JP3674665B2

JP3674665B2 - 粉体圧縮成形方法

Info

Publication number: JP3674665B2
Application number: JP19596598A
Authority: JP
Inventors: 寿之城戸; 久菅野; 隆一中冨
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: JP2000025058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を成形材料として圧縮成形を行なう粉体圧縮成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所定の粒径を備えた四弗化エチレン樹脂等よりなる粉体を成形材料として円筒状の素材を圧縮成形する場合、従来からウイズドロアル成形が行なわれており、このウイズドロアル成形は、型隙間に充填した粉体を加圧するときにパンチ、シリンダおよびマンドレルが同時に下降する素材圧縮工程と、成形した素材を離型するときにシリンダおよびマンドレルが同時に下降する素材離型工程とを有する点に特徴を有している。
【０００３】
しかしながら、この従来の成形方法においては、成形する素材の肉厚が比較的薄い場合に、成形型の壁面抵抗の影響が大きく作用するために、パンチからの圧力がワッシャ側へ伝わりにくい不都合がある。したがって素材の高さ方向（軸方向）の圧力分布が不均一になり、よってこれを原因として、素材の密度の均一化や径寸法の均一化を実現するのが困難になっている。したがって従来は、やむを得ず、成形可能な素材の高さ（軸方向長さ）を短く限定して、これに対処している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、成形する素材の高さ方向の圧力分布を従来より均一化することが可能であり、もって成形可能な素材の高さを従来より高くすることが可能な粉体圧縮成形方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による粉体圧縮成形方法は、シリンダと、前記シリンダの内側に配置されて前記シリンダとの間に円筒状の型隙間を形成するマンドレルと、前記型隙間内にあってその下方に配置されるワッシャと、前記型隙間に充填される粉体を上方から加圧するパンチとを有する成形型を用いて粉体圧縮成形を行ない、型隙間に充填した粉体を加圧するときにパンチ、シリンダおよびマンドレルが同時に下降する素材圧縮工程と、成形した素材を離型するときに前記シリンダおよびマンドレルが同時に下降する素材離型工程とを有する粉体圧縮成形方法であって、素材の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満であるときに、素材離型工程におけるシリンダおよびマンドレルの下降速度を５０ｍｍ／秒未満とすることを特徴とするものである。
【０００６】
また本発明の請求項２による粉体圧縮成形方法は、シリンダと、前記シリンダの内側に配置されて前記シリンダとの間に円筒状の型隙間を形成するマンドレルと、前記型隙間内にあってその下方に配置されるワッシャと、前記型隙間に充填される粉体を上方から加圧するパンチとを有する成形型を用いて粉体圧縮成形を行ない、型隙間に充填した粉体を加圧するときにパンチ、シリンダおよびマンドレルが同時に下降する素材圧縮工程と、成形した素材を離型するときに前記シリンダおよびマンドレルが同時に下降する素材離型工程とを有する粉体圧縮成形方法であって、素材の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満であるときに、素材圧縮工程におけるパンチ、シリンダおよびマンドレルの同時下降後にシリンダおよびマンドレルの強制引下げを行ない、その後、素材離型工程を行なうことを特徴とするものである。
【０００７】
上記従来のウイズドロアル成形の常法にしたがって円筒状の素材を圧縮成形すると、素材の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満であるときには、成形した素材の圧力分布がワッシャ側で高くなり、軸方向反対側のパンチ側で低くなる傾向がある。したがってこの場合には、請求項１のように素材離型工程におけるシリンダおよびマンドレルの下降速度を通常より遅くする。そしてこのように素材離型工程におけるシリンダおよびマンドレルの下降速度を通常より遅くすると、離型圧力が低減するために、ワッシャ側の圧力が低くなり、これによりワッシャ側とパンチ側とで内部圧力を略等しくすることが可能となる。尚、素材離型工程におけるシリンダおよびマンドレルの下降速度は通常５０〜６０ｍｍ／秒であることから、本発明では下降速度をこれより遅く設定することになる（下降速度５０ｍｍ／秒未満）。
【０００８】
また素材の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満であるときには反対に、成形した素材の圧力分布がワッシャ側で低くなり、パンチ側で高くなる傾向がある。したがってこの場合には、請求項２のように素材圧縮工程におけるパンチ、シリンダおよびマンドレルの同時下降後にシリンダおよびマンドレルの強制引下げを行ない、その後に素材離型工程を行なう。そしてこのように素材圧縮工程におけるパンチ、シリンダおよびマンドレルの同時下降後にシリンダおよびマンドレルの強制引下げを行なうと、ワッシャ側の圧力が高くなり、これによりワッシャ側とパンチ側とで内部圧力を略等しくすることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
【００１０】
図１は、当該実施形態に係る粉体圧縮成形方法の実施に使用する粉体圧縮成形機の説明図である。
【００１１】
同図に示すように、この粉体圧縮成形機は、材料供給部１および成形型１１を備えており、それぞれが以下のように構成されている。尚、この粉体圧縮成形機は四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）よりなる粉体（粉粒体、粒体または造粒材とも称する）３１を成形材料として、肉厚１．４ｍｍ以上３．０ｍｍ未満の薄肉の円筒状素材をウイズドロアル成形により成形するものである。
【００１２】
材料供給部１は、先ずホッパ２を備えており、このホッパ２の下方に材料供給装置３が設けられており、この材料供給装置３の内部に、軸４を中心に回転作動する攪拌羽根５が設けられており、これによりホッパ２から装置３内に供給された粉体３１を適宜攪拌することができるようになっている。装置３の下面には排出口６が設けられている。また装置３は、図示しない駆動源によってテーブル７および成形型１１上を図上左右方向にスライドするようになっており、これにより図示したホッパ２の下方位置から成形型１１の中心軸線上までの間を往復動する。
【００１３】
成形型１１は、シリンダ（Ｃ型または外型とも称する）１２と、このシリンダ１２の内側に配置されてシリンダ１２との間に円筒状の型隙間１４を形成するマンドレル（Ｍ型または内型とも称する）１３と、型隙間１４内にあってその下方に配置されるワッシャ（Ｗ型または下型とも称する）１５と、型隙間１４に充填される粉体３１を上方から加圧するパンチ（Ｐ型または上型とも称する）１６とを備えている。型隙間１４の径方向間隔は、成形する素材の肉厚の大きさに合わせて１．４ｍｍ以上３．０ｍｍ未満に設定されており、これに対して最大粒径１．２ｍｍ以下の粉体３１が材料供給装置３から型隙間１４に供給される。粉体３１の供給は、上記したように撹拌羽根５が回転しながら行なわれるために、型隙間１４の円周方向に均一に充填することが可能である。粉体３１は、ワッシャ１５の上面からシリンダ１２およびマンドレル１３の上面まで型隙間１４に余すところなく充填される。粉体３１の供給が終了すると、材料供給装置３は図示したホッパ２下方の元の位置に戻る。
【００１４】
圧縮成形は、図１の状態からパンチ１６が下降して、このパンチ１６がシリンダ１２およびマンドレル１３の間すなわち型隙間１４に入ることによって開始される。パンチ１６およびシリンダ１２の間ならびにパンチ１６およびマンドレル１３の間の径方向間隙（図示せず）はそれぞれ、１５〜２５μｍ／直径に設定されている。
【００１５】
つぎに、図２にしたがってパンチ１６下降後の素材圧縮工程以降を説明する。尚、同図（Ａ）は作動原点を示しており、同図（Ｂ）はシリンダ１２およびマンドレル１３が上昇し、できた型隙間１４に粉体３１が充填された状態を示している。そして同図（Ｃ）が、パンチ１６が下降してシリンダ１２およびマンドレル１３の間の型隙間１４に入った状態を示している。
【００１６】
パンチ１６がシリンダ１２およびマンドレル１３の間の型隙間１４に入ると、同図（Ｄ）に示すようにパンチ１６、シリンダ１２およびマンドレル１３が同時に同じストローク、下降する動作を行なう。ワッシャ１５は固定されていて動かないから、型隙間１４内の粉体３１はパンチ１６およびワッシャ１５の双方によって上下から圧縮されることになる。その後、成形する素材の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満の場合には、後述する理由により、同図（Ｅ）に示すようにシリンダ１２およびマンドレル１３の同時強制引下げを行なう。素材の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の場合は、強制引下げは行なわない。次いで何れにしろ、同図（Ｆ）に示すようにパンチ１６による保圧を行なった後、次の素材離型工程に入る。
【００１７】
すなわち先ず、同図（Ｇ）に示すようにパンチ１６が上昇し、次いで同図（Ｈ）に示すようにシリンダ１２およびマンドレル１３が同時に下降し、これにより離型が完了する。
【００１８】
以上の工程を経ることで、成形した素材３２の高さ方向に圧力分布が発生することがある。素材３２が受ける圧力は時間的に変化するが、その最大圧力を素材３２の高さ方向の位置毎に繋げたものを図３（素材３２の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の場合）および図４（素材３２の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満の場合）に示す。両図はそれぞれ、シリンダ１２およびマンドレル１３の強制引下げを行なわない場合におけるシリンダ１２壁面圧力と素材３２の位置との関係を示している。
【００１９】
図３に示すように先ず、素材３２の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の場合には、離型時にワッシャ１５から素材３２に作用する圧力が比較的大きいために、パンチ１６側よりもワッシャ１５側の方の圧力が若干高くなって要求寸法公差を満足しなくなる場合がある。したがってこの場合には、離型速度すなわち素材離型工程におけるシリンダ１２およびマンドレル１３の下降速度を通常より遅く５０ｍｍ／秒未満とすることにより、離型圧力を低減し、ワッシャ１５側の圧力を低くする。するとその結果、要求寸法公差を満足することができるようになる。尚、素材３２の肉厚が１．４ｍｍ未満の場合には、ワッシャ１５の圧力増加による径方向の膨らみでシリンダ１２またはマンドレル１３との型噛りが発生するために、成形が困難となる（素材高さ５０ｍｍの場合）。
【００２０】
また図４に示すように、素材３２の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満の場合には、パンチ１６側よりもワッシャ１５側の方が圧力が低くなり、密度が小さくなっている。また圧力および素材径寸法が互いに比例するために、寸法公差を満足することができなくなる。したがってこの場合には、素材圧縮工程におけるパンチ１６、シリンダ１２およびマンドレル１３の同時下降後にシリンダ１２およびマンドレル１３の強制引下げを行なうことにより圧力を高め、ワッシャ１５側の圧力を高くする。するとその結果、要求寸法公差を満足することができるようになる。尚、素材３２の肉厚が３．０ｍｍ以上のものは、パンチ１６側からの圧力減衰が少なく、材料供給も容易であるために、薄肉成形の対象範囲から除外してある。
【００２１】
以上による寸法精度向上の例を、図５および図６に示す。
【００２２】
すなわち、外径寸法３１．９ｍｍ、肉厚２．０ｍｍ、高さ５０．０ｍｍの素材３２を圧力１３００ｋｇｆ／ｃｍ^２、時間３秒の条件で成形したところ、図５に示すようにワッシャ１５側の外径寸法が小さく（圧力が低い）、要求寸法公差０．１ｍｍを満足することができなかった。これに対して、ストローク５ｍｍの強制引下げを実施すると、図６に示すようにワッシャ１５側の圧力が増加し、外径寸法も大きくなるために、要求寸法公差を満足することができるようになる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００２４】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明の請求項１による粉体圧縮成形方法においては、素材の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満であるときに、素材離型工程におけるシリンダおよびマンドレルの下降速度を通常より遅く５０ｍｍ／秒未満とすることにより、離型圧力を低減させ、これによりワッシャ側の圧力を従来より低くすることが可能である。したがってワッシャ側とパンチ側とで素材の内部圧力が略等しくなるために、成形する素材の高さ方向の圧力分布を従来より均一化することができ、これにより成形可能な素材の高さを従来より高くすることができる。
【００２５】
また上記構成を備えた本発明の請求項２による粉体圧縮成形方法においては、素材の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満であるときに、素材圧縮工程におけるパンチ、シリンダおよびマンドレルの同時下降後にシリンダおよびマンドレルの強制引下げを行ない、その後、素材離型工程を行なうことにより、ワッシャ側の圧力を従来より高くすることが可能である。したがって請求項１に係る発明と同様、ワッシャ側とパンチ側とで素材の内部圧力が略等しくなるために、成形する素材の高さ方向の圧力分布を従来より均一化することができ、これにより成形可能な素材の高さを従来より高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る粉体圧縮成形方法の実施に使用する粉体圧縮成形機の説明図
【図２】同成形機の作動説明図
【図３】素材の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の場合におけるシリンダ壁面圧力と素材の位置との関係を示すグラフ図
【図４】素材の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満の場合におけるシリンダ壁面圧力と素材の位置との関係を示すグラフ図
【図５】強制引下げ前における素材の外形寸法と素材の位置との関係示すグラフ図
【図６】強制引下げ後における素材の外形寸法と素材の位置との関係示すグラフ図
【符号の説明】
１材料供給部
２ホッパ
３材料供給装置
４軸
５攪拌羽根
６排出口
７テーブル
１１成形型
１２シリンダ
１３マンドレル
１４型隙間
１５ワッシャ
１６パンチ
３１粉体
３２素材

Claims

シリンダ（１２）と、前記シリンダ（１２）の内側に配置されて前記シリンダ（１２）との間に円筒状の型隙間（１４）を形成するマンドレル（１３）と、前記型隙間（１４）内にあってその下方に配置されるワッシャ（１５）と、前記型隙間（１４）に充填される粉体（３１）を上方から加圧するパンチ（１６）とを有する成形型（１１）を用いて粉体圧縮成形を行ない、
型隙間（１４）に充填した粉体（３１）を加圧するときにパンチ（１６）、シリンダ（１２）およびマンドレル（１３）が同時に下降する素材圧縮工程と、成形した素材（３２）を離型するときに前記シリンダ（１２）およびマンドレル（１３）が同時に下降する素材離型工程とを有する粉体圧縮成形方法であって、
素材（３２）の肉厚が１．４ｍｍ以上２．０ｍｍ未満であるときに、素材離型工程におけるシリンダ（１２）およびマンドレル（１３）の下降速度を５０ｍｍ／秒未満とすることを特徴とする粉体圧縮成形方法。
シリンダ（１２）と、前記シリンダ（１２）の内側に配置されて前記シリンダ（１２）との間に円筒状の型隙間（１４）を形成するマンドレル（１３）と、前記型隙間（１４）内にあってその下方に配置されるワッシャ（１５）と、前記型隙間（１４）に充填される粉体（３１）を上方から加圧するパンチ（１６）とを有する成形型（１１）を用いて粉体圧縮成形を行ない、
型隙間（１４）に充填した粉体（３１）を加圧するときにパンチ（１６）、シリンダ（１２）およびマンドレル（１３）が同時に下降する素材圧縮工程と、成形した素材（３２）を離型するときに前記シリンダ（１２）およびマンドレル（１３）が同時に下降する素材離型工程とを有する粉体圧縮成形方法であって、
素材（３２）の肉厚が２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満であるときに、素材圧縮工程におけるパンチ（１６）、シリンダ（１２）およびマンドレル（１３）の同時下降後にシリンダ（１２）およびマンドレル（１３）の強制引下げを行ない、その後、素材離型工程を行なうことを特徴とする粉体圧縮成形方法。