JP5674039B2 - 粉末成形装置 - Google Patents

Description

この発明は、段付きあるいは中鍔を有する焼結部品を製造するための金型であって、複数の下パンチにより冶金用粉末を圧粉成形する成形用金型に用いる粉末成形装置に関する。

焼結部品は、成形工程、焼結工程を経て製造される。成形工程では成形用プレスにより冶金用粉末を圧縮することで圧粉体が製造される。その圧粉体が焼結炉に運ばれて焼結されることにより焼結体が製造される。前記成形プレスには、成形用のダイ、上パンチ、コア、及び下パンチを含む成形用金型が設置されており、冶金用粉末がダイと下パンチによって形成されている成形孔に供給される。前記下パンチは、焼結部品の形状に合わせて、複数の下パンチにより構成されている場合がある。一般に複数の下パンチを有する場合、外側にある下パンチほど軸方向の全長が短い。

一般に圧粉体の成形時の圧力は５〜１０ｔｏｎ／ｃｍ^２程度であり非常に大きな圧力が金型にかかる。そして、下パンチには圧力によりたわみが発生する。前記全長の違いや金型の厚みの違いにより、複数の下パンチではその圧力による撓み量に差が発生する。冶金用粉末の圧縮が終了し、圧粉体を抜き出す時に、上方からの圧力が開放されるため、撓んだ各下パンチは元に戻ろうとする。前記撓み量の差が大きい場合、各下パンチの戻り量の差も比例して大きくなり抜き出した圧粉体に無理な力が加わり、圧粉体に亀裂が生じるおそれがある。

その対策として、金型設計時に下パンチ及び下パンチを保持する治具類の撓み量を計算し、各下パンチの撓み量の差を極力小さくするという方法が取られている。場合によっては図９に示すように、特許文献１に開示された撓み調整部材を下パンチ支持面に設置することがある。撓み調整部材は、撓みプレートなどで構成されるものであって、撓み量が小さい下パンチの下方に設置され、下パンチの撓み量をその撓み調整部材の撓みによって大きくする。

特許文献２には下パンチの撓み量の調整を、金型装置の分解や部品の入れ替えを行わずに簡単に行えるようにした粉末成形装置が開示されている。この粉末成形装置は、下パンチを支持する下パンチアダプタの下部に、外部からの操作により前記下パンチアダプタとの距離を調節するアダプタ支持具を有し、その距離を調整することにより下パンチの撓み量を調整することを可能にしている。

実開昭６２−４１４９８号公報 特開２００９−１８３１８号公報

ところが、特許文献１に開示された撓み調整部材では、撓みプレートの剛性が高く適切に撓み量を調整できないことや、反対に強度が低く繰り返し圧力が加わると撓み調整部材が疲労破壊したり、ヘタリが発生したりするおそれがあった。また、特許文献２に開示された粉末成形装置ではアダプタ支持具が大きくコンパクトな粉末成形装置には設置できないという問題があった。

そこで、この発明は、簡単な構成で、強度と撓み調整能力の向上を両立させ、この撓み調整部材を用いた粉末成形装置による圧粉成形において、圧粉体における撓み量の差による亀裂の発生を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するため、この発明においては、焼結部品の圧粉成形に用いられ、ダイと上パンチと複数の下パンチとコアとを含む粉末成形装置であって、少なくとも１つの前記下パンチである第１の下パンチの下方に複数の撓み調整部材を備えることを特徴とする粉末成形装置とした。

この発明の粉末成形装置は、ダイと上パンチと複数の下パンチとコアとを含み、少なくとも１つの前記下パンチである第１の下パンチの下方に複数の撓み調整部材を備える。複数の撓み調整部材を有することにより、撓み量の調整を容易にすることと撓み調整部材の強度低下防止を両立させることができる。

前記撓み調整部材のうち、前記第１の下パンチに接しない撓み調整部材のうち少なくとも１つの撓み調整部材である第１の撓み調整部材は、前記コアまたは他の下パンチが貫通する中心孔を有する板状部材であり、前記第１の撓み調整部材の前記中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす第１の傾斜面を前記第１の撓み調整部材の上下一方の面に有すると好ましい。

前記第１の撓み調整部材は、前記コアまたは他の下パンチが貫通する中心孔を有する板状部材であり、前記第１の撓み調整部材の前記中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす第１の傾斜面を前記第２の撓み調整部材の上下一方の面に有すると、方向によらず前記１の撓み調整部材が撓みやすくなり、撓み調整が容易となる。

前記第１の撓み調整部材の他方の面には前記第１の傾斜面が凸部の場合凹部、凹部の場合凸部となる第２の傾斜面を有すると好ましい。

前記第１の撓み調整部材の他方の面には前記第１の傾斜面が凸部の場合凹部、凹部の場合凸部となる第２の傾斜面を有すると、前記第１の撓み調整部材がより撓みやすくなり、撓みを調整しやすくなる。

前記第１の下パンチに接する撓み調整部材である第２の撓み調整部材は前記コアまたは他の下パンチが貫通する中心孔を有する板状部材であり、前記第２の撓み調整部材の上下両面には前記第２の撓み調整部材の前記中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす凹部又は凸部となる傾斜面を有さないと好ましい。

前記第１の下パンチからの圧力を受ける前記第２の撓み調整部材は強度が必要である。前記第２の撓み調整部材の上面と下面が凹部又は凸部となる傾斜面を有さない面であると前記下パンチからの圧力を均等に受けることができ、その圧力による前記第２の撓み調整部材の損傷を防ぐことができる。

内鍔を有する円筒状の下パンチ押さえにより前記第１の下パンチは下パンチホルダに取り付けられ、前記第１の撓み調整部材が前記下パンチ押さえの円筒部よりも内側に設置されると好ましい。

前記第１の撓み調整部材を下パンチ押さえの円筒部よりも内側に設置すると、前記撓み調整部材がより撓みやすくなり、撓みの調整がやりやすくなる。

この発明の粉末成形装置は、簡単な構成で、強度と撓み調整能力の向上を両立させ、この治具を用いた成形用金型による圧縮成形において、圧粉体に撓み量の差による亀裂の発生を抑制することができる。

本発明の粉末成形装置の一実施形態を説明する断面図である。 同実施形態の下パンチ下部の拡大図である。 同実施形態の第１の撓み調整部材の断面図である。 同実施形態の第１の撓み調整部材の下面図である。 同実施形態の第２の撓み調整部材の断面図である。 同実施形態の第２の撓み調整部材の下面図である。 同実施形態で製造される焼結部品の下面の斜視図である。 同実施形態の粉末圧縮時の断面図である。 従来の粉末成形装置の下パンチ下部の拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
本発明の粉末成形装置は、表面に段差や突起を有する焼結部品の製造に用いられ、成形孔に充填された冶金用粉末を圧縮し、圧粉体を製造するためのものである。圧粉体はその後、焼結され、製品仕様に応じてサイジング、さらには機械加工が施される。対象の焼結部品は自動車用部品である。以下金型の構成、成形工程について説明する。

〔金型の構成〕
図１に示す本発明の実施形態は、図７に示す焼結部品Ａを製造するための粉末成形装置である。図１は粉末成形装置の断面図を示す。本実施形態の粉末成形装置は、上パンチ１、ダイ２、第１下パンチ３、第２下パンチ４、及びコア５を含む。前記上パンチ１は、成形用プレスの上ラムによって駆動される上パンチプレート６に取り付けられる。前記ダイ２はダイプレート７に取り付けられる。前記第１下パンチ３は、下部にフランジを有し、上部に内鍔を有する円筒状の下パンチ押さえ２０を用いて前記フランジ部を押さえることにより第１下パンチアダプタ８に取り付けられる。下パンチ押さえ２０は、円筒部を貫通するネジ２１により前記第１下パンチアダプタ８に固定されている。前記第１下パンチアダプタ８が第１下パンチホルダ９に取り付けられる。前記第２下パンチ４は第２下パンチアダプタ１０を介してベースプレート１１に取り付けられる。

前記第１下パンチ３と前記第１下パンチアダプタ８との間には、下から順に第１の撓み調整部材１２と第２の撓み調整部材１３が設置されている。図２は前記第１下パンチ下部の拡大図である。前記第１の撓み調整部材１２の下面は凹部１４を有し、前記第１の撓み調整部材１２と前記第１下パンチアダプタ８の間に隙間が設けられている。前記凹部１４は、第１の傾斜面１５により構成されている。

図２に示すように前記第１の撓み調整部材１２の外径は、下パンチ押さえ２０の内径以下に設定されている。下パンチ押さえ２０は円筒部を貫通するネジ２１で固定されているが、前記第１の撓み調整部材１２が前記円筒部の内側に設置されるので、前記円筒部の下部に撓み調整部材が設置される構成に比べて前記第１の撓み調整部材１２が非常に撓みやすくなる。

図３は前記第１の撓み調整部材１２の断面図である。前記第１の撓み調整部材１２は中央に前記第２下パンチ４が貫通する中心孔を有する。前記第１の撓み調整部材１２の下面には、前記第２の撓み調整部材１３の下面視において、その中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす凹部となる第１の傾斜面１５を有する。前記第１の撓み調整部材１２の上面には、その中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす凸部となる第２の傾斜面１６を有する。この構成により、前記第１の撓み調整部材１２は非常に撓みやすくなる。

図４は前記第１の撓み調整部材１２の下面図である。前記第１の撓み調整部材１２は円盤状の外形をしている。前記第１の撓み調整部材１２の中心に向けて下り勾配を有する前記第１の傾斜面１５は円錐状をしている。この形状により方向によらず撓みやすくなる。

図５は第２の撓み調整部材１３の断面であり、図６は下面図である。前記第１の撓み調整部材１２は、板状をしており、前記第２下パンチ４が貫通する中心孔を有する。前記第２の撓み調整部材１３の上面と下面にはその中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす凹部又は凸部となる傾斜面を有さない。本実施例においては、前記第２の撓み調整部材の上面と下面は、いずれも中心軸に対して垂直な平面をなしている。

図７は前記焼結部品Ａの下面の斜視図である。前記焼結部品Ａは、下面に４つの突起１７を有する。前記突起１７の下面は前記第１下パンチ３により成形される。前記突起１７以外の下面は前記第２下パンチ４により成形される。

〔成形工程〕
成形工程では、図１に示すようにまずフィーダーボックスから前記ダイ２、前記第１下パンチ３、前記第２下パンチ４、及びコア５によって形成されるキャビティに冶金用粉末１８が充填される。

その後、前記上パンチ１を下降させる。図８に示すように前記上パンチ１、前記ダイ２、前記第１下パンチ３、前記第２下パンチ４、及び前記コア５の協働によって冶金用粉末を圧縮し、圧粉体１９を形成する。上からの圧力を受けて前記第１下パンチ３と前記第２下パンチ４は撓む。撓み調整部材がない場合、前記第２下パンチ４は前記第１下パンチ３よりも全長が長いため、前記第２下パンチ４の方が前記第１下パンチ３よりも大きく撓む。本発明の実施形態では、前記第１下パンチ３の下方に設置した前記第１の撓み調整部材１２が下方に撓み、前記第１下パンチ３と前記第２下パンチ４の撓み量の差を低減することができる。

図７に例示の焼結部品Ａを図３に示す前記第１の撓み調整部材１２と図５に示す前記第２の撓み調整部材１３とを用いて成形した。焼結部品Ａの寸法は、以下である。
外径：１２０ｍｍ
厚さＴ：２０ｍｍ
突起部の長さＬ：３０ｍｍ
前記第１の撓み調整部材１２の寸法は以下である。
厚さ：５ｍｍ
外径：１８０ｍｍ
内径：９０ｍｍ
第１の傾斜面の外径：１６０ｍｍ
第１の傾斜面の高さＨ１：０．６ｍｍ
第２の傾斜面の内径：１３０ｍｍ
第２の傾斜面の高さＨ２：０．６ｍｍ
前記第２の撓み調整部材１３の寸法は以下である。
厚さ：５ｍｍ
外径：１８０ｍｍ
内径：９０ｍｍ
前記第１の撓み調整部材１２と前記第２の撓み調整部材１３の材質は共にニッケルクロムモリブデン鋼である。

比較例

比較例として図９に示す従来の撓み調整部材２２を用いて図７の焼結部品Ａを成形した。
撓み調整部材の寸法は以下である。
厚さ：１０ｍｍ
外径：１８０ｍｍ
内径：９０ｍｍ
傾斜面の高さＨ３：０．６ｍｍ
材質はニッケルクロムモリブデン鋼である。
前記従来の撓み調整部材２２は、ネジを挿入する貫通穴を有し、下パンチ押さえ２０と共にネジ２１により、第１下パンチアダプタ８に取り付けられている。

圧力６ｔｏｎ／ｃｍ^２の成形条件で成形を行った。
その結果、実施例において成形した焼結部品Ａには亀裂が無く、比較例において成形した焼結部品Ａには亀裂が発生したことを確認した。１０００個成形した後、前記第１の撓み調整部材１２と前記第２の撓み調整部材１３にヘタレや亀裂等の不具合は見られなかった。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明の粉末成形装置は、自動車用焼結部品等の各種焼結部品を得るのに好適である。

１ 上パンチ
２ ダイ
３ 第１下パンチ
４ 第２下パンチ
５ コア
６ 上パンチプレート
７ ダイプレート
８ 第１下パンチアダプタ
９ 第１下パンチホルダ
１０ 第２下パンチアダプタ
１１ ベースプレート
１２ 第１の撓み調整部材
１３ 第２の撓み調整部材
１４ 凹部
１５ 第１の傾斜面
１６ 第２の傾斜面
１７ 突起
１８ 冶金用粉末
１９ 圧粉体
２０ 下パンチ押さえ
２１ ネジ
２２ 従来の撓み調整部材
Ａ 焼結部品

Claims (3)

1. 焼結部品の圧粉成形に用いられ、ダイと上パンチと複数の下パンチとコアとを含む粉末成形装置であって、
   少なくとも１つの前記下パンチである第１の下パンチの下方に複数の撓み調整部材を備え、
   前記撓み調整部材のうち、前記第１の下パンチに接しない撓み調整部材のうちの少なくとも１つの撓み調整部材である第１の撓み調整部材は、前記コア又は他の下パンチが貫通する中心孔を有する板状部材であり、
   前記第１の撓み調整部材の上下一方の面には前記第１の撓み調整部材の前記中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす第１の傾斜面を有し、
   前記第１の撓み調整部材の他方の面には前記第１の傾斜面が凸部の場合凹部、凹部の場合凸部となる第２の傾斜面を有することを特徴とする粉末成形装置。
2. 前記第１の下パンチに接する撓み調整部材である第２の撓み調整部材は前記コアまたは他の下パンチが貫通する中心孔を有する板状部材であり、
   前記第２の撓み調整部材の上下両面には前記第２の撓み調整部材の前記中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす傾斜面を有さないことを特徴とする請求項１に記載の粉末成形装置。
3. 焼結部品の圧粉成形に用いられ、ダイと上パンチと複数の下パンチとコアとを含む粉末成形装置であって、
   少なくとも１つの前記下パンチである第１の下パンチの下方に複数の撓み調整部材を備え、
   前記撓み調整部材のうち、前記第１の下パンチに接しない撓み調整部材のうちの少なくとも１つの撓み調整部材である第１の撓み調整部材は、前記コア又は他の下パンチが貫通する中心孔を有する板状部材であり、
   前記第１の撓み調整部材の上下一方の面には前記第１の撓み調整部材の前記中心孔の中心に対して同心状のテーパー形状をなす第１の傾斜面を有し、
   内鍔を有する円筒状の下パンチ押さえにより前記第１の下パンチは下パンチホルダに取り付けられ、前記第１の撓み調整部材が前記下パンチ押さえの円筒部よりも内側に設置されることを特徴とする粉末成形装置。

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