JPH02182802A - 金属焼結部材の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属焼結部材の製造方法および装置に関する
。

〔従来の技術〕

金属およびセラミックス等の素材分野において、厚肉部
材は、数多く存在する。

これらのうち、溶解、鋳造の工程を経て製造される金属
材料においては、鋼材の切削加工、型鍛造等の手法で製
造される。また、セラミックスおよび粉末冶金の手法に
よる金属材料の製造においては、プレス成形、コールド
アイソスタティックプレス成形（以下、ＣＩＰ成形とい
う）が主で、一部では射出成形または押出成形による製
造も試みられている。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 従来技術のうち、切削加工による手法では、溶解、鋳造
から開始するために製造費が高くつくことは避けられず
、製品の形状が複雑になればなるほど加工費も著しく高
くなる。また型鍛造では製造可能な形状に制限がある。

ＣＩＰ成形法は、ゴム製の型を使用して成形するため、
寸法精度が低く、また量産性が小さいため、工業的では
ない、プレス成形は、第２図に示すように、金型内の粉
末を上、下パンチにて加圧するもので、成形が可能な形
状には限度があり、比較的複雑な形状の成形には不向き
である。また、押出成形は第３図に示すように原料を押
出ダイスから連続的に押出して成形するため、製品形状
は長さ方向に対し、断面形状が一定のものに限られる。

さらに、近年脚光を浴びている射出成形法では、比較的
複雑な形状品が成形可能であるが、この方法では製造で
きる肉厚には制限があり、特にノズル径よりもキャビテ
ィ空間が広いか、または混練体の流動方向で混練体に対
して絞りや剪断の作用を与えない形状の物品では、第４
図に示すような混練体が紐状に噴出するジェツテイング
が生じて成形体内部に欠陥が発生する。

仮に成形が可能であったとしても、厚肉品は金型容量が
大きいため、射出機構の大型化や型締圧力の増大が避け
られず、成形機が非常に大きく高価になってしまう。

本発明はかかる問題点に鑑み、押出成形法により厚肉で
比較的複雑な形状を有する金属焼結部品を、安価に高精
度でさらに小規模な装置により製造する方法および装置
を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、原料金属粉末と水溶性有機バインダと水とを
混練し、可塑性混練体とした後、該混練体をシリンダに
直結されて脱気した状態の金型内にスクリューの回転に
よる押出し力で充填し、キャビティと相似形状で混練体
の接合からなる成形体を得たのち、該成形体から加熱に
よりバインダを除去し、焼結により該成形体を圧密化す
ることを特徴とする金属焼結部材の製造方法である。

さらに本発明は、金型に充填される混練体の接合が該混
練体の表面に存在するバインダの接着力で主に行われる
ものであり、原料金属粉末が、５０μｍであり、所望す
る最終製品の組成に実質的に一致する単独または複数の
予備合金粉末を用いることを特徴としている。

そして、混練体を、金型に充填し成形する装置は、シリ
ンダと該シリンダ内で回転し混練体に押出力を与えるス
クリューと、シリンダに直結されて開閉および脱気機構
を有する金型とからなることを特徴としている。

原料粉末としては、混線時の粉末の均一分散度の確保、
成形体の脱脂体強度の確保、焼結密度の向上という点で
５０μｍ以下の水アトマイズ粉末がよい。しかし、あま
り微細であると脱バインダが困難になるため、水アトマ
イズ粉末の平均粒径は、１．０〜２０μｍとすることが
さらに望ましい。

混練体を脱気状態の金型内に充填する装置としては、ス
クリュータイプの押出成形機から、押出ダイスを取り除
いたものを用いる。これによって、混練体が塊状となる
ので、金型への充填が断続的となって、混練体に剪断作
用を与え、混練体表面に新生面を生じさせて、混練体同
志の確実な接合が得られる。

このように本発明の特徴の中でも特に重要な点は、装置
としてスクリュータイプの押出成形機に通常は付属され
ている押出ダイスを取付けず、スクリューを内装するシ
リンダが金型に直結されている押出成形機を使用する点
にある。

本発明の他の重要な点は、前記のような押出成形機を用
いて、スクリューでシリンダから直接、金型に充填する
と、混練体はスクリューの押出し時の剪断応力と、混練
体が金型に充填される時の断続化による剪断応力を受け
ることである。

本発明は、金属粉末と水溶性有機バインダと水とを混練
した可塑性混練体が、前述のような剪断応力下では、低
い圧力でほとんどがバインダの接着力のみで容易に圧着
することを見出した結果に基づいて達成されたものであ
る。

以上に説明したように、本発明の押出成形機から断続的
に押出される混練棒相互の接合は、バインダの接合力に
よって行われるため、実質的に金型に混練体が充滴され
るままで加圧力は必要としない。

最終的な圧着は、混練体が金型に充滴した後のスクリュ
ーの回転による押出力で加圧し、熱による混練体の固化
方法は用いない。このため、金型への充填速度には制限
はない。

また、金型内に押出された混練体相互の圧着をより密に
するためには、金型内を脱気状態にしておくことが必要
となる。

成形体の固化機構は、基本的には混練体の接合後の脱気
によって水分の蒸発を利用し、さらに成形体強度を必要
とする場合は、成形後金型を加熱して水分を除去しても
よい。

本発明に適する製品形状としては、射出成形法を用いる
とジェツテイング等の成形不良がでやすい厚肉製品また
はＣＩＰ成形によると、形状的に成形不可能もしくは精
度がでない形状品があげられる。

〔実施例〕

本発明を実施例と図面により詳細に説明する。

Ａｌ５ｒＴ１５相当の組成からなる水アトマイズ予備合
金粉末を作成した。平均粒径は、４５μｍでＣ含有量１
．５％、０．含有量２０００ｐｐｍであった。該粉末に
黒鉛粉末の０．３％を添加し、乾式アトライタにて混合
粉砕して平均粒径を１５μｍとした。

この粉末にメチルセルロース（信越化学製５Ｍ４００）
を３％、水８％、マイクロクリスタラインワックス２％
、ステアリン酸エマルジョン１％、グリセリン０．７％
を添加し、ヘンシェルミキサーで予備混練体を作った後
、ニーダ混練機で１５分間混線し混練体を得た。

この混練体を第１図に示す成形機にて、真空引した金型
内で外径２５Ｍφ、ねじれ角３０＠　　　リード１５２
間のエンドミル用のグリーン成形体を得た。

第１図に本発明の実施例に用いた成形装置を示す６第１
図の１−１は、原料投入口、１−２は押出スクリュー　
１−３は押出シリンダを示す、１−４は金型、１−５は
パーティングラインを示し、アンダーカットとなる部分
は、アンギュラピンｌ−６とスライドコア１−７により
形成される。金型構造は、一般のプラスチック金型と同
様に型開閉シリンダ１−８により型を開閉し、エジェク
ターシリンダ１−９により、エジェクタープレート１−
１０を介し、エジェクタービン１−１１により成形体は
金型外に取り出（エジェクト）される。エジェクト前に
切断刃１−１２により成形体を切り出す切断工程が入る
。充填成形完了の検知は、金型内部に設置した圧力セン
サ１−１３により検知する。

上記装置により得た成形体をＸ線検査および破壊検査し
たところ、気泡、割れ、未圧着部等の内部欠陥は見られ
なかった。また外観も正常であった。

この成形体を水素雰囲気において５００℃に加熱し、２
時間保持して脱バインダした後、１０’　Ｔｏｒｒの真
空中で１２２０℃に昇温しで、２時間保持する焼結を行
った。焼結体の密度は８．２１　ｇ　／ａｔｔで、はぼ
真密度であり、ＸＭ検査、破壊検査、外観検査において
も異状は見られなかった。

また寸法精度は、各寸法とも±０．５％以内で他の射出
成形焼結部品と同一レベルであった。

比較工程として実施例と同様の混練体と装置を用い金型
内を真空引きしないで成形を行ない、該成形体を検査し
た結果、外観での異状は認められなかったが、破壊検査
を行なったところ、気泡、未圧着部が確認された。

この成形体を脱バインダー、焼結を行なったが、成形体
で確認された気泡、未圧着部はそのまま欠陥として残存
した。

さらに、実施例と同様の混練体と金型を用い、プランジ
ャータイプの押出成形機を使用し、成形を行なった。得
られた成形体の外観には多数の未圧着部が見られ、ｘｍ
検査、破壊検査によっても多数の欠陥が認められた。

なお、本実施例は原料粉末を高速度工具鋼とした場合を
取り上げたが、本発明は高速度工具鋼に限らずステンレ
ス鋼その他の鋼にも適用できることは言うまではない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来法では品質、精度、価格面におい
て問題点の多い厚肉の金属焼結部材の成形が小規模装置
で半連続的に製造でき、しかも高精度であるため大幅な
原価低減が可能で産業上多いに有益である。

さらに本発明による金属焼結部材の製造装置は。

加圧機構は実質的に必要としないので射出成形機または
ＣＩＰ成形機と比べ非常にコンパクトでかつ安価で製造
でき、工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る成形装置の一実施例を示す断面図
、第２図は粉末プレス成形の断面図、第３図は押出成形
の断面図、第４図は射出成形によるジェツテイングの例
を示す断面図である。 １−１＝原料投入口、１−２：押出スクリュー１−３：
押出シリンダ、ｌ−４：金型、１−５：バーティングラ
イン、１−６：アンギュラビン、：１−７＝スライドコ
ア、１−８：型開閉シリンダ、ｌ−９：エジェクターシ
リンダ、１−１０：エジェクタープレート、ｌ−１１７
エジエクタービン、１−１２　：切断刃、１−１３：圧
力センサ第２図 ／１改わ２′う４：／ 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　原料金属粉末と水溶性有機バインダと水とを混練し
   、可塑性混練体とした後、該混練体をシリンダに直結さ
   れて脱気した状態の金型内にスクリューの回転による押
   出し力で充填し、キャビティと相似形状で混練体の接合
   からなる成形体を得たのち、該成形体から加熱によりバ
   インダを除去し、焼結により該成形体を圧密化すること
   を特徴とする金属焼結部材の製造方法。 ２　金型に充填される混練体の接合が該混練体の表面に
   存在するバインダの接着力で主に行われることを特徴と
   する請求項１に記載の金属焼結部材の製造方法。 ３　原料金属粉末が、５０μｍであり、所望する最終製
   品の組成に実質的に一致する単独または複数の予備合金
   粉末を用いることを特徴とする請求項１または２に記載
   の金属焼結部材の製造方法。 ４　原料金属粉末と水溶性有機バインダと水とを混練し
   た混練体を、金型内に充填し成形する装置であって、シ
   リンダと該シリンダ内で回転し混練体に押出力を与える
   スクリューとシリンダに直結された開閉および脱気機構
   を有する金型とからなることを特徴とする金属焼結部材
   の製造装置。