JP4282143B2 - 粉末成形体の製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横穴を備える粉末成形体の製造方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械部品として、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような成形体がある。図１（ａ）に示す成形体は、基部１の先端にラック２を備えると共に、基部１を貫通する軸孔３が形成されている。また、図１（ｂ）に示す成形体は、基部１から延出するアーム４の先端に鉤部５を備えると共に、基部１を貫通する軸孔３が形成されている。
【０００３】
このような機械部品を粉末成形によって製作する場合、粉末成形は軸孔３がない形とし、焼結したあとドリル加工によって軸孔３を設ける方法と、粉末成形の際に軸孔３を同時に成形する方法とがある。
【０００４】
前者の場合の粉末成形は、所望の成形体の外形に沿う形状のダイ孔を垂直方向に備えるダイスと、前記ダイスの上下から前記ダイ孔に挿入される１対のパンチとを用いて行われる。まず、前記ダイ孔と、前記ダイスの下方から前記ダイ孔に挿入された下パンチとにより形成されるキャビティーに材料粉末が充填される。次に、上下パンチにより前記材料粉末を圧縮し、所定の厚さにした後、得られた粉末成形体がダイ孔の上方に抜き出される。そして、前記粉末成形体を焼結した後、ドリル加工によって軸孔３が形成される。しかし、この製造方法では、ドリルによる孔あけ加工に手間が掛かり、割高である。
【０００５】
一方、後者の場合、前記のダイス、上下パンチに加え、軸孔３となる横孔を造形するための加圧方向と垂直な方向に進退可能な横パンチまたは中子を備えた粉末成形装置が用いられる。
【０００６】
まず、前記横孔を造形するための横パンチを備えるものにおいては、前記ダイ孔と下パンチとにより形成される前記キャビティーを前記横パンチが貫通した状態で材料粉末を充填し、上下パンチにより前記材料粉末を所定の厚さまで圧縮した後、得られた粉末成形体から前記横パンチを抜き取り、次いで前記粉末成形体をダイ孔の上方へ抜き出す方法が知られている。この製造方法では、前記キャビティーを前記横パンチが貫通した状態で材料粉末を充填するため、前記キャビティーの中で前記横パンチの下方に前記材料粉末が均一に充填されず、特に横孔の周囲の肉厚が薄い形状の場合には粉末成形体を造形することができないことがある。
【０００７】
次に、前記横穴の形状に対応する形状の中子を予め前記キャビティー内に配設しておく製造方法では、前記中子が配設された前記キャビティー内に材料粉末を充填したのち、前記キャビティーの開口部から上パンチを圧入して、前記材料粉末を加圧圧縮して成形体を得る。前記中子は、前記加圧圧縮後の成形体から除去自在とされており、前記成形体から引き抜くことにより、横穴を備える成形体を得ることができる。しかし、前記製造方法によるときには、前記材料粉末を充填する際に、前記中子の上下で前記材料粉末の密度を均一にすることが難しい。
【０００８】
また、別法として、前記ダイ孔と下パンチとにより形成される前記キャビティー内に材料粉末を充填し、上下パンチにより前記材料粉末を加圧圧縮した後、打ち抜きパンチで前記横孔を打ち抜く方法が知られている。しかし、この製造方法では、前記加圧圧縮により得られた粉末成形体を前記打ち抜きパンチで打ち抜く際に、前記粉末成形体に割れや欠け等が生じることがある。
【０００９】
さらに、前記いずれの製造方法においても、図１（ｂ）示のように、横穴（軸孔３）の形成により基部１の一部が肉薄になるときには、前記横穴が形成された成形体を脱型する際に前記肉薄となった部分が破損することがあるという不都合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、横穴を備える粉末成形体を容易かつ破損すること無く製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の目的は、前記横穴を備える粉末成形体の製造方法に適した製造装置を提供することにもある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の粉末成形体の製造方法は、横穴を備える粉末成形体の外形に沿う形状のダイ孔を垂直方向に備えるダイスと該ダイス下方から該ダイ孔に挿入される下パンチとにより形成されるキャビティーに材料粉末を充填する工程と、前記キャビティーに充填された材料粉末を、前記ダイスの上方から前記ダイ孔に挿入される上パンチと前記下パンチとにより仮圧縮して予備成形体を得る工程と、前記横穴の横断面に対応する形状の打ち抜きピンを該予備成形体に挿入して該横穴の形状を打ち抜くと共に、打ち抜かれた材料粉末を前記キャビティー外に退避させて保管する工程と、該打ち抜きピンが挿入されたままの状態で、該予備成形体を上下両パンチにより加圧圧縮して成形体を得る工程と、該成形体から該打ち抜きピンを引き抜くと共に、保管されていた材料粉末を該打ち抜きピンが引き抜かれた後の該横穴に埋め戻す工程と、該成形体を該キャビティーから取り出す工程と、該成形体の該横穴に埋め戻された材料粉末を取り除く工程とからなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の製造方法によれば、まず、前記下パンチを前記ダイス下方から前記ダイ孔に挿入することにより、該下パンチとダイ孔とによりキャビティーが形成される。
【００１４】
次に、前記キャビティーに材料粉末が充填される。材料粉末が充填されたならば、前記上パンチを前記ダイス上方から前記ダイ孔に挿入することにより、前記材料粉末を上下パンチ間で仮圧縮し、前記予備成形体を得る。このとき、前記キャビティーには中子が配設されていないので、前記材料粉末を均一な密度に充填することができる。
【００１５】
次に、前記打ち抜きピンを前記予備成形体に挿入する。このとき、前記材料粉末は前記のように仮圧縮されているので、前記打ち抜きピンにより、容易に前記横穴の形状に打ち抜かれる。打ち抜かれた材料粉末は、前記打ち抜きピンにより、前記キャビティー外部に退避されて保管される。
【００１６】
次に、前記打ち抜きピンが前記予備成形体に挿入されたままの状態で上下両パンチにより前記予備成形体を加圧圧縮する。すると、前記打ち抜きピンは中子として作用するので、前記打ち抜きピンの外形に沿った形状の横穴を備える成形体が得られる。前記予備成形体は、均一な密度で充填された材料粉末が仮圧縮されて得られたものである。従って、前記予備成形体をさらに加圧圧縮することにより、前記打ち抜きピンが挿入されていても、打ち抜きピンの上下で材料粉末の密度が不均一になりにくい。
【００１７】
次に、得られた成形体から前記打ち抜きピンを引き抜くが、打ち抜きピンが引き抜かれた後の前記横穴を空洞のままにしておくと、前記成形体を脱型する際に、肉薄の部分が破損する虞がある。そこで、前記打ち抜きピンを引き抜くと同時に、前記のように退避されていた材料粉末を前記打ち抜きピンを引き抜かれた後の前記横穴に埋め戻す。前記退避されていた材料粉末は、前記のように仮圧縮されているので、前記のように退避されている間にもその形状が崩れることがなく、容易に前記横穴に埋め戻すことができる。
【００１８】
次に、前記成形体を脱型すると、前記成形体は前記横穴に充填された材料粉末により、前記肉薄の部分が補強されているので、破損することなく取り出すことができる。脱型された成形体は、次いで、前記横穴に埋め戻された材料粉末を除去することにより、完成品とすることができる。
【００１９】
本発明の製造方法は、横穴を備える粉末成形体の外形に沿う形状のダイ孔を垂直方向に備えるダイスと、該ダイス下方から該ダイ孔に挿入されて、該ダイスと共に材料粉末が充填されるキャビティーを形成する下パンチと、該ダイスの上方から該ダイ孔に挿入されて、該下パンチと共に、該キャビティーに充填された材料粉末を加圧圧縮する上パンチと、該横穴の横断面に対応する断面形状を備え、該ダイス内に該ダイ孔に臨んで備えられ、上下両パンチにより前記材料粉末が仮圧縮されて形成された予備成形体に挿入されて該横穴の形状を打ち抜く打ち抜きピンと、該横穴の横断面に対応する断面形状を備え、該ダイス内に該ダイ孔に臨み且つ該打ち抜きピンに対向して備えられ、該打ち抜きピンが予備成形体に挿入されるときには該打ち抜きピンの前進に同期して後退し、該打ち抜きピンが予備成形体から引き抜かれるときには該打ち抜きピンの後退に同期して前進して該横穴に材料粉末を埋め戻す埋め戻しピンとを備える粉末成形体の製造装置により有利に実施することができる。
【００２０】
本発明の製造装置によれば、前記打ち抜きピンが前記予備成形体に挿入されて前記横穴の形状を打ち抜くと、前記打ち抜きピンに対向して備えられた前記埋め戻しピンが前記打ち抜きピンの前進に同期して後退する。この結果、前記打ち抜きピンによって打ち抜かれた前記横穴の形状の材料粉末が、前記打ち抜きピン及び埋め戻しピンに挟まれて、前記埋め戻しピンが後退した後に退避され、その形状のまま保管される。
【００２１】
次に、前記打ち抜きピンが前記予備成形体から引き抜かれるときには、前記埋め戻しピンが前記打ち抜きピンの後退に同期して前進する。この結果、前記埋め戻しピンが後退した後に保管されていた前記材料粉末が、前記打ち抜きピン及び埋め戻しピンに挟まれて移動され、前記横穴に埋め戻される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は粉末成形体の例を示す斜視図であり、図２は図１示の粉末成形体の製造装置及び製造方法を示す説明的断面図である。
【００２３】
本実施形態では、図１（ａ）または図１（ｂ）に示す形状の粉末成形体を製造する場合を例として説明する。
【００２４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）示の粉末成形体は、前述のように機械部品として用いられるものであり、図１（ａ）に示す成形体は、基部１の先端に設けられたラック２と基部１を貫通して形成された軸孔３を備え、図１（ｂ）に示す成形体は、基部１から延出するアーム４の先端に設けられた鉤部５と基部１を貫通して形成された軸孔３を備えている。
【００２５】
本実施形態において、図１示の成形体の製造に用いる装置は、図２（ａ）示のように、垂直方向にダイ孔１１を備えるダイス１２と、ダイス１２の下方からダイ孔１１に挿入される下パンチ１３と、ダイス１２の上方からダイ孔１１に挿入される上パンチ１４とを備える。前記各パンチは、いずれも昇降自在に備えられている。
【００２６】
ダイ孔１１は図１示の粉末成形体の軸孔３が水平に配置されたときの垂直方法の外形に沿う形状であり、ダイス１２の内部には、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻しピン１５ｂが、ダイ孔１１に臨んで相対向するように備えられている。
【００２７】
前記装置において、ダイス１２、下パンチ１３、上パンチ１４、打ち抜きピン１５ａ、埋め戻しピン１５ｂは、図示しない制御装置により制御される。前記制御装置は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータが用いられる。
【００２８】
次に、図２（ａ）乃至図２（ｆ）を参照して、本実施形態の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、図２（ａ）示のように、ダイス１２が下パンチ１３の上面よりも上に位置することにより、ダイ孔１１と下パンチ１３とによりキャビティー１６が形成される。このとき、上パンチ１４はダイ孔１１の上方に、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻しピン１５ｂはその先端部がダイ孔１１を臨む位置に待機している。
【００３０】
そこで、図示しないフィーダにより、キャビティー１６に材料粉末１７を充填する。前記材料粉末１７としては、鉄系金属の粉末等を用いることができる。
【００３１】
次に、図２（ｂ）示のように、上パンチ１４を下降させ、下パンチ１３との間でキャビティー１６に充填された材料粉末１７を仮圧縮して予備成形体１８を形成する。前記仮圧縮は、材料粉末１７が予備成形体１８の形状を維持できる程度であればよく、過剰に圧縮する必要はない。前記仮圧縮は、通常、材料粉末１７を２０〜３０％圧縮するように行われる。
【００３２】
次に、図２（ｃ）示のように、打ち抜きピン１５ａを予備成形体１８に圧入し、軸孔３の形状を打ち抜く。埋め戻しピン１５ｂは打ち抜きピン１５ａの前進に同期して、後退する。この結果、打ち抜きピン１５ａはダイス１２内部の埋め戻しピン１５ｂが配置されていた部分に挿入される。また、打ち抜きピン１５ａにより予備成形体１８から打ち抜かれた材料粉末１７（予備成形体１８の一部）は、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻しピン１５ｂに挟まれた状態で、ダイス１２内部の埋め戻しピン１５ｂが後退した後の部分に退避される。そして、前記材料粉末１７は、前記ダイス１２内部に保管される。
【００３３】
次に、図２（ｄ）示のように、上パンチ１４と下パンチ１３との間で、打ち抜きピン１５ａが挿入されたままの状態で予備成形体１８を加圧圧縮し、図１（ａ）または図１（ｂ）示の形状を備える粉末成形体１９を最終的に形成する。
【００３４】
次に、図２（ｅ）示のように、打ち抜きピン１５ａを粉末成形体１９から引き抜く。このとき、ダイス１２と上パンチ１４とを予め極くわずかに上昇させると、前記加圧圧縮により粉末成形体１９に生じた内部応力が解放され、打ち抜きピン１５ａを容易に引き抜くことができる。
【００３５】
打ち抜きピン１５ａが後退すると、該後退に同期して、埋め戻しピン１５ｂが前進する。そして、図２（ｅ）示のように、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻しピン１５ｂの先端が、ダイ孔１１に臨む状態に復帰する。
【００３６】
この結果、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻しピン１５ｂに挟まれた状態でダイス１２内部に保管されていた材料粉末１７が、埋め戻しピン１５ｂに押されて粉末成形体１９の軸孔３に埋め戻される。
【００３７】
次に、図２（ｆ）示のように、粉末成形体１９が上パンチ１４と下パンチ１３とに軽く挟まれた状態でダイス１２を下降させて、粉末成形体１９をノックアウトし、上パンチ１４を上昇させてダイ孔１１の上方に移動させることにより、粉末成形体１９が解放される。
【００３８】
粉末成形体１９は、軸孔３に前記仮圧縮された粉末材料１７が埋め戻されているので、基部１の肉薄になった部分が補強されている。従って、前記のように払い出しても前記肉薄になった部分が折損することなく、完全な形状の製品を得ることができる。
【００３９】
粉末成形体１９は、前記脱型の後、前記軸孔３に埋め戻された粉末材料１７を除去することにより、図１（ａ）または図１（ｂ）示の形状とすることができる。前記粉末材料１７は、単に軸孔３に充填されているに過ぎず、粉末成形体１９と一体化しているわけではないので、エアブロー等により容易に除去することができる。
【００４０】
尚、本実施形態では、図１（ａ）または図１（ｂ）に示すような基部１を貫通する軸孔３を備える粉末成形体について説明しているが、粉末成形体は図１（ｃ）示のように、基部１に形成された穴部６が側方に開口部７を備えるものであってもよく、本実施形態と同様にして製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉末成形体の例を示す斜視図。
【図２】本発明に従う製造装置の一態様及び製造方法を示す説明的断面図。
【符号の説明】
３，６…横穴、 １１…ダイ孔、 １２…ダイス、 １３…下パンチ、 １４…上パンチ、 １５ａ…打ち抜きピン、 １５ｂ…埋め戻しピン、 １６…キャビティー、 １７…材料粉末、 １８…予備成形体、 １９…粉末成形体。

Claims (2)

1. 横穴を備える粉末成形体の外形に沿う形状のダイ孔を垂直方向に備えるダイスと該ダイス下方から該ダイ孔に挿入される下パンチとにより形成されるキャビティーに材料粉末を充填する工程と、
   前記キャビティーに充填された材料粉末を、前記ダイスの上方から前記ダイ孔に挿入される上パンチと前記下パンチとにより仮圧縮して予備成形体を得る工程と、
   前記横穴の横断面に対応する形状の打ち抜きピンを該予備成形体に挿入して該横穴の形状を打ち抜くと共に、打ち抜かれた材料粉末を前記キャビティー外に退避させて保管する工程と、
   該打ち抜きピンが挿入されたままの状態で、該予備成形体を上下両パンチにより加圧圧縮して成形体を得る工程と、
   該成形体から該打ち抜きピンを引き抜くと共に、保管されていた材料粉末を該打ち抜きピンが引き抜かれた後の該横穴に埋め戻す工程と、
   該成形体を該キャビティーから取り出す工程と、
   該成形体の該横穴に埋め戻された材料粉末を取り除く工程とからなることを特徴とする粉末成形体の製造方法。
2. 横穴を備える粉末成形体の外形に沿う形状のダイ孔を垂直方向に備えるダイスと、
   該ダイス下方から該ダイ孔に挿入されて、該ダイスと共に材料粉末が充填されるキャビティーを形成する下パンチと、
   該ダイスの上方から該ダイ孔に挿入されて、該下パンチと共に、該キャビティーに充填された材料粉末を加圧圧縮する上パンチと、
   該横穴の横断面に対応する断面形状を備え、該ダイス内に該キャビティーに臨んで備えられ、上下両パンチにより前記材料粉末が仮圧縮されて形成された予備成形体に挿入されて該横穴の形状を打ち抜く打ち抜きピンと、
   該横穴の横断面に対応する断面形状を備え、該ダイス内に該キャビティーに臨み且つ該打ち抜きピンに対向して備えられ、該打ち抜きピンが予備成形体に挿入されるときには該打ち抜きピンの前進に同期して後退し、該打ち抜きピンが予備成形体から引き抜かれるときには該打ち抜きピンの後退に同期して前進して該横穴に材料粉末を埋め戻す埋め戻しピンとを備えることを特徴とする粉末成形体の製造装置。

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