JPH05222408A - 粉末材料の押出し成形方法およびその装置 - Google Patents

粉末材料の押出し成形方法およびその装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一般の粉末冶金法（金型圧縮成形法）に用い
られる粉末材料を容易に押出し成形可能とし、製造コス
トを低減してその適用範囲を拡大する。 【構成】 コンテナ２の貫通孔を外周とし、ダイス３の
挟窄部３ｂを含む貫通孔内に押し込められた前の途中成
形体Ｂの上面Ｂ1を底面として形成されるキャビティ１
内に粉末材料Ａを充填するセッテング工程と、パンチ５
が下降してコンテナ２の貫通孔内に嵌合しつつ粉末材料
Ａを加圧することにより、粉末材料Ａを下方へ押圧して
ダイス３の挟窄部３ｂを含む貫通孔内に押し込め次の途
中成形体Ｂに加工し、同時にキャビティ１の底面を形成
していた前の途中成形体を前記次の途中成形体により挟
窄部３ｂに押し込めここを完全に通過してダイブロック
４の貫通孔内へ押出す加圧工程と、押出し成形体をダイ
ブロック４内から取出す離脱工程とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、粉末材料の押出し成形
方法およびその装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来技術】金型圧縮成形法の場合は、棒や管状のよう
に断面積に比較して長さの長いものは粉末材料に対し均
一に圧力を加えることに限界がある。このような場合、
従来から、粉末材料の押出し成形法が採用されている。
この押出し成形法は、通常、粉末材料に可塑性を付与す
るためにワックス系などの結合剤を加えてペースト状に
し、これを射出成形に似た押出し機の金型に充填し圧力
を加えて、金型の孔を通して押出す。押出し加工したも
のを、脱ワックスなどにより結合剤として使用した物質
を後工程で除去することも多い。なお、高温押出しでは
粉末材料が酸化しないように材料および温度的に制約さ
れることから、例えば、高温で酸化の虞のある粉末材料
の場合には缶詰法が適用されることもある。この方法
は、材料を缶に入れて真空に引いて密閉したものを押出
し、成形後に特殊な場合を除き缶材料のさやを化学的に
溶解するなどして取り除く。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の押出し成形方法
にあっては、粉末材料に所定の可塑性を与えるなどの前
処理工程、成形後に脱ワックスなどの後処理工程という
煩雑な付帯工程を多く必要としているので、自ずと製造
コスト的に不利となっている。これは高温押出しではな
おさらである。このため、押出し成形方法の適用は、そ
の経済性から付加価値が高く、押し出し成形後の性状と
同一の性状を一般の粉末冶金法等によっては得られない
特殊粉末材料や成形体に限られているというのが現状で
あり、その優れた特性を持つているにもかかわらず機械
構造部品の一般的な成形方法になっていない。
【０００４】本発明は、このような背景に鑑みてなされ
たもので、一般の粉末冶金法（金型圧縮成形法）に用い
られる粉末材料を容易に押出し成形可能とし、製造コス
トを低減してその適用範囲を拡大できる粉末材料の押出
し成形方法およびその装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る粉末材料の押出し成形方法は、請求項
１に記載の如く、前記コンテナの貫通孔を外周とし、前
記ダイスの挟窄部を含む貫通孔内に押し込められた前の
途中成形体の上面を底面として形成されるキャビティ内
に粉末材料を充填するセッテング工程と、前記パンチが
下降してコンテナの貫通孔内に嵌合しつつ粉末材料を加
圧することにより、前記粉末材料を下方へ押圧してダイ
スの挟窄部を含む貫通孔内に押し込め次の途中成形体に
加工し、同時にキャビティの底面を形成していた前の途
中成形体を前記次の途中成形体により前記挟窄部に押し
込めここを完全に通過してダイブロックの貫通孔内へ押
出す加圧工程と、前記押出し成形体をダイブロック内か
ら取出す離脱工程とからなるなる。また、前記適用装置
は、貫通孔を有するコンテナと、前記コンテナを保持し
てその貫通孔内に成形体に対応した形状に形成された挟
窄部を有するダイスと、前記ダイスを保持して挟窄部を
完全に通過した押出し成形体をその貫通孔内に収納可能
なダイブロックとを同軸線上に密接配置すると共に、前
記コンテナの軸上に昇降可能に設置それてコンテナの貫
通孔内に嵌合挿入するパンチとを備え、前記コンテナの
貫通孔を外周とし、前記ダイスの挟窄部を含む貫通孔内
に押し込められた前の途中成形体の上面を底面とするキ
ャビティを形成し、前記キャビテイ内に粉末材料を充填
し、前記パンチが下降してコンテナの貫通孔内に嵌合し
つつ粉末材料を加圧することにより、前記粉末材料を下
方へ押圧してダイスの挟窄部を含む貫通孔内に押し込め
て次の途中成形体に加工し、同時にキャビティの底面を
形成していた前の途中成形体を前記次の途中成形体によ
り前記挟窄部に押し込めここを完全に通過して押出し成
形体に加工することを要旨とする。
【０００６】
【作用】以上の本発明によれば、コンテナの貫通孔を内
壁とし、ダイス内にある前の押出し途中成形体の上面を
底面としたキャビティが形成され、ここに粉末材料が充
填される。そして、パンチが前記キャビティに加圧挿入
することにより、キャビティ内の粉末材料が圧縮されつ
つキャビティの底面を形成している前の途中成形体を押
し込む。前の途中成形体はダイス内の挟窄部に押し込め
られここを完全に通過することにより押出し成形体とな
る。これは、キャビティに充填された粉末材料の容積が
軸直角方向に順次に圧縮減少することに他ならず、粉末
材料を充填密度から成形密度まで増大しつつ押出すもの
である。
【０００７】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。図１と図２は本発明に係る押出し成
形方法を実施する装置の第１実施例を示し、図３はその
装置によって製作された押出し成形体を示している。な
お、図１は粉末材料Ａを充填した状態での装置構成を示
す。図２は押出し過程での装置構成について、左側は押
出し途中の状態を示し、右側は押出し完了時の状態を示
す。同図の押出し成形装置は、コンテナ２と、コンテナ
２の下部に配置されて粉末材料Ａを狭窄して実質的に押
出し成形するダイス３と、ダイス３を保持して押出し成
形された成形体Ｃを収納可能なダイブロック４とで金型
を構成すると共に、押出し手段としてのパンチ５を備え
ている。
【０００８】コンテナ２は中心部上下に所定大の貫通孔
を形成しており、この貫通孔が後述する如く中間成形体
Ｂの上面Ｂ1とでキャビティ１を形成する。ダイス３は
キャビティ１と同軸上に配置される貫通孔を有してい
る。この貫通孔はその上側の開口寄り部分３ａがキャビ
ティ１の孔径とほぼ一致し、この部分３ａに隣接する下
側部分は部分３ａの孔径に対して径小となるように傾斜
し、その小最径部が成形しようとする対象形状の挟窄部
３ｂとなる。ここでの挟窄部３ｂは図３の成形体Ｃの外
径Ｌ1とほぼ一致する孔径である。ダイブロック４は、
成形体Ｃが収納される内径の筒状に形成されている。ダ
イブロック４の外周には内部に通じる成形体取出し用の
開口４ａが設けられると共に、外周下端部に係止溝４ｂ
が設けられている。
【０００９】以上のコンテナ２と、ダイス３と、ダイブ
ロック４はダイホルダ６の筒内に同軸上に設置される。
ダイホルダ６は、外周下端部に設けられた取付け用フラ
ンジ６ａと、外周下部側に設けられて開口４ａに重なる
開口６ｂと、内周下端部に設けられて係止溝４ｂと対抗
する係止溝６ｃと、内周上端部に設けられてコンテナ２
における外周先端部の径小段部２ａに係合する段部６ｄ
とを一体に有している。ダイホルダ６の筒内には、先ず
コンテナ２とダイス３が下側から順に挿入された後、ダ
イブロック４が挿入される。ダイブロック４は位置出し
され、係止溝４ｂ，６ｃに共通のロックピン７が圧入さ
れる。すると、コンテナ２の上側への移動は段部２ａ，
６ｄ同士の係合により阻止され、コンテナ２の上端面が
ダイホルダ６の上端面と面一となる。ダイス３は、コン
テナ２とロックピン７で固定されたダイブロック４との
間に不動状態に挟持される。そして、ダイホルダ６はこ
の組み立て状態で、下ハードプレート８上にボルト９に
より固定される。
【００１０】また、パンチ５は、上ハードプレート１０
に対してストッパーリング１１を介して固定され、上ハ
ードプレート１０に連結される油圧プレスなどの駆動力
により昇降される。ストッパーリング１１はボルト１２
により上ハードプレート１０に固定され、その中心孔か
らパンチ５を下方へ突出している。そして、パンチ５の
最上昇後はコンテナ２と同軸で軸上の定位置に待機し、
最下降は図２の右側に示す如くコンテナ２の上面にスト
ッパリング１１の下面１１ａが当接する位置に規制され
ている。
【００１１】次に、以上の押出し成形装置により、図３
に示す円柱状の押出し成形体Ｃを製作する要領について
説明する。ここで、キャビティ１は、図１の如くコンテ
ナ２の貫通孔を外周とし、図２右側の如くパンチ５の下
降によりダイス３の挟窄部３ｂを含む貫通孔内に押し込
められた前の途中成形体Ｂの上面Ｂ1を底面として形成
され、ここに粉末材料Ａを充填する。この充填作業中は
パンチ５が軸上の定位置に待機している。
【００１２】そして、充填完了と相前後してパンチ５が
下降する。パンチ５は図２左側の如く下降によりコンテ
ナ２の貫通孔内に嵌合しつつ加圧挿入する。すると、キ
ャビティ１内の粉末材料Ａは下方へ押圧されてダイス３
の挟窄部３ｂを含む貫通孔内に押し込められ、同図左側
から右側に示す如く途中成形体Ｂとなる。同時進行で、
キャビティ１の底面を形成していた前の途中成形体Ｂは
挟窄部３ｂに完全に押し込まれここを通過して成形体Ｃ
に成形され、その成形体Ｃはさらに押し込められる次の
途中成形体Ｂによりダイス３からダイブロック４内に押
し出される。パンチ５はストッパーリング１１がコンテ
ナ１２に当接することにより、その下降が阻止される。
このとき、パンチ５の先端は図２右側の如く挟窄部３ｂ
の直上であって、コンテナ２とダイス３の境界に位置す
る。
【００１３】したがって、この状態からパンチ５が上昇
されてコンテナ２から離れると、図１の如く挟窄部３ａ
を含むダイス３の貫通孔内にある途中成形体Ｂの上面Ｂ
1を底面とする前述のキャビティ１が形成される。ま
た、ダイブロック４内に押出された成形体Ｃは、開口４
ａ，６ｂを通じてダイブロック４から容易に取出すこと
が可能である。以上の操作を繰り返すことにより、押出
しによる成形体Ｃを連続して加工することができる。こ
の押出し成形方法では、パンチ５がキャビティ１内に押
し込まれることによりキャビティ１の容積を減少する一
方、粉末材料Ａの容積減少量は挟窄部３ｂの内径に依存
し、それは粉末材料Ａの充填時の見かけ密度と成形密度
の関係で設計上決定される。したがって、粉末材料Ａを
必要とする密度に成形することが容易であり、装置構成
も圧縮成形用金型に多少の設計変更を加えるだけでよ
い。
【００１４】図４は本発明の第２実施例を示している。
この第２実施例は本発明方法を適用して図６に示す円筒
状の押出し成形体Ｅを製作する例である。なお、図４は
装置構成について、図左側は粉末材料Ａを充填した状態
を示し、図右側は押出し完了時の状態を示す。第２実施
例の押出し成形方法は、第１実施例のものに対し、粉末
材料Ａを筒状に充填可能にするキャビティ構成、粉末材
料Ａを筒状のままで挟窄部に押し込んで容積を減少する
構成および成形体Ｅの離脱構成などに工夫がなされてい
る。用いる成形装置は、コンテナ２２と、コンテナ２２
の下部に配置されたダイス２３と、ダイス２３を保持す
るダイブロック２４と、マンドレル２５などにより金型
の主要部を構成し、また押出し手段としてのパンチ３５
を備えている。
【００１５】コンテナ２２は中心部上下に所定大の貫通
孔を形成していて、この貫通孔が後述する如く中間成形
体Ｄの上面Ｄ1およびマンドレル２５とでキャビティ２
１を形成する。ダイス２３はキャビティ２１と同軸上の
貫通孔を有している。この貫通孔はその上側の開口寄り
部分がキャビティ２１の孔径とほぼ一致し、この部分に
隣接する下側部分は前記部分の孔径に対して径小となる
ように傾斜し、その最径小部が成形しようとする対象外
形状の挟窄部２３ｂとなる。ここでの挟窄部２３ｂは図
６の成形体Ｅの外径Ｌ2とほぼ一致する孔径である。ダ
イブロック２４は成形体Ｅが収納される内径の筒状に形
成されている。マンドレル２５はコンテナ２２、ダイス
２３、ダイブロック２４の積み上げ長さと同じ長さをな
している。またマンドレル２５はコンテナ２２、ダイス
２３、ダイブロック２４の貫通孔内に挿入した状態で、
ダイス２３内に位置する部分が他の部分よりも径大とな
っており、しかも挟窄部２３ｂに対抗して径大となるよ
うに傾斜してその最大径部が成形しようとする対象内形
状の内径挟窄部２５ａを有している。ここでの内径挟窄
部２５ａは成形体Ｅの内径Ｌ3とほぼ一致した外径であ
る。
【００１６】以上のコンテナ２２と、ダイス２３と、ダ
イブロック２４はダイホルダ２６の筒内に同軸上に設置
される。ダイホルダ２６は、外周上端部に設けられたフ
ランジ部２６ａと、このフランジ部２６ａの複数箇所に
設けられたブッシュ２７と、内周下端部に設けられてダ
イブロック２４における外周下端部の径小段部に係合す
る段部２６ｂとを有している。ダイホルダ２６の内部に
は、ダイブロック２４、ダイス２３、コンテナ２２が上
側から順に挿入された後、ダイホルダ２６の上端面に設
けられた周回溝と、これと対抗するようにコンテナ２２
に設けられた周回溝とに配置される押えリング２８をボ
ルト２９により装着して前記３部品を締付け固定してい
る。そして、以上のダイホルダ２６は、下ハードプレー
ト８上に立設された複数の頭付きガイドロット３０にブ
ッシュ２７を介して上下動可能に支持されると共に、ガ
イドロッド３０の軸回りに配置された圧縮ばね３１によ
り上方へ付勢され常時は下ハードプレート８と所定の距
離を保った上側位置にある。
【００１７】また、パンチ３５はマンドレル２５に対応
した内径３５ａの筒状をなし、上ハードプレート１０に
対してストッパーリング１１を介して固定され、上ハー
ドプレート１０と連動して昇降される。ストッパーリン
グ１１はボルト１２により上ハードプレート１０に固定
され、その中心孔からパンチ３５を下方へ突出してい
る。そして、パンチ３５の最上昇後はコンテナ２２と同
軸で軸上の定位置に待機し、最下降は同図の右側に示す
如くダイホルダ２６をガイドロッド３０に沿って下降し
てコンテナ２２の上面にストッパリング１１の下面１１
ａが当接し、かつダイプロック２４の下端面が下ハード
プレート８に当接する位置に規制されている。
【００１８】次に、以上の押出し成形装置により、押出
し成形体Ｅを製作する要領について説明する。ここで、
キャビティ２１は、同図左側の如くコンテナ２２の貫通
孔を外周とし、マンドレル２５の外周を内周とし、ダイ
ス３３の貫通孔内に押し込められた前の途中成形体Ｄの
上面Ｄ1を底面として形成され、ここに粉末材料Ａを充
填する。この充填作業中はパンチ３５が軸上の定位置に
待機している。
【００１９】そして、充填完了と相前後してパンチ３５
が下降する。すると、パンチ３５がコンテナ２２まで下
降した後、ダイホルダ２６は圧縮ばね３１の付勢力に抗
して下降をガイドロット３０に沿って開始する。ダイホ
ルダ２６が下降し始めると、パンチ３５はコンテナ２２
の貫通孔とマンドレル２５との間のキャビティ２１内に
嵌合して下降し、粉末材料Ａを圧縮しつつ前の途中成形
体Ｄをダイブロック２４内へ押出す。この圧縮および押
出し過程は第１実施例と基本的に同じ。そして、パンチ
３５が最下降位置にきたとき、パンチ３５の下端は同図
右側の如く挟窄部２３ｂ，内径挟窄部２５ａの直上であ
って、コンテナ２２とダイス２３の境界に位置する。
【００２０】したがって、この状態からパンチ３５が上
方定位置まで上昇される間に、ダイホルダ２６は圧縮ば
ね３１の付勢力によりガイドロッド３０に沿って原位置
に復帰する。コンテナ２２には同図左側の如く挟窄部２
３ｂ，内径挟窄部２５ａを含むダイス２３の貫通孔内に
ある途中成形体Ｄの上面Ｄ1を底面とする前述のキャビ
ティ２１が形成される。また、押出された成形体Ｅは、
上昇したダイブロック２４の真下に残り容易に取出すこ
とが可能である。以上の操作を繰り返すことにより、押
出しによる成形体Ｅを連続して加工することができる。
この押出し成形方法でも、キャビティ２１内に充填され
た粉末材料Ａの容積減少量は挟窄部２３ｂと内径挟窄部
２５ａの間隔に依存し、それは粉末材料Ａの充填時の見
かけ密度と成形密度の関係で設計上決定される。なお、
この第２実施例では、押出し成形体Ｅとして円筒形状の
ものについて説明したが、例えば角状の筒であっても同
様な工夫により成形可能である。
【００２１】次に、本発明の第３実施例を説明する。こ
の第３実施例は本発明の押出し成形方法により図７に示
すような外周部に斜歯を有する成形体Ｇを製作する例で
ある。なお、図５は装置構成について、図左側は粉末材
料Ａを充填した状態を示し、図右側は押出し完了時の状
態を示し、また第１実施例および第２実施例の装置構成
と同じ部位に同一符号を付し、要部構成のみを詳述す
る。
【００２２】第３実施例の成形装置は、第２実施例のも
のに対し、先ずダイス２３に設けられる挟窄部４３ｂは
成形しようとする対象外形状すなわち図７の成形体Ｇの
斜歯形状とほぼ同形状に形成されると共に、この挟窄部
４３ｂに続く下側部分４３ｃも連続する斜歯形状となっ
ている。対象内形状に対する内径挟窄部４５ａは成形体
Ｇの内径Ｌ4とほぼ一致した外径である。また、要部部
品に任意回転機構を設けている。この回転機構として
は、ダイブロック４４の場合はブロックを上下に２分割
してその間にローラーベアリング４６を介在し、パンチ
３５の場合は上ハードプレート１０との間に１対のベア
リング受け４７を設けてこれらの間にローラーベアリン
グ４８を介在した例であるが、他の回転機構であっても
よい。
【００２３】以上の構成により、キャビティ２１内に充
填された粉末材料Ａは、先ず、挟窄部４３ｂと内径挟窄
部４５ａとの隙間に押し込まれて途中成形体Ｆとなり、
ここを完全に通過することにより図７の形状に押出し成
形される。成形過程では、回転機構に加えて本発明の要
件を具備しているため、抵抗の大きい斜歯形状への素材
流動がスムースに行われて、粉末材料Ａが充填密度から
成形密度まで増大しつつ設計通りの成形体Ｇに押出され
る。なお、この第３実施例では外周部に斜歯を有する成
形体Ｇについて説明したが、例えば、内孔に斜歯を有す
る成形体の場合にはマンドレル下部にも回転機構を付設
するなど工夫することにより可能となる。このように、
本発明は、請求項に記載した範囲で種々変更ないしは展
開することができるものである。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の粉末材料の押出し成形方法は、一般の粉末冶金法に用
いられる粉末材料を容易に押出して、充填密度から成形
密度まで増大した挟窄部に対応した形状の押出し成形体
を得ることができる。また、本発明の成形装置にあって
は、従来の金型圧縮装置に多少の設計変更を加えるだけ
で本発明方法の押出し成形方法を実施でき、しかも連続
加工が行えることから生産性がよく、工業的量産が可能
となる。これにより、本発明は粉末材料の押出し成形の
適用範囲を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての成形装置であり、
粉末材料を円柱体に押出し成形するときの粉末材料充填
完了時の状態で示す断面図である。
【図２】前記成形装置を押出し途中および押出し完了時
の状態で示す断面図である。
【図３】前記成形装置により得られた押出し成形体の斜
視図である。
【図４】本発明の第２実施例としての成形装置であり、
同装置を粉末材料充填時と成形体の取出し完了時の状態
で示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施例としての装置であり、同装
置を粉末材料充填時と成形体の取出し完了時の状態で示
す断面図である。
【図６】前記第２実施例の成形装置により得られた押出
し成形体の斜視図である。
【図７】前記第３実施例の成形装置により得られた押出
し成形体の斜視図である。
【符号の説明】
１，２１ キャビティ ２，２２ コンテナ ３，２３ ダイス ４，２４，４４ ダイブロック ３ｂ，２３ｂ，４３ｂ ダイス側の挟窄部 ２５ａ，４５ａ マンドレル側の内径挟窄部 ５，３５ パンチ Ａ 粉末材料 Ｂ，Ｄ，Ｆ 途中成形体 Ｃ，Ｅ，Ｇ 押出し成形体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 貫通孔を有するコンテナと、その貫通孔
    内に成形体に対応した形状に形成された挟窄部を有する
    ダイスと、前記挟窄部を完全に通過した押出し成形体を
    その貫通孔内に収納可能なダイブロックとを同軸線上に
    密接配置すると共に、前記コンテナの軸上に昇降可能に
    設置されてコンテナの貫通孔内に嵌合挿入するパンチと
    を備えた成形装置を用いて、 前記コンテナの貫通孔を外周とし、前記ダイスの挟窄部
    を含む貫通孔内に押し込められた前の途中成形体の上面
    を底面として形成されるキャビティ内に粉末材料を充填
    するセッテング工程と、 前記パンチが下降してコンテナの貫通孔内に嵌合しつつ
    粉末材料を加圧することにより、前記粉末材料を下方へ
    押圧してダイスの挟窄部を含む貫通孔内に押し込め次の
    途中成形体に加工し、同時にキャビティの底面を形成し
    ていた前の途中成形体を前記次の途中成形体により前記
    挟窄部に押し込めここを完全に通過してダイブロックの
    貫通孔内へ押出す加圧工程と、 前記押出し成形体をダイブロック内から取出す離脱工程
    とからなることを特徴とする粉末材料の押出し成形方
    法。
  2. 【請求項２】 金型のキャビティに充填される粉末材料
    を、キャビティから金型外部に押出す過程で充填密度か
    ら成形密度まで増大させると共に、所定形状の押出し成
    形体に成形する粉末材料の押出し成形装置において、 貫通孔を有するコンテナと、前記コンテナを保持してそ
    の貫通孔内に成形体に対応した形状に形成された挟窄部
    を有するダイスと、前記ダイスを保持して挟窄部を完全
    に通過した押出し成形体をその貫通孔内に収納可能なダ
    イブロックとを同軸線上に密接配置すると共に、前記コ
    ンテナの軸上に昇降可能に設置それてコンテナの貫通孔
    内に嵌合挿入するパンチとを備え、前記コンテナの貫通
    孔を外周とし、前記ダイスの挟窄部を含む貫通孔内に押
    し込められた前の途中成形体の上面を底面とするキャビ
    ティを形成し、前記キャビテイ内に粉末材料を充填し、
    前記パンチが下降してコンテナの貫通孔内に嵌合しつつ
    粉末材料を加圧することにより、前記粉末材料を下方へ
    押圧してダイスの挟窄部を含む貫通孔内に押し込めて次
    の途中成形体に加工し、同時にキャビティの底面を形成
    していた前の途中成形体を前記次の途中成形体により前
    記挟窄部に押し込めここを完全に通過して押出し成形体
    に加工することを特徴とする粉末材料の押出し成形装
    置。
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