JP3558944B2 - Powder molding machine - Google Patents
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子燃料用の燃料ペレットの如き粉末冶金材料の成形を行う粉末成形機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、上記燃料ペレットの如き粉末冶金材料の成形に際しては、ダイス内に供給された粉末を上下両パンチによって圧縮することが行われている。
【0003】
図4は、上述の如き圧縮成形を行うための粉末成形機、特にロータリ型の粉末成形機の縦断面図であり、フレーム1とそのフレーム1の上方に設けられたスタンドフレーム2との間には竪シャフト3が立設されている。上記フレーム1の上面には上記竪シャフト3と同心状に竪シャフト油受4が固設されており、さらにその竪シャフト油受4の上方には、回転盤5が上記竪シャフト3に対して回転自在に装着されている。
【0004】
上記回転盤5には、その外周部に、上部フランジ状部5a、中央フランジ状部5b及び下部フランジ状部5cが一体に形成されており、中央フランジ状部5bには、図5に示すように、周方向に多数個のダイス6が設けられている。
【0005】
また、上部フランジ状部5aには、上記各ダイス6と同一軸線上にそれぞれ上パンチ7aを保持する上パンチホルダー7が上下動可能に配設されており、下部フランジ状部5cにも各ダイス6と同一軸線上にそれぞれ下パンチ8aを保持する下パンチホルダー8が上下動可能に配設され、さらに上記下部フランジ状部5cの外周に形成された歯車9に、適宜駆動機構によって駆動される駆動歯車10が噛合されている。
【0006】
一方、上記下パンチホルダー8には、回転盤5から下方に突出している部分の外側に案内ローラ11が装着されており、その案内ローラ11が前記フレーム1上に周方向所定範囲にわたって配設された案内溝12に係合されている。
【0007】
また、上パンチホルダー7の前記回転盤5から上方に突出している部分の両側にも案内ローラ13が装着され、上記回転盤5より上方位置において周方向所定範囲にわたって配設された案内溝14に係合されている。
【0008】
また、上記上パンチ7aおよび下パンチ8aをダイス6内に上下からそれぞれ挿入し、ダイス6内に供給された粉末原料を圧縮成形する加圧行程部においては、上パンチホルダー7の頂端及び下パンチホルダー8の下端にそれぞれ当接し、両パンチに加圧力を加える加圧ローラ15及び16がそれぞれ配設されている。上記加圧ローラ15,16を軸支する軸受部材17,18はスタンドフレーム2或はフレーム1に図示しない機構によって或範囲上下動のみ可能に設けられており、その軸受部材17,18の頂部或は底部とスタンドフレーム2或はフレーム1との間にはそれぞれシリンダ装置17a,18aが介装されている。
【0009】
なお、図4中の符号19は粉末フィーダである。
【0010】
しかして、粉末の圧縮成形に際しては、駆動歯車10を介して回転盤5が回転せしめられ、それとともに所定位置に来たダイス6内に粉末フィーダ19から粉末が供給される。そこで、上記回転盤5の回転に応じて、案内溝12および案内ローラ11を介して下パンチ8aが所定の充填深さになるよう上動せしめられ、余分の粉末が除去されたのち、上パンチ7aが次第に下降せしめられ、ダイス6内の粉末が上下両パンチ7a,8a間に挟持状態となる。このようにしてダイス6内の粉末を挟持状態としている上下パンチ7a,8aが加圧ローラ15,16間に侵入すると、シリンダー装置17a,18aにより所定の圧力が加えられた加圧ローラ15,16によって上下両パンチ7a,8aが互いに接近する方向に押圧され、粉末の圧縮成形が行われる。このようにして加圧行程が終了すると、成形品を上下両パンチ7a,8aによって挟持した状態で上下両パンチが上動せしめられ、下パンチ8aの上面がダイス6の上面(ダイテーブル)と同一面となった時点で、上パンチ7aがさらに上方に移動せしめられ、その後成形品の払い出しが行われる。以後同様にして、各ダイス6内で順次粉末の圧縮成形が行われる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般に粉末成形時は、ダイスの中で数ton/cm2 のオーダの圧力が成形品に加わっており、成形品をダイスから抜き出すと約1〜1.5%程度膨張する。
【0012】
従って、成形終了後押し出し行程に入るとき急速に解圧すると成形品にクラック等の欠陥が発生する等の問題がある。
【0013】
そこで成形品をダイス内から上下両パンチで挟持しながら押し出す押し出し行程中に、上記成形品に所定加圧力を維持させるため、上下両パンチの少なくとも一方にパンチに加圧力を加えるカム機構を設けるとともに、そのカム機構のカム体22,23を回転盤の回動方向に互いに分割された複数のカムによって構成せしめ、各カムの加圧用シリンダーの加圧力が順次小さくなるようにすることが提案されている(実公平2−43595号公報)。
【0014】
ところが、上述のように加圧用シリンダーによってカム機構に加圧力を加えるものにおいては、空気圧によってパンチに加圧力を加えるものであるため、粉末の充填量が変化した場合、その成型品の長さが変動し、その変動分だけ、パンチの位置が常に変位し、押圧力のバラツキがあり、押圧力を常に一定に保つことが困難であり、成形品のクラック等の発生を必ずしも十分に抑制することができない等の問題がある。
【0015】
また、図6に示すように、加圧行程に於いて、回転方向に2つの加圧ローラ対を設け、第1の上下の加圧ローラ15a,16aで本圧成形を行い、第2の上下の加圧ローラ15b,16bで余圧成形を行うことで、急激な成形品の解圧を順次行うようにしたり、或は第1の上下の加圧ローラ15a,16aで予定成形し、第2の上下の加圧ローラ15b,16bで本圧成形を行うようにすることも提案されている。
【0016】
しかし、このように複数対の加圧ローラを設けるものにおいても、所定の加圧力を維持させるには加圧ローラの位置調節が必要であり、その調節が困難であり、また構造も複雑となり、成形品のクラック等の発生を必ずしも十分に抑制することができない等の問題がある。
【0017】
本発明は、このような点に鑑み、加圧成形直後の成形品に十分な押圧力を維持させ、成形品のクラック等の発生を十分抑制し成形品の歩留まりを向上し得るようにした粉末成形機を得ることを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、 上下両パンチによる加圧力によって粉末を加圧成形するロータリ型の粉末成形機において、上記上下両パンチの少なくとも上パンチに加圧力を加える加圧ローラの上下位置移動に同期して上下動する加圧ローラ軸受部に、複数の皿バネを有する加圧補助装置を装着し、上記加圧補助装置の皿バネにより、加圧ローラの最大加圧点を通過した直後の上パンチに所定の押圧力を加え、成型品に所定加圧力を維持させるようにしたことを特徴とする。
【0019】
請求項2に係る発明は、請求項1の発明において、上記加圧ローラ軸受部に設けられた加圧補助装置のシリンダ内に皿バネが配設され、その皿バネによる押圧力が、上記シリンダ内に上下動可能に収容されたピストン部材に固着されたカム体を介して、上パンチを保持する上パンチホルダに設けられている案内ローラに加えられるようにしたことを特徴とする。
【0020】
また、請求項3に係る発明は、請求項1または2の発明において、加圧ローラの最大加圧点を通過した直後の加圧補助装置における押圧力が成型加圧力の5〜20%になるように皿バネが組合わせられていることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図1から図3を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【0022】
尚、図中図4と同一部分については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0023】
図1は、回転式粉末成形機の各成形行程を示す展開図であって、上パンチ7a及び下パンチ8aがその移動方向に沿って設けられた案内溝14,12の如きガイドレール20,21に案内されて上下動し、加圧ローラ15,16によって粉末の加圧成形が行われる加圧行程Aに引き続いて、成形品押し出し行程B、成形品払い出し行程C、粉末充填行程D、重量調整行程E、及び加圧準備行程Fが順次繰り返される。
【0024】
ところで、加圧ローラ15,16による粉末の加圧行程Aの終了直前位置から成形品押し出し行程B終了までの範囲Gにわたっては、上パンチホルダー7の案内ローラ13aに上方から係合し、上記上パンチホルダー7を介して上パンチ7aにホールドダウン圧力を加える上部カム体22が加圧ローラ15に対して竪シャフト3と反対側すなわち外側方に設けられており、一方、加圧行程Aの終了直前位置から成形品押し出し行程B間Hにおいては、下パンチホルダー8の上記外側方の案内ローラ11aに下方から係合し、下パンチ8aにホールドアップ圧力を加える下部カム体23が設けられている。
【0025】
上記カム体22は、両パンチ等を保持する回転盤5の回動方向に、5つのカム22a,22b,22c,22d,22eに分割されており、図2及び図3に示すように、各カム22a,22b,22c,22d,22eにそれぞれ圧力シリンダ24a,24b,24c,24d,24eのピストン25a,25b,25c,25d,25eが連結されている。一方下部カム体23は、上記回転盤5の回動方向に3つのカム23a,23b,23cに分割されており、各カム23a,23b,23cにそれぞれ圧力シリンダのピストンが同様に連結されている。
【0026】
上記構成は、従来の粉末成形機と同一であるが、本発明においては、図2及び図3に示すように、加圧ローラ15に対して加圧ローラを支持するまたは同期して可動する軸受部17に上パンチホルダ7に加圧力を加える加圧補助装置26が設けられている。
【0027】
すなわち、加圧ローラ15に対して回転盤5の軸心側に位置し加圧ローラ15の軸動作と同期する軸受部17には、下方に開口するシリンダ28が設けられており、そのシリンダ28内には所定範囲だけ上下動可能にピストン部材29が収容され、そのピストン部材29とシリンダ28頂壁内面との間に複数枚からなる皿バネ30が介装されている。
【0028】
上記ピストン部材29の下面には、上部内側カム体31が固着されており、その上部内側カム体31が、加圧行程Aの終了直前位置すなわち加圧ローラ15の最大加圧を行う最下点位置から成型品押出し行程終了までの範囲にわたって、上パンチホルダー7の内側に装着された内側の案内ローラ13bに上方から係合され、上記皿バネ30の押圧力が上部内側カム体31を介して上パンチホルダー7に装着された案内ローラ13bに加えられるようになっている。
【0029】
しかして、上下両パンチ7a,8aが加圧行程の終了直前位置まで移動して来ると、上部カム体22及び上部内側カム体31がそれぞれ上パンチホルダー7の案内ローラ13a或は13bに係合し、両カム体により合成された押圧力が成形品に加わる。そして、成形品の押し出し行程終了まで、上記カム体22,31の形状に応じてその押圧力が順次小さくなる。
【0030】
したがって、成型品の押し出し行程開始直後においては、両カム体により合成された押圧力が形成品に加わることから、形成体には大きな力が加わり、スプリングバックの大きな粉末に対しホールドダウン力が作用し、成形体におけるクラックの発生がより抑制される。
【0031】
すなわち、加圧ローラ15の軸受部17と前記シリンダ装置17aのピストンとの間にはローラ位置調整機構27が設けられており、そのローラ位置調整機構27により軸受部17の上下位置を調整することにより最初に製作する成形体の高さから加圧ローラ15の位置とカム体31の位置が設定してある。したがって、ダイスに絶えず一定の粉末が挿入されれば、成形体の高さのバラツキは特に発生しないが、実際には粉末の流動性・嵩密度等各種条件から、常に一定量の粉末がダイス内に充填されるとは限らず、同一圧力で成形した場合には成形体の高さがばらつく。特に、充填量が少ない場合には、加圧行程においてシリンダ装置17aのピストンが押圧によって圧下され、加圧ローラ15が若干下降した状態で粉末の加圧が行われる。したがって、従来のようにスタンドフレーム2に固設された圧力シリンダ24aのピストン25a等によってカム体22を上パンチに加えるようにしただけのものにおいては、圧力シリンダが一定位置にあるため加圧ローラ15による加圧終了直後においては、カム体22による上パンチホルダー7に対する押圧力が十分でなく、スプリングバッグによって成形体にクラックが生ずる可能性がある。
【0032】
ところが、本発明においては皿バネ30を有する加圧補助装置26が軸受部17に装着されているので、この加圧補助装置26が加圧ローラ15に追従して上下動する。したがって、上パンチホルダー7が加圧ローラ最下点を通過した直後に加圧補助装置26が直ちに作動し、上述の如くカム体31が十分上パンチホルダー7に作動するまでにタイムラグが生ずるようなことがなく、スプリングバックによって成形体にクラックが生ずることが確実に防止される。
【0033】
ところで、上記上部内側カム体31による押圧力は皿バネ30の組合わせによって調節することができ、通常原子燃料の場合、3〜5ton/cm2 の加圧力の5〜20%の圧力、すなわち約150〜800kg/cm2 の圧力が成形体に加わるようにすることが好ましい。
【0034】
なお、上記実施の形態においては上部内側カム体31を設けたものを示したが、下パンチホルダー8の案内ローラ11に係合する下部内側カム体を設けてもよい。
【0035】
上記カム体の加圧力とクラックの発生頻度についての試験結果を表1に示す。
【表1】
この表1に示すように、成形加圧力に対しなるべく高い圧力で成形直後の成形品を押さえながら、ダイスから抜き出すことによりクラックの発生が効果的に抑制されることが判る。そして、その押圧力は成形加圧力の5〜20%が最適である。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は成形品をダイス内から上下両パンチで挟持しながら押し出す押し出し行程中に、上下両パンチの少なくとも上パンチに加圧力を加え、成形品に所定加圧力を維持させる複数の皿バネを有する加圧補助装置を設けたので、押し出し行程中の成形体に比較的高い圧力を加えた状態を維持することができ、押し出し行程時における急速な解圧によって成形体にクラックが発生することを防止することができる。しかも、上述のように加圧補助装置として皿バネを使用するのでスペース的制約も余り受けることがなく、加圧ローラの内側すなわち加圧ローラに対して回転盤軸心側に配置することができ、従来の押さえカム連続機構と併用して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における粉末成形機の成形行程の展開図。
【図2】本発明の粉末成形機の押出行程時における成形体加圧装置部の縦断面図。
【図3】上部カム体部の平面図。
【図4】粉末成形機の概略構成を示す縦断面図。
【図5】ダイプレート部の平面図。
【図6】従来の一粉末成形機の成形行程の展開図。
【符号の説明】
5 回転盤
6 ダイス
7 上パンチホルダー
7a 上パンチ
8 下パンチホルダー
9 下パンチ
11,13,13a,13b 案内ローラ
15,16 加圧ローラ
17,18 軸受部
26 加圧補助装置
28 シリンダ
29 ピストン部材
30 皿バネ
31 上部内側カム体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a powder molding machine for molding a powder metallurgy material such as a fuel pellet for a nuclear fuel.
[0002]
[Prior art]
Generally, when molding a powder metallurgy material such as the above-mentioned fuel pellet, the powder supplied into the die is compressed by both upper and lower punches.
[0003]
FIG. 4 is a vertical sectional view of a powder molding machine for performing the above-described compression molding, particularly a rotary-type powder molding machine, in which a frame 1 and a
[0004]
The
[0005]
An
[0006]
On the other hand, a guide roller 11 is mounted on the
[0007]
[0008]
Further, the
[0009]
[0010]
When the powder is compacted, the rotating
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in general, at the time of powder molding, a pressure of the order of several tons / cm 2 is applied to the molded product in the die, and when the molded product is extracted from the die, it expands by about 1 to 1.5%.
[0012]
Accordingly, if the pressure is rapidly released when the extrusion process is started after the completion of molding, there are problems such as occurrence of defects such as cracks in the molded product.
[0013]
Therefore, in order to maintain a predetermined pressing force on the molded product during the extrusion process in which the molded product is sandwiched between the dies and extruded by the upper and lower punches, at least one of the upper and lower punches is provided with a cam mechanism for applying a pressing force to the punch. It has been proposed that the
[0014]
However, as described above, when the pressing force is applied to the cam mechanism by the pressurizing cylinder, the pressing force is applied to the punch by air pressure. Fluctuates, the position of the punch is constantly displaced by the amount of the fluctuation, there is variation in the pressing force, it is difficult to keep the pressing force constant, and it is necessary to sufficiently suppress the occurrence of cracks and the like in the molded product There are problems such as not being able to do.
[0015]
Also, as shown in FIG. 6, in the pressing step, two pressure roller pairs are provided in the rotating direction, and the first upper and lower pressure rollers 15a and 16a perform the main pressure forming, and the second upper and lower pressure rollers. The
[0016]
However, even in the case of providing a plurality of pairs of pressure rollers as described above, it is necessary to adjust the position of the pressure roller in order to maintain a predetermined pressure, it is difficult to adjust the position, and the structure is complicated, There are problems such as the occurrence of cracks and the like in the molded product cannot always be sufficiently suppressed.
[0017]
In view of the foregoing, the present invention has been made to maintain a sufficient pressing force on a molded product immediately after pressure molding, and to sufficiently suppress the occurrence of cracks and the like in the molded product and improve the yield of the molded product. The purpose is to obtain a molding machine.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
An invention according to claim 1 is a rotary-type powder molding machine that press-molds powder by pressing force of both upper and lower punches, wherein the pressing roller applies a pressing force to at least the upper punch of the upper and lower punches by moving the pressing roller up and down. A pressure assist device having a plurality of disc springs is mounted on the pressure roller bearing that moves up and down in synchronization with the pressure assist device, and the disc spring of the pressure assist device immediately after passing the maximum pressure point of the pressure roller. A predetermined pressing force is applied to the upper punch to maintain a predetermined pressing force on the molded product.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a disc spring is provided in a cylinder of the pressure assist device provided in the pressure roller bearing, and a pressing force of the disc spring is applied to the cylinder. It is characterized by being added to a guide roller provided on an upper punch holder for holding an upper punch via a cam body fixed to a piston member housed therein so as to be vertically movable.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the pressing force of the pressing auxiliary device immediately after passing the maximum pressing point of the pressing roller is 5 to 20% of the molding pressure. And a disc spring is combined.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0022]
In the figure, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0023]
FIG. 1 is an exploded view showing each molding process of a rotary powder molding machine, in which guide rails 20, 21 such as
[0024]
By the way, over a range G from a position immediately before the end of the powder pressing process A by the
[0025]
The
[0026]
The above configuration is the same as that of the conventional powder molding machine. However, in the present invention, as shown in FIGS. The
[0027]
That is, the bearing
[0028]
An upper
[0029]
When the upper and
[0030]
Therefore, immediately after the start of the extrusion process of the molded product, the pressing force synthesized by the two cam bodies is applied to the formed product, so that a large force is applied to the formed product and a hold-down force acts on the powder having a large springback. However, generation of cracks in the molded body is further suppressed.
[0031]
That is, a roller
[0032]
However, in the present invention, since the
[0033]
By the way, the pressing force by the upper
[0034]
In the above embodiment, the upper
[0035]
Table 1 shows test results on the pressing force of the cam body and the frequency of occurrence of cracks.
[Table 1]
As shown in Table 1, it can be seen that the generation of cracks is effectively suppressed by removing the molded product immediately after molding with a pressure as high as possible with respect to the molding pressure and extracting the molded product from the die. The pressing force is optimally 5 to 20% of the molding pressure.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the present invention applies a pressing force to at least the upper punches of the upper and lower punches during the extrusion process of extruding the molded product from the inside of the die while holding the molded product between the upper and lower punches, thereby maintaining a predetermined pressing force on the molded product. Since the pressure assisting device having a plurality of disc springs is provided, it is possible to maintain a state in which a relatively high pressure is applied to the compact during the extrusion process, and the compact is cracked by the rapid pressure release during the extrusion process. Can be prevented from occurring. In addition, since a coned disc spring is used as the pressure assisting device as described above, there is not much space restriction, and the pressure assisting device can be disposed inside the pressure roller, that is, on the rotating disk axis side with respect to the pressure roller. It can be used in combination with a conventional pressing cam continuous mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a development view of a molding process of a powder molding machine according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a compact pressing device during the extrusion process of the powder compacting machine of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of an upper cam body.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a powder molding machine.
FIG. 5 is a plan view of a die plate portion.
FIG. 6 is a development view of a molding process of a conventional powder molding machine.
[Explanation of symbols]
5 Rotating
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