WO2013161745A1 - 混合粉末の高密度成形方法および高密度成形装置 - Google Patents
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Definitions
- the mechanical strength of the green compact With the demand for further reduction in size and weight of machine parts, it is required to improve the mechanical strength of the green compact. On the other hand, it is said that when the green compact is exposed to a high temperature atmosphere, the magnetic properties are deteriorated. Thus, for example, in the actual production of the green compact for a magnetic core, the subsequent high-temperature treatment (sintering treatment) may be omitted. In other words, a method for increasing the mechanical strength without searching for a high temperature (sintering) is being sought.
- Agent powder press-molded at a predetermined temperature to form an iron-based powder molded body, then subject the iron-based powder molded body to sintering treatment, further bright quenching, and then tempering treatment. This is a method for producing an iron-based sintered body.
- the present invention relates to the effectiveness of the lubricant during pressurization, the compression limit including the lubricant powder, the spatial occupancy in the mixed powder of the lubricant powder, the spatial arrangement state of the base metal powder and the lubricant powder, Based on research on their behavior and the final disposal mode of lubricants, as well as on the analysis of the effects of general pressure molding machine characteristics, compression limit and density of green compacts on strength and magnetism, and equipment It was created as a product that can promote the shortening of the actual manufacturing cycle while ensuring the safety of the product.
- the pressure molding process can be easily carried out and handled, and it can contribute to further reduction in the production cost of the green compact indirectly.
- the mixed powder 100 in the present specification means a mixture of a base metal powder and a low melting point lubricant powder.
- the base metal powder there are a case where it consists of only one kind of main metal powder and a case where it consists of one kind of main metal powder and one or a plurality of alloying component powders.
- the case can be adapted.
- the low melting point means that the temperature (melting point) is significantly lower than the melting point (temperature) of the base metal powder (melting point) and the temperature (melting point) can greatly suppress oxidation of the base metal powder. .
- the mixed powder 100 Since it is important to uniformly and sufficiently fill the mixed powder 100 anywhere in the first mold (lower mold 21), the mixed powder 100 must be in a smooth state. That is, since the form of the internal space (cavity 22) of the first mold (lower mold 21) is a form corresponding to the product form, even if the product form is complicated or has a narrow portion, the intermediate pressure In order to guarantee the dimensional accuracy of the powder 110, non-uniform filling or insufficient filling is not preferable.
- the lubricant for reducing the frictional resistance between the particles of the base metal powder and the frictional resistance between the base metal powder and the inner surface of the mold is a solid (very small granular) or powder in a smooth state at room temperature. Choose what is. For example, when a liquid lubricant is used, the mixed powder 100 has a high viscosity and low fluidity, so uniform filling and sufficient filling cannot be performed.
- a green compact for example, a magnetic core
- a green compact for example, a magnetic core
- the amount of lubricant consumed can be greatly reduced, and the liquid lubricant from the second mold (lower mold 41) can be prevented from flowing down, resulting in a favorable working environment.
- the productivity can be improved and the green compact manufacturing cost can be reduced, so the industrial applicability can be greatly improved.
- the intermediate green compact 110 after the completion of the first pressure molding is heated to a temperature corresponding to the melting point of the lubricant powder (for example, 120 ° C.) to dissolve (liquefy) the lubricant powder.
- a temperature corresponding to the melting point of the lubricant powder for example, 120 ° C.
- the lubricant that has melted out from the dense part soaks into the periphery and is replenished to the part that has been sparse. Therefore, the frictional resistance between the particles of the base metal powder can be reduced, and the space occupied by the lubricant powder can also be compressed.
- the frictional resistance between the base metal powder particles and the inner surface of the mold can also be reduced.
- the density ⁇ obtained by the second pressure molding machine 40 follows the characteristic B. That is, unlike the case of the first pressure molding machine 20 (characteristic A), the density ⁇ does not gradually increase as the second pressure P2 is increased. That is, the density ⁇ does not increase until the final first pressure P1 (for example, the horizontal axis index 75 or 85) in the first pressure molding step is exceeded. When the second pressure P2 exceeds the final first pressure P1, the density ⁇ increases at a stretch. It is understood that the second pressure molding is performed as if the first pressure molding was continuously taken over.
- the compression ratio (density ratio) of the intermediate green compact 110 is low, the compression ratio in the finished green compact forming process (PR5) must be relatively increased. This means that the slide lowering stroke required for the finished green compact becomes larger. Then, the amount of vertical relative movement (pressure contact sliding distance) between the outer peripheral surface of the intermediate green compact 110 and the inner wall surface of the cavity 42 of the second mold increases by an amount corresponding to the expansion of the slide stroke. In proportion to the increase in the amount of relative movement, the frictional resistance between the two rapidly increases. That is, there is a risk of not only incurring an overload state but also damage to the mold.
- Trial was performed taking into account parameters such as the value of.
- the maximum density of the mixed powder intermediate compression body (intermediate green compact 110) that can be formed by applying the first pressure P1 is 100%, the first mold (lower mold 21) is used. It was verified that the problem does not occur if the first applied pressure P1 is applied to the mixed powder and the density ratio is compressed to 85% or more.
- a mixed powder 100 in a smooth state is procured by mixing a base metal powder (iron powder coated with a glassy insulating coating for magnetic core) and 0.2 wt% lubricant powder (zinc stearate powder). A predetermined amount is supplied to the mixed powder feeder 10 (step PR0 in FIG. 1).
- the heated intermediate green compact 110 is transferred to the second pressure molding machine 40 by the work transfer device 50 (feed bar 52), and positioned above the lower mold 41. It is set on the movable member 43 in the lower mold 41 (cavity 42) (step PR4 in FIG. 1).
- the second mold (lower mold 41) is warmed up by the second warm-up device 47, the fluidity of the dissolved lubricant in all directions during the second pressure molding can be further enhanced. That is, it is possible to greatly reduce and maintain the frictional resistance force between not only the base metal particles but also the particles and the second mold (lower mold 41).
- the multi-function heating device 48 is an electric heating system having a set temperature switching function.
- the lower mold 41 can be warmed up to a temperature corresponding to the melting point of the lubricant (for example, 120 ° C.).
- the calorific value is largely switched so that the entire intermediate green compact 110 can be heated to a temperature corresponding to the melting point of the lubricant (for example, 120 ° C.). It is also possible to selectively switch the heating part.
- the same second heat forming process as that of the second pressure molding machine 40 in the first embodiment is performed.
- the multi-function heating device 48 functions so that the temperature of the intermediate green compact 110 can be maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of the lubricant (for example, 120 ° C.) during the second thermoforming process.
- the first pressure molding machine 20 is press-molding the third intermediate green compact 110, while the one heat-pressure molding machine 70A (or the heat-pressure molding machine). 70B), the second intermediate green compact 110 is heated and heated, and the first intermediate green compact 110 is completed by the other heating press molding machine 70B (or the heating and press molding machine 70A). Pressure molding is in progress to form powder 120.
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Abstract
Description
本混合粉末の高密度成形装置1は、図1~図5Eに示す如く、混合粉末供給機10と第1の加圧成形機20と加熱昇温機30と第2の加圧成形機40とを具備し、基金属粉末に低融点の潤滑剤粉末を混合した混合粉末100を第1の金型(下型21)に充填する混合粉末充填工程(PR1)、第1の加圧力P1を加えて成形可能な混合粉末中間圧縮体の最高密度を100%とした場合において第1の金型(下型21)内で混合粉末に第1の加圧力P1を加えて密度比が85~96%の混合粉末中間圧縮体(中間圧粉体110という場合もある。)を成形する中間圧粉体成形工程(PR2)、第1の金型(下型21)から取出された中間圧粉体110を加熱して中間圧粉体110の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温する加熱昇温工程(PR3)、加熱された中間圧粉体110を第2の金型(下型41)内にセットする工程(PR4)および第2の金型(下型41)内で中間圧粉体110に第2の加圧力P2を加えて高密度の混合粉末完成圧縮体(完成圧粉体120という場合もある。)を成形する完成圧粉体成形工程(PR5)からなる本混合粉末の高密度成形方法を安定・確実に実施することができる。
基金属粉末(磁心用ガラス質絶縁被膜被覆鉄粉末)と0.2wt%の潤滑剤粉末(ステアリン酸亜鉛粉末)を混合してサラサラ状態の混合粉末100を調達する。所定量だけ混合粉末供給機10に補給する(図1の工程PR0)。
所定タイミングにおいて、混合粉末供給機10が図3Bに示すように所定位置(実線)から補給位置(破線)に移動される。次いで、混合粉末供給機10の供給口が開放され、第1の加圧成形機20の空の下型21(キャビティ22)内に定量の混合粉末100が充填される(図1の工程PR1)。例えば2秒間で充填できる。充填後に供給口が閉鎖され、混合粉末供給機10は所定位置(実線)に戻る。
図2のスライド5とともに第1の加圧成形機20の上型25が下降して下型21(キャビティ22)内の混合粉末100を第1の加圧力P1で加圧する第1の加圧成形処理が始まる。固形状の潤滑剤は十分な潤滑作用を営む。圧縮された中間圧粉体110の密度ρは、図4の特性Aにしたがって高くなる。この実施の形態では、第1の加圧力P1が横軸指数(例えば、30)相当の圧力(3.0Ton/cm2)に到達した場合に第1の加圧成形処理を終了する。横軸指数30は、真密度比が85%に相当し、密度ρは6.63g/cm3(縦軸指数87相当)まで高まっている。例えば8秒間の加圧成形が終了すると、図3Aに示すように金型(下型21)内に中間圧粉体110が成形されている(図1の工程PR2)。その後、スライド5により上型25が上昇する。なお、第2の加圧成形機40では、先の中間圧粉体110に関する第2の加圧成形処理が同期して行われている。
第1の取出装置(可動部材23)が働き、中間圧粉体110が移送レベルHLに突き上げられる。つまり、下型21から取出される。すると、図3Bに示すように、ワーク移送装置50が働き、その送りバー51により中間圧粉体110は加熱昇温機30へ向けて移送される。この段階で、可動部材23が下方の初期位置に戻される。移送後の中間圧粉体110は、図3Aに示す如く金網状保持部材32上に位置決めされている。
図3Aにおいて、加熱昇温機30が起動する。吹付けフード31から温風が吹付けられ中間圧粉体110は、潤滑剤粉末の融点相当温度(例えば、120℃)に昇温される(図1の工程PR3)。つまり、潤滑剤が溶解され、その流動により中間圧粉体110内の潤滑剤分布を均一的に改変する。加熱昇温時間は例えば8~10秒である。なお、温風は金網状保持部材32、排気循環フード33を通して再循環利用される。
昇温された中間圧粉体110は、図3Bに示すように、ワーク移送装置50(送りバー52)により第2の加圧成形機40へ移送され、下型41の上方に位置決めさられ、下型41(キャビティ42)内の可動部材43上にセットされる(図1の工程PR4)。
第2の加圧成形機40において、起動選択されている場合は、第2の暖機装置47が働く。中間圧粉体110を受入れる(セットされる)以前に、金型[下型41(キャビティ42)]を潤滑剤粉末の融点相当温度(120℃)に暖める。その後に受入れた昇温済み中間圧粉体110内の潤滑剤の再固形化を防止することができる。
図2のスライド5とともに上型45が、図3Aに示すように下降して下型41(キャビティ42)内の中間圧粉体110を第2の加圧力P2で加圧し始める。液状の潤滑剤が十分な潤滑作用を営む。圧縮された中間圧粉体110の密度ρは、図4の特性Bにしたがって高くなる。つまり、第2の加圧力P2が横軸指数(例えば、30…加圧力3.0Ton/cm2)を超えると、真密度比85%に相当する密度ρが6.63g/cm3から急激に縦軸指数102相当の密度ρ(7.75g/cm3)に高まる。第2の加圧力P2を横軸指数100(10Ton/cm2)まで上げると、密度ρ(7.75g/cm3)は全体的に均一となる。この際の必要スライドストローク(相対移動量)は短いから、過負荷状態や金型破損の虞はない。しかも、加圧成形の進行に伴い潤滑剤が全方向に流出する発汗現象が発生するので、基金属粒子間のみならず粒子と金型との摩擦抵抗力を効率よく軽減できる。例えば、8秒間の第2の加圧成形処理が終了すると、第2の金型(下型41)内に完成圧粉体120が成形されている(図1の工程PR5)。その後、スライド5により上型45が上昇する。なお、第1の加圧成形機20では、後の中間圧粉体110に関する第1の加圧成形処理が同期して行われている。
第2の取出装置(可動部材43)が働き、完成圧粉体120が移送レベルHLに突き上げられる。つまり、下型41から取出される。すると、図3Bに示すように、ワーク移送装置50が働き、その移送バー53により完成圧粉体120は排出シュータ59に向けて移送される。この段階で、可動部材43が下方の初期位置に戻される。縦軸指数102に当たる密度ρ(7.75g/cm3)の完成圧粉体120は、潤滑剤粉末が低融点であるからガラス質が変質・溶解することが無い。よって、渦電流損失が小さく、磁束密度を高められる高品質の磁心用圧粉体を能率よく製造することができると理解される。
以上の各工程による高密度成形方法によれば、順番に供給充填される金属粉末(混合粉末100)についての第1の加圧成形処理、加熱昇温処理および第2の加圧成形処理を同期実行できるので、最長の加熱昇温処理時間(例えば10秒)にワーク移送時間(例えば、2~4秒)を加えた12~14秒のサイクル時間で高密度圧粉体(完成圧粉体120)を製造することができる。従来例における30分以上の高温焼結処理時間だけとの比較においても、製造・生産時間を飛躍的に向上できると理解される。例えば、小型軽量複雑形状で機械的強度の高い自動車用部品や、磁気特性および機械的強度が優れた電磁機器用部品の供給を安定化できそれらの生産コストの低減にも大きく貢献できる。
この実施の形態は、図6に示されている。第1の実施の形態の場合に比較して、混合粉末供給機10および第1の加圧成形機20はそのままとし、加熱昇温機30と第2の加圧成形機40とを一体的に形成したことを特徴とする。
10 混合粉末充填機
20 第1の加圧成形機
30 加熱昇温機
40 第2の加圧成形機
47 暖機装置
48 複合機能型加熱装置
50 ワーク移送装置
70 加熱加圧成形機
70A,70B 加熱加圧成形子機
100 混合粉末
110 中間圧粉体(混合粉末中間圧縮体)
120 完成圧粉体(混合粉末完成圧縮体)
Claims (8)
- 基金属粉末に低融点の潤滑剤粉末を混合した混合粉末を第1の金型に充填し、
第1の加圧力を加えて成形可能な混合粉末中間圧縮体の最高密度を100%とした場合において第1の金型内で混合粉末に当該第1の加圧力を加えて密度比が85%~96%の混合粉末中間圧縮体を成形し、
第1の金型から取出した混合粉末中間圧縮体を加熱して混合粉末中間圧縮体の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温し、
昇温された混合粉末中間圧縮体を第2の金型にセットし、
第2の金型内で混合粉末中間圧縮体に第2の加圧力を加えて高密度の混合粉末完成圧縮体を成形する、ことを特徴とする混合粉末の高密度成形方法。 - 前記潤滑剤粉末の融点が90~190℃の温度範囲内に属する低融点とされている、請求項1記載の混合粉末の高密度成形方法。
- 前記第2の金型が混合粉末中間圧縮体の受入れ以前に前記融点相当温度に暖機されるものとされている、請求項1または請求項2に記載された混合粉末の高密度成形方法。
- 前記第2の加圧力が前記第1の加圧力と等しい値に選択されている、請求項1または請求項2に記載された混合粉末の高密度成形方法。
- 基金属粉末に低融点の潤滑剤粉末を混合した混合粉末を外部に供給可能な混合粉末供給機と、
この混合粉末供給機を用いて第1の金型に充填された混合粉末に第1の加圧力を加えて混合粉末中間圧縮体を成形する第1の加圧成形機と、
第1の金型から取出された混合粉末中間圧縮体の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に昇温させるための加熱昇温機と、
第2の金型にセットされた昇温済の混合粉末中間圧縮体に第2の加圧力を加えて高密度の混合粉末完成圧縮体を成形する第2の加圧成形機と、を具備し、
第1の加圧成形機が第1の加圧力を加えて成形可能な混合粉末中間圧縮体の最高密度を100%とした場合において第1の金型内で混合粉末に当該第1の加圧力を加えて密度比が85%~96%の混合粉末中間圧縮体を成形可能に形成されている、混合粉末の高密度成形装置。 - 前記加熱昇温機と前記第2の加圧成形機とをこれら機能を一体的に組み込んだ加熱加圧成形機から形成するとともに、加熱加圧成形機を複数台の加熱加圧成形子機から形成しかつ各加熱加圧成形子機をサイクル毎に選択順次動作可能に形成されている請求項5記載の混合粉末の高密度成形装置。
- 前記第2の金型を暖機する暖機装置を有する請求項5記載の混合粉末の高密度成形装置。
- 前記第1の加圧成形機で成形された前記混合粉末中間圧縮体を前記加熱昇温機に移送し、前記加熱昇温機で加熱された前記混合粉末中間圧縮体を前記第2の加圧成形機まで移送し、かつ前記第2の加圧成形機で成形された前記混合粉末完成圧縮体を排出部まで移送するワーク移送装置をさらに有する請求項5記載の混合粉末の高密度成形装置。
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