JPH01123006A - 成形粉末製品及びその製造方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的に粉末材料から高密度体部を形成するこ
とに関し、特に金属合金粉末から高密度高速度鋼体部を
形成すること、及びセラミック粉末から高密度完全圧縮
体部を形成することに関する。そこで本発明は、金属複
合物、非金属複合物、又その組合せ複合物の粉末材料か
ら高密度体部を形成することに関する。

［従来の技術］ 合金粉末で作られた鋼の熱間加工どレットから高密度高
速度鋼体部体部を形成することは知られている。そのよ
うな製品は、１９８６年３月１８日付米国特許第４．５
７６．６４２号に示されている。又、焼鈍及び冷間圧縮
により水噴霧粉末体部を成形し、こうして予形成された
休部を次いで真空焼結して高密度にすることらよく知ら
れている。米ＩＮ＋　＋’ｒ　；’ｒ第４，４２８．９
０６ｊＨ；ｉ、１４１Ｍ（７）連結されたヒラミツクス
ケルトン構造体と流動化されたガラスとで構成される圧
力仏′ｉｌ媒体を備えたセールド内で成形されるカブレ
ルに入れられたｐ形成体部を示している。この場合、ヒ
ラミック材料のバインダその他の揮発性成分によって休
部が馬乗されるのを防ぐため、体部はカプセルに入れな
ければならない。史に又、米国特許第４．６５６．００
２号は、金属又は非金属複合物の粉末４４Ｆ＋の高密度
体部を固めるＩζめに、溶融ガラスとセラミックスケル
トンを使用することを示す。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、それら従来技術のいずれも、予形成製品に対し
て直接熱と圧力を加えることににって、３つの相互に直
交する平面において均質であり且つ優れた機械加工性と
強度と長い使用１１命とを右するような、金属や非金属
複合物又はその組合せ複合物の粉末材料の高密度体部を
製造するものでｔよない。

更に、従来技術のブ［１ゼスで形成される高密度体部に
Ｊ３いては、硫化マンガンのような硫化物は常に、体部
の長手方向に延イ１するストリンガに近い形状になる。

本発明によって形成される製品では、硫化物粒子は、ど
の特定の平面にも指向することのない小さな丸いピース
の形で均等に分イ［１される。この結果その製品は優れ
た機械加工性と研削可能性をもったちのになる。

１課題を解決するための手段］ 本発明の方法においてｔよ、金属複合物、Ｊト金属複合
物、又その組合せ複合物の粉末材料から高密度体部を形
成するために、該粉末祠料＠弾竹のモールド禍造体の中
に閉込め、その粉末４４斜に１つの軸の方向で所定の１
Ｔ：力を加え１１つでの軸に直角な１ノ向に該材料が動
かないように拘束することにより粉末材料の成形された
体部を形成する。

上記成形体部は、次いで、所定温度に加熱され、又これ
と並行して、ガラスが溶融され、そしてこうして流物化
されたガラスが、有効な圧力伝達媒体として働くことが
でさる粘度になる温度まで加熱される。それからし記加
熱体部が上記加熱ガラスの中に浸漬され、そしてそのガ
ラスに、該休部を更に成形するに十分な高い圧力が掛け
られる。

これによって休部は、相互に直交する３平面において均
等な成形圧力を加えられる。従ってその体部は、成形さ
れた３平面の全てにおいて均等な強度を有するものにな
る。以上のように本発明は、粉末体部の成形を行う度ご
とに、体部の支持４Ｍ造体又はカプセル入れする構造体
を構築する必要性を無くせるという艮屓を備える。

本発明の１つの実施例において、高密度体部は、タング
ステン、バナジン、モリブデン、クロム、コバルトその
他で成るグループから選択される１つまたはそれ以上の
金属の炭化物を含む鋼合金粉末から形成され、そしてそ
の体部は、３つの相互に直交する軸に対して均等に配置
された均等分布の硫化物粒子を含有する。

本発明を実行する好適な装置は、例えば、トレクスラー
ラバー者（’ｒｒｅｘｌｅｒ旧１１１１１０ｒ　Ｃ０１
ｐａｎｌ／）（Ａバイオ州、レビブ）の製品のウレタン
ゴムのような弾性材料で作られる、粉末材料を収容する
少なくとも１つの管状のし−ルド部材を備える。

この管状部材の外周面は、半径方向外方向に動かないＪ
、うに、酋通のピストン及びシリンダ組立体のシリンダ
によって支ｆ５される。ピストンによってモールド部材
の両端部に力が加えられ、Ｅ−ルドを１つの軸方向に圧
縮する。そこで粉末に＠ｈ向と半径方向の両方から圧力
が加わり、粉末を圧縮する。この圧縮の際、全体的に円
錐台形の緘封リングがモールドの各端部に設置され、ビ
ス１〜ンと係合するようになっている。ピストンが動か
され、［−ルド部材の壁が弾性的に拡張されると、円錐
台形部材は半径り内外方向に動かされてシリンダ壁に堅
く密着し、そこでモールドの軟かい材料がピストン周り
から押出されるのを防止する。

上記ピストン−シリンダ組立体は、次いで、前記加熱ガ
ラスを約４．９２（Ｍｇ／α２　（７０，０００ｐｓｉ
）の所要ｎ力で加圧するのに用いられる。

この圧力は、そのガラスの中に浸漬された前記成形され
た粉末の加熱された体部に均等に伝達される。ピストン
がシリンダ内で動かされるとき、ガラスは最初より低温
のシリンダに接し、又ピストンも冷ｈ１されるのでガラ
スの粘度が大きくなる。

この結果、加熱ガラスの中の加熱体部に圧力が加えられ
る間、その粘性の大ぎいガラスはシールとして働いて、
加熱ガラスがピストン周りから漏洩するのを防ぐ。

以トのようにして、構′ｆＸｉ製品に加工され、工業現
場で使用されるときに浸れた特性を示す、粉末材料の高
密度体部が形成される。

添付図面と関連する以下の説明から、本発明のその他の
目的、特徴、長所が明らかになろう。

Ｆ実流例１ それら図面において全体的に１０で指示される本発明の
高密度体部形成装置は、第１図に示されるように、通常
のピストン及びシリンダ組立体１２を備える。この組立
体は、下方向に可動なピストン１４を管状シリンダ８１
に４４部ｌ１６内に装架して構成される。シリンダ１６
はフレーム１８内に支持される。シリンダ１６の中にベ
ース２０が設置され、下側プレート２２を支持する。こ
のプレート２２の上に、粉末材料２６のための囲い２４
が支持される。囲い２４は、１対の入れ１式に嵌合１」
る同心の管状モールド部材２８と３０を備える。これら
モールド部材は、ウレタンゴムのようなＪ（”縮及び拡
張可能な材料で作られる。同じくウレタンゴム製の外側
ディスク３２と３４が管状部４４２８と３０の上端部と
下端部において内側部材２８の内部に設けられて、囲い
２４内で形成される粉末体部３６の上端部と下端部を支
持する。内１１１Ｑ　５’イスク３８と４０にはセンタ
４２と４４が形成されている。センタ４２と４４の目的
は、休部３６の加工の際に旋盤客に取付けるための四部
４３と４５を体部端面に備えることである。

第１図に示されるように、上側及び下側金属緘１′４リ
ング４６が外側管状部材３０の上端部に装栗され、ピス
トン１４と係合する。各緘封リング４６の寸法は、その
外側面４７がシリンダ１６の内側面に係合するようなも
のとされる。各リング４６の内側面４９は傾斜面にされ
、そこで、ピストン１４が下方向に動いていくときのリ
ング４６に対重るモールド部＋Ｊ　３０の反力が半径方
向外方向の分力を有し、この分力がリング４６を拡張さ
せて外側面４７をシリンダ１６に堅く密着させる。

リング４６は、拡張するが、その弾性限界を超えない通
常の硬度のへ強度鋼で作られる。

そのように、ビス］−ン１４が第１図の位置から第２図
の位？７へと下り向に動いていくとき、そのビス］・ン
の緘封リング４６に対する力がリング外側面４７をシリ
ンダ１６の内側面に接触係合させて保持するので、管状
部材３０の材料がピストン１４の周囲から押出されるの
防止する。

本発明の好適な実施例において、第２図でピストン１４
に加えられる力Ｆは、体部３６を形成する粉末２６に約
４．９２０ｋｇ／ＣＩＲ”　　（７０，０００ｐｓｉ）
の圧力を掛けるようなものとされる。

こうして成形された休部３６は装置１０から取出され、
第４図に示すような炉４８の中に置かれる。この炉４８
において体部３６μ保護雰囲気の中で約１．１５０℃の
温度に加熱される。工具鋼の場合、雰囲気は水素である
。酸化スズのようなしラミックの場合、雰囲気１よ空気
である。第４図に示されるこの加熱段階は、更に高密度
化される予形成体部３６を作るためのらのである。予形
成体部３６を１．１５０℃の温度に加熱するのと並行し
て、ガラスが加熱される。このガラスの加熱は、ガラス
を流動化して体部３６への圧力伝達をできるＪ、うにし
、又体部を１［縮１６間に体部から熱を奪うことのない
にうにするに十分な＾い温度で行われる。ガラスは、所
要の粘度及び温度特性を有するもの、即ち、温度変化と
共に粘度が徐々に変化するものが選ばれる。そして第７
図に示されるように、１．１５０’Ｃに加熱したとき、
その粘度がポアズ単位で約１０３になるものが選ばれる
。この粘度のガラスは、圧力をＩｆ）けられると、この
バカを前記予形成体部に伝達して更に高密度化すること
ができる。

上記特性を有する加熱溶融されたガラスｔよ、第５図に
示すように、ピストン−シリンダ組立体１２の中に入れ
られ、ぞして（の溶融ガラス５０の中に高密度化された
予形成体部３６が浸漬される。

ガラス５０はシリンダ１６内で支持２２の上に置か゛れ
、イしてその頂面にピストン１４が係合する。

そこでピストン１４が下方向へ動かされてガラス５０に
約４，９２０ｋｇ／ｃｍ２　（７０，０ＯＯｐｓｉ　）
の圧力を加える。流動化されたガラス５ｏの中のｐ形成
体部３６の位置のために、体部３６はこれの半径方向と
軸方向の両方向に均等な圧力を受り、こうして体部３６
は第５Ａ図に示される軸Ｘ、Ｙ。

７の相ｎに直交りる３つの軸の方向で均等に高密度化さ
れる。

こうして、組織の強度が軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って均等であ
り、従ってそれら３軸のいずれかの１軸又はそれ以上の
軸の方向で体部の強度が要求される様々な工業用途に利
用できる体部を形成する、高密麿の組織が作られる。

先に述べたように、休部３６を形成するのに用いられる
粉末は、ホブのような金属加エエ貝を製作するのに使用
できる鋼合金粉末のよう４【金属粉末とすることができ
る。その粉末は又、セラミックあるいは耐火物粉末のよ
うな非金屈複合物、あるい（よ又、金属と非金属粉末の
組合せ複合物とすることができる。

図示の実施例では１対のモールド管２８と３０が備えら
れているが、本発明ではより多数又は少数のし一ルド管
の使用も可能であることは理解されよう。

体部３６は、加熱ガラス５０から取出された後、ｉ１３
通の旋１５２に取付けられ、そして体部の表面に浸透し
たガラスが工具５４によって削除される。

旋盤への体部３６の取付けは、これの端面に伺けられた
四部４３と４５によって容易に行われる。

四部４５は、旋盤の駆ｌｌＩ軸５６の突出部４５ａの相
補形の角形断面を有する。四部４３は、支持センタ４３
ａの相補形の円形断面を右する。これによって休部３６
の仕上げ加工を簡易化できる。

［発明の効果１ 本発明のプロセスでは、プロはス中の材料のｔ、ｌＩ御
をより良好に行えるので、でき上り製品の品質を均等に
維持できる。従って製品は優れた機械特性を備えたちの
になる。本発明のプロセスは又、シアロン、酸化スズ、
ジルコニウム、及び窒化シリコン粉末のようなセラミッ
ク材料にも適用できる。それら耐火物粉末は、上記プロ
セスによって高密度化成形した場合、様々な産！Ｊ製品
に要求される優れた物理的特性をもった休部に形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粉末材料の成形によって予形成体部を形成す
る本発明の装置の垂直断面図、第２図は、粉末材料を成
形して所要の高密度予形成体部を形成した位置の第１図
の形成装置の垂直断面図、 第３図は、第１図と第２図の形成５Ａ置で使用される緘
封リングの、断面形状を示すため半割りにした状態の斜
視図、 第４図は、第２図の予形成体部を高温加熱する炉の垂直
断面図、 第５図は、第４図の加熱された高密度体部が溶融ガラス
の中に浸漬され、最終の均等成形圧力を加えられる所を
示す垂直断面図、 第５Ａ図は高密度体部の斜視図、 第６図は、第５図の高密度体部の表面に浸透したガラス
を削除するための機械加工を示す図面、第６Ａ図と第６
Ｂ図は、第６図の機械加工における高密度体部の支持及
び駆ｉ、Ｉｆ機械要素の端部を示づ斜視図、 第７図は、第５図にお１ノる粉末材ＦＩｎ密瓜体部の最
終成形段階を行う加熱ガラスとして使用するに適したソ
ーダ石灰ガラスの粘度と温痕の関係を示すグラフである
。 １０・・・ｎ密度体部形成装置、 １２・・・ピストン−シリンダ組立体、１４・・・ピス
トン、１６・・・シリンダ、１８・・・フレーム、２０
・・・ベース、２４・・・囲い、２６・・・粉末材料、
２８．３０・・・モールド部材、３６・・・高密度体部
、４６・・・緘１寸リング、５０・・・ガラス、５２・
・・旋盤。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属複合物、非金属複合物、又その組合せ複合物
   の粉末材料から高密度体部を形成する方法において、 ａ．該粉末材料を弾性のモールド構造体の中に閉込める
   こと、 ｂ．該モールド構造体にこれの１つの軸の方向に力を掛
   け且つ該モールド構造体を該軸に直角な方向で拘束する
   ことにより該軸方向及び該直角方向で該粉末材料に所定
   の圧力を加え、これにより該粉末材料の成形された体部
   を形成すること、ｃ．該成形体部を所定の温度に加熱す
   ること、ｄ．圧力伝達を行える粘度までガラスを加熱し
   、そしてこの結果流動化した該ガラスを少なくても該所
   定温度に加熱すること、 ｅ．該加熱された体部を該加熱されたガラスの中に浸漬
   すること、及び、 ｆ．該体部を更に成形するに十分な高い圧力を該加熱ガ
   ラスに加えること の諸段階で成る方法。
2. （２）該体部の成形を垂直及び水平方向に行うように、
   該１つの軸が実質的に垂直方向とされ、該直角方向が全
   体的に水平方向とされる、請求項１に記載の方法。
3. （３）該力が約４，９２０ｋｇ／ｃｍ＾２（７０，００
   ０ｐｓｉ）の圧力を作り、該所定温度が約１，１５０℃
   である、請求項１に記載の方法。
4. （４）該加熱ガラスに加えられる圧力が４，９２０ｋｇ
   ／ｃｍ＾２（７０，０００ｐｓｉ）の圧力である、請求
   項３に記載の方法。
5. （５）金属複合物、非金属複合物、又その組合せ複合物
   の粉末材料の高密度体部において、該体部が支持されず
   、カプセルに入れられない条件で、該体部の３つの相互
   に直交する軸の方向に均等な成形圧力を直接加えられる
   少なくても１つの段階を含む成形プロセスによつて形成
   される高密度体部。
6. （６）該粉末材料が１つ又はそれ以上の金属炭化物を含
   む鋼合金であり、該体部が、該相互直交３軸に関して均
   等に配置された、均等に分布の小さい硫化物粒子を含む
   、請求項５に記載の高密度体部。
7. （７）該粉末材料が、シアロン（ＳＩＡＬＯＮ）、窒化
   シリコン、酸化アルミニウム、及び酸化スズで成るグル
   ープから選ばれるセラミック粉末である、請求項５に記
   載の高密度体部。
8. （８）金属複合物、非金属複合物、又その組合せ複合物
   の粉末材料から高密度体部を形成する装置において、該
   粉末材料を閉込める弾性材料で作られた少なくても１つ
   の管状部材、該管状部材を半径方向外方向に動かさない
   ようにその外周面を支持する装置、該管状部材を１つの
   軸方向に圧縮するように該部材の両端部に力を加える装
   置、及び、該管状部材内に設けられて該粉末材料に係合
   し、該管状部材に加えられる該軸方向力に応答して該粉
   末を該管状部材の半径方向に圧縮する装置、を備える高
   密度体部形成装置。
9. （９）該管状部材に軸方向力を加える該装置が、該管状
   部材の一方の端部に係合し且つ該管状部材の軸方向に可
   動なピストンを備え、そして更に該管状部材の両端部に
   取付けられる緘封リングを含み、該緘封リングは、該ピ
   ストンの動きに応答して半径方向外方向に拡張されて該
   管状部材の両端部の押出しを防ぎ、各該リングは傾斜面
   を有し、この傾斜面に対する該ピストン力の反力が該リ
   ングを拡張させる、請求項８に記載の高密度体部形成装
   置。