JPH0578703A

JPH0578703A - 金属粉末の成形装置

Info

Publication number: JPH0578703A
Application number: JP11635091A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kakehashi; 伸一郎梯; Toshiro Kimura; 敏郎木村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化被膜により結合度が高めにくく、圧縮時
にクラックが生じ易いアルミニウム合金やＦｅ合金等の
金属粉末を、比較的低い加圧力で容易に高密度比にまで
成形する。また、熱間圧着および鍛造過程を実質的に１
工程で行い、生産性を高める。【構成】パンチ孔を備えたダイと、前記パンチ孔に上
下から挿入された上パンチおよび下パンチと、これら各
パンチを昇降駆動する駆動手段とを具備し、ダイには前
記パンチ孔の内部を加熱するための加熱手段が設けられ
るとともに、パンチ孔に充填した粉末を上パンチおよび
下パンチで圧縮した際にこの中間成形体の周囲に余剰空
間を画成するための空間画成手段が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金粉末
やＦｅ系合金粉末を成形するための成形装置に係わり、
特に、熱間圧着過程と鍛造過程とを１工程で連続的に行
うことができる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、Ｆe,Ｖ,Ｚr,Ｃu,Ｍg,Ｓi等を含
有するアルミニウム合金からなる成形体は、優れた強
度、剛性、靭性、耐熱性および耐食性等の特徴を有する
が、原料となるアルミニウム合金粉末の表面が強固な酸
化皮膜で覆われているため、通常の焼結成形法では、個
々の粉末粒子の酸化被膜を破って粒子間結合を形成する
ことが難しく、製造が困難である。

【０００３】そこで、この種のアルミニウム合金部材の
製造方法として、特公平１−２０２１５号公報では、以
下のような製造方法が提案されている。

【０００４】この方法ではまず、アルミニウム合金粉末
を、成形型内で圧縮して真密度に対する密度比が６５〜
８５％の圧粉成形体を成形する（圧粉成形工程）。

【０００５】次いで、この圧粉成形体を、３００℃以上
かつ液相生成温度以下の温度で加熱または焼結した後
（加熱保持工程）、前記範囲の温度で密度比９５％以上
の温度に押し出しもしくは鍛造加工し（本成形工程）、
成形品を得る。

【０００６】この方法によれば、圧粉成形工程および加
熱保持工程により、後の本成形に耐え得るだけの強度を
確保したうえ、本成形工程により材料流れ（変形）を生
じさせることにより効果的に酸化被膜を破壊し、粒子間
結合を生じさせて十分に緻密化させ、成形体の特性を高
めることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の製造
方法は、圧粉成形工程，加熱保持工程，本成形工程の計
３工程を経て成形品を得るため、本成形工程での加工性
が十分に向上せず、次工程での成形性の不足から割れを
生じやすい。また、手間がかかって生産性が高めにくい
うえ、少なくとも２種の加工装置を必要とするから、設
備が大がかりになる欠点を有していた。

【０００８】なお、生産性を高めるには、材料粉末をコ
イニングまたはホットプレス加工することにより、一気
に成形品を得る方法も考えられるが、コイニングやホッ
トプレスによりアルミニウム合金粒子の酸化被膜を破る
には、相当に高い圧力、および／あるいは長時間の加圧
保持時間を要して現実的ではない。

【０００９】これと同様の問題は、Ｆｅ系合金粉末にも
いえることである。例えば、Ｃ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ等を含有するＦｅ系合金からなる成形体を粉末から製
造する場合には、従来、ホットプレスあるいはグリーン
成形＋焼結鍛造が一般的に採られているが、上記ホット
プレスやグリーン成形＋焼結鍛造で、Ｆｅ系合金粒子の
強力な結合を得るためには、相当に高い圧力、高い加熱
温度、および／あるいは長時間の保持時間を要するた
め、プレス設備に要求される能力が高く、製造にコスト
がかかるうえ、生産性が低いという問題を有していた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、パンチ孔を備えたダイと、
前記パンチ孔に上下から挿入された上パンチおよび下パ
ンチと、これら各パンチを昇降駆動する駆動手段とを具
備した金属粉末の成形装置において、前記ダイには前記
パンチ孔の内部を加熱するための加熱手段が設けられる
とともに、パンチ孔に充填した粉末を上パンチおよび下
パンチで圧縮した際にこの中間成形体の周囲に余剰空間
を画成するための空間画成手段が設けられていることを
特徴としている。

【００１１】なお、空間画成手段は、前記パンチ孔の上
部あるいは下部に形成された、相対的に内径が大きい拡
径部であってもよい。

【００１２】また、空間画成手段は、前記パンチ孔の内
壁面の一部を構成する進退可能な１または２以上のスラ
イド部材と、これらスライド部材を進退させるための駆
動手段とを具備してもよい。

【００１３】また、スライド部材の駆動手段は、前記パ
ンチ孔内に向けて各スライド部材を付勢する付勢手段で
あってもよい。

【００１４】さらに、空間画成手段として、前記ダイ
は、前記パンチ孔の内壁面に間隙を形成しうるように２
以上のダイ構成部材に分割可能とされるとともに、これ
らダイ構成部材を開閉駆動するダイ開閉機構が設けられ
てもよい。

【００１５】

【作用】本発明の金属粉末の成形装置では、ダイのパン
チ孔に材料粉末を充填し、この材料粉末を加熱手段によ
り加熱した後、または加熱された粉末を充填した後、こ
の材料粉末を上パンチおよび下パンチにより圧縮し、熱
間圧着させて鍛造に耐え得る強度を有する中間成形体を
成形する。続いて、空間画成手段を作動させ、この中間
成形体の周囲に余剰空間を画成した後（あるいは画成し
つつ）さらに上パンチおよび下パンチにより中間成形体
を圧縮し、鍛造する。

【００１６】これにより、中間成形体は余剰空間に面し
た部分が開放され、コイニング型の圧縮成形の場合に比
べて、内部粉末の変形の自由度が大きくなる。そのた
め、緻密化に必要な圧力が小さくて済むとともに、変形
に伴い粉末粒子の酸化被膜が容易に破れ、バルク金属面
が露出して相互に粒子結合する。したがって、酸化被膜
により結合度が高めにくく、圧縮時にクラックが生じ易
い金属粉末を、比較的低い加圧力で容易に高密度比にま
で成形することができるうえ、１００％密度に達した後
の延性、靱性を改善するための歪を与える塑性変形工程
までをも含めて、上記熱間圧着および鍛造過程を実質的
に１工程で行うことが可能であるから、生産性が高めら
れる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係わる金属粉末の成形装置の
実施例を説明する。図１は第１実施例の断面図であり、
符号１は円筒形のパンチ孔（１Ａ＋１Ｂ）を有するダ
イ、２はパンチ孔に下方から挿入された下パンチ、３は
パンチ孔に上方から挿入された上パンチである。パンチ
孔の上部１Ａは下部１Ｂよりも半径差Ｄだけ径が小さ
く、これらの間には段部１Ｃがある。

【００１８】ダイ１の内部には、図示しないヒーターが
設けられ、ダイ１，下パンチ２，上パンチ３の温度を自
在に調整できるようになっている。

【００１９】下パンチ２の外径は、材料漏れが生じない
程度にパンチ孔下部１Ｂよりも僅かに径が小さく設定さ
れ、その上部にはパンチ孔上部１Ａの内径よりも僅かに
外径の小さい段部２Ａが形成されている。また、上パン
チ３の外径はパンチ孔上部１Ａよりも僅かに小さく設定
されている。そして下パンチ２および上パンチ３は、図
示しない駆動機構により、ダイに対し相対的にそれぞれ
別個に上下駆動されるようになっている。

【００２０】この例の場合、上パンチ３が下部１Ｂの位
置まで降下した際に、上パンチ３の周囲に形成される円
筒状の空間が余剰空間である。前記半径差Ｄは、圧縮さ
れた材料に対する開放率が３〜３０％、より好ましくは
５〜２０％となるように設定されることが望ましい。こ
こでいう開放率は、前記余剰空間へ向かう材料の流れ
を、便宜上押出と考えたときの押出比の逆数と定義し、
この実施例においては、開放率＝（下部１Ｂの断面積−上部１Ａの断面積）／下
部１Ｂの断面積である。

【００２１】前記開放率Ｄが３％未満では中間生成物を
鍛造する段階で十分な材料流れを生じさせる効果に乏し
く、十分な緻密化が困難である。３０％より大では、材
料流れが生じる際に中間成形体の表層部に引っ張り応力
が生じ、クラックが発生しやすい。

【００２２】なお、ダイ１，下パンチ２，上パンチ３の
材質は、例えば成形すべき材料がアルミニウム合金の場
合、材質は工具鋼で十分であるが、アルミニウム合金は
付着しやすいことから、表面処理または潤滑が必要で、
潤滑剤としてはＣ系潤滑剤が有効である。また、Ｆｅ系
合金の場合にはＮｉ合金等の材質が好適である。

【００２３】上記構成からなる金属粉末の成形装置を使
用するには、まず、材料となる合金粉末を、図示しない
予熱装置により液相温度以下に予熱した後、図１に示す
ように下パンチ２の段部２Ａをパンチ孔上部１Ａに進入
させた状態で、パンチ孔上部１Ａ内に合金粉末Ｐを所定
量入れる。ダイ１，上パンチ３，下パンチ２も１５０℃
〜粉末と同様の温度程度まで加熱しておく。

【００２４】次いで、下パンチ２は動かさずに上パンチ
３を降下させ、材料粉末Ｐを熱間圧着させつつ圧縮し、
中間成形体Ｑとする。この中間成形体Ｑが鍛造に耐え得
る強度となったら、下パンチ２の降下を開始する。この
間、上パンチ３は停止することなく連続的に降下させ続
ける。下パンチ２の降下速度は上パンチ３とほぼ等しい
かあるいは大きく設定され、両者は中間成形体Ｑを挟ん
で固定しつつ降下する。中間成形体Ｑがパンチ孔下部１
Ｂ内に移動したら、下パンチ２を停止し、降下し続ける
上パンチ３により、パンチ孔下部１Ｂ内で中間成形体Ｑ
をさらに圧縮する。

【００２５】この時点で、中間成形体Ｑの周囲には、円
筒状の余剰空間が生じていることになる。これにより、
図２に示すように中間成形体Ｑは潰れてパンチ孔下部１
Ｂの内径まで拡径し、さらに上下端に円環状の膨出部Ｓ
が生じる。このため、中間成形体Ｑの内部では材料流れ
が生じて個々の粒子の酸化被膜が破れ、粒子間結合が形
成され、所望の密度比まで緻密化し、さらに成形するこ
とが可能となる。

【００２６】鍛造成形体Ｒが十分に緻密化したら、下パ
ンチ２を降下させてダイ１から引き抜き、さらに上パン
チ３を下げて鍛造成形体Ｒをダイ１から押し出し、次工
程へと移送する。

【００２７】次いで図４に示すように下パンチ２を初期
位置に復帰させ、上パンチ３を上方に待避させて、パン
チ孔上部１Ａに粉末を充填する。以下、同様に上記サイ
クルを繰り返して次々に成形体Ｒを得る。

【００２８】上記構成からなる金属粉末の成形装置によ
れば、中間成形体Ｑの周囲に余剰空間を画成した後、さ
らに上パンチ３および下パンチ２により中間成形体Ｑを
圧縮（鍛造）することにより、中間成形体の内部には材
料流れが生じるから、この材料流れに伴い粉末粒子の酸
化被膜が容易に破れ、バルク金属面が露出して相互に粒
子結合する。

【００２９】したがって、酸化被膜により結合度が高め
にくく、圧縮時にクラックが生じ易いアルミニウム合金
やＦｅ系合金等の粉末を、ホットプレスや焼結鍛造より
も低い加圧力・温度、しかも短時間で容易に高密度化で
きるうえ、上記熱間圧着および鍛造過程を実質的に１工
程で行うことが可能であるから、多段階に別種の成形を
行う方法に比して、生産性が高められ、設備コストも安
く済む。

【００３０】なお、上記の例では単純化のためパンチ孔
の断面形状を円形にしていたが、各部の形状は製造すべ
き物品に合わせて適宜変更してよいのは勿論である。

【００３１】次に、図５ないし図８は本発明の第２実施
例を示す図である。図中符号１０はダイ、１０Ａはパン
チ孔、１２は下パンチ、１６は上パンチであり、この例
の特徴は、下パンチ１２および上パンチ１６の外周に、
それぞれ筒状のスリーブ（スライド部材）１４，１８が
通され、これらスリーブ１４，１８が各パンチ１２，１
６とは独立して昇降されることにある。スリーブ１４，
１８の肉厚は上記第１実施例での半径差Ｄと同様であ
る。

【００３２】この装置を用いて合金部材を製造するに
は、前記実施例と同様に材料粉末Ｐを予熱した後、下パ
ンチ１２および下スリーブ１４を揃えた状態で、図５に
示すようにダイ１０のパンチ孔１０Ａに充填する。

【００３３】次いで図６に示すように、上パンチ１６お
よび上スリーブ１８を揃えて降下させると同時に、下パ
ンチ１２および下スリーブ１４を揃えて上昇させ、材料
粉末Ｐを圧縮して前記実施例と同様の中間成形体Ｑを熱
間圧着成形する。

【００３４】さらに連続して、図７に示すように、上パ
ンチ１６を降下させつつ相対的に上スリーブ１８を上昇
させる一方、下スリーブ１４を下パンチ１２に対して相
対的に降下させつつ中間成形体Ｑを圧縮（鍛造）する。
これにより、上下スリーブ１４，１８が後退して生じた
円環状の余剰空間へ向けて材料流れが生じ、中間成形体
Ｑ内の粒子の酸化被膜が破れて緻密化される。

【００３５】その後、図８に示すように、上パンチ１６
と上スリーブ１８を上方に待避させ、下パンチ１２と下
スリーブ１４を揃えて上昇させ、成形体Ｒをダイ１から
突き出して、１サイクルが終了する。

【００３６】この実施例の方法では、前記第１実施例の
効果に加え、次の効果も得られる。すなわち、この例で
は上スリーブ１８と下スリーブ１４を昇降制御すること
により、材料流れの進行と余剰空間の形成とを正確に制
御できるから、材料流れの先端（Ｓ）に各スリーブ１
４，１８により常に圧力をかけながら、これらスリーブ
１４，１８を後退させることができる。すると、第１実
施例のように材料流れの先端に圧力をかけない場合に比
して、材料流れの先端面に引張応力が生じにくく、引張
応力に起因したクラックが生じにくい。

【００３７】また、材料流れの先端部（Ｓ）の形状を制
御できるから、鍛造成形体Ｒの形状を製品の最終形状に
近づけておくことにより、成形後の加工量が少なくて済
む利点も有する。

【００３８】なお、各スリーブ１４，１８の駆動手段と
して、これらスリーブ１４，１８をスプリング等の付勢
手段を介して対応する各パンチ１２，１６に連結した構
成としてもよい。これら付勢手段の付勢力は、中間成形
体Ｑの熱間圧着が完了し鍛造に移行すべき密度比となっ
た時点で、成形圧力に負けて各スリーブ１４，１８が後
退を開始するように設定される。このような付勢手段を
用いれば、装置の構成を簡略化できるうえ、故障が少な
く動作信頼性が高い利点も有する。

【００３９】次に、図９ないし図１３は本発明の第３実
施例を示し、図中符号２０はダイ、２２は下パンチ、２
４は上パンチであり、この例ではダイ２０の内部に、パ
ンチ孔２０Ａの内壁面に互いに対向して開口する一対の
スリット２５が形成され、これらスリット２５内に、水
平方向摺動可能なスライド部材２６がそれぞれ挿入され
ている。

【００４０】これらスライド部材２６をいっぱいに挿入
した状態において、各スライド部材２６の先端面は、パ
ンチ孔２０Ａの内壁面と一致する。スライド部材２６の
厚さは１００％緻密化高さの５〜３０％程度が望まし
い。理由は第１実施例と同様である。

【００４１】この装置を用いた金属粉末の成形装置は、
以下の通りに行う。まず、図９に示すように各スライド
部材２６の先端面をパンチ孔２０Ａの内壁面と一致させ
た状態で、予熱しておいた材料粉末Ｐを充填する。次い
で、図１０に示すように、上パンチ２４と下パンチ２２
により粉末Ｐを熱間圧着して中間成形体Ｑとした後、図
１１に示すように各スライド部材２６を後退させつつ、
同時に圧縮を続行する。各スライド部材２６が後退する
につれ、余剰空間が生じてそこへ材料が流れていき、凸
部Ｓが形成され、中間成形体Ｑが緻密化されて鍛造成形
体Ｒとなる。

【００４２】次に、図１２に示すように下パンチ２２を
待避させ、上パンチ２４を降下させ、前記凸部Ｓを切断
して成形体Ｒのみをダイ２０から突き出す。さらに図１
３に示すように上パンチ２４を上方に待避させ、各スラ
イド部材２６を復帰させて切断した各凸部Ｓをダイ２０
から落下させ、１サイクルを完了する。

【００４３】この例でも、前記第２実施例と同様に、各
スライド部材２６により材料に圧力をかけながら鍛造す
ることができるため、材料流れの先端部Ｓに引張応力が
生じにくく、クラックが発生しにくい利点を有する。ま
た、凸部Ｓを成形体Ｒの突き出しとともに切断するた
め、潤滑剤の巻き込み等により凸部Ｓを切断する必要が
ある場合には、後加工の手間がその分省ける。

【００４４】次に、図１４ないし図１７は本発明の第４
実施例を示し、この例では、ダイが上ダイ３０と下ダイ
３２に上下２分割され、上ダイ３０は駆動機構により上
昇可能となっている。符号３６は下パンチ、３８は上パ
ンチである。

【００４５】この方法ではまず、図１４に示すように上
ダイ３０と下ダイ３２とを当接させた状態で、パンチ孔
３４に材料粉末Ｐを充填する。次いで、図１５に示すよ
うに上パンチ３８と下パンチ３６により粉末Ｐを熱間圧
着して中間成形体Ｑとした後、図１６に示すように上ダ
イ３０を一定長だけ上昇させ、圧縮を続行する。これに
より上ダイ３０と下ダイ３２の間に余剰空間４０が生
じ、そこへ材料が流れて凸部Ｓが形成されるとともに、
中間成形体Ｑが緻密化されて鍛造成形体Ｒとなる。

【００４６】次に、図１７に示すように上パンチ３８を
上方に待避させた後、下パンチ３６を上昇させ、前記凸
部Ｓを切断して成形体Ｒのみをダイから突き出して１サ
イクルを完了する。

【００４７】一方、図１８および図１９は、第１実施例
の装置を改良したものである。図１８の例は、パンチ孔
１Ａの下部に２段階に拡径する第１段部５０、第２段部
５２を形成したものであり、まずパンチ孔１Ａの上部内
で材料粉末を熱間圧着した後、第１段部５０内で予備鍛
造を行い、さらに第２段部５２内で本鍛造する。

【００４８】パンチ孔１Ａから第１段部５０への開放率
は５〜１０％、第２段部５２への開放率は１０〜３０％
程度であることが望ましい。

【００４９】この場合にも、上パンチは連続的に降下し
続け、下パンチ２はパンチ圧力に応じて段階的に降下す
ることにより、熱間圧着→予備鍛造→本鍛造を連続的に
切れ目なく行うことが可能である。

【００５０】一方、図１９は、パンチ孔１Ａの下部５２
を下方に開くテーパ状に形成したことを特徴とするもの
で、パンチ孔１Ａの上部内で材料粉末を熱間圧着した
後、下パンチ２を徐々に降下させつつ、上パンチにより
中間成形体を鍛造していき、最下位置で鍛造を完了させ
る。

【００５１】これによれば、下パンチ２の降下速度を調
整することにより、中間成形体の外周面に常に圧力をか
けつつ鍛造を行うことができるため、同様の効果の得ら
れる前記他の実施例に比して装置の構成が単純でありな
がら、中間成形体の外周面にクラックが生じにくい利点
を有する。

【００５２】なお、テーパ部５４の断面角度αは、３〜
１５゜より好ましくは５〜１０゜程度とされる。３゜未
満では本発明の効果が得られず、１５゜より大では成形
体にクラックが生じやすくなる。また、上記のようなテ
ーパ部５４と段部５０，５２等を組み合わせてもよい。

【００５３】次に、図２０および図２１はさらに別の実
施例を示す平面図であり、この例ではダイ６０が、中央
にパンチ孔６０Ａを画成する４つのブロック（ダイ構成
部材）６２で構成されている。

【００５４】各ブロック６２はパンチ孔６０Ａに向けて
一定力で付勢されており、パンチ孔６０Ａ内で中間成形
体を形成した後、さらに圧力を上げると各ブロック６２
が互いに離間してパンチ孔６０Ａの内径が拡大するとと
もに、各ブロック６２の間に間隙６４が生じ、中間成形
体は拡径方向および前記間隙６４のそれぞれに向けて材
料流れを生じつつ鍛造される。

【００５５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、各実施例の構成を組み合わせてもよいし、
ダイ，上下パンチ等の形状は任意に変更してよく、さら
に各部の駆動を行う機構としては、いかなる機構を用い
てもよい。

【００５６】

【実験例】次に、実験例を挙げて本発明の効果を実証す
る。材料粉末として、アルミニウム合金（ＡＨ０９Ｎ，
ＡＨ１２）を使用し、下記の比較例、実験例の方法によ
り直方体状のアルミニウム合金部材を作成し、それらの
物性を比較した。なお、上記各合金の組成は以下の通り
である。ＡＨ０９Ｎ：Ａｌ−１０Ｆｅ−１．５Ｖ−１．０ＺｒＡＨ１２：Ａｌ−８Ｆｅ−１．５Ｖ−１．０Ｚｒ

【００５７】（比較例）図２２に示す装置により、直方
体状のアルミニウム合金部材を成形した。符号７０はダ
イであり、このダイ７０には平面視１２ｍｍ×５７ｍｍ
のパンチ孔が形成されるとともに、ヒーターが内蔵され
ている。７２は下パンチ、７４は上パンチである。

【００５８】ＡＨ０９Ｎ，ＡＨ１２の各粉末を予め約４
５０℃に加熱するとともに、ダイ７０を１５０℃に加熱
した後、粉末３０ｇをパンチ孔に充填し、各パンチ７
２，７４により１０．６ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で圧縮
し、成形体を得た。成形体の寸法は１２×５７×１４ｍ
ｍであった。

【００５９】（実験例１）一方、図２３に示す装置によ
り、直方体状のアルミニウム合金部材を成形した。符号
８０はダイ、８２は下パンチであり、これらは上記ダイ
７０，下パンチ７２と共通であり、パンチ孔の寸法も等
しい。

【００６０】８４は断面矩形状の上パンチであり、その
両側にはスライド８６がそれぞれ配置され、別個に駆動
されるようになっている。上パンチ８４の断面寸法は１
２×５１ｍｍ、スライド８６の断面寸法は１２×３ｍｍ
である。

【００６１】ＡＨ０９Ｎ，ＡＨ１２の各粉末を予め４５
０℃に加熱するとともに、ダイ８０を１５０℃に加熱し
た後、粉末３０ｇをパンチ孔に充填し、上パンチ８４と
スライド８６を揃えて粉末を密度比８０％まで圧縮し、
さらに各スライド８６を相対的に後退させつつ上パンチ
８４を降下させて最終的に１０．６ｔｏｎ／ｃｍ²の圧
力で圧縮し、成形体を得た。成形体の寸法は１２×５７
×１３．８ｍｍとなり、両端上には１２×３×１６ｍｍ
の突起が形成された。

【００６２】次に、上記４種の成形体を縦に２分割し、
その断面の各点（計２５点）における硬さをロックウェ
ルＢにより測定した。その結果を等高線表示したグラフ
を図２４ないし図２７に示す。

【００６３】図２４および図２５はＡＨ１２の結果であ
り、図２４は比較例、図２５は実験例の方法でそれぞれ
得られたものである。

【００６４】また、図２６および図２７はＡＨ０９Ｎの
結果であり、図２６は比較例、図２７は実験例の方法で
それぞれ得られたものである。硬さの分布は、密度の分
布で対応する。実際に密度測定を行ったところ、であった。さらに図２８および２９は、それぞれ図２４
と２５、および図２６と２７の結果を他のデータを含め
加圧力と密度の関係として示したものである。

【００６５】以上から明らかなように、実験例の方法に
よれば成形体の内部に材料流れが生じ、比較例の方法と
同じ加圧力でありながら、はるかに高密度化されてい
る。

【００６６】（実験例２）実験例１と同様の実験を型温
４５０℃にして行ったところ、最終的に４ｔｏｎ／ｃｍ
²の圧力で、実験例１と同等またはそれ以上の硬度およ
び密度比を有する成形体が得られた。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる金
属粉末の成形装置では、ダイのパンチ孔に材料粉末を充
填し、この材料粉末を加熱手段により加熱した後、この
材料粉末を上パンチおよび下パンチにより圧縮し、熱間
圧着させて鍛造に耐え得る程度の強度を有する中間成形
体を成形する。続いて、空間画成手段を作動させ、この
中間成形体の周囲に余剰空間を画成した後（あるいは画
成しつつ）さらに上パンチおよび下パンチにより中間成
形体を圧縮し、鍛造する。

【００６８】これにより、中間成形体は余剰空間を埋め
るように圧縮につれて変形することが許容され、内部の
粉末に変形の自由度が与えられ、高密度化するととも
に、粉末粒子の酸化被膜が容易に破れ、バルク金属面が
露出して相互に粒子結合する。したがって、酸化被膜に
より結合度が高めにくく、圧縮時にクラックが生じ易い
金属粉末を、比較的低い加圧力で容易に高密度比にまで
成形することができるうえ、上記熱間圧着および鍛造過
程を実質的に１工程で行うことが可能であるから、生産
性が高められる。

【００６９】また、空間画成手段として、パンチ孔の内
壁面の一部を構成する進退可能な１または２以上のスラ
イド部材と、これらスライド部材を進退させるための駆
動手段とを設けた場合には、スライド部材により材料に
圧力をかけながら鍛造することができるため、材料流れ
の先端部に引張応力が生じにくく、クラックが発生しに
くい利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる金属粉末の成形装置の第１実施
例での熱間圧着過程を示す縦断面図である。

【図２】第１実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図３】第１実施例での成形体突き出し過程を示す縦断
面図である。

【図４】第１実施例での粉末充填過程を示す縦断面図で
ある。

【図５】本発明の第２実施例での粉末充填過程を示す縦
断面図である。

【図６】第２実施例での熱間圧着過程を示す縦断面図で
ある。

【図７】第２実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図８】第２実施例での成形体突き出し過程を示す縦断
面図である。

【図９】本発明の第３実施例での粉末充填過程を示す縦
断面図である。

【図１０】第３実施例での熱間圧着過程を示す縦断面図
である。

【図１１】第３実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図１２】第３実施例での成形体突き出し過程を示す縦
断面図である。

【図１３】第３実施例での後処理過程を示す縦断面図で
ある。

【図１４】本発明の第４実施例での粉末充填過程を示す
縦断面図である。

【図１５】第４実施例での熱間圧着過程を示す縦断面図
である。

【図１６】第４実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図１７】第４実施例での成形体突き出し過程を示す縦
断面図である。

【図１８】本発明の第５実施例に使用される装置の縦断
面図である。

【図１９】本発明の第６実施例に使用される装置の縦断
面図である。

【図２０】本発明の第７実施例に使用される装置の平面
図である。

【図２１】第７実施例での鍛造過程を示す平面図であ
る。

【図２２】比較例の実験方法を示す縦断面図である。

【図２３】実験例の実験方法を示す縦断面図である。

【図２４】比較例で得られた試験片のＨ_RＢ硬さ分布を
示すグラフである。

【図２５】実験例で得られた試験片のＨ_RＢ硬さ分布を
示すグラフである。

【図２６】比較例で得られた試験片のＨ_RＢ硬さ分布を
示すグラフである。

【図２７】実験例で得られた試験片のＨ_RＢ硬さ分布を
示すグラフである。

【図２８】実験例での加圧力と成形密度との関係を示す
グラフである。

【図２９】実験例での加圧力と成形密度との関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ダイ１Ａパンチ孔２下パンチ３上パンチＰ材料粉末Ｑ中間成形体（熱間圧着成形体）Ｒ鍛造成形体Ｓ材料流れの先端（凸部）１０ダイ１０Ａパンチ孔１２下パンチ１４下スリーブ（スライド部材）１６上パンチ１８上スリーブ（スライド部材）２０ダイ２０Ａパンチ孔２２下パンチ２４上パンチ２６スライド部材３０上ダイ（ダイ構成部材）３２下ダイ（ダイ構成部材）３４パンチ孔３６下パンチ３８上パンチ４０間隙５０第１段部（拡径部）５２第２段部（拡径部）５４テーパ部（拡径部）６０ダイ６０Ａパンチ孔６２ブロック（ダイ構成部材）６４間隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パンチ孔を備えたダイと、前記パンチ孔
に上下から挿入された上パンチおよび下パンチと、これ
ら各パンチを昇降駆動する駆動手段とを具備した金属粉
末の成形装置において、前記ダイには前記パンチ孔の内部を加熱するための加熱
手段が設けられるとともに、パンチ孔に充填した粉末を
上パンチおよび下パンチで圧縮した際に、圧縮された中
間成形体の周囲に余剰空間を画成するための空間画成手
段が設けられていることを特徴とする金属粉末の成形装
置。
【請求項２】前記空間画成手段は、前記パンチ孔の上
部あるいは下部に形成された、相対的に内径が大きい拡
径部であることを特徴とする請求項１記載の金属粉末の
成形装置。
【請求項３】前記空間画成手段は、前記パンチ孔の内
壁面の一部を構成する進退可能な１または２以上のスラ
イド部材と、これらスライド部材を進退させるための駆
動手段とを具備することを特徴とする請求項１記載の金
属粉末の成形装置。
【請求項４】前記駆動手段は、前記パンチ孔内に向け
て各スライド部材を付勢する付勢手段であることを特徴
とする請求項３記載の金属粉末の成形装置。
【請求項５】前記空間画成手段として、前記ダイは、
前記パンチ孔の内壁面に間隙を形成しうるように２以上
のダイ構成部材に分割可能とされるとともに、これらダ
イ構成部材を開閉駆動するダイ開閉機構が設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の金属粉末の成形装
置。