JPS5853043B2 - 物品の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物品の所望の最終成形物を規定するように物
品を取り囲むキャビティ内で物品を成形して最終成形物
にする方法に係る。

かかる成形は鍛造方法および類似方法にお（・てなされ
る。

鍛造方法および類似方法に適用できるけれども、本発明
には特別の有用性があり、粉末材料の熱団結により物品
を成形することとの関係で以下本発明を記述する。

団結すべき粉末で容器を充たして熱団結をなすことがで
きる。

通常、容器を排気後充填し、次℃゛で気密封止する。

充填しかつ封止した容器に熱と圧力とを加える。

高温では、容器は圧力伝達媒体として機能して、容器に
加えられた圧力を粉末に加えろ。

同時に、粉末は熱により焼結によって融合せしめられる
。

要するに、熱と圧力との併用により粉末の団結が生じて
、実質的に充分に圧縮されかつ融合した塊になる。

ここで、個々の粉末粒子は、強制的に一緒になるように
されて一体になり、実質的に均質な塊になるのでその形
状を変化する。

団結後、緻密な圧縮粉すなわち予備成形物から容器を取
り除き、次Ｌ・で予備成形物を鍛造処理、機械加工処理
、粉砕処理および／または熱処理のような１種以上の工
程によってさらに加工処理する。

熱団結用容器内のキャビティの容積が容器毎に変動し得
るが故に、最終形状も圧縮された成形物毎に変動し得る
。

粉末の密度が充填毎に変動し得るとし・う別の変数があ
る。

さらに、粒径も充填毎に異なり得る。

これらの因子はすべてが、同じ量の材料または塊を用（
・て同じ形状または型を有する成形物を次々に一貫して
製造することが勿論望まし℃・場合に、許容差より下の
または許容差より上の成形物の一因となり得る。

成形物を二つのダイの間で圧縮する際に、二つのダイの
分割面で成形物上にばつが生じ得るとＬ・う別の問題が
起こる。

勿論、このばりはその後の操作で除かなげればならなし
・。

上記問題は、物品の最終成形物を完全に取り囲みかつ有
する最終キャビティ内で物品を成形して最終成形物にす
る成形方法を提供する本発明によって解決することがで
きる。

この方法は、物品の最終成形物の大体の形状を有してＬ
・る予備成形物を成形せしめ、この予備成形物に含まれ
てＬ・る材料の量を計り、最終キャビティの容積を完全
に充たすのに要する材料の量より過剰な材料を予備成形
物から取り除き、予備成形物を完全に取り囲みかつ予備
成形物を最終キャビティの形状に一致せしめるための最
終キャビティ内に予備成形物を取り込み、物品の最終成
形物を製造する上程を含んで八・る。

本発明は、鍛造法または他の方法（但し、成形物はキャ
ビティの形状と一致せしめるべきである）により成形物
を造形するために有用であり得る。

しかしながら、本発明は特別の有用性を有しており、種
々の金属粉および非金属粉のみならずその組合せ物の熱
団結により圧縮された粉末物品を生成することとの関係
で以下本発明を記述する。

Ｗａｉｔｅｒ Ｊ、Ｒｏｚｍｕｓによる米国特許第４，
１４２，８８８号明細書に記載された型の「流動ダイ」
または「厚肉」容器を利用することにより、金属粉を団
結せしめて複合造形物にするために本発明を利用するこ
とができる。

例えば、厚肉容器は、壁体の外部表面がキャビティの輪
郭・形状を正確になぞらな見゛ような充分な厚さを有し
て（・る。

これは、熱および圧力を加えると、容器材料が流体のよ
うに作用してキャビティ内で粉末に静水圧を加えるよう
な充分な容器材料が提供されることを保証する。

厚内容器の使用により、変形が最小である精密な寸法許
容差を有する正味に近い（ｎｅａｒ−ｎｅｔ）形状物が
製造される。

添付図面は、物品の最終成形物を完全に取り囲みかつ有
する最終キャビティ内で物品を成形して最終成形物とす
る成形方法の工程を示してＬ・る。

工程１は物品の最終成形物の大体の形状および塊を有し
て（・る予備成形物の成形工程である。

工程２は工程１で生じる予備成形物に含まれても・ろ材
料の量すなわち材料の塊を計る工程を含んでＬ・る。

工程３は最終キャビティの容積を完全に充たすのに要す
る材料（または塊）の量より過剰な材料（または塊）を
予備成形物から除去する工程を含んで℃・る。

工程４は予備成形物を完全に取り囲みかつ予備成形物を
最終キャピテイの形状に一致せしめるための最終キャビ
ティ内に予備成形物を収納して、物品の最終成形物を製
造する工程である。

工程１は少なくとも２つの嵌め合Ｌ・容器部品１２およ
び１４によって形成された厚肉容器を示して（・る。

容器部品１２および１４はキャビティ１６を規定してお
り、キャビティ内で粉末１８が団結処理される。

図示されても・るように、容器部品１２および１４が、
溶接等によって、嵌め合せ面２０にお℃・て一緒に嵌め
合されるときに、それら部品はキャビティ１６を規定す
る。

緻密なまたは圧縮された予備成形物１８は種々の複合形
状物であることもできる。

工程１には、容器と細長く延びてＬ・るまたは長円形の
予備成形物の横断面を例示してＬ・る圧縮された予備成
形物との横断面が示されてＬ・る。

図示によれば、物品の最終形状（または型）は、工程４
におけるように円形である。

しかしながら、本発明によれば、種々の形状のものを製
造することが可能であり、所与の成形物の軸線に沿った
形状は有意に変化し得る。

工程１では、一定量の粉末１８は部品１２および１４に
よって規定された厚肉容器のキャビティ１６内に封入さ
れており、この容器は、キャビティ１６を完全に取り囲
んで（・る壁体を有し、またキャビティ１６の輪郭を正
確になぞらなＬ・ような充分な厚さを有し、また実質的
に充分緻密でありかつ非圧縮性でありかつ高温で塑性流
れとなり得る材料で造られて（・る。

部品１２および１４で規定された容器は、一般に、長方
形の横断面を有して℃゛る。

またキャビティ１６０周りの容器の厚さカ異なってＬ・
るので、該容器はキャビティ１６の輪郭をなぞらな見・
。

容器部品１２および１４ならびに粉末を、粉末１８が緻
密になる温度に加熱する。

容器部品１２および１４の外表面全体に外圧を加え、そ
れによって容器部品１２および１４の容器材料の塑性流
れを生じせしめ、粉末を緻密にして予備成形物とする静
水圧を粉末にかげる。

拘束性キャビティを内部に有する容器部品１２および１
４をプレスダイ２２内に置き、そしてプレスのラム２４
によって容器部品１２および１４に下方向の圧力を加え
ることにより、容器部品１２および１４を加圧する。

かかる加圧は、前記米国特許４，１４２，８８８号明細
書に記載された方法によって行なわれ得る。

次Ｌ・で、予備成形物１８を容器部品１２および１４か
ら取り除く。

これはエツチング、酸洗（・、機械加工等のような種々
の手段によって行なうことができる。

容器部品１２および１４から予備成形物１８を取り除く
方法のうち１つの非常に満足すべき方法は、予備成形物
１８の周囲から容器材料を溶融することによって取り除
く方法である。

容器部品１２および１４は、粉末予備成形物１８の性質
に不都合ではなＬ・すなわち悪影響を及ぼさな℃・温度
とその温度における時間との組合せで（すなわち、団結
して緻密な圧縮粉予備成形物１８を規定した後で）溶融
する材料から形成することができる。

例えば、銅のような金属で容器を造ることができる。

これは Ｊ、 Ｒ，Ｌｉｚｅｎｂｙにより１９８０年７
月３０日付けで出願された米国特許出願第１７３，６４
８号（譲受人二本出願人）明細書の記載事項に従ってな
し得る。

予備成形物１８の圧縮後であって容器部品１２および１
４からの予備成形物１８の除去後、予備成形物に含まれ
て（・る材料または塊の量を測定する。

これは工程２で予備成形物を計量することによって行な
われ得る。

その後、この方法は物品の所望の最終成形物の材料の量
より過剰である予備成形物１８の外面の周囲の材料を除
去する工程を含んで（・る。

予備成形物１８をエツチング浴を通すことにより、工程
３で材料を除去することも可能である。

予め決めた条件下、エツチング浴の溶液内に予備成形物
を浸して、予備成形物から適切な量の材料または塊を除
去する。

予め決めた条件には、溶液の温度、溶液を通過する電流
および予備成形物を溶液内に浸す時間が含まれる。

工程４は、予備成形物１８を完全に取り囲みかつ予備成
形物１８を最終キャビティ２６の形状に一致せしめるた
めの最終キャビティ２６内に予備成形物１８を取り入れ
て、物品２８の最終成形物を造ることを例示してＬ・る
。

プレスのダイ３００間に加熱した予備成形物１８を置く
ことにより、予備成形物を最終キャビティ２６内に取り
入れる。

ダイ３０は最終キャビティ２６を規定しまたダイ３０の
閉鎖により予備成形物１８は加圧され、予備成形物が成
形されて物品２８の最終成形物が得られる。

ダイ３０は種々の周知の方法におち・て置かれることが
可能である。

図示されても・るように、予備成形物１８は、その第一
の方向すなわち図示された長円形状の予備成形物の長軸
方向（図示された予備成形物の図面上の縦方向をＬ・う
）の寸法カー、最終成形物２８の第一の方向（図示され
た最終成形物の図面上の縦方向を℃・う）の所望最終寸
法よりも大きくなるように成形される。

予備成形物１８はまた、その第一の方向である長軸方向
を横切る第二の方向すなわち図示された予備成形物の短
軸方向（図面上、横方向を（・う）の寸法が最終成形物
２８の第二の方向（図面上、横方向を（・う）の所望最
終寸法よりも小さくなるように成形される。

図示したように、予備成形物１８の横断面形態は長円形
であり、一方最終成形物の横断面形態は円形である。

図示されたような予備成形物１８の縦方向である第一の
方向でこの予備成形物にまず圧力を加えるようにダイ３
０を閉じることによって、該予備成形物１８をダイ３０
内に囲み入れる。

換言すれば、ダイ３０は、予備成形物の該縦方向でこの
予備成形物にまず圧力を加えるように長円形状の両端に
接触し、この縦方向の寸法を物品２８の所望の最終寸法
まで減少せしめる。

かくして、予備成形物１８の該横方向の寸法が物品２８
の所望の最終寸法まで増大する。

換言すれば、ダイ３０は一緒に移動するので、ダイは、
ダイの閉鎖方向で計画的な過大寸法の予備成形物に最初
にかみ合う。

また、両側面間の横の寸法は所望寸法より小さく・ので
、その寸法は成長し、増大する。

予備成形物１８を測定しかつキャビティを正確に充たす
のに要する量より過剰な材料（塊）を除去してしまうの
で、横寸法カー増大すると、予備成形物１８の両側面は
キャビティ２６の壁体に接触し、同時にダイ３０はその
分割面で相互にかみ合う。

この方法では、最終物品２８にどんなばりも生成しなし
・ことが明らかである。

すなわち、キャビティ２６の外側であってダイ３００分
割面の間の外方にはみ出す物品２８の材料は少しもなＬ
・。

従って、上記方法により、生成する形状の点からみて精
密な物品が得られるばかりでなく、キャビティ２６に隣
接する分割面におけるダイ３０の摩耗も失くなる。

多くの場合には、物品２８の最終成形物における材料（
塊）の量よりも多量の材料を用Ｌ・た予備成形物１８を
まず成形することが所望である。

これにより、最終物品２８におち・て所望な材料（塊）
の量よりも少ない量の材料のために使用できなＬ゛よう
な予備成形物を成形することが防止される。

最終キャビティ２６は、それが所望物品の最終形状を提
供するとＬ・う点でのみ最終なのであって、この「最終
」とＬ・う用語は、物品２８がさらに加工処理され得な
し・ということを意味してＬ・るわげではなく、さらに
加工処理されることもある。

また、除去工程にお℃・て、特に複合形状物の物品を加
工処理する場合、物品の異なった部分では、物品の他の
部分の除去される材料の量とは比例的に異なった量の材
料が除去される。

予備成形物の異なった部分が最終キャビティ２６に比例
するようにまた予備成形物の材料（塊）の点からみた全
容積が最終キャビティ２６の容積と正確に同じであるよ
うに、予備成形物１８から材料を除去することが重要な
のである。

予備成形物はまた、プレスの代りにオートクレーブ内で
形成することも可能である。

以上本発明を例示的態様で記述したが、使用した用語は
制限的な意味を意図して（・るのではなく、むしろ例示
的な一般的意味を意図してＬ・るのである。

上記技術事項を勘案して、本発明の多くの改良および変
型が可能である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の方法に包含される主要工程を示す
系統図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物品の最終成形物を完全に取り囲みかつ有する最終
   キャビティ内で物品を成形して最終成形物にする方法で
   あって、物品の最終成形物の大体の形状を有する予備成
   形物を成形し、そして予備成形物を完全に取り囲みかつ
   予備成形物を最終キャビティの形状に一致せしめるため
   の最終キャビティ内に予備成形物を取り入れて、物品の
   最終成形物を製造する工程を含んでＬ・る該成形方法に
   おＬ・て、 最終成形物の第一の方向の所望の最終寸法よりも予備成
   形物の第一の方向の寸法が大きくなるようにかつ最終成
   形物の第一の方向を横切った第二の方向の所望の最終寸
   法よりも予備成形物の第二の方向の寸法が小さくなるよ
   うに予備成形物を成形せしめ、予備成形物に含まれてＬ
   ・る材料の量を測定し、予備成形物を最終キャビティ内
   に取り入れる前に、最終キャビティの容積を完全に充填
   するのに要する材料の量より過剰の材料を予備成形物か
   ら除去し、そして第一の方向で予備成形物にまず圧力を
   加えて、第一の方向の寸法を所望の最終寸法まで減少せ
   しめ、一方、第二の方向の寸法を所望の最終寸法まで増
   大せしめることにより予備成形物を取り囲むことを特徴
   とする該成形方法。 ２ 予め定められた条件下、エツチング浴内に予備成形
   物を置くことにより、過剰量の材料を除くことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 粉末を予備成形する際に使用するためのキャビティ
   を完全に取り囲む壁体を有しまた該キャビティの輪郭を
   正確になぞらなＬ・ような充分な厚さを有しまた実質的
   に充分緻密でありかつ非圧縮性でありかつ高温で塑性流
   れとなり得る材料で造られてＬ・る厚肉容器内の該キャ
   ビティ内に一定量の粉末を封入し、容器および粉末を、
   粉末が緻密になる温度に加熱し、そして容器の外側全表
   面に外圧を加え、それによって容器材料の塑性流れを生
   せしめて、粉末を緻密化せしめて予備成形物にする静水
   圧を粉末にかげることにより予備成形物を成形すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 予備成形物周囲から容器材料を溶融することにより
   、容器から予備成形物を除去することを特徴とする特許
   請求の範囲第３項に記載の方法。