JP2012136760A - 成形用ダイ - Google Patents

Abstract

【課題】 上面に溝を有するダイにおいて金型の嵌め合いの応力を原因とする破損を防止し、このダイを用いた粉末成形により均一な密度の焼結部品を製造することを課題とする。
【解決手段】 粉末成形用の金型に用いられ、上面に溝を有する成形用ダイであって、前記成形用ダイは上ダイと前記上ダイに当接する下ダイにより構成され、前記溝の溝底部は前記下ダイに設けられ、前記溝の溝側面は前記上ダイに設けられた上部溝側面と、それに続くように前記下ダイに設けられた下部溝側面から構成され、前記下ダイは成形孔を有する第１下ダイと前記第１下ダイの外側に焼き嵌めにより勘合する第２下ダイとを有する成形用ダイとした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、冶金用粉末の成形用の金型に関し、特に上面に大きな段差を有する焼結部品を製造するための成形用ダイに関する。

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、及び下パンチを含む成形用の金型が設置されており、冶金用粉末が成形用ダイに形成されている成形孔に供給される。

一般に圧粉体の成形時の圧力は６〜１０ｔ／ｃｍ^２程度であり非常に大きな応力が金型にかかる。そのため、成形用の金型には耐磨耗性、耐圧性、疲れ強さ、靱性などが要求される。下記特許文献１には、内環と外環で構成されたダイが開示されている。このダイは、ダイに耐圧性のある外環と耐磨耗性を有する内環によって上記耐圧性と耐磨耗性の要求を満たしている。

焼結部品の上面に溝を有する製品を成形する場合、その溝に対応する突起を設けた上パンチを用いて成形を行う。焼結部品の前記溝が大きい場合、上パンチの突起が大きくなり、前記突起により圧縮された部分の密度が他の部分よりも大きくなってしまう。そのため、密度が均一な圧粉体を得るために、下記文献２には成形用ダイに溝を設け、そしてフィーダーボックスに取り付けた粉末カキを用いる技術が開示されている。粉末カキにより溝部分の不要な冶金用粉末を除去したあとで成形することで、部品内の密度が均一な焼結部品を製造することを可能にしている。

特開昭５８−１１６９９９号公報 特開平６−１５４９２号公報

ところが、上記特許文献２に開示された上面に溝を有する成形用ダイを上記特許文献１に開示されている内環と外環で構成すると、焼き嵌めの応力がダイの溝に集中し、金型が破損するおそれがあった。

そこで、この発明は、上面に溝を有する成形用ダイにおいて金型の嵌め合いの応力を原因とする破損を防止し、この成形用ダイを用いた粉末成形により均一な密度の焼結部品を製造することを課題としている。

上記課題を解決するため、この発明においては、
粉末成形用の金型に用いられ、上面に溝を有する成形用ダイであって、
前記成形用ダイは上ダイと前記上ダイに当接する下ダイにより構成され、
前記溝の溝底部は前記下ダイに設けられ、
前記溝の溝側面は前記上ダイに設けられた上部溝側面と、それに続くように前記下ダイに設けられた下部溝側面から構成され、
前記下ダイは成形孔を有する第１下ダイと前記第１下ダイの外側に焼き嵌めにより勘合する第２下ダイとを有する成形用ダイとした。

この発明の成形用ダイは、上ダイと前記上ダイに当接する下ダイにより構成され、前記溝の溝底部は前記下ダイに設けられ、前記溝の溝側面は前記上ダイに設けられた上部溝側面と、それに続くように前記下ダイに設けられた下部溝側面から構成され、前記下ダイは成形孔を有する第１下ダイと前記第１下ダイの外側に焼き嵌めにより勘合する第２下ダイとを有する。この構成により、焼き嵌めをする下ダイの前記溝の大きさを小さくすることができる。下ダイを焼き嵌めにより製造するときに、溝部の強度以上の応力が金型にかかることにより金型が破損することを抑制することができる。

前記第１下ダイの成形孔の側面に段差を有する成形用ダイとすると好ましい。

圧縮が終了する位置での上パンチ下面の位置を上パンチの圧縮位置とする。成形孔に段差を有する場合、その段差のダイ上面からの位置により上パンチの圧縮位置が決定され、上パンチの圧縮位置の設定に自由度が小さい。上ダイと下ダイの合わせ面が、この上パンチの圧縮位置よりも金型下方にあると、得られる圧粉体に合わせ面の筋が形成されてしまったり、圧縮時の応力によって金型が破損してしまったりするおそれがある。下ダイの成形孔の側面に段差を形成し、下ダイにも溝の下部溝側面を形成すると、上パンチの圧縮位置の設定の自由度が小さい場合でも、上ダイと下ダイとの合わせ面から上パンチの圧縮位置までの距離を十分にとることができる。

前記溝底部から下ダイ上面までの距離が１０ｍｍ以下である成形用ダイとすると好ましい。

前記溝の前記下部溝側面の底部と下ダイ上面との距離を１０ｍｍ以下とすると焼き嵌めにより下ダイを製造するときに、溝部の強度以上の応力が金型にかかることによる金型の破損を防止することができる。

この発明の成形用ダイは、上面に溝を有する成形用ダイであって、前記溝の上部溝側面を有する上ダイとその上ダイに接し前記溝の下部溝側面を有する下ダイを有する。そのため、金型の嵌め合いの応力を原因とする破損を防止し、この成形用ダイを用いた圧粉成形により均一な密度の焼結部品を製造することができる。

この発明の一実施形態の金型断面図である。 同実施形態の側方からの金型断面図である。 同実施形態の上ダイと下ダイの拡大図である。 同実施形態の上ダイの上面図である。 同実施形態の粉末給粉時の側方からの金型断面図である。 同実施形態の圧縮終了時の側方からの金型断面図である。 同実施形態で製造される焼結部品の斜視図である。 この発明の他の実施形態の金型断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
本発明の成形用ダイは、凹みを有する焼結部品に用いられ、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を製造するための成形用金型である。図１は成形時の金型断面図を示す。本実施形態の金型は、上パンチ２、上ダイ３、下ダイ４、及び下パンチ５を含む。前記前記下ダイ４は、内側から第１下ダイ４ａ、第２下ダイ４ｂで構成されている。前記第１下ダイ４ａは前記第２下ダイ４ｂに焼き嵌めにより勘合されている。前記第１下ダイ４ａの外周と前記第２下ダイ４ｂの内周は円筒状である。

前記上パンチ２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（図示せず）に取り付けられる。前記下パンチ５は、ベースプレート（図示せず）に取り付けられる。前記上ダイ３、前記下ダイ４はダイプレート６に取り付けられる。

図７の前記焼結部品Ａは、上面に半円状の凹み部１を有し、側面に突起７を有する。図３は前記上ダイ３及び前記下ダイ４の拡大図である。前記上ダイ３には上部成形孔８が形成され、前記第１下ダイ４ａには下部成形孔９が形成されている。前記上部成形孔８と前記下部成形孔９は前記第１下ダイ４ａの上面において段差無くつながれているか、前記上部成形孔８の方が前記下部成形孔９よりも大きい断面を持つように設定される。前記下部成形孔７の側面には前記焼結部品Ａの前記突起７を形成するための段差１０を有する。

前記上ダイ３、前記第１下ダイ４ａ、及び前記第２下ダイ４ｂには前記焼結部品Ａの前記凹み部１に対応する部分に溝部１１が形成されている。前記溝部１１の側面は前記上ダイ３に形成された上部溝側面１２とそれに続くように前記第１下ダイ４ａ及び前記第２下ダイ４ｂに形成された下部溝側面１３とから構成される。前記上部溝側面１２と前記下部溝側面１３との合わせ部は滑らかにつながれていても良いし、前記下部溝側面１３の方が前記上部溝側面１２よりも前記溝の内部にあるような段差が形成されていても良い。前記溝１１の最下部である溝底部１４は前記第１下ダイ４ａと前記第２下ダイ４ｂに形成されている。前記溝底部１４から前記第１下ダイ４ａ上面までの距離Ｄは１０ｍｍ以下に設定されている。前記距離Ｄが１０ｍｍ以下の場合、前記第１下ダイ４ａが前記第２下ダイ４ｂと焼き嵌めにより勘合していても前記下部溝側面１３から前記下ダイ４が破損することを防止することができる。前記溝部１１の大きさは、前記焼結部品Ａの前記凹み部１の大きさで決定される。前記溝部１１の必要な大きさが非常に大きい場合に、前記溝部を前記上ダイ３だけに形成すると、前記上ダイ３の厚みが厚くなってしまう。その場合、上パンチの圧縮位置よりも下方に前記上ダイ３と前記下ダイ４の合わせ面が来てしまい、成形体に筋が入ってしまう等の問題が発生する。そのため本発明形態では、前記溝部を前記上部溝側面１２と前記下部溝側面１３とにより構成することにより、前記上ダイ３と前記下ダイ４の合わせ面を上パンチの圧縮位置よりも上方に設定することを可能にしている。

図２は金型側方からの金型断面図である。前記上ダイ３、前記ダイプレート６の上面には、冶金用粉末を供給するフィーダーボックス１５が前後摺動可能な状態で接している。前記フィーダーボックス１５の前面には、粉末カキ１６が設けられている。図１に示すように、前記粉末カキ１２には前記溝部１１の形状に沿った形状の突起部１７が形成されている。前記フィーダーボックス１５の前後動作に伴い、前記上部成形孔８及び前記下部成形孔９に供給された冶金用粉末のうち、不要部分の冶金用粉末を前記粉末カキ１６の前記突起部１７が除去する。

図３に示すように前記上部溝側面１２は、前記上ダイ３の上面に対し６０度以下の傾きθを有している。前記傾きθを６０度以下とすることにより、前記粉末カキ１６の前記突起部１７によって除去された後の前記上部成形孔８と前記下部成形孔９に残された冶金用粉末がその形状を容易に保持することができる。

図４は前記上ダイ３の上面図である。前記溝部１１は前記上部成形孔８及び前記下部成形孔９から直線的に前記上ダイ３の外周方向へ形成されている。前記溝部１１は前記上ダイ３の外周まで切り抜けていても良いし、前記上ダイ３の途中で止まっていてもよい。前記溝部１１が前記上ダイ３の外周まで切り抜けている場合、前記上ダイ３は前記溝部１１を境界として左右２つの部材によって構成される。その場合、前記粉末カキ１６で除去された冶金用粉末の確保場所を用意に設定できることや前記上ダイ３の製造が容易になる等の利点がある。
〔成形工程〕

成形工程では、図５に示すようにまずフィーダーボックス１５から前記上部成形孔８、前記下部成形孔９と下パンチ５とで形成されるキャビティに冶金用粉末１８が充填される。一般にキャビティに充填された前記冶金用粉末１８は、フィーダーボックス１５の下面により均される。フィーダーボックス１５の下面形状が平坦であると前記上パンチ２の突起によって圧縮された部分の密度が他の部分よりも高くなってしまう。そのため本実施の形態では、前記粉末カキ１６の前記突起部１７により前記凹み部１の余分な冶金用粉末を除去し、均一な密度を得ることを可能にしている。

その後、前記上パンチ２を下降させる。図６に示すように前記下ダイ４、前記上パンチ２および前記下パンチ５の協働によって前記冶金用粉末を圧縮し、圧粉体１９を形成する。圧縮終了時点での前記上パンチ２の下面の位置は前記上ダイ３の下面よりも下方に設定する。

図８には本発明の他の実施形態を示す。粉末の除去量が足りない場合、下パンチ５を第１下パンチ５ａと第２下パンチ５ｂとに分割してもよい。その場合、冶金用粉末を成形孔に充填するときに除去したい部分に対応する第１下パンチ５ａを上方に設置し冶金用粉末の充填量を調節する。また、上パンチ２を第１上パンチ２ａと第２上パンチ２ｂに分割してもよい。前記第１下パンチ５ａと前期第１上パンチ２ａとにより粉末移動を行うことにより、前記溝部１１の形状を維持し、均一な密度の焼結部品を製造することができる。

図７に例示の焼結部品Ａを図１に示す金型を用いて成形した。焼結部品Ａの寸法は、以下である。
幅Ｗ：１００ｍｍ
厚さＴ１：２０ｍｍ
凹み部半径：２５ｍｍ
全長Ｈ：４５ｍｍ
突起７の長さＬ：１２ｍｍ
金型の寸法は以下である。
上ダイ３の厚さＴ２：１５ｍｍ
溝底部１４と下ダイ上面との距離Ｄ：８ｍｍ
上部溝側面１６と上ダイ３上面との角度θ：６０度
第１下ダイ４ａの材質：合金鋼
第２下ダイ４ｂの材質：超硬合金

この金型を用いた圧粉成形により円筒部下部Ｂとそれ以外の部分Ｃの密度差が０．１ｇ/ｃｍ^３となることを確認した。

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。

本発明の粉末成形用の金型は、自動車用焼結部品を得るのに好適である。

１ 凹み部
２ 上パンチ
２ａ 第１上パンチ
２ｂ 第２上パンチ
３ 上ダイ
４ 下ダイ
４ａ 第１下ダイ
４ｂ 第２下ダイ
５ 下パンチ
５ａ 下パンチ
５ｂ 第２下パンチ
６ ダイプレート
７ 突起
８ 上部成形孔
９ 下部成形孔
１０ 段差
１１ 溝部
１２ 上部溝側面
１３ 下部溝側面
１４ 溝の底部
１５ フィーダーボックス
１６ カキ
１７ 粉末カキの突起部
１８ 冶金用粉末
１９ 圧粉体
Ａ 焼結部品
θ 上部溝側面と上ダイ上面の間の角度

Claims (3)

1. 粉末成形用の金型に用いられ、上面に溝を有する成形用ダイであって、
   前記成形用ダイは上ダイと前記上ダイに当接する下ダイにより構成され、
   前記溝の溝底部は前記下ダイに設けられ、
   前記溝の溝側面は前記上ダイに設けられた上部溝側面と、それに続くように前記下ダイに設けられた下部溝側面から構成され、
   前記下ダイは成形孔を有する第１下ダイと前記第１下ダイの外側に焼き嵌めにより勘合する第２下ダイとを有する成形用ダイ。
2. 前記第１下ダイの成形孔の側面に段差を有する請求項１に記載の成形用ダイ。
3. 前記溝の溝底部から前記下ダイの上面までの距離が１０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の成形用ダイ。

Images