JP3521088B2 - 粉末冶金用の金属粉末の成形方法 - Google Patents
粉末冶金用の金属粉末の成形方法Info
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Description
末成形用金型のダイスを用いた粉末成形方法に関するも
ので、高密度の成形体を得る場合、硬質な粉末を成形す
る場合、アルミ粉末のように軟質で金型に齧り付きやす
い粉末の成形などに好適に利用できる。 【0002】 【従来の技術】粉末成形用の金型は、成形体の外形に対
応した内孔を持つダイスと、上下のパンチからなり、必
要に応じコアロッドを備えたもので、プレス装置に組み
込まれて粉末成形装置を形成している。ダイキャビティ
に粉末を充填し、金型の各部材を相対的に移動して、上
下のパンチで粉末を圧縮したのち、粉末充填側に押し出
し圧粉体は離型される。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】成形体の密度は成形圧
力により決定されるが、高強度を必要とする機械要素で
は高い密度が要求されるものが多く、成形圧力が高いの
に対応して金型強度への配慮も必要である。また、急冷
凝固法により作られた磁性合金粉末の成形のように、硬
質の粉末を高い密度に成形する場合は、更に粉末成形が
困難である。また、粉末成形を繰り返すうちに、粉末圧
縮される部位のダイス内孔が少しずつ摩耗し、ダイス内
孔がいわゆる中膨らみ状態となり、圧粉体の抜き出し抵
抗が増加し、圧粉体に傷が付いたり割れを生じる虞が内
在している。更に、アルミ粉末のように、金型に齧り付
き易い材料の粉末成形では、高密度のものを奇麗な外観
でばらつきを少なく製作するのに困難を伴う。 【0004】この発明は、このような従来の状況を基
に、高い密度の圧粉体をより低い圧力で抜き出し性良く
成形することを目的としてなされた。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に用いる粉末成形ダイスは、粉末成形ダイス
の内孔が、成形体抜き出し側の寸法が大である1/50
00〜1/1000のテーパを有している構成にした。
この場合、粉末成形ダイス内孔の端部にテーパが無いも
のも含まれる。 【0006】また、粉末成形方法として粉末冶金用の金
属粉末成形ダイスの内孔が、成形体抜き出し側へ拡大す
る1/5000〜1/1000のテーパを有する粉末成
形ダイスと、前記ダイスの内孔と嵌合する上下パンチを
備えた粉末冶金用の粉末成形装置により、成形ダイスの
キャビティ中に充填された粉末を上下パンチで圧縮成形
する場合に、圧縮過程の大部分、または少なくとも圧縮
の最終段階はダイス内孔の大きい側のパンチで積極的に
押圧することによって、密度の高い粉末冶金用の金属粉
末を成形することができる。ここで積極的に押圧すると
は、ダイス内孔の大きい側のパンチの押圧力がダイス内
孔の小さい側のパンチの押圧力より大きくなるように押
圧することである。 【0007】本発明は粉末冶金用の金属粉末の成形ダイ
スの内孔が、成形体抜き出し側へ拡大する1/5000
〜1/1000のテーパを有する粉末成形ダイスと、前
記ダイスの内孔と嵌合する上下パンチを備えた粉末冶金
用の粉末成形装置により、成形ダイスのキャビティ中に
充填された粉末を上下パンチで圧縮成形するに当り、粉
末を一旦圧縮したのち、成形ダイス中の圧粉体をダイス
内孔の大きい側の方向へ移動し、既圧粉体を再度圧縮す
ることを特徴とする粉末冶金用の金属粉末の成形方法で
ある。 【0008】 【作用】圧粉体の密度は、粉末をパンチで圧縮したとき
の粉体間の抵抗、粉末の塑性変形抵抗、粉末とダイス内
壁面との摩擦抵抗とに抗して圧縮される加圧力により決
定される。粉末成形ダイスの内孔が、成形体が抜き出さ
れる側の寸法が大のテーパ状であり、充填された粉末を
圧縮する方向を、ダイス内孔の小さい側の方向へ積極的
に押圧すると、テーパを持たないダイスの場合に比べて
高い密度が得られる。これは、粉末とダイス内壁面との
摩擦抵抗が通常の場合とさほど変わらずに、テーパ比の
量だけ圧粉体の横断面積が減少するので、パンチ加圧方
向の圧縮に加え、それと直角方向からも圧縮されること
によるものと考えられる。 【0009】また、ダイキャビティ内の圧粉体を離型す
る場合の抜き出し荷重は、圧粉体とダイス内壁面との摩
擦抵抗であり、ダイス内孔にテーパがあると、圧粉体の
移動に伴い、圧粉体が順次解放されるので、離型抵抗が
小さくなる。テーパは1/5000より小さい(テーパ
角が小)とその効果がなく、1/1000より大きい
(テーパ角が大)場合は、圧粉体にもテーパを生じ、例
えば、歯車のようなものは歯筋精度が悪くなり、焼結体
のサイジングをする際に高圧力を必要とし、硬さの高い
材料では矯正が困難になる。また、テーパ角が大きすぎ
ると、ダイスの内孔が大きい側のパンチとダイスの内孔
との隙間に粉末を噛み混み、金型の摩耗が著しくなる。 【0010】成形ダイスのキャビティ中に充填された粉
末を上下パンチで圧縮する場合に、粉末を一旦圧縮した
のち、成形ダイス中の圧粉体をダイス内孔の大きい側へ
移動し、既圧粉体を再度圧縮すると、圧粉体密度は一層
向上する。すなわち、ダイス内の圧粉体はダイス内壁面
に向かって応力を生じており、圧粉体をダイス内孔の大
きい側へ移動すると、その応力は緩和され、圧粉体とダ
イス壁面との抵抗が緩和された状態で再度圧縮されるか
ら、予備圧粉体の変形が容易になる。 【0011】 【実施例】以下、実施例により発明を説明する。 <参考例1> 内径20mmの内孔を持つ合金工具鋼製のダイスを鋼材
で作られたダイスホルダーに焼きばめした粉末成形ダイ
スと、一対の上下パンチを準備した。 【0012】粉末成形ダイスは、内孔にテーパを付けな
いものと、デーパを1/6000、1/5000、1/
2500、1/1000、及び1/500付したものと
の6種類である。各ダイス内孔面の面粗さRmaxは
0.2μmである。これらの金型を用い、成形潤滑剤を
混合した合金鉄粉を圧力7トン/cm2 で圧粉体高さ2
0mmに圧縮成形し、ダイスから抜き出すときの最大荷
重(抜き出し荷重)、抜き出し後の成形体密度、及び圧
粉体の外径上下寸法差を測定した。その結果を表1に示
す。 【0013】抜き出し荷重は、ダイスのテーパが1/5
000より大きいとき(テーパ角が大のとき)低くなっ
ており、テーパが大きく(テーパ角が大のとき)なるほ
ど低くなる傾向を示す。また、テーパ角が小さい場合
は、抜き出し最中、長い時間にわたって高い荷重が掛か
るのに対して、テーパ角が大きい場合は、抜き出しの初
期だけ荷重が比較的高く、後は低くなる。 【0014】成形体密度もほぼ同様な傾向を示し、テー
パが1/5000より大きいとき高い密度を示す。一
方、外径寸法差は、テーパ が1/2500以下では認
められないが、1/2500を越えると大きくなり、テ
ーパが1/500では0.055mmを示している。 【0015】 【表1】 【0016】<参考例2> 前記のテーパなしの金型と、1/2500のテーパ付き
金型により、アルミ合金粉をそれぞれ成形圧力5トン/
cm2 で圧縮成形して、抜き出し離型するときの最大荷
重を比較した。テーパ付きダイスの方が20%少なかっ
た。 <参考例3> 前記の金型のテーパなしのものと、1/2500のテー
パ付き金型により、合金鉄粉をそれぞれ成形圧力5トン
/cm2 でフローティングダイ方式で圧縮して、高さ5
0mmの成形体を作製し、分解アンモニア中、温度10
50℃で焼結した後のロックウェル表面硬さを比較し
た。測定は試料の高さ方向を等間隔に9か所測定した。
表2のように、テーパのないダイスで成形した試料は、
中間部位の硬さが低く、密度が低いことを示している。
これに比してテーパ付きダイスのものは、硬さの差が少
ないことが判る。 【0017】 【表2】 【0018】<参考例4> 前記の1/2500のテーパ付き金型を用い、合金鉄粉
をそれぞれ成形圧力5トン/cm2 で圧縮して、高さ
50mmの成形体を作製し、分解アンモニアガス中、温
度1050℃で焼結した後のロックウェル表面硬さを比
較した。粉末成形は、参考例2と同様のフローティング
ダイ方式による両側圧縮したもの(試料1)と、一旦上
下パンチで圧縮した後、ダイス内孔径の大きい側の上パ
ンチで積極的に押圧したもの(試料2)の2種類であ
る。硬さの測定は試料の高さ方向を等間隔に9か所測定
した。 【0019】表3のように、試料2は、硬さのばらつき
が小さく、平均硬さも高いことが判る。 【0020】 【表3】 【0021】<参考例5> 参考例3と同様にして、各ダイス毎に粉末成形を連続5
00個成形したときの成形体温度を測定した。テーパな
しダイスのものは60℃であったが、テーパ付きダイス
のものは47℃であり、摩擦抵抗の差が認められた。 <実施例1> 前記の1/2500のテーパ付き金型を用い、硬さが7
00HVで粒度が250メッシュ以下の合金鋼粉末に樹
脂を2重量%混合した粉末を、成形圧力を変えて加圧し
て離型した場合と、同様に成形圧力を変えてそれぞれ加
圧してから加圧を解除し、次に、圧粉体をダイス内孔径
の大きい側へ下パンチで押し上げ移動した後、夫々25
トン/cm2 の圧力で加圧し、離型した場合の各試料
成形体密度を比較した。 【0022】ダイキャビティ中で予備成形体を移動した
後、再圧縮すると、圧力25トン/cm2 で1回圧縮し
た場合の密度に比べて成形体密度が高いことが判る。 【0023】 【表4】 【0024】以上説明したように、成形ダイスとして内
孔にテーパを設けたものを用いると、粉末圧縮時及び圧
粉体抜き出し時の摩擦抵抗が少なく、密度の高い成形体
を能率よく成形できる。特に、ダイスと凝着し易い材料
の成形において効果がある。本発明では、一次圧粉体を
ダイキャビティ内で内孔大側へ移動した後、再圧縮する
ので、圧縮性の悪い粉末の成形において一段と高い成形
密度のものを得ることができる。特に、アモルファス合
金粉末などの成形が容易になる。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 粉末冶金用の金属粉末の成形ダイスの内
孔が、成形体抜き出し側へ拡大する1/5000〜1/
1000のテーパを有する粉末成形ダイスと、前記ダイ
スの内孔と嵌合する上下パンチを備えた粉末冶金用の粉
末成形装置により、成形ダイスのキャビティ中に充填さ
れた粉末を上下パンチで圧縮成形するに当り、粉末を一
旦圧縮したのち、成形ダイス中の圧粉体をダイス内孔の
大きい側の方向へ移動し、既圧粉体を再度圧縮すること
を特徴とする粉末冶金用の金属粉末の成形方法。
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1992
- 1992-05-27 JP JP13454892A patent/JP3521088B2/ja not_active Expired - Fee Related
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