JP5428457B2 - 粉末成形装置 - Google Patents
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Description
例えば、図9(A)に示すように、材料粉末Pを供給するシューボックス120をダイ111の充填部A上まで前進して材料粉末Pを充填部Aに充填し、材料粉末Pが充填されたらシューボックス120を後退させる。このとき、例えば、シューボックス120の後退動作と対応させて下パンチ121を上昇させる。
そして、シューボックス120が後退し終わると、図9(C)に示すように、材料粉末Pの上面全体にわたって傾斜面が形成される。
その後、下パンチ121を一旦下降して材料粉末Pを充填部A内に収納してから上パンチ及び下パンチ121により材料粉末Pを圧粉するようになっており、かかるコンターフィリングを用いてシューボックス120の前進端側に多くの材料粉末Pを供給することで、材料粉末Pが供給されにくいシューボックス120の前進端側における密度を高くして粉末成形品の密度分布の偏りを改善する場合がある。
請求項1に記載された発明は、材料粉末が充填される充填部が形成されたダイと、前記ダイに対して相対移動可能に取り付けられ、前記ダイとともに充填部を画成する下パンチと、前記ダイの上方に配置され、前記ダイに対して進退可能に支持された上パンチと、前記上パンチを前記ダイに対して前進又は後退させる上ラムと、前記材料粉末を前記充填部に傾斜充填する傾斜充填手段と、制御部と、を備えた粉末成形装置であって、前記上パンチと前記上ラムの間を接続するとともに前記材料粉末を加圧する際の加圧力を測定可能とされた複数のDDV型サーボ駆動装置を有し、前記制御部は、前記DDV型サーボ駆動装置の加圧力から算出した粉末成形品の密度分布に基づいて、それぞれのDDV型サーボ駆動装置の進退量を制御して粉末成形品の密度分布の偏りを調整することを特徴とする。
また、複数のDDV型サーボ駆動装置を用いることにより、粉末成形品の密度分布を調整することができる。
その結果、粉末成形品を焼結して粉末焼結品とした場合の粉末焼結品の精度を向上することができる。
また、材料粉末の充填量に過不足がない場合には、DDV型サーボ駆動装置による材料粉末の圧縮量調整をすることで粉末成形品の密度を効率的に調整することができる。
図1は、この実施形態の粉末成形装置1を示す図であり、ダイセット(金型)10と、粉末成形プレス50とを備え、例えば、上パンチ及び下パンチはCNC制御可能とされている。
また、この実施形態において、粉末成形装置1は、金属粉末(材料粉末)Pを傾斜充填するとともに、固定されたダイに上パンチ及び下パンチが前進及び後退するダイ固定方式により成形するようになっている。
ダイ11は、ダイプレート12の中央部に配置され、ダイプレート12にはガイド孔18Hが形成されている。
また、下パンチ21は、DDV型サーボ駆動装置D20が位置制御機能によって進退することで押上プレート44に対して上下方向に相対移動可能とされており、下ラム61に対する下パンチ21の上下方向の相対的位置を調製することが可能とされている。
また、上パンチプレート34は、後述する粉末成形プレス50の上パンチ用のDDV型サーボ駆動装置D10と図示しないジョイントを介して接続されるようになっている。
また、プレス下側本体部60とプレス上側本体部70とは、連結部材52で連結されている。
その結果、下ラム駆動モータ62Mの下ラム駆動軸62Dが回転されると、下ラム駆動軸62Dの雄ネジ62Eと下ラム61の雌ネジ61Aが係合して、下ラム駆動モータ62Mの回転が上下方向の移動に変換され、下ラム61が上下方向に進退するようになっている。
以下、図2を参照して、DDV(Direct Drive Volume Control)サーボ駆動装置の一例であるDDV型サーボ駆動装置D1について説明する。
サーボモータM1は、油圧ポンプP1を駆動して加圧した作動油を油圧シリンダP2に送り、油圧シリンダP2のロッドを前進又は後退させてその進退量を調整するようになっている。
また、油圧シリンダP2のロッド側及びヘッド側は、圧力センサT1、T2が接続され、それぞれの作動油の圧力が検出可能とされ、圧力センサT1、T2で検出される圧力に基づきDDV型サーボ駆動装置D1を圧力制御制御することが可能とされている。
また、圧力センサT1、T2で検出される圧力に基づいてDDV型サーボ駆動装置D1の加圧力を算出可能とされている。
なお、上記以外の周知の他の形式のDDV型サーボ駆動装置が適用可能であることはいうまでもない。
なお、シューボックス90は、DDV型サーボ駆動装置D20、下パンチ21とともに傾斜充填手段を構成している。
データベース85Aは、各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14が検出した加圧力から粉末成形品Wの対応する部位の密度を算出するとともに、各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14のロッドの進退量を加圧力と目標密度から設定するためのものであり、データベース85Bは、各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14の加圧力と、金属粉末Pの圧縮量とに基づいて下パンチ21の上昇量を算出するようになっている。
また、レーザ形状測定器Lからの測定データに基づいて、粉末成形品Wの密度が許容かどうかの結果を、例えば、図示しない表示板に出力するようになっている。
1)ます、金属粉末P等の材料粉末を充填部Aに充填する(手順1)。
充填部Aへの材料粉末の充填は、シューボックスや供給ホース内の材料粉末の挙動による影響をなくし、材料粉末を充填部Aに均等に充填するために手で行なう。
2)DDV型サーボ駆動装置D10の各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14のロッドを所定の進退量とすることで上パンチ31による圧縮量を一定にして充填した材料粉末を圧粉して粉末成形品Wを成形する(手順2)。
3)各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14の圧粉時の加圧力を測定する(手順3)。
各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14の加圧力は、例えば、図2において示した圧力センサT1、T2によって測定される。
4)粉末成形品Wの密度分布測定(手順4)。
粉末成形品Wの密度分布測定は、粉末成形品Wから測定対象の部位を切り出し、この測定部位を、例えば、水等の液体中に没して測定部位が排除した液体の容積と、液体内、液体外における測定部位の重量差、液体の密度とから算出する、いわゆるアルキメデス法を用いる。
5)DDV型サーボ駆動装置の加圧力と、材料粉末の圧縮量と、粉末成形品Wの密度の相関を求める(手順5)。
手順2におけるDDV型サーボ駆動装置D10の進退量を変化させて、手順1から手順5を複数回繰返して測定する。そして、材料粉末の圧縮量をDDV型サーボ駆動装置D10のロッドの進退量に変換し、DDV型サーボ駆動装置D10のロッドの進退量をパラメータとして、例えば、図6に示すような加圧力と密度の相関を示すグラフを作成する。
まず、粉末成形装置1を起動しての自動運転を開始する。
粉末成形装置1の自動運転を開始する場合、下パンチ21は下死点に、上パンチ31は上死点に、シューボックス90は後退端に位置している。
(1)まず、制御部80は、DDV型サーボ駆動装置D10及びDDV型サーボ駆動装置D20に出力し、それぞれのロッドの進退量の初期値LU、LDを設定する(S1)。
この初期値LU、LDを設定することにより、上パンチ31及び下パンチ21は初期値LU、LDと対応する所定の上下方向高さに移動する。
(2)制御部80は、粉末成形装置1が自動運転中かどうかを判定する(S2)。
自動運転中の場合には、S3に移行し、自動運転中でない場合にはプログラムを終了する。
(3)金属粉末Pを充填する(S3)。
1)制御部80は、シューボックス90の駆動源に出力してシューボックス90を充填部Aの上に前進させる。
2)制御部80は、シューボックス90が充填部Aの上まで前進したら、シューボックス90の駆動源にシューボックス90を後退させる信号を出力する。
3)シューボックス90が前進している間、シューボックス90が後退している間のいずれか又は両方の間、制御部80は、DDV型サーボ駆動装置D20に振動を生成するための信号を出力して、DDV型サーボ駆動装置D20が充填部A内の金属粉末Pを振動させて充填を効率的にする。
4)制御部80は、シューボックス90が後退する間、シューボックス90の後退位置に応じて下パンチ21を上昇させる信号をDDV型サーボ駆動装置D20に出力する。これにより、シューボックス90が後退している間、前述の図9で説明したような傾斜充填をさせて金属粉末Pの上面に傾斜面を形成し、その後下パンチ21を下降させて圧粉可能な状態とする。
(4)次に、充填部Aに充填された金属粉末Pを圧粉する(S4)。
1)制御部80は、下ラム駆動モータ62M及び上ラム駆動モータ73Mに駆動信号を出力して下ラム61を上昇させるとともに上ラム71を下降させ、充填部A内の金属粉末Pを圧粉して粉末成形品Wとする。
2)金属粉末Pを圧粉する際に、DDV型サーボ駆動装置D10の圧力センサ(図2におけるT1、T2)によって検出された圧力信号が入力部81に送信される。
3)制御部80は、粉末成形品Wを成形した後、下ラム駆動モータ62M及び上ラム駆動モータ73Mに、上パンチ31及び下パンチ21が同期して上昇する信号を出力し、上パンチ31及び下パンチ21が粉末成形品Wを挟んで上昇しダイ11の上面に粉末成形品Wを抜き出す。
4)次いで、制御部80は、シューボックス90の駆動源に出力し、次の粉末成形品Wに対応する金属粉末Pを充填するためシューボックス90を前進させる。
5)また、前進したシューボックス90によりダイプレート12の外に押し出された粉末成形品Wをレーザ形状測定器Lの測定位置まで移動して予め設定した測定部位の厚さを算出するとともに測定データを入力部81に送信する。
(5)圧粉時の加圧力をDDV型サーボ駆動装置D10により測定(S5)。
演算部83は、入力部81に入力されたDDV型サーボ駆動装置D10の圧力信号から各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14の加圧力を算出する。
(6)粉末成形品Wの密度分布算出(S6)。
演算部83は、(5)において算出した各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14の加圧力と、メモリ82に格納されたDDV型サーボ駆動装置D10による圧縮量を、データベース85Aに参照して粉末成形品Wの密度分布(例えば、測定対象の各部位の密度)を算出する。
(7)粉末成形品Wの密度分布があらかじめ設定した許容範囲であるかどうかを判定する(S7)。
演算部83は、S6で算出した粉末成形品Wの密度分布が予め設定した許容範囲であるかどうかを判定する。
粉末成形品Wの各部位の厚さが許容範囲内である場合は、S2に移行し、許容範囲でない場合はS8に移行する。
(8)粉末成形品Wの密度分布の調整が圧縮量で調整可能かどうかを判定する(S8)。
演算部83は、S6で算出した粉末成形品Wの密度分布と、予め設定した密度範囲(例えば、密度の上下限値)とを比較し、粉末成形品Pの圧縮量(DDV型サーボ駆動装置D10のロッドの進退量と対応)の調整により可能かどうかを判定する。
圧縮量の調整により可能な場合は、S10に移行し、圧縮量の調整では不可能な場合は、S9に移行する。
(9)傾斜充填における金属粉末Pの供給量を調整(S9)。
演算部83は、S5で算出したDDV型サーボ駆動装置D10の加圧力と金属粉末Pの圧縮量とをデータベース85Bに参照して、目標密度を得るために必要な傾斜充填における下パンチ21の上昇量を算出し、DDV型サーボ駆動装置D20に出力する。なお、傾斜充填における下パンチ21の上昇速度は、例えば、下パンチ21の上昇位置をシューボックス90の後退位置と対応させるようにしてもよい。
その結果、傾斜充填による充填部Aに傾斜充填される金属粉末Pの供給量が調整される。
(10)各DDV型サーボ駆動装置D11、D12、D13、D14による圧縮量(ロッドの進退量)を調整する(S10)。
粉末成形品Wの密度分布が許容範囲でない場合、演算部83は、許容範囲外となっている部位につきデータベース85Aを参照して、対象部位が予め設定した目標密度となるDDV型サーボ駆動装置D10のロッドの進退量を取得し、DDV型サーボ駆動装置D10に出力する。
各DDV型サーボ駆動装置D10のロッドの進退量の調整が完了したら、S2に移行する。
上記(2)から(10)を、自動運転が終了するまで繰り返す。
また、粉末成形装置1によれば、圧粉時の金属粉末Pにかかる加圧力を検出することで、金属粉末Pの充填量の過不足を含めて粉末成形品Wの密度を検出することができる。
また、粉末成形装置1によれば、複数のDDV型サーボ駆動装置10を用いているので粉末成形品Wの複数個所の密度、すなわち密度分布の偏りを検出することができる。
また、粉末成形装置1によれば、データベース85Aを用いて粉末成形品Wの密度分布を算出するので、効率的に密度分布を測定することができる。
また、粉末成形装置1によれば、金属粉末Pの充填量に過不足がある場合、傾斜充填により金属粉末Pの供給量を調整するので、大きな密度調整幅を大きく確保することができる。
また、粉末成形装置1によれば、金属粉末Pの充填量に過不足がない場合には、DDV型サーボ駆動装置による材料粉末の圧縮量調整をすることで粉末成形品の密度を効率的に調整することができる。
その結果、密度分布の偏りが小さい粉末成形品を効率的に成形することができる。
例えば、上記実施の形態においては、粉末成形装置1が、上パンチ31用のDDV型サーボ駆動装置D10及び下パンチ21用のDDV型サーボ駆動装置D20を備える場合について説明したが、例えば、上パンチ用のDDV型サーボ駆動装置D10のみを備える構成としてもよい。
また、金属粉末Pを充填する場合に、DDV型サーボ駆動装置D20を用いて金属粉末Pを振動させるかどうかは任意に設定可能な事項である。
D10 DDV型サーボ駆動装置(上パンチ用)
D20 DDV型サーボ駆動装置(傾斜充填手段)
P 金属粉末(材料粉末)
1 粉末成形装置
11 ダイ
21 下パンチ(傾斜充填手段)
31 上パンチ
71 上ラム
80 制御部
85 データベース
90 シューボックス(傾斜充填手段)
Claims (2)
- 材料粉末が充填される充填部が形成されたダイと、
前記ダイに対して相対移動可能に取り付けられ、前記ダイとともに充填部を画成する下パンチと、
前記ダイの上方に配置され、前記ダイに対して進退可能に支持された上パンチと、
前記上パンチを前記ダイに対して前進又は後退させる上ラムと、
前記材料粉末を前記充填部に傾斜充填する傾斜充填手段と、
制御部と、を備えた粉末成形装置であって、
前記上パンチと前記上ラムの間を接続するとともに前記材料粉末を加圧する際の加圧力を測定可能とされた複数のDDV型サーボ駆動装置を有し、
前記制御部は、
前記DDV型サーボ駆動装置の加圧力から算出した粉末成形品の密度分布に基づいて、それぞれのDDV型サーボ駆動装置の進退量を制御して粉末成形品の密度分布の偏りを調整することを特徴とする粉末成形装置。 - 請求項1に記載の粉末成形装置であって、
前記DDV型サーボ駆動装置の加圧力と、前記材料粉末の圧縮量と、前記粉末成形品の密度との相関関係により構成されるデータベースと、を有し、
前記制御部は、
前記データベースに参照し、前記DDV型サーボ駆動装置の進退量の制御により密度の調整が不可能な場合に、前記傾斜充填手段による前記材料粉末の供給量を調整するように構成されていることを特徴とする粉末成形装置。
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