JP3646014B2

JP3646014B2 - カップ形圧粉体の成形方法

Info

Publication number: JP3646014B2
Application number: JP32711098A
Authority: JP
Inventors: 邦雄武田; 修北原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP2000153400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカップ形圧粉体、つまり底部と、その底部と一体の筒部とよりなるカップ形圧粉体の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記カップ形圧粉体の筒部は、その全長に亘って等径に形成されている。このような圧粉体の成形に当り、凸形をなす一体型上部ポンチを用いると、成形圧力にもよるが、底部の密度に比べて筒部の密度が低くなる。
【０００３】
そこで、筒部の密度向上を図るべく、分割形上部ポンチとして底部成形用の心部と、その心部外周面に摺動自在に嵌合された筒部成形用の外筒部とよりなるものが用いられている。この場合、圧粉体の底部中心部分の密度向上のため、下部ポンチは可動に構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記分割形上部ポンチによれば、その心部による第１圧縮工程にて下部ポンチとの協働下で底部を成形し、また外筒部による第２圧縮工程で筒部を成形して、底部の密度は勿論のこと筒部の密度をも高めた圧粉体を得ることができる。
【０００５】
しかしながら従来法においては成形作業が二工程であることから圧粉体の生産能率が悪く、また上部ポンチを心部と外筒部といった摺動関係にある二部品より構成すると共に下部ポンチを可動に構成しなければならないので、それらのコストが高い、という問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は１回の圧縮工程によって、その底部の高密度化は勿論のこと筒部の密度をも高めることができる前記カップ形圧粉体の成形方法を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するために本発明は、底部と、その底部と一体の筒部とよりなり、該筒部の内、外周面がそれぞれ開口部分から該底部に向って先細りとなる内、外周テーパ面に形成されたカップ形圧粉体を成形するようにした、カップ形圧粉体の成形方法であって、中空支持筒と、上向きのダイス孔を有し該中空支持筒に下部が摺動可能に嵌合されるダイスと、このダイスを上方に付勢して中空支持筒の上部にフローティング支持させるばねと、ダイス孔に挿脱可能な上部ポンチと、この上部ポンチの下端に上端が対向する下部ポンチとを備えていて、ダイス孔が、ダイス上面に開口し且つ下方に向って先細りの浅い第１テーパ孔部と、その第１テーパ孔部の小径端と同一直径に形成されて該小径端に連なる第１等径孔部と、その第１等径孔部の下端に連なり且つ圧粉体における筒部の外周テーパ面に対応した第２テーパ孔部と、その第２テーパ孔部の下端に連なり且つ圧粉体における底部の等径部分に対応していて下部ポンチが下方から嵌合される第２等径孔部とを有すると共に、上部ポンチが、第１テーパ孔部に嵌合する短い第１テーパ部と、その第１テーパ部の小径端と同一直径に形成されて該小径端に連なり且つ第１等径孔部に嵌合する等径部と、筒部の端面に対応する段差面を介して等径部の下端に連なり且つ圧粉体における筒部の内周テーパ面に対応する第２テーパ部とを有してなる押型を使用し、
ダイス孔の第２等径孔部の長さが圧粉体の等径部分の長さよりも長くなるように下部ポンチを位置決め固定する工程と、
ダイス孔内に原料粉を入れる工程と、
上部ポンチを下降させて、該上部ポンチ、ダイス孔及び下部ポンチの相互間で原料粉を１次的に圧縮する工程と、
引続く上部ポンチの下降により、第１テーパ部がダイス孔の第１テーパ孔部に嵌合するのに応じて、ばねに抗して上部ポンチ及びダイスを共に所定量下降させて原料粉を２次的に圧縮する工程とを行うことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、上部ポンチの下降に基づく上記１次的な圧縮段階で、圧粉体の筒部対応部は、その形状が定められると共に圧縮力の分力（ｆ ₁ ）によりその厚さ方向に強圧されるので、その筒部の高密度化が達成され、また圧粉体の底部対応部は、前記圧縮力および筒部側から底部対応部に向かう圧縮力の分力（ｆ ₂ ）により縮径流入する原料粉によって強圧される。そして、引続く上部ポンチの下降により、同ポンチの第１テーパ部がダイス孔の第１テーパ孔部に嵌合すると、上部ポンチとダイスとが共に所定量下降する２次的な圧縮段階となり、この２次段階では、主として圧粉体の底部対応部に圧縮成形加工が施される。このダイスの下降による２次段階においては圧粉体の底部対応部に上、下部ポンチによる両押しと同様の圧縮効果が現出するので、底部はその厚さ方向に強圧され、その高密度化が達成される。
【０００９】
また下部ポンチを固定し、上部ポンチが挿脱されるダイスをフローティング支持すると、ダイスを固定し且つ下部ポンチを可動に構成した場合に比べて低コスト化を図ることができ、そして、この押型によれば、高密度化を達成された前記カップ型圧粉体を容易に量産することが可能である。また上部ポンチは一体形であるから従来の分割形に比べて低コストである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示すスポット溶接機の電極部１において、そのチップホルダ２は外管３と、その内部に存する内管４とよりなる。外管３先端のテーパ部５に、電極チップ６がその深い第１テーパ孔部７を嵌合させて取付けられている。内管４の内部は電極チップ用冷却水の供給路８であって、その出口から、第１テーパ孔部７よりもテーパ角度の大きな浅い第２テーパ孔部９に向けて供給された冷却水は電極チップ６を冷却した後、内、外管４，３間の戻し路１０を経て図示しない冷却器に導かれる。
【００１１】
電極チップ６は、肉厚の底部１１と、その底部１１と一体の筒部１２とより略カップ形に形成される。底部１１は、筒部１２に連なる等径部分１３と、その等径部分１３に連なる半球体部分１４とよりなる。筒部１２の外径は、その全長に亘って等径である。
【００１２】
電極チップ６の製造に当っては、先ず、図２（ａ）に示すカップ形圧粉体１５を成形し、次いでカップ形圧粉体１５に焼結処理を施して図２（ｂ）に示すカップ形焼結体１６を製造し、その後焼結体１６にサイジングを施して図１に示すカップ形電極チップ６を得る、といった手段が採用される。
【００１３】
圧粉体１５は底部１７と、その底部１７と一体の筒部１８とよりカップ形に形成される。底部１７は、筒部１８に連なる等径部分１９と、その等径部分１９に連なるテーパ部分２０とよりなる。筒部１８の内、外周面は、それぞれ開口部分２１から底部１７に向って先細りとなる内、外周テーパ面２２，２３に形成される。実施例では、外周テーパ面２３は軸線方向に一連に形成されているが、内周テーパ面２２は段付面であって、筒部１８の内周側には、電極チップ６の第１，第２テーパ孔部７，９に対応して深い第１テーパ孔部２４と、それよりもテーパ角度の大きな浅い第２テーパ孔部２５とが存在する。
【００１４】
図３は圧粉体１５を成形するための成形装置２６を示し、その装置２６は次のように構成されている。即ち、装置本体２７の上下方向に延びる中心孔２８内に中空支持筒２９が立設され、その中心孔２８内において、中空支持筒２９の上方にダイス３０が配置される。ダイス３０は、中空支持筒２９と略同一外径の大径部３１と、その下面に突設された小径部３２とよりなり、その小径部３２が中空支持筒２９の孔部３３に摺動自在に嵌合される。
【００１５】
中空支持筒２９の上部に、母線方向に延びる複数の切欠き状溝３４が円周上等間隔に形成され、各溝３４の底面３５とダイス３０の環状段面３６との間にコイルばね３７が圧縮状態で配設される。環状段部３６に、複数のロッド３８が突設され、各ロッド３８はコイルばね３７の伸縮をガイドすべく各コイルばね３７を貫通し、その下端部が中空支持筒２９に形成されて溝底面３５に開口する孔部３９に挿入される。また装置本体２７の上面に、各コイルばね３７によるダイス３０の上昇量を制限する板状ストッパ４１が複数のボルト４０₁により固定される。このように構成することによって、ダイス３０はフローティング・ダイスとして機能する。
【００１６】
ダイス３０において、そのダイス孔４２は、ダイス３０上面に開口し、且つ下方に向って先細りの浅い第１テーパ孔部４３と、その小径端と同一直径の第１等径孔部４４と、圧粉体１５における筒部１８の外周テーパ面２３に対応する第２テーパ孔部４５と、圧粉体１５における底部１７の等径部分１９に対応する第２等径孔部４６と、圧粉体１５における底部１７のテーパ部分２０に対応する第３テーパ孔部４８とよりなる。その第３テーパ孔部４８は、第２等径孔部４６に下方から摺動自在に嵌合された下部ポンチ４７の上端面に形成されている。板状ストッパ４１に、第１テーパ孔部４３と同一のテーパ角度を有する原料粉投入兼ポンチ挿入用テーパ孔４９が形成されている。
【００１７】
上部ポンチ５０はポンチ本体５１と、その一端側に設けられた加工部５２とを有し、その加工部５２は、ダイス孔４２の第１テーパ孔部４３に嵌合する短い第１テーパ部５３と、ダイス孔４２の第１等径孔部４４に嵌合する等径部５４と、筒部１８の端面に対応する段差面を介して等径部５４の下端に連なり且つ圧粉体１５における筒部１８の内周テーパ面２２、即ち第１テーパ孔部２４に対応する第２テーパ部５５と、圧粉体１５の第２テーパ孔部２５に対応する第３テーパ部５６とよりなる。
【００１８】
前記ダイス３０および上、下部ポンチ５０，４７は押型５７を構成し、その下部ポンチ４７はノックアウトピンを兼ねている。
【００１９】
圧粉体１５の成形に当っては、図３に示すように、ダイス３０が各コイルばね３７の弾発力により上昇して板状ストッパ４１に当接しているので、そのダイス孔４２の第２等径孔部４６の長さが圧粉体１５の等径部分１９の長さよりも長くなるように下部ポンチ４７を位置決め固定する。
【００２０】
次いで、ダイス孔４２内に金属粉末と潤滑剤とよりなる原料粉５８を、その表面が第１等径孔部４４内に位置するように入れる。この場合、金属粉末としては、９８．５重量％のＣｕ粉末、１．４重量％のＣｒ粉末および０．１重量％のＡｇ粉末よりなる導電性混合粉末が用いられ、また潤滑剤としては、混合粉末に対して０．０３重量％のステアリン酸アンモニウムが用いられる。
【００２１】
その後、上部ポンチ５０を下降させると、その加工部５２の第１テーパ部５３がダイス孔４２の第１テーパ孔部４３に当接するまでの間、加工部５２の等径部５４、第２テーパ部５５および第３テーパ部５６と、ダイス孔４２の第１等径孔部４４、第２テーパ孔部４５、第２等径孔部４６および第３テーパ孔部４８との協働で原料粉５８に圧縮成形加工が施される。これは、１回の圧縮工程における１次段階であり、筒部１８は、その形状が定められると共に圧縮力Ｆの分力ｆ₁によりその厚さ方向に強圧されるので、その高密度化が達成される。また底部１７の対応部は前記圧縮力Ｆおよび筒部１８側から前記対応部に向かう圧縮力Ｆの分力ｆ₂により縮径流入する原料粉によって強圧される。
【００２２】
引続く上部ポンチ５０の下降により、図３、鎖線示のようにその加工部５２の第１テーパ部５３がダイス孔４２の第１テーパ孔部４３に嵌合すると、図４に示すように上部ポンチ５０とダイス３０とが共に下降する２次段階となり、この段階では、主として底部１７の対応部に圧縮成形加工が施される。そして、ダイス３０が中空支持筒２９に当接すると、２次段階が終了して圧粉体１５の成形も完了する。このダイス３０の下降による２次段階においては底部１７の対応部に上、下部ポンチ５０，４７による両押しと同様の圧縮効果が現出するので、底部１７はその厚さ方向に強圧される。
【００２３】
このようにして得られた圧粉体１５において、その筒部１８の相対密度は６５％であり、底部１７のそれは７５％であった。
【００２４】
前記のようにダイス３０をフローティング支持すると、ダイス３０を固定し、且つ下部ポンチ４７を可動に構成した場合に比べて低コスト化を図ることができる。また下部ポンチ４７を固定すると共に、図２（ａ）における等径部分１９と図３の第２等径孔部４６を等長とし、それに応じて第１等径孔部４４を長くしてダイス３０を固定した場合には、前記１次段階のみが現出し、この段階のみで底部１７は、その厚さ方向に前記圧縮力Ｆおよび筒部１８側から底部１７に向かう圧縮力Ｆの分力ｆ₂により縮径流入する原料粉量の増加によって強圧されるので、筒部１８同様に底部１７の高密度化が達成される。この密度は両押しの場合と同等である。
【００２５】
前記圧粉体１５に対する焼結処理は真空式焼結炉を用いて行われ、その処理条件は焼結温度１０７３℃、処理時間２時間である。この焼結処理において圧粉体１５に収縮が生じるが、図２（ｂ）に示すように焼結体１６の形態は圧粉体１５のそれと略同じである。
【００２６】
即ち、焼結体１６は底部６１と、その底部６１と一体の筒部６２とよりカップ形に形成される。底部６１は、筒部６２に連なる等径部分６３と、その等径部分６３に連なるテーパ部分６４とよりなる。筒部６２の内、外周面はそれぞれ開口部分６５から底部６１に向って先細りとなる内、外周テーパ面６６，６７に形成される。実施例では、外周テーパ面６７は軸線方向に一連に形成されているが、内周テーパ面６６は段付面であって、筒部６２の内周側には、電極チップ６の第１，第２テーパ孔部７，９に対応して深い第１テーパ孔部６８と、それよりもテーパ角度の大きな浅い第２テーパ孔部６９とが存在する。
【００２７】
図５は絞り−アプセット加工装置７０を示し、その装置７０は次のように構成されている。即ち、装置本体７１の上下方向に延びる中心孔７２内に中空支持筒７３が立設され、その中心孔７２内において、中空支持筒７３にダイス７４が支持される。ダイス７４はその下面に円形突出部７５を有し、その突出部７５が中空支持筒７３の上部開口に嵌合され、また突出部７５回りの環状段面７６がその環状上端面７７に当接する。ダイス７４の上端部には押え板７８が被せられ、その押え板７８は装置本体７１に複数のボルト４０₂により固定される。
【００２８】
ダイス７４において、そのダイス孔７９は、ダイス７４上面に開口する開口部であると共に下方に向って先細りで、且つ焼結体１６における筒部６２の外周テーパ面６７とテーパ角度が等しいテーパ孔部８０と、その小径端と同一直径で、電極チップ６の筒部１２および底部１１の等径部分１３に対応する等径孔部８１と、その等径孔部８１に連なって電極チップ６の半球体部分１４に対応する半球状凹部８２とよりなる。テーパ孔部８０の開口縁には面取りが施されている。等径孔部８１の内径は、焼結体１６の等径部分６３の外径よりも大に設定されており、これにより等径部分６３およびテーパ部分６４、したがって底部６１にアプセットを施すことができる。半球状凹部８２は、等径孔部８１に連なる曲面８３と、ノックアウトピン８５先端の曲面８６とより形成される。そのノックアウトピン８５は、等径孔部８１と同軸上に在り、且つそれよりも小径の孔部８４に下方から摺動自在に嵌合され、これによりノックアウトピン８５はダイス７４の一部を構成する。押え板７８に、テーパ孔部８０に連なる焼結体装入兼ポンチ挿入用孔８７が形成される。
【００２９】
ポンチ８８はポンチ本体８９と、その一端側に設けられた加工部９０とを有し、その加工部９０はダイス孔７９の等径孔部８１に嵌合する等径部９１と、その等径部９１に連なって電極チップ６の第１テーパ孔部７に対応する第１テーパ部９２と、電極チップ６の第２テーパ孔部９に対応する第２テーパ部９３とよりなる。
【００３０】
焼結体１６のサイジングに当っては、図５に示すように焼結体１６の底部６１をダイス孔７９の等径孔部８１に遊嵌し、また筒部６２を、その外周テーパ面６７を介してダイス孔７９のテーパ孔部８０に係合させる。これにより焼結体１６の軸線とダイス孔７９の軸線とが同一直線上に位置するように両者１６，７９の心合せが行われる。
【００３１】
ポンチ８８の下降により、その加工部９０の第２テーパ部９３が焼結体１６の第２テーパ孔部６９に当接してその焼結体１６を押圧すると、図６に示すように、焼結体１６が等径孔部８１に押込まれてその筒部６２に絞り加工が施される。これにより、筒部６２とポンチ８８との心合わせが行われた状態で筒部６２がポンチ８８の第１，第２テーパ部９２，９３に密着するので、筒部６２の内外周面が精密に、且つスムーズに成形される。
【００３２】
次いで、焼結体１６はダイス孔７９との心合わせが行われた状態でポンチ８８にガイドされ、その状態で、図７に示すように底部６１にアプセット加工が施されるので、低い圧縮圧で歪の均一な電極チップ６を得ることができる。この電極チップ６は、その歪の均一化に起因して、結晶格子歪が少なく、高い電気伝導度を有する。
【００３３】
因に焼結体１６の筒部６２を等径に形成して、その筒部６２に拡径加工を、また底部にアプセット加工を施すと、その筒部６２の外径と等径孔部８１の内径との関係から前記心合せを正確に行うことが難しく、ダイス応力は１９２８Ｎ／mm²であったが、筒部６２の外周面を前記のように外周テーパ面６７に形成すると、そのダイス応力は６９９Ｎ／mm²で十分であった。
【００３４】
ダイス孔７９の開口部を前記のようにテーパ孔部８０に形成すると、焼結体１６とダイス孔７９との心合せを一層容易、且つ正確にし、また絞り加工開始時におけるプレス機偏荷重による焼結体１６のずれを防止することができる。ただし、焼結体１６の心合せの実行という点からは開口部はテーパ孔部である必要はなく、所定の半径を有する円弧面でもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、１回の圧縮過程でカップ形圧粉体の底部の高密度化は勿論のこと、その筒部の密度をも高めることが可能な成形方法を提供することができる。
【００３６】
即ち、上部ポンチの下降に基づく１次的な圧縮段階で、圧粉体の筒部対応部は、その形状が定められると共に圧縮力の分力（ｆ ₁ ）によりその厚さ方向に強圧されるので、その筒部の高密度化が達成され、また圧粉体の底部対応部は、前記圧縮力および筒部側から底部対応部に向かう圧縮力の分力（ｆ ₂ ）により縮径流入する原料粉によって強圧される。そして、引続く上部ポンチの下降により、同ポンチの第１テーパ部がダイス孔の第１テーパ孔部に嵌合すると、上部ポンチとダイスとが共に所定量下降する２次的な圧縮段階となり、この２次段階では、主として圧粉体の底部対応部に圧縮成形加工が施される。このダイスの下降による２次段階においては圧粉体の底部対応部に上、下部ポンチによる両押しと同様の圧縮効果が現出するので、底部はその厚さ方向に強圧され、その高密度化が達成される。
【００３７】
また特に下部ポンチを固定する一方、上部ポンチが挿脱されるダイスを中空支持筒上にばねを介してフローティング支持しているので、ダイスを固定し且つ下部ポンチを可動に構成した場合に比べて低コスト化を図ることができ、そして、この押型によれば、高密度化を達成された前記カップ型圧粉体を容易に量産することが可能である。また上部ポンチは一体形であるから従来の分割形に比べて低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】スポット溶接機における電極部の縦断面図
【図２】（ａ）は圧粉体の縦断面図、（ｂ）は焼結体の縦断面図
【図３】圧粉体成形装置において、ダイス孔に原料粉を入れた状態を示す縦断面図
【図４】圧粉体成形装置において、成形終了時を示す縦断面図
【図５】絞り−アプセット加工装置において、ダイス孔に焼結体を設置した状態を示す縦断面図
【図６】絞り−アプセット加工装置において、加工中間段階を示す縦断面図
【図７】絞り−アプセット加工装置において、加工終了時を示す縦断面図
【符号の説明】
１５……圧粉体
１７……底部
１８……筒部
２１……開口部分
２２……内周テーパ面
２３……外周テーパ面
２９……中空支持筒
３０……ダイス
３７……ばね
４２……ダイス孔
４３……第１テーパ孔部
４４……第１等径孔部
４５……第２テーパ孔部
４６……第２等径孔部
４７……下部ポンチ
５０……上部ポンチ
５３……第１テーパ部
５４……等径部
５５……第２テーパ部
５７……押型
５８……原料粉

Claims

底部（１７）と、その底部（１７）と一体の筒部（１８）とよりなり、該筒部（１８）の内、外周面がそれぞれ開口部分（２１）から該底部（１７）に向って先細りとなる内、外周テーパ面（２２，２３）に形成されたカップ形圧粉体（１５）を成形するようにした、カップ形圧粉体の成形方法であって、
中空支持筒（２９）と、上向きのダイス孔（４２）を有し該中空支持筒（２９）に下部が摺動可能に嵌合されるダイス（３０）と、このダイス（３０）を上方に付勢して中空支持筒（２９）の上部にフローティング支持させるばね（３７）と、ダイス孔（４２）に挿脱可能な上部ポンチ（５０）と、この上部ポンチ（５０）の下端に上端が対向する下部ポンチ（４７）とを備えていて、ダイス孔（４２）が、ダイス（３０）上面に開口し且つ下方に向って先細りの浅い第１テーパ孔部（４３）と、その第１テーパ孔部（４３）の小径端と同一直径に形成されて該小径端に連なる第１等径孔部（４４）と、その第１等径孔部（４４）の下端に連なり且つ圧粉体（１５）における筒部（１８）の外周テーパ面（２３）に対応した第２テーパ孔部（４５）と、その第２テーパ孔部（４５）の下端に連なり且つ圧粉体（１５）における底部（１７）の等径部分（１９）に対応していて下部ポンチ（４７）が下方から嵌合される第２等径孔部（４６）とを有すると共に、上部ポンチ（５０）が、第１テーパ孔部（４３）に嵌合する短い第１テーパ部（５３）と、その第１テーパ部（５３）の小径端と同一直径に形成されて該小径端に連なり且つ第１等径孔部（４４）に嵌合する等径部（５４）と、筒部（１８）の端面に対応する段差面を介して等径部（５４）の下端に連なり且つ圧粉体（１５）における筒部（１８）の内周テーパ面（２２）に対応する第２テーパ部（５５）とを有してなる押型（５７）を使用し、
ダイス孔（４２）の第２等径孔部（４６）の長さが圧粉体（１５）の等径部分（１９）の長さよりも長くなるように下部ポンチ（４７）を位置決め固定する工程と、
ダイス孔（４２）内に原料粉（５８）を入れる工程と、
上部ポンチ（５０）を下降させて、該上部ポンチ（５０）、ダイス孔（４２）及び下部ポンチ（４７）の相互間で原料粉（５８）を１次的に圧縮する工程と、
引続く上部ポンチ（５０）の下降により、第１テーパ部（５３）がダイス孔（４２）の第１テーパ孔部（４３）に嵌合するのに応じて、ばね（３７）に抗して上部ポンチ（５０）及びダイス（３０）を共に所定量下降させて原料粉（５８）を２次的に圧縮する工程とを行うことを特徴とする、カップ形圧粉体の成形方法。