CN203253925U - 混合粉末的高密度成形装置及高密度三层结构粉末压坯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及混合粉末的高密度成形装置及高密度三层结构粉末压坯。将基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物填充到第一模具中，填充按基础金属粉末平均粒径小的第一层用混合粉末（100F）、基础金属粉末粒径大的第二层用混合粉末（100S）以及基础金属粉末粒径小的第三层用混合粉末（100T）的顺序,向各层用混合粉末施加第一加压力成形中间粉末压坯（110），加热并将已升温的中间粉末压坯（110）装入第二模具（41D）中，且施加第二加压力成形高密度三层结构粉末压坯。

Description

混合粉末的高密度成形装置及高密度三层结构粉末压坯

技术领域

本实用新型涉及一种高密度成形装置及高密度三层结构粉末压坯,其可通过对混合粉末进行二次加压而成形高密度（例如7.75g/cm³）的粉末压坯。

背景技术

通常，粉末冶金技术是先对金属粉末加压（压缩）进行成形处理成形规定形状的粉末压坯，接着将粉末压坯加热到该金属粉末的熔点附近的温度并促使粒子间结合（固化）进行烧结处理的一系列技术。由此，可以用低成本制造出形状复杂尺寸精度高的机械部件。

随着对机械部件更加小型轻量化的需求，要求提高粉末压坯的机械强度。另一方面，如果将粉末压坯暴露在高温气氛中则磁性能会降低。因此，在实际生产磁心用粉末压坯时，有时会省略其后的高温处理（烧结处理）。换言之，正在摸索一种即使不进行高温处理（烧结处理），也能提高机械强度的方法。

此处，有人提出机械强度会随着粉末压坯密度的增加而得到大幅（双曲线型）提高。作为有代表性的高密度化方法，有人提出一种将润滑剂混合在金属粉末中以此来减小摩擦阻力并加压成形的方法（例如专利文献1）。通常是在基础金属粉末中混合约1重量%（1wt%）的润滑剂成形混合粉末，对混合粉末进行加压成形。还有人提出了很多旨在进一步提高密度的方案。这些方案大体分为改善润滑剂本身和改善加压成形、烧结处理所涉及的工艺流程。

作为属于前者的方案，可以举出球状炭分子和板状炭分子组合在一起的碳分子复合体的方案（例如专利文献2）；25℃时的针入度是0.3mm～10mm的润滑剂的方案（例如专利文献3）。这些方案均为减小金属粉末彼此间、以及金属粉末和模具间的摩擦阻力的方案。

作为属于后者的方案，已知的有温热成形烧结粉末冶金方法（专利文献4）、操作方便化的前置温热成形粉末冶金方法（专利文献5）、二次冲压-二次烧结粉末冶金方法（例如专利文献6）、以及一次成形-烧结粉末冶金方法（专利文献7）。

开始的温热成形·烧结粉末冶金方法是通过预热混合有固体润滑剂及液体润滑剂的金属粉末，使一部分（或全部）润滑剂熔化并使润滑剂分散在粒子间。该方法以此降低粒子间及粒子与模具间的摩擦阻力从而提高成形性；操作方便化的前置温热成形粉末冶金方法，是一种设置有初级成形步骤，以在温热成形步骤前对混合粉末进行加压成形操作方便化的低密度（例如密度比低于76%）的初级成形体，以低于使该初级成形体产生蓝脆温度的低温状态且将初级成形体一度崩解并进行二次成形步骤得到二次成形体（粉末压坯）的方法。

二次冲压—二次烧结粉末冶金方法是一种以在模具内对包含合金成分的铁粉混合物加压并生成初级的压缩体，在870℃将该压缩体（粉末压坯）预烧结5分钟并生成预烧结体，通过加压该预烧结体而生成已二次冲压的预烧结体，此后在1000℃将已二次冲压的预烧结体烧结5分钟来生成烧结部件的方法。最后的一次成形—烧结粉末冶金方法是一种提前预热模具并预先使内表面带电附着润滑剂，接着在该模具内填充已加热的铁基粉末混合物（铁基粉末＋润滑剂粉末），以规定温度加压成形制成铁基粉末成形体，接着对铁基粉末成形体实施烧结处理，进而进行光亮淬火，此后实施回火处理制造铁基烧结体的方法。

像这样，使用润滑剂或加压成形、烧结处理工艺流程涉及的任何改善方法，粉末压坯的密度最高也就是7.4g/cm³（真密度的94％）左右。机械强度不够。进而，进行烧结处理（高温气氛）时，由于氧化随着温度、时间而加重，所以粉末粒子涂布状态的润滑剂燃烧产生残渣，导致加压成形后的粉末压坯品质降低，因此，实际生产时的密度变为在7.3g/cm³以下。而且，任何改善方法也都复杂且难免会变得成本高昂。操作也麻烦，实用性差。

尤其是考虑到用粉末压坯制作电磁设备（马达或变压器等）用的磁心（磁芯）的话，常被指出这种程度的密度（7.3g/cm³以下）远不能满足需要。要减小损耗（铁损、磁滞损耗）量提高磁通密度，就需要将粉末压坯进一步高密度化，例如，从平成21年度粉体粉末冶金协会秋季大会上的演讲资料（株式会社丰田中央研究所提供）看就一目了然。磁心密度，例如即便是7.5g/cm³，在实际应用中，也被指出不仅磁特性，其机械强度也不足。

关于该磁心用粉末压坯的制造，提出一种二次成形—一次烧结（一次退火）的粉末冶金方法（例如专利文献8）。该专利申请的粉末冶金方法依据的技术内容是：如果在磁性金属粉末表面预先形成含有硅树脂和颜料的涂层的话，则其后即便进行高温处理绝缘性也不会降低。即压粉磁心的制造方法特征在于：把表面被覆有含硅树脂和颜料涂层的磁性粉末预成形制作成预成形体，以500℃以上的温度对该预成形体实施热处理成形热处理体，接着对该热处理体实施压缩成形。由于在500℃以下则在其后的压缩成形时容易产生断裂，在1000℃以上则会因绝缘涂层分解烧坏绝缘性，所以，热处理用的温度设置在500℃～1000℃的范围内。从防止预成形体氧化的观点出发，该高温处理可在真空中、非活性气体气氛或还原性气体气氛中进行。因而有报道称可制造出真密度98％（7.7g/cm³）的压粉磁心。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】专利公开平1－219101号公报

【专利文献2】专利公开2009－280908号公报

【专利文献3】专利公开2010－37632号公报

【专利文献4】专利公开平2－156002号公报

【专利文献5】专利公开2000－87104号公报

【专利文献6】专利公开平4－231404号公报

【专利文献7】专利公开2001－181701号公报

【专利文献8】专利公开2002－343657号公报

实用新型内容

实用新型要解决的技术问题

但是二次成形—一次烧结粉末冶金方法（专利文献8）与其他专利申请的方法相比，更加复杂化、个性化并且难于实现及实施，导致制造成本大幅度增高。再有，必须在500℃以上对预成形体进行热处理。为防止粉末磁心品质恶化而必须在特殊气氛中进行，所以不适用于大批量生产。尤其是由于玻璃材质会变质、熔解，所以不适用于被覆玻璃材质涂层的磁性金属粉末的情况。

再有，无论在上述任何申请的方法、装置（专利文献1～8）中，虽然记载有在相对高温气氛内可以实施烧结处理，但涉及加压成形步骤的详细情况并不明确。与加压成形机的规格、功能，加压力和密度的关系或其局限的相关分析也未见有与新的改善相关的报导。

因而从伴随小型轻量化而要求更高的机械强度的角度看，当务之急是开发出可切实、稳定并以低成本制造高密度粉末压坯（尤其是磁心用高密度粉末压坯）的方法、装置，希望提供高品质粉末压坯。

本实用新型的目的是提供一种混合粉末的、高密度成形装置及高密度三层结构粉末压坯，其通过对混合粉末实施加温前后的二次加压成形可制造出高密度粉末压坯并且可大幅度降低制造成本。

解决技术问题的手段

根据用烧结冶金技术制造粉末压坯的惯例，需要在高温气氛（例如800℃以上）对加压成形的粉末压坯实施烧结处理。但是，烧结用高温处理不仅会消耗大量的能源，成本负担巨大，且在保护地球环境上也有很大的害处，需要重新考量。

再有，以往加压成形处理是将混合粉确立为具体的形状，其被认为是高温烧结处理的前一阶段（准备）的机械性处理，并一直是这样来处理的。但是现状是只在制造用于电磁设备（电动机、变压器等）的磁心用粉末压坯时，例外地省略了用于烧结的高温处理。这是为了避免高温处理后的不良影响（磁特性恶化）。即被迫接受机械强度的不足。机械强度不足是由于密度的问题，所以磁特性当然也不够。

此处，如果不进行高温烧结处理而仅以加压成形处理就可实现粉末压坯的高密度成形，则应该能够显著提高粉末压坯在产业上的利用及普及。要实现必须考虑实际生产技术事项并解决该问题。尤其是只经加压成形处理而高密度成形后的粉末压坯，多被指出需要在实际使用前进行机械后期处理（例如去毛刺、倒角）。因而，考虑应构建将该机械后期处理时的基础金属粒子的脱落量降到最小限度，可保障高品质防止损失。

本实用新型是根据分析创造出来的，可切实制造高品质粉末压坯，将机械后期处理时基础金属粒子的脱落量降到最小限度，所述分析是加压时润滑剂的有效性、含有润滑剂粉末的压缩极限性、润滑剂粉末在混合粉末内的空间占有性、对基础金属粉末与润滑剂粉末的空间配置状态和其特性及润滑剂的最终处置方式的研究，以及一般的加压成形机的特性、压缩极限性及粉末压坯的密度对強度或磁性的影响的分析。

即本实用新型将混合粉末填充到第一模具内，所述混合粉末是基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物，填充按基础金属粉末粒径小的第一层用混合粉末、基础金属粉末粒径大的第二层用混合粉末以及基础金属粉末粒径小的第三层用混合粉末的顺序，再维持润滑剂的粉末状态并通过第一加压步骤成形中间粉末压坯，接着通过加热润滑剂使其液化，使中间粉末压坯内的润滑方式改变，此后进行第二加压步骤制作成接近真密度的高密度的完成粉末压坯。换言之，其涉及一种脱胎于需要高温烧结处理的以往烧结冶金技术而创新出的新的粉末冶金技术（润滑剂液化步骤前后的二次加压成形），提供的是可切实稳定并低成本地制造高密度粉末压坯的具有划时代意义的方法、装置及以这些制造出来的高密度三层结构粉末压坯。

(1)本实用新型的第一实施方式涉及的混合粉末的高密度成形装置，具有：混合粉末供给机，其可向外部供给填充混合粉末，所述混合粉末是基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物，填充按基础金属粉末粒径小的第一层用混合粉末、基础金属粉末粒径大的第二层用混合粉末以及基础金属粉末粒径小的第三层用混合粉末的顺序，第一加压成形机，其向用该混合粉末供给机填充到第一模具中的第一层用混合粉末、第二层用混合粉末及第三层用混合粉末施加第一加压力成形混合粉末中间压缩体；加热升温机，其用于加热从第一模具取出的混合粉末中间压缩体的温度将该混合粉末中间压缩体的温度升高到相当于该润滑剂粉末的熔点的温度；第二加压成形机，其向已装入第二模具的已升温的所述混合粉末中间压缩体施加第二加压力成形高密度混合粉末完成粉末压坯。

（2）进而，在上述（1）的实用新型中，加热升温机和第二加压成形机可由同时具有其二者功能的加热加压成形机形成，并且所述加热加压成形机由多台加热加压成形分机形成且各所述加热加压成形分机可在每个周期内选择依次动作。

（3）在上述（1）的实用新型中，可具有预热第二模具的预热装置。

（4）在上述（1）的实用新型中，还可具有工件传送装置，其向所述加热升温机传送所述第一加压成形机所成形的所述混合粉末中间压缩体，将所述加热升温机所加热的所述混合粉末中间压缩体传送到所述第二加压成形机，且将所述第二加压成形机所成形的所述混合粉末完成压缩体传送到排出部。

（5）进而再有，本实用新型的第二实施方式涉及的高密度三层结构粉末压坯，是基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物，形成为按基础金属粉末的平均粒径小的第一层用混合粉末、基础金属粉末的平均粒径大的第二层用混合粉末以及基础金属粉末的平均粒径小的第三层用混合粉末的顺序配置，且向各层用混合粉末施加同一加压力一体成形。

实用新型效果

采用上述（1）的实用新型，可切实稳定地制造高密度粉末压坯且可大幅度降低制造成本，并可使在机械后期处理时基础金属粒子的脱落量最小化且可防止损失。上述的混合粉末的高密度成形方法可切实实施并易于实现，操作简单。

进而，采用上述（2）的实用新型，与上述（1）的实用新型的情况相比，可进一步简化装置。也可促进生产线的简化，操作变得更容易。

采用上述（3）的实用新型，通过预热第二模具，即便在完成粉末压坯成形开始之前混合粉末中间压缩体的温度有可能下降的情况下，也能将混合粉末中间压缩体维持在固定的温度范围内，所以可得到良好的成形效果。

采用上述（4）的实用新型，通过具有工件搬运装置，可将工件切实地在第一加压成形机到所述加热升温机之间，加热升温机到第二加压成形机之间，以及第二加压成形机到排出部之间传送。

进而再有，采用上述（5）的实用新型，可低价提供对加压成形后的机械后期处理具有优越耐磨性和耐缺陷性的机械产品或电磁机器（马达或变压器等）用磁心（磁芯）材料。

另外，可从下文的说明明白上述之外的本实用新型的结构及效果。

附图说明

图1是用来说明本实用新型涉及的高密度成形方法的示意图。

图2是用来说明本实用新型的第一实施方式涉及的高密度成形装置及动作的主视图。

图3A是用来说明本实用新型的第一实施方式的混合粉末的高密度成形动作的图，示出在第一模具中成形混合粉末中间压缩体的状态。

图3B是用来说明本实用新型的第一实施方式的混合粉末的高密度成形动作的图，示出向第一模具内填充下一混合粉末的状态。

图4是用来说明本实用新型第一实施方式的加压力和以该加压力得到的密度之间的关系的图表，虚线表示的特性A示出用第一模具的成形状态，实线表示的特性B示出用第二模具的成形状态。

图5A是用来说明本实用新型的第一实施方式的完成粉末压坯（中间粉末压坯）的透视图，呈圆环形。

图5B是用来说明本实用新型的第一实施方式的完成粉末压坯（中间粉末压坯）的透视图，呈圆柱形。

图5C是用来说明本实用新型的第一实施方式的完成粉末压坯（中间粉末压坯）的透视图，呈细长圆轴形。

图5D是用来说明本实用新型的第一实施方式的完成粉末压坯（中间粉末压坯）的透视图，呈圆盘形。

图5E是用来说明本实用新型的第一实施方式的完成粉末压坯（中间粉末压坯）的透视图，呈复杂形状。

图6是用来说明本实用新型的第一实施方式中各层用混合粉末的填充顺序的图。

图7是用于说明本实用新型的第一实施方式中高密度三层结构粉末压坯和一层结构粉末压坯相比较的外观立体图。

图8是用于说明本实用新型的第一实施方式中机械后期处理中基础金属粒子的脱离、损失的图。

图9是用于说明本实用新型的第一实施方式中各层用混合粉末的平均粒子的图。

图10是用于说明在本实用新型的第一实施方式中的实施例及比较例中使用的三层结构粉末压坯的外观立体图。

图11是用于说明在本实用新型的第一实施方式中的实施例及比较例中基础金属粒子的脱落量和比较评价的图。

图12是用于说明在本实用新型的第二实施方式涉及的高密度成形装置及动作的主视图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

（第一实施方式）

本混合粉末的高密度成型装置1如图1～图7所示，具有混合粉末供给机10、第一加压成形机20、加热升温机30及第二加压成形机40，可实现本混合粉末的高密度成形装置且可制造并提供在机械后期处理上性能优越的高密度三层结构粉末压坯，所述本混合粉末的高密度成形装置可实施下述各步骤：将混合粉末填充到第一模具（下模具21）中的混合粉末填充步骤（PR1），所述混合粉末是基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物，填充按基础金属粉末的粒径小的第一层用混合粉末100F、基础金属粉末的粒径大的第二层用混合粉末100S以及基础金属粉末的粒径小的第三层用混合粉末100T的顺序配置；在第一模具（下模具21）内向混合粉末(100F、100S、100T)施加第一加压力（P1）成形混合粉末中间压缩体（有时也称为中间粉末压坯110）的中间粉末压坯成形步骤（PR2）；加热从第一模具（下模具21）取出的中间粉末压坯110将中间粉末压坯110的温度积极升高到相当于润滑剂粉末的熔点的温度的加热升温步骤（PR3）；将加热的中间粉末压坯110装入第二模具（下模具41）内的步骤（PR4）及在第二模具（下模具41）内向中间粉末压坯110施加第二加压力P2成形高密度的混合粉末完成压缩体（有时也称为完成粉末压坯120。）的完成粉末压坯成形步骤（PR5）。

在本申请说明书中所说的混合粉末100，是指基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物。再有，作为基础金属粉末，存在仅由一种主金属粉末构成的情况，以及由一种主金属粉末及在其中混合一种或多种合金成分粉末的情况，但无论是什么情况都可以适用。低熔点是指与基础金属粉末的熔点（温度）相比温度（熔点）极其低的温度（熔点）且可大幅抑制基础金属粉末的氧化的温度（温度）。

在示出高密度成形装置1的图2中，配置在高密度成形线的最左侧（上游侧）的混合粉末供给机10是将混合粉末100供给到构成第一加压成形机20的一部分的第一模具（下模具21）中并填充到其腔体22内的装置。具有保留固定量的混合粉末100的功能及定量供给功能，可在初始位置（在图2、图3Ａ以实线示出的位置）和第一模具（下模具21）的上方位置（在图3Ｂ以虚线示出的位置）之间有选择地整体往复移动。

由于将混合粉末100均匀且充分地填充到第一模具（下模具21）内的每一处非常重要，所以混合粉末100必须是松散状态。即由于第一模具（下模具21）的内部空间（腔体22）的形状是与产品形状相对应的形状，所以即便产品形状复杂或是具有狭小部分的形状，在保证中间粉末压坯110的尺寸精度上，也最好不要填充不均匀或不充分。

完成粉末压坯120（中间粉末压坯110）的形态（尺寸、形状）并无特殊限定，例如图5A～图5E所示。图5A是圆环形、图5B是圆柱形、图5C是细长圆轴形、图5D是圆盘形、图5E是复杂形状。

即第一加压成形机20的上模具25（上冲头25PU）及下模具21的腔体22设置为与中间粉末压坯110的形态（形状）对应的形状。中间粉末压坯110的形态例如为图5A～图5E所示时，变为与之分别对应的形状。中间粉末压坯110的形状如图5A所示为环形管形状时，变为如图2、图3A，图3B所示上模具25（上冲头25PU）的形状为圆筒形且下模具21的形状为中空环形管形状。如图5B所示为圆柱形时，上模具25（上冲头25PU）的形状是实心圆筒（圆柱）形且下模具21的形状为中空圆筒形。是图5C的圆盘形、图5D的细长圆轴形时，也是同样的形态（但是，存在深浅的差异）。如图5E所示是复杂形状时，变为对应的复杂形状。另外，对第二加压成形机40的上模具（上冲头45PU）45及下模具41的腔体42也是同样。

此处，用于减小基础金属粉末的粒子间的摩擦阻力及基础金属粉末与模具内面的摩擦阻力的润滑剂在常温下选择松散状态的固形物（非常小的粒状）即为粉末状的物质。例如如果采用液状的润滑剂，则由于混合粉末100的粘度增高且流动性降低，所以无法均匀并充分地填充。

接着，在常温下的第一模具（21）内施加第一加压力P1使中间粉末压坯成形，在此期间，润滑剂必须以固体形状稳定维持规定的润滑作用。即便存在因第一加压力P1的加压导致温度有些微上升的情况，但仍应同样稳定维持。

另一方面，从与中间粉末压坯成形后实施的加热升温步骤（PR3）的关系及抑制基础金属粉末的氧化来看，润滑剂粉末的熔点需要设为与该基础金属粉末的熔点相比非常地低的熔点（低熔点）。

在该实施方式中，润滑剂粉末的熔点选择为低熔点，所述低熔点属于90℃～190℃的温度范围内。下限温度（90℃）设为相比中间粉末压坯成形过程中即便发生某种程度的温度上升估计也达不到该温度的值（例如70℃～80℃）的上限温度（80℃）仍有富余的值（例如90℃），进而看其他的金属皂的熔点（例如110℃）来进行选择。即彻底消除了在中间粉末压坯的加压成形过程中润滑油粉末熔解（液化）并流出的危险。

上限温度（例如190℃）选择从润滑剂粉末的种类涉及的选择性放大的角度看是最小值，而在加热升温步骤时从抑制基础金属粉末的氧化的角度看为最大值。即希望理解为该温度范围（90℃～190℃）的下限温度和上限温度不是极限值而是边界值。

因而可选择性地采用属于金属皂的很多物质（硬脂酸锌、硬脂酸镁等）作为润滑剂粉末。另外，由于润滑剂必须是粉末状态，所以不能采用有粘性的液体如辛酸锌等。

在该实施方式中，采用熔点120℃的硬脂酸锌粉末作为润滑剂粉末。另外，在本实用新型中，否定了像专利文献7的实用新型那样使用温度比加压成形时模具温度还低的（熔点）润滑剂且从最初使润滑剂熔解（液化）并进行加压成形的方法。因为在中间粉末压坯110成形结束以前如熔解的润滑剂流出，则容易出现中途润滑不足的部位，所以无法切实且稳定地进行充分的加压成形。

润滑剂粉末的量设为根据实验研究及实际生产中的经验来选择的值。首先，中间粉末压坯成形步骤（PR2）的关系中，在该实施方式中，润滑剂粉末的量设为混合粉末总量的例如0.5wt%～0.08wt%。0.08wt%是到中间粉末压坯110成形结束为止可担保润滑作用的下限值，0.5wt%选择为在从混合粉末100变为中间粉末压坯110时为得到所系压缩比而必要的最上限值。

接着，实际生产中润滑剂粉末的量应定为在第一模具（下模具21）内施加第一加压力成形的中间粉末压坯110的真密度比的值及可保证在第二模具（下模具41）内的出汗现象的值。此时，必须考虑到防止液化润滑剂从模具向外部渗出导致作业环境恶化的滴漏（滴漏现象）出现。由于将中间粉末压坯110的真密度比（对真密度100%的比）的值设为80%～90%，所以润滑剂粉末的量优选设为0.2wt%～0.1wt%。上限值（0.2wt%）从可防止滴漏现象出现的角度出发来决定，下限值（0.1wt%）从可避免出现不足或剩余而只出现必要的出汗现象的角度出发来决定。相比上述以往提案例子（1wt%）的情况少到1/2以下，可大幅提高工业上的使用性。

防止发生滴漏现象对实际生产极为重要。在计划或研究阶段,由于为了减少加压时的摩擦力而担心润滑剂的量会不足而倾向于混入极过量的润滑剂。只是由于例如，从能否制造出超过7.3g/cm³的高密度的试错阶段开始，所以完全不在乎有过量的润滑剂液化流出的情况。甚至都意识不到滴漏现象。即液化润滑剂的滴漏会因润滑剂使用量增加而导致成本上升，会因工作环境恶化而使生产效率降低或增加操作人员的负担，如果不加以解决不但缺乏实用性而且也难于普及扩大。

将0.2wt%的混合粉末100压缩到真密度比80%的中间粉末压坯110的情况，是一旦在加热升温步骤（PR3）将该润滑剂粉末积极升温到熔点的温度，则中间粉末压坯110内散布的粉末润滑剂熔化充满金属粉末粒子间的孔，接着经过金属粉末粒子间液状润滑剂均匀地在中间粉末压坯110的表面渗出（喷出）。即诱发出汗现象。在第二模具（下模具41）内向该中间粉末压坯110施加第二加压力P2进行压缩时，大幅降低基础金属粉末和腔体内面壁的摩擦阻力。

同样，将0.1wt%的混合粉末100压缩到真密度比为90%的中间粉末压坯110的情况，和将超过0.1wt%不满0.2wt%范围内的混合粉末100压缩到真密度比不满90%且超过80%范围内的值的中间粉末压坯110，也能发现出汗现象。可防止出现滴漏现象。

因此可高密度成形，制造出满足磁特性及机械强度的粉末压坯（例如磁心）。也可消除对模具受损的担心。而且，可大幅削减润滑剂的消耗量，使液状润滑剂不再从第二模具（下模具41）滴漏出来，改善作业环境。整体上由于可提高生产效率及降低粉末压坯制造成本所以可显著地提高在工业生产上的可使用性。另外，润滑剂粉末的量可通过混合粉末100的成分等设置为适当的量。

同时，上述任意一种以往方法、装置（专利文献1～8）对润滑剂的含有率与混合粉末100的压缩率的关系、润滑剂的多少导致的滴漏现象、出汗现象均无认识。

尤其是即便在热成形粉末冶金方法（专利文献5）中，其目的可以理解为了便于操作而成形密度比不满76%的一次成形体这一点。但对高密度成形的技术依据及可实施的事项均无公开。更别说从其后一度使初级成形体崩解再成形二次成形体这一点看，只能否定其通过初次成形、二次成形的累积来实现高密度化的技术思想。

第一加压成形机20是使用混合粉末供给机10向填充到第一模具（下模具21）的混合粉末100施加第一加压力P1成形混合粉末中间压缩体（中间粉末压坯110）的装置，该实施方式是冲压机械结构。

在图2中第一模具装置由工作台侧的下模具21（模具21D）和滑块5侧的上模具25（上冲头25PU）构成。下模具21的腔体22形状设置为与图5A所示中间粉末压坯110的形态（环形形态）对应的形状（环形管形状）。即上模具25（上冲头25PU）设置为可挤压进下模具21（腔体22）内的状态（图2、图3A，图3B所示的环形管形状），靠滑块5做升降运动。腔体22的下方在上下方向可移动地嵌装有可动部件23。

由于第一加压成形机20的上模具25（上冲头25PU）及下模具21的腔体22设置为与中间粉末压坯110的形态（形状）相对应的形状，所以中间粉末压坯110的形态即便是如图5B～图5E所示时，也成为彼此相对应的形状。

如图5B所示为圆柱形时，上模具25（上冲头25PU）的形状是实心圆筒（圆柱）形且下模具21的形状为中空圆筒形。是图5C的细长圆轴形时也设置为相同形状但在上下方向上长，是图5D的圆柱形时也设置为相同形状但在上下方向上短。如图5E所示是复杂形状时，变为对应的复杂形状。另外，对应第二加压成形机40的上模具（上冲头）45及下模具41的腔体42也是一样。

另外，对于制造高密度三层结构粉末压坯（完成粉末压坯120）【参照图7（A）】的情况，后文详述。

可动部件23通过贯穿设置在底面高度GL以下的通孔24向上突起的顶出杆（图示省略）移动到上方。即可把第一模具［下模具21（腔体22）］内的中间粉末压坯110上推到传送面HL。从外部看，具有作为将第一模具（下模具21）内的中间粉末压坯110取出到外部（HL）的第一取出装置的功能。中间粉末压坯110被传送到加热升温机30侧后，可动部件43与顶出杆一同返回初始位置。另外，也可用其他特殊装置形成第一取出装置。

参照图4说明第一加压成形机20中的加压力（第一加压力P1）和与之对应得到中间粉末压坯110的真密度比（密度ρ）的关系。横轴以指数表示加压力P。在该实施方式中的最大能力（加压力P）是10Ton/cm²，其设为横轴指数100。Pb是模具损坏压力，为横轴指数140（14Ton/cm²）。纵轴以指数表示真密度比（密度ρ）。纵轴指数（100）相当于真密度比（密度ρ）是97%（7.6g/cm³）。

在该实施方式中，基础金属粉末设为磁心用玻璃材质绝缘涂层被覆铁粉末（真密度是7.8g/cm³），润滑剂粉末选择是在0.2wt%～0.1wt%的范围内的硬脂酸锌粉末且是第一加压力P1将混合粉末中间压缩体压缩到相当于纵轴指数82～92［相当于密度ρ（6.24g/cm³～7.02g/cm³）］的真密度比80%～90%的物质。

同时，纵轴指数102相当于密度ρ（7.75g/cm³），真密度比（密度ρ）相当于99%。

另外，作为基础金属粉末，也可选择磁心用铁系非晶粉末（磁心用Fe-Si合金粉末）、磁心用铁系非晶粉末、磁心用Fe-Si合金粉末、机械部件用纯铁粉末等。

一旦提高第一加压力P1，则通过第一加压成形机20得到的密度ρ随着以虚线（曲线）显示的特性A而升高。在第一加压力P1（横轴指数100）时，密度ρ变为7.6g/cm³。真密度比是97%。即便使第一加压力P1上升到这以上的值，密度ρ的提高也是微小的。模具损坏的可能性很大。

以往，在以加压成形机（冲压机械）的最大能力来加压得到的密度ρ无法满足需要时，必须装备更大型的压铸机械。但是，即便是大型化例如将最大能力变为1.5倍，密度ρ的提高也是微小的。因此，现在的情况是勉强接受以冲压机械得到的低密度ρ（例如7.5g/cm³）。

此处，现在直接使用压铸机械，如可从纵轴指数100（7.6g/cm³）提高到102（7.75g/cm³），则可理解为具有划时代意思。即如果可将密度ρ提高2%，则可大幅提高磁性能（双曲线地）且可使机械强度的提高实现飞跃。而且，由于可彻底去除高温气氛下的烧结处理，所以可大幅抑制粉末压坯的氧化（可防止磁心性能降低）。

为实现上述方式，可通过加热由第一加压成形机20成形的中间粉末压坯110促使润滑剂熔解（液化），此后以第二加压成形机40进行第二次加压成形处理。如果在第二加压成形机40中对中间粉末压坯110进行加压，则如图4的特性B（实线）所示，可达到相当于纵轴指数102的高密度（7.75g/cm³）。将在第二加压成形机40的说明中追述详细情况。

加热升温机30是加热从第一模具（下模具21）取出的混合粉末中间压缩体（中间粉末压坯110）将该中间粉末压坯110的温度积极升温到相当于润滑剂粉末的熔点的温度的装置。在图2中，加热升温机30包含未图示的暖风产生源、喷气罩31、排气循环罩33等，通过向定位在丝网状保持部件32上的中间粉末压坯110喷出暖风加热，将其温度升高到相当于润滑剂粉末的熔点的温度（例如120℃）。

该低温加热处理的技术意义将在与第一加压成形处理的关系中加以说明。如果观察填充在下模具21（腔体22）内的混合粉末100，则可知在与基础金属粉末的关系中润滑剂粉末的存在较稀疏的部分（稀疏部分）和较致密的部分（致密部分）。致密部分可减少基础金属粉末的粒子间摩擦阻力及基础金属粉末和模具内面的摩擦阻力。稀疏部分应该可以使这些摩擦阻力变大。

在第一加压成形机20的加压过程中，致密部分由于摩擦小所以压缩性优越，易于进行压缩化。稀疏部分由于摩擦大所以压缩性差，压缩化缓慢。无论是哪种，都会出现与预先设定的第一加压力P1的值对应的压缩进行困难的现象。即出现压缩极限。放大观察在该状态下从第一模具（下模具21）取出的中间粉末压坯110的断裂面，则作为上述致密部分的部分为基础金属粉末整体熔接。但是，也混有润滑剂粉末。作为稀疏部分的部分在熔接的基础金属粉末间残留有微小间隙（空间）。几乎看不到润滑剂粉末。

因此，如从作为致密部分的部分去除润滑剂粉末的话，则产生可压缩的间隙。如可向作为稀疏部分的部分间隙补充润滑剂的话，则可提高该部分的压缩性。

即提高第一加压成形结束后加热中间粉末压坯110升温到相当于润滑剂粉末的熔点的温度（例如120℃），使润滑剂粉末熔解（液化）提高其流动性。从作为致密部分的部分开始熔化的润滑剂渗到周围且补充到是稀疏部分的部分。从而，可减小基础金属粉末的粒子间摩擦阻力，也可压缩润滑剂粉末所占的空间。也可减小基础金属粉末的粒子和模具内面的摩擦阻力。即利用液体状润滑剂的流动性并进行第二加压成形处理。

接着，第二加压成形机40是用于向装入第二模具（下模具41）的已升温的中间粉末压坯110施加第二加压力P2成形高密度的完成粉末压坯120的装置。

在本实施方式中，设置有第二模具（下模具41）的预热功能。但是如果能将已升温好的中间粉末压坯110的温度控制为在第二模具（下模具41）内到施加了第二加压力P2的完成粉末压坯成形开始时刻为止不妨碍成形的固定的温度范围内的话，则不预热第二模具（下模具41）也能实施本实用新型的高密度成形。

但是，中间粉末压坯110的热容量小时，则到达第二模具（下模具41）的传送时间或传送路径长时，则根据混合粉末100的组成或中间粉末压坯110的形态等，在到已升温好的中间粉末压坯110开始完成粉末压坯成形时刻为止温度有可能下降时，加热第二模具（下模具41）可得到所需的成形效果。后文所说的第二预热装置47是为此而设的。

另外，该实施方式中的第二加压成形机40的最大能力（加压力P）与第一加压成形机20的情况相同是10Ton/cm²。因此，第一加压成形机20和第二加压成形机40构成为一台冲压机械，可由图2所示的共用的滑块5使各上模具25、45同步升降。从这一点看，装置更经济，可降低完成粉末压坯120的制造成本。

在图2中，第二模具装置由工作台侧的下模具41（模子41D）和滑块5侧的上模具45（上冲头45PU）构成。下模具41的腔体42设置为下部与完成粉末压坯120的形状（环形）相对应的形状（环形管形状），上部为可接收中间粉末压坯110的略大的形态。上模具45设置为可挤压入下模具41（腔体42）内的形态，通过滑块5进行升降运动。在腔体42的下方，可动部件43嵌装为可在上下方向移位。另外，第二模具（下模具41）和第一模具（下模具21）设置为可进行相当于与压缩対象（中间粉末压坯110和完成粉末压坯120））在上下方向尺寸差的高度（位置）调整。

可动部件43通过贯穿设置在底面高度GL以下的通孔44向上突起的顶出杆（图示省略）移动到上方。即可把第二模具［下模具41（腔体42）］内的完成粉末压坯120上推到传送面HL。从外部看，具有作为将第二模具（下模具41）内的完成粉末压坯120取出到外部（HL）的第二取出装置的功能。另外，也可用其他特殊装置形成第二取出装置。完成粉末压坯120被排出到排出槽59中，从加热升温机30接收新的中间粉末压坯110后，可动部件43与顶出杆一同返回初始位置。

在第二模具［下模具41（腔体42）］中安装有可变更设定温度的第二预热装置47。该第二预热装置47在接收中间粉末压坯110（被装入）之前，将第二模具［下模具41（腔体42）］加热（预热）到相当于润滑剂粉末（硬脂酸锌）的熔点的温度（120℃）。对已升温的中间粉末压坯110可不冷却而接收。由此，可防止先前熔解（液化）的润滑剂再次固化并确保润滑作用。另外，第二预热装置47在本实施方式中设置为电热加热方式（电加热器），但也可用热油或热水循环预热的循环方式的加热装置来进行。

在该意义上，第二预热装置47设为可在完成粉末压坯120加压成形结束之前持续加热。由于如此可进一步提高加压成形中已熔解的润滑剂向所有方向的流动性，因而不仅可将粒子间也可将粒子与第二模具［下模具41（腔体42）］间的摩擦阻力大幅减小并保持之。

与之相关，在该实施方式中，设置有用于预热第一模具（下模具21）的未图示的预热功能。但是，在升温加热步骤前无需预热第一模具（下模具21）预备升温中间粉末压坯110也可实施本实用新型的高密度成形加工。

但是，在混合粉末的组成或中间粉末压坯110的形态特殊时、中间粉末压坯110的热容量大时、无法安装大的加热升温机30时、或作业环境温度低时，中间粉末压坯110的加热升温可能要花费很长时间。在这样的情况下，优选预热第一模具（下模具21）。为此，在该实施方式中会预热第一模具。

即第一模具［下模具21（腔体22）］上也设置有可改变设定温度的第一预热装置（图示省略），在中间粉末压坯110的成形结束后传递到加热升温机30以前可预热第一模具（下模具21）预先加热润滑剂粉末。通过这样设置，可减少加热升温时间，缩短生产周期。

第二加压成形机40得到的密度ρ如实线（直线）所示的特性B。即与第一加压成形机20的情况［特性A（虚线）］不同，密度ρ并非随着第二加压力P2提高而渐渐升高。即到超过第一加压成形步骤中最终的第一加压力P1（例如横轴指数50、75或85）之前密度ρ不会升高。第二加压力P2一旦超过最终的第一加压力P1，则密度ρ即一下子升高。第二加压成形可理解为好像连续不断地进行第一加压成形的方式。

因而在第一加压成形步骤中，变为可以不用在任何时候都将第一加压力P1上升直到与最大能力相对应的值（横轴指数100）。即可排除在压缩极限以后继续进行第一加压成形时浪费的时间、消耗的能量。使制造成本降低。再有，由于变得易于避免超过横轴指数100的超负荷运转，所以不必担心模具破损。整体上运转操作容易并可安全且稳定地运用。

工件传送装置50设置为可将第一取出装置（可动部件23、通孔24）从第一模具（下模具21）取出的中间粉末压坯110传送到加热升温机30内的规定位置，可将升温后的中间粉末压坯110从加热升温机30内的规定位置传送到第二模具（下模具41），可将靠第二取出装置（43、44）的功能从第二模具（下模具41）取出的完成粉末压坯120传送到向高密度成形装置1外排出的排出部，例如排出槽59。工件传送装置50可在第一加压成形机20到加热升温机30之间、加热升温机30到第二加压成形机40之间、以及第二加压成形机40到排出槽59之间切实传送工件。

该实施方式的工件传送装置50由图3B所示的同步运转的三个传送杆51、52、53构成。传送杆51、52、53在要求传送时从图3A的纸面深处侧向近前（图3B）的传送线上推进，从左向右移动后退回到原始位置。装入装置（传送杆52、可动部件43、通孔44）将已升温的混合粉末中间压缩体（中间粉末压坯110）装入预热到该相当于熔点的温度的第二模具［下模具41（腔体42）］中。

另外，工件传送装置也可由包含向二维或三维方向驱动的机械手等，将工件依次传送到各模具等的传送装置等构成。

此处，对旨在可只通过加压成形处理进行成形的完成粉末压坯120的生产上的利用性的提高及普及扩大的产品化技术事项进行说明。

下面对制造图7（A）所示的高密度三层结构粉末压坯（完成粉末压坯120）的情况进行说明。高密度成形装置1的基本结构、功能虽与上述情况（图2、图3A、图3B）相同，但将第一模具和第二模具调换。即和制造图5B的圆柱形粉末压坯的情况相同，将构成第一加压成形机20的上模具（上冲头25PU）25设置为实心圆筒（圆柱）形且将下模具21设置为中空圆筒形。具体就是如图6（D）所示，对于第一模具，将上冲头25PU设置成圆柱形状，将模具21D设置为中空圆筒形且下冲头21PD设置为圆柱形。再有，对于第二加压成形机40，将上冲头45PU设置成圆柱形状，将模具41D设置为中空圆筒形且下冲头41PD设置为圆柱形。

只通过加压成形处理成形的完成粉末压坯120的外周面由于设置为在成形过程中与腔体内壁面压接而滑动，所以表面光滑（平滑）。但是，由于上、下端面只由冲头25PU、21PD的端面按压，所以比较粗糙。因而，被指出到成形最终产品（例如磁心）还需要机械后期处理。作为机械后期处理，已知的有去毛刺、倒角，都是要切削平表面。

如果切削量多则不得不说材料浪费多。再有，如果机械后期处理结束后外径尺寸产生偏差的话，则在组装时会出现问题。更何况一部分粒子出现脱离、损失或变形变成残次品，产率也降低。

去毛刺等多使用研磨抛光板进行。即操作员将研磨抛光板按压在完成粉末压坯120的上、下端面上，向任意方向相对移动并随着进行施加剥离力。从完成粉末压坯120侧看，施加的外力无论方向还是强度都是随机的。再有，完成粉末压坯120通过相邻的基础金属粒子彼此间的络合及将润滑剂覆膜作为可以说是粘合剂的压接结合而成形。因而，完成粉末压坯120的基础金属粒子间的结合力与实施完伴随基础金属粒子的熔融、再固着的高温热处理（烧结处理）后的烧结粉末压坯的结合力相比，是弱而小的。

而且，位于完成粉末压坯120的中间内部的基础金属粒子虽然与上下左右的相邻基础金属粒子络合且压接结合，但位于上端面的粒子由于在其上侧及左侧（或右侧）没有相邻例子所以压接结合力弱。位于下端面的粒子由于在其下侧及左侧（或右侧）没有相邻粒子所以压接结合力弱。即位于周边边缘部分（上端面、下端面、周缘角落）的基础金属粒子间的压接结合力与位于中间内部的粒子间压接结合力相比要弱。

去毛刺、倒角并不是要磨掉基础金属粒子自身并使其变小粒，而是以粒子为单位来切削。因此，如对图7（B）及图8（A）所示的一层结构的完成粉末压坯120施加机械后期处理，则位于图8（B）所示的基础金属粒子105中的周边边缘部分的一部分基础金属粒子106缺失（脱落、损失）。缺失是完成粉末压坯120的变形、损失。位于中央部的基础金属粒子105不会缺失。

去毛刺、倒角导致的一部分基础金属粒子106的缺失无论研磨抛光工具的种类（例如板、锉刀、磨床等）或手动作业或自动作业均会发生。

如设置第二加压力P2固定而讨论压接结合面积，则推测变为完成粉末压坯120的基础金属粒子的粒径越小，与相邻粒子的压接结合面积越大，粒径越大，与相邻粒子的压接结合面积越小，并且与粒径大小成比例地施加在粒子的压接结合部的力矩变大。即完成粉末压坯120的基础金属粒子的粒径越小，对外力的抵抗力越大，基础金属粒子的粒径越大对外力的抵抗力越小。

再有，相信与基础金属粉末只由粒径大小相同的基础金属粉末（单一粒子集合粉末）构成时相比，大小多样的粒径混合的基础金属粉末中粉末彼此间络合得更深入。

即认识到为了将机械后期处理时的粒子脱落量最小化，很重要的是辨识出完成粉末压坯120的粒子结构。

在本实用新型中，为将机械后期处理时的基础金属粒子脱落量最小化，而将图7（A）所示完成粉末压坯120设置为三层结构。第一层（下面侧）设为由主要成分是小粒径的基础金属的混合粉末100F构成，第二层（中间部）设为由主要成分是大粒径的基础金属的混合粉末100S构成，第三层（上面侧）设为由主要成分是小粒径的基础金属的混合粉末100T构成。

所谓基础金属粉末的粒径，意味着构成基础金属粉末的基础金属粒子的粒径。再有，粒子的大小在基础金属粒子的形状是球形时指的是其直径，但不是球形或圆形时指的是该基础金属粒子的跨度中的最大长度。

因而，制作高密度三层结构粉末压坯时，需要如图6（A）～（C）所示将小粒径的第一层用混合粉末100F、大粒径的第二层用混合粉末100S以及小粒径的第三层用混合粉末100T按该顺序填充到第一模具（模具21D）中。在该实施方式中，由于将第一层用混合粉末100F和第三层用混合粉末100T设置为粒径相同（后文详述），所以如图2、图3、图3B所示设置两台混合粉末供给机（小粒用机10FT、大粒用机10S）且可切换使用。另外，也可设置三台混合粉末供给机给各层用。

再有，从强化基础金属粒子络合的观点看，将构成第一层用混合粉末100F、第二层用混合粉末100S以及第三层用混合粉末100T的基础金属粒子的粒径规定为平均粒径。混合粉末的采购、填充作业等的操作也方便。例如如图9所示，规定为包含最大粒径dmax和最小粒径dmin且有很多中间粒径构成的小粒系混合粉末的粒径设为平均粒径dave，将包含最大粒径Dmax和最小粒径Dmin且有很多中间粒径构成的大粒系混合粉末的粒径设为平均粒径Dave。

即如将第一层用混合粉末100F和第三层用混合粉末100T的基础金属粒子的平均粒径设得小，则由于粉末压坯的周边边缘部分由平均粒子小的基础金属粉末构成，所以机械后期处理时脱落的粉末粒子自然变为粒径小的粒子。即可降低脱落量。另外，平均粒径设得越小，材料成本越高是不利的。

接下来，参照图9，将构成第一层用混合粉末100F的基础金属粉末的最大粒径dmax及构成第三层用混合粉末100T的基础金属粉末的最大粒径dmax设置为大于构成第二层用混合粉末100S的基础金属粉末的最小粒径Dmin。例如，设第一层用混合粉末100F的平均粒径为40μm，设第二层用混合粉末100S的平均粒径为200μm第三层用混合粉末100T的平均粒径为50μm。

即让构成第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T的基础金属粒子的粒径和构成第二层用混合粉末100S的基础金属粒子的粒径在一定范围内重复。因而由于大小各不相同的基础金属粒子混合在重复范围内，使得粉末彼此间的络合得到强化，从而可进一步降低机械后期处理时的粒子脱落量。也能有效防止在边界层上产生裂纹。

进而，将构成第一层用混合粉末100F的基础金属粉末的最大粒径dmax及构成第三层用混合粉末100T的基础金属粉末的最大粒径dmax设置为小于构成第二层用混合粉末100S的基础金属粉末的平均粒径Dave。即便混有大粒粒子也可将平均粒径设小。再有，成形后大粒粒子位于周边边缘部分的机会概率低。但无法保证大粒粒子不位于周边边缘部分。即如果大粒粒子位于周边边缘部份，则该大粒粒子与周边的小粒粒子相比更易脱落。因此，为预防混有相关大粒粒子而统一粒径规格（dmax＜Dave）

这样一来，由于可进一步减小重复范围内由大小多样的基础金属例子构成的基础金属粉末的平均粒子，所以可进一步强化粉末彼此间的络合且可增强压接结合力。可进一步降低粒子脱落量。

进而，综合来看，设置为第一层用混合粉末100F的粒径从20μm～120μm中选择，第二层用混合粉末（基础金属粒子）100S的粒径从20μm～400μm中选择，第三层用混合粉末（基础金属粒子）100T的粒径从20μm～120μm中选择。如将各层用混合粉末的最小粒径值设为20μm以下的值，则会导致原料粉末制造成本增加。如果将为第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T相关的最大粒径值设置为超过120μm，则机械后期处理时易受到外力，脱落量增加。第二层用混合粉末100S相关的最大粒径值设置为超过400μm的值，则粉末压坯的磁特性下降。

即如果以从粒径20μm～120μm中选择出粒径的基础金属粉末构成第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T，以从粒径20μm～400μm中选择出粒径的基础金属粉末构成第二层用混合粉末100S的话，则原料粉末制造成本降低，可减小机械后期处理时的粒子脱落量，也可保障磁特性。

进而，当没有积极要求按照其使用目的不同来设置完成粉末压坯120的上端面侧和下端面侧的规格（例如机械强度）时，则将第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T设置为同一混合粉末是个好方法。实际上，将上端面侧和下端面侧的规格做不同设置的情况很少。在该实施方式中，将第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T的基础金属粒子的平均粒径设置为相同（例如50μm）。混合粉末的选择性进一步增加，也可促进材料成本大幅降低。

另一方面，额外说明的是设为三层结构粉末压坯的话，则可简单制造完成粉末压坯120的上端面侧和下端面侧的规格（例如机械强度）不同的完成粉末压坯120。即三层结构粉末压坯的利用价值高。

在制造时，为便于向第一模具（下模具21）内填充，优选将第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T的填充厚度设置为例如在0.5mm以上。如不足0.5mm则厚度上会出现很大差异有可能无法正常成形。

由于将比较长大的中央部（第二层）设为大粒的混合粉末，将第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T设为小粒，所以可确保整体上良好的压缩性，可大幅削减机械后期处理的切削量，可提供上下面平整的完成粉末压坯120。

另外，第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T的填充厚度优选设置为在第一层用混合粉末100F～第三层用混合粉末100T的综合厚度的10％以下。如果设置为超过10％的厚度，则第二层用混合粉末100S设为厚度变小，有可能降低整体的压缩效率。

此种实施方式涉及的混合粉末的高密度成形装置，可通过下述工序进行高密度成形。

（混合粉末的制备1）

将基础金属粉末（磁心用玻璃材质绝缘涂层被覆铁粉末）和0.2wt%的润滑剂粉末（硬脂酸新粉末）混合制备出松散状态的混合粉末100。以规定量补给到混合粉末供给机10中（图1的步骤PR0）。

（混合粉末的制备1）

成形三层结构粉末压坯时，准备平均粒径为60μm、120μm的两种，将小粒系混合粉末补给到混合粉末供给机10FT中，将大粒系混合粉末补给到混合粉末供给机10S中。

（混合粉末的填充1）

在规定的时间，混合粉末供给机10如图3B所示从规定位置（实线）移动到补给位置（虚线）。接着打开混合粉末供给机10的供给口，向第一加压成形机20的空的下模具21（腔体22）内填充定量的混合粉末100（图1的步骤PR1）。例如可在2秒钟内填充。填充后关闭供给口，混合粉末供给机10返回规定位置（实线）。

（混合粉末的填充2）

成形高密度三层结构粉末压坯时，如图6（A）～（C）所示，按照第一层用混合粉末（平均粒径60μm）100F、第二层用混合粉末（平均粒径120μm）100S、和第三层用混合粉末（平均粒径60μm）100T的顺序填充。第一层和第三层用由图2中所示的混合粉末供给机10FT提供、填充，第二层由混合粉末供给机10S供给、填充。

（中间粉末压坯的成形1）

开始第一加压成形处理，第一加压成形机20的上模具25与图2的滑块5一同下降，以第一加压力P1加压下模具21（腔体22）内的混合粉末100。固态润滑剂发挥充分的润滑作用。已压缩的中间粉末压坯110的密度ρ随图4的特性A（虚线）而升高。第一加压力P1一达到与横轴指数（例如30）对应的压力（3.0Ton/cm²），则真密度比升高到85%即密度ρ升高到6.63g/cm³（相当于纵轴指数87）。例如8秒钟的加压成形一结束，则如图3A所示在模具（下模具21）内成形中间粉末压坯110（图1的步骤PR2）。能够成形图5A中所示的环形中间粉末压坯110。另外，如果进行模具交换，则能够成形图7（B）中示出的圆柱形一层结构的中间粉末压坯110。其后上模具25靠滑块5上升。另外，在第二加压成形机40中可同步进行与之前的中间粉末压坯110相关的第二加压成形处理。

（中间粉末压坯的成形2）

成形高密度三层结构粉末压坯时，如图6（D）所示，向按照图6（A）～（C）所示的规定顺序填充的第一层用混合粉末100F、第二层用混合粉末100S和第三层用混合粉末100T施加第二加压力P2。可以成形如图6（E）、图7（A）所示的圆柱形三层结构粉末压坯（中间粉末压坯）。

（中间粉末压坯的取出）

第一取出装置（可动部件23）启动，中间粉末压坯110被推高到传递面HL。即从下模具21取出。于是如图3B所示工件传送装置50启动，靠其传送杆51将中间粉末压坯110向加热升温机30传送。在该阶段，可动部件23返回到下方的初始位置。传送后的中间粉末压坯110被定位在图3A所示的丝网状保持部件32上。

（加热升温）

在图3A中，加热升温机30启动。从喷气罩31喷出的热风将中间粉末压坯110升温到相当于润滑剂粉末的熔点的温度（120℃）（图1的步骤PR3）。即润滑剂熔解，靠其流动使中间粉末压坯110内的润滑剂分布变为均匀。加热升温时间例如是8秒～10秒。另外，热风可通过丝网状保持部件32、排气循环罩33而循环再次使用。成形三层结构粉末压坯时也是一样。

（已升温的中间粉末压坯的装入）

已升温的中间粉末压坯110如图3B所示靠工件传送装置50（传送杆52）传动到第二加压成形机40，定位在下模具41的上方，装到在下模具41（腔体42）内的可动部件43上（图1的步骤PR4）。另外，成形三层结构粉末压坯时也如图6（D）所示的情况一样装入。此时的上模具45设为上冲头45PU，下模具41设为模具41D及下冲头41PD。

（模具的预热）

在第二加压成形机40中，选择了启动时，第二预热装置47启动。在接收中间粉末压坯110（被装入）以前，加热第二模具［下模具41（腔体42）］到相当于润滑剂粉末的熔点的温度（120℃）。可防止之后接收的已升温的中间粉末压坯110内的润滑剂的再次固化。成形三层结构粉末压坯时也是一样。

（完成粉末压坯的成形1）

上模具45如图3A所示与图2的滑块5一同下降，开始以第二加压力P2对下模具41（腔体42）内的中间粉末压坯110加压。液体状的润滑剂充分起到润滑作用。尤其是出现出汗现象，随着加压成形的进行润滑剂向所有方向流出。不仅能高效减轻基础金属粒子间也能高效减轻粒子和模具间的摩擦阻力。已压缩的中间粉末压坯110的密度ρ随着图4的特性B而升高。即第二加压力P2一旦超过横轴指数（例如30…加压力3.0Ton/cm²），则密度ρ从6.63g/cm³急速升高到与纵轴指数102相当的密度ρ（7.75g／cm³）。一将第二加压力P2上升到横轴指数100（10Ton／cm²），则密度ρ（7.75g／cm³）整体变均匀。例如8秒钟的第二加压成形处理一结束，则完成粉末压坯120在第二模具（下模具41）内成形（图1的步骤PR5）。图7（B）所示的完成粉末压坯120也这样成形。其后，上模具45靠滑块5来上升。另外，在第一加压成形机20中可同步进行与后续的中间粉末压坯110相关的第一加压成形处理。

（完成粉末压坯的成形2）

成形高密度三层结构粉末压坯可通过以图6（D）所示的上冲头45PU与模具41D及下冲头41PD合作，成形图7（A）所示的高密度三层结构粉末压坯。

（产品取出）

第二取出装置（43）启动，完成粉末压坯120被推高到传送面HL。即从下模具41取出。于是如图3B所示，工件传送装置50启动，靠其传送杆53将完成粉末压坯120传送到排出槽59。在这一阶段，可动部件43返回到下方的初始位置。相当于纵轴指数102的密度ρ（7.75g／cm³）的完成粉末压坯120由于润滑剂粉末熔点低所以玻璃材质不会变质、熔解。因此，涡流损耗小，可高效地制造磁通密度高的高品质磁心用粉末压坯。成形高密度三层结构粉末压坯时也一样【参照图6（E）】。

（制造周期）

由于采用以上各步骤的高密度成形方法，可对依次供给填充的金属粉末（混合粉末100）同步实施第一加压成形处理、加热升温处理及第二加压成形处理，所以可在最长的加热升温处理时间（例如10秒）上加上工件传送时间（例如2秒～4秒）后得到的12秒～14秒的周期时间内制造出高密度粉末压坯（完成粉末压坯120）。理解为即便是与以往例中30分钟以上的高温烧结处理时间相比，制造、生产时间仍显著提高。例如可稳定供给小型轻量复杂形状机械强度高的汽车用部件或磁特性及机械强度优越的电磁设备，还可对降低这些的生产成本做出很大贡献。

（去毛刺）

在图6（E）中对取出的图7（A）所示的高密度三层结构粉末压坯（完成粉末压坯120）进行机械后期处理。由于第一层及第三层由平均粒径小的混合粉末100F、100T构成，所以与全部由平均粒径大的一层用混合粉末【参照图7（B）】成形的情况相比，没有如图8（B）所示的基础金属粒子106的脱离、损失，可高效制造规定形状的高密度三层结构粉末压坯（完成粉末压坯120）。机械后期处理时间也短，粒子切削量也可大幅降低。可直接用作机械部件。

（实施例）

以图11所示的环形，制得外径50mm、内径40mm、厚度5mm的完成粉末压坯120。选择实施机械后期处理时的脱落量与图7（A）所示的圆柱形相比增加的环形。第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T选择Somaloy110i【

（ヘガネス）公司制造】。该基础金属粉末是磁心用玻璃质绝缘涂层被覆铁粉末，润滑剂的混合比例是0.5wt％。基础金属粉末的粒子直径是20μm～100μm，平均粒径是50μm。再有，作为第二层用混合粉末100S，选择的是Somaloy700【（ヘガネス）公司制造】。该基础金属粉末是磁心用玻璃质绝缘涂层被覆铁粉末，润滑剂的混合比例是0.4wt％。基础金属粉末的粒子直径80μm～400μm，平均粒径是200μm。按第一层用混合粉末100F、第二层用混合粉末100S、第三层用混合粉末100T的顺序填充到第一模具（下模具21）的腔体22内。第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T填充的厚度超过0.5mm。以第一加压力P1（10ton／cm²）压缩成形中间粉末压坯。将该中间粉末压坯110加热升温到润滑剂的熔解温度130℃，之后以第二加压力P2（10ton／cm²）压缩完成高密度（7.75g／cm³）的完成粉末压坯120。使该高密度三层结构粉末压坯在涂覆于铺在平面板上的＃800砂纸上以其两端面平行地滑动来去除毛刺，以同方向上找不到划痕刺来判断毛刺已去除，最终基础金属的脱落量根据右侧的算式为如图10所示的值（0.048％）。脱落量（%）＝［（Waf－Wbf）／Wbf］×100。Waf是去除毛刺前的粉末压坯重量，Wbf是去除毛刺后的粉末压坯重量。

（比较例1）

将一层结构粉末压坯成形如图11所示的环形。混合粉末选择Somaloy700【

（ヘガネス）公司制造】。该基础金属粉末是磁心用玻璃质绝缘涂层被覆铁粉末，润滑剂的混合比例是0.4wt％。基础金属粉末的粒子直径是80μm～400μm，平均粒径是200μm。即与实施例中的第二层用混合粉末100S相同。其他条件（粉末压坯的形状、尺寸、第一加压力、升温温度、第二加压力）与实施例的情况相同。完成高密度（7.75g／cm³）的完成粉末压坯120。以与实施例的情况相同的条件对该高密度一层结构粉末压坯去除毛刺，结果基础金属粉末的脱落量根据上述算式变为如图10（C）所示的值（0.115％）。

（比较例2）

将两层结构粉末压坯成形如图11所示的环形。与实施例情况一样按第二层用混合粉末100S及第三层用混合粉末100T的顺序填充。其他条件（各层用混合粉末、粉末压坯的形状、尺寸、第一加压力、升温温度、第二加压力）与实施例的情况相同。完成高密度（7.75g／cm³）的完成粉末压坯120。以与实施例的情况相同的条件对该高密度两层结构粉末压坯去除毛刺，结果基础金属粉末的脱落量根据上述算式变为如图10（B）所示的值（0.078％）。

（比较评价）

如果设比较例1（一层结构）的粒子脱落量（0.115％）为“100”，则实施例（三层结构）的粒子脱落量是“42”。即与一层结构的情况相比，可将脱落量降低58％｛＝［（0.115－0.048）／0.115］×100｝。再有，比较例2（两层结构）的情况，粒子脱落量变为“68”。由于下端面是大粒系第二层用混合粉末100S所以脱落粒子中含的大粒粒子多，从而只能将脱落量降低32％｛＝［（0.115－0.078）／0.115］×100｝。即可知成形三层结构可极高效地减少脱落量。

这样，采用该实施方式，由于是将基础金属粉末（混合粉末100）的粒径小的第一层用混合粉末100F、粒径大的第二层用混合粉末100S、粒径小的第三层用混合粉末100T按该顺序填充到第一模具（下模具21（模具21D））中，施加第一加压力P1成形中间粉末压坯110，加热将升温到相当于润滑剂粉末的熔点的温度（例如120℃）的中间粉末压坯110装入第二模具（下模具41）且施加第二加压力P2成形完成粉末压坯120的高密度成形方法，所以可切实稳定地制造高密度粉末压坯且可大幅降低制造成本。而且，可将机械后期处理时基础金属粒子的脱落量减到最小且可防止损失。因此，可低价提供高品质粉末压坯。

再有，由于可去除高温下长时间的烧结处理，所以不仅可大幅抑制粉末压坯110、120的氧化，且可实现能源消耗的高利用率及制造成本的大幅降低。在保护地球环境方面也受到欢迎。

由于以平均粒径规定各层用混合粉末100F、100S、100T的基础金属粒子的粒径,所以与规定为单一粒径的情况相比,进一步提高了粒子间的结合力。由于是多种粒径组合，所以各层用混合粉末的选择性大，可促进材料成本进一步降低，易于实际生成上的操作。

由于构成第一、第三层用混合粉末100F、100T的基础金属粉末的最大粒径大于构成第二层用混合粉末100S的基础金属粉末的最小粒径，所以是重复范围内的粉末彼此间络合强化。从而，可进一步减少机械后期处理时的基础金属粒子的脱落量。也能有效抑制边界层上产生裂纹。

第一、第三层用混合粉末100F、100T中不包含超过第二层用混合粉末100S的平均粒径的大的粒径。即由于第一、第三层用混合粉末100T的最大粒径小于第二层用混合粉末100S的平均粒径，所以可排除容易因机械后期处理时的外力而脱落的大粒基础金属粒子。从而，可大幅降低第一、第三层用混合粉末100F、100T涉及的基础金属粒子脱落的发生概率。

由于构成第一、第三层用混合粉末100F、100T的粒子的粒径从20μm～120μm中选择，构成第二层用混合粉末100S的粒子的粒径从20μm～400μm中选择，所以可促进原料成本大幅降低且可大幅削减两端各面部上机械后期处理时的粒子脱落量。再有，以此可防止磁特性降低。

由于构成第一层用混合粉末100F及第三层用混合粉末100T的基础金属粒子的粒径相同，所以混合粉末的选择性进一步增加，可大幅降低材料成本，更容易获取。

由于润滑剂粉末的熔点属于90℃～190℃的温度范围内的低熔点，所以可有助于抑制第一加压步骤中的润滑剂的氧化且可保证充分的润滑作用。并且润滑剂的选择性更加广泛。

由于可通过第二预热装置47预热第二模具（下模具41），所以可进一步提高第二加压成形中已熔解的润滑剂向所有方向的流动性。不仅可以大幅减少基础金属粒子间而且可以减少粒子和第二模具(下模具41)间的摩擦阻力并加以保持。即可保障液体状润滑剂顺畅流动，可得到更好的成形效果。

再有，由于可将第二加压力P2的值设为与第一加压力P的值相等，所以容易进行加压成形步骤的实施及其操作，既可以间接有助于进一步降低粉末压坯的制造成本，并且在实现装置时也可以例如以一台冲压机械为基础简化构造。

进而，由于高密度成形装置1由混合粉末供给机10、第一加压成形机20、加热升温机30以及第二加压成形机40构成，所以可切实稳定地实施高密度化方法。易于实现，操作简单。

进而，加热升温机30及第二加压成形机40由加热加压成形机70形成，由于加热加压成形机由多台加热加压成形分机形成且各加热加压成形分机70形成为在每个周期内可选择依次动作，所以可进一步实现装置简化。也可促进生产线的简化，操作变得更容易。

再有，高密度三层结构粉末压坯（完成粉末压坯120）是将平均粒径小的第一层用混合粉末100F、平均粒径大的第二层用混合粉末100S、平均粒径小的第三层用混合粉末100T按该顺序填充到并施加加压力而一体成形的高密度（7.75g／cm³以上）的完成粉末压坯120，所以可低价提供对加压成形后的机械后期处理具有优越耐磨性和耐缺陷性的机械产品或电磁机器（马达或变压器等）用磁心（磁芯）材料。

再有，即便将基础金属粉末变更为磁心用玻璃质绝缘涂层被覆铁粉末、磁心用铁基非晶粉末、磁心用Fe-Si合金粉末的任意一种，其他条件相同，也可高效制造与基础金属粉末的种类对应的具有优越的磁特性的磁心部件。

综上所述，依靠现有装置（例如冲压机械）的能力（图4的横轴指数100）将密度升高到相当于纵轴指数100以上是不可能的；反之，采用本实用新型可以用同一装置升高到相当于纵轴指数102的密度。这一事实在该技术领域被赞誉为具有划时代意义。

（第二实施方式）

该实施方式如图12所示。与第一实施方式的情况相比，其特征在于混合粉末供给机10及第一加压成形机20照原样设置，加热升温机30和第二加压成形机40一体构成。

即高密度成形装置由一体组装有第一实施方式时的加热升温机30的功能和第二加压成形机40的功能的加热加压成形机70形成。加热加压成形机70由多台（在该实施方式中是两台）加热加压成形分机70A、70B形成，各加热加压成形分机70A、70B设置为通过未图示的控制装置在每个制造周期内可选择依次动作。

各加热加压成形分机70A（70B）的基本构造设置为与第一实施方式中第二加压成形机40相同。再有，各加热加压成形分机70A（70B）中，安装有具备与第一实施方式的加热升温机30及第二预热装置47的各功能对应的复合功能的多功能型加热装置48。

即多功能型加热装置48设置为具有设定温度切换功能的电热方式。可事先（在接收中间粉末压坯110以前）将下模具41预热到润滑剂相当于熔点的温度（120℃）。接收中间粉末压坯110后，加大切换可将中间粉末压坯110整体加热升温到润滑剂相当于熔点的温度（120℃）的发热量。可选择切换加热部位。在该加热升温结束后与第一实施方式的第二加压成形机40的情况相同进行第二加热成形处理。多功能型加热装置48工作，可在第二加热成形处理中将中间粉末压坯110的温度保持在润滑剂相当于熔点的温度（120℃）以上。

如图12所示，各加热加压成形分机20、70A、70B设置为独立冲压机械结构，各滑块5、5A、5B靠各机器用电动机的旋转控制驱动其分别做升降运动。即各加热加压成形分机70A、70B的一个（另一个）进行加压成形动作时另一个（一个）为预热，不做加压成形动作。考虑到加热加压成形机70与制造周期时间的关系即便设置为由三台以上的加热加压成形分机形成的情况也是一样。

像此种实施方式的装置，在以第一加热成形机20对第3个中间粉末压坯110进行加压成形期间，一个加热加压成形分机70A（或70B）加热升温第2个中间粉末压坯110并以另一个加热加压成形分机70B（或70A）将第一个中间粉末压坯110成形完成粉末压坯120。

这样，采用该实施方式，由于只需将加热加压成形机70构建为由同一结构的多台加压成形分机70A、70B构成，所以与第一实施方式时相比可使装置简化。即可促进生产线的简单化，又变得更容易操作。

还有，如将第一模具及第二模具调换为与中间粉末压坯110及完成粉末压坯120的形态对应的器件的话，则与第一实施方式时（图6～图9）一样可制造高密度三层结构粉末压坯。

另外，也可用一台冲压机械设置成第一加压成形机20和加热加压成形分机70A（或70B）或第一加压成形机20及各加热加压成形分机70A、70B。

附图标记说明

1  高密度成形装置

10  （10FT、10S）混合粉末供给机

20  第一加压成形机

30  加热升温机

40  第二加压成形机

47  第一预热装置

48  多功能型加热装置

50  工件传送装置

70  加热加压成形机

70A，70B  加热加压成形分机

100  混合粉末

110  中间粉末压坯（混合粉末中间压缩体）

110F、110S、110T  第一层、第二层、第三层用混合粉末

105  基础金属粒子

106  脱落粒子

120  完成粉末压坯（混合粉末完成压缩体、高密度三层结构粉末压坯）。

Claims (5)

1.一种混合粉末的高密度成形装置，包括：

混合粉末供给机，其向外部供给填充混合粉末，所述混合粉末是基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物，填充按基础金属粉末粒径小的第一层用混合粉末、基础金属粉末粒径大的第二层用混合粉末以及基础金属粉末粒径小的第三层用混合粉末的顺序；

第一加压成形机，其向用该混合粉末供给机填充到第一模具中的第一层用混合粉末、第二层用混合粉末及第三层用混合粉末施加第一加压力成形混合粉末中间压缩体；

加热升温机，用于加热从第一模具取出的混合粉末中间压缩体并使该混合粉末中间压缩体的温度升高到相当于该润滑剂粉末的熔点的温度；以及

第二加压成形机，其向已装入第二模具中的已升温的所述混合粉末中间压缩体施加第二加压力成形高密度的混合粉末完成压缩体。

2.根据权利要求1所述的混合粉末的高密度成形装置，其特征在于：

由一体组装有所述加热升温机的功能和所述第二加压成形机功能的加热加压成形机形成，并且所述加热加压成形机由多台加热加压成形分机形成，且各所述加热加压成形分机设置为在每个周期选择依次动作。

3.根据权利要求1所述的混合粉末的高密度成形装置，其特征在于：

具有事先预热所述第二模具的预热装置。

4.根据权利要求1所述的混合粉末的高密度成形装置，其特征在于：

还具有工件传送装置，其将所述第一加压成形机所成形的所述混合粉末中间压缩体传送到所述加热升温机，将用所述加热升温机加热后的所述混合粉末中间压缩体传送到所述第二加压成形机，且将所述第二加压成形机所成形的所述混合粉末完成压缩体传送到排出部。

5.一种高密度三层结构粉末压坯，其特征在于：

是基础金属粉末和低熔点的润滑剂粉末的混合物，形成为按基础金属粉末的平均粒径小的第一层用混合粉末、基础金属粉末的平均粒径大的第二层用混合粉末以及基础金属粉末的平均粒径小的第三层用混合粉末的顺序配置，且向各层用混合粉末施加同一加压力一体成形。

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