal structure of the thin part and the thick part of the molded body formed by the above method, These are shown in FIGS. 10 and 11, respectively. As is clear from FIGS. 10 and 11, large particles are crushed by the high pressure in the thin part (FIG. 10), whereas the pressure is not so increased in the thick part, so that the large particles are crushed so much. Although not performed, small particles have entered the gaps between the large particles, and the gaps have disappeared.

電源装置(図示せず)を用いて成形体5に通電し、成
形体5自身の発熱によって、成形体5内に残留するバイ
ンダをガス化して除去し、さらに成形体5を850℃で2
分間焼結して、第4図に示すように焼結体5′を得る。
この焼結時においては、金属材料の塑性流動により焼結
体5′の密度が高められるが、かかる塑性流動は薄肉部
5a′で比較的大きくなり、厚肉部5b′で比較的小さくな
る。このため、焼結時には薄肉部5a′の密度増加が厚肉
部5b′の密度増加より大きくなる。一方、前記したとお
り成形体5(第3図参照)形成時に、厚肉部5bの密度が
薄肉部5aの密度より高くなっているので、焼結終了時に
はこれらが相殺され、焼結体5′の密度が均一化され
る。
The power is supplied to the compact 5 using a power supply device (not shown), and the binder remaining in the compact 5 is gasified and removed by the heat generated by the compact 5 itself.
After sintering for 5 minutes, a sintered body 5 'is obtained as shown in FIG.
During this sintering, the density of the sintered body 5 ′ is increased by the plastic flow of the metal material,
It becomes relatively large at 5a 'and relatively small at the thick part 5b'. Therefore, at the time of sintering, the density increase of the thin portion 5a 'is larger than the density increase of the thick portion 5b'. On the other hand, since the density of the thick portion 5b is higher than the density of the thin portion 5a when the compact 5 (see FIG. 3) is formed as described above, they are canceled at the end of sintering, and the sintered compact 5 'is formed. Density is made uniform.

なお、第6図に示すように、成形体41が上下両方に突
出しているような場合には、成形体41の上下両側にバイ
ンダ流出部を設けるのが好ましい。すなわち、ダイ42の
成形孔42内に配置される下側パンチ43と下側ノックアウ
トパンチ44との間に下側バインダ流出部45を設け、上側
パンチ46と上側ノックアウトパンチ47との間に上側バイ
ンダ流出部48を設けるようにすればよい。
As shown in FIG. 6, in the case where the molded body 41 projects both up and down, it is preferable to provide a binder outflow portion on both upper and lower sides of the molded body 41. That is, a lower binder outflow portion 45 is provided between a lower punch 43 and a lower knockout punch 44 arranged in the forming hole 42 of the die 42, and an upper binder is provided between the upper punch 46 and the upper knockout punch 47. An outflow portion 48 may be provided.

以上、第1実施例によれば、変形抵抗の大きい金属材
料を用いて複雑な形状の焼結体を製造する場合でも、単
動式の加圧加熱焼結装置で密度の均一な焼結体を製造す
ることができる。
As described above, according to the first embodiment, even when a sintered body having a complicated shape is manufactured using a metal material having a large deformation resistance, the sintered body having a uniform density is produced by a single-acting pressurized heating sintering apparatus. Can be manufactured.

<第2実施例> 以下、第2実施例を説明する。Second Embodiment Hereinafter, a second embodiment will be described.

第12図に示すように、ロッカチップ56(第13図参照)
を製造するための加圧加熱焼結装置D′のダイ51に形成
された成形孔51a内には、下側パンチ52が配置され、こ
の下側パンチ52の軸心部に形成された中空部52aにはノ
ックアウトパンチ53が嵌入されている。
As shown in FIG. 12, rocker chip 56 (see FIG. 13)
A lower punch 52 is arranged in a forming hole 51a formed in a die 51 of a pressure and heat sintering apparatus D 'for manufacturing a hollow body formed in an axis of the lower punch 52. A knockout punch 53 is fitted into 52a.

第2実施例では、上側パンチ54が、第1〜第4パーツ
54a〜54dに分割されている。なお、上側パンチ54は、第
1〜第4パーツ54a〜54dに分割されているが、動作は単
動式であり、加圧成形時には一体的に混合スラリ50を加
圧するようになっている。そして、ダイ51と第1パーツ
54aとの間に第1バインダ流出部55aが設けられ、第1〜
第4パーツ54a〜54d相互間に夫々第2〜第4バインダ流
出部55b〜57dが設けられ、さらに第4パーツ54dとダイ5
1との間に第5バインダ流出部55eが設けられている。
In the second embodiment, the upper punch 54 includes first to fourth parts.
It is divided into 54a-54d. Although the upper punch 54 is divided into first to fourth parts 54a to 54d, the operation is a single-acting type, and the mixing slurry 50 is integrally pressurized during pressure molding. And the die 51 and the first part
A first binder outflow portion 55a is provided between the first binder outflow portion 55a.
Second to fourth binder outlets 55b to 57d are provided between the fourth parts 54a to 54d, respectively.
A fifth binder outflow portion 55e is provided between the first and second portions.

以下、加圧加熱焼結装置D′によるロッカチップ56
(第13図参照)の製造方法を説明する。
Hereinafter, the rocker chip 56 by the pressure and heat sintering device D 'will be described.
(See FIG. 13) will be described.

ダイ51の形成孔51aの周面と、下側パンチ52の上端面
と、ノックアウトパンチ53の上端面とによって形成され
るキャビティに、所定量の混合スラリ50を供給する。
A predetermined amount of the mixed slurry 50 is supplied to a cavity formed by the peripheral surface of the forming hole 51a of the die 51, the upper end surface of the lower punch 52, and the upper end surface of the knockout punch 53.

ここで、混合スラリ50は予め、粒径88〜175μmの鉄
粉(大粒子)と、粒径20〜1μmの黒鉛(小粒子)と
を、適量の液体バインダ(例えばグリセリン)と混合す
ることによって調製されている。なお、固体材料中の黒
鉛の含有率は0.2wt%程度に設定される。
Here, the mixing slurry 50 is prepared by previously mixing iron powder (large particles) having a particle size of 88 to 175 μm and graphite (small particles) having a particle size of 20 to 1 μm with an appropriate amount of a liquid binder (for example, glycerin). Has been prepared. The content of graphite in the solid material is set to about 0.2 wt%.

上側パンチ54で混合スラリ50を加圧・圧縮して成形体
50を形成する。このとき、バインダが上方の第1〜第5
バインダ流出部55a〜55eに搾り出される。このため、小
粒子である黒鉛がバインダによって運ばれ成形体50の上
面から下方に向かって蓄積される。このため、成形体50
の上面近傍では上端面で最も黒鉛濃度が高くなり、下方
にゆくほど黒鉛濃度が低くなるような濃度分布が形成さ
れる。
Press and compress the mixed slurry 50 with the upper punch 54 to form a compact
Form 50. At this time, the first to fifth binders
It is squeezed by the binder outlets 55a to 55e. Therefore, graphite, which is small particles, is carried by the binder and is accumulated downward from the upper surface of the molded body 50. For this reason, the compact 50
In the vicinity of the upper surface, there is formed a concentration distribution in which the graphite concentration is highest at the upper end surface, and the graphite concentration decreases as going downward.

成形体50に通電して加熱焼結し、第13図に示すような
ロッカチップ56を得る。
The molded body 50 is energized and heated and sintered to obtain a rocker chip 56 as shown in FIG.

前記したとおり、成形体50の上面近傍には黒鉛の濃度
分布が生じているので(第12図参照)、焼結後におい
て、ロッカチップ56の摺動部56aには浸炭組織が形成さ
れ、この摺動部56aから離れ本体部56b側にゆくにつれて
次第にフェライト組織(鉄のみの組織)に富むようにな
る。
As described above, since the concentration distribution of graphite occurs near the upper surface of the molded body 50 (see FIG. 12), a carburized structure is formed on the sliding portion 56a of the rocker chip 56 after sintering. As the distance from the sliding portion 56a to the main body portion 56b increases, the structure gradually becomes richer in ferrite structure (iron-only structure).

このようにして、摺動部56aに耐摩耗性の高い浸炭組
織が形成され、本体部56bに加工の容易なフェライト組
織が形成されたロッカチップ56が得られる。なお、ロッ
カチップ56の本体部56bは、アルミ合金等で鋳ぐるま
れ、摺動部56aを保持する役目を果たす。
In this way, a rocker chip 56 having a carburized structure having high wear resistance formed on the sliding portion 56a and a ferrite structure easily formed on the main body portion 56b is obtained. The main body 56b of the rocker chip 56 is cast with an aluminum alloy or the like, and serves to hold the sliding portion 56a.

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

第1図は、本発明の第1実施例を示す、加圧加熱焼結装
置の立面断面説明図である。 第2図は、第1図に示す加圧加熱焼結装置の、加圧成形
工程初期における要部立面断面説明図である。 第3図は、加圧成形工程終期における、第2図と同様の
図である。 第4図は、焼結工程における、第2図と同様の図であ
る。 第5図は、第1実施例における混合スラリの調製工程を
示す工程図である。 第6図は、上下両パンチ側に夫々バインダ流出部が設け
られた加圧加熱焼結装置の立面断面説明図である。 第7図は、第1実施例における粉末金属材料の粒度分布
を示す図である。 第8図は、粉末金属材料の好ましい粒度分布のもう1つ
の例を示す図である。 第9図は、液体バインダを用いた従来の加圧加熱焼結方
法で用いられる金属材料の粒度分布の一例を示す図であ
る。 第10図は、第1実施例における、成形体の薄肉部の金属
組織を示す顕微鏡写真である。 第11図は、第1実施例における、成形体の厚肉部の金属
組織を示す顕微鏡写真である。 第12図は、本発明の第2実施例を示す加圧加熱焼結装置
の立面断面説明図である。 第13図は、第12図に示す加圧加熱焼結装置によって製造
されたロッカチップの立面断面説明図である。 第14図は、液体バインダを用いない従来の加圧加熱焼結
装置の立面断面説明図である。 第15図は、液体バインダを用いないもう1つの従来の加
圧加熱焼結装置の立面断面説明図である。 第16図は、液体バインダを用いた従来の加圧加熱焼結方
法を示す工程図である。 第17図は、薄肉部と厚肉部とが形成された成形体(ギヤ
スリーブ)の立面断面説明図である。 D,D′……加圧加熱焼結装置、1……ダイ、1a……成形
孔、2……マンドレル、3……下側パンチ、4……ノッ
クアウトパンチ、5……混合スラリ(成形体)、5′…
…焼結体、21……バインダ流出部、23……上側パンチ、
31……大粒子スラリ、32……小粒子スラリ、51……ダ
イ、52……下側パンチ、53……ノックアウトパンチ、54
……上側パンチ、55a〜55e……第1〜第5バインダ流出
部、56……ロッカチップ。
FIG. 1 is an elevational cross-sectional view of a pressure and heat sintering apparatus, showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an elevational sectional view of a main part of the pressure-heating and sintering apparatus shown in FIG. 1 in an early stage of a pressure-forming step. FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 at the end of the pressure forming step. FIG. 4 is a view similar to FIG. 2 in a sintering step. FIG. 5 is a process chart showing a process of preparing a mixed slurry in the first embodiment. FIG. 6 is an elevational cross-sectional view of a pressurized and heated sintering apparatus in which binder outflow portions are provided on both upper and lower punch sides. FIG. 7 is a view showing the particle size distribution of the powder metal material in the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing another example of a preferable particle size distribution of the powder metal material. FIG. 9 is a diagram showing an example of a particle size distribution of a metal material used in a conventional pressure heating sintering method using a liquid binder. FIG. 10 is a photomicrograph showing the metal structure of the thin portion of the compact in the first example. FIG. 11 is a photomicrograph showing the metal structure of the thick part of the compact in the first example. FIG. 12 is an elevational cross-sectional view of a pressure and heat sintering apparatus showing a second embodiment of the present invention. FIG. 13 is an elevational cross-sectional explanatory view of a rocker chip manufactured by the pressure and heat sintering apparatus shown in FIG. FIG. 14 is an elevational cross-sectional view of a conventional pressure heating and sintering apparatus that does not use a liquid binder. FIG. 15 is an elevational sectional view of another conventional pressure heating sintering apparatus that does not use a liquid binder. FIG. 16 is a process chart showing a conventional pressure heating sintering method using a liquid binder. FIG. 17 is an elevational sectional view of a formed body (gear sleeve) in which a thin portion and a thick portion are formed. D, D '... Pressurized heat sintering device, 1 ... Die, 1a ... Forming hole, 2 ... Mandrel, 3 ... Lower punch, 4 ... Knockout punch, 5 ... Mixed slurry (compact) ), 5 '...
... Sintered body, 21 ... Binder outlet, 23 ... Top punch,
31 large particle slurry, 32 small particle slurry, 51 die, 52 lower punch, 53 knockout punch, 54
... Upper punch, 55a to 55e, first to fifth binder outlets, 56, rocker chips.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】固体粉末と液体バインダとを混合してスラ
リを調製し、該スラリを成形型のキャビティ内に充填
し、キャビティ内のスラリを加圧してバインダを搾り出
すとともにスラリを成形型に対応する所定の形状に加圧
成形して成形体を形成し、該成形体を加熱焼結して所定
の形状の焼結体を形成するようにした加圧加熱焼結方法
であって、 固体粉末を、比較的粒子径の大きい大粒子と、比較的粒
子径の小さい小粒子とが配合されてなる二極粒度分布構
成とした上で、 予め、大粒子とバインダとを混合して大粒子スラリを調
製する一方、別の容器を用いて小粒子とバインダとを混
合して小粒子スラリを調製し、成形型のキャビティ内に
充填すべきスラリを、充填前に大粒子スラリと小粒子ス
ラリとを所定の配合比で混合して調製するようにしたこ
とを特徴とする加圧加熱焼結方法。
A slurry is prepared by mixing a solid powder and a liquid binder, the slurry is filled into a cavity of a mold, and the slurry in the cavity is pressurized to squeeze the binder, and the slurry is formed into a mold. A pressure-and-heat sintering method for forming a compact by press-molding into a corresponding predetermined shape to form a compact and heating and sintering the compact to form a sintered body having a predetermined shape, The powder has a bipolar particle size distribution configuration in which large particles having a relatively large particle diameter and small particles having a relatively small particle diameter are blended, and the large particles are mixed in advance with the large particles and the binder. While preparing the slurry, the small particles and the binder are mixed using another container to prepare a small particle slurry, and the slurry to be filled in the cavity of the mold is prepared before the filling by the large particle slurry and the small particle slurry. And in a predetermined mixing ratio Pressurizing heater sintering method characterized by the.
【請求項2】請求項1に記載された加圧加熱焼結方法に
おいて、 小粒子の粒子径が、互いに接触する大粒子間の間隙を通
過できるような大きさに設定されていることを特徴とす
る加圧加熱焼結方法。
2. The pressure-heating and sintering method according to claim 1, wherein the small particles have a particle size set so as to pass through a gap between the large particles that are in contact with each other. Pressure heating sintering method.
【請求項3】請求項1に記載された加圧加熱焼結方法に
おいて、 上記成形体が厚肉部と薄肉部とで構成されるようにした
上で、成形型の厚肉部に対応する部位に、バインダを流
出させるバインダ流出部を形成し、 キャビティ内のスラリの加圧成形工程で、バインダを、
バインダ流出部からキャビティ外に流出させるようにし
たことを特徴とする加圧加熱焼結方法。
3. The pressure-heating and sintering method according to claim 1, wherein the molded body is composed of a thick part and a thin part, and the molded body corresponds to a thick part of a molding die. Forming a binder outflow part that allows the binder to flow out in the part, In the pressure forming process of the slurry in the cavity, the binder is
A pressure and heat sintering method characterized by flowing out of a cavity from a binder outflow portion.
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