JP5999555B2 - 粉末成形機用金型装置 - Google Patents

Description

この発明は、ダイセットと称される粉末成形機の金型装置、詳しくは、成形圧を加圧方向に受ける成形面を備えた段付きダイを有する装置であって、その段付きダイの支持構造に工夫を凝らした粉末成形機用金型装置に関する。

首記の粉末成形機用金型装置の中に、段付きダイを用いるものがある（例えば、下記特許文献１，２参照）。段付きダイは、成形圧を加圧方向に受ける成形面（以下では便宜上、段部成形面と言う）を備えたものである。

その段付きダイを備える金型装置においても、ダイの支持は、上記段部成形面の無いダイを備えた金型装置と同様にダイプレートによって行われている。ダイプレートによるダイの支持は、例えば、下記特許文献３に記載されている。

なお、ダイプレートの支持は、粉末成形機（プレス機）の下ラムによって駆動されるヨークによってなされる。ダイプレートは数本の連結ロッドを介してヨークに連結され、それによってヨークによるダイの支持がなされている。

特開２００９−１４８８１３号公報 特開平１１−０７１６０４号公報 特開２００８−１５５２５７号公報

段付きダイを使用する粉末成形では、ダイに作用する軸方向荷重が非常に大きくなる場合がある。これに対し、ダイプレートは、強度に限界がある。

ダイプレートは、ダイのキャビティに対して粉末を投入する給粉ボックスが上面に載置されるのでサイズが比較的大きくなる。そのダイプレートを先に述べたように連結ロッドを介してヨークに連結するため、ダイプレートは重量規制などを受け、その規制により、厚みを大きくして強度を自由に高めることができない。このような事情から、現状の金型装置のダイプレートは、最大耐荷重が２００トン程度に制限されている。

その耐荷重が制限されたダイプレートでダイを支持するため、従来の段付きダイを使用する粉末成形機では、ダイの段部成形面の大きさや形状に規制を加えていたが、ユーザーの要望で１８０トン程度の軸方向荷重が作用する段付きダイの使用を検討する必要が生じた。

そのような大きな軸方向荷重が最大耐荷重２００トンのダイプレートに加わると安全率が低いため、ダイプレートが破損する可能性がある。

そこで、この発明は、粉末成形機用金型装置について、パンチ軸方向に受ける荷重が大きくてダイプレートによる支持が不安視される段付きダイを使用しても、その段付きダイの安定支持がなされて安定した成形が保証されるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、成形荷重をパンチ軸方向に受ける成形面を有している段付きダイと上パンチと下パンチを備える粉末成形機用金型装置であって、前記段付きダイの下方に受け治具と昇降可能な可動プレートを設け、前記段付きダイをダイプレートに対して非固定とし、さらに、その段付きダイを前記受け治具を介して前記可動プレートで支持した。前記受け治具は、下パンチの周りを取り巻く筒状のものが好ましい。

前記可動プレートは、粉末成形用プレス機の下ラムによって駆動されるヨークに連結する。その連結は、ヨークに対して相対移動不可に固定する構造と、シリンダアクチュエータなどの昇降機構を介してヨークとのパンチ軸方向（上下方向）相対移動が許容されるように連結する構造の２態様が考えられる。

どちらの態様を採用する場合にも、得られた成形体を金型から取り出すために、型抜き機構を付随させる。その型抜き機構は、パンチによる圧粉完了点において下パンチプレートを一時的に支持する支持具と、その支持具による支持を解除する解除手段とで構成される一般的な機構でよい。

下パンチが１つしかない金型装置であれば、段付きダイを支持する可動プレートをヨークに対して相対移動不可に連結することが許容される場合がある。

下パンチが複数設けられる場合には、その下パンチのどれか１つを支持する下パンチプレートを上記可動プレートとして兼用することができる。その場合には、兼用する下パンチプレートとヨークを、その両者の間に両者をパンチ軸方向に相対移動させるシリンダアクチュエータなどの昇降機構を介在して連結する。

このほか、兼用する下パンチプレートをヨークに対してパンチ軸方向の相対移動が許容されるように連結する金型装置においては、段付きダイとダイプレートをパンチ軸方向相対移動可能に組み合わせるのがよい。また、段付きダイとダイプレートの間の隙間にはダストシールを介在するのが好ましい。

この発明の金型装置は、段付きダイの支持をダイの下方に設けた可動プレートで行うので、段付きダイが受けるパンチ軸方向の成形荷重がダイプレートに加わらない。そのために、ダイプレートの強度不足の問題が起こらず、ダイプレートでの支持が不安視される段付きダイを使用しても、その段付きダイの安定した支持がなされて安定した成形が保証される。

この発明の粉末成形機用金型装置の一例を示す断面図 図１の金型装置における成形体の型抜きの終了状態を示す断面図 図１の一部を拡大して示す断面図 図２の一部を拡大して示す断面図 図１の金型装置で成形する製品（粉末成形体）の一例の斜視図

以下、この発明の粉末成形機用金型装置の実施の形態を、添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。図１に示した金型装置は、図５に示すような歯付きリングＲの成形に利用するものであって、段付きダイ１、上パンチ２、下パンチ３、及びコアロッド４を備えている。

段付きダイ１は、径方向に入り込んだ成形面１ａ（図３、図４参照）を有しており、粉末を成形する時に成形面１ａにパンチ軸方向の成形圧が加わるものが設けられている。

例示のコアロッド４は昇降機構（図示せず）を介してヨーク６に連結されるが、このコアロッド４とコアロッドを個別に上下動させる昇降機構は必要に応じて設けられるものであって必須の要素ではない。５はダイプレートである。このダイプレート５は、ヨーク６に連結ロッド７を介して連結されている。ヨーク６は、粉末成形用プレス機の下ラム（図示省略）によって駆動される。

段付きダイ１の下方には、受け治具８と可動プレート９が配置されている。１０は下パンチ３を支持する位置固定のベースプレート（下パンチプレート）である。このベースプレート１０と段付きダイ１との間に受け治具８と可動プレート９が設置され、段付きダイ１の支持が受け治具８を介して可動プレート９によってなされている。

受け治具８は、筒状をなすものを設けている。その筒状の受け治具８で段付きダイ１を支えており、点在させた複数本の連結ロッドで段付きダイを支える形態や連結ロッドを介してヨークに連結されたダイプレートで段付きダイを支える形態と比較して高い支持剛性が得られる。

例示の金型装置の可動プレート９は、昇降機構（図のそれはシリンダアクチュエータ）１１と複数本のロッド１２を介してヨーク６に繋がれている。それぞれのロッド１２は昇降機構１１によって押し引きされ、その押し引きによって段付きダイ１とヨーク６の間にパンチ軸方向の相対移動が起こる。

図１の１３は、段付きダイ１が圧粉完了点まで降下したときに、その段付きダイを支持した可動プレート９を一時的に停止させて支持する支持具である。

図示の支持具１３は、ベースプレート１０上に設けた位置固定の支持部１３ａと可動プレート９の下部にスライド可能に設けたフォーク１３ｂとからなる。その支持具１３による可動プレート９の一時停止点における支持は、解除手段１４によって解除可能となっている。図示の解除手段１４は、ダイプレート５に固定されたエジェクションロッド１５の下端のカム１４ａとフォーク１３ｂに取り付けたカムフォロア１４ｂとからなる。

その支持具１３と解除手段１４は、成形して得られた粉末成形体を段付きダイ１から抜き出す型抜き機構を構成するものである。

即ち、段付きダイ１は、上パンチ２がダイの穴に入り込んでダイと下パンチとコアロッド間に形成されるキャビティＣ（図４参照）に投入された粉末Ｐ（図３参照）の成形が開始されると、ヨーク６を伴ってフォーク１３ｂが支持部１３ａに受け支えられる位置（つまりはベースプレート６に受け支えられる位置）まで降下し、その位置（圧粉完了点）で成形が完了する。

その後、カム１４ａとカムフォロア１４ｂの働きによってフォーク１３ｂが押し退けられて支持部１３ａによる受け止め部から退避し、これにより、可動プレート９がフォーク１３ｂを伴って圧粉完了点から図２の位置までさらに引き下げられ、成形体Ａ（図４参照）が段付きダイ１から抜き出される。

このように、成形圧を受けた可動プレート９の支持がベースプレート１０によってなされるため可動プレート９に対する重量制限は殆どなく、可動プレート９として肉厚の大きな高強度プレートを使用することができる。このために、可動プレート９の成形荷重による破損の懸念が生じない。

段付きダイ１とダイプレート５は、両者間に粉末の噛み込みが起こりにくい大きさの隙間を設けて組み合わされている。そして、その段付きダイ１とダイプレート５間の隙間の入口付近に隙間を塞いで粉末の入り込みを抑制するダストシール１６（図３、図４参照）を設置している。図示の装置では、ダストシール１６の保持がダイプレート５によってなされているが、ダストシール１６は段付きダイ１で保持することもできる。

成形時に使用する原料粉末が金型要素に対して攻撃性の高いステンレス粉などである場合、金型要素の摺動界面などに粉末が噛み込むことは好ましくない。そこで、段付きダイ１とダイプレート５間の隙間を意図的に大きくして粉末の噛み込みを起こり難くしており、その構造では粉末が金型間の隙間に入り込み易くなることから、それを防止する目的でダストシール１６を設けたが、そのダストシール１６は好ましい要素に過ぎない。

可動プレート９は、下パンチが複数設けられる金型装置においては、下パンチプレートを兼用することができる。例えば、下パンチがベースプレート１０で支持する下１パンチと、型抜き行程において成形位置から引き下げる必要がある下２パンチの２者で構成される場合、受け治具８を介して下２パンチを支持する下パンチプレートで段付きダイ１を支持することが可能である。

図１、図２に例示した金型装置を試作した。可動プレート９の最大耐荷重を５００トン、ダイプレート５の最大耐荷重を２００トンとし、さらに、受け治具８は、円筒状ピースを数個継ぎ足したものを使用し、その受け治具８を介して可動プレート９で段付きダイ１を支持した。

その試作金型装置を使用してステンレス粉の成形を行なった。この成形では、段付きダイ１に対して約１８０トンの成形荷重がパンチ軸方向に加わる。

その結果、安定した成形が繰り返され、従来断念していた製品の成形が可能であることを確認できた。

１ 段付きダイ
１ａ 軸方向の荷重を受ける成形面
２ 上パンチ
３ 下パンチ
４ コアロッド
５ ダイプレート
６ ヨーク
７ 連結ロッド
８ 受け治具
９ 可動プレート
１０ ベースプレート
１１ 昇降機構
１２ ロッド
１３ 支持具
１３ａ 支持部
１３ｂ フォーク
１４ 解除手段
１４ａ カム
１４ｂ カムフォロア
１５ エジェクションロッド
１６ ダストシール
Ｒ 歯付きリング
Ｃ キャビティ
Ｐ 粉末
Ａ 成形体

Claims (4)

1. 成形荷重をパンチ軸方向に受ける成形面（１ａ）を有している段付きダイ（１）と上パ
   ンチ（２）と下パンチ（３）を備える粉末成形機用金型装置であって、前記段付きダイ（
   １）の下方に受け治具（８）と昇降可能な可動プレート（９）を備え、前記段付きダイ（
   １）はダイプレート（５）に対して非固定であり、その段付きダイ（１）は前記受け治具（８）を介して前記可動プレート（９）に支持され、さらに、前記可動プレート（９）とヨーク（６）の連結部に、その可動プレート（９）とヨーク（６）をパンチ軸方向に相対移動させる昇降機構（１１）が介在された粉末成形機用金型装置。
2. 前記受け治具（８）として、下パンチの周りを取り巻く筒状の治具を設けた請求項１に
   記載の粉末成形機用金型装置。
3. 前記可動プレート（９）を、粉末成形用プレス機の下ラムによって駆動されるヨーク（
   ６）に連結し、さらに、圧粉完了点において前記可動プレート（９）を支持する支持具（
   １３）と、その支持具を退避させて支持具による支持状態を解除する解除手段（１４）を
   備えさせた請求項１又は請求項２に記載の粉末成形機用金型装置。
4. 前記段付きダイ（１）とダイプレート（５）間の隙間を粉末の噛み込みが抑制される大
   きさにし、その隙間の入口付近に隙間を塞ぐダストシール（１６）を配置した請求項１〜
   請求項３のいずれか１つに記載の粉末成形機用金型装置。

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