JP6325368B2 - 粉末成形金型装置および粉末成形方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献1に記載の軌道輪、転がり軸受及び軌道輪の製造方法は、鋼等の合金性の軌道輪と比べて耐食性、強度、製造容易性の点で優れた金属ガラス製のミニチュア・ベアリングに適用して好結果を得るものである。そのミニチュア・ベアリングは、金型内に充填された金属ガラス粉末を圧縮するとともに、金属ガラス粉末のガラス遷移温度と結晶化温度との間の温度領域に加熱する工程を経て製造される。
具体的には、製品1個を製造するために、高温加圧処理工程に要する百数十秒に加え、その後の冷却工程の所要時間も相当に長い。この長い工程に比べて、他の工程はそれぞれ十数秒程度で完了できるので、一連のライン工程において稼動と休止を繰り返すという間欠動作になる。その結果、製造ラインの各工程相互間の稼動バランスが不均衡であるために設備効率も悪かった。
図1は、本発明の実施形態に係る粉末成形金型装置の概略説明図である。本装置100は、粉末冶金法に基づいて原料粉末1を粉末成形体2に加工することにより、例えば、ミニチュア・ベアリングや小型歯車等を大量生産するものである。図1に示すように、本装置100は、複数のワーク移動体63と、このワーク移動体63が移動する加熱プレス冷却ライン11および支援ライン12と、これらのライン構成を統括制御する制御部80と、を備えて構成されている。なお、本装置の概略を説明するための図1と他の図とは、細部の形状まで一致させていない。
第2搬送手段82は、ワーク移動体63を上パンチ嵌着位置3から加熱プレス位置4へと搬送する。
第3搬送手段83は、ワーク移動体63を加熱プレス位置4から分解抜出し位置6まで搬送する。
第4搬送手段84は、上パンチ50を取外された金型20を分解抜出し位置6から原料粉末充填位置8(又は金型戻り位置7)まで搬送する。
なお、第3搬送手段83は、高温加圧処理直後で350℃以上のワークを含む搬送移動体63を搬送し固定するので、他の搬送手段が耐熱温度60℃で足りるところ、それよりも高い耐熱性を求められる。
図2は、本装置において、ワーク移動体から上パンチを外した状態を説明するための正面一部断面図である。ここで、搬送固定冶具60は、下パンチ40の軸穴61からコアロッド42が嵌挿された状態である。この下パンチ40の上部に、金型載置手段86(図1)が金型20を載置する。具体的には、制御部80が不図示のロボットアームを駆動し、下パンチ40の上部の軸部41に円筒形の金型20を同軸状に嵌着する。図2に示すように、搬送固定冶具60は、少なくとも下パンチ40を伴って移動と固定を可能にするために鍔状部62を有する。なお、本装置100において、搬送固定冶具60が移動するときは、コアロッド42が抜け落ちないように、下パンチ40とコアロッド42とを一体的に把持して移動する。
なお、図8は、一例を示したにすぎない。したがって、本装置100の製造品目や原料粉末1が変われば、各工程におけるタクトタイムtその他の最適実行値も適宜に変更される。
図7でも示したように、加熱工程(S13)により、金型20内に充填された原料粉末1を、誘導加熱により常温から430℃まで15秒で加熱する。加熱工程(S13)で加熱され高温に維持された状態でプレス工程(S14)が実行される。すなわち、プレス工程(S14)において、原料粉末1を350〜430℃の温度範囲で維持するとともに、高温加圧処理時間T1を150秒以上確保ように高温加圧処理する。
なお、上述したように、プレス工程(S14)および急速冷却工程(S15)に要する165秒の滞留時間と、他の工程の15秒というタクトタイムtと、については、一例を示したにすぎない。つまり、ガラス金属により製造される製品の品目、粉末成形体2の形状、および原料粉末1の材料変更等により、高温加圧処理時間T1をはじめとする各工程の制御パタンが切り替えられる。また、制御パタンの切り替えについては、制御部80のプログラムにより、いかようにも対応することが可能である。
図11は、細部実施例として、加熱プレス位置へ送られて来たワーク移動体を上昇させる直前の状態を説明するための正面図である。図12は、図11に示したワーク移動体を上昇させた直後の状態を説明するための正面図である。図11に示すように、ワーク移動体63は、誘導コイル71が付随していない状態で加熱プレス位置4へ送られて来る。その後、図12に示すように、加熱プレス位置4において、輪形の誘導コイル71に真下から潜り込むような位置関係で、ワーク移動体63を上昇させることにより、ワーク移動体63に誘導コイル71が装備される。また、図12の状態から図11の状態へと逆戻りすることによって、ワーク移動体63から誘導コイル71の装備を解除される。
Claims (7)
- 内部に成形部が形成された金型に充填された原料粉末を加熱・圧縮して粉末成形体を成形する粉末成形金型装置であって、
前記金型の底部開口から前記成形部に軸部が嵌入されて進退を可能とする下蓋状の下パンチと、
前記金型の上部開口から前記成形部に嵌入と離脱を可能とする上蓋状の上パンチと、
前記成形部に充填された前記原料粉末を加熱する加熱手段と、
前記金型に嵌入された前記上パンチと前記下パンチとを接近させる方向に加圧することで前記成形部に充填された前記原料粉末を圧縮して粉末成形体を成形するプレス手段と、
少なくとも前記下パンチを伴って前記原料粉末が充填された前記金型に前記上パンチが嵌着された状態で移動又は固定を可能にする複数のワーク移動体と、
を備えたことを特徴とする粉末成形金型装置。 - 前記金型の中心付近に接近可能なコアロッドに温度センサを設けたことを特徴とする請求項1に記載の粉末成形金型装置。
- 前記ワーク移動体が移動するライン構成は、
前記ワーク移動体に仕込まれた原料粉末を窒素雰囲気中で前記加熱手段により所定の温度範囲に維持されて所定の高温加圧処理時間だけ前記プレス手段により高温加圧処理した前記粉末成形体を温度調整手段により所定の温度勾配で冷却するまでの工程を実行可能なロボット構成の加熱プレス冷却ラインと、
該加熱プレス冷却ラインを支援する一連の工程を実行可能なロボット構成の支援ラインと、
前記加熱プレス冷却ラインおよび前記支援ラインを稼動させる制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項1又2に記載の粉末成形金型装置。 - 前記加熱プレス冷却ラインは、
前記ワーク移動体を構成する搬送固定冶具を脱着可能に保持する下パンチホルダと、
前記加熱手段として前記搬送固定冶具が前記下パンチホルダに固定された状態で前記成形部に充填された前記原料粉末を誘導加熱する誘導コイルと、
前記加熱手段および前記プレス手段と同時に機能して前記金型を窒素雰囲気に収容可能な窒素室形成手段と、を備え、
前記温度調整手段は前記加熱手段により350〜430℃の範囲で150秒以上維持した後に、前記温度勾配を急速冷却から緩慢冷却に切換え可能であることを特徴とする請求項3に記載の粉末成形金型装置。 - 前記支援ラインは、
前記搬送固定冶具を主要構成する前記下パンチの上部に前記金型を載置する金型載置手段と、
前記原料粉末を計量するとともに前記成形部へ前記原料粉末を充填する原料粉末充填手段と、
前記金型載置手段により前記下パンチの上部に前記金型を載置した状態で前記搬送固定冶具を原料粉末充填位置から上パンチ嵌着位置まで搬送して固定する第1搬送手段と、
前記上パンチ嵌着位置で前記上パンチを前記金型に嵌着する上パンチ嵌着手段と、
前記上パンチ嵌着位置から加熱プレス位置へと前記ワーク移動体を搬送する第2搬送手段と、
前記ワーク移動体を前記加熱プレス位置から分解抜出し位置まで搬送する第3搬送手段と、
前記分解抜出し位置まで搬送された前記搬送固定冶具から前記上パンチを取り外す上パンチ取外し手段と、
前記上パンチを取外された前記金型を前記分解抜出し位置から原料粉末充填位置まで搬送する第4搬送手段と、
前記上パンチ取外し手段により取り外された前記上パンチを前記分解抜出し位置から前記上パンチ嵌着位置へと返送する上パンチ返送手段と、
前記金型から前記粉末成形体を取り出す製品取出し手段と、
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の粉末成形金型装置。 - 前記原料粉末充填手段は、前記原料粉末を超音波で振動させる超音波発振器を備えたことを特徴とする請求項5に記載の粉末成形金型装置。
- ピストン状の下パンチおよび上パンチがシリンダ状の金型の上下にそれぞれ嵌着されて形成される成形部に充填された原料粉末を、前記下パンチおよび前記上パンチにより圧縮して粉末成形体を成形する粉末冶金法に基づく粉末成形方法であって、
前記原料粉末を計量するとともに超音波で振動させながら前記成形部に充填する原料粉末充填工程と、
前記下パンチに嵌着された前記金型を原料粉末充填位置から上パンチ嵌着位置まで搬送して固定する第1搬送工程と、
上パンチ嵌着位置で前記上パンチを原料粉末の充填された前記金型に嵌着してワーク移動体を形成する上パンチ嵌着工程と、
前記ワーク移動体の単位で前記上パンチ嵌着位置から加熱プレス位置へと前記ワーク移動体を搬送する第2搬送工程と、
前記加熱プレス位置の前記ワーク移動体に対し窒素雰囲気を形成するとともに前記金型内に充填された原料粉末を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された後に所定の温度範囲で所定の高温加圧処理時間だけ前記原料粉末を高温加圧処理するプレス工程と、
前記プレス工程の後に前記加熱プレス位置で急速冷却する急速冷却工程と、
前記加熱プレス位置から緩慢冷却位置を経て分解抜出し位置へと前記ワーク移動体を搬送する第3搬送工程と、
前記上パンチを前記金型から取外して前記分解抜出し位置から上パンチ嵌着位置へと返送する上パンチ返送工程と、
前記分解抜出し位置で前記下パンチの軸部が前記金型を貫通することにより、前記粉末成形体を前記金型から抜出す製品取出し工程と、
前記分解抜出し位置で前記上パンチを取外された前記金型を前記原料粉末充填位置まで搬送する第4搬送工程と、
を有することを特徴とする粉末成形方法。
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