JP3295927B2 - 粉末成形用金型装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料粉末を加熱し
た状態で圧縮して成形するのに用いられる粉末成形用金
型装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】粉末冶金においては、
鉄などの金属を主成分とする原料粉末を粉末成形プレス
で圧縮して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結炉で加熱
して焼結する。例えば環状の圧粉体を成形する場合、成
形用の金型部品として、圧粉体の外周面を形成するダイ
と、圧粉体の内周面を形成するコアロッドと、圧粉体の
一端面を形成する下パンチと、圧粉体の他端面を形成す
る上パンチとが用いられる。前記ダイ、コアロッドおよ
び下パンチは、例えば、これらを各々固定したプレート
をユニット化した金型装置であるダイセットに組み込ま
れる。このダイセットは、ダイを固定したダイプレート
と、コアロッドを固定したヨークプレートとに複数のガ
イドロッドの両端部を各々固定し、下パンチを固定した
ベースプレートに形成された貫通孔に前記ガイドロッド
が摺動自在に貫通させてある。そして、ウィズドロアル
法の場合、ベースプレートがプレス本体のボルスタに固
定され、ヨークプレートおよびダイプレートが下部ラム
により上下に駆動される。

【０００３】ところで、前記圧粉体の成形に際して、例
えば特開平8-41501 号公報などに記載されているよう
に、原料粉末を加熱しておくと、同じ圧力で加圧して
も、圧粉体の密度および強度を高くでき、圧粉体の破損
を防止できるとともに、焼結前の機械加工も可能になる
などの利点がある。いわゆる温間粉末成形である。その
ために、温間粉末成形では、上パンチと、ダイプレート
におけるダイの周囲の位置とにヒーターを設けて加熱さ
れた原料粉末の温度低下を防止している。

【０００４】前述のように、温間粉末成形では、ダイを
加熱するが、本来ダイのみを加熱すればよいのに対し
て、ヒーターからの熱がダイプレートにおいてガイドロ
ッドのある周辺部にまで伝わり、ダイプレート全体が熱
膨張により変形する。そのため、ガイドロッドと各プレ
ートとの位置関係が常温を基準に設定されていたとする
と、加熱が行われる成形時においては、複数のガイドロ
ッドの上端および下端、それにベースプレートの貫通孔
のピッチに相違を生じ、その結果、プレートの円滑な作
動性が損なわれる問題があった。一方、成形時の熱膨張
の相違を見込んで、各プレートやロッドの寸法関係を設
定したとすると、ダイセットの組み立て時あるいは通常
の常温での粉末成形時などにプレートを円滑に作動させ
られなくなる。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするもので、常温時にも温間粉末成形時にも、ダイセ
ットのプレートを円滑に作動させられるようにすること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、前記
目的を達成するために、ガイドロッドにより相互に移動
自在に連結された複数のプレートに、圧粉体を成形する
金型部品を各々設け、これらの金型部品のうち圧粉体の
外面を形成するダイを設けたダイプレートのダイホルダ
ーに、ダイを加熱する加熱手段を設けた粉末成形用金型
装置において、前記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たものである。

【０００７】そして、ガイドロッドを案内として各プレ
ートが相互に移動することにより、これらのプレートに
設けられた金型部品によって原料粉末が圧縮されて圧粉
体が成形される。その際、加熱手段がダイを介して加熱
された原料粉末の温度低下を防止することにより、圧粉
体の密度向上などが図られる。加熱手段から発生する熱
は、ダイ内の原料粉末へは伝わるが、空気断熱層により
遮られて、ガイドロッドのある部分までは伝わりにく
い。したがって、各プレートおよびガイドロッドの寸法
関係が熱変形により変わることが抑制され、各プレート
は円滑に作動する。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明の粉末
成形用金型装置において、前記空気断熱層に空気を流通
させる空気供給手段を備えたものである。

【０００９】そして、空気断熱層を流通する空気によ
り、この空気断熱層の熱が排出され、この空気断熱層に
よる断熱効果が向上する。

【００１０】

【発明の実施形態】以下、本発明の粉末成形用金型装置
の一実施例について、図１〜３を参照しながら説明す
る。まず、粉末成形用金型装置であるダイセット１を含
めた粉末成形プレスの構成を図１により説明する。ダイ
セット１は、ベースプレート２と、このベースプレート
２の上方に位置するダイプレート３と、ベースプレート
２の下方に位置するヨークプレート４とを備えており、
これらのプレート２，３，４をその四隅部に位置するガ
イドロッド５により互いに組み付けてある。これらのガ
イドロッド５は、鉛直なもので、上端部がダイプレート
３に固定されているとともに、下端部がヨークプレート
４に固定されており、ベースプレート２に固定されたガ
イドブッシュ６内の貫通孔７を上下摺動自在に貫通して
いる。これにより、ダイプレート３およびヨークプレー
ト４がベースプレート２に対して上下動自在に案内され
る。なお、前記各プレート２，３，４の材料は、例えば
鋼材であり、基本的に同等の材料である。

【００１１】前記ベースプレート２は、粉末成形プレス
のプレス本体のボルスタ11上に着脱可能に固定されるも
のであり、成形される圧粉体（例えば外歯ギヤ）Ｇの下
端面を形成する金型部品である筒状の下パンチ12が上面
に受け板13を介して固定されている。また、ヨークプレ
ート４は、プレス本体に設けられた下部ラム14に固定さ
れており、この下部ラム14により駆動されて上下動する
ものである。そして、ヨークプレート４の上側には、圧
粉体Ｇの内周面を形成する金型部品であるコアロッド15
が螺着されて固定されている。このコアロッド15は、ベ
ースプレート２を貫通し、下パンチ12内に上下摺動自在
に嵌合している。

【００１２】前記ダイプレート３は、前記ガイドロッド
５が固定されたプレート本体16にダイホルダー17をダイ
ホルダー押さえ18により固定してあり、このダイホルダ
ー17に、圧粉体Ｇの内周面を形成する金型部品である筒
状のダイ19をダイ押さえ20により固定している。図２を
用いてより詳しく説明すると、前記ダイ19は、ダイホル
ダー17内に焼嵌されているが、外周面の下部に鍔部21を
有している。そして、この鍔部21が、ダイホルダー17の
内周面下部に形成された段差部22に嵌合しているととと
もに、ダイホルダー17の下面に固定された環状のダイ押
さえ20により押さえられて、ダイ19がダイホルダー17に
固定されている。また、前記ダイホルダー17は、ほぼ円
筒形状になっていて、枠状の前記プレート本体16内に嵌
合されており、外周面の下部に鍔部23を有している。一
方、ダイホルダー押さえ18の内周面には、ダイホルダー
17の鍔部23に嵌合する段差部24が形成されている。そし
て、プレート本体16の下面とここに固定されたダイホル
ダー押さえ18とにより前記鍔部23が挟まれて、プレート
本体16にダイホルダー17が固定されている。

【００１３】また、前記ダイホルダー17の外周面には、
凹溝26がほぼ全周に渡って形成されており、この凹溝26
により、ダイホルダー17の外周面とプレート本体16の内
周面との間に空気断熱層27が形成されている。なお、凹
溝26は、ダイホルダー17の上面およびこのダイホルダー
17の鍔部23の上面から離れて位置している。これととも
に、ダイホルダー17の鍔部23の外周面にも、この鍔部23
の上下面から離れて位置した凹溝28がほぼ全周に渡って
形成されており、この凹溝28により、鍔部23の外周面と
ダイホルダー押さえ18の内周面との間に空気断熱層29が
形成されている。さらに、図２，３で示すようにプレー
ト本体16には、ほぼＣ字形状をなす上側の前記空気断熱
層27の両端にそれぞれ通じる水平な空気出入口30が形成
されている。これら一対の空気出入口30は、プレート本
体16の外側面へ抜けており、空気供給手段である空気供
給源31が接続されている。この空気供給源31は、常温の
空気を一方の前記空気出入口30から空気断熱層27に供給
し、この空気断熱層27で流して、他方の前記空気出入口
30から排出させるものである。

【００１４】なお、下側の空気断熱層にも空気を流通さ
せるようにしてもよい。また、空気断熱層を形成するた
めの凹溝は、ダイホルダーではなく、プレート本体また
はダイホルダー押さえの方に形成してもよい。しかし、
加工上は、ダイホルダーに形成した方が有利である。さ
らに、空気断熱層の形状も、前記のものには限らず、プ
レート本体の内周側の空気断熱層とダイホルダー押さえ
の内周側の空気断熱層とを部分的に繋げるなどしてもよ
い。

【００１５】また、前記ダイホルダー17には、ダイ19を
囲む数か所に組み込み孔32が上下方向に形成されてお
り、これらの組み込み孔32に、ダイ19を加熱する加熱手
段である棒状のカートリッジヒーター33がそれぞれ組み
込まれている。これとともに、ダイホルダー17には、前
記複数の組み込み孔32が位置するのと同じ円周上に位置
して形成された組み込み孔34に、カートリッジヒーター
33の通断電を制御するための温度センサー35が設けられ
ている。

【００１６】図１に於ける41は上パンチプレートで、こ
の上パンチプレート41は、プレス本体の上部ラム42に固
定されており、この上部ラム42により駆動されて上下動
するものである。そして、上パンチプレート41の下側に
は、受け板43および上パンチ押さえ44により、圧粉体Ｇ
の上端面を形成する金型部品である筒状の上パンチ45が
固定されている。この上パンチ45は、前記ダイ19および
コアロッド15間に挿脱自在にかつ上下摺動自在に嵌合す
るものである。また、上パンチプレート41と前記ダイプ
レート３との芯合わせのために、このダイプレート３に
立てて固定されたガイドポスト46が上パンチプレート41
に固定されたガイドブッシュ47を上下摺動自在に貫通し
ている。そして、前記上パンチ45には、これを加熱する
加熱手段であるバンドヒーター48が設けられているとと
もに、このバンドヒーター48の通断電を制御するための
温度センサー（図示していない）が設けられている。

【００１７】つぎに、前記ダイセット１を用いた温間粉
末成形方法について説明する。この方法はウィズドロア
ル法であり、ベースプレート２およびこれに設けられた
下パンチ12は固定であって、ガイドロッド５を案内とし
て、ベースプレート２に対してダイプレート３およびヨ
ークプレート４が上下動する。

【００１８】そして、上パンチ45がダイ19から上へ抜け
た状態で、図示していない給粉装置により原料粉末がダ
イ19内に充填される。ついで、図１（ａ）に示すよう
に、上パンチ45が下降してダイ19およびコアロッド15間
に嵌合するとともに、ダイプレート３およびヨークプレ
ート４とともにダイ19およびコアロッド15が下降するこ
とによって、ダイ19およびコアロッド15間で両パンチ1
2，45により原料粉末が圧縮されて圧粉体Ｇが成形され
る。その後、図１（ｂ）に示すように、上パンチ45が上
昇してダイ19およびコアロッド15間から抜けるととも
に、ダイ19およびコアロッド15が下降することによっ
て、下パンチ12により圧粉体Ｇがダイ19およびコアロッ
ド15間から抜き出される。

【００１９】このような成形に際して、ダイ19内に供給
される原料粉末は、給粉装置において加熱されてきたも
のである。原料粉末は、ダイ19において、ダイホルダー
17に設けられたヒーター33および上パンチ45に設けられ
たヒーター48により温度低下が防止され、 150℃程度の
状態で圧縮、成形が行われる。これにより、圧粉体Ｇの
密度、強度が高められる。なお、原料粉末の温度は、温
度センサー35（図２参照）の検出する温度に基づいてヒ
ーター33，48の通断電が制御されることにより、適温に
保たれる。

【００２０】その際、ヒーター33から発生する熱は、ダ
イプレート３において、その中央部のダイ19内の原料粉
末へは伝わるが、空気断熱層27，29により遮られて、ガ
イドロッド５のあるダイプレート３の周辺部までは伝わ
りにくく、ダイプレート３の周辺部は比較的低温に保た
れる。したがって、各プレート２，３，４およびガイド
ロッド５の寸法関係が熱変形により変わることはなく、
温間粉末成形時にも、常温時と同様に、ダイプレート３
およびヨークプレート４は円滑に作動する。

【００２１】これとともに、空気供給源31（図３参照）
から空気断熱層27，29を流通する空気により、この空気
断熱層27，29の熱が排出され、この空気断熱層27，29に
よる断熱効果がより向上する。したがって、ダイプレー
ト３およびヨークプレート４の作動の円滑性をより確実
に保障できる。

【００２２】ところで、一般的にダイ19の材料として
は、タングステン・カーボン系の超硬合金であるGN20，
GN30，GN40，GN50などが用いられている。一方、パンチ
12，45やコアロッド15の材料としては、従来は鉄系の鋼
であるＳＫＤ，ＳＫＨなどが一般的である。線熱膨脹係
数は、前記超硬合金が４×10^-6／℃程度であるのに対し
て、前記鋼は11.7×10^-6／℃程度である。したがって、
かりに常温でのダイ19の内径、パンチ12，45の外径が50
mmであるとすると、常温から温間粉末成形時の温度（ 1
20〜 150℃程度）まで温度上昇したとき、パンチ12，45
の外径の方が0.04mm近く大きくなってしまう。そのた
め、ダイ19とパンチ12，45との寸法関係が常温時を基準
に設定されていたとすると、温間粉末成形時には、ダイ
19およびパンチ12，45が相互に干渉して動かなくなって
しまうおそれがある。そこで、熱膨張を見込んで、設計
時に、ダイ19とパンチ12，45との間に適当な隙間を設定
しておくことが考えられるが、そうすると、通常の常温
での粉末成形では、原料粉末の漏れ、バリの発生などの
問題を生じて、使えなくなってしまう。

【００２３】このような問題を解決するには、ダイ19と
パンチ12，45とを同材料にすることが最も好ましい。つ
まり、ダイ19の材料を超硬合金としたなら、パンチ12，
45の材料も同じ超硬合金にすればよい。また、同じ材料
にしないまでも、ダイ19の材料とパンチ12，45の材料と
を熱膨張係数の差の小さいものとすることが好ましい。
例えば、ダイ19の材料としてGN30のような超硬合金を用
いたならば、パンチ12，45の材料をステンレスとする。
ステンレスの熱膨張係数は、ＳＫＤやＳＫＨよりも小さ
く、熱膨張の影響を抑えることができる。このように、
ダイ19とパンチ12，45とを同材料にするか、あるいは、
両者の材料の熱膨張係数の差を小さくすることにより、
温間粉末成形でも通常の常温での粉末成形でも支障なく
使用できる粉末成形用金型装置を提供できる。

【００２４】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、
前記実施例では、ダイセット１においてガイドロッド５
により連結されたプレートがベースプレート２とダイプ
レート３とヨークプレート４との３枚になっていたが、
ガイドロッドにより連結されたプレートの枚数はそれに
限るものではない。また、前記実施例では、ウィズドロ
アル法を例に採って説明したが、本発明は、ウィズドロ
アル法以外の成形方法にも適用できる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、ガイドロッド
により相互に移動自在に連結された複数のプレートに金
型部品を各々設け、これらの金型部品のうちダイを設け
たダイプレートのダイホルダーに、ダイを加熱する加熱
手段を設けた粉末成形用金型装置において、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たので、各
プレートおよびガイドロッドの寸法関係が熱変形により
変わることを抑制でき、常温時にも温間粉末成形時に
も、各プレートを円滑に作動させられる。

【００２６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、前記空気断熱層に空気を流通させる空
気供給手段を備えたので、この空気断熱層による断熱効
果をいっそう向上させることができ、各プレートの作動
の円滑性をより確実に保障できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粉末成形用金型装置の一実施例を示す
断面図で、中心線より左側の（ａ）は加圧時を示し、右
側の（ｂ）は抜き出し時を示している。

【図２】同上ダイプレート部分の拡大断面図である。

【図３】同上ダイプレートの平面図である。

【符号の説明】

１ ダイセット（粉末成形用金型装置） ２ ベースプレート（プレート） ３ ダイプレート（プレート） ４ ヨークプレート（プレート） ５ ガイドロッド 12 下パンチ（金型部品） 15 コアロッド（金型部品） 17 ダイホルダー 19 ダイ（金型部品） 27 空気断熱層 29 空気断熱層 31 空気供給源 33 カートリッジヒーター（加熱手段） 45 上パンチ（金型部品）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイドロッドにより相互に移動自在に連
   結された複数のプレートに、圧粉体を成形する金型部品
   を各々設け、これらの金型部品のうち圧粉体の外面を形
   成するダイを設けたダイプレートのダイホルダーに、ダ
   イを加熱する加熱手段を設けた粉末成形用金型装置にお
   いて、前記ダイホルダーとダイプレートとの間に空気断
   熱層を設けたことを特徴とする粉末成形用金型装置。
2. 【請求項２】 前記空気断熱層に空気を流通させる空気
   供給手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の粉末
   成形用金型装置。