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TW201408403A - 混合粉末的高密度成形方法及高密度成形裝置 - Google Patents

混合粉末的高密度成形方法及高密度成形裝置 Download PDF

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TW201408403A
TW201408403A TW102114232A TW102114232A TW201408403A TW 201408403 A TW201408403 A TW 201408403A TW 102114232 A TW102114232 A TW 102114232A TW 102114232 A TW102114232 A TW 102114232A TW 201408403 A TW201408403 A TW 201408403A
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heating
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TW102114232A
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Kazuhiro Hasegawa
Yoshiki Hirai
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Aida Eng Ltd
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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。將作為基礎金屬粉末和低熔點的潤滑劑粉末混合物的混合粉末(100)填充到第一模具(21D)中，施加第一加壓力成形與混合粉末完成壓縮體(120)的形狀相比具有在加壓方向上突起的突起部分(110A)的形狀的混合粉末中間壓縮體(110)，加熱該混合粉末中間壓縮體(110)將其溫度積極上升到相當於該潤滑劑粉末的熔點的溫度，在第二模具(41D)內向已升溫的混合粉末中間壓縮體(110)施加第二加壓力使突起部分(110A)在加壓方向上潰散、壓縮並加壓成形，以高密度完成所期待的形狀的混合粉末完成壓縮體(120)。

Description

混合粉末的高密度成形方法及高密度成形裝置
本發明有關一種高密度成形方法及高密度成形裝置，其可藉由對混合粉末進行二次加壓而成形高密度(例如7.75g/cm3)的粉末壓胚。
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胚，接著將粉末壓胚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尺寸精度高的機械構件。
隨著對機械構件更加小型輕量化的需求，要求提高粉末壓胚的機械強度。另一方面，如果將粉末壓胚暴露在高溫氣氛中則磁性能會降低。因此，在實際生產磁心用粉末壓胚時，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胚密度的增加而得到大幅(雙曲線型)提高。作為有代表性的高密度化 方法，有人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。還有人提出了很多旨在進一步提高密度的方案。這些方案大體分為改善潤滑劑本身和改善加壓成形、燒結處理相關的過程。
作為屬於前者的方案，可以舉出球狀炭分子和板狀炭分子組合在一起的碳分子複合體的方案(例如專利文獻2)；25℃時的穿透度是0.3mm~10mm的潤滑劑的方案(例如專利文獻3)。這些方案均為減小金屬粉末之間、以及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，已知有溫熱成形燒結粉末冶金方法(專利文獻4)、操作方便的前置溫熱成形粉末冶金方法(專利文獻5)、二次壓製-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．燒結粉末冶金方法是藉由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與模具間的摩擦阻力從而提高成形性。操作方便的前置溫熱成形粉末冶金方法，是一種設置有一次成形步驟，以在溫熱成形步驟前對混合粉末進行加壓成形操作方便的低密度(例如密度比低於76%)的一次成形體，以低於使該一次成形體產生藍熱脆性的溫度的低溫狀 態且將一次成形體一次崩解並進行二次成形步驟得到二次成形體(粉末壓胚)的方法。二次壓製-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一次壓縮體，在870℃將該壓縮體(粉末壓胚)預燒結5分鐘並生成預燒結體，藉由加壓該預燒結體而生成已二次壓製的預燒結體，此後在1000℃將已二次壓製的預燒結體燒結5分鐘來生成燒結構件的方法。最後的一次成形-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製成鐵基粉末成形體，接著對鐵基粉末成形體實施燒結處理，進而進行光亮淬火，之後實施回火處理製造鐵基燒結體的方法。
像這樣，使用潤滑劑或加壓成形、燒結處理過程相關的任何改善方法，粉末壓胚的密度最高也就是7.4g/cm3(真密度的94%)左右。機械強度不夠。進而，進行燒結處理(高溫氣氛)時，由於氧化隨著溫度、時間而加重，所以粉末粒子塗布狀態的潤滑劑燃燒產生殘渣，導致加壓成形後的粉末壓胚品質降低，因此，實際生產時的密度變為在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胚製作電磁設備(馬達或變壓器等)用的磁心(磁芯)的話，常被指出這種程度的密度(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，就需要將粉末壓胚進一步高密度化，例如，從平成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)看就一目了然。磁心密度，例如即便是7.5g/cm3，在實際應用中，也被指出不僅磁特性，其機械強度也不足。
關於該磁心用粉末壓胚的製造，提出一種二次成形-一次燒結(一次退火)的粉末冶金方法(例如專利文獻8)。該專利申請的粉末冶金方法依據的技術內容是：如果在磁性金屬粉末表面預先形成含有矽樹脂和顏料的塗層的話，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特徵在於：把表面被覆有含矽樹脂和顏料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燒壞絕緣性，所以，熱處理用的溫度設置在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、非活性氣體氣氛或還原性氣體氣氛中進行。因而有報導稱可製造出真密度98%(7.7g/cm3)的壓粉磁心。
〔習知技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利公開平1-219101號公報
〔專利文獻2〕日本專利公開2009-280908號公報
〔專利文獻3〕日本專利公開2010-37632號公報
〔專利文獻4〕日本專利公開平2-156002號公報
〔專利文獻5〕日本專利公開2000-87104號公報
〔專利文獻6〕日本專利公開平4-231404號公報
〔專利文獻7〕日本專利公開2001-181701號公報
〔專利文獻8〕日本專利公開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)與其他專利申請的方法相比，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提高。且，必須在500℃以上對預成形體進行熱處理。為防止粉末磁心品質惡化而必須在特殊氣氛中進行，所以不適用於大批量生產。尤其是由於玻璃材質會變質、熔解，所以不適用於被覆玻璃材質塗層的磁性金屬粉末的情況。
且，無論在上述任何申請的方法、裝置(專利文獻1~8)中，雖然記載有在相對高溫氣氛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、功能，加壓力和密度的關係或其局限的相關分析也末見有與新的改善相關的報導。
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切實、穩定並以低成本製造高密 度粉末壓胚(尤其是磁心用高密度粉末壓胚)的方法、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，其藉由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胚，並且可大幅度降低製造成本。
根據用燒結冶金技術製造粉末壓胚的慣例，需要在高溫氣氛(例如800℃以上)對加壓成形的粉末壓胚實施燒結處理。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。
且，以往加壓成形處理是將混合粉確立為具體的形狀，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的。但是現狀是只在製造用於電磁設備(電動機、變壓器等)的磁心用粉末壓胚時，例外地省略了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胚的高密度成形，則應該能夠顯著提高粉末壓胚在產業上的利用及普及。本發明是根據分析同時可 藉由有效利用加壓能力且促進液態潤滑劑的均勻流動而切實製造出高品質粉末壓胚而創造出來的，前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其特性及潤滑劑的最終處置方式的研究，以及一般的加壓成形機的特性、壓縮極限性及粉末壓胚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，前述混合粉末是基礎金屬粉末中混合粉末潤滑劑，維持潤滑劑的粉末狀態並藉由第一加壓步驟成形具有突起部分的中間粉末壓胚，接著藉由加熱潤滑劑使其液化，使中間粉末壓胚內的潤滑方式改變，此後藉由第二加壓步驟在加壓方向上使突起部分潰散、壓縮並進行加壓成形而完成接近真密度的高密度的完成粉末壓胚。換言之，其有關一種脫胎於需要高溫燒結處理的以往燒結冶金技術而創新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)，可提供可切實穩定並低成本地製造高密度粉末壓胚的具有劃時代意義的方法和裝置。
(1)具體而言，本發明的一種實施方式有關的混合粉末的高密度成形方法，其特徵在於：在第一模具中填充混合粉末，前述混合粉末基礎金屬粉末與低熔點的潤滑劑粉末混合的混合物，在前述第一模具內向前述混合粉末施加第一加壓力成形混合粉末中間壓縮體，與混合粉末完成壓縮體的形態相比前述混合粉末中間壓縮體具有在加壓方 向上突起的一個或多個突起部分的形態，加熱從前述第一模具取出的前述混合粉末中間壓縮體並積極將前述混合粉末中間壓縮體的溫度升高到相當於該潤滑劑粉末的熔點的溫度，將升溫後的前述混合粉末中間壓縮體裝入第二模具中，在前述第二模具內向前述混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力在加壓方向上使突起部分潰散、壓縮並進行加壓成形以高密度完成所期待的形態的混合粉末完成壓縮體。
(2)在上述(1)的發明中，可在混合粉末完成壓縮體是實心且形狀簡單時，將突起部分成形在混合粉末中間壓縮體的平面中央部分。
(3)在上述(1)或(2)的發明中，可將潤滑劑粉末的熔點設為低熔點，前述低熔點屬於90℃~190℃的溫度範圍內。
(4)在上述(1)或(2)的發明中，第二模具可在接收前述混合粉末中間壓縮體以前先被預熱到相當於潤滑劑粉末的熔點的溫度。
且，(5)在上述(1)或(2)的發明中，第二加壓力可選擇為與第一加壓力等值。
進而，(6)本發明的第二實施方式有關的混合粉末的高密度成形裝置，具有：混合粉末供給機，其可向外部供給填充混合粉末，前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，其向用該混合粉末供給機填充到第一模具中的前述混合粉末施加第一加壓力成形與混合粉末完成壓縮體的形態相比具有在加壓 方向上突起的一個或多個突起部分的混合粉末中間壓縮體；加熱升溫機，其用於將從前述第一模具取出的前述混合粉末中間壓縮體的溫度升高到相當於該潤滑劑粉末的熔點的溫度；第二加壓成形機，其向已裝入第二模具的已升溫的前述混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力在加壓方向上使突起部分潰散、壓縮並進行加壓成形以高密度完成所期待的形態的混合粉末完成壓縮體。
進而且(7)在上述(6)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構成，並且前述加熱加壓成形機由多台加熱加壓成形子機構成且各前述加熱加壓成形子機可在每個週期內選擇依序動作。
(8)在上述(6)的發明中，可具有預熱前述第二模具的預熱裝置。
(9)在上述(6)的發明中，還可具有工件移送裝置，其向前述加熱升溫機移送前述第一加壓成形機所成形的前述混合粉末中間壓縮體，將前述加熱升溫機所加熱的前述混合粉末中間壓縮體移送到前述第二加壓成形機，且將前述第二加壓成形機所成形的前述混合粉末完成壓縮體移送到排出部。
採用上述(1)的發明，可切實穩定地製造高密度粉末壓胚且可大幅度降低製造成本，同時可藉由有效利用加 壓能力且促進液態潤滑劑的均勻流動而順利地實際生產出高品質粉末壓胚。
採用上述(2)的發明，可進一步提高從中央部分朝向外側的腔體內壁面的基礎金屬粒子及液態潤滑劑的流動性。即可進一步促進液態潤滑劑的均勻流動且可縮短製造時間。
採用上述(3)的發明，可確保在第一加壓步驟中潤滑劑有充分潤滑作用。而且可有助於抑制氧化，潤滑劑種類的選擇性也廣泛。
且，採用上述(4)的發明，可進一步大幅提高在第二加壓成形中的已熔解的潤滑劑的全方向流動性。即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(5)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胚的製造成本。
且，採用上述(6)的發明，可切實執行上述(1)~(5)有關的混合粉末的高密度成形方法並易於實現，操作簡單。可進一步提高生產率。
進而且，採用上述(7)的發明，與上述(6)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。
上述(8)的發明，藉由預熱第二模具，即便在完成粉末壓胚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(9)的發明，藉由具有工件移送裝置，可將工件切實地在從第一加壓成形機到前述加熱升溫機之間，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移送。
另外，可從下文的說明明白上述之外的本發明的結構及效果。
1‧‧‧高密度成形裝置
10‧‧‧混合粉末供給機
11‧‧‧中間粉末壓胚
12‧‧‧完成粉末壓胚
20‧‧‧第一加壓成形機
21‧‧‧下模具
21D‧‧‧中空圓筒形模具
21PD‧‧‧下沖頭
21PDS‧‧‧上端面
22‧‧‧腔體
23‧‧‧可動構件
24‧‧‧通孔
25‧‧‧上模具
25P‧‧‧上沖頭
25PU‧‧‧上沖頭
30‧‧‧加熱升溫機
31‧‧‧噴氣罩
32‧‧‧保持構件
33‧‧‧排氣循環罩
40‧‧‧第二加壓成形機
41‧‧‧下模具
41D‧‧‧下模具
41P‧‧‧下沖頭
41PD‧‧‧下沖頭
42‧‧‧腔體
43‧‧‧可動構件
44‧‧‧通孔
45‧‧‧上模具
45P‧‧‧上沖頭
45PU‧‧‧上沖頭
47‧‧‧第二預熱裝置
48‧‧‧多功能型加熱裝置
50‧‧‧工件移送裝置
51、52、53‧‧‧移送桿
59‧‧‧排出槽
70‧‧‧加熱加壓成形機
70A，70B‧‧‧加熱加壓成形子機
100‧‧‧混合粉末
110‧‧‧中間粉末壓胚(混合粉末中間壓縮體)
110A‧‧‧突起部分
110B‧‧‧突起部分
120‧‧‧完成粉末壓胚(混合粉末完成壓縮體)
120S、120T‧‧‧空間
圖1是用來說明本發明的高密度成形方法的示意圖。
圖2是用來說明本發明的第一實施方式的高密度成形裝置(及動作)的主視圖。
圖3A是用來說明本發明的第一實施方式的混合粉末的高密度成形動作的圖，顯示以第一模具成形中間粉末壓胚的狀態。
圖3B是用來說明本發明的第一實施方式的混合粉末的高密度成形動作的圖，顯示向第一模具內填充下一混合粉末的狀態。
圖4是用來說明本發明第一實施方式的加壓力和以該加壓力得到的密度之間的關係的圖表，虛線所示的特性A是顯示第一模具的成形狀態，實線所示的特性B是顯示第二模具的成形狀態。
圖5A是用來說明本發明的第一實施方式的完成粉末 壓胚(中間粉末壓胚)的透視圖，呈圓環形。
圖5B是用來說明本發明的第一實施方式的完成粉末壓胚(中間粉末壓胚)的透視圖，呈圓柱形。
圖5C是用來說明本發明的第一實施方式的完成粉末壓胚(中間粉末壓胚)的透視圖，呈細長圓軸形。
圖5D是用來說明本發明的第一實施方式的完成粉末壓胚(中間粉末壓胚)的透視圖，呈圓盤形。
圖5E是用來說明本發明的第一實施方式的完成粉末壓胚(中間粉末壓胚)的透視圖，呈複雜形狀。
圖6是用來說明本發明的第一實施方式中圓盤形完成粉末壓胚所對應的中間粉末壓胚的突起部分的圖。
圖7是用來成形設置有本發明的第一實施方式中的突起部分的中間粉末壓胚及圓盤形完成粉末壓胚的第一模具及第二模具的示意圖。
圖8是用來說明本發明的第一實施方式中完成粉末壓胚成形時的液態潤滑劑的流動狀態的圖。
圖9是用於說明本發明的第一實施方式中複雜形狀的完成粉末壓胚所對應的中間粉末壓胚的突起部分的圖。
圖10是本發明的第二實施方式的高密度成形裝置及其動作的主視圖。
以下參照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。
(第一實施方式)
本混合粉末的高密度成型裝置1，如圖1~圖8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，可穩定切實地實施本混合粉末的高密度成形方法，前述本混合粉末的高密度成形方法有效利用加壓能力且促進基礎金屬粒子及液態潤滑劑的均勻流動而可切實製造出高品質粉末壓胚，前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)，前述混合粉末100是向基礎金屬粉末中混合低熔點的潤滑劑粉末的混合物；在第一模具(下模具21)內藉由安裝於加工成形機20的滑塊5上的上模具25向混合粉末100施加第一加壓力(P1)而成形具有突起部分110A形態的混合粉末中間壓縮體(以下有時也稱為中間粉末壓胚110)的中間粉末壓胚成形步驟(PR2)；加熱從第一模具(下模具21)取出的中間粉末壓胚110使其積極升溫到相當於該潤滑劑粉末的熔點的溫度的加熱升溫步驟(PR3)；將加熱的中間粉末壓胚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)內藉由安裝於加工成形機40的滑塊5上的上模具45向中間粉末壓胚110施加第二加壓力P2在加壓方向上使突起部分110A潰散、壓縮並進行加壓成形而以高密度完成所期待的形態的混合粉末完成壓縮體(以下有時也稱為完成粉末壓胚120)的完成粉末壓胚成形步驟(PR5)。
在本說明書中所述的混合粉末100，是指基礎金屬粉末和低熔點的潤滑劑粉末的混合物。且，基礎金屬粉末，是存在：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)相比溫度(熔點)極其低的溫度(熔點)且可大幅抑制基礎金屬粉末的氧化的溫度(溫度)。
在顯示高密度成形裝置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(在圖2、圖3A以實線所示的位置)和第一模具(下模具21)的上方位置(在圖3B以虛線所示的位置)之間有選擇地整體往復移動。
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)的形狀是與產品形狀相對應的形狀，所以即便產品形狀複雜或是具有狹小部分的形狀，在保證中間粉末壓胚110的尺寸精度上，也最好不要填充不均勻或不充分。
完成粉末壓胚120(中間粉末壓胚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是圓盤形、圖5E是複雜形狀。
即由於第一加壓成形機20的上模具25(上沖頭25PU)及下模具21的腔體22設置為與中間粉末壓胚110的形態(形狀)對應的形狀，因而在中間粉末壓胚110的形態例如為圖5A~圖5E所示時，變為與之分別對應的形狀。中間粉末壓胚110的形狀如圖5A所示為環形管形狀時，如圖2、圖3A、圖3B所示上模具(上沖頭25PU)25的形狀為圓筒形且下模具21的形狀變為中空環形管形狀。如圖5B所示為圓柱形時，上模具(上沖頭25PU)25的形狀是實心圓筒(圓柱)形且下模具21的形狀變為中空圓筒形。是圖5C的圓盤形、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，變為對應的複雜形狀。另外，對第二加壓成形機40的上模具(上沖頭45PU)45及下模具41的腔體42也是同樣地設置。
此處，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的固形物(非常小的粒狀)即為粉末狀的物質。例如如果採用液狀的潤滑劑，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(21)內施加第一加壓力P1使中間粉末壓胚成形，在此期間，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，從與中間粉末壓胚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的氧化來看，潤滑劑粉末的熔點需要設為與該基礎金屬粉末的熔點相比非常地低的熔點(低熔點)。
在該實施方式中，潤滑劑粉末的熔點選擇為低熔點，前述低熔點屬於90℃~190℃的溫度範圍內。下限溫度(90℃)設為相比中間粉末壓胚成形過程中即便發生某種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℃)仍充裕的值(例如90℃)，進而看其他的金屬皂的熔點(例如110℃)來進行選擇。即徹底消除了在中間粉末壓胚的加壓成形過程中潤滑油粉末熔解(液化)並流出的危險。
上限溫度(例如190℃)選擇從潤滑劑粉末的種類相關的選擇性放大的角度看是最小值，而在加熱升溫步驟時從抑制基礎金屬粉末的氧化的角度看為最大值。即希望理解為該溫度範圍(90℃~190℃)的下限溫度和上限溫度不是極限值而是邊界值。
因而可選擇性地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如辛酸鋅等。
在該實施方式中，採用熔點120℃的硬脂酸鋅粉末作為潤滑劑粉末。另外，在本發明中，否定了像專利文獻7 的發明那樣使用溫度比加壓成形時模具溫度還低的(熔點)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。因為在中間粉末壓胚110成形結束以前如熔解的潤滑劑流出，則容易出現中途潤滑不足的部位，所以無法切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。在與該實施方式有關的中間粉末壓胚成形步驟(PR2)的關係中，潤滑劑粉末的量設為混合粉末總量的0.23wt%~0.08wt%。0.08wt%是到中間粉末壓胚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變為中間粉末壓胚110時為了獲得前述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胚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。在該實施方式中，由於將中間粉末壓胚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%。上限值(0.2wt%)從可防止滴漏現象出現的角度來決定，下限值(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角度出發來決定。相比上述以往申請例子(1wt%)的情況只是很少量，卻可大幅提高工業上的使用性。
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極過量的潤滑劑。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%的中間粉末壓胚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溫度，則中間粉末壓胚110內散佈的粉末潤滑劑熔化充滿金屬粉末粒子間的孔，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胚110的表面滲出(噴出)。即誘發出汗現象。在第二模具(下模具41)內向該中間粉末壓胚110施加第二加壓力P2進行壓縮時，可大幅降低基礎金屬粉末和腔體內壁面的摩擦阻力。
同樣，將0.1wt%的混合粉末100壓縮到真密度比為90%的中間粉末壓胚110的情況，和將超過0.1wt%不滿0.2wt%範圍內的混合粉末100壓縮到真密度比不滿90%且超過80%範圍內的值的中間粉末壓胚110，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 粉末壓胚(例如磁心)。也可消除對模具受損的擔心。而且，可大幅削減潤滑劑的消耗量，使液狀潤滑劑不再從第二模具(下模具41)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胚製造成本所以可顯著地提高在工業生產上的可使用性。
在上述任意一種以往方法、裝置(專利文獻1~8)中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。
尤其是即便在熱成形粉末冶金方法(專利文獻5)中，雖然可以理解為了便於操作而成形密度比不足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公開。更別說從其後一度使一次成形體潰散在成形二次成形體這一點看，只能否定其藉由一次成形、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(中間粉末壓胚110)的裝置，該實施方式是壓製機械結構。
在圖2中第一模具裝置由工作臺側的下模具21(模具21D)和滑塊5側的上模具25(上沖頭25PU)構成。下模具21的腔體22形狀設置為與圖5A所示中間粉末壓胚110的形態(環形形態)對應的形狀(環形管形狀)。即上模具25(上沖頭25PU)設置為可擠壓進下模具21(腔體22)內的狀態(圖2、圖3A，圖3B所示的環形管 形狀)，靠滑塊5做升降運動。腔體22的下方在上下方向可移動地嵌裝有可動構件23。
可動構件23通過貫穿設置在底面高度GL以下的通孔24向上突起的頂出桿(圖示省略)移動到上方。即可把第一模具〔下模具21(腔體22)〕內的中間粉末壓胚110上推到移送面HL。從外部看，具有作為將第一模具(下模具21)內的中間粉末壓胚110取出到外部(HL)的第一取出裝置的功能。中間粉末壓胚110被移送到加熱升溫機30側後，可動構件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)和與之對應得到中間粉末壓胚110的真密度比(密度ρ)的關係。橫軸以指數顯示加壓力P。在該實施方式中的最大能力(加壓力P)是10Ton/cm2，其設為橫軸指數100。Pb是模具損壞壓力，為橫軸指數140(14Ton/cm2)。縱軸以指數顯示真密度比(密度ρ)。縱軸指數(100)相當於真密度比(密度ρ)是97%(7.6g/cm3)。
在該實施方式中，基礎金屬粉末設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(6.24g/cm3~7.02g/cm3)〕的真密度比80%~90%的物質。
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、機械構件用純鐵粉末等。
一旦提高第一加壓力P1，則藉由第一加壓成形機20得到的密度ρ隨著以虛線(曲線)顯示的特性A而升高。在第一加壓力P1(橫軸指數100)時，密度ρ變為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的提高也是微小的。模具損壞的可能性很大。
以往，在以加壓成形機(壓製機械)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製機械。但是，即便是大型化例如將最大能力變為1.5倍，密度ρ的提高也是微小的。因此，現在的情況是勉強接受以現有的壓製機械得到的低密度ρ(例如7.5g/cm3)。
此處，現在直接使用壓製機械，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的意義。即如果可將密度ρ提高2%，則可大幅提高磁性能(雙曲線地)且可使機械強度的提高飛躍地實現。而且，由於可徹底去除高溫氣氛下的燒結處理，所以可大幅抑制粉末壓胚的氧化(可防止磁心性能降低)。
為實現上述方式，可藉由加熱由第一加壓成形機20成形的中間粉末壓胚110促使潤滑劑熔解(液化)，此後 以第二加壓成形機40進行第二次加壓成形處理。如果在第二加壓成形機40中對中間粉末壓胚110進行加壓，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)。將在第二加壓成形機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(中間粉末壓胚110)將該中間粉末壓胚110的溫度積極升溫到該潤滑劑粉末的相當於熔點的溫度的裝置。在圖2中，加熱升溫機30包含末圖示的暖風產生源、噴氣罩31、排氣循環罩33等，藉由向定位在絲網狀保持構件32上的中間粉末壓胚110噴出暖風加熱，將其溫度升溫到潤滑劑粉末的相當於熔點的溫度(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的加壓過程中，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)的中間粉末壓胚110的斷裂面，則作為上述緻密部分的部分為基礎金屬粉末整體壓接。但是，也混有潤滑劑粉末。作為稀疏部分的部分在壓接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，如從作為緻密部分的部分去除潤滑劑粉末的話，則產生可壓縮的間隙。如可向作為稀疏部分的部分間隙補充潤滑劑的話，則可提高該部分的壓縮性。
即提高第一加壓成形結束後加熱中間粉末壓胚110升溫到相當於潤滑劑粉末的熔點的溫度(例如120℃)，使潤滑劑粉末熔解(液化)提高其流動性。從作為緻密部分的部分開始熔化的潤滑劑滲到周圍且補充到是稀疏部分的部分。從而，可減小基礎金屬粉末的粒子間摩擦阻力，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。即利用液態潤滑劑的流動性並施加第二加壓成形處理。
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胚110施加第二加壓力P2成形高密度的完成粉末壓胚120的裝置。
在本實施方式中，給第二模具(下模具41)設置預熱功能。但是如果能將已升溫好的中間粉末壓胚110的溫度控制為在第二模具(下模具41)內到施加了第二加壓力P2的完成粉末壓胚成形開始時刻為止不妨礙成形的固 定的溫度範圍內的話，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，中間粉末壓胚110的熱容量小時，則到達第二模具的移送時間或移送路徑長時，則根據混合粉末100的組成或中間粉末壓胚110的形態等，在到已升溫好的中間粉末壓胚110開始完成粉末壓胚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。後文所說的第二預熱裝置47是為此而設的。
另外，該實施方式中的第二加壓成形機40的最大加壓能力(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構成為一台壓製機械，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，可降低完成粉末壓胚120的製造成本。
在圖2中，第二模具裝置由工作臺側的下模具41(模子41D)和滑塊5側的上模具(沖頭)45構成。下模具41的腔體42設置為下部與完成粉末壓胚120的形狀(環形)相對應的形狀(環形管形狀)，上部為可接收中間粉末壓胚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，藉由滑塊5進行升降運動。在腔體42的下方，可動構件43嵌裝為可在上下方向移位。另外，第二模具(下模具41)和第一模具(下模具21)設置為可進行相當於與壓縮物件(中間粉末壓胚110和完成粉末壓胚120))在上下方向尺寸差的高度 (位置)調整。
可動構件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)移動到上方。即可把第二模具〔下模具41(腔體42)〕內的完成粉末壓胚120上推到移送面HL。從外部看，具有作為將第二模具內的完成粉末壓胚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。完成粉末壓胚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胚110後，可動構件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在接收中間粉末壓胚110(被裝入)之前，將第二模具〔下模具41(腔體42)〕加熱(預熱)到相當於潤滑劑粉末(硬脂酸鋅)的熔點的溫度(120℃)。對已升溫的中間粉末壓胚110可不冷卻而接收。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在本實施方式中設置為電熱加熱方式(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來進行。
在該意義上，第二預熱裝置47設為可在完成粉末壓胚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，因而不僅可將粒子間也可將粒子與模具〔下模具41(腔體42)〕間的摩擦阻力大幅減小並保持之。
與之相關，在該實施方式中，設置有用於預熱第一模具(下模具21)的末圖示的預熱功能。但是，在升溫加熱步驟前無需預熱第一模具(下模具21)預備升溫中間粉末壓胚110也可實施本發明的高密度成形加工。
但是，在混合粉末100的組成或中間粉末壓胚110的形態特殊時、中間粉末壓胚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，中間粉末壓胚110的加熱升溫可能要花費很長時間。在這樣的情況下，較佳是預熱第一模具(下模具21)。為此，在該實施方式中會預熱第一模具(下模具21)。
即第一模具〔下模具21(腔體22)〕上也設置由可改變設定溫度的第一預熱裝置(圖示省略)，在中間粉末壓胚110的成形結束後傳遞到加熱升溫機30以前可預熱第一模具(下模具21)預先加熱潤滑劑粉末。藉由這樣設置，可減少加熱升溫時間，縮短生產週期。
第二加壓成形機40得到的密度ρ如實線所示的特性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，則密度ρ即一下子升高。第二加壓成形可理解為好像連續不斷地進行第一加壓成形的方式。
因而在第一加壓成形步驟中，變為可以不用在任何時 候都將第一加壓力P1上升直到與最大能力相對應的值(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、消耗的能量。使製造成本降低。且，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。
工件移送裝置50設置為可將第一取出裝置(可動構件23、通孔24)從第一模具(下模具21)取出的中間粉末壓胚110移送到加熱升溫機30內的規定位置，可將升溫後的中間粉末壓胚110從加熱升溫機30內移送到第二模具(下模具41)，可將靠第二取出裝置(43、44)的功能從第二模具(下模具41)取出的完成粉末壓胚120移送到向高密度成形裝置1外排出的排出部，例如排出槽59。工件移送裝置50可在從第一加壓成形機20到加熱升溫機30之間、從加熱升溫機30到第二加壓成形機40之間、以及從第二加壓成形機40到排出槽59之間切實移送工件。
該實施方式的工件移送裝置50由圖3B所示的同步運轉的三個移送桿51、52、53構成。移送桿51、52、53在要求移送時從圖3A的紙面深處側向近前(圖3B)的移送線上推進，從左向右移動後退回到原始位置。裝入裝置(移送桿52、可動構件43、通孔44)將已升溫的混合粉末中間壓縮體110裝入已預熱到相當於潤滑劑熔點溫度的第二模具〔下模具41(腔體42)〕中。
另外，工件移送裝置50也可由包含向二維或三維方向驅動的機械手臂等，將工件依序移送到各模具等的移送裝置等構成。
在此處，對這樣的技術事項進行說明，其可用來促進為進一步普及推廣而導入的加壓能力的有效利用及液態潤滑劑的均勻流動並製造完成更好的高品質粉末壓胚。另外，完成粉末壓胚120(中間粉末壓胚110)的形態(尺寸、形狀)雖無特殊限定，但為方便說明，以圖6(B)、圖7(B2)所示的圓盤形來進行說明。
首先，第二加壓成形機40製作如圖6(B)所示的圓盤形完成粉末壓胚120時，以實心圓筒狀的上模具45PU作為圖7(B1)所示的上模具，以中空圓筒形的模具41D及實心圓柱形的下沖頭41PD為下模具。由於第一加壓成形機20基本上是製作完成粉末壓胚120之前階段的中間壓縮體110的，所以只需與第二加壓成形機40的情況相同，以實心圓柱形的上沖頭25PU為圖7(A1)所示的上模具，由中空圓筒形模具21D及中空圓柱形的下沖頭21PD構成下模具即可。另外，下沖頭21PD的上端面21PDS製作成將在後文詳述的朝上的凹形。
且，第二加壓成形機40內的中間粉末壓胚110的上面與上沖頭45PU的整個面抵接並且下面與41PD的整個面抵接。即施加在上下面任意一個部位的單位面積的按壓力是固定的，其值根據第二加壓力P2的值決定。申請人認為。要縮短從中間粉末壓胚110到完成粉末壓胚120成 形結束所期待的的成形時間，可以考慮藉由加大第二加壓力P2，提高基礎金屬粒子及液態潤滑劑的流動性。但是，從節省設備及使用成本上的問題(不利)角度看，無限增加第二加壓力P2很難得到認同。
接著，考察中間粉末壓胚110的液態潤滑劑的流動性。在接近中間粉末壓胚110的外周面的部位，液態潤滑劑應該可以快速向腔體內壁面流動。靠近中央部的液態潤滑劑可向三維的所有方向中的任意一個方向流動，但實際上如果存在於其行進方向上所要到的各處的液態潤滑劑不先流動，靠近中央部的液態潤滑劑是沒辦法開始流動的。因此為了提高行進方向上所要到之處的流動性，想到只要積極地推動中央部的液態潤滑劑，增強其流動性即可。此時，也會因為需要加設複雜且大型的結構、裝置而使工業生產上的利用性降低。
在本發明中，將第二加壓力P2固定，並在壓縮開始時向中間粉末壓胚110的一部分局部施加大的壓縮力。藉由在中間粉末壓胚110的形態上想辦法即可實現。具體而言，與完成粉末壓胚120的形態相比，在中間粉末壓胚110上設置在加壓方向(壓製負載方向)上突起的1個或多個突起部分，將中間粉末壓胚110的形態設置得不同於完成粉末壓胚120的形狀。例如在中間粉末壓胚110的下面側，設置如圖6(A)、圖7(A2)所示的在加壓方向(朝下方向)上突起的突起部分110A，此時的突起部分110A為山形，但也可為其他形狀。且，也可在上面側設 置突起部分110A。
即當完成粉末壓胚120的形態是如圖6(B)、圖7(B2)所示的實心且形狀簡單的形態(圓盤形等)時，較佳是將圖6(A)、圖7(B2)所示的突起部分110A設置在中間粉末壓胚110的平面中央部分。將與第二加壓成形時的粉末壓胚和模具(下沖頭41PD)上面的加壓方向正交方向的接觸面積設置為開始小並漸漸增大。可在開始增強按壓流動，之後促進流動的平均順暢。
另外，當完成粉末壓胚120的形態例如是圖9(B)所示的複雜形狀時，由於液態潤滑劑也可向空間120S、120T流動，所以也可如圖9(A)所示在接近腔體內壁面的各突起圓弧部分的下方設置向加壓方向上突出的突起部分110B。
為了在中間粉末壓胚110上設置突起部分110A，第一加壓成形機20如上所述，由圖7(A1)的實心圓柱形的上沖頭25PU、中空圓筒形的模具21D及實心圓柱形的下沖頭21PD構成。下沖頭21PD的形態(上端面21PDS)預先成形朝上的凹形。這樣一來，用第一加壓成形機20，可成形具有突起部分110A的中間粉末壓胚110，前述突起部分110A如圖7(A2)所示在加壓方向(朝下方向)突起。
在第二加壓成形機40中，如圖7(B1)所示中間粉末壓胚110的上面側在整個平面上與上沖頭45PU的下面全面抵接。其下面側為只有突起部分110A與下沖頭41PD 的上面中央部部分抵接。其餘下面則不與下沖頭41PD的上面抵接。即在第二加壓開始時，與通常情況相比增加施加在中間粉末壓胚110上的第二加壓力P2。可以理解為這是巧妙而有效地利用了加壓能力(第二加壓力P2)。
因此如藉由滑塊下降從上沖頭45PU施加第二加壓力P2，則向中間粉末壓胚110的上面和突起部分110A施加很大的壓縮力，在加壓方向上壓縮中間粉末壓胚110。向此時的中央部分(突起部分110A)施加的單位面積的加壓力增大，中間粉末壓胚110的液態潤滑劑被擠壓而流動。即如圖8所示從上面中央點Pu向所有方向且向斜下方擠壓流動，從下面中央點Pd向所有方向且向斜上方擠壓流動。該均勻流動有助於實現穩定而迅速的壓縮效果。突起部分110A漸漸潰散並變為接近圓盤形的平面形狀。隨著突起部分110A的潰散，單位面積的加壓力漸漸降低。
另外，第一模具(下模具21)的內部空間(腔體22)的形態成形與中間粉末壓胚110的形態相對應的形態，第二模具(下模具41)的內部空間(腔體42)的形態設置為與完成粉末壓胚120的形態相對應的形態。是圓盤形粉末壓胚(中間粉末壓胚110、完成粉末壓胚120)時，可將各粉末壓胚110、120的各形狀按該各外部尺寸(直徑d1、d2)設置，將各腔體22、42的各形態按該各內部尺寸(直徑d1、d2)設置。當然，與第一模具〔下模具21(腔體22)〕的內部尺寸d1相比，第二模具〔下 模具41(腔體42)〕的內部尺寸d2可選擇更大。原因是需要將直徑d1的中間粉末壓胚110插入並裝在內部尺寸d2的第二模具(下模具41)內。即如果難於插入並裝在第二模具(下模具41)內而需要花費很長時間的話，則會直接導致生產率下降。
以與完成粉末壓胚120的形態相對應的第二模具(模具41D)的腔體42的內部尺寸d2為100%時，設置第一模具(模具21D)的腔體22的內部尺寸d1與第二模具(下模具41)的腔體42的內部尺寸d2相比小1%~5%={〔(d2-d1)/d2〕×100%}。如果超過5%，則粉末壓胚上產生龜裂。如果不足1%，則會有超載、模具破損問題。在該實施方式中，由於設置為小2.5%，所以可切實防止龜裂發生。
在此種實施方式的混合粉末的高密度成形裝置1中，可藉由下述步驟實施高密度成形。
(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被覆鐵粉末)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。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)。如圖7(A1)所示時，填充的混合粉末100的下方部變為與下沖頭21PD的上面形狀(上端面21PDS)對應的倒山形，上部是藉由切削形成水平形狀。
(中間粉末壓胚的成形1)
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。固態潤滑劑發揮充分的潤滑作用。已壓縮的中間粉末壓胚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)對應的壓力(3.0Ton/cm2)，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，則如圖3A所示在第一模具(下模具21)內成形中間粉末壓胚110(圖1的步驟PR2)。其後上模具25靠滑塊5上升。且，在第二加壓成形機40中可同步進行與之前的中間粉末壓胚110相關的第二加壓成形處理。
(中間粉末壓胚的成形2)
如圖7(A1)所示的第一加壓成形時，形成具有圖7(A2)所示的突起部分110A的形態的中間粉末壓胚110。
(中間粉末壓胚的取出)
第一取出裝置(可動構件23)啟動，中間粉末壓胚110被推高到傳遞面HL。即從下模具21取出。於是如圖3B所示工件移送裝置50啟動，靠其移送桿51將中間粉末壓胚110向加熱升溫機30移送。在該階段，可動構件23返回到下方的初始位置。移送後的中間粉末壓胚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胚110升溫到相當於潤滑劑粉末的熔點的溫度(120℃)(圖1的步驟PR3)。即潤滑劑熔解，靠其流動使中間粉末壓胚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而循環再次使用。中間粉末壓胚110是具有圖7(A2)所示的突起部分的110A時也同樣進行加熱升溫。
(已升溫的中間粉末壓胚的裝入)
已升溫的中間粉末壓胚110如圖3B所示靠工件移送 裝置50(移送桿52)傳動到第二加壓成形機40，定位在下模具41的上方，裝到在下模具41(腔體42)內的可動構件43上(圖1的步驟PR4)。是圖7(B1)時，上模具是上沖頭45P，下模具是模具41D及下沖頭41P。
(模具的預熱)
在第二加壓成形機40中，選擇了啟動時，第二預熱裝置47啟動。在接收中間粉末壓胚110(被裝入)以前，將模具(模具41D)的溫度加熱到相當於潤滑劑粉末的熔點的溫度(120℃)。可防止之後接收的已升溫的中間粉末壓胚110內的潤滑劑的再次固化。是圖7(B1)時，可預先在模具41D上設置第二預熱裝置(加熱器)47。
(完成粉末壓胚的成形1)
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)內的中間粉末壓胚110加壓。液態的潤滑劑充分起到潤滑作用。尤其是出現出汗現象，隨著加壓成形的進行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胚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)，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)。一將第二加壓力P2上升到橫軸指數100(10Ton/cm2)，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一結束，則完成粉末壓胚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胚110相關的第一加壓成形處理。
(完成粉末壓胚的成形2)
是圖7(B1)時，如藉由滑塊下降從上沖頭45PU向下沖頭41PD側施加第二加壓力P2，則如圖8所示的中間粉末壓胚110的上面側和下面側的突起部分110A之間施加大的壓縮力。由於向中央部分(突起部分110A)上施加的單位面積的加壓力大，所以中間粉末壓胚110的基礎金屬粒子及液態潤滑劑從上面中央點Pu向所有方向且向斜下方擠壓流動，從下面中央點Pd向所有方向且向斜上方擠壓流動。因而，可保障均勻切實地流動。可有助於實現穩定且迅速的壓縮效果。突起部分110A逐漸潰散並接近圓盤形狀，最終可按如圖7(B2)〔圖6(B)〕所示的規定形狀完成高品質完成粉末壓胚120。
(產品取出)
第二取出裝置(43)啟動，完成粉末壓胚120被推高到移送面HL。即從下模具41取出。於是如圖3B所示， 工件移送裝置50啟動，靠其移送桿53將完成粉末壓胚120移送到排出槽59。在這一階段，可動構件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)的完成粉末壓胚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，可高效地製造磁通密度高的高品質磁心用粉末壓胚。
(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)同步實施第一加壓成形處理、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)上加上工件移送時間(例如2~4秒)後得到的12~14秒的週期時間內製造出高密度粉末壓胚(完成粉末壓胚120)。理解為即便是與以往例中30分鐘以上的高溫燒結處理時間相比，製造、生產時間仍顯著節約。例如可穩定供給小型輕量複雜形狀機械強度高的汽車用構件或磁特性及機械強度優越的電磁設備，還可對降低這些產品的生產成本做出很大貢獻。
這樣，由於高密度成形方法採用該實施方式可向第一模具(下模具21)中裝填混合粉末100，前述混合粉末100是基礎金屬粉末中混合低熔點的潤滑劑粉末的混合物，在第一模具內施加第一加壓力P1成形在加壓方向上突起的突起部分110A的中間粉末壓胚110，將加熱並積 極升溫到相當於潤滑劑粉末的熔點的溫度的中間粉末壓胚110裝入第二模具(下模具41)且施加第二加壓力P2使突起部分110A在加壓方向上潰散、壓縮並加壓成形，以高密度完成所期待的形態的完成粉末壓胚120的高密度成形方法，所以可切實穩定地製造高密度粉末壓胚並可大幅降低製造成本，可有效利用加壓能力並促進液態潤滑劑的均勻流動，以此可順利地實際製造出高品質粉末壓胚。
從藉由有效利用加壓能力而強化基礎金屬粒子及液態潤滑劑的流動性，由此可完成規定的高密度、高品質的完成粉末壓胚120的角度看，可以說可減輕在第二加壓成形機的設計階段的加壓能力。即壓製機械等可以小容量、小型化。
且，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胚110、120的氧化，且可實現能耗的高利用率及製造成本的大幅降低。在保護地球環境方面也受到歡迎。
且，由於當完成粉末壓胚120是如圖6(B)所示的實心且形狀簡單時，設置為在中間粉末壓胚110的平面中央部分成形如圖6(A)所示的突起部分110A，所以可進一步提高從中央部分向外側腔體內壁面的基礎金屬粒子及液態潤滑劑的流動性。也可縮短製造時間。
由於潤滑劑粉末的熔點屬於90℃~190℃的溫度範圍內的低熔點，所以可有助於抑制第一加壓步驟中的潤滑劑的氧化且可保證充分的潤滑作用。並且潤滑劑的選擇性更 加廣泛。
由於可藉由第二預熱裝置47在接收中間粉末壓胚11前預熱第二模具(下模具41)，所以可進一步大幅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。即不僅可以大幅減少基礎金屬粒子間而且可以減少粒子和第二模具(下模具41、模具41D)間的摩擦阻力並加以保持。
且，由於將第二加壓力P2的值設為與第一加壓力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胚的製造成本，並且在實現裝置時也可以例如以一台壓製機械為基礎簡化構造。
且，即便將基礎金屬粉末變更為磁心用玻璃質絕緣塗層被覆鐵粉末、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，也可高效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構件。
綜上所述，依靠現有裝置(例如壓製機械)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以上是不可能的；反之，採用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的意義。
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，所以可切實穩定地實施上述的高密度化方法。
當是例如圖9(B)所示的複雜形狀時，如預先進一步增大突起部分110B增加混合粉末100的填充量的話，則與其他部分比較，可增大各突起圓弧部分的密度(強度)。
(第二實施方式)
該實施方式如圖10所示。與第一實施方式的情況相比，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40一體構成。
即高密度成形裝置1由一體組裝有第一實施方式時的加熱升溫機30的功能和第二加壓成形機40的功能的加熱加壓成形機70形成。加熱加壓成形機70由多台(在該實施方式中是兩台)加熱加壓成形子機70A、70B形成，各加熱加壓成形子機70A、70B設置為藉由末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方式中第二加壓成形機40相同。且，各加熱加壓成形子機70A(70B)中，安裝有具備與第一實施方式的加熱升溫機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(在接收中間粉末壓胚110以前)將下模具41預熱到相當於潤滑劑熔點的溫度(120℃)。 接收中間粉末壓胚110後，可藉由加大切換將中間粉末壓胚110整體加熱升溫到相當於潤滑劑熔點的溫度(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方式的第二加壓成形機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胚110的溫度保持在相當於潤滑劑熔點的溫度(120℃)以上。
如圖10所示，各加熱加壓成形子機20、70A、70B設置為獨立壓製機械結構，各滑塊5、5A、5B靠各機器用電動機的旋轉控制驅動其分別做升降運動。即各加熱加壓成形子機70A、70B的一個(另一個)進行加壓成形動作時另一個(一個)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為由三台以上的加熱加壓成形子機形成的情況也是一樣。
像此種實施方式的裝置，在以第一加熱成形機20對第3個中間粉末壓胚110進行加壓成形期間，一個加熱加壓成形子機70A(或70B)加熱升溫第2個中間粉末壓胚110而另一個加熱加壓成形子機70B(或70A)正在將第一個中間粉末壓胚110成形完成粉末壓胚120。
這樣，採用該實施方式，由於只需將加熱加壓成形機70構建為由同一結構的多台加壓成形子機70A、70B構成，所以與第一實施方式時相比可使裝置簡化。即可促進生產線的簡單化，又變得更容易操作。
當然，與第一實施方式的情況(圖6~圖9)相同， 施加第一加壓力P1成形中間粉末壓胚110，前述中間粉末壓胚110具有在加壓方向上突起的突起部分110A，向已升溫的中間粉末壓胚110施加第二加壓力P2使突起部分110A在加壓方向上潰散、壓縮並加壓成型，即可以高密度完成所期待的形態的完成粉末壓胚120。
另外，也可用一台壓製機械設置成第一加壓成形機20和加熱加壓成形子機70A(或70B)或第一加壓成形機20及各加熱加壓成形子機70A、70B。
10‧‧‧混合粉末供給機
21D‧‧‧中空圓筒形模具
21PD‧‧‧下沖頭
21PDS‧‧‧上端面
25PU‧‧‧上沖頭
41D‧‧‧下模具
41PD‧‧‧下沖頭
45PU‧‧‧上沖頭
100‧‧‧混合粉末
110‧‧‧中間粉末壓胚
110A‧‧‧突起部分
120‧‧‧完成粉末壓胚

Claims (9)

  1. 一種混合粉末的高密度成形方法，其特徵在於：將混合粉末填充到第一模具中，前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與混合粉末完成壓縮體的形狀相比具有在加壓方向上突起的一個或多個突起部分的形狀的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，將混合粉末中間壓縮體的溫度積極升高到相當於該潤滑劑粉末的熔點的溫度；將已升溫的混合粉末中間壓縮體裝入第二模具中；在第二模具內向前述混合粉末中間壓縮體施加第二加壓力使前述突起部分在加壓方向上潰散、壓縮並加壓成形，以高密度完成所期待的形狀的混合粉末完成壓縮體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之混合粉末的高密度成形方法，其中，前述混合粉末完成壓縮體是實心且形狀簡單時，前述突起部分成形在該混合粉末壓縮體的平面中央部分。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之混合粉末的高密度成形方法，其中，前述潤滑劑粉末的熔點設為低熔點，熔點溫度在90℃~190℃的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之混合粉末的高密度成形方法，其中， 前述第二模具在接收前述混合粉末中間壓縮體以前先被預熱到相當於該潤滑劑粉末的熔點的溫度。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之混合粉末的高密度成形方法，其中，前述第二加壓力選擇與前述第一加壓力等值。
  6. 一種混合粉末的高密度成形裝置，包括：混合粉末供給機，其向外部供給填充混合粉末，前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，其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與混合粉末完成壓縮體的形狀相比具有在加壓方向上突起的一個或多個突起部分的混合粉末中間壓縮體；加熱升溫機，用於使從第一模具取出的混合粉末中間壓縮體的溫度升高到相當於該潤滑劑粉末的熔點的溫度；以及第二加壓成形機，其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使前述突起部分在加壓方向上潰散、壓縮並加壓成形，以高密度完成所期待的形狀的混合粉末完成壓縮體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之混合粉末的高密度成形裝置，其中，由一體組裝有具有前述加熱升溫機的功能和前述第二加壓成形機功能的加熱加壓成形機構成，並且加熱加壓成 形機由多台加熱加壓成形子機構成，且各加熱加壓成形子機設置為在每個週期可選擇依序動作。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之混合粉末的高密度成形裝置，其中，還具有預熱前述第二模具的預熱裝置。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之混合粉末的高密度成形裝置，其中，還具有工件移送裝置，其將前述第一加壓成形機所成形的前述混合粉末中間壓縮體移送到前述加熱升溫機，將用前述加熱升溫機加熱後的前述混合粉末中間壓縮體移送到前述第二加壓成形機，且將前述第二加壓成形機所成形的前述混合粉末完成壓縮體移送到排出部。
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