JP5796808B2 - 粉末成形用金型 - Google Patents

Description

この発明は、複数の下パンチを用いて段付き焼結部品を製造する粉末成形用金型に関する。

焼結部品は、成形工程、焼結工程を経て製造される。成形工程では成形プレスにより冶金用粉末をプレスすることで圧粉体が製造される。その圧粉体を焼結炉で焼結して焼結体が製造される。

前記成形プレスには、ダイ、上パンチ、および下パンチを含む金型が設置されており、冶金用粉末がダイに形成されている成形孔に供給される。成形孔に供給された冶金用粉末を前記ダイ、上パンチ、および下パンチによって圧縮することで圧粉体が成形される。

製品形状により、前記上パンチや下パンチの数は適宜変更される。複数の下パンチを用いる場合、各金型の間には相対移動させるために、ある程度の隙間が設けられる。その隙間は、冶金用粉末の粒径よりも大きいため、金型間には冶金用粉末が入り込んでしまう。
通常、金型間に冶金用粉末が入り込んでも問題は発生しない。しかし、圧力により金型に撓みや倒れが発生し、金型間の隙間が小さくなってしまうと、金型間に入り込んだ冶金用粉末が起点となり焼き付きが起こる場合がある。

下記特許文献１には、このような焼き付きを防止するために、金型の上端面に傾斜面を設けた粉末成形用金型が開示されている。

その他、下記特許文献２には、金型を撓みにくくするために、下パンチの支持用フランジを内側にある下パンチの外周面に引っかかる位置まで延長した金型が開示されている。

特開２０１０−８２６７１号公報 特開２０１０−３１３３１号公報

上記特許文献１に開示された技術では、製品形状により金型上面に傾斜を設けられない場合や上端面の面積が小さいために傾斜を設けられない場合、撓みによる焼き付きを防止することができなかった。また、上記特許文献２に開示された技術では、細く長い金型においては、たわみを防止する効果を発揮できず、焼き付きを防止することができなかった。

そこで、この発明は、金型が撓んでも金型間に入り込んだ冶金用粉末を起点とした焼付きが起こらないようにすることを課題としている。

上記課題を解決するため、この発明においては、
下パンチと上パンチとダイを含む粉末成形用の金型であって、
前記下パンチは、前記下パンチの上端面から続く摺動部を側面に備え、
前記摺動部はその摺動部の途中から金型下方に切り抜ける複数の溝を有する粉末成形用の金型とした。

この発明の粉末成形用の金型は、下パンチ側面の摺動部に溝が設けられている。そのため、金型間の隙間に入り込んだ冶金用粉末が金型下方に落ちやすくなり冶金用粉末が起点となる焼き付きが防止される。下パンチ側面に摺動部があるので、金型間からの冶金用粉末の漏れを少なくすることができる。

前記摺動部はフラット部とその下に前記溝を有し、前記溝はフラット部の下端から金型下方に延びている粉末成形用の金型とすると好ましい。

摺動部にフラット部と溝を有すると、冶金用粉末の漏れを防ぐと共に金型間の隙間に入り込んだ冶金用粉末を金型下方に落とすことができる。そのため、冶金用粉末が起点となる焼き付きを防止することができる。

前記下パンチは、第１下パンチおよび第２下パンチを含み、
前記第２下パンチはダイの中心軸を含む断面において前記第１下パンチと接する第１の側面と前記第１下パンチ以外の金型に接する第２の側面を有しており、
前記第２の側面には前記フラット部と前記溝を有する前記摺動部を備える粉末成形用の金型とすると好ましい。

圧縮終了時に前記第１下パンチの上端面が第２下パンチの上端面よりも下方に存在し、前記第１下パンチの上端面が前記第２の側面に接する金型の上端面よりも下方に存在すると、前記第２下パンチは圧粉体から第１の側面に圧力を受け、第２の側面側に撓もうとする。前記第２下パンチは第２の側面の摺動面に溝を有するので、金型間の隙間に入り込んだ冶金用粉末が金型下方に落ちやすくなり、冶金用粉末が起点となる焼き付きを防止することができる。さらに、前記第２下パンチは、摺動部に溝を有することで摺動面積を増加させずに摺動部の長さを確保できる。そのため、撓み難くすることができ、焼き付きを防止することができる。

前記フラット部の上下幅が１０〜２０ｍｍであり前記溝の上下方向の長さは前記フラット部下端から３０〜５０ｍｍである粉末成形用の金型とすると好ましい。

前記フラット部の上下方向の幅を１０〜２０ｍｍとすると冶金用粉末の漏れを効果的に防ぐことができる。前記溝の上下方向の長さが前記フラット部下端から３０〜５０ｍｍであることで下パンチを支える長さを確保でき、焼き付きを防止することができる。

前記溝に交差する複数の除粉溝をさらに有すると好ましい。

前記溝に交差する複数の除粉溝を有すると、金型間に入り込んだ冶金用粉末を効率的に前記溝に排出することができる。

この発明の粉末成形用の金型は、下パンチ側面の摺動部に溝が設けられている。そのため、金型が撓んでも金型間に入り込んだ冶金用粉末を起点とした焼付きが起こらないようにすることができる。

（ａ）この発明の一実施形態のダイの上面図である。（ｂ）その実施形態の金型断面図である。 同実施形態で製造される焼結部品の斜視図である。 同実施形態の第２下パンチと第３下パンチの断面斜視図である。 同実施形態の溝の正面図である。 図４の矢視Ａ−Ａである。 除粉溝を形成した場合の同実施形態である。 同実施形態の給粉時の金型断面図である。 （ａ）他の実施形態を示すダイの上面図である。（ｂ）その実施形態の金型断面図である。 同実施形態で製造される焼結部品の斜視図である。 同実施形態の第２下パンチとダイの断面斜視図である。 同実施形態の給粉時の金型断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
本発明の粉末成形用の金型は、段差を有する焼結部品に用いられ、成形孔に充填された冶金用粉末を圧縮成形し、圧粉体を成形するためのものである。圧粉体はその後、焼結され、製品使用に応じてサイジングさらには機械加工が施される。対象の焼結部品は家電用部品である。以下金型の構成、成形工程について説明する。

〔金型の構成〕
〔実施形態１〕
図１に示す本発明の実施形態は図２に示す焼結部品ａを成形する金型である。図１（ｂ）は成形時の金型断面図を示す。焼結部品ａは、円筒部１の外周にフランジ部２を有し、前記フランジ部２の端面に凹み３を有する。本実施形態の金型は、ダイ４、上パンチ５、下パンチ６、及びコア７を含む。ここで下パンチ６は、内側から第１下パンチ６ａ、第２下パンチ６ｂ、第３下パンチ６ｃで構成されている。第２下パンチ６ｂは前記焼結部品ａの凹み３を形成する金型である。図１（ａ）に示すダイ４の上面図において、第２下パンチ６ｂは、第１下パンチ６ａと接する第１の側面８ａとその反対側に第３下パンチ６ｃと接する第２の側面８ｂを有する。この場合、それぞれの金型を昇降可能とするために各金型の間には隙間が設定されている。

図７は給粉時の金型断面図である。ダイ４、下パンチ６とコア７で形成される成形孔１２へ冶金用粉末を給粉する時、前記第１下パンチ６ａの上端面９ａは、第２下パンチ６ｂの上端面９ｂおよび第３下パンチ６ｃの上端面９ｃよりも下方に存在する。第２下パンチ６ｂの上端面９ｂは、第３下パンチ６ｃの上端面９ｃよりも上方に存在する。

図３に示すように、第２下パンチ６ｂの第２の側面８ｂには、溝１１を有する摺動部１０が設置されている。前記摺動部１０は、給粉時に第２下パンチ６ｂの第２の側面８ｂと第３下パンチ６ｃの側面と勘合するフラット部１３を溝１１の上部に有し、その長さは１０〜２０ｍｍとなるように設定される。図４は摺動部１０の正面図である。溝１１は金型下方に切り抜けている。前記溝１１の上下方向の長さは３０ｍｍ〜４０ｍｍである。溝幅Ｗは５ｍｍとした。
フラット部とは、冶金用粉末の給粉時に前記第２下パンチ６ｂの摺動部１０において第３下パンチ６ｃと重なり合う部分であって前記溝１１が形成されていない部分のことをいう。
図５は図４の矢視Ａ−Ａであり、摺動部の段差Ｄは０．１５ｍｍとした。

図６に示すように、前記溝１１に交差する複数の除粉溝１４が形成されていてもよい。前記除粉溝１４により、金型間に入り込んだ冶金用粉末を前記溝１１に排出することが容易になる。

〔成形工程〕
成形工程では、冶金用粉末はダイ４、下パンチ６とコア７で形成される成形孔１２に充填される。次に上パンチ５をダイ４内に下降させる。ダイ４、上パンチ５および下パンチ６の協働によって前記冶金用粉末を圧縮し、圧粉体を形成する。

圧縮時、前記第２下パンチ６ｂの上端面９ｂは、第１下パンチ６ａの上端面９ａおよび第３下パンチ６ｃの上端面９ｃよりも上方に存在する。さらに、第１下パンチ６ａの上端面９ａは第３下パンチ６ｃの上端面９ｃよりも下方に存在する。そのため図１に示すように第２下パンチ６ｂは圧粉体から第１の側面８ａに圧力Ｘを受ける。その圧力Ｘを受けて第２下パンチ６ｂは第２の側面８ｂ側に撓み、第２の側面８ｂにおいて第３下パンチ６ｃと接触する。その際に第２の側面８ｂと第３下パンチ６ｃの側面との間に冶金用粉末を噛み込んでいると、次第に金型が焼き付いてしまうが、本実施の形態においては溝１１を有するため、金型間に入り込んだ冶金用粉末が下方に落ち、金型の焼き付きを防止することができる。

給粉時に第２下パンチ６ｂと第３下パンチ６ｃのフラット部１３の上下方向の長さが１０〜２０ｍｍとなるように摺動部１０を設定している。そのため、第２の側面８ｂからの冶金用粉末の漏れを防ぐことができ、第２の側面８ｂでの密度低下を防止することができる。フラット部１３が１０ｍｍ未満の場合、摺動部１０から粉末が漏れやすくなり、圧粉体の密度が低下するおそれがある。２０ｍｍ超の場合、摺動部１０に粉末が噛み込みやすくなり焼き付きを起こすおそれがある。

〔実施形態２〕
図８に本発明の他の実施形態を示す。
図８に示す本発明の実施形態は図９に示す前記焼結部品ｂを成形する金型である。
図８（ｂ）は成形時の金型断面図を示す。焼結部品ｂは、円筒状をしており凹み３を有する。本実施形態の金型は、前記実施形態１と同様にダイ４、上パンチ５、および下パンチ６を含む。ここで下パンチ６は、第１下パンチ６ａ、第２下パンチ６ｂで構成されている。図８（ａ）に示すダイ４の上面図において、第２下パンチ６ｂは、第１下パンチ６ａと接する第１の側面８ａとその反対側にダイ４と接する第２の側面８ｂを有する。この場合、それぞれの金型を昇降可能とするために各金型の間には隙間が設定されている。

図１１は給粉時の金型断面図である。ダイ４と下パンチ６で形成される成形孔１２へ冶金用粉末を給粉する時、前記第１下パンチ６ａの上端面９ａは、第２下パンチ６ｂの上端面９ｂよりも下方に存在する。第２下パンチ６ｂの上端面９ｂは、ダイ４の上端面よりも上方に存在する。

図１０に示すように、第２下パンチ６ｂの第２の側面８ｂには、溝１１を有する摺動部１０が設置されている。前記摺動部１０は、給粉時に第２下パンチ６ｂの第２の側面８ｂとダイ４の側面と勘合するフラット部１３を溝１１の上部に有し、その長さが１０〜２０ｍｍとなるように設定される。前記実施形態１と同様に、溝１１は前記摺動部１０から金型下方に伸びている。前記溝１１の上下方向の長さは３０ｍｍ〜４０ｍｍである。溝幅Ｗは５ｍｍである。摺動部の段差Ｄは０．１５ｍｍである。前記実施形態１と同様に、前記溝１１には、交差する除粉溝１４を有してもよい。

〔成形工程〕
成形工程では、冶金用粉末はダイ４と下パンチ６で形成される成形孔１２に充填される。次に上パンチ５をダイ４内に下降させる。ダイ４、上パンチ５および下パンチ６の協働によって前記冶金用粉末を圧縮し、圧粉体を形成する。

圧縮時、前記第２下パンチ６ｂの上端面９ｂは、第１下パンチ６ａの上端面９ａよりも上方に存在する。さらに、第１下パンチ６ａの上端面９ａはダイ４の上端面よりも下方に存在する。そのため図８に示すように第２下パンチ６ｂは圧粉体から第１の側面８ａに圧力Ｘを受ける。その圧力Ｘを受けて第２下パンチ６ｂは第２の側面８ｂ側に撓み、第２の側面８ｂにおいてダイ４と接触する。その際に第２の側面８ｂとダイの側面との間に冶金用粉末を噛み込んでいると、次第に金型が焼き付いてしまうが、本実施の形態においては溝１１を有するため、金型間に入り込んだ冶金用粉末が下方に落ち、金型の焼き付きを防止することができる。

給粉時に第２下パンチ６ｂとダイ４のフラット部１３の上下方向の長さが１０〜２０ｍｍとなるように摺動部１０を設定している。そのため、第２の側面８ｂからの冶金用粉末の漏れを防ぐことができ、第２の側面８ｂでの密度低下を防止することができる。フラット部１３が１０ｍｍ未満の場合、摺動部１０から粉末が漏れやすくなり、圧粉体の密度が低下するおそれがある。２０ｍｍ超の場合には、摺動部１０に粉末が噛み込みやすくなり焼き付きを起こすおそれがある。

図２に例示の焼結部品ａを実施形態１の金型を用いて成形した。圧粉体の寸法は、以下である。
フランジ部直径：φ６０ｍｍ
円筒部直径：φ３０ｍｍ
製品全長：２０ｍｍ
第２下パンチの摺動部と溝の寸法は以下である。
摺動部長さ：６５ｍｍ
フラット部の上下方向の長さ：１５ｍｍ
溝の上下方向の長さ：４０ｍｍ
溝幅Ｗ：５ｍｍ

焼結部品ａを５００００個以上成形したが、金型に焼付きは発生しなかった。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明の粉末成形用の金型は、家電用または自動車用焼結部品を得るのに好適である。

１ 円筒部
２ フランジ部
３ 凹み
４ ダイ
５ 上パンチ
６ 下パンチ
６ａ 第１下パンチ
６ｂ 第２下パンチ
６ｃ 第３下パンチ
７ コア
８ａ 第２下パンチの第１の側面
８ｂ 第２下パンチの第２の側面
９ａ 第１下パンチの上端面
９ｂ 第２下パンチの上端面
９ｃ 第３下パンチの上端面
１０ 摺動部
１１ 溝
１２ 成形孔
１３ フラット部
１４ 除粉溝
ａ、ｂ 焼結部品
Ｄ 摺動部の段差
Ｗ 溝幅
Ｘ 圧力

Claims (3)

1. 下パンチと上パンチとダイとを含む金属粉末成形用金型であって、
   前記下パンチは、前記下パンチの上端面から続く摺動部を側面に備え、
   前記摺動部は前記摺動部の途中から金型下方に切り抜ける複数の溝を有し、
   前記摺動部はフラット部とその下に複数の前記溝を有し、前記溝は前記フラット部の下端から金型の下方に延びており、
   前記下パンチは、第１下パンチおよび第２下パンチを含み、
   前記第２下パンチは前記ダイの中心軸を含む断面において前記第１下パンチと接する第１の面と前記第１下パンチ以外の金型に接する第２の側面を有しており、
   前記第２の側面には前記フラット部と前記溝を有する前記摺動部を備える金属粉末成形用金型。
2. 前記フラット部の上下幅が１０〜２０ｍｍであり前記溝の上下方向の長さは前記フラット部の前記下端から３０〜５０ｍｍである請求項１に記載の金属粉末成形用金型。
3. 前記溝に交差する複数の除粉溝をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属粉末成形用金型。

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