WO2016158316A1 - 焼結体表面緻密化用サイジング金型とその製造方法及び製造物 - Google Patents

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Definitions

  • the invention of claim 10 is characterized in that a material having a Young's modulus of 300 GPa or more is used as the material of the upper part of the mold member, and a material having a Young's modulus of less than 300 GPa is used as the material of the lower part of the mold member. To do.
  • the sintered body is sized by the tapered portion when inserted from the tapered portion at the top of the mold member to the straight portion at the bottom of the mold member, and the sintered body is The straight portion under the mold member is compressed by a punch from above and below, and the surface of the sintered body is densified simultaneously with sizing.
  • Example 1 of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • An example of a manufacturing method of a product such as a bearing and various gears will be described.
  • the product is formed by pressing a raw material powder such as Fe to form a green compact, and firing this to form a sintered body 1 and sizing (correcting) the sintered body 1.
  • This product is a gear made of the sintered body 1.
  • the Young's modulus of the sintered body 1 before sizing can be 200 GPa or more.
  • the core rod 4 has a core straight portion 21 having a substantially constant cross-sectional shape, and has a core taper portion 22 that shrinks upward at the top of the core straight portion 21.
  • the material of the core rod 4 is different between a core rod upper portion 23 that is an upper portion of the core rod 4 and a core rod lower portion 24 that is a lower portion of the core rod 4.
  • the same operations and effects as those of the above embodiments can be obtained, and the sintered body 1 can be prevented from hitting the die upper portion 13 and the core rod upper portion 23 at the time of extraction.

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Abstract

本願発明は、焼結体(1)をストレート部(11、21)で圧縮してサイジングする金型において、ダイ上部(13)及びコアロッド上部(23)に上部側テーパー部(15、25)が設けられ、ダイ下部(14)及びコアロッド下部(24)にストレート部(11、21)が設けられ、ダイ上部(13)及びコアロッド上部(23)の材質が、ダイ下部(14)及びコアロッド下部(24)の材質よりもヤング率が高く、ダイ上部(13)及びコアロッド上部(23)は、焼結体(1)のヤング率より50GPa以上高い材質からなるものであり、これにより少ないしごき代(S)で焼結体(1)を緻密化することができ、また、ダイ上部(13)及びコアロッド上部(23)のヤング率の高い材質のテーパー部で圧縮せずにしごくことで金型の破損を防止できると共に、しごきによる金型の摩耗が抑えられる。

Description

焼結体表面緻密化用サイジング金型とその製造方法及び製造物
 本発明は、焼結体表面緻密化用サイジング金型とその製造方法及び製造物に関するものである。
 粉末冶金では、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を加熱して焼結し、これにより所定形状の焼結体を成形することが知られている。このように原料粉末を圧縮成形した後、焼結する焼結体は製品形状の自由度が大で、比較的複雑な形状の製品を安価に製造することができる(例えば特許文献1)。
 ところで、例えば各種歯車のように使用時にチェーンや他の歯車と接触して応力を受ける部品では、接触部分の摩耗や強度を高めるために、表面の気孔を低減して緻密化することが行われている。
 一方、焼結時に変形して悪化した寸法精度を改善するために、焼結後にプレスで再圧縮するサイジングが行われている。
 従来、緻密化の方法として、サイジング時に高圧をかけたり、仮焼結で焼結体を軟化した状態で再圧縮したり、また、転造やショットピーニング、冷間鍛造、熱間鍛造等が試みられてきた。
 しかし、サイジング時に高圧をかけすぎると金型が破損し易くなる問題があり、仮焼結後再圧縮や転造、ショットピーニング、鍛造などは工程が増加してコストが嵩むという問題があった。
 そこで、サイジング時に高圧をかけずに表面を緻密化する方法として、サイジング金型に段や突起やテーパーを付けたり、大きなしごき代を付けたり、コイニングしたりして表面緻密化が試みられてきた。(特許文献2,3,4,5)
特開2007-31814号公報 特開2010-229433号公報 米国特許第2542912号明細書 特開2004-10906号公報 特開平5-85995号公報
 上記特許文献2,3,4,5のように、金型に段や突起やテーパーを付ける方法は段や突起やテーパーの部分が摩耗し易いといった問題があり、しごき代を大きくしたり、コイニングしたりする方法はサイジング後の焼結体のバリが大きくなる問題があった。
 また、焼結体のヤング率が金型のヤング率と同等であれば表面緻密化し難い問題があり、金型のヤング率を高くすると圧縮時金型が破損し易くなる問題があった。
 そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、サイジングと同時に焼結体の表面緻密化を行う際、金型の摩耗・破損やサイジング後の焼結体のバリを防止することができる焼結体表面緻密化用サイジング金型及びその製造方法を提供することを目的とする。
 請求項1の発明は、金属粉末の成形体を焼結した焼結体をストレート部で圧縮してサイジングする金型において、金型部材の上部にテーパー部が設けられ、前記金型部材の下部に前記ストレート部が設けられ、前記金型部材の上部の材質が、前記金型部材の下部の材質よりもヤング率が高く、前記金型部材の上部は、前記焼結体のヤング率より50GPa以上高い材質で形成されていることを特徴とする。
 請求項2の発明は、前記金型部材がダイであることを特徴とする。
 請求項3の発明は、前記金型部材がコアロッドであることを特徴とする。
 請求項4の発明は、前記金型部材の下部には、前記金型部材の上部のテーパー部と前記ストレート部との間に下部側テーパー部を設けたことを特徴とする。
 請求項5の発明は、前記ダイの下部には、前記ダイの上部のテーパー部と前記ストレート部との間に下部側テーパー部を設けたことを特徴とする。
 請求項6の発明は、前記コアロッドの下部には、前記コアロッドの上部のテーパー部と前記ストレート部との間に下部側テーパー部を設けたことを特徴とする。
 請求項7の発明は、前記金型部材の上部は前記焼結体の抜出時に該焼結体が接触しない寸法に形成されていることを特徴とする。
 請求項8の発明は、前記ダイの上部は前記焼結体の抜出時に該焼結体の外径スプリングバックによる膨張寸法より大きな寸法に形成されていることを特徴とする。
 請求項9の発明は、前記コアロッドの上部は前記焼結体の抜出時に該焼結体の内径スプリングバックによる収縮寸法より小さい寸法に形成されていることを特徴とする。
 請求項10の発明は、前記金型部材の上部の材質にヤング率が300GPa以上の材質を使用し、前記金型部材の下部の材質にヤング率が300GPa未満の材質を使用したことを特徴とする。
 請求項11の発明は、前記金型部材の上部の材質に超硬合金を使用し、前記金型部材の下部の材質に鉄系工具鋼を使用したことを特徴とする。
 請求項12の発明は、前記焼結体のしごき代が前記金型部材の上部を基準として0.1mm以下であることを特徴とする。
 請求項13の発明は、前記金型部材の上部のテーパー部のアプローチ角が10°未満であることを特徴とする。
 請求項14の発明は、請求項1~6のいずれか1項に記載のサイジング金型を用い、サイジングと同時に前記焼結体の表面を緻密化することを特徴とする。
 請求項15の発明は、前記焼結体は前記金型部材の上部の前記テーパー部から前記金型部材の下部の前記ストレート部まで挿入する際に前記テーパー部によりサイジングされ、前記焼結体は前記金型部材の下部の前記ストレート部で上下からパンチで圧縮され、サイジングと同時に前記焼結体の表面を緻密化することを特徴とする。
 請求項16の発明は、サイジング前の前記焼結体のヤング率が200GPa以上であることを特徴とする。
 請求項17の発明は、サイジング後の前記焼結体を加工しないことを特徴とする。
 請求項18の発明は、請求項14~16のいずれか1項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とする。
 上記構成によれば、サイジングと同時に焼結体の表面緻密化を行う際、金型の摩耗・破損やサイジング後の焼結体のバリを防止することができる。
本発明の実施例1を示す金型の断面図である。 同上、焼結体をしごく前の金型の断面図である。 同上、ストレート部で焼結体を加圧している状態の金型の断面図を示す。 同上、焼結体を排出した状態の金型の断面図である。 同上、金型の断面図である。 本発明の実施例2を示す金型の断面図である。 本発明の実施例3を示す金型の断面図である。 本発明の実施例4を示す金型の断面図である。 本発明の実施例5を示す金型の断面図である。 本発明の実施例6を示す金型の断面図である。 本発明の実施例7を示す金型の断面図である。
 本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須条件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる焼結体表面緻密化用サイジング金型を採用することにより、従来にない焼結体表面緻密化用サイジング金型とその製造方法及び製造物が得られ、その焼結体表面緻密化用サイジング金型とその製造方法及び製造物を記述する。
 以下、本発明の実施例1を添付図面を用いて詳述する。軸受や各種歯車などの製造物の製造方法の一例について説明する。製造物は、Fe系などの原料粉末を加圧成形して圧粉体を形成し、且つ、これを焼成して焼結体1を形成し、この焼結体1をサイジング(矯正)することにより形成され、この製造物は焼結体1からなる歯車である。尚、サイジング前の焼結体1のヤング率を200GPa以上とすることができる。
 図1~図5はサイジング金型2を示し、同図に示すように、焼結体1のサイジングに用いるサイジング金型2は、上下方向を軸方向(プレス上下軸方向)としており、ダイ3、コアロッド4、下パンチ5及び上パンチ6を備えている。ダイ3は、ほぼ筒形状で、このダイ3内にほぼ柱形状のコアロッド4が同軸的に位置している。また、ダイ3は、前記焼結体1の外周面形状に対応した内周面7を有し、コアロッド4は、焼結体1の内周面形状に対応した外周面8を有する。下パンチ5は、ほぼ筒形状で、ダイ3及びコアロッド4間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ6は、ほぼ筒形状で、ダイ3及びコアロッド4間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。尚、前記ダイ3及びコアロッド4が金型部材である。
 前記ダイ3は断面形状が略一定のダイストレート部11を有し、このダイストレート部11の上部に上方に向かって縮小するダイテーパー部12を有する。また、前記ダイ3は、ダイ3の上部であるダイ上部13と、ダイ3の下部であるダイ下部14とで材質が異なる。
 また、同様に、前記コアロッド4は断面形状が略一定のコアストレート部21を有し、このコアストレート部21の上部に上方に向かって縮小するコアテーパー部22を有する。また、前記コアロッド4は、コアロッド4の上部であるコアロッド上部23と、コアロッド4の下部であるコアロッド下部24とで材質が異なる。
 この例では、前記ダイ3は、前記ダイテーパー部12の高さ方向途中で前記ダイ3の軸方向と交差する平面方向において、ダイ上部13とダイ下部14に分かれ、これらダイ上部13とダイ下部14を一体に設けている。尚、ダイ上部13は略一定厚さに形成されている。また、前記ダイテーパー部12は、前記ダイ上部13のダイ上部側テーパー部15とこれに連続する前記ダイ下部14のダイ下部側テーパー部16とからなる。そして、前記ダイ上部側テーパー部15と前記ダイストレート部11とに間に、中間部たる前記ダイ下部側テーパー部16が設けられ、ダイストレート部11の内径NSは、ダイ上部側テーパー部15の下端15Kの最小径NKより小さい。
 また、ダイ上部13はダイ下部14に一体に設けられているが、ネジなどの固定手段(図示せず)によりダイ上部13をダイ下部14に着脱自在に設けることができ、この場合、ダイ上部13の交換を簡便に行うことができる。
 また、同様に、前記コアロッド4は、前記コアテーパー部22の高さ方向途中で前記コアロッド4の軸方向と交差する平面方向において、コアロッド上部23とコアロッド下部24に分かれ、これらコアロッド上部23とコアロッド下部24を一体に設けている。尚、コアロッド上部23は略一定厚さに形成されている。また、前記コアテーパー部22は、前記コアロッド上部23のコア上部側テーパー部25とこれに連続する前記コアロッド下部24のコア下部側テーパー部26とからなる。そして、前記コア上部側テーパー部25と前記コアストレート部21とに間に、中間部たる前記コア下部側テーパー部26が設けられ、コアストレート部21の外径GSは、コア上部側テーパー部25の下端25Kの最大径GKより大きい。
 また、コアロッド上部23はコアロッド下部24に一体に設けられているが、ネジなどの固定手段(図示せず)によりコアロッド上部23をコアロッド下部24に着脱自在に設けることができ、この場合、コアロッド上部23の交換を簡便に行うことができる。
 前記ダイ上部13及びコアロッド上部23の材質は前記ダイ下部14及びコアロッド下部24の材質よりヤング率が高く、好ましくは前記ダイ上部13及びコアロッド上部23を、サイジング前の前記焼結体1のヤング率より50GPa以上高い材料で形成する。尚、ダイ下部14及びコアロッド下部24はダイ上部13及びコアロッド上部23より靱性が大きい。そして、サイジング前でヤング率が200GPa以上の焼結体1のサイジングを行うことができる。さらに、ダイ下部14及びコアロッド下部24は焼結体1よりヤング率が高い材質からなり、且つ0.2%耐力も焼結体1よりダイ下部14及びコアロッド下部24が大きい。尚、ダイ上部13とコアロッド上部23とは同一の材質のものを用いることができ、また、ダイ下部14とコアロッド下部24とは同一の材質のものを用いることができる。
 また、ダイ上部13及びコアロッド上部23の材質にヤング率が300GPa以上の材質を使用し、ダイ下部14及びコアロッド下部24の材質にヤング率が300GPa未満の材質を使用する。また、ダイ上部13及びコアロッド上部23には超硬合金が用いられ、ダイ下部14及びコアロッド下部24には鉄系工具鋼を使用する。
 ダイ上部13及びコアロッド上部23に使用する超硬合金としては、JIS規格のJIS B4053において、V10、V20、V30、V40、V50、HW-P01、HW-P10、HW-P20、HW-P30、HW-P40、HW-P50、HW-M10、HW-M20、HW-M30、HW-M40、HW-K01、HW-K10、HW-K20、HW-K30、HW-K40、HT-P01、HT-P10、HT-P20、HT-P30、HT-P40、HT-P50、HT-M10、HT-M20、HT-M30、HT-M40、HT-K01、HT-K10、HT-K20、HT-K30、HT-K40、HF-P01、HF-P10、HF-P20、HF-P30、HF-P40、HF-P50、HF-M10、HF-M20、HF-M30、HF-M40、HF-K01、HF-K10、HF-K20、HF-K30、HF-K40、HC-P01、HC-P10、HC-P20、HC-P30、HC-P40、HC-P50、HC-M10、HC-M20、HC-M30、HC-M40、HC-K01、HC-K10、HC-K20、HC-K30、HC-K40が例示され、これらのヤング率は400~650GPa程度である。
 また、超硬合金としては、CIS(超硬工具協会)規格019Dにおいて、VF-10、VF-20、VF-30、VF-40、VM-10、VM-20、VM-30、VM-40、VM-50、VM-60、VC-40、VC-50、VC-60、VC-70、VC-80、VU-40、VU-50、VU-60、VU-70、VU-80、RC-50、RC-60、RC-70、RC-80、RU-50、RU-60、RU-70、RU-80、NF-20、NF-30、NF-40、NM-40、NM-50、NM-60、NM-70、NC-60、NC-70、NC-80が例示され、これらのヤング率は440~650GPa程度である。
 ダイ下部14及びコアロッド下部24に使用する鉄系工具鋼としては、JIS規格の合金工具鋼(JIS G4404)において、SKS3、SKS31、SKS93、SKS94、SKS95、SKD1、SKD2、SKD4、SKD5、SKD6、SKD7、SKD8、SKD10、SKD11、SKD12、SKD61、SKD62、SKT3、SKT4、SKT6等、高速度工具鋼(JIS G4403)において、SKH2、SKH3、SKH4、SKH10、SKH40、SKH50、SKH51、SKH52、SKH53、SKH54、SKH55、SKH56、SKH57、SKH58、SKH59、その他に炭素工具鋼(JIS G4401)が例示され、これらのヤンク゛率は200~230GPa程度である。
 図2に示すように、焼結体1のバリの発生を防止するため、ダイ上部13及びコアロッド上部23における焼結体1のしごき代Sは0.1mm以下、0.01mm以上である。尚、ダイ3におけるしごき代Sは、焼結体1の外径寸法と上部側テーパー部15の下端15Kにおける内径寸法との差の2分の1である。また、コアロッド4におけるしごき代Sは、焼結体1の内径寸法と上部側テーパー部25の下端25Kにおける外径寸法との差の2分の1である。
 さらに、前記上部側テーパー部15,25のアプローチ角θは10°未満、0.0001°以上である。このようにアプローチ角θを10°未満とすることで、サイジング後の焼結体1のバリの発生や上部側テーパー部15,25の摩耗を抑えることができる。また、アプローチ角θを小さくすればするほど上部側テーパー部15,25が長くなりコストが上がり、設置が困難になるため、0.0001°以上が好ましい。尚、添付の図面においては、理解を容易にするため、アプローチ角θを図中20°で図示している。
 次に、サイジング方法について説明する。まず、図2示すように、焼結体1を上部側テーパー部15,25の位置に配置し、焼結体1をストレート部11,21に押し込む。
 この際、焼結体1が該焼結体1よりヤング率の高い上部側テーパー部15,25を通過することにより、しごかれてサイジングされ、焼結体1の外面及び内面が緻密化される。次に、ストレート部11,21において、焼結体1を上,下パンチ6,5により圧縮することにより、表面が緻密化して表面の空孔がほぼ消える。
 即ち、高ヤング率の上部側テーパー部15,25では、焼結体1は、しごかれるのみで、圧縮はされず、しごかれることにより焼結体1は径方向に潰されながら塑性変形し、上下方向にも塑性変形して表面が緻密化されるが、表面の空孔は上下に伸びたようになって残る。この後、前記上部側テーパー部15,25よりヤング率の低いストレート部11,21において焼結体1が上,下パンチ6,5により圧縮されることにより、焼結体1の表面が緻密化され、空孔が消える。圧縮圧力は焼結体と金型の材質にもよるが、焼結体が鉄系で、下部金型が鉄系工具鋼の場合、1~14t/cm程度が好適である。1t/cm未満では、緻密化が不十分となり、14t/cmを超えると鉄系工具鋼でも金型が破損する恐れがあり、焼結体のバリも大きくなる。より好ましくは4~10t/cm程度である。
 さらに、上パンチ6が上方に後退した後、下パンチ5が上昇し、焼結体1を排出するが、この際、ストレート部11,21を抜けた焼結体1はスプリングバックにより、外径が拡大すると共に内径が縮小するが、後述するように上部側テーパー部15,25に焼結体1が接触しないため、ヤング率の高い上部側テーパー部15,25の摩耗及び損傷を防止できる。
 上記のように上部側テーパー部15,25を設けるのは、焼結体1をしごく時に段や突起では段や突起の部分が集中的に摩耗するためであり、また、焼結体1をしごく時に段や突起では焼結体1の表層の肉が上,下パンチ6,5の移動方向に塑性変形してバリが発生し易くなるためである。
 また、上部側テーパー部15,25を焼結体1のヤング率より50GPa以上高い材質とすることで少ないしごき代Sで焼結体1を緻密化することができる。さらに、ダイ上部13及びコアロッド上部23のヤング率の高い材質の上部側テーパー部15,25で、焼結体1を圧縮せずにしごくことで金型部材の破損を防止することができ、また、ダイ上部13及びコアロッド上部23の上部側テーパー部15,25にヤング率が高く高硬度な材質を使用することでしごきによる金型の摩耗を抑えることができる。
 また、ダイ下部14及びコアロッド下部24のストレート部11,21にヤング率が低く高靭性な材質を使用することで圧縮による金型の破損を抑えることができる。
 また、上部側テーパー部15,25のしごき部と下部のストレート部11,21の圧縮部に分けることで金型の摩耗した部分だけ交換でき、金型コストを抑えることができる。
 そして、ダイ下部14及びコアロッド下部24のストレート部11,21で焼結体1に圧縮を加えるのは、しごきだけでは表面緻密化が不十分なためである。
 さらに、ダイ上部13及びコアロッド上部23を抜出時に焼結体1に接触しない寸法とすることで焼結体1のバリを防止できる。この例では、ストレート部11,21を抜けた焼結体1がスプリングバックにより拡大した外径より、ダイ上部側テーパー部15の下端15Kの最小径NKが大きく、ストレート部11,21を抜けた焼結体1がスプリングバックにより縮小した内径より、コア上部側テーパー部25の下端25Kの最大径GKが小さければ、ダイ上部13及びコアロッド上部23を抜出時に焼結体1に接触しない。一方、抜出時に焼結体1がダイ下部14及びコアロッド下部24の下部側テーパー部16,26に接触してもよい。尚、一般的にヤング率が高く、硬さの高い材質は靭性が低く金型が割れたり欠けたり破損しやすいが摩耗に強い。また、一般的にヤング率が低く、靭性の高い材質は硬さが低く金型が摩耗しやすいが破損に強い。また、一般的にしごき代Sが大きいと、焼結体1にバリが出やすく金型が破損しやすい。
 ところで、本実施例のように、テーパー部12,22が、ヤング率の高い上部側テーパー部15,25とこれに連続するヤング率の低い下部側テーパー部16,26とからなるため、下部側テーパー部16,26において焼結体1がしごかれる場合もあれば、しごかれない場合もある。なぜなら、ダイ下部14及びコアロッド下部24の金型材質はダイ上部13及びコアロッド上部23の金型材質よりもヤング率が小さいため、上部側テーパー部15,25でしごかれた焼結体1は塑性変形し、外径方向の寸法が小さくなると共に内径方向の寸法が大きくなっており、少なくとも下部側金型であるダイ下部14及びコアロッド下部24が上部側テーパー部15,25の下端15K,25Kと同じ寸法の場合(図10の様に下部側テーパー部にテーパーが無く、すぐにストレート部11,21になっている場合)は、ダイ下部14及びコアロッド下部24においては、焼結体1とダイ下部14及びコアロッド下部24が互いに弾性変形するだけでしごかれない。ここで、ダイ下部14及びコアロッド下部24に下部側テーパー部16,26を設ける理由は、下部側テーパー部16,26で上,下パンチ6,5で圧縮する前に焼結体1をできるだけ弾性変形させて、ストレート部11,21に焼結体1が達した時には焼結体1を塑性変形する手前まで弾性変形させた状態、又は少し塑性変形した状態にすることで、そこから、上,下パンチ6,5の圧縮によって表面の空孔を塑性変形によって消滅させる時に上部側テーパー部15,25でしごかれた後の焼結体1の外径が大きくならない様に、また、同焼結体1の内径が小さくならない様にするためである。即ち、ダイ下部14及びコアロッド下部24にテーパー部が無く、上部側テーパー部15,25の下端15K,25Kと同一径であると、圧縮時にダイ上部13及びコアロッド上部23と比較してダイ下部14及びコアロッド下部24のヤング゛率が小さいのでテーパー部12,22において焼結体1の外径が拡がってしまうと共に内径が縮まってしまう虞があるためである。
 また、金型からの抜出す時にスプリングバックにより焼結体1の外径が大きくなるとと共に内径が小さくなると上部側テーパー部15,25で再びしごかれることになり、上部側テーパー部15,25が破損したり摩耗が大きくなったり焼結体1のバリが発生し易くなってしまう。これを防止するために、下部側テーパー部16,26を設けることが好ましい。
 そして、下部側テーパー部16,26におけるしごき代S´は、上部側テーパー部15,25でしごかれた焼結体1が塑性変形し始める前後あたりに下部側テーパー部16,26のしごき代S´を設定することが好ましい。下部側テーパー部16,26で焼結体1を塑性変形させすぎるとバリが生じるし、弾性変形が少なすぎると抜出時に接触してダイ上部13及びコアロッド上部23が破損したり摩耗が大きくなったり焼結体1のバリが発生し易くなったりする。尚、下部側テーパー部16,26のしごき代S´は、図2に示すように、下部側テーパー部16,26の上端と下端の半径寸法の差である。
 尚、抜出時に焼結体1が上部側テーパー部15,25に接触させないようにするためには、下部側テーパー部16,26のしごき代S´を大きくし、下部側テーパー部16,26で焼結体1をしごくことにより塑性変形させ、抜け出し時に、ダイ上部13及びコアロッド上部23に接触しない寸法まで焼結体1の径方向の寸法を小さくすればよい。この場合、焼結体1の材質,大きさや、圧縮時に加える力等により、ダイ3及びコアロッド4の寸法を設定すればよい。
 また、本発明例として実施例1のサイジング金型2を用いた試験と、比較例の金型を用いた試験を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1において、上部のヤング率は、ダイ上部13及びコアロッド上部23のヤング率であり、下部のヤング率は、ダイ下部14及びコアロッド下部24のヤング率である。そして、しごき代S,金型上部のヤング率,焼結体1のヤング率を変更して試験を行った。
 尚、アプローチ角θは全て5°、ストレート部11,21における上,下パンチ6,5により圧縮圧力は10t/cmとした。また、焼結体1は、鉄系焼結体であって、相対密度94%のものを使用した。そして、サイジング後の焼結体1について、緻密化有無は0~0.3mm表面相対密度が97%に達しているかどうかで評価し、バリの有無は0.5mm以上のバリの有無で評価した。評価の結果は、バリ有り緻密化有りで△、バリ無し緻密化有りで○、緻密化無しで×として表1に記載した。
 上記の結果、ダイ上部13及びコアロッド上部23のヤング率を、サイジング前の焼結体1のヤング率より50GPa以上とすることで表面が緻密化することが判った。また、しごき代Sを0.1mm以下とすることでバリが防止できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 上記の結果、アプローチ角θを10°未満とすることでバリが防止できることが判った。また、アプローチ角θは大きくなってもダイ上部13及びコアロッド上部23のヤング率が、サイジング前の焼結体1のヤング率より50GPa以上でないと表面が緻密化しないことが判った。尚、バリ有りで評価△なのは、後で加工すればバリは除去でき、バリ取りの加工が入るのでコスト増となるが、製品として致命的な問題とはならないためである。
 このように本実施例では、請求項1に対応して、金属粉末の成形体を焼結した焼結体1をストレート部11,21で圧縮してサイジングする金型において、金型部材の上部たるダイ上部13及びコアロッド上部23にテーパー部たる上部側テーパー部15,25が設けられ、金型部材の下部たるダイ下部14及びコアロッド下部24にストレート部11,21が設けられ、ダイ上部13及びコアロッド上部23の材質が、ダイ下部14及びコアロッド下部24の材質よりもヤング率が高く、ダイ上部13及びコアロッド上部23は、焼結体1のヤング率より50GPa以上高い材質で形成されているから、少ないしごき代Sで焼結体1を緻密化することができる。また、ダイ上部13及びコアロッド上部23のヤング率の高い材質のテーパー部で圧縮せずにしごくことで金型の破損を防止できると共に、しごきによる金型の摩耗を抑えることができる。
 一方、ダイ下部14及びコアロッド下部24で焼結体1に圧縮を加えるのは、しごきだけでは表面緻密化が不十分なためであり、そのダイ下部14及びコアロッド下部24にダイ上部13及びコアロッド上部23と異なる材質で、ダイ上部13及びコアロッド上部23よりヤング率が低く、高靱性な材料を使用することでストレート部11,21での圧縮による金型の破損を抑えることができる。
 また、このように本実施例では、請求項2に対応して、金型部材がダイ3であるから、サイジングと同時に焼結体1の表面緻密化を行う際、ダイ3の摩耗及び損傷を防止することができる。
 また、このように本実施例では、請求項3に対応して、金型部材がコアロッド4であるから、サイジングと同時に焼結体1の表面緻密化を行う際、コアロッド4の摩耗及び損傷を防止することができる。
 また、このように本実施例では、請求項4に対応して、ダイ下部14及びコアロッド下部24には、ダイ上部13及びコアロッド上部23のテーパー部たる上部側テーパー部15,25とストレート部11,21との間に下部側テーパー部16,26を設けたから、ダイ下部14及びコアロッド下部24の材質はダイ上部13及びコアロッド上部23の材質よりもヤング率が小さいため、ダイ上部13及びコアロッド上部23の上部側テーパー部15,25でしごかれた焼結体1は塑性変形して寸法が小さくなる。次に、ダイ下部14及びコアロッド下部24の下部側テーパー部16,26では、ダイ下部14及びコアロッド下部24と焼結体1とが互いに弾性変形する。そして、ダイ下部14及びコアロッド下部24に下部側テーパー部16,26を設けることにより、ストレート部11,21で圧縮する前に焼結体1をできるだけ弾性変形させて、ストレート部11,21に焼結体1が達した時には塑性変形する手前まで弾性変形させた状態又は少し塑性変形した状態にすることで、そこから、焼結体1を圧縮することにより焼結体1の表面の空孔を塑性変形によって消滅させる時にダイ上部13及びコアロッド上部23の上部側テーパー部15,25でしごかれた後の焼結体1の外径が大きくならず、その内径が小さくならない。尚、ダイ下部14及びコアロッド下部24に下部側テーパー部16,26が無く同じ径の場合、圧縮時にダイ上部13及びコアロッド上部23と比較してダイ下部14及びコアロッド下部24のヤング率が小さいため焼結体1の外径が広がり、内径が縮まる。そして、抜出す時に焼結体1の外径が広がり、内径が縮まると、焼結体1がダイ上部13及びコアロッド上部23に接触して再びしごかれることになり、ダイ上部13及びコアロッド上部23が破損したり摩耗が大きくなったり焼結体1のバリが発生し易くなったりするが、これらの不具合をダイ下部14及びコアロッド下部24に下部側テーパー部16,26設けることにより防止することができる。
 また、このように本実施例では、請求項5に対応して、前記ダイ3の下部たるダイ下部14には、ダイ3の上部たるダイ上部13のテーパー部たる上部側テーパー部15とダイストレート部11との間にダイ下部側テーパー部16を設けたから、ダイ上部13が破損したり摩耗が大きくなったり焼結体1にバリが発生したりすることを防止できる。
 また、このように本実施例では、請求項6に対応して、コアロッド4の下部たるコアロッド下部24には、コアロッド4の上部たるコアロッド上部23のテーパー部たる上部側テーパー部25とコアストレート部21との間にコア下部側テーパー部26を設けたから、コアロッド上部23が破損したり摩耗が大きくなったり焼結体1にバリが発生したりすることを防止できる。
 また、このように本実施例では、請求項7に対応して、金型部材の上部たるダイ上部13及び/又はコアロッド上部23は焼結体1の抜出時に該焼結体1が接触しない寸法に形成されているから、焼結体1の抜出時に該焼結体1がダイ上部13及び/又はコアロッド上部23に接触しないため、抜出時における焼結体1のバリの発生を防止できる。
 また、このように本実施例では、請求項8に対応して、ダイ3の上部たるダイ上部13は焼結体1の抜出時に該焼結体1の外径スプリングバックによる膨張寸法より大きな寸法に形成されているから、焼結体1の抜出時に該焼結体1がダイ上部13に接触しないため、抜出時における焼結体1のバリの発生を防止できる。
 また、このように本実施例では、請求項9に対応して、コアロッド4の上部たるコアロッド上部23は焼結体1の抜出時に該焼結体1の内径スプリングバックによる収縮寸法より小さい寸法に形成されているから、焼結体1の抜出時に該焼結体1がコアロッド上部23に接触しないため、抜出時における焼結体1のバリの発生を防止できる。
 また、このように本実施例では、請求項10に対応して、金型部材の上部たるダイ上部13及びコアロッド上部23の材質にヤング率が300GPa以上の材質を使用し、金型部材の下部たるダイ下部14及びコアロッド下部24の材質にヤング率が300GPa未満の材質を使用したから、ダイ上部13及びコアロッド上部23が破損したり摩耗が大きくなったり焼結体1にバリが発生したりすることを防止できる。
 また、このように本実施例では、請求項11に対応して、金型部材の上部たるダイ上部13及びコアロッド上部23の材質に超硬合金を使用し、金型部材の下部たるダイ下部14及びコアロッド下部24の材質に鉄系工具鋼を使用したから、ダイ上部13及びコアロッド上部23が破損したり摩耗が大きくなったり焼結体1にバリが発生したりすることを防止できる。
 また、このように本実施例では、請求項12に対応して、焼結体1のしごき代Sが金型部材の上部たるダイ上部13及びコアロッド上部23を基準として0.1mm以下であるから、しごき代Sを0.1mm以下とすることでサイジング後の焼結体1のバリの発生や金型部材の上部の摩耗を抑えることができる。
 また、このように本実施例では、請求項13に対応して、金型部材の上部たるダイ上部13及びコアロッド上部23の上部側テーパー部15,25のアプローチ角θが10°未満であるから、アプローチ角θを10°未満とすることでサイジング後の焼結体1のバリの発生やダイ上部13及びコアロッド上部23の摩耗を抑えることができる。
 また、このように本実施例では、請求項14に対応して、請求項1~6のいずれか1項に記載のサイジング金型2を用い、サイジングと同時に焼結体1の表面を緻密化する製造方法であるから、表面が緻密化された焼結体1を製造することができる。
 また、このように本実施例では、請求項15に対応して、焼結体1は金型部材の上部たるダイ上部13及びコアロッド上部23の上部側テーパー部15,25から金型部材の下部たるダイ下部14及びコアロッド下部24のストレート部11,21まで挿入する際に上部側テーパー部15,25によりサイジングされ、焼結体1はダイ下部14及びコアロッド下部24のストレート部11,21で上下からパンチ5,6で圧縮され、サイジングと同時に焼結体1の表面を緻密化する製造方法であるから、表面が緻密化された焼結体1を製造することができる。
 また、このように本実施例では、請求項16に対応して、サイジング前の焼結体1のヤング率が200GPa以上であるから、ヤング率が200GPa以上の焼結体1の表面緻密化を行うことができる。
 また、このように本実施例では、請求項17に対応して、サイジング後の焼結体1を加工しない製造方法であり、サイジング時のバリの発生を抑制できるため、バリを除去する必要がなくなる。
 また、このように本実施例では、請求項18に対応して、請求項14~16のいずれか1項に記載の製造方法で製造された製造物であり、表面が緻密化された焼結体1からなる製造物が得られる。
 また、実施例上の効果として、ネジなどの固定手段(図示せず)によりダイ上部13及びコアロッド上部23をダイ下部14及びコアロッド下部24に着脱自在に設けることができ、この場合、ダイ上部13及びコアロッド上部23の交換を簡便に行うことができる。また、ダイ下部14及びコアロッド下部24は焼結体1よりヤング率が高い材質からなり、且つ0.2%耐力も焼結体1よりダイ下部14及びコアロッド下部24が大きいから、ストレート部11,21におけるサイジングを確実に行うことができる。尚、上述したように前記ダイ上部13及びコアロッド上部23を、サイジング前の前記焼結体1のヤング率より50GPa以上高い材料とすることが好ましく、また、ダイ下部14及びコアロッド下部24は、サイジング前の前記焼結体1のヤング率より30GPa以上高い材料とすることが好ましい。
 図6は本発明の実施例2を示し、上記実施例1と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例では、ダイ下部14のダイ下部側テーパー部16の上部に平面リング状の凹部31を形成し、この凹部31にダイ上部側テーパー部15を有するリング状のダイ上部13Aを固定して設けている。また、コアロッド下部24のコア下部側テーパー部26の上部に平面リング状の凹部32を形成し、この凹部32にコア上部側テーパー部25を有するリング状のコアロッド上部23Aを固定して設けている。
 したがって、ヤング率の高いダイ上部13及びコアロッド上部23のコストを抑えることができる。
 このように本実施例では、上記実施例1と同様な作用・効果を奏する。
 また、この例では、ダイ上部側テーパー部15を有するダイ上部13Aをリング状に形成し、そのダイ上部13Aをダイ下部14の凹部31に設け、コア上部側テーパー部25を有するコアロッド上部23Aをリング状に形成し、そのコアロッド上部23Aをコアロッド下部24の凹部32に設けたから、ダイ上部13A及びコアロッド上部23Aの材料費を削減することができる。
 図7は本発明の実施例3を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例2において、ダイ上部13及びコアロッド上部23を、交換手段を用いて交換可能に設けている。
 具体的には、リング状のダイ用ホルダー33を用い、このダイ用ホルダー33の下面をダイ上部13の上面に当てた状態で、ダイ用ホルダー33を固定手段たるネジ34によりダイ下部14の上面に固定することにより、ダイ下部14にダイ上部13を固定しており、ネジを外すことによりダイ上部13を交換することができる。
 また、リング状のコアロッド用ホルダー35を用い、このコアロッド用ホルダー35の下面をコアロッド上部23の上面に当てた状態で、コアロッド用ホルダー35を固定手段たるネジ36によりコアロッド下部24の上面に固定することにより、コアロッド下部24にコアロッド上部23を固定しており、ネジ36を外すことによりコアロッド上部23を交換することができる。
 このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
 また、この例では、ダイ上部13及びコアロッド上部23をダイ下部14及びコアロッド下部24に着脱自在に固定する交換手段たるホルダー33,35を備えるから、ダイ上部13及びコアロッド上部23の効果を簡便に行うことができる。
 図8は本発明の実施例4を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例では、ダイ下部側テーパー部16を設けておらず、ダイ上部側テーパー部15とダイストレート部11との間に、ダイ下部14の内周上側角部をR面取りして湾曲部37を形成しており、ダイ上部側テーパー部15の下端15Kの内径よりダイストレート部11の内径が小さい。尚、湾曲部37は前記下端15Kから湾曲している
 また、コア下部側テーパー部26を設けておらず、コア上部側テーパー部25とコアストレート部21との間には、コアロッド下部24の外周上側角部をR面取りして湾曲部38を形成しており、コア上部側テーパー部25の下端25Kの内径よりコアストレート部21の内径が大きい。尚、湾曲部38は前記下端25Kから湾曲している。尚、この例では湾曲部37,38が中間部である。
 このように本実施例では、ダイ下部14及びコアロッド下部24の湾曲部37,38においては、焼結体1と中間部たる湾曲部37,38が互いに弾性変形するだけで焼結体1がしごかれることがなく、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
 図9は本発明の実施例5を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例では、ダイ3にダイ下部側テーパー部16を設けておらず、ダイ下部14に内周上端角部41を設け、この内周上端角部41の上面41Aは左右方向に形成されている。
 また、コアロッド4にコア下部側テーパー部26を設けておらず、コアロッド下部24に外周上端角部42を設け、この外周上端角部42の上面42Aは左右方向に形成されている。尚、この例では内周上端角部41及び外周上端角部42が中間部である。
 このように本実施例では、ダイ下部14及びコアロッド下部24の湾曲部37,38においては、焼結体1と中間部たる内周上端角部41及び外周上端角部42が互いに弾性変形するだけで焼結体1がしごかれることがなく、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
 図10は本発明の実施例6を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例では、下部側テーパー部16,26を設けておらず、テーパー部12,22の全体をダイ上部13及びコアロッド上部23に設けている。即ち、テーパー部12,22は上部側テーパー部15,25からなり、上部側テーパー部15,25の下端25Kの径がストレート部11,21の径と等しい。
 このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
 図11は本発明の実施例7を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例では、ダイ上部13の内周上側角部をR面取りして湾曲部51を形成し、ダイ上部13の内周下側角部(下端15K)をR面取りして湾曲部52を形成し、また、ダイ下部14のダイ下部側テーパー部16の内周上側角部をR面取りして湾曲部53を形成し、ダイ下部14のダイ下部側テーパー部16の内周下側角部をR面取りして湾曲部54を形成している。即ち、湾曲部53はダイ下部14の上面とダイ下部側テーパー部16との間に設けられ、湾曲部54はダイ下部側テーパー部16とストレート部11との間に設けられている。
 また、コアロッド上部23の外周上側角部をR面取りして湾曲部61を形成し、コアロッド上部23の外周下側角部(下端25K)をR面取りして湾曲部62を形成し、また、コアロッド下部24のコア下部側テーパー部26の外周上側角部をR面取りして湾曲部63を形成し、コアロッド下部24のコア下部側テーパー部26の外周下側角部をR面取りして湾曲部64を形成している。即ち、湾曲部63はコアロッド下部24の上面とコア下部側テーパー部26との間に設けられ、湾曲部64はコア下部側テーパー部26とストレート部21との間に設けられている。
 そして、この例では、ダイ上部13の最小径NKは、下端側の湾曲部52の最小径となる箇所であり、コアロッド上部23の最大径GKは、下端側の湾曲部52の最大径となる箇所である。
 尚、この例では、ダイ上部13におけるしごき代Sは、焼結体1の外径寸法と上部側テーパー部15の下部の湾曲部52の内径寸法(最小径NK)との差の2分の1である。また、コアロッド上部23におけるしごき代Sは、焼結体1の内径寸法と上部側テーパー部25の下部の湾曲部62の外径寸法(最大径GK)との差の2分の1である。
 このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏し、抜出時に焼結体1がダイ上部13及びコアロッド上部23に当たらないようにすることができる。
 尚、この例では、抜出時にダイ上部13及びコアロッド上部23に、スプリングバックにおり焼結体1が折衝する可能性がある場合には、湾曲部52,62を設けることにより、ダイ上部13及びコアロッド上部23の破損を防止できる。さらに、湾曲部52,53,54,62,63,64を設けることにより、焼結体1をスムーズに押込及び抜出することができる。
 尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものでは無く、種々の変形実施が可能である。例えば、上部側テーパー部と下部側テーパー部のアプローチ角を同じにしたが、上部側テーパー部のアプローチ角を10°以下とし、下部側テーパー部のアプローチ角を上部側テーパー部のアプローチ角と異なるものにしてもよい。また、実施例では、ダイ上部とコアロッド上部の両者をダイ下部とコアロッド下部よりヤング率の高い材質のものとしたが、ダイ上部とコアロッド上部の一方をダイ下部とコアロッド下部の一方よりヤング率の高い材質のものともよく、この場合、ダイ上部とコアロッド上部の他方をダイ下部とコアロッド下部の他方と一体に形成し、即ち同一材質のもので形成すればよく、この際、ダイとコアロッドの他方にもテーパー部を設けることが好ましく、このテーパー部もアプローチ角を10°未満とする。さらに、図11の実施例7は、実施例1の金型に湾曲部51,52,53,54,61,62,63,64を設けた例であるが、実施例2~6の金型に湾曲部51,52,53,54,61,62,63,64を設けるようにしてもよく、図10の実施例6では、ダイ下部及びコアロッド下部には湾曲部37,38を設ければよい。また、ヤング率の高い材質の例として超硬合金を挙げているが、現時点で比較的コストが安く、一定の靭性があるため選定しているに過ぎない。コスト等を無視すればハイパーダイヤモンド、ロンズデーライト、ダイヤモンド、ダイヤモンド焼結体、ヘテロダイヤモンド、超硬度ナノチューブ、c-BN等の超硬合金を上回るヤング率の材質でも良いし、技術革新によって超硬合金よりもヤング率が高く、比較的コストが安く、一定の靭性がある材質が発明されればそれを使用すれば良い。
1 焼結体
2 サイジング用金型
3 ダイ(金型部材)
4 コアロッド(金型部材)
5 下パンチ
6 上パンチ
11 ダイストレート部
12 ダイテーパー部
13,13A ダイ上部(金型部材の上部)
14 ダイ下部(金型部材の下部)
15 ダイ上部側テーパー部
16 ダイ下部側テーパー部
21 コアストレート部
22 コアテーパー部
23,23A コアロッド上部(金型部材の上部)
24 コアロッド下部(金型部材の下部)
25 コア上部側テーパー部
26 コア下部側テーパー部
23A コアロッド上部
S しごき代

Claims (18)

  1.  金属粉末の成形体を焼結した焼結体をストレート部で圧縮してサイジングする金型において、
    金型部材の上部にテーパー部が設けられ、前記金型部材の下部に前記ストレート部が設けられ、
    前記金型部材の上部の材質が、前記金型部材の下部の材質よりもヤング率が高く、前記金型部材の上部は、前記焼結体のヤング率より50GPa以上高い材質で形成されていることを特徴とする焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  2.  前記金型部材がダイであることを特徴とする請求項1記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  3.  前記金型部材がコアロッドであることを特徴とする請求項1記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  4.  前記金型部材の下部には、前記金型部材の上部のテーパー部と前記ストレート部との間に下部側テーパー部を設けたことを特徴とする請求項1記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  5.  前記ダイの下部には、前記ダイの上部のテーパー部と前記ストレート部との間に下部側テーパー部を設けたことを特徴とする請求項2記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  6.  前記コアロッドの下部には、前記コアロッドの上部のテーパー部と前記ストレート部との間に下部側テーパー部を設けたことを特徴とする請求項3記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  7.  前記金型部材の上部は前記焼結体の抜出時に該焼結体が接触しない寸法に形成されていることを特徴とする請求項4記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  8.  前記ダイの上部は前記焼結体の抜出時に該焼結体の外径スプリングバックによる膨張寸法より大きな寸法に形成されていることを特徴とする請求項5記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  9.  前記コアロッドの上部は前記焼結体の抜出時に該焼結体の内径スプリングバックによる収縮寸法より小さい寸法に形成されていることを特徴とする請求項6記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  10.  前記金型部材の上部の材質にヤング率が300GPa以上の材質を使用し、前記金型部材の下部の材質にヤング率が300GPa未満の材質を使用したことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  11.  前記金型部材の上部の材質に超硬合金を使用し、前記金型部材の下部の材質に鉄系工具鋼を使用したことを特徴とする請求項10記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  12.  前記焼結体のしごき代が前記金型部材の上部を基準として0.1mm以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  13.  前記金型部材の上部のテーパー部のアプローチ角が10°未満であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の焼結体表面緻密化用サイジング金型。
  14.  請求項1~6のいずれか1項に記載のサイジング金型を用い、サイジングと同時に前記焼結体の表面を緻密化することを特徴とする製造方法。
  15.  前記焼結体は前記金型部材の上部の前記テーパー部から前記金型部材の下部の前記ストレート部まで挿入する際に前記テーパー部によりサイジングされ、前記焼結体は前記金型部材の下部の前記ストレート部で上下からパンチで圧縮され、サイジングと同時に前記焼結体の表面を緻密化することを特徴とする請求項14記載の製造方法。
  16.  サイジング前の前記焼結体のヤング率が200GPa以上であることを特徴とする請求項14又は15記載の製造方法。
  17.  サイジング後の前記焼結体を加工しないことを特徴とする請求項14~16のいずれか1項に記載の製造方法。
  18.  請求項14~16のいずれか1項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とする製造物。
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