JPH0445202A - Powder injection molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粉末にバインダを混ぜて射出成形し脱バイン
ダ処理、焼結処理を経て製品化する粉末射出成形方法に
関する。The present invention relates to a powder injection molding method in which powder is mixed with a binder, injection molded, and then processed into a product through binder removal treatment and sintering treatment.
m械加工、タイカスト、粉末冶金、ロストワックスに次
ぐいわば第5世代の製造方法として金属粉末の射出成形
法が注目されてきている。
従来の機械加工による方法は、部品の形状が複雑であっ
たときに加工プロセスが多くなり過き゛、又、粉末冶金
による方法も、量産性には潰れるらのの、複雑な形状の
部品には対応し鉗いという欠点がある。又、ダイカスト
法には、原料にアルミニウム合金や亜鉛合金等の低融点
金属しか使えないという欠点があり、ロストワックス法
には量産性に劣るという欠点がそれぞれある。
金属粉末による射出成形法は、このような従来の欠点を
補う形で登場した。
この金属粉末の射出成形法は、金属粉末(平均粒度10
AJ、n程度)と有機質のバインダを混練(加熱又は常
温)して均一化した後、ベレタイず等を用いて造粒して
成形材料とし、この成形材料を射出成形機を用いて射出
成形するというものである。射出成形機によって成形さ
れた成形体は、一般にグリーンパーツ(グリーン成形体
)と呼ばれる。クリーンパーツは、加熱、減圧、加圧、
抽出、超臨界法によって前記バインダか除去(脱脂)さ
れる。このバインダが除去された脱脂体は一般にブラウ
ンパーツと呼ばれる。
ブラウンパーツは、カス雰囲気(N2、N2、N H3
、真空)によって焼結される。焼結体は一般にホワイト
パーツと呼ばれる。ホワイトパーツは、必要に応じて後
加工を行って所定の検査を受けた後製品化される。
この金属粉末の射出成形による製造方法は、特に小型且
つ複雑形状の量産品を製造するのにl!に週な方法と言
われており、本格的な実用化に向けて近年非常に注目を
浴びてきている。Metal powder injection molding is attracting attention as a so-called fifth-generation manufacturing method, following m-machining, tie casting, powder metallurgy, and lost wax. Conventional machining methods require too many machining processes when the shape of the part is complex, and methods using powder metallurgy are not suitable for mass production, but are suitable for parts with complex shapes. It has the disadvantage of being stiff. Furthermore, the die casting method has the disadvantage that only low melting point metals such as aluminum alloys and zinc alloys can be used as raw materials, and the lost wax method has the disadvantage of being inferior in mass productivity. Injection molding using metal powder was introduced to compensate for these conventional drawbacks. This metal powder injection molding method uses metal powder (average particle size 10
AJ, n degree) and an organic binder are kneaded (heated or at room temperature) and homogenized, then granulated using a beretizer etc. to form a molding material, and this molding material is injection molded using an injection molding machine. That is what it is. A molded body formed by an injection molding machine is generally called a green part (green molded body). Clean parts can be heated, depressurized, pressurized,
The binder is removed (degreased) by extraction and supercritical methods. The degreased body from which the binder has been removed is generally called brown parts. Brown parts have a scum atmosphere (N2, N2, N H3
, vacuum). Sintered bodies are generally called white parts. The white parts are manufactured after undergoing post-processing as necessary and undergoing predetermined inspections. This manufacturing method using injection molding of metal powder is especially suitable for manufacturing small, complex-shaped mass-produced products! It is said to be a promising method, and has attracted much attention in recent years with the aim of putting it into full-scale practical use.
しかしながら、この射出成形法にあっては、金属粉末を
射出成形する関係上、該金属粉末に適当な流動性及び成
形性を持たせる必要があり、そのなめに前述したように
バインダとして有機質の樹脂を多量に含ませるようにし
なければならないという事情がある。このバインダは最
終製品の成分としては不要なものであるなめ、脱バイン
ダ処理によって除かれるものであるが、その結果、当該
バインダが除かれたことにより、そこに隙間が形成され
ることになる。この隙間は、次の焼結処理工程のときに
収縮するため、結局、ワークの外径寸法もかなり収縮す
ることになる(約15〜25%)。
その結果、該収縮時にワークを載置している床(固定)
と収縮するワークとの間で摩擦力が発生し、これが収縮
方向に微妙にばらつくことから収縮むらが発生し、寸法
精度(特に真円度)が悪くなるという問題が生じる。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもの
であって、焼結処理工程における収縮に起因して寸法精
度が悪化するのを防止し、もってより寸法精度の高い焼
結晶(射出成形品)を得ることのできる粉末射出成形方
法を提供することを目的とする。However, in this injection molding method, since the metal powder is injection molded, it is necessary to give the metal powder appropriate fluidity and moldability, and for this reason, as mentioned above, an organic resin is used as a binder. There are circumstances in which it is necessary to contain a large amount of. Since this binder is unnecessary as a component of the final product, it is removed by a binder removal process, but as a result, gaps are formed there due to the removal of the binder. Since this gap shrinks during the next sintering process, the outer diameter of the workpiece ends up shrinking considerably (approximately 15 to 25%). As a result, the floor on which the work is placed during the contraction (fixed)
Frictional force is generated between the workpiece and the shrinking workpiece, and this causes slight variations in the direction of shrinkage, resulting in uneven shrinkage and a problem of poor dimensional accuracy (particularly roundness). The present invention was made in view of such conventional problems, and prevents deterioration of dimensional accuracy due to shrinkage in the sintering process, thereby producing sintered crystals (injected crystals) with higher dimensional accuracy. The object of the present invention is to provide a powder injection molding method that can produce molded products.
本発明は、粉末にバインダを混ぜて射出成形し、脱バイ
ンダ処理、焼結処理を経て製品化する粉末射出成形方法
において、前記焼結処理を、ワークとの接触面積が小さ
い治具を用いて、該ワークを空中に吊るした状態で行う
ことにより、上記目的を達成したものである。The present invention is a powder injection molding method in which powder is mixed with a binder and injection molded, and the product is manufactured through a binder removal process and a sintering process. The above object is achieved by carrying out the work with the work suspended in the air.
射出成形法における焼結工程にあっては、その前段階で
脱バインダ処理がなされている関係上、ワークの収縮率
が非常に大きい、その結果、第3図に示されるように、
収縮する際に固定状態にある炉内の床2の表面2Aとワ
ーク4との間で摩擦力F1、F2が発生することになる
。この摩擦力F+(あるいはF2)は、収縮方向に対し
て完全に均一に発生するならば特に問題はないが、現実
的には床2との接触面上での各位置で床2に対する垂直
荷重か異なっていたり、あるいは接触面における床2と
ワーク4との摩擦係数か微妙にばらついていたりして必
ずしも均一には発生しない。
そのため、焼結か行われる過程でこの摩擦力のばらつき
に起因して収縮率にばらつきか発生し、これが寸法誤差
となって顕在化する。この影響は、特に真円度が要求さ
れている円筒、あるいは円柱形の製品の場合に著しく現
われる。
本発明では、そのためワーク4との接触面積が小さい治
具を用いてワーク4自体を炉内の床2から離し、空中に
吊下げて焼結するようにしている。
その結果、焼結時にワーク4に摩擦力がほとんど働かす
、摩擦力かばらつくことによって発生する収縮のばらつ
きを極力抑えることができるようになり、非常に寸法精
度の高い製品を得ることができる。In the sintering process of the injection molding method, the shrinkage rate of the workpiece is very large because the binder is removed in the previous stage.As a result, as shown in Figure 3, the shrinkage rate of the workpiece is very large.
When contracting, frictional forces F1 and F2 are generated between the workpiece 4 and the surface 2A of the floor 2 in the furnace, which is in a fixed state. This frictional force F+ (or F2) poses no particular problem if it is generated completely uniformly in the contraction direction, but in reality, the vertical load on the floor 2 is applied at each position on the contact surface with the floor 2. This does not necessarily occur uniformly because the coefficient of friction between the floor 2 and the workpiece 4 at the contact surface varies slightly. Therefore, during the sintering process, variations in the frictional force cause variations in the shrinkage rate, which manifest as dimensional errors. This effect is particularly noticeable in the case of cylinders or cylindrical products that require roundness. Therefore, in the present invention, a jig with a small contact area with the workpiece 4 is used to separate the workpiece 4 itself from the floor 2 of the furnace and suspend it in the air for sintering. As a result, it becomes possible to suppress as much as possible the variation in shrinkage that occurs due to variation in the frictional force, which mostly acts on the workpiece 4 during sintering, and it is possible to obtain a product with extremely high dimensional accuracy.
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する
。
ます、第4図を用いて金属粉末の射出成形の概略プロセ
スから説明する。
材料となる金属粉末(例えば鉄分等)は、流動性及び成
形性を持たせるべくバインダ(例えばポリスチレン、ポ
リエチレン等の樹脂)が加えられ、通常、バインダの溶
融温度以上に加熱した上で混練される。
混練工程の後、混練物を凍らせた後、粉砕機、あるいは
ベレタイザ等により射出成形できる大きさに粉砕して顕
粒状のベレットとしく造粒工程)、このペレットを射出
成形機によって射出成形し、グリーンパーツ(グリーン
成形体)を得る。
グリーンパーツは不要なバインダをそのママ含有するた
め、脱バインダ処理で含まれているバインダの除去(脱
脂)が行われる。−船釣には脱バインダ炉と呼ばれる炉
の中にグリーンパーツを入れ、酸化雰囲気又は非酸化雰
囲気内でバインダ分解温度まで徐々に昇温させ、バイン
ダを分解揮発させる。脱バインダ処理によりブラウンパ
ーツ(脱脂体)が得られる。ブラウンパーツはバインダ
の抜は出た隙間を多く持ち、この隙間の存在が焼結時の
収縮の主要因となっている。
ブラウンパーツは焼結炉(焼成炉)に入れられ、焼結(
焼成)されて収縮しながらホワイトパーツ(焼成体)と
なる、バインダ配合により異なるが、このときの収縮率
は15%〜25%にも達する。
この収縮により前述したように従来はワークと炉床面と
の間で摩擦力が発生し、この摩擦力のばらつきにより収
縮率にばらつきが生じ、これが寸法誤差を誘引していた
。
そこでこの実施例では第1図及び第2図に示されるよう
な方法で焼結を行うことにより、この不具合の発生を防
止している。
第1図及び第2図は本発明の実施例を示す斜視図である
0図において10か脱バインダ処理されたワーク(ブラ
ウンパーツ:脱脂体)である、このワーク10は、比較
的高さhが低く、且つ肉厚tの厚い円筒形状を呈してお
り、従来のように、これを炉内の床に載置したまま焼結
した場合には炉床面との間で発生する摩擦力の影響によ
る収縮むらを非常に受は易い形状となっている。
そのため、このワーク10のボルト孔12等を利用して
下から治具14を入れるようにしている。
この治具14は、その一端部(図では下端部)にワーク
10のボルト孔12の下端部を支持できる拡径部16を
備え、他端部(図の例ては上端部)に吊り用ワイヤ18
を掛止するための貫通孔20が備えられている。
ワーク10は、そのボルト孔12に入れられな治具14
及び吊つ用ワイヤ18を介し、炉内のバール22に吊下
げられた状態で焼結される。従って、ワーク10自体が
収縮するときに炉床面から摩擦力を受けることがなく、
真円度を良好に維持することができる。
なお、上記実施例においては、ワーク10のボルト孔1
2等を利用して下から治具14を入れて、吊り用ワイヤ
18を介してワーク10を吊下げるようにしていたが、
本発明においては、ワークの吊下げ方自体はこれを限定
するものではなく、ワークの形状、あるいは製品として
重要な表面とそうでない表面とを考慮して適宜に吊下げ
方を変えるのはむろん自由て゛ある。
なお、本発明は、金属の粉末射出成形たけでなく、セラ
ミツクの粉末射出成形にも同様に適用可能である。Embodiments of the present invention will be described in detail below based on the drawings. First, the general process of injection molding of metal powder will be explained using FIG. A binder (for example, a resin such as polystyrene or polyethylene) is added to the metal powder (e.g., iron) to give it fluidity and moldability, and it is usually kneaded after being heated to a temperature higher than the melting temperature of the binder. . After the kneading process, the kneaded material is frozen, and then crushed into a size that can be injection molded using a crusher or pelletizer, etc. to form fine pellets (granulation process), and the pellets are injection molded using an injection molding machine. , to obtain green parts (green molded bodies). Since green parts contain unnecessary binder, the included binder is removed (degreased) in a binder removal process. - For boat fishing, green parts are placed in a furnace called a binder removal furnace, and the temperature is gradually raised to the binder decomposition temperature in an oxidizing or non-oxidizing atmosphere to decompose and volatilize the binder. A brown part (degreased body) is obtained by the binder removal process. Brown parts have many gaps where the binder is removed, and the existence of these gaps is the main cause of shrinkage during sintering. The brown parts are placed in a sintering furnace (firing furnace) and sintered (
The shrinkage rate at this time can reach as high as 15% to 25%, although it varies depending on the binder composition. Conventionally, this shrinkage causes frictional force to be generated between the workpiece and the hearth surface, and variations in this frictional force cause variations in the shrinkage rate, which induces dimensional errors. Therefore, in this embodiment, the occurrence of this problem is prevented by performing sintering using the method shown in FIGS. 1 and 2. FIGS. 1 and 2 are perspective views showing an embodiment of the present invention. In FIG. It has a thick cylindrical shape with a low wall thickness t, and if it is sintered while being placed on the floor of the furnace as in the past, the frictional force generated between it and the hearth surface will be reduced. It has a shape that is very susceptible to uneven shrinkage due to influences. Therefore, the jig 14 is inserted from below using the bolt holes 12 and the like of this work 10. This jig 14 has an enlarged diameter part 16 at one end (the lower end in the figure) that can support the lower end of the bolt hole 12 of the workpiece 10, and the other end (the upper end in the figure) for hanging. wire 18
A through hole 20 for hanging is provided. The workpiece 10 is inserted into the bolt hole 12 using a jig 14.
The material is sintered while being suspended from a crowbar 22 in a furnace via a hanging wire 18. Therefore, when the workpiece 10 itself contracts, it does not receive any frictional force from the hearth surface.
Good roundness can be maintained. In addition, in the above embodiment, the bolt hole 1 of the workpiece 10
The jig 14 was inserted from below using a second or the like, and the workpiece 10 was suspended via the hanging wire 18.
In the present invention, the method of hanging the workpiece itself is not limited to this, and it is of course free to change the hanging method as appropriate, taking into account the shape of the workpiece or the surfaces that are important for the product and the surfaces that are not. There is. The present invention is applicable not only to powder injection molding of metals but also to powder injection molding of ceramics.
以上説明した通り、本発明によれば、焼結時におけるワ
ークの収縮に起因して発生する摩擦力により収縮にむら
か生じ、これにより製品の寸法精度が低下するという不
具合を効果的に防止することができるようになるという
漫れた効果が得られる。As explained above, according to the present invention, it is possible to effectively prevent the problem of uneven shrinkage caused by the frictional force generated due to shrinkage of the workpiece during sintering, which reduces the dimensional accuracy of the product. You can get the relaxing effect of being able to do things.
第1図は、本発明の実施例を示す斜視図、第2図は、第
1図における治具を取出して示した斜視図、
第3図は、焼結時の収縮によってワークと床面との間に
摩擦力が発生することを説明するための概略断面図、
第4図は、本発明の実施例に係る粉末射出成形のプロセ
スの概略を示す工程図である。
10・・・ワーク(脱脂体ニブラウンパーツ)、14・
・・治具、
18・・・吊り用ワイヤ、 22・・・バール。
復代理人
牧
野
山
剛 博
圭佑
矢
諭
第
図
第
図
第
図
第
図Fig. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing the jig shown in Fig. 1 taken out, and Fig. 3 is a perspective view showing a workpiece and a floor surface due to shrinkage during sintering. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining that frictional force is generated between the two. FIG. 10... Work (degreased Nibrown parts), 14.
... Jig, 18... Hanging wire, 22... Crowbar. Sub-agents Tsuyoshi Makinoyama and Satoshi Hiroshi Keisuke
Claims (1)
処理、焼結処理を経て製品化する粉末射出成形方法にお
いて、 前記焼結処理を、ワークとの接触面積が小さい治具を用
いて、該ワークを空中に吊るした状態で行うことを特徴
とする粉末射出成形方法。(1) In a powder injection molding method in which powder is mixed with a binder and injection molded, and the product is manufactured through a binder removal process and a sintering process, the sintering process is performed using a jig with a small contact area with the workpiece, A powder injection molding method characterized in that the workpiece is suspended in the air.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15466590A JPH0445202A (en) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | Powder injection molding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15466590A JPH0445202A (en) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | Powder injection molding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0445202A true JPH0445202A (en) | 1992-02-14 |
Family
ID=15589217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15466590A Pending JPH0445202A (en) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | Powder injection molding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0445202A (en) |
-
1990
- 1990-06-13 JP JP15466590A patent/JPH0445202A/en active Pending
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