JPH07110438B2 - 粉末成形プレスの加圧制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉末成形プレスの加圧制
御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、セラミックス，サーメット，
超硬合金製の各種切削工具チップ等が粉末成形プレスを
用いて製造されている。このような切削工具チップの一
例としてポジタイプのスロアウェイチップがある。この
スロアウェイチップのポジタイプとは、図９に示すよう
な三角形，四角形，菱形等の切削工具チップ１００，１
０１であり、外周形状がストレートではなく、円錐状と
なっている。そして、円錐状の端縁に相当する部位はス
トレート部ａとなっており、このストレート部ａの寸法
は非常に小さく１０ミクロン位に成形されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、粉末の充填は
ダイプレートのプレート面をすべるフィーダを用いて粉
末を金型の孔内に充填するいわゆるスリ切り方法のた
め、粉末の充填量にバラツキを生じる。

【０００４】従来の成形では、たとえば機械プレスの場
合には加圧力として１０ton 程度であり、機械のたわみ
や金型のたわみ等が全体で約１mm程度ある。したがっ
て、粉末の充填量が少ないと加圧力が小さくなり、たわ
みが少なく、その分だけ上パンチが金型の孔中に入り込
み、成形寸法がばらつくという問題あり、甚だしい場合
には、上パンチの先端が金型のテーパ状の段部に干渉し
て金型が破損するという問題が生じる。

【０００５】そのため、成形品のストレート部ａを必要
以上に多く取り、不要部分を燒結後の後工程で研磨によ
り落としており、材料が余分に必要となるばかりか後工
程が面倒で、生産性が悪いという問題があった。

【０００６】また、粉末を入れずにプレスを作動させる
ような空打ちをした場合には必ず金型が破損してしまう
という問題もあった。

【０００７】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、成
形品の寸法をより精密に管理することができる粉末成形
プレスの加圧制御方法及び装置を提供することにある。

【０００８】また、他の目的とするところは、スロアウ
ェイチップのポジタイプあるいは類似形状の成形品を成
形する場合のパンチと金型の孔内の段部との干渉を確実
に防止して金型の破損を防止することにある。

【０００９】さらに、空打ちをした場合でも金型が破損
しないようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、粉末が充填される孔内周に段部
を設けた金型を具備し、該金型の孔内にパンチを挿入し
て孔内に充填された粉末を加圧するもので、加圧終了時
点で前記段部とパンチとが互いに干渉しないように近接
した状態で加圧を終了させる油圧式又はねじ式の粉末成
形プレスの加圧制御方法において、加圧終了前の所定量
加圧した位置にて前記パンチを一時停止させて、一時停
止時のパンチに加わる加圧力が適正であることを確認し
た後最終加圧に進むことを特徴とする。一時停止時にパ
ンチに加わる加圧力が適正でない場合には、成形品の抜
き出し行程に進み、同時にエラー信号を出すことを特徴
とする。

【００１１】また、パンチと金型との加圧制御を、前記
パンチが駆動連結されるラムと金型が支持されるダイプ
レート間での閉回路制御とし、一時停止したパンチ先端
と金型の孔内周の段部との距離を、加えられる最大加圧
力により生じる前記パンチおよびダイプレートのたわみ
量よりも大きくとることが効果的である。

【００１２】加圧力が適正であるかどうかの確認を最終
加圧までに複数回行うことが好ましい。

【００１３】また、本発明の粉末成形プレスの加圧制御
装置は、粉末が充填される孔内周に段部を設けた金型
と、該金型の孔内に充填された粉末を加圧するためのパ
ンチと、前記金型とパンチ間を相対駆動するための油圧
式またはねじ式駆動手段と、を具備し、加圧終了時点で
前記金型の孔内部の段部とパンチとが互いに干渉しない
ように近接した状態で加圧を終了させる粉末成形プレス
の加圧制御装置において、前記パンチによる粉末の加圧
量を検出する加圧量検出手段と、前記パンチによる粉末
の加圧力を検出する加圧力検出手段と、前記加圧量検出
手段により検出された加圧量が所定の値に達した時点で
前記パンチによる加圧動作を−時停止させ、一時停止時
にパンチに加わる加圧力を前記加圧力検出手段により検
出し、該検出加圧力と予め設定された設定加圧力とを比
較して、検出加圧力が設定加圧力以上の場合には適正加
圧力であると確認して最終加圧に進むように前記油圧式
またはねじ式駆動手段を制御する制御手段と、を具備し
てなることを特徴とする。また、金型とパンチ間の相対
駆動制御は、加圧量検出手段によって検出した検出加圧
量をフィードバックして目的の加圧量に制御する閉回路
制御とし、一時停止したパンチ先端と金型の孔内周の段
部との距離を、加えられる最大加圧力により生じる前記
パンチおよびダイプレートのたわみ量よりも大きく設定
したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明の粉末成形プレスの加圧制御方法によれ
ば、加圧終了前に加圧動作を一時停止させ、加圧力が適
正な大きさであるかどうかを確認し、適正であれば加圧
動作を再開し最終的に加圧する。加圧力が適正でなけれ
ば、それ以上加圧を行わない。この確認動作を数回行え
ば、より安全である。

【００１５】また、加圧力が適正でない場合に、成形品
の抜き出し工程に入れば、パンチと金型間は干渉するこ
となく抜き出しが行われ、この時エラー信号をだせば、
その製品を不良品としてはねることができる。

【００１６】また、金型とパンチ間の相対駆動制御を閉
回路制御とすることにより、加圧時のたわみ量は、パン
チ関係と金型を支持するダイプレートのたわみだけとな
るので、そのたわみ量は小さく、この量を考慮して、こ
のたわみ量より少し多めの量を見込んで一時停止させる
ようにしておけば、最悪の場合粉末が入らない状態で加
圧動作を行ってもパンチが金型の孔内周の段部と干渉せ
ず、金型の破損が生じない。

【００１７】また、本発明の粉末成形プレスの加圧制御
装置によれば、パンチの一時停止位置は加圧量検出手段
によって検出し、制御装置によって金型とパンチ間を相
対駆動する駆動手段を停止させる。そして、加圧力検出
手段によって、その時の加圧力を検出し、予め設定され
た設定加圧力と比較して、検出値が設定加圧力以上の場
合に制御装置によって駆動手段の駆動を再開して最終加
圧を行う。

【００１８】さらに、検出値が設定加圧力よりも小さい
場合には、駆動手段の駆動を停止して最終加圧をおこな
わない。

【００１９】

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図４は、本発明の一実施例に係る粉末成形プレス
の加圧制御方法及び装置が適用される両圧方式の粉末成
形プレスを示している。

【００２０】この粉末成形プレスは、概略、金型１と、
この金型１を支持するダイプレート２と、金型１の孔３
内に上方および下方から挿入される上パンチ４および下
パンチ５とを具備しており、ダイプレート２は機枠６に
固定されている。

【００２１】一方、上パンチ４は上パンチプレート７に
支持され、この上パンチプレート７は油圧式駆動手段で
ある上シリンダ８によって駆動される上ラム９に連結さ
れている。

【００２２】また、下パンチ５は、下パンチプレート１
０に支持され、この下パンチプレート１０は下シリンダ
１１によって駆動される下ラム１２に連結されている。

【００２３】そして、上パンチ４と下パンチ５を、上，
下シリンダ８，１１によって駆動して金型１の孔３内に
充填された粉末１３を上下方向から加圧し、所定形状に
加圧成形するようになっている。

【００２４】成形品は、この実施例にあっても、図９に
示すような、外周が逆円錐状に傾斜するテーパ形状のポ
ジティブタイプの切削工具チップ１００，１０１を成形
する場合を例にとって説明するものとする。

【００２５】すなわち、金型１の孔３は、上パンチ４が
挿入されるストレートの大径孔１４と、下パンチ５が挿
入されるストレートの小径孔１５と、この大径孔１４と
小径孔１５間を結ぶテーパ孔１６とから構成されてい
る。

【００２６】そして、この上パンチプレート７とダイプ
レート２の間に、加圧量検出手段としての上ラム用リニ
アセンサ１７が装着されており、この上ラム用リニアセ
ンサ１７によってダイプレート２に対する上ラム９の変
位量を検出し、この上ラム９の変位量から上パンチ４の
加圧量Ｘを算出するようになっている。

【００２７】また、下パンチプレート１０とダイプレー
ト２の間には下ラム用リニアセンサ１８が装着されてお
り、この下ラム用リニアセンサ１８によって、下ラム１
２の移動量をも検出するようになっている。

【００２８】ここで、上ラム９の駆動は上記上ラム用リ
ニアセンサ１７によって閉回路制御、すなわちクローズ
ドループ制御により制御される。

【００２９】図６には、この上ラム９および下ラム１２
を駆動制御する制御回路を示している。すなわち、油圧
源回路２０１から上シリンダ８に供給される油圧は、油
圧サーボ弁２０２によって制御されるもので、上ラム用
リニアセンサ１７によって検出された変位量をコンピュ
ータ２０７によって制御されるサーボコントローラ２０
３にフィードバックして、上ラム９の位置を正確に制御
するようになっている。

【００３０】この上パンチプレート７とダイプレート２
間に取りつけられる上ラム用リニアセンサ１７は、でき
るだけ上パンチ４と金型１に近いところがよい。

【００３１】また、下ラム１２についても同様にクロー
ズドループ制御によって制御されるもので、油圧源回路
２０４から供給される油圧を、油圧サーボ弁２０５によ
って制御するもので、下ラム用リニアセンサ１８によっ
て検出された下ラム１２の変位をサーボコントローラ２
０６にフィードバックして、下ラム１２の制御位置を正
確に制御するようになっている。

【００３２】そして、この実施例では、加圧終了時点で
金型１内部のテーパ孔１６と大径孔１４との境界の段部
１６ａと上パンチ４とが互いに干渉しないように近接し
た状態で加圧を終了させるようになっている。

【００３３】図１にはこの粉末成形プレスの加圧制御装
置の概略構成を示しており、この加圧制御装置は、加圧
量を検出する加圧量検出手段としての上記した上ラム用
リニアセンサ１７と、加圧力を検出するための加圧力検
出手段としての加圧力検出用ロードセル（ストレインゲ
ージ）１９と、これら上ラム用リニアセンサ１７および
加圧力検出用ロードセル１９によって検出される加圧量
および加圧力に基づいて上パンチ４を加圧制御する制御
手段２０とから構成されている。

【００３４】そして、加圧終了時点で金型１の孔３内部
の大径孔１４とテーパ孔１６の境界の段部１６ａと上パ
ンチ４とが互いに干渉しないように、寸法ａだけ近接し
た状態で加圧を終了させるようになっている。

【００３５】加圧力検出手段としては、ロードセルの他
に、圧電素子，微小変位計，油圧ダンパ等の各種検出手
段を使用することができる。

【００３６】加圧力検出用ロードセル１９は機械の歪み
がでる部分に取付け、歪みが加わった時の抵抗の変化を
取り出しそれを加圧力に変換するようにしたものであ
る。図４の例では上ラム９の外周に貼着しているが、図
１に示すように上パンチ４に貼着するようにしてもよ
い。また、図４に示すように機枠６に取り付けて機枠６
の歪みを検出するようにしてもよい。

【００３７】図５には制御手段の回路図を示している。

【００３８】すなわち、加圧力検出用ロードセル１９か
らの検出信号を増幅する増幅器３０１と、この増幅され
た検出信号のピーク値を保持するピークホールド回路３
０２と、予め求めた加圧力を設定するディジタル設定器
３０３，３０４と、このディジタル設定器３０３，３０
４によって設定されたディジタル信号をアナログ信号に
変換するためのディジタルアナログ変換器３０５，３０
６と、このディジタルアナログ変換器３０５，３０６に
よって変換された設定加圧力のアナログ信号とピークホ
ールド回路３０２によって保持された検出加圧力のアナ
ログ信号とを比較する比較器３０７，３０８と、比較器
３０７，３０８からの出力信号によって切り換える第
１，第２接点３０９，３１０とから構成されている。ピ
ークホールド回路３０２によって保持された値はディジ
タル表示器３１１に表示される。

【００３９】そして、第１接点３０９で最低加圧力が、
第２接点３１０で最高加圧力が定められる。

【００４０】第１接点３０９で加圧力が設定値を越えて
Ａ接点となり、第２接点３１０で加圧力がＡ接点のまま
であれば適正である。その他の場合は、信号を出して機
械を止めるか製品をはねる。

【００４１】今回の圧力表示は、第２接点３１０の方は
なくても良く、圧力が低い場合に信号を出せば目的は達
せられる。第２接点３１０による最高加圧力の設定は、
粉末充填量が多過ぎて成形品の寸法が過大なものをはね
るためのものである。

【００４２】つぎに、上記構成の粉末成形プレスによる
成形工程について図２の工程図および図３のフローチャ
ートを参照して説明する。

【００４３】まず、図２(a) に示すように粉末１３をフ
ィーダ２１で入れ、フィーダ２１が逃げた後加圧工程に
入り、上，下パンチ４，５により加圧し、図２(b) で示
すように加圧が終了した時点で一時停止する（ステップ
１〜３参照）。

【００４４】この一時停止位置は、最大加圧力が加えら
れた場合のクローズドループ制御範囲外の領域のたわみ
量、すなわち最終加圧力Ｐ０が加えられた時の上パンチ
４の縮みとダイプレート２のたわみ量よりも多めに設定
してある。この量は、計算してもよく、また実際に力を
加えて実測してもよい。

【００４５】そして、上ラム９に貼りつけた加圧力検出
用ロードセル１９にて加圧力Ｐｘを測定して加圧力が適
正であるかどうかを確認し、予め入力してある設定加圧
力値Ｐxo以上の範囲内の場合に、図２(c) に示すように
次の最終加圧工程に進み、加圧完了後に図２(d) に示す
ように製品を抜き出す（ステップ４〜６参照）。

【００４６】すなわち、設定加圧力Ｐxoと検出加圧力Ｐ
x を比較して検出加圧力Ｐｘが低い場合には、粉末１３
の充填量が少ないということになり、上パンチ４が入り
過ぎて金型１の孔３内周の段部１６ａと干渉することに
なる。

【００４７】一方、適正な範囲に入っていない場合に、
図２(e) に示すように上パンチ４および下パンチ５を上
昇させ、製品を抜き出し（ステップ７参照）、またエラ
ー信号を表示して不良品として製品をはねる。

【００４８】図７には本発明の加圧制御方法及び装置が
適用されるウィズドロアル方式の粉末成形プレスを示し
ている。この粉末成形プレスは基本的には図４に示した
粉末成形プレスと同様の構成であり、同一の構成につい
ては同一の符号を付して説明すると、この粉末成形プレ
スは、下パンチ５を支持する下パンチプレート１０が機
枠６に固定され、ダイプレート２が下ラム１２によって
駆動されるようになっている。

【００４９】そして、上ラム用リニアセンサ１７´は上
パンチプレート７と固定の下パンチプレート１０間に装
着されている。また、下ラム用リニアセンサ１８に替っ
て下パンチプレート１０とダイプレート２間にダイ用リ
ニアセンサ１８´が装着されている。実際に必要なのは
上パンチプレート７と金型１の間であるので、上記上ラ
ム用リニアセンサ１７´とダイ用リニアセンサ１８´か
らの検出長さに基づいてコンピュータにより上ラム９と
金型１間を計算して加圧量を求めてもよく、また、上パ
ンチプレート７と金型１間に上ラム用リニアセンサ１７
´を配置して直接加圧量を検出するようにしてもよい。

【００５０】図８はこのウィズドロアル方式の粉末成形
プレスの加圧工程を示すもので、両圧方式と同様に、ま
ず図８(a) に示すように、フィーダ２１によって粉末１
３を金型１の孔３内に充填し、その後図８(b) に示すよ
うにダイプレート２及び上パンチ４を所定の速度差で下
降させて粉末１３を加圧し、加圧量が所定量に達すると
一時停止し、加圧力検出用ロードセル１９にて加圧力を
検出して加圧力が設定範囲内にあるかどうかを確認し、
設定範囲内であれば、図８(c) , (d) に示すように最終
加圧をすると共に製品を抜き取り、設定範囲外の場合に
は図８(e) に示すように最終加圧をしないで、ダイプレ
ート２を下降させると共に、上パンチ４を上昇させて製
品を抜き出す。

【００５１】なお、この実施例では成形品としてポジテ
ィブタイプのスロアウェイチップのような切削工具チッ
プを例にとって説明したが、このような切削工具チップ
に限らず、類似の種々の形状の粉末成形に適用すること
ができる。

【００５２】

【００５３】さらに、この実施例では油圧式のプレスを
例にとって説明したが、ねじ式のプレスについても同様
に適用することができる。ねじ式プレスの場合には、た
とえばボールねじを用い、このボールねじをサーボモー
タでコントロールすれば、この実施例と同様に精密に制
御することができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
もので、加圧終了前に加圧動作を一時停止させ、加圧力
が適正な大きさであるかどうかを確認し、適正であれば
加圧動作を再開して最終的に加圧するようにしたので、
粉末の充填量のバラツキによってパンチが金型の孔内周
の段部と干渉するおそれはなくなって、金型の破損を確
実に防止することができる。

【００５５】また、加圧力が適正でない場合に、それ以
上加圧を行わずに抜き出し工程に入り、この時エラー信
号をだせば、その製品を不良品としてはねることがで
き、生産性向上を図ることができる。

【００５６】さらに、金型とパンチ間の相対駆動制御を
閉回路制御とすることにより、金型とパンチプレート関
係だけのたわみ量を考慮すればよくなり、このたわみ量
より少し多めの量を見込んで一時停止させるようにして
おけば、最悪の場合粉末が入らない状態で加圧動作を行
ってもパンチが金型の孔内周の段部と干渉するおそれは
なくなって、空打ちの場合にも金型の破損が生じない。

【００５７】また、この加圧力の確認を最終加圧前に数
回行えばより安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係る粉末成形プレス
の加圧制御装置の構成を模式的に示す図である。

【図２】図２は本発明の粉末成形プレスの加圧制御工程
を示す工程図であり、同図（ａ）は粉末充填工程、同図
（ｂ）は一時停止工程、同図（ｃ）は最終加圧工程、同
図（ｄ）は正規の抜き取り工程、同図（ｅ）は不良抜き
取り工程をそれぞれ示す概略断面図である。

【図３】図３は本発明の粉末成形プレスの加圧制御の手
順を示すフローチャートである。

【図４】図４は本発明が適用される粉末成形プレスの概
略構成図である。

【図５】図５は図４の粉末成形プレスの加圧力検出手段
の一例を示す回路図である。

【図６】図６は図４の粉末成形プレスの駆動制御回路図
である。

【図７】図７は本発明の粉末成形プレスの加圧制御方法
及び装置が適用されるウィズドロアル方式の粉末成形プ
レスの概略構成図である。

【図８】図８は図７のウィズドロアル方式の粉末成形プ
レスの加圧工程を示すもので、同図（ａ）は粉末充填工
程、同図（ｂ）は一時停止工程、同図（ｃ）は最終加圧
工程、同図（ｄ）は正規の抜き取り工程、同図（ｅ）は
不良抜き取り工程をそれぞれ示す概略断面図である。

【図９】図９（ａ）は成形品としてのスロアウェイチッ
プのポジティブタイプの一例を示す平面図、同図（ｂ）
は同図（ａ）の断面図、同図（ｃ）はスロアウェイチッ
プの他の例を示す平面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）の断
面図である。

【符号の説明】

１ 金型 ２ ダイプレート ３ 孔 ４ 上パンチ ５ 下パンチ ６ 機枠 ７ 上パンチプレート ８ 上シリンダ（駆動手段） ９ 上ラム １０ 下パンチプレート １１ 下シリンダ １２ 下ラム １３ 粉末 １４ 大径孔 １５ 小径孔 １６ テーパ孔 １６ａ 段部 １７，１７´ 上ラム用リニアセンサ（加圧量検出手
段） １９ 加圧力検出用ロードセル（加圧力検出手段） ２０ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ３０Ｂ 15/22 Ａ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉末が充填される孔内周に段部を設けた金
   型を具備し、該金型の孔内にパンチを挿入して孔内に充
   填された粉末を加圧するもので、加圧終了時点で前記段
   部とパンチとが互いに干渉しないように近接した状態で
   加圧を終了させる油圧式又はねじ式の粉末成形プレスの
   加圧制御方法において、 加圧終了前の所定量加圧した位置にて前記パンチを一時
   停止させて、一時停止時のパンチに加わる加圧力が適正
   であることを確認した後最終加圧に進むことを特徴とす
   る粉末成形プレスの加圧制御方法。
2. 【請求項２】一時停止時にパンチに加わる加圧力が適正
   でない場合には、成形品の抜き出し行程に進み、同時に
   エラー信号を出す請求項１に記載の粉末成形プレスの加
   圧制御方法。
3. 【請求項３】パンチと金型との加圧制御を、前記パンチ
   が駆動連結されるラムと金型が支持されるダイプレート
   間での閉回路制御とし、一時停止したパンチ先端と金型
   の孔内周の段部との距離を、加えられる最大加圧力によ
   り生じる前記パンチおよびダイプレートのたわみ量より
   も大きくとった請求項１または２に記載の粉末成形プレ
   スの加圧制御方法。
4. 【請求項４】一時停止時にパンチに加わる加圧力が適正
   であるかどうかの確認を最終加圧までに複数回行う請求
   項１，２又は３に記載の粉末成形プレスの加圧制御方
   法。
5. 【請求項５】粉末が充填される孔内周に段部を設けた金
   型と、該金型の孔内に充填された粉末を加圧するための
   パンチと、前記金型とパンチ間を相対駆動するための油
   圧式またはねじ式駆動手段と、を具備し、加圧終了時点
   で前記金型の孔内部の段部とパンチとが互いに干渉しな
   いように近接した状態で加圧を終了させる粉末成形プレ
   スの加圧制御装置において、 前記パンチによる粉末の加圧量を検出する加圧量検出手
   段と、 前記パンチによる粉末の加圧力を検出する加圧力検出手
   段と、 前記加圧量検出手段により検出された加圧量が所定の値
   に達した時点で前記パンチによる加圧動作を一時停止さ
   せ、一時停止時にパンチに加わる加圧力を前記加圧力検
   出手段により検出し、該検出加圧力と予め設定された設
   定加圧力とを比較して、検出加圧力が設定加圧力以上の
   場合には適正加圧力であると確認して最終加圧に進むよ
   うに前記油圧式またはねじ式駆動手段を制御する制御手
   段と、を具備してなることを特徴とする粉末成形プレス
   の加圧制御装置。
6. 【請求項６】金型とパンチ間の相対駆動制御は、加圧量
   検出手段によって検出した検出加圧量をフィードバック
   して目的の加圧量に制御する閉回路制御とし一時停止し
   たパンチ先端と金型の孔内周の段部との距離を、加えら
   れる最大加圧力により生じる前記パンチおよびダイプレ
   ートのたわみ量よりも大きく設定した請求項５に記載の
   粉末成形プレスの加圧制御装置。