JP4573213B2

JP4573213B2 - 粉末成形装置

Info

Publication number: JP4573213B2
Application number: JP2005133442A
Authority: JP
Inventors: 欣也川瀬
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006305611A

Description

本発明は、粉末成形装置に関するものである。

例えば、粉末冶金においては、鉄などの金属を主成分とする原料粉末を粉末成形装置で圧縮して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結炉で加熱して焼結する。そして、粉末成形装置においては、一般的に、原料粉末を貯蔵した原料容器から、成形用金型上で移動するフィーダー内に原料粉末を供給し、キャビティ内に下パンチが挿入した状態でフィーダーから成形用金型のキャビティ内に原料粉末を充填し、そして上パンチが挿入して圧粉体を成形するようにしている。

そして、このような成形にあってはいわゆるウイズドロアル法による機械プレスが利用されている。このウイズドロアル法は、例えば円筒圧粉体を成形する場合圧粉体の下端面を成形する円筒状の下パンチが固定されたフレームに、圧粉体の外周面を成形するダイ、内周面を成形する円柱状のコアロッドおよび上端面を成形する円筒状の上パンチが上下動可能に保持された構成となっている。そして、上パンチが所定の距離だけ下降して原料粉末を加圧すると、ダイおよびコアロッドが上パンチと一体に下降を始め、原料粉末の加圧成形が終了すると、上パンチが上昇する一方ダイおよびコアロッドはさらに下降して圧粉体の抜き出しが行われるというものである。

さらに、キャビティ内に原料粉末を充填する充填工程後、該キャビティ内に充填された原料粉末を上パンチと下パンチとの間で加圧成形するパンチ駆動工程を行う粉末成形方法であって、前記パンチ駆動工程が、上下パンチ間に形成されるキャビティの厚さが成形目標厚さよりも若干大きい状態となるまでいずれか一方のパンチを駆動する一次駆動工程と、上下パンチ間隔を測定しその値が前記成形目標厚さとなるまで制御しながらいずれか一方のパンチを駆動する二次駆動工程とを有するものであって、両パンチ間隔を測定しながら原料粉末を成形目標厚さとなるまで加圧成形するので、原料粉末の充填量がばらついたり、フレームの伸びや撓みが生じたとしても、目的の厚さの圧粉体を安定して得られるものも公知である（例えば特許文献１）。
特開２００４−４２１２６号公報

しかし、従来技術においては、いわゆるウイズドロアル法においては上パンチが所定の距離だけ下降して原料粉末を加圧すると、ダイ及びコアロッドが上パンチと一体に下降を始め、原料粉末の加圧成形が終了するというものなので、全体のストロークが長くなるという弊害が懸念される。また、従来技術では目的の厚さの圧粉体を安定して得られるものの原料粉末の充填率を向上できにくい。

解決しようとする問題点は、圧粉体を成形する粉末成形装置において、同じ密度の圧粉体を成形する場合において、圧縮比を下げたり、或いは同じ容積のキャビティであれば密度を向上することができるようにする点である。

請求項１の発明は、ダイに上下方向に設けられた貫通孔と、前記貫通孔の上下方向にそれぞれ配置され該貫通孔に挿入可能な圧粉体成形用の上パンチ及び下パンチと、前記貫通孔上を摺動すると共に下面を開口し原料粉末を収容可能なフィーダーと、このフィーダーに設けられ前記貫通孔の上方側から前記貫通孔に挿入して該貫通孔に嵌合可能な非圧粉体成形用の加圧体と、該加圧体に接続し下向きに加圧可能な加圧手段を備え、前記加圧体に前記原料粉末が通過可能な上下方向の連通路が複数ほぼ均一に形成されていることを特徴とする粉末成形装置である。

請求項１の発明によれば、フィーダーを移動することなく第1の原料粉末と同種の第２の原料粉末をキャビティ内に追加充填して圧粉体を成形することで、圧粉体の密度の向上を図ることができると共に、製造サイクルの低下を少なくすることができる。

また、請求項１の発明によれば、連通部に原料粉末を通してキャビティ内に第２の原料粉末を均一に充填することができる。さらに、加圧体を上方側から貫通孔へ挿入して嵌合し貫通孔の周面と加圧体の縁との僅かな隙間を通過して上方へ排気することができる。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

参考例

図１〜図８は参考例を示しており、これら図において粉末成形装置はダイプレート１に固定されたダイ２と、ダイ２に形成された貫通孔３に下方側から挿入して嵌合される下パンチ４と、前記貫通孔３に上方側から挿入して嵌合される上パンチ５とで構成される。そして下パンチ４が挿入した貫通孔３によって原料粉末Ｐを収容するキャビティ６が形成されるようになっている。さらに、下方の底面を開口したシューボックスからなるフィーダー７をダイ２に形成された貫通孔３の上方位置で前後１回ないし数回往復して、フィーダー７内から貫通孔３内に原料粉末Ｐを供給する。尚、フィーダー７には原料粉末Ｐを該フィーダー７に供給するための供給装置８が接続している。

さらに、貫通孔３に上方側から挿入して嵌合される加圧体９を備える。この加圧体９は下面が平であって上面には移動駆動装置10が接続されていると共に、この移動駆動装置10は例えば空気圧や油圧式のシリンダー装置であって、加圧体９を下向きに加圧可能な加圧手段を備えている。

次に製造方法について説明する。図1に示す第1工程では、上パンチ５、加圧体９はダイ２の上方にあり、また原料粉Ｐを内部に収容したフィーダー７はキャビティ６となる貫通孔３より後退している。そして、貫通孔３には下パンチ４が下方側から挿入、嵌合されている。図２に示す第２工程では、フィーダー７をダイ２に形成されたキャビティ６の上方位置で前後１回ないし数回往復して、フィーダー７内からキャビティ６内に原料粉末Ｐを供給して、キャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１を充填する。この充填によってフィーダー７が後退した状態では図３に示す第３工程のように第1の原料粉末Ｐ１の上面11はダイ２の上面２Ａと同一面に形成される。これはフィーダー７の底面によって貫通孔３（キャビティ６）上の余分な原料粉末Ｐが摺り切りされることに起因する。

次に図４に示す第４工程では、移動駆動装置10によって加圧体９を貫通孔３（キャビティ６）上に配置した後に、加圧体９を上方側から挿入して嵌合し、そして加圧手段によって加圧してさらに加圧体９を挿入することで貫通孔３（キャビティ６）内で第1の原料粉末Ｐ１が加圧されると共に、この加圧によって貫通孔３（キャビティ６）内の空気は貫通孔３の周面と加圧体９の縁９Ａとの僅かな隙間を通過して排気する。この結果、キャビティ６内に圧縮状態の非圧粉体12を成形する。この成形圧力は例えば原料粉末が鉄系である場合、圧粉体を成形する圧力が４００〜１０００ＭＰａ程度であるのに対して非圧粉体の成形にあっては圧力を０．００１〜１００ＭＰａ程度とするように、非圧粉体を成形する圧力は、圧粉体を成形する圧力の０．０１〜１０％、好ましくは０．１〜１％となっている。この比率、（非圧粉体を成形する圧力）／（圧粉体を成形する圧力）は鉄系以外の原料においても適応される。非圧粉体12は、第1の原料粉末Ｐ１が固形状態となっておらず、例えばこの状態で下パンチ４を上面２Ａにあらわしたときには、非圧粉体12、すなわち第1の原料粉末Ｐ１の塊が型崩れする状態をいう。そして、図５に示す第５工程では、貫通孔３（キャビティ６）より加圧体９を抜き出すことで、貫通孔３（キャビティ６）の上部、すなわち上面２Ａと上面12Ａとの間には加圧体９による下方押圧によって形成された第1の原料粉末Ｐ１が収容されていない非収容空間13が形成される。尚、非圧粉体12にする加圧体９としては、加圧力を低減した上パンチ５を兼用するようにしてもよい。

次に、図６に示す第６工程ではフィーダー７をダイ２に形成された貫通孔３の上方位置で再び前後１回ないし数回往復して、フィーダー７内から貫通孔３（キャビティ６）内に原料粉末Ｐを第1の原料粉末Ｐ１が収容されていない非収容空間13に供給して、第１の原料粉末Ｐ１によって成形した非圧粉体12の上面12Ａ上に追加補充用の第２の原料粉末Ｐ２を充填する。この充填後フィーダー７が後退した状態では第２の原料粉末Ｐ２の上面13Ａはダイ２の上面２Ａと同一面に形成される。これはフィーダー７の底面によって貫通孔３（キャビティ６）上の余分な原料粉末Ｐが摺り切りされることに起因する。この結果貫通孔３（キャビティ６）内において第１の原料粉末Ｐ１によって成形した非圧粉体12の上面12Ａからダイ２の上面２Ａまで第２の原料粉末Ｐ２が収容される。尚、第２の原料粉末Ｐ２は前記第1の原料粉末Ｐ１とは異なる種類のものを用いてもよい。

そして、図７に示す第７工程では上パンチ５が下降してダイ２の貫通孔３に挿入、嵌合され、下パンチ４及び上パンチ５により第1及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２が圧縮されて固められ、この成形状態で第1及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２をあらわしたときにはその塊が型崩れしない状態、すなわち圧粉体14が成形される。この成形にあっては例えば上パンチ５が下降してダイ２の貫通孔３に嵌合されると共に、ダイ２が下降して、下パンチ４及び上パンチ５により原料粉末Ｐが圧縮されて固められ、圧粉体ができるようにしてもよい。

尚、本参考例では追加補充用の第２の原料粉末Ｐ２を１回行なったものを示したが、１回目の追加補充用の第２の原料粉末Ｐ２を非収容空間13に収容した後、非圧粉体を形成する際、その上部に再び非収容空間を新たに形成し、この非収容空間に追加補充用の第２の原料粉末を再び収容し、そして２回目の非圧粉体を形成する。このように非収容空間の形成、追加補充用の第２の原料粉末の収容、非圧粉体を複数回繰り返し、この後圧粉体を成形するようにしてもよい。

その後、図８に示す第８工程では上パンチ５が上昇すると共に、ダイ２に対して下パンチ４が相対的に上昇して圧粉体がダイ２の上面２Ａ上に抜き出される。

そしてフィーダー７の前進に伴い、このフィーダー７により圧粉体14が払い出される。さらにこのような成形サイクルが繰り返されるものである。そして、このように成形した圧粉体14を雰囲気ガス中で焼成した焼結工程を経て焼結品とする。

以上のように、前記参考例においてはキャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１を収容した後に、前記キャビティ６内に収容された第1の原料粉末Ｐ１に加圧体９による非圧粉体成形用圧縮力を加えて脱気してキャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13を形成し、次に該非収容空間13に第２の原料粉末Ｐ２を第1の原料粉末Ｐ１と一体的に収容し、この後第１及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２に下パンチ４及び上パンチ５により圧粉体成形用圧縮力を加えて前記キャビティ６内に圧粉体14を成形することで、圧粉体14は通常キャビティ６に収容される第１の原料粉末Ｐ１の他に、加圧体９による非圧粉体成形用圧縮力によって形成した第１の原料粉末Ｐ１の非収容空間13に収容した第２の原料粉末Ｐ２をも加えてキャビティ６内に圧粉体を成形することができるので、圧粉体の密度の向上を図ることができる。この結果、同じ密度を有する圧粉体の成形にあっては上パンチ５のストロークを短くして圧縮比を小さくしたり、或いは同じ容積を有するキャビティ６による圧粉体の成形にあっては密度を向上することができる。

さらに、下パンチ４が挿入したキャビティ６内に第１の原料粉末Ｐ１を充填した後、加圧体９によって第１の原料粉末Ｐ１の上面を加圧して第１の原料粉末Ｐ１を非圧粉体状態とすると共に、前記キャビティ６内の上部に第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13を形成し、この後第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13内に第２の原料粉末Ｐ２を充填した後、第２の原料粉末Ｐ２の上面を加圧するように上パンチ５をキャビティ６に挿入して前記下パンチ４と上パンチ５との間に圧粉体14を成形することにより、下パンチ４が挿入したキャビティ６内に第１の原料粉末Ｐ１の充填並びにその脱気、さらには第２の原料粉末Ｐ２の充填及び圧粉体14の成形を１つのキャビティ６内で行なうことで、生産性を向上することができる。

また、ダイ２に上下方向に設けられた貫通孔３と、前記貫通孔３の上下方向にそれぞれ配置され該貫通孔３に挿入可能な圧粉体成形用の上パンチ５及び下パンチ４と、前記貫通孔３上を摺動すると共に下面を開口し原料粉末Ｐを収容可能なフィーダー７と、前記貫通孔３の上方に配置され該貫通孔３に挿入可能な非圧粉体成形用の加圧体９とを備えることにより、貫通孔３に下パンチ４を挿入した状態で第1の原料粉末Ｐ１を充填し、この後加圧体９を貫通孔３に挿入して第1の原料粉末Ｐ１の上面12Ａを押圧し脱気して、空間13を形成することで第２の原料粉末Ｐ２をキャビティ６内に追加充填し、この後上パンチ５及び下パンチ４との圧縮力により圧粉体14を成形することで、圧粉体14の密度の向上等を図ることができる。

図９〜図14は第１実施例を示しており、前記参考例と同一部分には同一符号を伏し、その詳細な説明を省略する。第１実施例ではフィーダー７に加圧体21が一体的に設けられたものであり、この加圧体21はキャビティ６に挿入、嵌合可能な平板状であって、その上面に連結部材22Ａの下部が連結されると共に上部はフィーダー７に設けた昇降駆動装置22に連結して、加圧体21は上下方向に移動できるようになっている。この加圧体21には原料粉末Ｐが通過可能な上下方向の連通部たる孔23が複数ほぼ均一に形成されている。さらに、昇降駆動装置22は例えば空気圧シリンダー装置などによって形成されるものであり、下方向へ加圧するする加圧手段が備えられている。

したがって、その製造方法は図９に示す第1工程では、上パンチ５はダイ２の上方にあり、また原料粉Ｐを内部に収容し、加圧体21を備えたフィーダー７は貫通孔３より後退している。そして、貫通孔３には下パンチ４が下方側から挿入、嵌合されてキャビティ６が形成されている。尚、この第1工程では次の第２工程と同様に加圧体21は上面２Ａより上方のフィーダー７内に配置されている。図10に示す第２工程では、フィーダー７をダイ２に形成された貫通孔３の上方位置で前後１回ないし数回往復して、フィーダー７内から貫通孔３（キャビティ６）内に原料粉末Ｐを供給して、キャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１を充填する。

次に図11に示す第３工程では、加圧体21を貫通孔３（キャビティ６）上に配置するように貫通孔３（キャビティ６）を覆うようにフィーダー７を配置する。そして昇降駆動装置22によって後に、加圧体９を上方側から貫通孔３（キャビティ６）へ挿入して嵌合し、そして加圧手段によって加圧してさらに加圧体21を挿入することで貫通孔３（キャビティ６）内で第1の原料粉末Ｐ１が加圧されると共に、この加圧によって貫通孔３（キャビティ６）内の空気は、孔23を通過したり、或いは貫通孔３の周面と加圧体21の縁21Ａとの僅かな隙間を通過して上方へ排気する。この結果、キャビティ６内に一点鎖線で上面を示した上述の非圧粉体12を成形する。そして、図12に示す第４工程では、貫通孔３（キャビティ６）より加圧体21を抜き出すことで、一点鎖線で示した上面の上部には加圧体21による下方押圧によって形成された第1の原料粉末Ｐ１が収容されていない非収容空間13が形成される。そして、貫通孔３（キャビティ６）内の第1の原料粉末Ｐ１が収容されていない非収容空間13には、孔23を通過したり、或いは貫通孔３の周面と加圧体21の縁21Ａとの隙間を通過して原料粉末Ｐが充填され、この結果第1の原料粉末Ｐ１が収容されていない非収容空間13には、第２の原料粉末Ｐ２が追加充填されることとなる。

次に、前記充填後フィーダー７が後退した状態では一点鎖線で示すように第２の原料粉末Ｐ２の上面13Ａは、ダイ２の上面２Ａと同一面に形成される。これはフィーダー７の底面によって貫通孔３（キャビティ６）上の余分な原料粉末Ｐが摺り切りされることに起因する。この結果貫通孔３（キャビティ６）内において第１の原料粉末Ｐ１によって成形した非圧粉体12の上面からダイ２の上面２Ａまで第２の原料粉末Ｐ２が収容される。そして、図13に示す第５工程では上パンチ５が下降してダイ２の貫通孔３に挿入、嵌合され、下パンチ４及び上パンチ５により第1及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２が圧縮されて固められ、この成形状態で第1及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２をあらわしたときにはその塊が型崩れしない状態、すなわち圧粉体14が成形される。尚、この成形にあっては例えば上パンチ５が下降してダイ２の貫通孔３に嵌合されると共に、ダイ２が下降して、下パンチ４及び上パンチ５により原料粉末Ｐが圧縮されて固められ、圧粉体ができるようにしてもよい。その後、図14に示す第６工程では上パンチ５が上昇すると共に、ダイ２に対して下パンチ４が相対的に上昇して圧粉体14がダイ２の上面２Ａ上に抜き出され、そしてフィーダー７の前進に伴い、このフィーダー７により圧粉体が払い出される。

さらにこのような成形サイクルが繰り返されるものである。

以上のように、前記実施例では下パンチ４が挿入したキャビティ６内に第１の原料粉末Ｐ１を充填した後、加圧体21によって第１の原料粉末Ｐ１の上面を加圧して第１の原料粉末Ｐ１を非圧粉体状態とすると共に、前記キャビティ６内の上部に第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13を形成し、この後第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13内に第２の原料粉末Ｐ２を充填した後、第２の原料粉末Ｐ２の上面を加圧するように上パンチ５をキャビティ６に挿入して前記下パンチ４と上パンチ５との間に圧粉体を成形することにより、下パンチ４が挿入したキャビティ６内に第１の原料粉末Ｐ１の充填並びにその脱気、さらには第２の原料粉末Ｐ２の充填及び圧粉体の成形を１つのキャビティ６内で行なうことで、生産性を向上することができる。

さらに、ダイ２に上下方向に貫通して設けられた貫通孔３と、前記貫通孔３の上下方向にそれぞれ配置され該貫通孔３に挿入可能な圧粉体成形用の上パンチ５及び下パンチ４と、前記貫通孔３上を摺動すると共に下面を開口し原料粉末Ｐを収容可能なフィーダー７と、このフィーダー７内に設けられ前記貫通孔３に挿入可能な非圧粉体成形用の加圧体21とを備えることにより、貫通孔３に下パンチ４を挿入した状態で第1の原料粉末Ｐ１を充填し、この後加圧体21を貫通孔３に挿入して第1の原料粉末Ｐ１の上面を押圧して脱気して、空間13を形成することでフィーダー７を移動することなく第1の原料粉末Ｐ１と同種の第２の原料粉末Ｐ２をキャビティ６内に追加充填し、この後上パンチ５及び下パンチ４との圧縮力により圧粉体を成形することで、圧粉体の密度の向上を図ることができると共に、製造サイクルの低下を少なくすることができる。

また、前記加圧体21に前記原料粉末Ｐが通過可能な孔23が形成されていることで、第２の原料粉末Ｐ２を貫通孔３の周面と加圧体21の縁21Ａとの隙間だけではなく、孔23に原料粉末Ｐを通してキャビティ６内に第２の原料粉末Ｐ２を均一に充填することができる。

以上のように本発明にかかる粉末成形方法及びその装置は、種々の圧粉体に適用できる。

本発明の参考例を示す第１工程の断面図である。本発明の参考例を示す第２工程の断面図である。本発明の参考例を示す第３工程の断面図である。本発明の参考例を示す第４工程の断面図である。本発明の参考例を示す第５工程の断面図である。本発明の参考例を示す第６工程の断面図である。本発明の参考例を示す第７工程の断面図である。本発明の参考例を示す第８工程の断面図である。本発明の実施例１を示す第１工程の断面図である。本発明の実施例１を示す第２工程の断面図である。本発明の実施例１を示す第３工程の断面図である。本発明の実施例１を示す第４工程の断面図である。本発明の実施例１を示す第５工程の断面図である。本発明の実施例１を示す第６工程の断面図である。

２ダイ
３貫通孔
４下パンチ
５上パンチ
７フィーダー
９ 21 加圧体
23 孔

Claims

ダイに上下方向に設けられた貫通孔と、前記貫通孔の上下方向にそれぞれ配置され該貫通孔に挿入可能な圧粉体成形用の上パンチ及び下パンチと、前記貫通孔上を摺動すると共に下面を開口し原料粉末を収容可能なフィーダーと、このフィーダーに設けられ前記貫通孔の上方側から前記貫通孔に挿入して該貫通孔に嵌合可能な非圧粉体成形用の加圧体と、該加圧体の上面に接続し下向きに加圧可能な加圧手段を備え、前記加圧体に前記原料粉末が通過可能な上下方向の連通路が複数ほぼ均一に形成されていることを特徴とする粉末成形装置。