JPS62502973A

JPS62502973A - 材料の動的装填方法及び装置

Info

Publication number: JPS62502973A
Application number: JP61501502A
Authority: JP
Inventors: ページ　ネイル　ダブリュー
Original assignee: ユニバ−シテイ−　オブ　クイ−ンスランド
Priority date: 1985-03-04
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1987-11-26
Also published as: EP0250408A4; NZ215360A; US4770849A; WO1986005131A1; GB2193148A; CA1244213A; EP0250408A1; GB8720635D0

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】発明の名称材料の動的装填方法及び装置発明の分野本発明は材料の動的装填方法及び装置に関するもので、詳言すれば、固体相材料の加工又は突き固め中に存する衝撃波の通路中に剰余部材を添加することにある。

背景技術材料をハンマー、ピストン又はパンチ等により衝撃させることにより材料を成形又は突き固めることは十分に確立されている（例えば、　１９８１年３月１０日に発行されたインステイチュートセラック　ソシエテ　アノニム名義の米国特許第４，２５５，３７４号明細書参照）。

発明の目的本発明の目的は材料を装填させる従来技術の方法を良好に制御することができるようしこ動的に装填されている材料内の応力波の伝播を変更する材料の動的装填方法及び装置を提供することにある。本発明の他の目的および利点は後述する。

発明の概要本発明は、材料が支持手段内に装填されかつ応力波を発生する手段によって衝撃され、材料と応力波を発生する手段との間にインピーダンス手段を設け、該インピーダンス手段が動的に装填されている材料内の応力波の反射を生ずるのに有効であることを特徴とする固体材料または固体材料の粉末のごとき材料の動的装填方法を提供する。

本発明は材料が装填される支持手段および衝撃波を発生する手段からなり、インピーダンス手段が材料と衝撃波を発生手段との間に設けられる固体材料または固体材料の粉末のごとき材料の動的装填装置を提供する。

インピーダンス手段は応力波を発生する手段に直接適用させることができるか、又は応力が加えられている材料に隣接して配置させやことができる。

インピーダンス手段の目的は、（ａ）応力（圧力）が時間にしたがって変化する方法を変化するか、または、（ｂ）加工されている材料内の衝撃波反射の性質を変化することによってより高い圧縮応力（圧力）を生ずるか、またはこれらの両方によって衝撃波の伝播を変更することにある。

本明細書において用語「固体相」は液体またはガス相から区別して固体相を単に示す。代表的な材料は金属、プラスチックおよびセラミックを包含する。用語Ｆ高衝撃インピーダンス」はインピーダンス不整合が存することを単に意味する。

図面の簡単な説明第１図は本発明を適用した装置の概略断面図、第２ａ図は第１図の装置で加工した材料が受ける特性応力を示す波形図、第２ｂ図は衝撃により粉末が受ける圧力を略示する説明図、第３図および第４図は本発明を粉末の加工に適用した例の概略断面図、第５ａ図及び第５ｂ図は第３図及び第４図の装置の作動において生じる状態に対応する波形図、第６ａ図及び第６ｂ図は第３図及び第４図の装置で加工された材料に生じる圧力変化を示すグラフ図である。

発明を実施するだめの最良の形態以下の説明を簡単化するため、本発明を粉末材料の動的突き固めに適用した例に関して説明するが、原則として一方の物体を他方の物体に衝突させることによって発生する応力波を利用する他の方法にも適用することができる。

本発明の詳細な説明に役立つ動的粉末突き固めの方法は型（第１図）内に強制させた粉末に当てるガス駆動ピストンを利用する。衝突時に初期の衝撃波が粉末中に形成される。これは圧力の急激な増大がそれを横切って存する圧縮応力波である。

これはそれを圧縮する粉末を通って伝播する。同時にピストン／粉末中間面から離れてピストンに伝播するピストン内に形成された圧縮応力波がある。応力波の作用は第２図に示されている。

第１図の装置において、ピストン１０は型ブロツク１３内の型挿入体１２内に収容された粉末１１に発射管１４に沿って放射される。

ピストン１０は弁付き供給源１７から供給される容器１６内の高圧ガスによって推進される。ピストン１０は容器１６を発射管１４に連通ずる開口部２１を制御する高速作動弁１５によって選択的に作動される。高速作動弁１５は弁１８及び１９を有するライン内の圧縮ガスによって切り換えられる。弁１８の作動は高速作動弁１５を閉止し、弁１９の作動は高速作動弁１５を開放する。

初期衝撃波の強さはピストン材料の衝撃インピーダンスと、衝撃時のピストン速度と、粉末についての圧力密度とに依存する。初期衝撃の強さを最大にするために最良の方法は衝撃時のピストン速度を最大とすることが通常認められている。

しかし、ピストンの後側にドライバーガスの一定のエネルギを付与すると、これはピストン内の一定の運動エネルギのため質量が低ければ低い程速度は益々高くなることを意味する。従ってピストンは低密度の材料から作るのが普通である。

初期衝撃波の通過は状態１から状態２に粉末を高め、状態２は高圧によって特徴づけられている（第２図に見られるように）。

初期衝撃波が型の基部に達すると、反射波及び伝達波が存在する。粉末及び型材料の相対的衝撃インピーダンスに依り、反射波及び伝達波は通常圧縮であり、反射波がピストン面に向って伝播するので状態３において粉末をさらに圧縮する１反射波がピストン面に達するとき、さらに他の反射がある。幾つかの状況においてこの反射波が粉末内の圧力をさらに増加する性質において同様に圧縮するのが望ましい、しかし、初期衝撃の強さを最大にすべく選ばれた軽いピストン材料により、ピストンの衝撃インピーダンスは状態２で粉末内の衝撃インピーダンスより通常低く、従って張力波が反射される。この１つの結果は生ずる突き固めの頂部層（すなわちピストンに隣接する層）が適切に結合せず、緩く型破りの外観を有する。これは金属粉末が固められているときに発生する。この段階で反射されるような圧縮波のため、ピストン面材料の衝撃インピーダンスは粉末内の衝撃インピーダンスより高くなければならない。本発明はピストンと粉末との間の高衝撃インピーダンス材料からなる比較的薄い層（以下「パンチ」と称する）の挿入にあるので、低ピストン質量の利点が保持される一方、明白な衝撃インピーダンスが高められる。以下でより明確となるように、「パンチ」の厚さは時間尺度を延長する厚いパンチを有する場合の時間尺度に影響する。

パンチ２２は、第３図に示したように、又は第４図に示したように粉末に隣接させるか、又はピストン１０に固着させることができる。これら両方の場合について生じる衝撃波は性質上同じであるが応力／衝撃波はピストンの前面に固着させたパンチの場合にパンチ／粉末中間面で、そしてパンチが粉末に最初隣接していた場合についてはピストン／パンチ中間面で開始する８これら２つの場合はそれぞ九第５ａ図及び第５ｂ図に示している６２つの場合の主たる差異は異なる強さの波に存する。ピストンの前面に非常に高い衝撃インピーダンス材料の層を添加するため、粉末上でのパンチに面したピストンの衝撃は粉末内の非常に高い強さの衝撃波の発生を生じる６しかし、パンチ内に続いて生じる多数の反射は達成された圧力以下の圧力まで下がってパンチを解放（アンロード）する粉末に一連の張力波を送る。すなわちパンチが存在しない（第２ｂ図におけるように）。

パンチに隣接する粉末の結果として生じる圧力一時間履歴は型の後部からの反射波の存在なしに第６ａ図に示されている。圧力の各段階は応力波によるパンチの長さの２回の横断（各方向に１回）について取られる時間に対応する時間増加によって分離される。最初に粉末に隣接するパンチを有する第２の場合についての対応する圧力の履歴は第６ｂ図に示されている。この場合に粉末中の圧力は最初低く、そしてパンチ中の一連の波反射により、パンチが存在せずに即ち第２ｂ図におけるように）達成された値より高い値に高まる。符号２３で示した点線はパンチが存在しない場合の結果を示す。

そのように、粉末内の応力波について高反射面を設けることに加えて、パンチは粉末内に伝播する初期衝撃波の圧力一時間履歴を変更する。パンチがピストンに取付けられている場合［こ、非常に高いピーク圧力が粉末内に達成されるが、圧力はパンチの厚さに依存する割合で降下する。

考え得る最高の圧力が粉末内に望まれるならば、パンチはピストンに取付けるべきである。しかし、高圧力は複雑な形状の型内に粉末流を伴なう高粒子速度のごとく適用において望ましくないかも知れない高粒子速度に対応する。このような適用において低い粉末速度が望ましく、そしてこれらは高いピーク圧力により達成させることができ、この時間は、パンチを最初粉末に隣接して置くことにより、粉末及びパンチ内の多数の衝撃波反射による時間周期にわたって高まる。考え得る形状の範囲は適宜な寸法の開口部を有する型形状が使用させることができるように突き固められる面が必要であるという限定があるだけ実施例２つ成形体が第１図に示した種類のガス駆動ピストン装置を使用する鉄粉から作られた。これらの成形体は直径約２５ａｎで深さ１０ｎｙｎの簡単な円筒形状であった。ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）から作られたピストンが使用され、両方の場合に約２８０ｍ／ｓで成ルさｉｃだ、成形体（ａ）はピストンに直接成形させた。それはこの方法において作られたすべての成形体の型破りの頂面特性を有した。その密度は鉄についての理論的密度の約８３％であった。

成形体（ｂ）は第４図におけるように、粉末に最初隣接する約６ｍの長さの鋼製パンチを有した。他の点では成形体（ａ）を製造する試みと同一の試みであった。成形体（ｂ）は鉄の理論的密度の約８８％、の密度を有した。

達成されるべき結論は、第２ａ図の状態４の剰余の圧縮波反射が（ｂ）の場合に優れた成形体に至るということである。

ピストン及びパンチの相対的な密度、質量および材料、ピストンの衝突速度および装置の他の設計パラメータが特定の用途についての最も適切な作動状態を供するように決定させることは当業者には容易に明らかである。しかし、本発明の「パンチ」の包含は言及された、例えば引用したアメリカ合衆国特許における公知の装置を越える顕著な改良を生ずる。一定の条件によたすように衝突により流動することができる。例えば、条件が適切ならば、幾つかのプラスチックは適宜な型内に詰込みによりモールドさせることができる。

種々の変化および変更を本発明から逸脱する二となく上述した実施例に行うことができる。

ＦＩＧ　’１ＦＩＧ　２ＡＦＩＧ　４ｉＥ随１０６Ａヅｋ（・１・時開　れ＝ＣちΔＸ国際調査報告ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣ）ｌ　ＲＥＰＯＲＴ　０ＮＵＳ　４０４９３６７　ＦＲ２２０１９７４Ｇ８　１４４３９６３　ＪＰ４９０Ｓ８４７３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）材料を支持手段内に装填させ且つ応力波を発生する手段によって衝撃させる固体材料又は固体材料の粉末のごとき材料の動的装填方法において、材料と応力波を発生する手段との間にインピーダンス手段を設け、該インピーダンス手段が動的に装填されている材料内の応力波の反射を生ずるのに有効であることを特徴とする材料の動的装填方法。
（２）応力波を発生する手段は選択的に駆動される衝撃手段であり、インピーダンス手段は衝撃手段と材料との間に挿入されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の材料の動的装填方法。
（３）インピーダンス手段を支持されるべき衝撃手段に取付け、それにより材料と接触し、初期衝撃波と続いて起るその反射を発生し、該反射はインピーダンス手段なしに存する圧力以下の圧力まで材料を解放することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の材料の動的装填方法。
（４）動的に装填されている材料は粉末であり、支持手段は型であり、衝撃手段はピストンであり、そしてインピーダンス手段はピストンの前面に固着させた板状体であることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の材料の動的装填方法。
（５）インピーダンス手段が材料と前記衝撃手段との間で、この衝撃手段によって衝撃されるとき、インピーダンス手段なしに存する圧力より低い圧力で材料内に初期衝撃波を発生すべく材料に当接し、その圧力は材料内の続いて起る反射によって階段状に上昇させることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の材料の動的装填方法。
（６）動的に装填されている材料は粉数であり、支持手段は型であり、衝撃手段はピストンであり、そしてインピーダンス手段は板状体であることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の材料の動的装填方法。
（７）動的に装填されている材料は少なくとも２つの固体材料の粉末からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の材料の動的装填方法。
（８）支持手段は型であり、応力波を発生する手段は発射管に沿って突き出されるピストンであり、そしてインピーダンス手段は粉末とピストンとの間の板状体であり、ピストンは粉末と接触して駆動されそれにより粉末／型及び粉末／板状体中間面から粉末内部で反射される衝撃波を発生することを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の材料の動的装填方法。
（９）板状体をピストンに取付け且つ支持させたことを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の材料の動的装填方法。
（１０）板状体を粉末に当接し且つピストンによって衝撃させることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の材料の動的装填方法。
（１１）材料を装填させる支持手段と、衝撃波を発生する手段とからなる固体材料又は固体材料の粉末のごとき材料の動的装填装置において、インピーダンス手段を材料と衝撃波を発生する手段との間に設けたことを特徴とする材料の動的装填装置。
（１２）支持手段は発射管に開放される型であり、そして衝撃波を発生する手段は発射管内に収容され且つ型に向って選択的に突き出されるように作動するピストンであることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の材料の動的装填装置。
（１３）インピーダンス手段が型に向けられたピストンの面に取付けられた板状体であることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の材料の動的装填装置。
（１４）インピーダンス手段は材料とピストンとの間の型の開口部に挿入される板状体であることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の材料の動的装填装置。
（１５）ピストンは供給源からの高圧ガスによって型に向って突き出され、高圧ガスは弁手段によりピストンの後ろで、発射管内に選択的に切り換えられることを特徴とする特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の材料の動的装填装置。
（１６）ピストンは供給源からの高圧ガスによって型に向って突き出され、高圧ガスは、弁手段によってピストンの後ろで、発射管内に選択的に切り換えられることを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の材料の動的装填装置。
（１７）応力波を発生する手段は弁によって選択的に切り換えられる圧縮ガスによって発射管に下方に突き出されるポリ塩化ビニル製のピストンであり、そしてインピーダンス手段は銅製プレートであることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の材料の動的装填装置。
（１８）銅製プレートはポリ塩化ビニル製のピストンに結合されることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載の材料の動的装填装置。
（１９）銅製プレートはポリ塩化ビニル製のピストンによって衝撃されるべき材料に隣接して配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載の材料の動的装填装置。