JPS6039101A - 粉末成形用金型 - 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】 本発明は粉末冶金法において使用される粉末成形用金型
の表面処理に関するものであり、その目的とする所は、
本処理によって金型から圧粉体を抜き出す時の摩擦力を
減少させて、圧粉体に発生ずるクラックを防止すること
を主目的としたものである。

粉末冶金法で鉄系高強度部品を加圧成形する場合に、圧
粉体にクラックが発生する場合がある。

特に形状が複雑で、下パンチを複数個に分割した場合に
は、この傾向が著しい。成形時に発生したクラックは、
以後の工程で消滅させることはでき１− ないので、検査で発見されない場合には製品中にクラッ
クのある品物が混入することになり、製品の信頼ｍ上重
人な問題となる。この防ＩＩ対策としては、クラックの
原因が金型、圧粉体それぞれの歪みおＪ：び金型と圧粉
体間の摩擦抵抗にあるところから、通常ダイ内面に抜き
勾配を付け、または端部を曲面とする等の形状的な方法
と、ダイ材質の選択、即ち超硬合金を使用する方法が経
験的に用いられている。

本発明者らはこれ以外の対策を検討した結果、金型各部
材の圧粉体に接する面に窒化処理を施すことが、クラッ
クの防１１ｏに有効なことを見出したものである。以下
にこの内容を説明する。

第１図に断面形状を示した汁粉体について、成形プレス
の動作条件を変えで、クラックの発生した圧粉体を作成
した。クラックの発に１」ッだ個所は図中に矢印で示し
た３箇所であった。水圧粉体に樹脂を含浸さ１！たのち
、切ｌＩｉ？ｉｎ磨して、クラック発生部分の組織を調
べ、また原料粉を金型に充填する”際に、着色粉末を層
状に充填し、成形による−２＝ 原わｌ’ｌ）の流動状態を調べた。この」；うにしてク
ラックの発生原因の推定を行（７９た結果、前記の試ｒ
ｌ中には、原料粉の加圧成形中の局部的な過剰変形に起
因すると考えられるものはなく、その全数が金型から圧
粉体が抜き出（＼れる時に、局部的に大きな応力が加わ
り破断ｌ〕だと推定された。なお前記の実験１１’ｌ　
ｍは鉄系原ｙｐ＋粉を使用した外径おＪ：び内径がそれ
ぞれ１／Ｉ４および３５ｎ＋ｎ＋の圧粉体に対する二す
のである。

汁粉体は塑性変形した原料粉が単に機械的に接合したに
過ぎず、極めて脆弱（通常、引っ張り強さ２〜３　ｋｑ
／−程度）であることを考慮すれば、クラックの発生は
、ＪＴ粉体を金型から抜き出す時に作用する力、即ち抜
き出し力が汁粉体に対し、局部的に集中して作用１れば
、イの応力値は容易に限Ｗ値を越え、破断してクラック
を発生させると説明される。

従ってクラックを防１にする方法は大別して２種に分類
できる。イの第一は、金型の構造の改善。

プレスの運転条（’ｌの最適値の把握等により、前記の
応力集中を避けることである。第二の方法は抜き出し力
を低下させて、年中応力の値を低下させることである。

実際には製品形状とプレスの構造から、金型の構造はほ
ぼ定まり、またプ１ノスの運転条件の範囲にも限界があ
るため、前者で解決することは少ない。後者の抜き出し
力は、圧粉体を金型から扱き出す時のダイが圧粉体にり
える側圧ど、両者間の摩擦係数との積となる。この側圧
は成形圧力、ダイおＪ：び圧粉体の形状と、これらの材
料の弾＋１１率で定まる。材料力学的手法で算出すれば
、ダイの祠オ′１１を鋼から弾性率がより高い超硬合金
に代えることにより、側圧が減少することが容易に判る
。前記の経験的事実は、クラックの防Ｉ［には前記の考
え方は正しく、摩擦力を減少させることが有効な手段で
あることを示している。

本発明は、通常粉末冶金法の粉末成形用金型に使用され
る鋼製金型について、汁粉体と接する面に表面処理を行
なって、両者間の摩擦係数を１１（下さ１ｔ１前記とほ
ぼ同様な効果を冑たｂのである。

水沫の特徴は、安価な鋼材を使用したにも拘ら３− ず高価な超硬合金に近い効果を得られることと、研削ス
ノ［の乏しい超硬合金よりも金型を加Ｉ　７１−る際に
加１１．やすいことにある。

表面処理について述べれば、まず高圧力下で剥離しては
いけない。これは高強度鉄系焼結材では成形圧は通常５
〜６ｔ／ｃａであり、この程度の圧力下でも安定に存在
する必要がある。また本処理により金型に寸法変化を生
ずることは当然好ましくない。これらの点から金型表面
への塗布方法よりも、その表面層を反応さ１！、圧粉体
に対し摩擦係数の低い物質を生成させる方式が望ましい
。

また鋼製金型の通常の製作工程は、焼ぎなまし材を粗加
工によりほぼ所定の形状とし、熱処理により硬化したの
ちイ１＼ｌ二げ加工を行なうので、本処理は仕上げ加工
後に行ない、１つこの時の処理温度が前記熱処理の焼き
戻し温度を越えないことが必要条件となる。これらの諸
点を考慮ｉ）で、表面処理方法として窒化を選んだ。以
下に水沫の適用の可能性ＷＩ認を目的とした実験の内容
、および実用金型に適用した実施例について、本発明の
内容４− を述べる。

実　験 ダイおよび−１，下パンチは高速度鋼Ｓ　Ｋ　ｌ−１９
よりなり、所定の焼入れ焼き戻しを行なって、硬さをＨ
ＲＣ６５とした。ダイの内径は１１．３１１１１１１．
上下パンチの外径は共に１１．２５ｎｕｎとした。ダイ
は２謹製作し、内１箇は前記の状態と１ノ、他の１ｍは
溶融塩浴による窒化処理（タフトライド処理）工程を追
加した。本処理の温度は５７０℃であり、生成した化合
物層の厚さは３〜５μであった。

使用した原料粉は、１００メツシコ以下のアトマイズ鉄
粉に潤滑剤と１ノでステアリン酸亜鉛０．５〜１％を添
加した。

成形圧３〜７ｔ／ｃＪとして、厚さ１１０ｌｌ１の円板
状の圧粉体を作成し、このどきの抜ぎ出し圧力、即ち圧
粉体の単位側面積当たりの抜き出し力および圧粉体の見
掛は密度の測定を行なった。

見掛は密度の測定値を第１表に、抜き出し力の測定結果
を第２図に示した。同図中１０．２０゜３・０で示した
曲線は、それぞれ潤滑剤の添加量が０、！’ｒ、ｏ、８
．１％の原１１粉を使用１ノ、ダイの窒化処理を省いｌ
ご場合の舶であり、１１．２１．３１はそれぞれ同種の
原料粉を使用し、ダイに窒化処理を施した場合の値であ
る。本図から、抜き出し力を低下さ１！るには、潤滑剤
の増加と同様に、窒化処理１プまた有効イｆ−Ｔ段であ
ることが判る。この事実は、潤滑剤添加量ど抜き出し圧
力の関係を示した第３図から、さらに容易に確認でさる
。２ｆｆｉお図中’ＩＯ，４１で示した曲線は、それぞ
れ使用したダイの窒化処理の無しおよび有りに対する曲
線である。このＪ：うに潤滑剤の通常の添加郁である０
、　５〜１％に１１する抜ぎ出しカの値を、水沫の適用
により、さらに低下させることが可能となる。

またダイ表面の摩擦係数が減少することに起因して、第
１表に示すように、圧粉体の見掛は密度を高めること；
ｂ判明した。本実験ではダイど圧ゎ）体間の摩擦にのみ
着目したが、圧粉体に接する金型表面の全てに対しても
、同様な効果を生ずる筈である。従って実施例について
は、実用金型の全面に窒化処理を施ｌノて確認試験を行
なった。

第１表　（成形条イ′１と見掛【プ密Ｎｔ！＋／ｃｙｉ
ｔ）実施例 汁粉体はぞの断面形状を第１図に示した南中であり、圧
粉体の諸元は、端数７５．歯先円および歯底円の直径は
それぞれ１／１４，１３５ｍｍ、軸孔径、リム内径、歯
幅およびウェブ厚さはそれぞれ７０．１２２，１３．６
ｍｍである。使用シタ金型の構造は第４図に示した。図
中１．２，３．４はそれぞれ汁粉体、ダイ、上パンチお
よびコアを示した。また５および６は２箇に分割した下
パンチであり、汁粉体の厚さの変化に対応さけた。本金
型は２粗製作し、内１組に窒化処理を行なった。

両者とも使用した材料は合金Ｔ貝鋼Ｓ　Ｋ　Ｄ　１１で
あり、所定の焼入れ、焼き戻しを行なった。窒化処理は
「実験」の項で述べた方法で行なった。

本実験に使用した原ｒ１粉は粒度１００メツシコ以下の
アｌ−マイズ鉄粉に黒鉛粉０．５％および電解銅粉４％
を配合し、潤滑剤ど（）てス７アリン酸亜鉛１％を添加
１ノで十分に混合したものである。

成形は圧粉体内部が均一に圧縮されるように、即ち下パ
ンチ４．５によって成形される部分の見掛Ｇ−Ｊ密度が
同一（６，９０±０．０５（１／ｃａ）と４【るように
、下パンチ４．５の充填深さを調整したのら、６箇／分
の成形速疫で１０００箇、連続成形を行なった。次いで
この１０００箇の最初および最後から各２０箇を選ｌυ
で成形圧力、抜き出し力を測定し、また圧粉体の外観を
目視してクラックの発生した汁粉体の個数を調べた。

抜き出し力は、下パンチ４に比べて受圧面積の大きな下
パンチ５に、線歪みゲージを貼り付け、この歪み量と下
パンチ４，５の受圧面積の和からＩγ出した３、なお本
実験に使用したプレスの能力は７５０トンである。

実験結果を第２表に示した。木表から窒化処理にＪ：っ
て、圧粉体の抜き出し力を低下させ、圧粉体に発生する
クラック防止に有効であることが確認された。また窒化
無しの金型に１つの部品を窒化有り品と交換して実施例
と同様な実験を行なった結果、最も大きな効果を示した
部分はダイの内壁であった。

第２表　（表面処理と成形不良） 上バンブに凹所がある場合には、この部分の側壁部の摩
擦に起因して、圧粉体が上パンチから離脱せず、金型や
プレスを破損する重大事故が発生する場合がある。水沫
を上パンチに適用することは、このような事故の発住防
１トにも有効であると推定される。

以上述べたように、水沫の原理は、圧粉体ど金型表面間
の摩擦を減少させることにある。従って汁粉体と接する
金型面に適用して有効であり、またそれ以外の部分に適
用しても前記の効果は示さないが、成形時に特に悲影響
は示さｌ、＞　（１）。

図面の簡１１ｉ１．Ｔ、説明 第１図は成形Ｉ４にクラックが入りやすい形状の例で市
る歯巾の断面形状ど、クラックの発生位買を示す図面、
第２図おＪ：び第３図はダイの内壁に本発明を適用し／
ｊ場合の扱き出し力の減少を示すグラフ、第４図は実施
例で使用した金型の主要部を示づ゛図面、第５図は粉末
成形装置の全体構成を示す図面である。

１・・・圧粉体　２・・・グイ（外型）３・・・十パン
ヂ　４・・・］ア「１ツド５・・・固定下パンチ　６・
・・浮動下パンチ代理人　増　渕　邦　彦 １１− 成形圧力（Ｎ／ｃｍ”） 馬３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ダイおよび上下のパンチを具える粉末成形用金型に
   おいて、金型を構成する各部材中受なくともダイの材質
   を窒化可能な鋼材とし、焼入れ焼戻し後に窒化処理を施
   したことを特徴とする粉末成形用金型。