JP4465087B2

JP4465087B2 - 粉末成形体の製造方法

Info

Publication number: JP4465087B2
Application number: JP2000210804A
Authority: JP
Inventors: 敏郎吉原; 光博佐藤; 忠男増田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd; Kobayashi Industry Co Ltd
Current assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd; Kobayashi Industry Co Ltd
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: JP2001089802A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基部で連接する１対の脚部を備える粉末成形体の製造方法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）に示すような成形体１がある。成形体１は桿部２の先端に備えられた鉤部３と、桿部２の後端部を基部４として、該基部４で連接する１対の脚部５，５とからなり、脚部５，５の間にアンダーカット部６を備えている。
【０００３】
前記基部で連接する１対の脚部５，５を備える機械部品を粉末成形によって製作する場合、アンダーカット部６がない形状の粉末成形体を焼結した後で切削加工等によってアンダーカット部６を設ける方法と、粉末成形の際に同時にアンダーカット部６を成形し、該粉末成形後に焼結する方法とがある。
【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をダイ孔の上方に抜き出す。そして、前記粉末成形体を焼結した後、切削加工等によってアンダーカット部６を形成する。しかし、この製造方法では、切削加工等に手間が掛かり、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、アンダーカット部６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、前記アンダーカット部６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、特にアンダーカット部６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、前記アンダーカット部６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、アンダーカット部６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アンダーカット部６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、前記後者の場合には、前記いずれの製造方法においても、図１（ａ）示のアンダーカット部６の形成により脚部５が肉薄になるときには、前記アンダーカット部６が形成された成形体を脱型する際に前記肉薄となった脚部５が破損したり、粉末成形後に行われる焼結の際に脚部５に反り等の変形が生じ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、基部で連接する１対の脚部を備える粉末成形体を破損や変形を生じることなく容易に製造することができる方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、基部から連接する部分に貫通孔を備えた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、
前記貫通孔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貫通孔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第1の成形体を得る工程と、該第1の成形体から該打ち抜きピンを引き抜く工程と、該第1の成形体に形成された貫通孔に前記キャビティー外に退避させていた仮圧縮された材料粉末を埋め戻す工程と、仮圧縮された材料粉末が埋め戻された第1の成形体を該キャビティーから取り出す工程と、埋め戻された材料粉末を取り除いた後に第1の成形体を焼結する工程と、前記焼結された第1の成形体の貫通孔を横断して第1の成形体の一部を切除して、基部に連接する一対の脚部を備える第2の成形体を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
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形成されるキャビティーに材料粉末が充填される。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。
【００１３】
材料粉末が充填されたならば、次に、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、予備成形体を得る。そして、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、容易に前記貫通孔の形状に打ち抜かれる。
【００１４】
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貫通孔を備える第１の成形体が得られる。第１の成形体は、前記のように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前記予備成形体をさらに加圧圧縮することにより得られるので、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。
【００１５】
次に、得られた第１の成形体から前記打ち抜きピンを引き抜き、第１の成形体を脱型する。そして、脱型された第１の成形体を焼結する。第１の成形体では前記貫通孔の周囲に肉薄の部分が形成されているが、該肉薄の部分はそれ自体が該貫通孔の周壁であり、前記基部に対向する部分で接続されているので、前記焼結の際に変形が規制され、反り等の発生を確実に阻止することができる。
【００１６】
次に、前記焼結された第１の成形体から、前記貫通孔の一部を切除する。この結果、基部で連接する１対の脚部が形成され、所望の形状の第２の成形体を得ることができる。
【００１７】
前記第１の成形体において、前記貫通孔の周囲に基部から延在する一対の平行な部分を備え、該貫通孔を横断して第１の成形体の一部を切除することにより、基部で連接する一対の平行な脚部を備える第２の成形体を形成することができる。本発明の製造方法によれば、前述の焼結の際に前記貫通孔の周囲の薄肉の部分に反り等の変形が起きないので、前記脚部に優れた平行度を付与することができる。
【００１９】
前記第１の成形体は、前記打ち抜きピンが引き抜かれた後の前記貫通孔を空洞のままにして脱型すると、前記貫通孔の周囲の肉薄の部分が破損する虞がある。そこで、前記打ち抜きピンにより打ち抜かれた材料粉末を、前記キャビティー外部に退避させて保管しておくと共に、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貫通孔に埋め戻す。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、容易に前記貫通孔に埋め戻すことができる。
【００２０】
この結果、第１の成形体は前記貫通孔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、脱型の際に前記肉薄の部分の破損を防止することができる。
【００２１】
【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は本実施形態の製造方法で得られる粉末成形体及び該粉末成形体の予備成形体を示す斜視図であり、図２は図１示の粉末成形体の製造方法を示す説明的断面図であり、図３は図１示の粉末成形体の製造方法を示す図であって図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は図１示の粉末成形体の製造方法を示す図であって図１（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００２２】
本実施形態では、図１（ａ）に示す形状の粉末成形体１を製造する場合を例として説明する。粉末成形体１は、前述のように機械部品として用いられるものであり、前述のように桿部２の先端に備えられた鉤部３と、桿部２の後端部を基部４として、基部４で連接する１対の平行な脚部５，５とからなり、脚部５，５の間にアンダーカット部６を備えている。本実施形態では、前記粉末成形体１を成形するために、まず、図１ (ｂ）示の粉末成形体１ａを製造する。粉末成形体１ａは、脚部５，５を基部４に対向する部分に設けた接続部７で接続し、図１（ａ）示のアンダーカット部６を脚部５，５と接続部７で囲まれる貫通孔６ａとしたものである。この結果、貫通孔６ａは基部４に連接すると共に、基部４から延在する平行な部分５，５を備える形状となっている。
【００２３】
本実施形態では、前記粉末成形体１ａを図２示の装置により製造する。前記装置は、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。
【００２４】
ダイ孔１１は図１（ｂ）示の粉末成形体１ａの貫通孔６ａ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。
【００２５】
下パンチ１３及び上パンチ１４は、いずれも３つの部分に分割されており、下パンチ１３ａ及び上パンチ１４ａにより図１（ｂ）示の粉末成形体１ａの接続部７、下パンチ１３ｂ及び上パンチ１４ｂにより脚部５、下パンチ１３ｃ及び上パンチ１４ｃにより桿部２（図示しない鉤部３を含む）が成形される。前記各パンチは、いずれも独立に昇降自在に備えられている。
【００２６】
前記装置において、ダイス１２、下パンチ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、上パンチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、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。
【００２７】
次に、図３（ａ）乃至図３（ｆ）及び図４を参照して、本実施形態の製造方法について説明する。尚、図３示の上下パンチは、実際にはそれぞれ下パンチ１３ｂ及び上パンチ１４ｂであるが、下パンチ１３ａ，１３ｃ及び上パンチ１４ａ，１４ｃの動作も合わせて示しているので、説明を簡単にするために、下パンチ１３及び上パンチ１４で代表させる。
【００２８】
まず、図３（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。
【００２９】
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、セラミックスの粉末等を用いることができる。
【００３０】
次に、図３（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５〜３０％圧縮するように行われる。
【００３１】
次に、図３（ｃ）示のように、打ち抜きピン１５ａを予備成形体１８に圧入し、貫通孔６ａ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。
【００３２】
次に、図３（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（ｂ）示の形状を備える粉末成形体（第１の成形体）１ａを形成する。
【００３３】
次に、図３（ｅ）示のように、打ち抜きピン１５ａを粉末成形体１ａ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１ａ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。
【００３４】
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３（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。
【００３５】
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１ａの貫通孔６ａに埋め戻される。
【００３６】
次に、図３（ｆ）示のように、粉末成形体１ａ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１ａ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１ａが解放される。
【００３７】
粉末成形体１ａは、貫通孔６ａ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、貫通孔６ａの周囲の肉薄になった部分（具体的には図１（ｂ）示の脚部５）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の脚部５が折損することがない。
【００３８】
粉末成形体１ａは、前記脱型の後、前記貫通孔６ａに埋め戻された粉末材料１７を除去することにより、図１（ｂ）示の形状とすることができる。前記粉末材料１７は、単に貫通孔６ａに充填されているに過ぎず、粉末成形体１ａ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。次に、粉末成形体１ａを焼結することにより、粉末材料１７が相互に結合した成形体が得られる。前記焼結の際に、脚部５，５は接続部７により接続されているので、反り等の変形が発生することがなく、優れた平行度を得ることができる。
【００３９】
次に、前記焼結後の粉末成形体１ａを図４示の仮想線の位置で切断し、接続部７を切除する。この結果、貫通孔６ａの基部４に対向する側が開口され、図１（ａ）示のように、基部で連接する１対の平行な脚部５，５を備え、脚部５，５間のアンダーカット部６が形成されている、所望の粉末成形体（第２の成形体）１を得ることができる。
【００４０】
前記接続部７の切除は単に切断するに過ぎないので、塊状の粉末成形体に切削加工等を施すことに比較して格段に容易にアンダーカット部６を形成することができる。前記接続部７の切除は、それ自体公知の装置により行うことができる。
【００４１】
尚、前記実施形態では、貫通孔６ａを基部４から延在する平行な部分５，５を備える形状としているが、貫通孔６ａの形状はこれに限定されるものではなく、粉末成形体１の１対の脚部５，５も平行なものに限定されることはない。
【００４２】
また、前記実施形態では、打ち抜きピン１５ａを予備成形体１８に圧入し、貫通孔６ａの形状を打ち抜くときに、打ち抜かれた材料粉末１７をダイス１２内部に保管し、打ち抜きピン１５ａを引き抜くときに材料粉末１７を貫通孔６ａに埋め戻すようにしている。しかし、打ち抜かれた材料粉末１７は必ず貫通孔６ａに埋め戻す必要はなく、例えば、打ち抜かれた材料粉末１７をダイス１２内に設けられた空洞に落下させて回収するようにしてもよい。このようにすることにより、回収された材料粉末１７を再利用することができる。
【００４３】
さらに、前記実施形態では、下パンチ１３及び上パンチ１４を成形体１ａの形状に対応する３つの部分に分割したものを示しているが、成形体の大きさによっては分割せずに単一の下パンチ１３及び上パンチ１４を用いてもよい。また、成形体の外形が単純である場合には、該外形に対応する下パンチ１３または上パンチ１４を単一のパンチとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉末成形体及びその予備成形体の一例を示す斜視図。
【図２】本発明に従う粉末成形体の製造方法を示す説明的断面図。
【図３】本発明に従う粉末成形体の製造方法を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】本発明に従う粉末成形体の製造方法を示す図１（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【符号の説明】
１…第２の成形体、１ａ…第１の成形体、４…基部、５…脚部（平行な部分）、６ａ…貫通孔、７…接続部、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。

Claims

基部から連接する部分に貫通孔を備えた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、
前記貫通孔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貫通孔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第1の成形体を得る工程と、
該第1の成形体から該打ち抜きピンを引き抜く工程と、
該第1の成形体に形成された貫通孔に前記キャビティー外に退避させていた仮圧縮された材料粉末を埋め戻す工程と、
仮圧縮された材料粉末が埋め戻された第1の成形体を該キャビティーから取り出す工程と、
埋め戻された材料粉末を取り除いた後に第1の成形体を焼結する工程と、
前記焼結された第1の成形体の貫通孔を横断して第1の成形体の一部を切除して、基部に連接する一対の脚部を備える第2の成形体を形成する工程とを備えることを特徴とする粉末成形体の製造方法。
前記第1の成形体は、前記貫通孔の周囲に基部から延在する一対の平行な部分を備え、前記焼結された第1の成形体の一部を、該貫通孔を横断して切除することにより、基部で連接する一対の平行な脚部を備える第2の成形体を形成することを特徴とする請求項１記載の粉末成形体の製造方法。