JP6503614B2 - 段付き焼結部品用粉末成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、外径や内径を変化させる段部が内周面や外周面にあり、その段部と当該段部を間に挟む領域の成形が段部のある成形面を備えたコアロッドやダイによってなされる段付き焼結部品を成形するための粉末成形金型に関する。

粉末冶金法で製造される段付き焼結部品の一例を図３及び図４に示す。図３の段付き焼結部品２０は、中心の穴２１（内周面）の上側領域と下側領域に径差を生じさせる段部２２を有している。

図示の焼結部品の段部２２は、中心の穴２１の全周に径差を生じさせるものであるが、中心の穴２１の周方向の一部分に径差を生じさせるものも考えられる。

一方、図４の段付き焼結部品３０は、外周に、外周面の上側領域と下側領域に外径差（これも全周である必要はない）を生じさせる段部３２を有している。中心の穴３１は、部品の形状によっては、段付き穴に置き換えられたり、省かれたりする。

このような焼結部品の圧粉工程における段部の成形は、独立したパンチで行うのが一般的であるが、段部の寸法が小さいとか、段部がテーパであるなどの理由によりパンチの強度が確保できず、そのために独立したパンチの使用が許容されない場合には、段部のある成形面を有する段付きコアロッドや段付きダイを用いて前記段部とその段部を間に挟む領域を一括して成形する方法を採らざるを得ない。

以下に、図３の段付き焼結部品２０の成形を段付きコアロッドを有する粉末成形金型を用いて行うケースを例に挙げ、その成形において部品の各部の強度ばらつきを小さくする（成形体の成形密度を均一化する）ために従来採られている方法を説明する。

図３の段付き焼結部品２０の圧粉工程での成形は、図７に示した粉末成形金型、即ち、ダイ１、下パンチ３、コアロッド４及び上パンチ５を備える金型を用いて行われる。

図７は、その粉末成形金型のキャビティに対する粉末Ｐの充填状態を示している。この図７において、コアロッド４と上パンチ５とによって圧縮される領域Ａと、下パンチ３と上パンチ５とによって圧縮される領域Ｂにおける粉末の圧縮比は、得られる粉末の成形体の各部の密度を均一化するためにそれぞれに調整する必要がある。

その調整に関し、領域Ｂの圧縮比は、下パンチ３の待機位置を変えることで適正化することができる。これに対し領域Ａの圧縮比は、基本的には、コアロッド４の段部成形部４ｃから先端（上端）までの長さＬによって決まる。

その長さＬを領域Ａの目標圧縮比に対応した長さにするために、従来は、以下の方法を採っていた。

その方法とは、長さＬの異なるコアロッドを何本も用意し、その中のどれかのコアロッドを用いて成形試験を実施し、得られた成形体の領域Ａ、Ｂの密度差を調べて長さＬの過不足を確認する。

そして、長さＬが長すぎると判断したときには成形試験に利用したコアロッドよりも前記長さＬの短いコアロッドに、また、長さＬが短すぎると判断したときには成形試験に利用したコアロッドよりも前記長さＬの長いコアロッドに差し換えて再度成形試験を実施し、得られる成形体の領域Ａ、Ｂの密度が均一になるまで、その作業を繰り返すものである。

なお、下記特許文献１には、段付きコアロッドを使用する粉末成形方法が記載されている。その特許文献１の段付きコアロッドは、段部の設置点で上側部分（先端側）と下側部分が分割され、その上側部分と下側部分が機械的に締結もしくは接着されたものになっている。

特開２００８−２７２７９５号公報

成形試験の結果に基づき、コアロッドを長さの異なる予備品と交換してそのコアロッドの段部から先端までの長さ適正化する従来の方法では、コアロッドの取り外し、再装着のためにダイセットとして組み立てられている粉末成形金型の各成形要素（ダイ、パンチ、コアロッド）を全て取り外して再度組み直す必要があり、その組み替えの作業に多くの手間と時間を費やす不具合があった。

コアロッドの交換には、通常２〜３時間を要し、その間は成形作業も停止することから、その問題の解決策が望まれている。

上側領域と下側領域との間に径差を生じさせる段部が外周面にある焼結部品の前記段部を、段部のある成形面を有するダイで成形する場合にも、ダイセットから一旦ダイを取り外して、成形面の段部から上端までの寸法が異なるダイに差し替える必要があり、このケースでも、組み替えの作業時間が長くなることが問題視されている。

なお、前記特許文献１は、長手方向に分割されて上側部分が取り外せるコアロッドを備えているが、この特許文献１は、上記の問題に対応できるものではなく、後述する本願の技術思想を示唆するところも見受けられない。

本発明は、段付き焼結部品の段部をコアロッドやダイによって成形する粉末成形金型について、原料粉末がコアロッドと上パンチ又はダイと上パンチによって圧縮される領域の成形密度の調整をダイセットの分解、再組み立てを不要にして短時間で行えるようにすることを目的とする。

上記の課題の解決策として提供する本発明の一態様にかかる粉末成形金型を以下に記す。

下記１）の粉末成形金型は、段付き焼結部品の製造において、内周に内径を変化させる段部を有する焼結部品の粉末の成形体を作成するものである。また、下記２）の粉末成形金型は、外周に外径を変化させる段部を有する焼結部品の粉末の成形体を作成するものである。どちらの金型も、ダイ、下パンチ、コアロッド及び上パンチを具備する。

１）前記成形体の段部を含めた内周面を成形する前記コアロッドが、前記段部を成形する段部成形部を備えた本体部と、その本体部に着脱自在に連結される複数個の先端ピースとで構成され、前記複数個の先端ピースは各々の長さが異なり、その複数個の先端ピースのどれかが前記本体部の上端に選択的に連結されて前記段部成形部から先端ピースの上端までの長さが調整される粉末成形金型。

２）前記成形体の前記段部を含めた外周面を成形する前記ダイが、前記段部を成形する段部成形部を備えた本体部と、その本体部に着脱自在に連結される複数枚の分割プレートとで構成され、前記複数枚の分割プレートは各々の厚みが異なり、その複数枚の分割プレートのどれかが前記本体部の上面に選択的に載置、連結されて前記段部成形部から分割プレートの上面までの長さが調整される粉末成形金型。

この発明の粉末成形金型によれば、コアロッド又はダイの段部成形部によって原料粉末が加圧される領域の成形密度を、ダイセットの分解、再組み立てを行わずに短時間で目標値に調整することができる。

この発明の粉末成形金型の一例を示す断面図である。 この発明の粉末成形金型の他の例を示す断面図である。 この発明の粉末成形金型で成形して製造される段付き焼結部品の一例を示す断面図である。 この発明の粉末成形金型で成形して製造される段付き焼結部品の他の例を示す断面図である。 図３の段付き焼結部品用の粉末成形体を示す断面図である。 図４の段付き焼結部品用の粉末成形体を示す断面図である。 図３の段付き焼結部品を成形する従来の粉末成形金型の断面図である。 粉末成形金型の試作品の寸法諸元を示す断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様にかかる段付き焼結部品用粉末成形金型は、内周に段部を有する成形体を成形する。その粉末成形金型については、コアロッドの先端側がそのコアロッドの本体部に対して着脱自在の先端ピースで構成される。

その先端ピースは、長さの異なるものを複数備え、その中のひとつが選ばれてコアロッドの本体部の上端に着脱自在に連結される。そして、その長さの異なる先端ピースを付け替えることでコアロッドの前記本体部に形成される段部成形部から前記先端ピースの上端までの長さを変動させるようにしている。

なお、コアロッドの本体部と先端ピースの連結点は、圧粉完了点での上パンチの下端（下死点にある上パンチの下端）よりも上側に設定するのがよい。

その条件を満たすものは、本体部と先端ピースの継ぎ目が成形体に転写されず、成形の品質低下を招かない。

外周に段部が設けられる成形体を成形するもうひとつの態様の粉末成形金型は、ダイの先端側が本体部に対して着脱自在の分割プレートで構成される。

その分割プレートとして厚みの異なるものが複数枚準備され、その中のひとつが選ばれてダイの本体部の上に載置、連結される。そして、その厚みの異なる分割プレートの付け替えにより、ダイの前記本体部に形成される段部成形部から分割プレートの上面までの長さを変動させるようにしている。

この金型も、上記と同一の理由により、ダイの本体部と分割プレートの連結点は、金型による圧粉完了点での成形体の上端位置よりも上側に設定するのがよい。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一態様にかかる粉末成形金型の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１に示した粉末成形金型は、内周に段部が設けられる図４の段付き焼結部品２０用の粉末の成形体（図５の２０Ａ）を成形するものである。

この粉末成形金型は、成形体２０Ａの外周を成形するダイ１と、成形体２０Ａの片方の端面を成形する下パンチ３と、成形体２０Ａの内周を成形するコアロッド４と、成形体２０Ａの他方の端面を成形する上パンチ５とを組み合わせたものになっている。

コアロッド４は、成形体２０Ａの内周に形成される段部２２を成形する段部成形部４ｃを外周に有する。このコアロッド４は、本体部４ａの先端に、分割された先端ピース４ｂを着脱自在に装着して構成されている。

図示のコアロッド４は、本体部４ａの先端に凹部（インロー）６を有する。また、先端ピース４ｂの本体部４ａに対する突き合わせ面（底面）に、前記凹部６に対して適合して嵌る凸部７を有する。

その凹部６と凸部７とによって本体部４ａに対する先端ピース４ｂの位置決めが行われる。

先端ピース４ｂは、本体部４ａの上端から上方に延びる柱体である。この先端ピース４ｂは、座溝の付いた取り付け孔８を中心部に有する。また、本体部４ａの段差成形部４よりも上側の部分の外周面と同一形状の外周面を有する。これにより、先端ピース４ｂと本体部４ａの継ぎ目位置に段差ができないものになっている。ここに言う「段差ができない」とは、幾何学的に厳密な意味での段差ができないことを要求するものではなく、例えば、製造交差による１０μｍにも満たないような微小な段差を許容するものである。

また、本体部４ａは、上面にねじ孔９を有する。この本体部４ａに対して先端ピース４ｂが取り付け８に通した締結ねじ１０を用いて連結される。締結ねじ１０は、取り付け孔８の座溝に頭部を沈み込ませてねじ孔９にねじ込まれる。

この図１の粉末成形金型によれば、コアロッドの先端ピース４ｂを付け替えることでコアロッド４に設けられる段部成形部４ｃから先端ピース４ｂの上端までの長さを適正化して、コアロッドの段部成形部４ｃと上パンチ５とによって成形される成形体の領域Ａと下パンチ３と上パンチ５とによって成形される領域Ｂの成形密度差を無くしたり、小さくしたりすることができる。

かかる金型を用いれば、コアロッド４の先端ピース４ｂを長さの異なるものと交換するだけでよいので、ダイセットを分解する必要がなく（そのために再組み立ても不要）、先端ピースの付け替え（領域Ａの成形密度の調整）を僅か数分で行うことができる。

なお、内周に段部がある成形体を成形する金型は、成形体の片方の端面（成形時に下になる面）の内径側に形成される段部もコアロッドで成形することができる。

図３に鎖線で示したように、前記端面の内径側に形成される段部２３が内周面に対して鈍角に交わるテーパ面であったり、径方向寸法の小さい段部であったりすると、分割された下パンチの使用はパンチの強度確保の面から許容されないが、コアロッドによる成形であれば、上記端面のテーパ面の段部の成形も、そのコアロッドに第２段部成形部を設けて支障なく行うことができる。

図１の粉末成形金型は、コアロッド４の本体部４ａと先端ピース４ｂの連結点Ｃｐが金型による圧粉完了点での成形体の上端位置よりも上側に設定されている。そのため、本体部４ａと先端ピース４ｂの継ぎ目に起因した成形の質の低下（継ぎ目の転写）も起こらない。

図２に示した段付き焼結部品３０用の粉末成形金型１は、段部３２が外周に設けられる図６の成形体３０Ａを成形するものである。

この粉末成形金型は、成形体３０Ａの段部３２を含む外周を成形するダイ１と、成形体３０Ａの片方の端面を成形する下パンチ３と、成形体３０Ａの内周を成形するコアロッド４と、成形体３０Ａの他方の端面を成形する上パンチ５とを組み合わせている。

ダイ１は、成形体３０Ａの外周の段部３２を成形する段部成形部１ｃを内周に有する。このダイ１は、本体部１ａの先端に、分割プレート１ｂを着脱自在に装着して構成されている。

分割プレート１ｂは、厚みを異ならせたものが複数枚準備されており、その複数枚の分割プレートの中の任意の１枚がダイの本体部１ａの上面に選択的に載置、連結されて前記段部成形部１ｃから分割プレート１ｂの上面までの長さが調整される。

その分割プレート１ｂに設けられる粉末投入口となる孔２ａは、取り出し時の成形体のスプリングバックによる拡径量（片側で２／１００〜５／１００ｍｍ程度）を考慮して、本体部１ａに設けられる成形孔２の大径部孔径よりも内径を大（好ましくは前記拡径量相当量分大）に設定するのがよく、こうすることで成形体を金型から健全に取り出すことができる。

この図２の粉末成形金型における分割プレート１ｂの本体部１ａに対する連結は、締結ボルト（図示せず）を用いて行われている。本体部１ａに対する分割プレート１ｂの位置決めは、ダイプレート（図示せず）に設けられるダイ組み付け穴を利用して行うことができ、本体部１ａと分割プレート１ｂに位置決め用の凹凸を設けて行うこともできる。

この金型も、ダイの本体部１ａと分割プレート１ｂの連結点Ｃｐが金型による圧粉完了点での成形体の上端位置よりも上側に設定されている。

この図２の粉末成形金型は、ダイの分割プレート１ｂを厚みの異なるものと差し換えることでダイ１に形成された段部成形部１ｃからダイ１の上面までの長さを最適化して、成形体の各部の成形密度差を無くしたり、小さくしたりすることができる。

この金型もダイの分割プレート１ｂを付け替えるだけであるので、その付け替えの作業を僅か数分で行うことができる。

なお、この発明の粉末成形金型は、上パンチによる加圧の初期に領域Ａ（図２の金型による成形での領域Ａは、粉末Ｐがダイ１と上パンチ５によって加圧される領域）の余剰粉末をキャビティ外に逃がす粉末逃がし部を併設したものであってもよい。

図１の金型については、コアロッドの先端ピース４ｂの外周に溝などを設けて先端ピース４ｂの外周と上パンチ５の内周面との間に隙間を生じさせると、その隙間が粉末逃がし部となって領域Ａの粉末の一部を加圧の初期に上パンチ５の内部に逃がすことができる。

また、図８に示すように、ダイの成形孔２の上端部の内面に、上パンチ５の外周とダイ１との間に隙間を生じさせる溝や凹部を設ける構造でも、その隙間が粉末逃がし部１１となって領域Ａの粉末の一部を加圧初期にダイの外部に逃がすことができる。

図８の粉末成形金型を試作した。この試作金型は、ダイ１の内径Ｄ＝３６ｍｍ、コアロッド４は、本体部４ａの大径部外径ｄ１＝３０ｍｍ、本体部４ａの先端側小径部外径と先端ピース４ｂの外径ｄ２＝２０ｍｍ、コアロッドの段部成形部４ｃからダイ１の上面（＝コアロッド先端）までの距離Ｌ＝２５ｍｍである。

コアロッド４の先端ピース４ｂは、１ｍｍ単位で長さを異ならせたものを５種類（長さｌ＝２３ｍｍ〜２７ｍｍ）用意した。

ダイ１の成形孔２の入り口には、成形孔の孔面の周方向の一部をダイ１の上面から１５ｍｍ下がった位置まで凹ませる粉末逃がし部１１を設けた。

かかる試作金型を使用して鉄系合金粉末の成形体を成形した。その成形体は、各部の成形密度の目標値を６．８ｇ／ｃｍ^３とした。

この試作金型は、コアロッド４の先端ピース４ｂの交換を１回行った段階で粉末がコアロッドと上パンチとによって圧縮される領域（図１の領域Ａ）の成形密度をその他の領域（図１の領域Ｂ）の成形密度に近似させることができた。

このときの先端ピースの入れ替えに要した時間はほぼ１分であり、従来、２〜３時間を要した作業時間を大幅に短縮することができた。

１ ダイ
１ａ 本体部
１ｂ 分割プレート
１ｃ 段部成形部
２ 成形孔
２ａ 粉末投入口となる孔
３ 下パンチ
４ コアロッド
４ａ 本体部
４ｂ 先端ピース
４ｃ 段部成形部
Ｃｐ コアロッドの本体部と先端ピースの連結点
５ 上パンチ
６ 凹部
７ 凸部
８ 取り付け孔
９ ねじ孔
１０ 締結ねじ
１１ 粉末逃がし部
２０，３０ 段付き焼結部品
２０Ａ，３０Ａ 成形体
２１，３１ 中心の穴
２２，２３，３２ 段部
Ｐ 粉末
Ａ キャビティ内粉末のコアロッドと上パンチとによって圧縮される領域
Ｂ キャビティ内粉末の下パンチと上パンチとによって圧縮される領域
Ｌ コアロッドの段部成形部から先端までの長さ

Claims (8)

1. 内周に内径を変化させる段部を有する焼結部品の粉末の成形体を作成する金型であって、ダイ、下パンチ、コアロッド及び上パンチを具備し、
   前記成形体の段部を含めた内周面を成形する前記コアロッドが、前記段部を成形する段部成形部を備えた本体部と、その本体部に着脱自在に連結される複数個の先端ピースとで構成され、前記複数個の先端ピースは各々の長さが異なり、その複数個の先端ピースのどれかが前記本体部の上端に選択的に連結されて前記段部成形部から先端ピースの上端までの長さが調整される粉末成形金型。
2. 前記コアロッドの本体部と先端ピースの連結点が、圧粉完了点での上パンチの下端よりも上側に設定された請求項１に記載の粉末成形金型。
3. 前記コアロッドが、前記成形体の内径大側の端面の内径側にさらに段部を形成する第２段部成形部を備える請求項１又は請求項２に記載の粉末成形金型。
4. 前記コアロッドが、前記先端ピースの外周に上パンチによる加圧の初期にキャビティ内の余剰粉末を上パンチの内部に逃がす粉末逃がし部を備える請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
5. 外周に外径を変化させる段部を有する焼結部品の粉末の成形体を作成する金型であって、ダイ、下パンチ、コアロッド及び上パンチを具備し、
   前記成形体の前記段部を含めた外周面を成形する前記ダイが、前記段部を成形する段部成形部を備えた本体部と、その本体部に着脱自在に連結される複数枚の分割プレートとで構成され、前記複数枚の分割プレートは各々の厚みが異なり、その複数枚の分割プレートのどれかが前記本体部の上面に選択的に載置、連結されて前記段部成形部から分割プレートの上面までの長さが調整される粉末成形金型。
6. 前記ダイの本体部と分割プレートの連結点が、圧粉完了点での上パンチの下端よりも上側に設定された請求項５に記載の粉末成形金型。
7. 前記分割プレートに設けられるキャビティへの粉末投入口となる孔の内径がダイの本体部に設けられる成形孔の内径よりも大に設定された請求項５又は請求項６に記載の粉末成形金型。
8. ダイの成形孔への粉末投入口となる孔の入口部に、上パンチによる加圧の初期にキャビティ内の余剰粉末をキャビティ外に逃がす粉末逃がし部を備える請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の粉末成形金型。

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