JPH0313281B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野 この発明は超硬合金粉末又は構造材料用セラミ
ツク粉末を、（長さ）／（直径）が３より大きい
円柱状にプレス成型する方法と装置に関する。

(ロ) 従来技術とその問題点 粉末冶金法では、従来、長さと相当直径比の大
きい素材の成型に関し、多くの改良がなされてき
た。

長さ方向に立てて成型する方法がある。これは
円形の穴のあるダイに粉末を入れ、円形の下パン
チと上パンチで圧縮し成型するものである。これ
を縦型成型法という。部材の長手方向に圧力を加
えるので縦型というのである。

これは、長さと相当直径の比が１程度であれば
均一な円柱状の成型体を得ることができる。しか
し、長さと相当直径の比が大きくなると、長さの
中央部では充分な密度が得られない。

粉末材料にもよるが、超硬合金や構造材料用セ
ラミツクの粉末の場合、流動性が悪く、長さ／直
径の比が３又はそれ以上のものは作ることができ
ない。

静水圧法を用いる方法もある。これは、長い円
柱形状のものを成型できる。しかし、量産性に劣
る。経済的な製造方法ではない。

このようなわけで、（長さ）／（直径）の比の
大きい円柱を作るには、第１図に示すような横型
成型を行つた後、研削加工により円柱形としてい
る。

横型成型法というのは、細長い穴を有するダイ
に、細長い加圧面を有する下パンチを差入れ、粉
末を穴に入れてから、細長い加圧面を有する上パ
ンチで粉末に加圧成型するものである。成型体の
長手方向に対して横方向に圧力をかける。それで
横型という。

横型成型法で得られるものは、典型的には、正
方形断面の棒材である。正方形断面であれば、均
一な密度に成型する事ができる。

これを円柱型にするためには、正方形断面の成
型体を、施盤、セッタレスなどの手段により円柱
状に仕上げる必要があつた。

成型体の加工は、加工量が多くなると長い時間
を費やさなければならない。また加工屑粉が大量
に発生する。時間的にも材料的にも無駄の多い非
経済的な方法であつた。

横型成型法で得られる典型的な形状は、正方形
断面の棒材である。これなら均一密度のものがで
きる。しかし、正方形のものを円柱に研削するの
は、時間がかかり、材料損失も多い。しかし、こ
れまで、正方形棒材を成型し、これを円柱に研削
し、これを焼結する、という方法で、円柱の部材
が作られてきた。

そこで、加工時間や材料損を減ずるために、成
型によつてできるだけ円柱に近い形状のものを作
ろうという試みがなされた。

第２図に示したものは、このような試みによ
り、横型成型方法で得られる成型体の例である。

第２図の４は角柱に近い形状である。角柱の隅
を面取りしたものである。これは成型技術上の問
題はない。均一の密度に成型できる。しかし、こ
れを、円柱形状に研削するには、時間がかかり、
費用が嵩む。粉末材料の損失も大きい。

第２図の５は４を改良したものである。しかし
これとて、円柱に加工するための時間、費用が嵩
む。

第２図の６はさらに形状を改良し、楕円形状と
したものである。しかし、横型成型は上下方向に
圧縮するので、上下方向に薄い楕円形状となる。
これを円柱にするには、やはり外周面を広い範囲
にわたつて、研削しなければならない。

第２図に示すものは、このように、いずれにし
ても成型の後に、研削して円柱形にしなければな
らなかつた。

模型成型により、一挙に円柱形にするのが望ま
しい。しかしこれができなかつた。その理由を述
べる。

円柱形に成形するには、下パンチ、上パンチの
加圧面の曲率半径を、第２図の６よりもさらに小
さくし、下パンチの位置を、第１図よりもさらに
下げれば良い、と考えられよう。

給粉装置により、ダイの穴へ材料の粉末を供給
する。従来の給粉装置は、下面が開口している
が、側方には穴がなかつた。このため、ダイの穴
へ給粉した場合、粉の上面は第１図のように水平
になる。粉を水平にする事を“ますきり”と呼ぶ
ことがある。

超硬合金や構造材料用セラミツクは、密度を高
めなければならないので、1μｍ前後の微細な粒
径の粉末材料が使われる。

これらの材料は、フエライト粉などに比べて、
流動性が悪い。

上向きに凹面の下パンチと、下向きな凹面の上
パンチとによつて粉末を加圧成型すると、プレス
時に、粉末が中央へ十分に廻り込まない。このた
め中央部が低密度になつてしまう。

これではいけない。全体が均一な密度でなけれ
ばならない。均一な密度にしようとすると、第２
図の６のような扁平な楕円柱にならざるを得なか
つた。

つまり、第１図に示すように、給粉したとき、
粉末の上面が水平面になるために、中央部の粉体
の量が不足し、半円面のパンチで加圧しても円柱
を成型する事ができない。

第２図４，５，６をさらに改良するために本発
明がなされたものである。

(ハ) 発明の開示 本発明は、前述の問題を解決するために発想を
飛躍的に転換することによつてなされたものであ
る。

従来の方法では、給粉装置の構造上、第１図に
示すように、充填粉末の上面は水平面に成らざる
を得なかつた。

本発明は、給粉ケースと、給粉ケース案内棒と
を改良し、粉末をダイの穴の上に凸状に盛り上げ
るように給粉出来るようにする。

凸状に盛り上がつているので、これを上パンチ
で押さえて、丸棒を成型する際、中央部の密度が
低くならないのである。

主な改良点は、給粉ケースと給粉ケース案内棒
にあるが、円柱状のものを一挙に成型するため、
上、下パンチの形状にも工夫が凝らされている。

上パンチの押え面は、下に向かつて凹の半円筒
面となつている。

下パンチの押え面は上に向かつて凹の半円筒面
となつている。

つまり、上パンチと、下パンチの押え面を合わ
せると、円筒面になるようなパンチである。

さらに、この円筒面の直径で横方向の長さを割
つた値が３以上であるようにしてある。

さらに、上パンチと下パンチで粉末を圧縮成型
した時、得られた成型体の耳の部分を除いた横方
向の直径で、垂直方向の直径を割つた値が0.7を
越えるようにする。

本発明を第３図によつて説明する。

１は上パンチ、２はダイである。

上パンチ１の下端は、粉末材料を押さえるため
の押え面となつている。これは下に凹の半円筒面
である。角形断面でなく、半楕円面でもなく、半
円筒面である。つまり、成型のみにより所望の円
柱ができるような曲率半径の半円筒面なのであ
る。

さらに、上パンチ１の押え面は横方向に長い。
横方向の長さを押え面の半円筒面の直径で割つた
値が３以上である。

３以上であるのは次の理由による。

最初に説明した縦型の成型法は、完全な円柱を
成型できるが、長さを直径で割つた比が１程度の
ものはできる。２程度のものを作るのは難しい。
３又はこれ以上のものを作ることは縦型成型法で
は不可能である。

ところが、横型の成型法は、（長さ）／（直径）
の比が、３以上のものでも容易に成型することが
できる。むしろ、この比の大きいものの方が好都
合である。このような理由で、本発明に於いては
横方向の長さを直径で割つた比が、３以上であ
る、とする。

ダイ２は、中央に穴１１がある。

この穴１１ほ、成型するため空間である。この
穴１１の長さは成型体の長さを規定する。

穴１１の中に、下パンチ３、上パンチ１が挿入
される。穴の内寸とパンチ１，３の外寸とはほぼ
等しくなつている。もちろん適当なクリアランス
を必要とする。

７はダイ２の穴１１に粉末を供給するための給
粉ケースである。

上部にある粉末貯蔵室（図示せず）より粉末ケ
ース７の内部へ粉末を送給するために、粉末供給
用パイプ８が設けられる。

粉末の供給量は、一定範囲内になるよう制御さ
れている。

給粉ケース７は、上方と側面が壁で仕切られ、
下方が開口している。内部には粉末材料が入つて
いる。

従来の給粉ケースと違い、前後の側壁下部に、
半円状の給粉ケース切り欠き部９，９′がある。

ダイ２、テーブルの上には、上に向かつて凸の
半円柱状の給粉ケース案内棒１０，１０′が固定
される。

給粉ケース案内棒１０，１０′は、同一断面で
ある２つの部分に分割されている。これらは、ダ
イの穴１１の長手方向の延長線上に設けられる。
ただし、ダイの穴１１の真上には、給粉ケース案
内棒１０，１０′が存在しない。穴１１の両側に
ある。

給粉ケース案内棒１０，１０′の半円の曲率半
径は、上パンチの押え面の半円筒の曲率半径とほ
ぼ同じか、それより僅かに大きいものとする。

給粉ケース案内棒１０，１０′に、給粉ケース
切り欠き部９，９′が嵌合する。従つて、給粉ケ
ース切り欠き部９，９′の半円形の曲率半径は、
給粉ケース案内棒１０，１０′の半円柱の曲率半
径より僅かに大きい。

給粉ケース７は給粉ケース案内棒１０，１０′
により案内されて、ダイ２、テーブルの上を長手
方向に往復運動する。

以上の構成に於いて、作用を説明する。

ダイ２の穴１１に下パンチ３を挿入しておく。

給粉ケース７を運動させ、ダイ２の穴１１の上
を通過させる。

穴１１の中に粉末が充填される。穴１１の上に
も半円状に盛り上がる。これは、給粉ケース案内
棒１０とほぼ同じ形状になる。

第３図はこの状態を示す。

打点した部分が粉末の盛り上がり部である。

上パンチ１を下降させる。これの下端の押え面
が盛り上がつた粉末に接触する。さらに粉末を押
し上げる。ダイの穴１１の中で、粉末は下パンチ
３と上パンチ１によつて強く圧縮される。こうし
て、小さな耳部のある円柱形状の成型体ができ
る。

本発明によつて得られる成型体を第４図に示
す。

この後、耳部を研削して除去する。こうして完
全な円柱形のものを得る。

この後さらに焼結する。円柱に成型した時、耳
部を除いた横方向の直径で、垂直方向の直径を割
つた値は、従来の横型成型法では、0.7未満であ
つた。

本発明では、この値を0.95にすることができ
る。そこで、本発明では横方向直径を垂直方向直
径で割つた値が0.7を越えるようにする。

本発明の実施例を説明する。

上パンチ１、下パンチ３の半円筒面の曲率半径
を４mmとした。長さは50mmである。（長さ）／
（直径）の比は6.25である。

下パンチ３の上端面をダイの穴１１の上面より
４mm下部に設定した。

給粉ケース案内棒１０，１０′は、曲率半径が
4.15mmの半円柱形状とした。これは、ダイの穴１
１の長手方向延長線上に設置してある。

給粉ケース切り欠き部９，９′は、曲率半径が
4.2mmの半円形である。

粉末供給用パイプ８を通じて、給粉ケース７に
超硬合金粉末を供給した。

給粉ケース７運動させることにより、ダイ２の
穴１１の上に、凸状に盛り上がるように、粉末を
供給した。

上パンチ１を押し上げ、粉末を上下プレスによ
り加圧した。圧力は４トンであつた。

得られた成型体は第４図に示すような形状にな
つた。

断面はほぼ真円であるが、パンチの境界に当た
る部分に耳部ができる。

耳部を除いた部分の（垂直方向直径）／（横方
向直径）の値は0.95であつた。

従来の横型成型では、この値の上限値は0.7で
ある。

このようにしてできた成型体の両側の耳部を研
削して除去する。そして公知の方法で焼結した。

焼結により、収縮するが、前記の直径比は、誤
差の範囲で変化のないことが確認された。

これは成型体断面の中心部と周辺部で、粉末の
充填密度が、理想的に均一であつたということで
ある。

効果を述べる。

粒径が1μｍ又はそれ以下で、流れ性の悪い超
硬合金粉末、構造材料用セラミツク粉末を横型成
型により、円柱状に成型できる。

成型の後、僅かに突出した耳部を除去するだけ
で良い。この加工は時間もかからず、一瞬でなさ
れる。粉末屑の発生も少ない。

これは、成型後の形状が真円に近いからであ
る。（垂直方向直径）／（横方向直径）を0.95〜
１にすることが可能だからである。

縦型成型では（長さ）／（直径）の比が２以上
のものは殆どできないが、本発明では、３以上の
ものをも容易に作ることができる。

超硬合金粉末を用いたマイクロドリル素材の製
作、丸棒素材、セラミツクの成型などに本発明を
利用できる。

すなわち、従来、これら粉末材料により、細長
い円柱を一挙に成型することは不可能であつたが
本発明により、これが可能になつた。優れて有用
な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の横型成型による丸棒の製作工程
を示す断面図。第２図は改良された従来の横型成
型によつて作られた棒状成型体の例を示す斜視
図。第３図は本発明の粉末成型装置の概略斜視
図。第４図は本発明の装置によつて作られた円柱
成型体の斜視図。 １……上パンチ、２……ダイ、３……下パン
チ、４，５，６……従来法で得られた成型体、７
……給粉ケース、８……粉末供給用パイプ、９，
９′……給粉ケース切り欠き部、１０，１０′……
給粉ケース案内棒、１１……穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上に向かつて凹の半円筒面を有する下パンチ
   ３と、下に向かつて凹の下パンチとほぼ同一の曲
   率半径の半円筒面を有する上パンチ１と、下パン
   チ３の上端と粉末材料と上パンチ１の下端とが挿
   入されるべき穴１１を有するダイ２と、上パンチ
   とほぼ同一の曲率半径の上に向かつて凸の半円断
   面を有しダイの上面で前記穴１１の両側に一直線
   上に設けられる給粉ケース案内棒１０，１０′と、
   下に向かつて凹で該給粉ケース案内棒１０，１
   ０′より僅かに大きい半円断面の給粉ケース切り
   欠き部９，９′を有し給粉ケース案内棒１０，１
   ０′にそつて往復運動する給粉ケース７とよりな
   り、超硬合金粉末又は構造材料用セラミツク粉末
   を円柱状に成型するための粉末成型装置であつ
   て、上パンチ及び下パンチの長さを上パンチ及び
   下パンチの円筒面の直径で割つた比が３以上であ
   り、ダイの穴１１の中で上パンチ、下パンチによ
   つて成型された粉末の円柱成型体の垂直方向直径
   を横方向直径で割つた値が0.7を越える事を特徴
   とする粉末成型装置。 ２ 上に向かつて凹の半円筒面を有する下パンチ
   ３と、下に向かつて凹の下パンチとほぼ同一の曲
   率半径の半円筒面を有する上パンチ１と、下パン
   チ３の上端と粉末材料と上パンチ１の下端とが挿
   入されるべき穴１１を有するダイ２と、上パンチ
   とほぼ同一の曲率半径の上に向かつて凸の半円断
   面を有しダイの上面で前記穴１１の両側に一直線
   上に設けられる給粉ケース案内棒１０，１０′と、
   下に向かつて凹で該給粉ケース案内棒１０，１
   ０′より僅かに大きい半円断面の給粉ケース切り
   欠き部９，９′を有し給粉ケース案内棒１０，１
   ０′にそつて往復運動する下面の開いた給粉ケー
   ス７とを用い、超硬合金粉末又は構造材料用セラ
   ミツク粉末を内蔵した給粉ケース７を運動させる
   事によりダイの穴１１の上部に半円柱状に盛り上
   がるように給粉し、上パンチによつて粉末を押し
   下げ加圧して粉末を円柱状に成型する粉末成型方
   法であつて上パンチ及び下パンチの長さを上パン
   チ及び下パンチの円筒面の直径で割つた比が３以
   上であり、ダイの穴の中で上パンチ、下パンチに
   よつて成型された粉末の円柱成型体の垂直方向直
   径を横方向直径で割つた値が0.7を越える事を特
   徴とする粉末成型方法。