TW201416149A - 混合粉末之高密度成形方法及高密度成形裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種混合粉末的高密度成形方法及高密度成形裝置，將基礎金屬粉末與低熔點的潤滑劑粉末混合物的混合粉末填充到相對於第二模具的內部尺寸100%僅小1%~5%內部尺寸的第一模具中，在第一模具內對混合粉末施加第一加壓力成形混合粉末中間壓縮體，加熱該混合粉末中間壓縮體將混合粉末中間壓縮體的溫度積極升溫到潤滑劑粉末的熔點相當溫度，將升溫後的混合粉末中間壓縮體裝入已預熱到熔點相當溫度的第二模具，在第二模具內對混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力成形高密度的混合粉末完成壓縮體。

Description

混合粉末之高密度成形方法及高密度成形裝置
本發明關於一種高密度成形方法及高密度成形裝置，可通過對混合粉末進行二次加壓而成形高密度(例如7.75g/cm3)的粉末壓坯。
通常，粉末冶金技術是先對金屬粉末加壓(壓縮)進行成形處理成形規定形狀的粉末壓坯，接著將粉末壓坯加熱到該金屬粉末的熔點附近的溫度並促使粒子間結合(固化)進行燒結處理的一系列技術。由此，可以用低成本製造出形狀複雜且尺寸精度高的機械零組件。
隨著對機械零組件更加小型輕量化的需求，要求提高粉末壓坯的機械強度。另一方面，如果將粉末壓坯暴露在高溫氛圍中則磁特性會降低。因此，在實際製造磁心用粉末壓坯時，有時會省略其後的高溫處理(燒結處理)。換言之，正在摸索一種即使不進行高溫處理(燒結處理)，也能提高機械強度的方法。
此處，有人提出機械強度會隨著粉末壓坯密度的增加而得到大幅(雙曲線型)提高。作為代表性的高 密度化方法，提出一種將潤滑劑混合在金屬粉末中以此來減小摩擦阻力並加壓成形的方法(例如專利文獻1)。通常是在基礎金屬粉末中混合約1重量%(1wt%)的潤滑劑成形混合粉末，對混合粉末進行加壓成形。還有人提出很多進一步提高密度的方案。該等方案大體分為改善潤滑劑本身和改善加壓成形暨燒結處理相關的流程。
作為屬於前者的方案，可以舉出組合球狀炭分子和板狀炭分子的碳分子複合體作為潤滑劑的方案(例如專利文獻2)；25℃的針入度是0.3mm~10mm的潤滑劑的方案(例如專利文獻3)。該等方案均為減小金屬粉末和模具間的摩擦阻力的方案。
作為屬於後者的方案，已知的有溫熱成形暨燒結粉末冶金方法(專利文獻4)，操作方便化的前置溫熱成形粉末冶金方法(專利文獻5)，二次衝壓-二次燒結粉末冶金方法(例如專利文獻6)，以及一次成形-燒結粉末冶金方法(專利文獻7)。
開始的溫熱成形暨燒結粉末冶金方法是通過預熱混合有固體潤滑劑及液體潤滑劑的金屬粉末，使一部分(或全部)潤滑劑熔化並使潤滑劑分散在粒子間。該方法以此降低粒子間及粒子暨模具間的摩擦阻力從而提高成形性。操作方便化的前置溫熱成形粉末冶金方法設置有初級成形步驟，以在溫熱成形步驟前對混合粉末進行加壓成形操作方便化的低密度(例如密度比低於76%)的初級成形體，以低於使該初級成形體產生藍脆性溫度的低溫狀態 且將初級成形體一度崩解並進行二次成形步驟得到二次成形體(粉末壓坯)的方法。二次衝壓一二次燒結粉末冶金方法是一種以在模具內對包含合金成分的鐵粉混合物加壓並生成初級壓縮體，以870℃將該壓縮體(粉末壓坯)僅預燒結5分鐘並生成預燒結體，通過加壓該預燒結體而生成已二次衝壓的預燒結體，此後以1000℃將已二次衝壓的預燒結體燒結5分鐘來生成燒結零組件的方法。最後的一次成形一燒結粉末冶金方法是一種提前預熱模具並預先使內表面帶電附著潤滑劑，接著在該模具內填充已加熱的鐵基粉末混合物(鐵基粉末+潤滑劑粉末)，以規定溫度加壓成形鐵基粉末成形體，接著對鐵基粉末成形體實施燒結處理，進而進行光亮淬火，此後實施回火處理製造鐵基燒結體的方法。
如上述，使用潤滑劑或加壓成形暨燒結處理流程相關的任何改善方法，粉末壓坯的密度最高也就是7.4g/cm3(真密度的94%)左右。機械強度不夠。進而，進行燒結處理(高溫氛圍)時，由於隨著溫度暨時間而進一步氧化，所以粉末粒子塗布狀態的潤滑劑燃燒產生殘渣的結果，導致加壓成形後的粉末壓坯品質降低，因此，製造上的密度變成7.3g/cm3以下。而且，任何改善方法也都複雜且難免會變得成本高昂。操作也麻煩，實用性差。
尤其是考慮到用粉末壓坯製作電磁設備(馬達或變壓器等)用的磁心(磁芯)時，常被指出該種程度的密度(7.3g/cm3以下)遠不能滿足需要。要減小損耗 (鐵損、磁滯損耗)量提高磁通密度，就需要將粉末壓坯進一步的高密度化。例如，從日本平成21年度粉體粉末冶金協會秋季大會上的演講資料(株式會社豐田中央研究所提供)就可了然。磁心密度，例如即便是7.5g/cm3，在實際應用中，也被指出不僅是磁特性，其機械強度也不足。
關於該磁心用粉末壓坯的製造，提出一種二次成形-一次燒結(一次退火)粉末冶金方法(例如專利文獻8)。該提案的粉末冶金方法依據的技術內容是在磁性金屬粉末表面預先形成含有矽樹脂和顏料的塗層時，則其後即便進行高溫處理絕緣性也不會降低。即壓粉磁心的製造方法的特徵為：把表面包覆有含矽樹脂和顏料的塗層的磁性粉末預成形製作成預成形體，以500℃以上的溫度對該預成形體實施熱處理成形熱處理體，接著對該熱處理體實施壓縮成形。由於在500℃以下則在其後的壓縮成形時容易產生斷裂，在1000℃以上則會因絕緣塗層分解而失去絕緣性，所以，設熱處理用的溫度於500℃~1000℃的範圍內。從防止預成形體氧化的觀點出發，該高溫處理可在真空中、惰性氣體氛圍或還原性氣體氛圍中進行。因而有記載稱可製造出真密度98%(7.7g/cm3)的壓粉磁心。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平1-219101號公報
[專利文獻2]日本特開2009-280908號公報
[專利文獻3]日本特開2010-37632號公報
[專利文獻4]日本特開平2-156002號公報
[專利文獻5]日本特開2000-87104號公報
[專利文獻6]日本特開平4-231404號公報
[專利文獻7]日本特開2001-181701號公報
[專利文獻8]日本特開2002-343657號公報
但是二次成形-一次燒結粉末冶金方法(專利文獻8)與其他提案的方法相比，更加複雜化、個別化並且難於實現及實施，導致製造成本大幅度增高。再有，必須在500℃以上對預成形體進行熱處理為要件。為防止粉末磁心品質惡化而必須在特殊氛圍中進行，所以不適用於大量生產。尤其玻璃材質會變質暨熔解，所以不適用於包覆玻璃材質塗層的磁性金屬粉末的情況。
再有，無論在上述任何的提案方法暨裝置(專利文獻1~8)中，雖然記載有在比較高溫氛圍內可以實施燒結處理，但有關加壓成形步驟的詳細情況並不明確。與加壓成形機的規格暨功能、加壓力和密度的關係或其局限的相關分析也未見有與新的改善相關的記載。
因而從伴隨小型輕量化而要求更高的機械強度的角度看，當務之急是開發出可確實暨穩定並可以低成本製造高品質的高密度粉末壓坯(尤其是磁心用高密度粉 末壓坯)的方法暨裝置。
本發明的目的是提供一種混合粉末的高密度成形方法及高密度成形裝置，通過對混合粉末實施加溫前後的二次加壓成形可製造出高密度粉末壓坯並且可大幅降低製造成本。
根據用燒結冶金技術製造粉末壓坯的慣例，需要在高溫氛圍(例如800℃以上)對加壓成形的粉末壓坯實施燒結處理。但是，燒結用高溫處理不僅會消耗大量的能源，成本負擔巨大，且在保護地球環境上也有很大的害處，需要重新考量。
再有，以往加壓成形處理是將混合粉確立為具體的形態，其被認為是高溫燒結處理的前一階段(準備)的機械性處理，並一直是這樣來處理。但是現狀是只在製造用於電磁設備(電動機、變壓器等)的磁心用粉末壓坯時，例外地省略用於燒結的高溫處理。這是為了避免高溫處理後的不良影響(磁特性惡化)。即被迫接受機械強度的不足。機械強度不足是由於密度的問題，所以磁特性當然也不夠。
此處，如果不進行高溫燒結處理而僅以加壓成形處理就可實現粉末壓坯的高密度成形時，則應該能夠顯著提高粉末壓坯在產業上的利用及普及。本發明是根據分析並可實際製造高收益率地生產高品質粉末壓坯而創造 出來，上述分析是加壓時潤滑劑的有效性、含有潤滑劑粉末的壓縮極限性、潤滑劑粉末在混合粉末內的空間佔有性、對基礎金屬粉末與潤滑劑粉末的空間配置狀態和該等特性及潤滑劑的最終處置樣態的研究，以及一般的加壓成形機的特性、壓縮極限性及粉末壓坯的密度對強度或磁性的影響的分析。
即本發明將混合粉末填充到第一模具內，上述混合粉末是基礎金屬粉末中混合粉末潤滑劑，在維持潤滑劑的粉末狀態並通過第一加壓步驟成形中間粉末壓坯，接著通過加熱潤滑劑使其液化，使中間粉末壓坯內的潤滑狀態改變，此後在第二模具內進行第二加壓步驟成形為接近真密度的高密度的完成粉末壓坯，尤其是使第一模具的內部尺寸相對於第二模具的內部尺寸小1%~5%，以此使第二加壓步驟中不產生龜裂(裂縫、裂痕的總稱)而可穩定製造高品質粉末壓坯。換言之，其關於一種脫胎於需要高溫燒結處理的習知燒結冶金技術所創出的新的粉末冶金技術(潤滑劑液化步驟前後的二次加壓成形)，提供的是可確實穩定並低成本製造高密度粉末壓坯的具有劃時代意義的實用性方法和裝置。
(1)具體而言，本發明的第一樣態的發明相關的的混合粉末的高密度成形方法，其特徵為：向內部尺寸相對於第二模具的內部尺寸100%僅小1%~5%的第一模具中填充混合粉末，上述混合粉末是基礎金屬粉末與低熔點的潤滑劑粉末的混合物，在第一模具內向混合粉末施 加第一加壓力成形混合粉末中間壓縮體，加熱從第一模具取出的混合粉末中間壓縮體並積極將混合粉末中間壓縮體的升溫到該潤滑劑粉末的熔點相當溫度，將升溫後的混合粉末中間壓縮體裝入第二模具中，在第二模具內向混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力成形高密度的混合粉末完成壓縮體。
(2)在上述(1)的發明中，可將上述潤滑劑粉末的熔點設為低熔點的潤滑劑，上述低熔點屬於90℃~190℃的溫度範圍內。
(3)在上述(1)或上述(2)的發明中，第二模具可在接收混合粉末中間壓縮體以前先被預熱到熔點相當溫度。
(4)在上述(1)或上述(2)的發明中，第二加壓力可選擇與第一加壓力相等的值。
(5)本發明的第二實施樣態有關的混合粉末的高密度成形裝置，具有：混合粉末供給機，可向外部供給填充混合粉末，上述混合粉末是基礎金屬粉末和低熔點的潤滑劑粉末的混合物；第一加壓成形機，向用該混合粉末供給機填充到第一模具中的混合粉末施加第一加壓力成形混合粉末中間壓縮體；加熱升溫機，用於將從第一模具取出的混合粉末中間壓縮體的溫度升溫到該潤滑劑粉末的熔點相當溫度；第二加壓成形機，向已裝入第二模具的已升溫的混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力成形高密度混合粉末完成壓縮體，第一模具的內部尺寸比第二模具的內 部尺寸僅小1%~5%。
(6)在上述(5)的發明中，加熱升溫機和第二加壓成形機可由同時具有其二者功能的加熱加壓成形機形成，並且加熱加壓成形機由多台加熱加壓成形子機形成且各加熱加壓成形子機可在每個週期內選擇依序動作。
(7)在上述(5)的發明中，可具有預熱上述第二模具的預熱裝置。
(8)在上述(5)的發明中，還可具有工件傳送裝置，向上述加熱升溫機傳送上述第一加壓成形機所成形的上述混合粉末中間壓縮體，將上述加熱升溫機所加熱的上述混合粉末中間壓縮體傳送到上述第二加壓成形機，且將上述第二加壓成形機所成形的上述混合粉末完成壓縮體傳送到排出部。
採用上述(1)的發明，可確實穩定地製造高密度粉末壓坯且可大幅降低製造成本，並可高成品率製造沒有裂紋的高品質粉末壓坯。
採用上述(2)的發明，可在有助於抑制第一加壓步驟中基礎金屬粉末的氧化的同時充分確保潤滑作用。而且潤滑劑的種類相關的選擇性廣泛。
採用上述(3)的發明，由於可進一步提高在第二加壓成形中已熔解的潤滑劑的全方向流動性，因而除基礎金屬粒子間的摩擦阻力還可大幅減少並維持基礎金屬 粒子和第二模具之間的摩擦阻力。
採用上述(4)的發明，易於進行加壓成形步驟的執行及操作，間接地有助於進一步降低粉末壓坯的製造成本。
進而，採用上述(5)的發明，上述(1)~(4)有關的混合粉末的高密度成形方法可確實地實施並易於實現，操作簡單。可高效率地製造沒有龜裂的高品質粉末壓坯。
採用上述(6)的發明，與上述(5)的發明的情況相比，可進一步簡化裝置。也可促進生產線的簡化，操作變得更容易。
採用上述(7)的發明，通過預熱第二模具，即便在完成粉末壓坯成形開始之前混合粉末中間壓縮體的溫度有可能下降的情況下，也能將混合粉末中間壓縮體維持在固定的溫度範圍內，所以可得到良好的成形效果。
採用上述(8)的發明，通過具有工件搬運裝置，可將工件確實地在第一加壓成形機到上述加熱升溫機之間，從加熱升溫機到第二加壓成形機之間，以及從第二加壓成形機到排出部之間傳送。
另外，可從以下的說明明白上述之外的本發明的構成及效果。
1‧‧‧高密度成形裝置
10‧‧‧混合粉末供給機
20‧‧‧第一加壓成形機
30‧‧‧加熱升溫機
40‧‧‧第二加壓成形機
47‧‧‧第二預熱裝置
48‧‧‧多功能型加熱裝置
50‧‧‧工件傳送裝置
70‧‧‧加熱加壓成形機
70A,70B‧‧‧加熱加壓成形子機
100‧‧‧混合粉末
110‧‧‧中間粉末壓坯(混合粉末中間壓縮體)
120‧‧‧完成粉末壓坯(混合粉末完成壓縮體)
CRCK‧‧‧龜裂
d1‧‧‧第1模具內部尺寸
d2‧‧‧第2模具內部尺寸
圖1是用來說明本發明相關的高密度成形方法的圖。
圖2是用來說明本發明的第一實施形態相關的高密度成形裝置及動作的前視圖。
圖3A是用來說明本發明的第一實施形態的混合粉末的高密度成形動作的圖，表示以第一模具成形中間粉末壓坯的狀態。
圖3B是用來說明本發明的第一實施形態的混合粉末的高密度成形動作的圖，表示向第一模具內填充下一混合粉末的狀態。
圖4是用來說明第一實施形態的加壓力和以該加壓力得到的密度之間的關係的圖表，虛線表示的特性A表示用第一模具的成形狀態，實線表示的特性B表示用第二模具的成形狀態。
圖5A是用來說明本發明的第一實施形態的完成粉末壓坯(中間粉末壓坯)的外觀透視圖，呈圓環形。
圖5B是用來說明本發明的第一實施形態的完成粉末壓坯(中間粉末壓坯)的外觀透視圖，呈圓柱形。
圖5C是用來說明本發明的第一實施形態的完成粉末壓坯(中間粉末壓坯)的外觀透視圖，呈細長圓軸形。
圖5D是用來說明本發明的第一實施形態的完成粉末壓坯(中間粉末壓坯)的外觀透視圖，呈圓板形。
圖5E是用來說明本發明的第一實施形態的完成粉末壓坯(中間粉末壓坯)的外觀透視圖，呈複雜形狀。
圖6是製造本發明的第一實施形態中圓板形完成粉末 壓坯的上模具(上衝頭)及其下模具(模具、下衝頭)的模式圖。
圖7是用於說明本發明的第一實施形態的龜裂產生區域的圖表。
圖8A是用於說明本發明的第一實施形態的圓板形中間粉末壓坯的上視圖。
圖8B是用於說明本發明的第一實施形態的產生龜裂的圓板形完成粉末壓坯的上視圖。
圖9是用於說明本發明的第二實施形態相關的高密度成形裝置(及動作)的前視圖。
以下參照圖式詳細說明本發明的具體實施形態。
(第一實施形態)
本混合粉末的高密度成型裝置1如圖1~圖8B所示，具有混合粉末供給機10、第一加壓成形機20、加熱升溫機30及第二加壓成形機40，可穩定確實地實施本混合粉末的高密度成形方法，上述本混合粉末的高密度成形方法由下述各步驟構成：將混合粉末100填充到第一模具(下模具21)中的混合粉末填充步驟(PR1)，上述混合粉末100是向基礎金屬粉末中混合低熔點的潤滑劑粉末；在第一模具(下模具21)內向混合粉末100施加第一加 壓力P1成形混合粉末中間壓縮體(以下有時也稱為中間粉末壓坯110)的中間粉末壓坯成形步驟(PR2)；加熱從第一模具(下模具21)取出的中間粉末壓坯110積極升溫到該潤滑劑粉末的熔點相當溫度的加熱升溫步驟(PR3)；將加熱的中間粉末壓坯110裝入第二模具(下模具41)內的步驟(PR4)及在第二模具(下模具41)內向中間粉末壓坯110施加第二加壓力P2成形高密度的混合粉末完成壓縮體(以下有時也稱為完成粉末壓坯120。)的完成粉末壓坯成形步驟(PR5)，並可將第一模具的內部尺寸(直徑d1)設置成比第二模具的內部尺寸(直徑d2)僅小1%~5%高成品率地製造沒有龜裂的高品質粉末壓坯(完成粉末壓坯120)。
在本案說明書中的混合粉末100是指基礎金屬粉末和低熔點的潤滑劑粉末的混合物。再有，作為基礎金屬粉末，存在僅由一種主金屬粉末構成的情況，以及由一種主金屬粉末及在其中混合一種或多種合金成分粉末的情況，但無論是什麼情況都可以適用。低熔點是指與基礎金屬粉末的熔點(溫度)比較溫度(熔點)顯著較低的溫度(熔點)且可大幅抑制基礎金屬粉末氧化的溫度(熔點)。
在表示高密度成形裝置1的圖2中，配置在高密度成形線的最左側(上游側)的混合粉末供給機10是將混合粉末100供給到構成第一加壓成形機20的一部分的第一模具(下模具21)中並填充到其腔體22內的裝 置。具有保留固定量的混合粉末100的功能及定量供給功能，可在初始位置(圖2、圖3A以實線表示的位置)和第一模具(下模具21)的上方位置(圖3B以虛線表示的位置)之間選擇性地整體往返移動。
由於將混合粉末100均勻且充分地填充到第一模具(下模具21)內的每一處非常重要，所以混合粉末100必須是鬆散狀態。即由於第一模具(下模具21)的內部空間(腔體22)的形狀是與製品形狀對應的形狀，所以即便製品形狀複雜或是具有狹小部分的形態，在保證中間粉末壓坯110的尺寸精度上，最好不要填充不均勻或不充分。
完成粉末壓坯120(中間粉末壓坯110)的形態(尺寸、形狀)並無特殊限定，例如圖5A~圖5E所示。圖5A是圓環形、圖5B是圓柱形、圖5C是細長圓軸形、圖5D是圓板形、圖5E是複雜形狀。
即第一加壓成形機20的上模具25及下模具21的腔體22設置為與中間粉末壓坯110的形態(形狀)對應的形狀。中間粉末壓坯110的形態例如為圖5A~圖5E所示時，成為與其分別對應的形狀。中間粉末壓坯110的形態如圖5A所示為環形管形狀時，如圖2、圖3A、圖3B所示上模具(上衝頭)25的形狀為圓筒形且下模具21的形狀為中空環形管形狀。如圖5B所示為圓柱形時，上模具(上衝頭)25的形狀是實心圓筒(圓柱)形且下模具21的形狀為中空圓筒形。是圖5C的圓板形、圖5D的 細長圓軸形時，也是同樣的形態(但是，存在深淺的差異)。如圖5E所示是複雜形狀時，對應的複雜形狀。另外，對第二加壓成形機40的上模具(上衝頭)45及下模具41的腔體42也是同樣。
用於減小基礎金屬粉末的粒子間的摩擦阻力及基礎金屬粉末與模具內面的摩擦阻力的潤滑劑在常溫下選擇鬆散狀態的固形物(非常小的粒狀)即為粉末狀的物質。例如採用液狀的潤滑劑時，則由於混合粉末100的黏度增高且流動性降低，所以無法均勻並充分地填充。
接著，在常溫下的第一模具(下模具21)內施加第一加壓力P1執行中間粉末壓坯成形中，潤滑劑必須以固體形狀穩定維持規定的潤滑作用。即便存在因第一加壓力P1的加壓導致溫度有些微上升的情況，但仍應同樣穩定維持。
另一方面，從與中間粉末壓坯成形後實施的加熱升溫步驟(PR3)的關係及抑制基礎金屬粉末氧化的觀點來看，潤滑劑粉末的熔點需要設成與該基礎金屬粉末的熔點相比非常低的熔點(低熔點)。
在該實施形態中，潤滑劑粉末的熔點選擇為低熔點，上述低熔點屬於90℃~190℃的溫度範圍內。下側溫度(例如90℃)設成相比中間粉末壓坯成形中即便發生某程度的溫度上升估計也達不到該溫度的值(例如70~80℃)的上限溫度(80℃)仍有餘裕的值(例如90℃)，進而著眼於其他金屬皂的熔點(例如110℃)來進 行選擇。即徹底消除在中間粉末壓坯的加壓成形中潤滑油粉末熔解(液化)並流出的疑慮。
上側溫度(例如190℃)選擇從潤滑劑粉末的種類有關的選擇性放大的觀點看是最小值，尤其在加熱升溫步驟時從抑制基礎金屬粉末氧化的觀點看為最大值。即希望理解為該溫度範圍(90℃~190℃)的下側溫度和上側溫度不是極限值而是邊界值。
因而可選擇性採用屬於金屬皂的很多物質(硬脂酸鋅、硬脂酸鎂等)作為潤滑劑粉末。另外，由於潤滑劑必須是粉末狀態，所以不能採用有黏性的液體的辛酸鋅等。
在該實施形態中，採用熔點120℃的硬脂酸鋅粉末作為潤滑劑粉末實施。另外，在本發明中，否定如專利文獻7的發明使用溫度比加壓成形時模具溫度還低的溫度(熔點)的潤滑劑且從最初使潤滑劑熔解(液化)並進行加壓成形的方法。因為在中間粉末壓坯110成形結束以前如熔解的潤滑劑流出時，則容易出現中途潤滑不足的部位，所以無法確實且穩定地進行充分的加壓成形。
潤滑劑粉末的量設為根據實驗研究及實際生產中的經驗來選擇的值。在與該實施形態相關的中間粉末壓坯成形步驟(PR2)的關係中，潤滑劑粉末的量設成混合粉末總量的0.23wt%~0.08wt%。0.08wt%是到中間粉末壓坯110成形結束為止可擔保潤滑作用的下限值，0.23wt%是在從混合粉末100成為中間粉末壓坯110時為 得到所期待壓縮比而必要的上限值。
接著，實際生產中潤滑劑粉末的量應定為可保證在第一模具(下模具21)內施加第一加壓力成形的中間粉末壓坯110的真密度比的值及在第二模具(下模具41)內的出汗現象的量。此時，必須考慮到防止液化潤滑劑從模具向外部滲出導致作業環境惡化的滴漏(滴漏現象)出現。
在該實施形態中，由於將中間粉末壓坯110的真密度比(對真密度100%的比)的值設為80~90%，所以潤滑劑粉末的量設為0.2wt%~0.1wt%。上限側值(0.2wt%)從可防止滴漏現象出現的觀點來決定，下限側值(0.1wt%)從可避免出現不足或剩餘而只出現必要的出汗現象的觀點來決定。相較於上述習知提案例(1wt%)的情況極為少量，卻可大幅提高產業上的利用性。
防止發生滴漏現象對實際生產極為重要。在計畫或研究階段，由於為了減少加壓時的摩擦力而擔心潤滑劑的量會不足而傾向於混入過量的潤滑劑。例如，完全不在乎從能否製造出超過7.3g/cm3的高密度的試錯階段開始，就有過量的潤滑劑液化流出的情況。甚至都意識不到滴漏現象。即液化潤滑劑的滴漏會因潤滑劑使用量增加而導致成本上升，會因工作環境惡化而使生產效率降低或增加操作人員的負擔，如果不加以解決不但缺乏實用性而且也難於普及擴大。
將0.2wt%的混合粉末100壓縮到真密度比 80%為止的中間粉末壓坯110的情況，是一旦在加熱升溫步驟(PR3)將該潤滑劑粉末積極升溫到熔點相當溫度時，則中間粉末壓坯110內散佈的粉末潤滑劑熔化充滿金屬粉末粒子間的空孔，接著經過金屬粉末粒子間液狀潤滑劑均勻地在中間粉末壓坯110的表面滲出(噴出)。即誘發出汗現象。在第二模具(下模具41)內向該中間粉末壓坯110施加第二加壓力P2進行壓縮時，大幅降低基礎金屬粉末和腔體內面壁的摩擦阻力。
同樣，將0.1wt%的混合粉末100壓縮到真密度比90%為止的中間粉末壓坯110的情況，和將超過0.1wt%且小於0.2wt%範圍內的值的混合粉末100壓縮到真密度比小於90%且超過80%範圍內的值的中間粉末壓坯110的情況，也能發現出汗現象。可防止出現滴漏現象。
因此可高密度成形，製造出滿足磁特性及機械強度的粉末壓坯(例如磁心)而可消除對模具受損的擔心。而且，可大幅刪減潤滑劑的消耗量，使液狀潤滑劑不再從模具滴漏出來，改善作業環境。整體上由於可提高生產效率及降低粉末壓坯製造成本所以可顯著地提高在產業上的可利用性。
同時，上述任意一種習知方法暨裝置(專利文獻1~8)對潤滑劑的含有率與混合粉末的壓縮率的關係、潤滑劑的多少導致的滴漏現象、出汗現象均無認識。
尤其是即便在溫熱成形粉末冶金方法(專利文獻5)中，雖然可理解為便於操作而成形密度比小於 76%的一次成形體這一點，但對高密度成形的技術依據及可實施的事項均無揭示。更別說從其後曾一度使初級成形體崩解再成形二次成形體的點看，只能否定其通過初次成形、二次成形的累積來實現高密度化的技術思想。
第一加壓成形機20是使用混合粉末供給機10向填充到第一模具(下模具21)的混合粉末100施加第一加壓力P1成形混合粉末中間壓縮體(中間粉末壓坯110)的裝置，該實施形態是衝壓機械構造。
在圖2中第一模具由工作台側的下模具(模具)21和滑塊5側的上模具(上衝頭)25構成。在用於說明第一加壓成形機20(第一模具)及基本步驟的流程等的圖2、圖3A、圖3B中，下模具21的腔體22的形狀設置為與圖5A所示中間粉末壓坯110的形態(環形形狀)對應的形狀(中空環形管形狀)。上模具(上衝頭)25設置為可擠壓進下模具21(腔體22)內的形態(環形管形狀)，靠滑塊5做升降運動。腔體22的下方在上下方向可位移地嵌裝有活動構件23。
第一加壓成形機20的上模具(上衝頭)25及下模具21的腔體22設置為與中間粉末壓坯110的形態(形狀)對應的形狀，所以中間粉末壓坯110的形態即便是如圖5B~圖5E所示時，也成為彼此對應的形狀。
同時，為圖5B所示的圓柱形時，上模具(上衝頭)25的形狀成為實心圓筒(圓柱)形且下模具21的形狀是中空圓筒形。圖5C所示的細長圓軸形時也設置成 一樣的形狀但在上下方向較長。圖5D所示的圓柱形狀時也是一樣的形狀但在上下方向較短。圖5E所示的複雜形狀時，成為對應的複雜形狀。另外，對於第二加壓成形機40的上模具(上衝頭)45及下模具41的腔體42也是一樣。
在圖2中，活動構件23通過設置在底面高度GL以下的通孔24向上突起的頂出桿(圖示省略)位移到上方。即可把第一模具〔下模具21(腔體22)〕內的中間粉末壓坯110上推到傳送面HL。從外部看，具有作為將第一模具(下模具21)內的中間粉末壓坯110取出到外部(HL)的第一取出裝置的功能。中間粉末壓坯110被傳送到加熱升溫機30側後，活動構件43與頂出桿一同返回初始位置。另外，也可用其他特殊裝置形成第一取出裝置。
參照圖4說明第一加壓成形機20中的加壓力(第一加壓力P1)和與其對應得到中間粉末壓坯110的真密度比(密度ρ)的關係。橫軸以指數表示加壓力P。在該實施形態中的最大能力(加壓力P)是10Ton/cm2，將其設為橫軸指數100。Pb是模具損壞壓力，為橫軸指數140(14Ton/cm2)。縱軸以指數表示真密度比(密度ρ)。縱軸指數100相當於真密度比(密度ρ)97%(7.6g/cm3)。
在該實施形態中，基礎金屬粉末為磁心用玻璃材質絕緣塗層被覆鐵粉末(真密度是7.8g/cm3)，潤滑 劑粉末選擇是在0.2wt%~0.1wt%的範圍內的硬脂酸鋅粉末且是第一加壓力P1將混合粉末中間壓縮體壓縮到相當於縱軸指數82~92〔相當於密度ρ(6.24~7.02g/cm3)〕的真密度比80~90%的粉末。
同時，縱軸指數102相當於密度ρ(7.75g/cm3)，真密度比(密度ρ)相當於99%。
另外，作為基礎金屬粉末，也可選擇磁心用鐵系非晶粉末(磁心用Fe-Si合金粉末)、磁心用鐵系非晶粉末、磁心用Fe-Si合金粉末、機械零組件用純鐵粉末等。
一旦提高第一加壓力P1時，通過第一加壓成形機20得到的密度ρ隨著圖4中以虛線(曲線)顯示出的特性A而升高。在第一加壓力P1(橫軸指數100)時，密度ρ成為7.6g/cm3。真密度比是97%。即便使第一加壓力P1上升到這以上的值，密度ρ的提高也是極微小。模具損壞的可能性很大。
以往，在以加壓成形機(衝壓機械)的最大能力來加壓得到的密度ρ無法滿足需要時，必須裝備更大型的壓鑄機械。但是，即便例如將最大能力大型化至1.5倍，密度ρ的提高也是微小。因此，現在的情況是勉強接受以衝壓機械得到的低密度ρ(例如7.5g/cm3)。
此處，現在直接使用壓鑄機械，如可從縱軸指數100(7.6g/cm3)提高到102(7.75g/cm3)，則可理解為具有劃時代意義。即如果可將密度ρ提高2%，則可 大幅提高磁特性(雙曲線性)且可飛躍地提升機械強度。而且，由於可徹底去除高溫氛圍下的燒結處理，所以可大幅抑制粉末壓坯的氧化(可防止磁心性能降低)。
為實現上述方式，可通過加熱由第一加壓成形機20成形的中間粉末壓坯110促使潤滑劑熔解(液化)，此後以第二加壓成形機40施以第二次加壓成形處理所形成。一旦在第二加壓成形機40中對中間粉末壓坯110進行加壓時，則如圖4的特性B(實線)所示，可達到相當於縱軸指數102的高密度(7.75g/cm3)。在第二加壓成形機40的說明中追述詳細情況。
加熱升溫機30是加熱從第一模具(下模具21)取出的混合粉末中間壓縮體(中間粉末壓坯)110將該中間粉末壓坯110的溫度積極升溫到該潤滑劑粉末的熔點相當溫度的裝置。在圖2中，加熱升溫機30包含未圖示的暖風產生源、噴氣罩31、排氣循環罩33等，通過向定位在絲網狀保持構件32的中間粉末壓坯110噴出暖風加熱，將其溫度升溫到潤滑劑粉末的熔點相當溫度(例如120℃)。
該低溫加熱處理的技術意義將在與第一加壓成形處理的關係中加以說明。如果觀察填充在下模具21(腔體22)內的混合粉末100，則可知在與基礎金屬粉末的關係中潤滑劑粉末的存在較稀疏的部分(稀疏部分)和較緻密的部分(緻密部分)。緻密部分可減少基礎金屬粉末的粒子間摩擦阻力及基礎金屬粉末和模具內面的摩擦阻 力。稀疏部分應該可以使這些摩擦阻力變大。
在第一加壓成形機20的加壓中，緻密部分由於摩擦小所以壓縮性優越，易於進行壓縮化。稀疏部分由於摩擦大所以壓縮性差，壓縮化緩慢。無論是哪種，都會出現與預先設定的第一加壓力P1的值對應的壓縮進行困難的現象。即出現壓縮極限。放大觀察在該狀態下從第一模具(下模具21)取出的中間粉末壓坯110的斷裂面，則上述緻密部分的部分是以基礎金屬粉末整體模態壓接。但是，也混有潤滑劑粉末。稀疏部分的部分在壓接後的基礎金屬粉末間殘留有微小間隙(空間)。幾乎看不到潤滑劑粉末。
因此，如從緻密部分的部分去除潤滑劑粉末時，則產生可壓縮的間隙。如可向稀疏部分的部分的間隙補充潤滑劑時，則可提高該部分的壓縮性。
即加熱第一加壓成形結束後的中間粉末壓坯110升溫到潤滑劑粉末的熔點相當溫度(例如120℃)，使潤滑劑粉末熔解(液化)提高其流動性。從緻密部分的部分開始熔出的潤滑劑滲到其周邊且補充到稀疏部分的部分。從而，可減小基礎金屬粉末粒子間的摩擦阻力，也可壓縮潤滑劑粉末所占的空間。也可減小基礎金屬粉末的粒子和模具內面的摩擦阻力。
接著，第二加壓成形機40是用於向裝入第二模具(下模具41)的已升溫的中間粉末壓坯110施加第二加壓力P2成形高密度的完成粉末壓坯120的裝置。
在本實施形態中，設置有第二模具(下模具41)的預熱功能。但是如果能將已升溫的中間粉末壓坯110的溫度控制在第二模具(下模具41)內到施加第二加壓力P2的完成粉末壓坯成形開始時刻為止不妨礙成形的固定的溫度範圍內時，則不預熱第二模具(下模具41)也能實施本發明的高密度成形。
但是，中間粉末壓坯110的熱容量小時，到達第二模具(下模具41)為止的傳送時間或傳送路徑長時，則根據混合粉末100的組成或中間粉末壓坯110的形態等，在到已升溫的中間粉末壓坯110開始完成粉末壓坯成形時刻為止溫度有可能下降時，加熱第二模具(下模具41)可得到更好的成形效果。後述的第二預熱裝置47是為此而設。
另外，該實施形態中的第二加壓成形機40的最大能力(加壓力P)與第一加壓成形機20的情況相同是10Ton/cm2。因此，第一加壓成形機20和第二加壓成形機40構成為一台衝壓機械，可由圖2所示的共用的滑塊5同步升降各上模具25、45。從這一點看，裝置更經濟，可降低完成粉末壓坯120的製造成本。
在圖2中，第二模具由工作台側的下模具(模具)41和滑塊5側的上模具(衝頭)45構成。下模具41的腔體42設置為下部與完成粉末壓坯120的形態(環狀形態)對應的形狀(環形管形狀)，上部為可接收中間粉末壓坯110的略大的形態。上模具45設置為可擠 壓入下模具41(腔體42)內的形態，通過滑塊5進行升降運動。在腔體42的下方，活動構件43嵌裝為可在上下方向位移。另外，第二模具(下模具41)和第一模具(下模具21)設置成可進行相當於和壓縮対象(中間粉末壓坯110和完成粉末壓坯120))在上下方向尺寸差的高度(位置)調整。
在成形圖5D所示的圓板形混合粉末完成壓縮體(完成粉末壓坯120)時，圖6所示的上模具45(上衝頭45PU)的形態為實心圓柱形，下模具41的形態為由中空圓柱形的第二模具41D和實心圓柱形下衝頭41PD構成，腔體42的形態成為中空圓筒形。
活動構件43通過貫穿設置在底面高度GL以下的通孔44向上突起的頂出桿(圖示省略)位移到上方。即可把第二模具〔下模具41(腔體42)〕內的完成粉末壓坯120上推到傳送面HL。從外部看，具有作為將第二模具〔下模具41(腔體42)〕內的完成粉末壓坯120取出到外部(HL)的第二取出裝置的功能。另外，也可用其他特殊裝置形成第二取出裝置。完成粉末壓坯120被排出到排出槽59中，從加熱升溫機30接收新的中間粉末壓坯110後，活動構件43與頂出桿一同返回初始位置。
在第二模具(下模具41)中安裝有可變更設定溫度的第二預熱裝置47。該第二預熱裝置47在接收(裝入)中間粉末壓坯110之前，將第二模具〔下模具41(腔 體42)〕加熱(預熱)到潤滑劑粉末(硬脂酸鋅)的熔點相當溫度(120℃)。對已升溫的中間粉末壓坯110可不冷卻地接收。由此，可防止先前熔解(液化)的潤滑劑再次固化並確保潤滑作用。另外，第二預熱裝置47在本實施形態中設置為電熱加熱方式(電加熱器)，但也可用熱油或熱水循環預熱的循環方式的加熱裝置等來進行。
在該意義上，第二預熱裝置47設為可在完成粉末壓坯120加壓成形結束之前持續加熱。由於如此可進一步提高加壓成形中已熔解的潤滑劑向所有方向的流動性，因而不僅可將基礎金屬粒子間也可將粒子與第二模具(下模具41)間的摩擦阻力大幅減小並保持。
與此相關，在該實施形態中，設置有用於預熱第一模具(下模具21)的未圖示的預熱裝置。但是，在升溫加熱步驟前預熱第一模具(下模具21)而不須預備升溫中間粉末壓坯110即可實施本發明的高密度成形加工。
但是，在混合粉末的組成或中間粉末壓坯110的形態特殊時、中間粉末壓坯110的熱容量大時、無法安裝大的加熱升溫機30時、或作業環境溫度低時，中間粉末壓坯110的加熱升溫可能要花費很長時間。在這樣的情況下，以預熱第一模具(下模具21)為佳。因此，在該實施形態中預熱第一模具。
即第一模具〔下模具21(腔體22)〕也設置可改變設定溫度的第一預熱裝置(圖示省略)，在中間粉 末壓坯110的成形結束後傳遞到加熱升溫機30以前加熱第一模具(下模具21)可預熱潤滑劑粉末。通過上述設置，可減少加熱升溫時間，縮短生產週期。
用圖4說明第二加壓成形機40中加壓力P(第二加壓力P2)和與其應得到的完成粉末壓坯120的密度ρ的關係。
第二加壓成形機40得到的密度ρ是根據實線所示的特性B。即與第一加壓成形機20的情況〔特性A(虛線)〕不同，密度ρ並非隨著第二加壓力P2提高而漸漸升高。即到超過第一加壓成形步驟中最終的第一加壓力P1(例如橫軸指數50、75或85)之前密度ρ不會升高。第二加壓力P2一旦超過最終的第一加壓力P1時，密度ρ即一下子升高。第二加壓成形可理解為有如連續不斷地進行第一加壓成形。
因而在第一加壓成形步驟中，不用運轉在任何時候都可將第一加壓力P1上升直到與最大能力對應的值(橫軸指數100)。即可排除在壓縮極限以後繼續進行第一加壓成形時浪費的時間、消耗能源。使製造成本降低。再有，由於變得易於避免超過橫軸指數100的超負荷運轉，所以不必擔心模具破損。整體上運轉操作容易並可安全且穩定地運用。
工件傳送裝置50設置為可藉著第一取出裝置(活動構件23、通孔24)將從第一模具(下模具21)取出的中間粉末壓坯110傳送到加熱升溫機30內的規定位 置，可將升溫後的中間粉末壓坯110從加熱升溫機30傳送到第二模具(下模具41)，並可將靠第二取出裝置(活動構件43、通孔44)從第二模具(下模具41)取出的完成粉末壓坯120傳送到排出至高密度成形裝置1外的排出部，例如排出槽59。工件傳送裝置50可在第一加壓成形機20到加熱升溫機30為止之間、從加熱升溫機30到第二加壓成形機40為止之間、以及從第二加壓成形機40到排出槽59為止之間確實地傳送工件。
該實施形態的工件傳送裝置50由圖3B所示的同步運轉的三個傳送桿51、52、53構成。傳送桿51、52、53在要求傳送時從圖3A的紙面深處側向近前(圖3B)的傳送線上推進，從左向右移動後退回到原來位置。裝入裝置(傳送桿52、活動構件43、通孔44)將已升溫的混合粉末中間壓縮體(中間粉末壓坯110)裝入預熱到該熔點相當溫度的第二模具〔下模具41(腔體42)〕中。
另外，工件傳送裝置也可由包含向二維或三維方向驅動的機械手等，將工件依序傳送到各模具等的傳送裝置等形成。
此處，針對進一步確實提高品質的技術事項進行說明。另外，完成粉末壓坯120(中間粉末壓坯110)的形態(形狀)並無特別限制，但為了便於對防止龜裂產生的相關觀點進行說明，將完成粉末壓坯120設定為圖8所示的圓板形【與圖5D所示為同一種形狀】。
在模式表示第二加壓成形機40(第一加壓成形機20)的圖6中，構成第二模具的下模具由第二模具41D和下衝頭41PD構成，上模具由上衝頭45PU構成。第二模具的內部空間(腔體42)的形狀製作成與完成粉末壓坯120的形狀(圓板形)對應。同樣地，第一模具由下模具(第一模具21D、下衝頭21PD)和上模具(上衝頭25PU)構成。第一模具(下模具21)的內部空間(腔體22)的形狀製作成與中間粉末壓坯110的形狀(圓板形)對應。
即是圓板形的粉末壓坯(中間粉末壓坯110、完成粉末壓坯120)時，各粉末壓坯110、120的各形狀設置為如圖8所示的各外部尺寸(直徑d1、d2)，各腔體22、42的各形態可設置為該各內部尺寸(直徑d1、d2)。當然，與第一模具(第一模具21D)的內部尺寸d1相比，第二模具(第二模具41D)的內部尺寸d2更大。理由是需要將直徑d1的中間粉末壓坯110插入到內部尺寸d2的第二模具內。再有，在與實際生產無關的試驗研究階段中，從便於插入到第二模具內的觀點，很多時候各外部尺寸定得很粗略。
但是，製品尺寸精度由完成粉末壓坯120的外部尺寸(d2)的精度決定。從而，必須將中間粉末壓坯110的外部尺寸(d1)設置小於完成粉末壓坯120的外部尺寸(d2)。即第一模具21D的腔體22的內部尺寸d1設置得比第二模具41D的腔體42的內部尺寸d1小。到底小 多少並沒用定論。再有，對於還沒有可通過中途升溫暨兩階段加壓成形進行高密度成形的新技術實際經驗的本領域技術人員及普遍情況來說，可說是理所當然。
根據本發明申請人的實際試驗，以和完成粉末壓坯120形狀對應的第二腔體42的內部尺寸d2為100%時，設置第一腔體22的內部尺寸d1比第二腔體42的內部尺寸僅小1%~5%={〔(d2-d1)/d2〕×100%}，已得知確信為成形高品質粉末壓坯的必要充分條件。即如圖7的圖表所示密度上升區域、密度固定區域及龜裂產生區域得到了定量性驗證。圖7的橫軸是上述計算中求出的百分比(%)，縱軸是密度(g/cm3)。
百分比的下限側值(1%)是從避免超載狀態及防止第二模具(第二模具41D、上衝頭45PU)破損的觀點來選擇。即在完成粉末壓坯120的外部尺寸d2固定而增加了中間粉末壓坯110的外部尺寸d1〔d1=(0.99×d2)以上〕時，向第二模具的腔體42內賦予第二加壓力P2時，壓縮可使中間粉末壓坯110的外圍部在直徑方向上被擠壓且加壓方向尺寸(厚度)成為規定的尺寸。
由於其外圍部與腔體42的內壁面抵接以後，與內壁面的摩擦阻力激增，所以有可能出現超載情況。進而如在此後還繼續施加第二加壓力P2時，則存在有第二模具(第二模具41D)破損的危險性。因此，為防止超載或模具破損，不可將下限側值設定成小於1%的小數值。
另一方面，上限側值(5%)是從防止完成粉 末壓坯120上出現圖8B所示的龜裂CRCK的觀點來選擇。在縮小了圖8所示中間粉末壓坯110的外部尺寸d1時〔d1=(0.95×d2)以下〕，如對第二模具(腔體42)內賦予第二加壓力P2時，中間粉末壓坯110的加壓方向尺寸(厚度)被壓縮。但是，即便壓縮到中間粉末壓坯110的厚度接近完成粉末壓坯120的規定尺寸的程度，也還是會出現中間粉末壓坯110的外圍部與腔體42的內壁面不抵接的狀態。即中間粉末壓坯110在沒有外圍部限制的狀態下周圍端附近部分會持續在直徑方向上伸展。
於是，中間粉末壓坯110內的金屬粒子間的間隙變化增大或變得不穩定。完成粉末壓坯12的平面部分產生如圖8B所示的一個到多個的龜裂CRCK。如此，即無法確保製品(完成粉末壓坯120)的高品質。因此，應避免第一模具(第一模具21D)的內部尺寸d1與第二模具(第二模具41D)的內部尺寸d2相比太小的狀況。即不可將上限側值設成超過5%的大數值。
參照模式表示第二模具的圖6，當第二模具(第二模具41D)的腔體42的內部尺寸d2固定時，第一模具(第一模具21D)的腔體22的內部尺寸d1在完成粉末壓坯120的形狀(厚度)越大時直徑越小，以d1的減小量設成接近5%的值為佳，形狀(厚度)越小時直徑越大，以d1的減小量設成接近1%的值為佳。在該實施形態中，從擴大完成粉末壓坯120的形狀(厚度)變化對應的實用性的角度出發，設成僅減小2.5%。另外，完成粉末 壓坯120的形狀是在圖5A~圖5E所示之外的形狀(例如是橢圓形)時的內部尺寸，對整個周圍方向將與對應的腔體42的內壁面的距離應僅減小1%~5%。
此種實施形態有關的混合粉末的高密度成形裝置，可照下述實施高密度成形方法。
(混合粉末的製備)
將基礎金屬粉末(磁心用玻璃材質絕緣塗層包覆鐵粉末)和0.2wt%的潤滑劑粉末(硬脂酸鋅粉末)混合製備出鬆散狀態的混合粉末100。僅以規定量補給到混合粉末供給機10中(圖1的步驟PR0)。
(混合粉末的填充)
在規定的時間，混合粉末供給機10如圖3B所示從規定位置(實線)移動到補給位置(虛線)。接著打開混合粉末供給機10的供給口，向第一加壓成形機20的空的下模具21(腔體22)內填充定量的混合粉末100(圖1的步驟PR1)。例如可在2秒鐘內填充。填充後關閉供給口，混合粉末供給機10返回規定位置(實線)。
(中間粉末壓坯的成形)
開始第一加壓成形處理，第一加壓成形機20的上模具25與圖2的滑塊5一同下降，以第一加壓力P1加壓下模具21(腔體22)內的混合粉末100。固態潤滑劑營造 出充分的潤滑作用。已壓縮的中間粉末壓坯110的密度ρ隨圖4的特性A(虛線)而升高。第一加壓力P1一達到與橫軸指數(例如30)相當的壓力(3.0Ton/cm2)時，則真密度比升高到85%即密度ρ升高到6.63g/cm3(相當於縱軸指數87)。例如8秒鐘的加壓成形一結束，如圖3A所示在模具(下模具21)內成形中間粉末壓坯110(圖1的步驟PR2)。其後上模具25靠滑塊5上升。另外，在成形如圖8所示的圓板形粉末壓坯時，上、下模具成為如圖6所示的上衝頭25PU、第一模具21D及下衝頭21PD。再有，在第二加壓成形機40中可同步進行與之前的中間粉末壓坯110相關的第二加壓成形處理。
(中間粉末壓坯的取出)
第一取出裝置(活動構件23)啟動，將中間粉末壓坯110推高到傳遞面HL。即從下模具21取出。於是如圖3B所示工件傳送裝置50啟動，靠其傳送桿51將中間粉末壓坯110向加熱升溫機30傳送。在該階段，活動構件23返回到下方的初始位置。傳送後的中間粉末壓坯110被定位在圖3A所示的絲網狀保持構件32上。
(加熱升溫)
在圖3A中，加熱升溫機30啟動。從噴氣罩31噴出的熱風將中間粉末壓坯110升溫到潤滑劑粉末的熔點相當溫度(例如120℃)(圖1的步驟PR3)。即潤滑劑溶 解，靠其流動使中間粉末壓坯110內的潤滑劑分佈變為均勻。加熱升溫時間例如是8~10秒。另外，熱風可通過絲網狀保持構件32、排氣循環罩33而循環再利用。
(已升溫的中間粉末壓坯的裝入)
已升溫的中間粉末壓坯110如圖3B所示靠工件傳送裝置50(傳送桿52)傳動到第二加壓成形機40，定位在下模具41的上方，裝入於下模具41(腔體42)內的活動構件43上(圖1的步驟PR4)。
(模具的預熱)
在第二加壓成形機40中，選擇啟動時，第二預熱裝置47啟動，在接收(裝入)中間粉末壓坯110以前，加熱模具〔下模具41(第二模具41D)〕到潤滑劑粉末的熔點相當溫度(例如120℃)。可防止之後接收的已升溫中間粉末壓坯110內的潤滑劑的再次固化。形成圓板形粉末壓坯時，上下模具與圖2、圖3A、圖3B時不同。成為如圖6所示的上衝頭45PU、第二模具41D及下衝頭41P。
(完成粉末壓坯的成形)
上模具45如圖3A所示與圖2的滑塊5一同下降，開始以第二加壓力P2對下模具41(腔體42)內的中間粉末壓坯110加壓。液體狀的潤滑劑充分營造出潤滑作用。尤其是出現出汗現象，隨著加壓成形的進行使潤滑劑向所有 方向流出。不僅能高效減輕基礎金屬粒子間也能高效減輕粒子和模具間的摩擦阻力。已壓縮的中間粉末壓坯110的密度ρ隨著圖4的特性B而升高。即第二加壓力P2一旦超過橫軸指數(例如30…加壓力3.0Ton/cm2)時，則密度ρ從6.63g/cm3急速升高到與縱軸指數102相當的密度ρ(7.75g/cm3)。一旦將第二加壓力P2上升到橫軸指數100(10Ton/cm2)為止，則密度ρ(7.75g/cm3)整體變均勻。例如8秒鐘的第二加壓成形處理結束時，則完成粉末壓坯120在第二模具(下模具41)內成形(圖1的步驟PR5)。其後，上模具45靠滑塊5來上升。另外，在第一加壓成形機20中可同步進行與後續的中間粉末壓坯110相關的第一加壓成形處理。
(高品質粉末壓坯的確保)
由於設置為第一模具(第一模具21D)的內部尺寸d1與第二模具(第二模具41D)的內部尺寸d2比較僅小2.5%，所以中間粉末壓坯110的外部尺寸d1相對於完成粉末壓坯120的外部尺寸d2僅小2.5%。即從圖7所示的圖表也可明確看出，可確實防止在完成粉末壓坯120上產生如圖8B所示的龜裂CRCK。可高成品率地生產製造高品質製品。
(製品取出)
第二取出裝置(活動構件43)啟動，將完成粉末壓 坯120推高到傳送面HL。即從下模具41取出。於是如圖3B所示，工件傳送裝置50啟動，靠其傳送桿53將完成粉末壓坯120傳送到排出槽59。在該階段，活動構件43返回到下方的初始位置。相當於縱軸指數102的密度ρ(7.75g/cm3)的完成粉末壓坯120由於潤滑劑粉末熔點低所以玻璃材質不會變質、熔解。因此，渦流損耗小，可高效地製造提高磁通密度的高品質磁心用粉末壓坯。
(製造週期)
由於採用以上各步驟的高密度成形方法，可對依序供給填充的金屬粉末(混合粉末100)同步執行第一加壓成形處理、加熱升溫處理及第二加壓成形處理，所以可在最長的加熱升溫處理時間(例如10秒)加上工件傳送時間(例如2~4秒)後得到12~14秒的週期時間內製造出高密度粉末壓坯(完成粉末壓坯120)。理解為即便是與習知例中30分鐘以上的高溫燒結處理時間比較，製造暨生產時間仍顯著提高。例如可穩定以小型輕量複雜形狀供給機械強度高的汽車用零組件或磁特性及機械強度優越的電磁設備，還可對降低該等的生產成本做出很大貢獻。
這樣，由於採用該實施形態，可將混合粉末100裝填到相對於第二模具(第二模具41D)的內部尺寸d2(100%)，內部尺寸僅小2.5%的第一模具(第一模具21D)中，上述混合粉末100是基礎金屬粉末中混合低熔點的潤滑劑粉末，在第一模具(下模具21)內施加第一 加壓力P1成形中間粉末壓坯110，將加熱並積極升溫到潤滑劑粉末的熔點相當溫度的中間粉末壓坯110裝入第二模具(下模具41)且施加第二加壓力P2成形完成粉末壓坯120的高密度成形方法，所以可確實穩定地製造高密度粉末壓坯並可大幅降低製造成本，並且可高成品率地製造沒有龜裂CRCK的高品質粉末壓坯。
再有，由於可去除高溫下長時間的燒結處理，所以不僅可大幅抑制粉末壓坯110、120的氧化，且可實現能源消耗的極限化及製造成本的大幅刪減化。在保護地球環境方面也受到歡迎。
再有，由於潤滑劑粉末的熔點屬於90℃~190℃的溫度範圍內的低熔點，所以有助於抑制第一加壓步驟中的潤滑劑氧化且可保證充分的潤滑作用。並且潤滑劑種類相關的選擇性廣泛。
再有，由於可通過第二預熱裝置47在接收中間粉末壓坯110前預熱第二模具(下模具41，第二模具41D)，所以可進一步提高第二加壓成形中已熔解的潤滑劑向所有方向的流動性。即不僅可大幅減少基礎金屬粒子間而且可以減少粒子和第二模具間的摩擦阻力並加以保持。
再有，即便將基礎金屬粉末從磁心用玻璃質絕緣塗層包覆鐵粉末變更為磁心用鐵基非晶粉末、磁心用Fe-Si合金粉末的任意一種，其他條件相同時，也可高效且穩定地製造與基礎金屬粉末的種類對應的具有優越磁特性的磁心零組件。
再有，由於將第二加壓力P2的值設成與第一加壓力P的值相等，所以容易進行加壓成形步驟的實施及其操作，既可以間接有助於進一步降低粉末壓坯的製造成本，並且在實現裝置時也可例如以一台衝壓機械為基礎簡單地建構。
綜上所述，依靠習知裝置(例如衝壓機械)的能力(圖4的橫軸指數100)將密度升高到相當於縱軸指數100以上是不可能，反之，根據本發明可以用同一裝置升高到相當於縱軸指數102的密度。這一事實在該技術領域被讚譽為具有劃時代意義。
進而，由於高密度化裝置1由混合粉末供給機10、第一加壓成形機20、加熱升溫機30以及第二加壓成形機40構成，所以可確實且穩定實施上述的高密度化方法。
(第二實施形態)
該實施形態如圖6所示。與第一實施形態的情況比較，其特徵在於混合粉末供給機10及第一加壓成形機20照原樣設置，加熱升溫機30和第二加壓成形機40一體形成。
即高密度成形裝置由一體組裝有第一實施形態時的加熱升溫機30和第二加壓成形機40的該等功能的加熱加壓成形機70所形成。加熱加壓成形機70由多台(在該實施形態中是兩台)加熱加壓成形子機70A、70B形成，各加熱加壓成形子機70A、70B設置為通過未圖示的控制裝置在每個製造週期內可選擇依序動作。
各加熱加壓成形子機70A、70B的基本構造設置為與第一實施形態中的第二加壓成形機40相當。再有，各加熱加壓成形子機70A、70B中，設置具備與第一實施形態的加熱升溫機30及第二預熱裝置47的各功能對應的複合功能的多功能型加熱裝置48。
即多功能型加熱裝置48設置為具有設定溫度切換功能的電熱方式。可事先(在接收中間粉末壓坯110以前)將下模具41預熱到潤滑劑熔點相當溫度(例如120℃)。接收中間粉末壓坯110後，加大切換可將中間粉末壓坯110整體加熱升溫到潤滑劑熔點相當溫度(例如120℃)的發熱量。也可選擇切換加熱部位。在該加熱升溫結束後與第一實施形態的第二加壓成形機40的情況相同進行第二加熱成形處理。多功能型加熱裝置48工作，可在第二加熱成形處理中將中間粉末壓坯110的溫度保持在潤滑劑熔點相當溫度(例如120℃)以上。
如圖9所示，各加熱加壓成形子機20、70A、70B設置為獨立衝壓機械構造，各滑塊5、5A、5B靠各機器用電動機的旋轉控制使其分別升降驅動。即各加熱加壓成形子機70A、70B的一方(另一方)進行加壓成形動作時另一方(一方)為預熱，不做加壓成形動作。考慮到加熱加壓成形機70與製造週期時間的關係即便設置由三台以上的加熱加壓成形子機形成的情況也是一樣。
上述實施形態的裝置，在以第一加熱成形機20對第3個中間粉末壓坯110進行加壓成形中，以一個 加熱加壓成形子機70A(或加熱加壓成形子機70B)加熱升溫第2個中間粉末壓坯110並以另一個加熱加壓成形子機70B(或加熱加壓成形子機70A)將第一個中間粉末壓坯110加壓成形完成粉末壓坯120。
如上述，根據該實施形態，由於只需將加熱加壓成形機70建構成由同一構造的多台加壓成形子機70A、70B構成，所以與第一實施形態時比較可使裝置簡化。也可促進生產線的單純化，又變得更容易操作。
另外，也可用一台衝壓機械建構第一加壓成形機20和加熱加壓成形子機70A(或加熱加壓成形子機70B)或第一加壓成形機20及各加熱加壓成形子機70A、70B。

Claims (8)

  1. 一種混合粉末的高密度成形方法，其特徵為：將混合粉末填充到內部尺寸相對於第二模具的內部尺寸100%僅小1%~5%的第一模具中，上述混合粉末是基礎金屬粉末和低熔點潤滑劑粉末的混合物；在第一模具內向混合粉末施加第一加壓力成形混合粉末中間壓縮體；加熱從第一模具中取出的混合粉末中間壓縮體，將混合粉末中間壓縮體的溫度積極升溫到該潤滑劑粉末的熔點相當溫度；將已升溫的混合粉末中間壓縮體裝入第二模具中；在第二模具內向混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力成形高密度的混合粉末完成壓縮體。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的混合粉末的高密度成形方法，其中，上述潤滑劑粉末的熔點設為低熔點，溫度在90℃~190℃的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1或2項記載的混合粉末的高密度成形方法，其中，上述第二模具設置為在接收混合粉末中間壓縮體以前被預熱到上述熔點相當溫度。
  4. 如申請專利範圍第1或2項記載的混合粉末的高密度成形方法，其中，上述第二加壓力選擇與上述第一加壓力相等的值。
  5. 一種混合粉末的高密度成形裝置，其特徵為，具備：混合粉末供給機，向外部供給混合粉末，上述混合粉末是基礎金屬粉末和低熔點的潤滑劑粉末的混合物；第一加壓成形機，向用該混合粉末供給機填充到第一模具中的混合粉末施加第一加壓力成形混合粉末中間壓縮體；加熱升溫機，用於使得從第一模具中取出的混合粉末中間壓縮體的溫度升溫到該潤滑劑粉末的熔點相當溫度；以及第二加壓成形機，向已裝入第二模具中的已升溫的混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力成形高密度的混合粉末完成壓縮體，第一模具的內部尺寸與第二模具的內部尺寸比較僅形成小1%~5%。
  6. 如申請專利範圍第5項記載的混合粉末的高密度成形裝置，其中，由一體組裝有上述加熱升溫機和上述第二加壓成形機的該等功能的加熱加壓成形機形成，並且加熱加壓成形機由多台加熱加壓成形子機形成，且各加熱加壓成形子機設置可在每個週期選擇依序動作。
  7. 如申請專利範圍第5項記載的混合粉末的高密度成形裝置，其中，具有預熱上述第二模具的預熱裝置。
  8. 如申請專利範圍第5項記載的混合粉末的高密度成形裝置，其中，還具有工件傳送裝置，將上述第一加壓成形機所成形的上述混合粉末中間壓縮體傳送到上述加熱升溫機，將用上述加熱升溫機加熱後的上述混合粉末中間壓縮體傳送到上述第二加壓成形機，且將上述第二加壓成形機所成形的上述混合粉末完成壓縮體傳送到排出部。
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