JPH0885805A - 焼結部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出成形法によって成形され、焼結された後
の焼結体の寸法精度を高める製造方法を提供する。 【構成】 金属粉末を射出成形法により成形し、焼結後
の粉末焼結体に後処理を施す焼結部品の製造方法におい
て、焼結後の相対密度比が９５％以上の粉末焼結体に焼
結後の後処理としてシェービングまたはシェービングと
サイジングを施すことを特徴とする焼結部品の製造方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属粉末を射出成形法
によって成形した後焼結する焼結部品の製造方法に関す
るものであり、焼結体の寸法精度を高める方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末射出成形法は３次元の複雑な形
状の金属部品をニアネットシェープで成形することがで
きるので近年急速に普及しつつある。本製法では射出成
形する時の金属粉末に流動性を付与するために金属粉末
と多量のバインダーを混合して被成形材としており、そ
のため焼結時の寸法収縮が大きい。最終製品における寸
法精度を向上させるには焼結時の大きな収縮をいかに精
巧に管理するかが重要となるが、一般的には焼結のまま
で目的の呼び寸法に対し±０．５％の誤差があるといわ
れている。したがって更に高精度が要求される場合には
焼結後に何らかの後処理が必要となる。従来、金属粉末
射出成形品の寸法精度を向上させる後処理の方法として
一般的に焼結後にサイジング、またはコイニングが行わ
れている。前者は通常、相対密度比が高い焼結体に適用
され、後者は低い焼結体に適用され、その一例としては
特公平１−５１５２１号公報に開示されたものが知られ
ている。

【０００３】相対密度比が約９３％以下の粉末焼結体
は、表層部と内部の空孔がつながっていて、空孔の形状
も不規則な形状を呈しており、このような状態の粉末焼
結体を外部から機械的に圧縮すると空孔が圧縮され焼結
体の体積が収縮する。特公平１−５１５２１はこの原理
を利用して所望の形状，寸法に焼結体を仕上げようとす
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特公平１−５１５２１号公報に開示された体積収縮を
伴う圧縮成形法を高密度の粉末焼結品に適用し使用した
場合、圧縮成形に使用する治工具類や装置が非常に高価
となる欠点を有する。一方で一般的に相対密度比９３％
を越える粉末焼結体は空孔がそれぞれ独立しており、球
形または概ね球形に近い形となっている。このような粉
末焼結体に図４に示すように外部から圧縮力を加える
と、独立した微細な球状の空孔は金属マトリックスの流
動とともに圧縮力の加わらない方向に移動してしまうの
で粉末焼結体も変形はするが体積変化は実質的におこら
ない。したがって、高密度の粉末焼結体に体積変化を伴
う圧縮成形法、いわゆるコイニングを適用するには粉末
焼結体を全周から高圧で拘束する必要があり、特に複雑
な３次元形状の粉末焼結体を金型を用いて全周を拘束し
て圧縮するためには、射出成形に用いる金型以上の高強
度で高価な金型が必要となり実用性に欠ける。

【０００５】したがって、高密度の粉末焼結体の成形に
対しては通常体積変化を伴わないプレス成形法、いわゆ
るサイジングが行われている。これは粉末焼結体の所望
の部位、通常、製品の機能上重要な部位のみを金型で拘
束し、製品の機能としてあまり重要でない個所は拘束し
ないでプレス成形するもので、金型による拘束部は金型
寸法どうり仕上がるのに対し、非拘束部の寸法ははみだ
した体積により大きくばらつく。そのほか、高密度の粉
末焼結体を体積変化を伴う圧縮成形で所望の形状，寸法
に仕上げる方法としては熱間または冷間での静水圧プレ
ス法があるが、粉末焼結体の部位間の僅かな密度差によ
って圧縮成形後にはより以上に寸法がばらつくという欠
点を有する。したがって本発明の目的は、微細な独立し
た球状の空孔を有する高密度の粉末焼結体を得たのち後
処理を加えることでこの焼結体の形状，寸法精度を向上
させることであり、この後処理の工程を導入した粉末焼
結体の製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は前述した不具
合を解消するため検討を重ねた結果、粉末焼結体を寸法
的に高精度に仕上げる方法として、シェービングを施す
か、またはサイジングとシェービングの両方を施すこと
が有利であることを見いだして本発明を完成させたもの
である。より具体的に本発明は、前述した従来の課題を
解決するための製造方法として、金属粉末を射出成形法
によって成形し、焼結後の粉末焼結体に後処理を施す焼
結部品の製造方法において、焼結後の相対密度比が９５
％以上を有する前記粉末焼結体に、前記焼結後の後処理
として前記焼結体の一部を剪断力によって切断するシェ
ービングまたは前記シェービングと前記焼結体が体積変
化を伴なわないサイジングを施すことを特長とする焼結
部品の製造方法である。すなわち本発明の最大の特徴は
高密度の粉末焼結体を得たのちこの粉末焼結体にシェー
ビングを施すことにある。

【０００７】

【作用】本発明においてシェービングとは、対向する１
対のパンチとダイスの間に被工作物である粉末焼結体を
載置し、パンチとダイスを嵌合させ、粉末焼結体の一部
を剪断力により切断して所望の形状，寸法に仕上げるこ
とをいい、切断により一部が除去される粉末焼結体の形
状や寸法は任意に選択できる。ここでサイジングとは、
金型もしくは治具内に粉末焼結体を載置し、プレス圧を
加えて金型もしくは治具に拘束される面を所望の形状，
寸法に仕上げすることであり、この中で体積変化を伴う
ものを特にコイニングという。本発明において。相対密
度比を９５％以上に限定した理由は、９５％未満では空
孔が大きいため、切断されたシェービング面の表面粗度
が極端に粗くなることによる。

【０００８】本発明においてシェービングは単独、もし
くはサイジングと複合で用いることが可能である。複合
で使用する場合、シェービングとサイジングはいずれを
先に行ってもよい。シェービングを先に行う場合は、シ
ェービング面は寸法精度が良いので後工程のサイジング
時の金型もしくは治具にセットする時の基準面として利
用することができる。サイジングを先に行う場合には、
サイジングによりはみでた余肉部をシェービングするこ
とにより高寸法精度で仕上げることが可能となる。ま
た、高密度焼結体に施すサイジングのうち、圧縮成形す
る方法、すなわちコイニング法を行ったものはコイニン
グ型の摩耗が激しく成形後のバリが発生し易い。このバ
リ除去にもシェービングが適用できる。さらにシェービ
ングとサイジングは同時に行うことも可能である。

【０００９】

【実施例】以下に本発明を実施例にもとづき詳細に説明
する。 （実施例１）金属粉末射出成形法にて図３に示すような
スリットを有する直方体形状の焼結部品を、高い寸法精
度で得るために、まず平均粒径８．６μmのＳＵＳ３１
６Ｌ水アトマイズ粉と有機バインダーからなるコンパウ
ンドを金型に射出成形して得た射出成形体を、加熱法に
より脱バインダーしたのち１２８０℃で２時間の焼結を
行い粉末焼結体を得た。この焼結体をアルキメデス法に
より密度測定をおこなったところ１０個の平均値で相対
密度比が９６．５％であった。また、寸法測定結果から
計算した１０個平均の体積は１．８４cm³であった。こ
の焼結体を上型，下型とも平面であるプレス治具を用い
て肉厚方向のみプレスするサイジングを伴わないプレス
加工を施し、素材の１０個平均肉厚３．７１mmを３．６
５mmに圧縮成形後、成形前と同様の方法で相対密度比と
体積を測定したところ、両者ともプレス前と同じ値を得
た。プレス成形した後この焼結体を図１に示す方法でひ
きつづきシェービングを施して肉厚を除く輪郭全周を成
形し、全寸法個所とも１０個の寸法ばらつきが±３σの
値で０．０１８以下の高い寸法精度を有する焼結部品を
得ることができた。

【００１０】（実施例２）金属粉末射出成形法にて図３
に示すようなスリットを有する直方体形状の焼結部品
を、高い寸法精度で得るために、実施例１と同様の手順
で相対密度比９６．５％の粉末焼結体を作製した。この
粉末焼結体を図２に示すように治具にセットし、１回の
プレス工程でシェービングとサイジング成形をほぼ同時
に行ったのち、成形体の相対密度比と寸法精度をそれぞ
れ１０個測定したところ、相対密度比は成形前と同じ９
６．５％を示し、全個所の寸法ばらつきも±３σの値で
０．０１６mm以下の高い寸法精度に抑えることができ
た。次に図２の各部位の動作と機能を説明する。図２は
スリット部が途中までシェービングされた状態を示して
いる。本実施例は図３に示す形状の焼結体のスリット部
をシェービングにて成形し、他の部位をサイジングにて
成形する製造方法である。

【００１１】まず、焼結体１を下型であるダイス６にセ
ットする。上型であるプレス主型２にはシェービングパ
ンチ４が固定され、さらにバネ７を介しプレスパンチ３
が収容されている。プレスストローク上端（待機位置）
においては、プレスパンチ面ｂはシェービングパンチ面
ａの僅かに下方に突出するように設定されている。プレ
スストロークが開始されるとまず焼結体１の上面にプレ
スパンチ面ｂが接触して焼結体を固定し、ほぼ同時にシ
ェービングパンチ面ａが焼結体１に接触して当たりシェ
ービング動作が開始され、シェービングパンチ４はパン
チガイド５に案内されながら下降し焼結体１のスリット
部のシェービングを完了する。引き続きプレス主型２が
下降するとプレスパンチ底面ｅとプレス主型のポケット
面ｆが合致し、プレス主型２のプレス圧力はプレスパン
チ３を介し焼結体１に伝達されサイジング動作を開始す
る。このときシェービングパンチ４は焼結体１の水平方
向の位置決めの働きもする。ストロークの進行とともに
焼結体１が変形し、最終的にストローク下端でプレスパ
ンチ面ｂ，プレス主型面ｄ，ダイス面ｃが一致するとと
もに、焼結体１はダイス６の型彫り形状に倣ってサイジ
ングが完了する。

【００１２】実施例２の製造方法を示す図２には焼結体
１に設けられたスリット部のシェービングが途中まで進
行した状態を示している。そして本実施例においてはプ
レス主型２のストロークを調整することによってサイジ
ングを伴わないシェービング加工が可能であること、シ
ェービングパンチを作動させプレス主型のストロークを
大きくすることによって、シェービングとサイジングが
ほぼ同時に行えることを示している。さらに実施例２に
示した型構造において上型のストロークに２段突き法を
採用し、まずプレスパンチ３，プレス主型２を先に下降
させてサイジングを行いスリット部に余肉を出させ、そ
の後シェービングパンチ４を下降させスリット部のシェ
ービングを行ってもよい。また、ダイス６にスライド機
構を設け、上下方向の圧縮のみでなく横方向からの圧縮
を加えるようなサイジングを行ってもよい。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
密度の金属粉末焼結体に対し、シェービングを施すか、
またはシェービングとサイジングをほぼ同時に施すこと
によって、高い寸法精度を比較的容易に付与することが
できるので、得られた製品に対し性能的にもコスト的に
も非常に効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、焼結体にシェービン
グ加工を施す状況を示しており、プレス下降ストローク
前（待機位置）における概念図である。

【図２】本発明の一実施例を示し、焼結体にシェービン
グとサイジングをほぼ同時に１プレス工程で施す状況を
示しており、シェービング途中の概念図である。

【図３】本発明の一実施例に使用した焼結体の製品形状
を示す斜視図である。

【図４】空孔を有する焼結体に圧縮力を付加すると圧縮
力の加わらない方向に空孔が移動する状況を示す概念図
である。

【符号の説明】

１ 焼結体 ２ プレス主型 ３ プレスパンチ ４ シェービングパンチ ５ パンチガイド面 ６ ダイス ７ バネ ８ 製品位置決め ９ 空孔 ａ シェービングパンチ面 ｂ プレスパンチ面 ｃ ダイス面 ｄ プレス主型面 ｅ プレスパンチ底面 ｆ プレス主型のポケット面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属粉末を射出成形法によって成形し、焼
   結後の粉末焼結体に後処理を施す焼結部品の製造方法に
   おいて、焼結後の相対密度比が９５％以上を有する前記
   粉末焼結体に、前記焼結後の後処理として前記焼結体の
   一部をセン断力によって切断するシェービング、または
   前記シェービングと前記焼結体が体積変化を伴なわない
   サイジングを施すことを特徴とする焼結部品の製造方
   法。