JPH01180908A - 急冷凝固金属粉末の押出成形方法 - 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） 本発明は急、冷凝固金属粉末の経済性に優れた成形方法
に関する。

（従来の技術） 象、冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合金元素も過飽
和に含有させることができるので、例えばアルミニウム
やアルミニウム合金（以下、単にアルミニウムという。

）の急冷凝固粉末によって形成された押出材は、溶製材
では具備することができない優れた材質特性を有し、機
械部品等の材料として注目されている。

前記押出材は、通常、象、冷凝固金属粉末を冷間静水圧
加圧（ＣＩＰという）により等方向に圧縮成形し、この
成形体を封缶脱ガス処理をして熱間静水圧加圧（ＨＩＰ
という）により加圧焼結した後、この焼結体に押出加工
を施して製造していた。

そして、押出材は冷間鍛造や温間鍛造等により製品に近
似した外形を有する成形品に加工成形される。

とごろで、急冷凝固金属粉末の焼結体を得るのに、ＨＩ
Ｐのような強力な焼結処理を行うのは次の理由による。

すなわち、急冷凝固金属粉末の表面には酸化物被膜が生
成している。例えば、アルミニウム象、冷凝固粉末の場
合では、化学的に安定で緻密なＮ２Ｏ３被膜が強固に形
成されている。従って、かかる象、冷凝固金属粉末の焼
結体を得るには、基地が酸化物被膜を介して拡散接合し
なければならず、強力な焼結処理が必要となるからであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の成形方法では、成形工程が煩雑で
生産性が悪く、またＨＩＰ等を施すために高価な設備を
必要とし、成形品のコスト上昇の要因となっている。

また、ＨＩＰ、押出し、場合によっては成形の際に加熱
が繰り返して行われるため、わ〕末中に析出物や晶出物
が肥大、成長して材質特性が劣化するという欠点があっ
た。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、材質特性
の劣化の虞れがなく、しかも低コストで生産性に優れた
急冷凝固金属粉末の成形方法を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために講じられた本発明の急冷凝固
金属粉末の成形方法は、まず、コンテナ１１の押出方向
前端面に成形金型１を当接させてコンテナ前端面に開口
した押出孔１２と成形金型１の当接面に開口した成形孔
３とを連通させ、成形孔３の開口周縁に形成された拡径
部３ａと該拡径部３ａから下方へ延設された孔型部３ｂ
と該孔型部３ｂに密接して挿着されたマンドレル７の成
形型部８とによって構成された成形室９にコンテナ１１
の内部に収容された象、冷凝固粉末を押出して加圧成形
する。

次に、コンテナ１１を押出し方向に対して直角方向に移
動させて押出材を成形孔３の開口面でせん断切断を行う
。

次に、マンドレル７をコンテナ側へ移動して成形孔３の
拡径部３ａによって成形された成形品２０のフランジ部
２０ａを成形孔３の開口面より離間させて該フランジ部
２０ａを抜型治具１８によって支持した後、マントレル
マを下降移動して成形品２０と成形型部８との縁を切り
、抜型治具１８から成形品２゜を取出す。上記手段を発
明の構成とするものである。

（実施例） まず、凹面を参照して、本発明を実施するための装置の
概略について説明する。

第１図〜第７図に示した押出成形装置は、急冷凝固金属
粉末の圧縮成形体１５を収容するコンテナ１１と、成形
孔３が上下方向に貫通状に形成された成形金型ｌと、コ
ンテナｌｌ内の圧縮成形体１５をコンテナ１１の下端面
に開設された押出孔１２より前記成形孔３に押出すため
の押出ステム１７とを備えている。

前記コンテナ１１は、押出孔１２の開口端面と成形孔３
の開口端面とが摺動状態で接するように水平方向に移動
自在に支持され、前記両孔１２，３が同心状に連通ずる
プレス中心位置と離反位置との間を移動するための伸縮
機構（例えば、シリンダ）に連結されている。

前記成形金型１は、成形型２が型ホルダ４に嵌着されて
構成され、成形型２に前記成形孔３が開設されている。

該成形孔３は、成形型２上面の開口周縁に形成された拡
径部３ａと、該拡径部３ａの下方に延設された孔型部３
ｂとからなる。

前記孔型部３ｂの下部にはマンドレル７の頭部が密接状
に挿着され、成形孔３の下端開口を閉塞している。前記
マンドレル７の頭部には成形型部８が形成されており、
前記拡径部３ａ、孔型部３ｂおよび成形型部８とによっ
て成形孔３内に成形室９が形成されている。尚、第５図
に示すように、孔型部３Ｃは拡径部３ａからマンドレル
７の挿着部にかけて抜き勾配を有する上拡きテーパ面で
形成してもよい。

前記マンドレル７は、成形型部８が孔型部３ｂの下部に
位置する下限位置と成形孔３外上部位置との間を伸縮手
段によって上下方向移動自在とされている。

前記コンテナ１１が離反位置に移動したとき、成形孔３
の上方には抜型治具１８が配設される。該抜型治具１８
は、シリンダやばね等の伸縮手段によって、プレス中心
軸に対して対向状態で開閉自在とされた一対の抜型型１
９．１９を有している。抜型型１９、１９には前記拡径
部３ａより小径で孔型部３ｂより大径とされた半円形の
逃し孔１９ａが形成されている。抜型型１９．１９の開
状態においては、抜型型１９゜１９の開き間隔は、第６
図に示すように、成形孔３の拡径部３ａによって成形さ
れた成形品２０のフランジ部２０ａが挿通可能とされて
いる。

前記逃し孔は、孔型部３ｂより大径の弧形で形成しても
よいが、この場合、抜型型１９．１９の閉状態における
逃し孔の最大間隔は拡径部３ａの直径より小寸とされる
。

コンテナおよび抜型治具は、具体的には第７図のように
設ければよい。すなわち、図示省略のすべり溝によって
水平方向に摺動自在に支持された基盤３０の一端部にコ
ンテナｌｌａを配設し、他端部に抜型治具１８ａか配設
されている。コンテナｌｌａと抜型治具１８ａの中心間
隔は、コンテナｌｌａがプレス中心位置から離反位置へ
移動したとき、抜型治具１８ａがプレス中心位置すなわ
ち成形孔３中心位置となるように設定する。同口におい
て、３１は基盤３０を水平移動するためのシリンダピス
トンロッドであり、また前記コンテナＩＬａはコンテナ
本体３２、シリンダライナ３３、シャーリング３４によ
って構成されている。

上記押出成形装置を用いて本発明方法を実施するには、
まず、第１図に示したように、コンテナ１１をプレス中
心位置として、コンテナ１１下面と成形型２上面とを当
接させて型締めし、押出孔１２と成形孔３とを連通状態
とする。このとき、成形孔３内のマンドレル７は下限位
置にしておく。

次に、第２図に示すように、押出ステム１７を下降して
押盤１３を介してコンテナ１１に装填した圧縮成形体１
５を加圧し押出孔１２から成形孔３に押出す。

前記成形体１５は、−軸圧縮によって成形すればよい。

成形に当っては、相対密度が６０〜８０％となるように
成形するのがよい。６０％未満では粉末の固化が不十分
であり、取扱いが困難となる。一方、８０％を越えると
、圧縮に際し高荷重を要し大形の装置が必要となり、ま
た、成形に長時間を要する。

更に、成形材の内部の空隙部分が過少になり、押出し時
の力Ｕ熱によっても内部空隙に残存した水分の除去が困
難になり、品質低下を招来する。尚、圧縮成形は常温下
で行えばよく、特に加熱を必要としない。

圧縮成形体１５を構成する危、冷凝固粉末は、押出加工
により強力なせん新作用を受け、粉末の表面に形成され
ている酸化物被膜が分断破壊され、また基地中の晶出物
や析出物も微細に分断され、これらが基地中に均一に分
散されて高強度化が図られる。

アルミニウム象、冷凝固粉末の圧縮成形体を用いる場合
、押出比は５〜２０とするのがよい。５未満では、Ｎ　
ｚ　Ｏｓ被膜等の分断作用が不足し、一方２０を越える
と押出荷重が過大となり、工業的生産に適さなくなる。

尚、好ましくは７〜１２の範囲がよい。また、押出温度
は２５０〜４５０’Ｃとするのがよい。

２５０°Ｃ未満では、象、冷凝固粉末の変形抵抗が大き
くなり、大きな押出荷重を必要とし、また、Ｎ２Ｏ３被
膜の分断破壊後の基地の拡散接合が不十分となる。一方
４５０°Ｃを越えると、析出物の核の発生や成長が促進
し、粗大析出物が生成し、強度の低下を招来する。

成形孔３に押出された押出材は、マンドレルの成形型部
８に押し当てられ、成形室９を完全に充満する。

押出成形完了後、第３図に示すように、押出ステム１７
をコンテナ１１外部へ上昇させた後、コンテナ１１を離
反位置へ移動する。このとき、成形型２の上端面とコン
テナ１１の下端面とは当接状態でコンテナ１１が水平移
動するため、両面の境界すなわち成形孔３の開口面で押
出材はせん断され、成形室９内にピストン形状の成形品
２０が残置される。

この際、押出材の切断が極めて容易に行われると共に、
切断時に押出成形部分は成形室９内に収容された状態と
なっているため、成形品２０に変形や損傷が生じにくい
。

コンテナ１１を離反位置へ移動した後、抜型型１９゜１
９が開状態とされた抜型治具１８が成形孔３の上部に配
設される。

次に、第４図に示すように、マンドレル７を上昇させて
、成形品２０を成形孔３外方へ突き出す。

このとき、成形品２０のフランジ部２０ａ下面が抜型型
１９．１９の上面上方となるようにマンドレル７を上昇
させる。次に、抜型型１９．１９を閉状態とした後、マ
ンドレル７を下限位置に下降させると、成形品２０のフ
ランジ部２０ａ下面は抜型型１９．１９の上面に支持さ
れるので、マンドレル７の頭部に形成された成形型部８
と成形品２０との縁（圧接状の密着）が切れる。抜型型
１９．１９は閉状態において成形品２０を把持しないの
で、成形品２０を損傷することなく、抜型治具１８から
容易に取り出すことができる。

尚、第５図のように、成形孔３の孔型部３Ｃを下方に縮
径したテーパ面で形成し、押出成形後、マンドレル７を
更に下降することによっても、成形品２０と成形型部８
との縁を切ることができるように考えられる。しかし、
通常、成形中、マンドレル７は成形圧力を担持しなけれ
ばならず、成形孔３内下限位置でプレスフレーム側に固
定されるため、成形下限位置より下降することができな
いのが実情である。

成形品２０を取り出した後、コンテナ１１を中心位置側
に復帰させ、第２図〜第４図の各工程を繰り返すことに
より、ピストン状の成形品２０が連続的に押出成形され
る。尚、押出成形された成形品２０は、仕上加工時にそ
のフランジ部２０ａも除去される。

ところで、第１図〜第４図では、成形型２上面およびコ
ンテナ１１下面を当接し、両者を固定した状態で押出ス
テム１７を下降させ、コンテナ１１内の圧縮成形体１５
を成形金型１の成形室９へ押出し成形したが、これとは
逆に、第８図に示すように、押出ステム１７を固定して
おき、コンテナ１１および成形金型１を押出ステム１７
側へ一体的に移動させることにより押出し成形を行って
もよい。

また、コンテナ１１に収容する押出素材としては、圧縮
成形体を必ずしも用いる必要はなく、金属粉末を直に用
いてもよい。この場合、成形室に粉末が入らないように
、予めダミー成形品を装着しておき、コンテナ内の粉末
を圧縮成形して固形化した後、ダミー成形品を取り出せ
ばよい。

なお、本発明による押出成形は、アルミニウム象、冷凝
固粉末のほか、マグネシウムおよびその合金、亜鉛およ
びその合金なと塑性変形の容易な金属の急冷法面粉末に
対して適用が可能である。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の押出成形方法によれは、押
出によって、急冷凝固金属粉末の表面に形成されている
酸化物被膜を分断し基地中に分散させると共に基地を拡
散接合できるので、押出素材として急冷凝固金属粉末を
用いることができ、押出素材の成形に高価な設備を要す
るＨＩＰ処理等を省略することができ、生産設備のコス
ト低減を図ることができる。

また、押出しと共に加圧成形を完了するので、押出しに
よって、所期の成形品を得ることができ、総合生産性に
優れ、成形品のコスト軽減に寄与すること著大である。

また、象、冷凝固金属粉末から成形品を得る間に、少な
くとも押し出し時にのみ加熱すればよいから、急冷凝固
金属粉末の材料特性を損うことなく、所期の成形品を得
ることができる。

更に、押出成形部分を成形孔内に収容したまま、コンテ
ナの移動により該部分とコンテナの押出孔内の押出材と
をせん断により切断することができるので、成形品の外
形状を損うことなく、極めて容易に切断することができ
生産性に優れる。また、切断に伴う材料ロスも生じない
。

また、成形室内の成形品は、マンドレルをコンテナ側へ
移動し、成形品のフランジ部を成形孔開口面より離間し
た後、抜型治具によって支持するだけで、マンドレルの
退行によって成形品と成形型部との強固な密着状態を解
消することができ、成形品の成形孔からの取出しを極め
て容易に行うことができる。

このように、本発明によれは、コスト面および品質面に
おいて優れた成形品を容易に得ることができ、工業的利
用価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図へ・第４図は本発明を実施するための装置と加工
プロセスを示す断面説明図であって、第１図は圧縮成形
体のコンテナへの装填状態を、第２図は押出成形状態を
、第３図は押出材のせん断状態を、第４図は成形品の取
出し状態を示す。また、第５図は成形孔の他例を示す要
部断面図、第６図は抜型治具の抜型型の平面説明図、第
７図はコンテナおよび抜型治具を備えた基盤の説明図、
第８図は押出成形装置の他例を示す断面説明図である。 １・・・成形金型、３・・・成形孔、３ａ・・・拡径部
、３ｂ、３ｃ・・・孔型部、７・・・マンドレル、８・
・・成形型部、１１．１１ａ・・・コンテナ、１２・・
・押出孔、１８．１８ａ・・・抜型治具、２０・・・成
形品、２０ａ・・・フランジ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンテナ１１の押出方向前端面に成形金型１を当
   接させてコンテナ前端面に開口した押出孔１２と成形金
   型１の当接面に開口した成形孔３とを連通させ、 成形孔３の開口周縁に形成された拡径部３ａと該拡径部
   ３ａから下方へ延設された孔型部３ｂと該孔型部３ｂに
   密接して挿着されたマンドレル７の成形型部８とによっ
   て構成された成形室９にコンテナ１１の内部に収容され
   た急冷凝固粉末を押出して加圧成形した後、コンテナ１
   １を押出し方向に対して直角方向に移動させて押出材を
   成形孔３の開口面でせん断した後、 マンドレル７をコンテナ側へ移動して成形孔３の拡径部
   ３ａによって成形された成形品２０のフランジ部２０ａ
   を成形孔３の開口面より離間させて該フランジ部２０ａ
   を抜型治具１８によって支持した後、マンドレル７を成
   形金型側へ戻して成形品２０と成形型部８との縁を切り
   、抜型治具１８から成形品２０を取出すことを特徴とす
   る急冷凝固金属粉末の押出成形方法。