JP3663233B2

JP3663233B2 - 成形体の成形方法および装置

Info

Publication number: JP3663233B2
Application number: JP22322695A
Authority: JP
Inventors: 光雄桑原; 宏恭諏訪
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JPH0966397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向する２以上のパンチとダイにより、例えば粉末や金属等の材料を所定の形状に成形するための成形体の成形方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、粉末材料を圧縮成形して所定の成形品を得る方法として、ウィズドロアル法が知られている。この成形法は、加圧成形と同時に上パンチの加圧速度と関連を持った速度でダイを下降させるものであり、この種の技術に関連して、例えば、特開平５−１４６８９６号公報に開示された「粉末成形プレスの加圧制御方法」が知られている。
【０００３】
上記従来技術は、上パンチと下パンチと金型とを備えた粉末成形プレスにおいて、加圧開始時に前記上パンチを一時停止させた後、各パンチおよび金型を同時に規定の加圧速度および速度にて駆動するものである。これにより、成形品を成形する際に、特に、加圧開始時点から理想的な動きを実現することができ、上パンチ、下パンチおよび金型を同調させることが可能になるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、上パンチの加圧速度および速度に比例した規定量で下パンチおよび金型を同時に下降させている。このため、加圧時の成形体には、その軸応力と反力とが互いに打ち消し合って恰も応力が作用しない部分、所謂、ニュートラルゾーンが発生してしまう。すなわち、上パンチの成形速度等に対し一定比率で下パンチおよび金型が移動されるため、その比率によってニュートラルゾーンの発生する位置が成形体の上部から中央、あるいはその逆に向かって変化するだけであり、該ニュートラルゾーンの発生を抑えることができない。
【０００５】
ニュートラルゾーンは、部分的に成形密度が低かったり、成形欠陥が多い部位であるため、このニュートラルゾーンが生成されると、その箇所に応力集中が惹起され、例えば、金型からノックアウトする際に応力が集中して局部的な破断が生じてしまうという問題が指摘されている。しかも、該ニュートラルゾーンでは、収縮が大きなものとなってしまう。
【０００６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、成形時にニュートラルゾーンが発生することがなく、高品質な成形体を確実に得ることが可能な成形体の成形方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ダイと少なくとも一つのパンチが同軸上でかつ相対的な加速度差を連続的に変化させながら移動して成形作業を行う。このため、ダイとパンチの相対的な加速度差が連続的に変化し、成形体に作用する応力や圧力が変化する。これによって、ニュートラルゾーンは、時々刻々変化して消滅し、成形体に該ニュートラルゾーンが発生することを確実に阻止することができる。
【０００８】
また、本発明は、パンチおよびダイが第１および第２アクチュエータを介して進退されるとともに、このパンチおよびダイの移動加速度が第１および第２検出手段により検出される。そして、制御手段が第１および第２検出手段からの信号に基づいて第１および第２アクチュエータを駆動するため、パンチとダイが互いに加速度差を連続的に変化させながら移動する。これにより、成形体にニュートラルゾーンが発生することを回避することが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１において、参照数字１０は、本実施形態に係る成形体の成形装置を示す。この成形装置１０は、鉛直方向に対向する下パンチ１２および上パンチ１４と、この下パンチ１２および上パンチ１４と成形用キャビテイ１６を構成するダイ１８と、前記上パンチ１４を成形方向（矢印Ａ方向）に沿って進退させる第１油圧シリンダユニット（第１アクチュエータ）２０と、前記ダイ１８を該上パンチ１４の進退方向に沿って進退させる第２油圧シリンダユニット（第２アクチュエータ）２２と、前記上パンチ１４の移動加速度を検出する第１検出手段２４と、前記ダイ１８の移動加速度を検出する第２検出手段２６と、前記第１および第２油圧シリンダユニット２０、２２および前記第１および第２検出手段２４、２６に接続されるＣＰＵ（制御手段）２８とを備える。
【００１０】
下パンチ１２は、ベッド３０上に上方向に向かって固定されており、このベッド３０上には前記下パンチ１２の外方にあって複数本（例えば、４本）のラムガイド３２が立設される。上パンチ１４は、上ラム３４の下面に下方に向かって固着されるとともに、この上ラム３４の下面には、ラムガイド３２を嵌合するガイド筒体３６が固着される。
【００１１】
上ラム３４の上面には、第１油圧シリンダユニット２０を構成するシリンダ部３８が連結される。この第１油圧シリンダユニット２０は、管路４０ａ、４０ｂを介してタンク４２に接続されており、この管路４０ａ、４０ｂ上に流量制御弁４４ａ、４４ｂが配設される。
【００１２】
ダイ１８の下面には複数のクランプロッド４６の一端が固着され、このクランプロッド４６の他端が下ラム４８に固定される。下ラム４８には、第２油圧シリンダユニット２２を構成するシリンダ部５０が連結される。この第２油圧シリンダユニット２２は、管路５２ａ、５２ｂを介してタンク４２に接続されるとともに、その途上に流量制御弁５４ａ、５４ｂが介装される。
【００１３】
第１検出手段２４は、ベッド３０に立設される上スケール５６と、上ラム３４に固着されこの上スケール５６を読み取って前記上ラム３４の移動加速度を検出する第１加速度検出センサ５８とを備える。第２検出手段２６は、下ラム４８とダイ１８を連結する一のクランプロッド４６に設けられる下スケール６０と、ベッド３０に固定されこの下スケール６０を読み取ることによって前記ダイ１８の移動加速度を検出する第２加速度検出センサ６２とを備える。
【００１４】
このように構成される成形装置１０の動作に関連し、第１の実施形態に係る成形方法を図２のフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【００１５】
先ず、成形装置１０のキャビテイ１６に粉末材料が充填された後（図２中、ステップＳ１）、ＣＰＵ２８を介して第１油圧シリンダユニット２０が駆動され、シリンダ部３８の駆動作用下に上ラム３４が下降を開始する（ステップＳ２）。この上ラム３４の下降時に上パンチ１４の圧力Ｐ_UPとこの上パンチ１４の移動加速度α_UPが検出され（ステップＳ３）、この圧力Ｐ_UPが所定の圧力Ｐより大きくなると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで第２油圧シリンダユニット２２が駆動される。このため、下ラム４８がシリンダ部５０の作用下に矢印Ａ方向に移動を開始し、ダイ１８の移動加速度α_downが検出される（ステップＳ６）。
【００１６】
ここで、各移動加速度α_UP、α_downは、第１および第２検出手段２４、２６を構成する第１および第２加速度検出センサ５８、６２を介して検出され、その信号がＣＰＵ２８に送られる。ＣＰＵ２８では、上パンチ１４とダイ１８の加速度差が一定にならないように、すなわち、前記上パンチ１４の移動加速度α_UPとダイ１８の移動加速度α_downの加速度差が連続的に変化するように第１および第２油圧シリンダユニット２０、２２を駆動制御する（ステップＳ７）。
【００１７】
次いで、上パンチ１４の圧力Ｐ_UPが所定の最大圧力Ｐｍａｘに等しくなると（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、ステップＳ９に進んでダイ１８の下降が停止されるとともに、上パンチ１４が上昇される。そして、ステップＳ１０に進み、成形体の離型作業が行われる。なお、上パンチ１４およびダイ１８の移動加速度の変化が図３に示されており、これらの荷重の変化が図４に示されている。
【００１８】
一方、従来のウィズドロアル法により成形体を得る際の上パンチ（上パンチ１４に相当する）とダイ（ダイ１８に相当する）の移動加速度が図５に示されており、このパンチとダイの荷重が図６に示されている。すなわち、従来のウィズドロアル法では、図５に示されるように、区間Ａ−Ｂで上パンチとダイの加速度差が等しくなり、見かけ上応力が作用しないニュートラルゾーンが生成されてしまう。
【００１９】
これに対して、第１の実施形態では、図３に示すように、区間Ａ−Ｂで上パンチ１４の移動加速度とダイ１８の移動加速度が変化しており、成形中に成形体にかかる応力や圧力が変化し、ニュートラルゾーンはその位置が連続的に変化することになり、結果的に該ニュートラルゾーンが発生することを阻止することができる。すなわち、粒子の再配列や移動が強制的に行われるからである。
【００２０】
これによって、簡単な構造で成形体中にニュートラルゾーンが発生することを確実に阻止し、この成形体の強度および品質の向上が容易に遂行されるという効果が得られる。
【００２１】
次に、第２の実施形態に係る成形方法を、図７に示されるタイムスケジュールを参照して以下に説明する。
【００２２】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の成形装置１０を使用し、ダイ１８の下降速度が加圧成形中、一定であり、すなわち、このダイ１８の移動加速度α_down＝０であり、上パンチ１４の移動加速度α_upが連続的に変化するように制御される。
【００２３】
この第２の実施形態では、ダイ１８の成形時に移動する速度が一定であるため、その移動加速度α_downが０となる。このため、ダイ１８の移動は、ニュートラルゾーンの移動および消滅に対し何ら作用するものではない。従って、上パンチ１４の移動速度が一定であれば、ニュートラルゾーンが成形体の中央部に生じてしまう。また、上パンチ１４の移動加速度α_upが一定であると、成形体中の応力分布が変化してニュートラルゾーンが成形体の中央部から移動するが、このニュートラルゾーンは消滅しない。
【００２４】
これに対して、第２の実施形態では、上パンチ１４の移動加速度α_upが連続的に変化するため、ニュートラルゾーンは刻々とその位置を変え、結果的に消滅して成形体中に前記ニュートラルゾーンが生成されることを阻止することができる。
【００２５】
なお、第２の実施形態では、上パンチ１４の移動加速度α_upが変化する一方、ダイ１８の移動加速度α_downを０に設定しているが、図８に示すように、上パンチ１４の移動加速度α_upが０であり、ダイ１８の移動加速度α_downが連続的に変化する場合にも同様の効果が得られる。すなわち、上パンチ１４とダイ１８の少なくとも一方を移動加速度が連続的に変化するように移動させればよく、これによって成形体にニュートラルゾーンが生成されることがない。
【００２６】
ところで、上記成形装置１０は、粉末成形用の装置であり、以下、図９Ａ〜図９Ｄを参照して塑性加工用の成形装置８０について説明する。
【００２７】
この成形装置８０は、固定された下パンチ８２と、昇降自在な上パンチ８４と、互いに接離自在でかつ一体的に進退可能な下型ダイ８６および上型ダイ８８とを備える。
【００２８】
そこで、成形装置８０内に構成される成形用キャビテイ９０に予熱されたビレット９２が配置された後、下型ダイ８６と上型ダイ８８の合わせ面が接合される（図９Ａ参照）。次いで、図９Ｂに示すように、上パンチ８４が下降されるとともに下型ダイ８６および上型ダイ８８が一体的に下降し、ビレット９２の粗成形が行われる。
【００２９】
その際、上パンチ８４は、下型ダイ８６および上型ダイ８８の移動加速度以上で移動するとともに、それぞれの加速度差が連続的に変化するように制御される。さらに、図９Ｃに示すように、仕上げ成形が行われた後、離型されて成形体９４が取り出される（図９Ｄ参照）。
【００３０】
このように塑性加工用の成形装置８０においても、上記成形装置１０と同様に、成形体中にニュートラルゾーンが生成されることを阻止でき、高品質な成形体を容易かつ確実に得ることができるという利点がある。
【００３１】
【実施例】
第１の実施例では、先ず、平均粒径が２μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を９１ｗｔ％、平均粒径が１．４μｍの炭化タンタル（ＴａＣ）を１ｗｔ％、平均粒径が１．５μｍの炭化ニオブを２ｗｔ％、平均粒径が０．５μｍの金属コバルトを６ｗｔ％ずつ用意し、これらを媒液としてアルコールを用いて十分に湿式混合した。そして、アルコール量を５０ｖｏｌ％に調製し、金型内静水圧加圧成形法にてφ１０×１００ｍｍの丸棒を成形体として成形した。その成形用タイムスケジュールが、図１０に示されている。
【００３２】
比較例として、従来のウィズドロアル法を用い、第１の実施例と同一組成の材料で成形体を作成する作業を行った。ところが、従来のウィズドロアル法では、φ１０×１００ｍｍの成形体を得ることは困難であり、全ての成形体中において、略中央部に位置してニュートラルゾーンが発生し、破断してしまった。そして、破断せずに成形体が約５０％の歩留りで得られたものは、長さが３０ｍｍ程度（具体的には、φ１０×３５ｍｍ）であった。
【００３３】
これに対して、第１の実施例では、歩留りが全て１００％であり、目視観察や顕微鏡観察においてニュートラルゾーンの発生は回避されていることが確認された（表１参照）。
【００３４】
【表１】

【００３５】
また、従来の造粒＋有機バインダ方式を用いて行ったところ、４７．６％の密度が得られ、比重の軽い窒化けい素等の成形の場合の添加量の１．５〜２倍以上のバインダ添加量が必要であった。
【００３６】
次いで、これらを全て焼結し、その物性を測定した。その結果も、表１中に示されている。なお、焼結条件は、１０℃／ｍｉｎの加熱速度で２５０℃、６５０℃、１３００℃、１４００℃でそれぞれ１５分、１５分、１５分、１時間３０分保持して行った。さらに、１３００℃までは窒素圧を０．０５ｂａｒ、それ以上では３ｂａｒまで窒素圧を上げて不活性雰囲気中での焼結を行った。また、造粒＋有機バインダ方式では、このまま焼結できないために５日間かけて脱脂した後、同一条件で焼結した。
【００３７】
表１から明らかなように、従来のウィズドロアル法では、焼結後に歩留りの低下が現れた。これは、成形時に良品として判定されたものの中に焼結後にニュートラルゾーンの部分に対応した局部的な変形が生じ、物性の低下が惹起されたからである。
【００３８】
一方、第１の実施例では、ニュートラルゾーンが全く存在することがなく、成形体の均質性が飛躍的に向上し、成形歩留りのみならず、焼結後の歩留りも１００％であった。
【００３９】
次に、第２の実施例では、図１１および図１２に示す成形用タイムスケジュールに沿って銅合金の成形作業を行った。銅合金の組成は、平均粒径が２０μｍの電解銅粉を９８．４ｗｔ％、平均粒径が１．５μｍの金属クロムを１．５ｗｔ％、平均粒径が１．５μｍの電解銀粉を０．１ｗｔ％ずつ混合したものであり、各粉末が所定量のアルコールを分散媒として湿式混合された後、アルコール量を６０ｖｏｌ％に調製し、第１の実施例と同様に、金型内静水加圧成形法にて成形体を成形した。
【００４０】
その際、成形条件として、最大印荷圧力を２５０Ｍｐａとし、図１１および図１２に示す成形用タイムスケジュールに沿って成形を行い、φ１０×１００ｍｍの丸棒を２７０本成形した。その歩留りが全て１００％であり、第１の実施例と同様の効果が得られた。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、ダイと少なくとも一つのパンチが同軸上でかつ相対的な加速度差を連続的に変化させながら移動するため、成形体にニュートラルゾーンが発生することを確実に阻止することができる。
【００４２】
さらに、本発明は、パンチおよびダイが第１および第２アクチュエータを介して進退されるとともに、このパンチおよびダイの移動加速度が第１および第２検出手段により検出され、その結果に基づいて制御手段が第１および第２アクチュエータを駆動する。これによって、パンチとダイが相対的な加速度差を連続的に変化させながら移動し、成形体にニュートラルゾーンが発生することを回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る成形装置の概略構成説明図である。
【図２】第１の実施形態に係る成形方法を示すフローチャートである。
【図３】前記成形方法におけるパンチおよびダイの移動加速度と時間の関係図である。
【図４】前記成形方法におけるパンチおよびダイの荷重と時間の関係図である。
【図５】従来のウィズドロアル法におけるパンチおよびダイの移動加速度と時間の関係図である。
【図６】前記従来のウィズドロアル法におけるパンチおよびダイの荷重と時間の関係図である。
【図７】第２の実施形態に係る成形方法において、パンチの移動加速度が一定の場合の該パンチおよびダイの移動加速度と時間の関係図である。
【図８】第２の実施形態に係る成形方法において、ダイの移動加速度が一定の場合の該ダイおよびパンチの移動加速度と時間の関係図である。
【図９】塑性加工用の成形装置および成形方法の説明図であり、図９Ａは、前記成形装置内にビレットが配置された状態の説明図、図９Ｂは、粗成形が開始された状態の説明図、図９Ｃは、仕上げ成形が行われた状態の説明図、図９Ｄは、成形終了後の状態を示す説明図である。
【図１０】第１の実施例の成形用タイムスケジュールである。
【図１１】第２の実施例の成形用タイムスケジュールである。
【図１２】前記第２の実施例の成形用タイムスケジュールである。
【符号の説明】
１０、８０…成形装置１２、８２…下パンチ
１４、８４…上パンチ１６、９０…キャビテイ
１８…ダイ２０、２２…油圧シリンダユニット
２４、２６…検出手段２８…ＣＰＵ
８６…下型ダイ８８…上型ダイ
９２…ビレット

Claims

対向する２以上のパンチとダイにより構成される成形用キャビテイに、材料を配置する工程と、
前記パンチにより前記材料を押圧するとともに、前記ダイと少なくとも２つの前記パンチが、同軸上でかつ相対的な加速度差を連続的に変化させながら移動して、該材料の成形作業を行う工程と、
を有し、
前記パンチ及び前記ダイの加速度差は、前記ダイによって前記材料に付与される応力と、前記２以上のパンチによって前記材料に付与される応力のいずれかが大きくなるように制御されることを特徴とする成形体の成形方法。
対向する２以上のパンチと、
前記２以上のパンチと成形用キャビテイを構成するダイと、
少なくとも１つの前記パンチを成形方向に沿って進退させる第１アクチュエータと、
前記ダイを前記パンチの進退方向に沿って進退させる第２アクチュエータと、
前記パンチの移動加速度を検出する第１検出手段と、
前記ダイの移動加速度を検出する第２検出手段と、
前記第１および第２検出手段と前記第１および第２アクチュエータに接続されるとともに、前記パンチにより前記成形用キャビテイに配置された材料を押圧する際、該少なくとも１つのパンチおよび該ダイが、同軸上でかつ相対的な加速度差を連続的に変化させながら移動するように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする成形体の成形装置。