JP2007061833A - 粉末成形金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】形状の圧粉体を成形する金型装置で、角付き下パンチを使用した構造では角部の付け根に割れが生じ難く金型寿命を長く維持する。
【解決手段】ボス部６２ａ，６２ｂとリム部６４とが隣接するフランジ孔６５同士の間に設けられた複数のアーム部で連結されている形状の圧粉体６０を成形するための金型装置として、ダイ１０及びコア２０と、下ラム側に支持された角部４２を有する角付き下パンチ４１及び内下パンチ４０と、上ラム側に支持された角部４２と嵌合する角部案内孔３２を有する外上パンチ３１及び内上パンチ３０とを備え、又、各パンチが粉末圧縮完了位置に配置された状態で、角付き下パンチ側角部４２と外上パンチ側角部案内孔３２との間のクリアランスが角部４２の内側部及び外側部に比べ該角部周方向に位置する端部近傍が大になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に中心側ボス部と外周側リム部とが複数のアーム部で連結されている形状の圧粉体を成形するための金型装置に関する。

中心側ボス部と外周側リム部とが複数のアーム部で連結された形状の焼結製品としては、例えば、プーリや回転伝達装置のトリクリミッタ等がある。図４及び図５はそのような成形体の形状例を示したものである。各図において、形状が異なるものであっても機能や役割が同じ部位に同じ符号を付けてある。ボス部６２は軸孔６１の孔縁を形成し、一端側に上ボス６２ａ、他端側に下ボス６２ｂがあり、リム部６４に対して複数のアーム部６３で連結されている。ボス部６２の周囲には、アーム部６３及びリム部６４を区画する複数のフランジ孔６５がある。

ところで、以上のような圧粉体の成形金型装置としては、先行技術文献を見出し得なかったが、本発明を適用した図１に類似したものがあり、同図を参照して説明すると次のような構造である。すなわち、この装置要部は、ダイ１０とコア２０との間に、下方側から、コア２０と嵌合し圧粉体６０の下ボス６２ｂの端部を押圧する内下パンチ４０と、前記内下パンチ４０とダイ１０の間に嵌合し、アーム部６３の下面及び下ボス６２ｂの外周を造形する面を持ち、フランジ孔６５を造形する上方へ突出した角（つの）部４２とを有する角付き下パンチ４１と、リム部６４の下面を造形する外下パンチ４３とが嵌合し合っている。前記角付き下パンチ４１は、高速度工具鋼等の硬質な金型材料で製作され、例えば、図４（ｃ）に示した成形品形状の場合だと、図２（ａ）に示す形状をしている。角付き下パンチ４１と外下パンチ４３とは、図２（ｂ）に示すように分割せず一体にするもこともある。

一方、ダイ１０の上方には、コア２０と嵌合し上ボス６２ａの端面を押圧する内上パンチ３０と、内上パンチ３０とダイ１０と嵌合するとともに角付き下パンチ４１の角部４２と嵌合する角部案内孔３２とを有し、上ボス６２ａの外周、アーム部６３及びリム部６４の上面を造形する外上パンチ３１とを備えている。

以上のような成形金型装置の特徴点は、圧粉体のフランジ孔６５を造形するための角部４２を下パンチと一体にした構造の角付き下パンチ４１を用いていること、圧粉体に上ボス６２ａがあり、その外周が外上パンチ３１の内周面で形成されることである。これは、角付き下パンチ４１に構成することで、例えば、角部を別体として製作し、下パンチに嵌合孔を設けて組み合わせる構造にするよりも製作工程が少なくなる効果がある。

以上の金型装置を用いた粉末成形は、ダイ１０とコア２０、及び各下側パンチ４０，４１，４３とで形成したキャビティに粉末を所定量充填し、各上側パンチ３０，３１で充填粉末を塞ぎ、内下パンチ４０及び内上パンチ３０などで挟まれた粉末を上方へ移動して対象圧粉体と相似形状にして圧粉成形した後、圧粉体を離型する手順で行われる。

上記したような粉末成形金型装置は、角付き下パンチ４１を用いることで金型構造が簡素で、安価である利点がある一方、成形の繰り返しで、図２に示した角付き下パンチ４１の角部４２の付け根（ｒ）に割れが入り破損し易く、金型寿命が短くなる。そこで、本発明の目的は、以上の課題を比較的簡単に解消して、型割れが生じ難く金型寿命を長く維持できるようにすることにある。

上記した課題を解決するため本発明は、図面を参考にして特定すると、中心側ボス部（６２）と外周側リム部（６４）とが、隣接するフランジ孔（６５）同士の間に設けられた複数のアーム部（６３）で連結されている形状の圧粉体（６０）を成形するための金型装置において、前記リム部（６４）の外周を造形する内壁があるダイ（１０）と、前記ボス部（６２）の軸孔を造形するコア（２０）と、前記ダイ（１０）に嵌合し、前記リム部（６４）の下面とアーム部（６３）の下面とを押圧する上端面、及び前記ボス部（６２）の下ボス（６２ｂ）側外周を造形する内側面、並びに前記フランジ孔（６５）を造形する前記上端面から上方へ突出した角部（４２）を有する角付き下パンチ（４１）と、前記角付き下パンチ（４１）の内側面及び前記コア（２０）と嵌合し前記下ボス（６２ｂ）を押圧する内下パンチ（４０）と、前記ダイ上の上ラム側に設けられて、前記ダイ（１０）に嵌合し、前記リム部（６４）の上面とアーム部（６３）の上面とを押圧する下端面、及び前記ボス部（６２）の上ボス（６２ａ）側外周を造形する内側面、並びに前記角付き下パンチ（４１）の角部（４２）と嵌合する角部案内孔（３２）を有する外上パンチ（３１）と、前記外上パンチ（３１）の内側面及び前記コア（２０）と嵌合し前記上ボス（６２ａ）を押圧する内上パンチ（３０）とを備えているとともに、前記各パンチが粉末圧縮完了位置に配置された状態で、前記角付き下パンチの角部（４２）と前記外上パンチの角部案内孔（３２）との間のクリアランス（対向面間の隙間）が角部（４２）の内側部及び外側部に比べ該角部（４２）の周方向に位置する端部近傍が大になっていることを特徴としている。

以上の粉末成形金型装置において、前記内上パンチ（３０）の外周から前記角部（４２）の周方向に位置する両側の端部までの距離が同じ場合は前記クリアランスとして前記両端部近傍ともに大とし、前記内上パンチ（３０）の外周から前記角部（４２）の周方向に位置する両側の端部までの距離が異なる場合は前記クリアランスとして距離の短い方の端部近傍のみ大とすること（請求項２）、前記クリアランスは、前記角部（４２）の周方向に位置する端部の末端近傍で最大クリアランス０．０３〜０．１５ｍｍ、より好ましくは０．０６〜０．１０ｍｍであり、該最大クリアランスから前記角部（４２）の内側部及び外側部のクリアランスに向けて緩やかに連続していること（請求項３）、前記角付き下パンチ（４１）のうち、前記リム部（６４）の下面を押圧する外周部分を外下パンチ（４３）として分割していること（請求項４）が好ましい。

本発明の粉末成形金型装置は次のような効果を具備している。
・請求項１の発明では、特に、角付き下パンチ（４１）の角部（４２）と外上パンチ（３１）の角部案内孔（３２）とのクリアランスを各部で等しくすることなく、角部（４２）の内側部及び外側部に比べ該角部（４２）の周方向に位置する端部近傍を大にすると、角部（４２）の付け根（ｒ）に割れが入り難くなり金型寿命を大幅に延長できる。このため、本発明は、金型費用及び金型交換に伴う成形稼働停止を低減するなど、経済的な効果が得られる。同時に、前記クリアランス構成により粉末を圧縮する際に、粉末に含まれる空気の排出がクリアランス大の箇所から容易になり、粉末成形をスムースにする効果も得られる。
・請求項２と３の発明では、請求項１の作用効果をより的確に得られるようにする。
・請求項４の発明では、角付き下パンチ（４１）の製作自由度を拡大できるようにする。

以下、本発明の最良の形態を図面を参照し説明する。図面は、理解しやすいように誇張して図示されている。本発明の成形金型装置は、図４及び図５に例示されるような形状の圧粉体６０、つまり中心側ボス部６２と外周側リム部６４とが隣接するフランジ孔６５同士の間に設けられた複数のアーム部６３で連結されている圧粉体６０を製作するものであり、図１から図３に示される構造となっている。

すなわち、図１の金型装置は、リム部６４の外周を造形する内壁（ダイ孔１１の内周壁）があるダイ１０と、ボス部６２の軸孔６１（図４を参照）を造形するコア２０と、不図示の下ラム等に支持されている内下パンチ４０及び角付き下パンチ４１並びに外下パンチ４３と、不図示の上ラム等に支持されている内上パンチ３０及び外上パンチ３１とを備えている。

このうち、角付き下パンチ４１は、別体の外下パンチ４３が外周に嵌合される構成以外に、図２（ｂ）のごとく外下パンチ４３ａが外周に一体に形成されることもある。そして、角付き下パンチ４１は、外下パンチ４３や４３ａを介してダイ１０のダイ孔１１に嵌合し、圧粉体側リム部６４の下面とアーム部６３の下面とを押圧する上端面、及びボス部６２の下ボス６２ｂ側外周を造形する内側面、並びにフランジ孔６５を造形する前記上端面から上方へ突出した角部４２を少なくとも有している。また、下パンチ４０は、角付き下パンチ４１の内側面及びコア２０と嵌合し、下ボス６２ｂの端面を押圧可能になっている。

これに対し、外上パンチ３１は、ダイ１０のダイ孔１１に嵌合し、圧粉体側リム部６４の上面とアーム部６３の上面とを押圧する下端面、及びボス部６２の上ボス６２ａ側外周を造形する内側面、並びに角付き下パンチ４１の角部４２と嵌合する角部案内孔３２を少なくとも有している。内上パンチ３０は、外上パンチ３１の内側面及びコア２０と嵌合し、上ボス６２ａを押圧可能になっている。

また、以上の金型装置では、各パンチ３０，３１，４０，４１が粉末圧縮完了位置に配置された状態において、角付き下パンチ側角部４２と外上パンチ側角部案内孔３２との間のクリアランス（対向面間の隙間）が次のように工夫されている。

すなわち、図３（ａ）の金型装置の横断面において、コア２０は中心に位置し、コア２０の外側に内上パンチ３０が嵌合し、角付き下パンチ側角部４２と外上パンチ側角部案内孔３２とが嵌合した状態である。そして、各金型部材間の隙間（片側クリアランス）は、一般的な金型装置の場合と同様に０．０２〜０．０５ｍｍの範囲内に製作してある。角部４２は、図４に示した成形品形状のうち（ｂ）に相当する形状（つまり、金型構成としては内上パンチ３０の外周から角部４２の周方向に位置する両側の端部までの距離が同じ）をしており、内側面と外側面の両端部とが同心円状で、外側面の中間部が突出して圧肉となった横断面形状である。この場合、角部４２の周方向の両端部近傍だけは、角部４２の内側部及び外側部より少なくとも０．０１ｍｍ大きくしてある。この両端近傍のクリアランスは最大０．１５ｍｍ、より好ましくは最大０．１０ｍｍとし、角部４２の内周及び外周に向かって緩やかにクリアランスが連結している。図３中の符号５０はこのクリアランスの大部を示している。このクリアランス大部５０は、粉末を充填することなく、圧縮成形時の態様と同様に外上パンチ３１と角付き下パンチ４１とが接近したときの値である。なお、このクリアランス構成は、例えば、角付き下パンチ４１の角部４２が外上パンチ３１の角部案内孔３２に嵌合し易く、かつ、圧粉体が離型し易いように、角部４２を上細り形状にすることがあるが、その場合の上細り部と外上パンチ側のクリアランスではない。

以上のように角部４２の端部近傍のクリアランスを角部４２の内側部及び外側部より少なくとも０．０１ｍｍ大きくすると、金型の耐久性が向上する。例えば、クリアランスを角部４２の端部近傍のクリアランスを大（最大０．１５ｍｍ）とした成形金型装置と、従来通りの一様なクリアランス（最大０．０５ｍｍ）とした成形金型装置とを同様な条件で操作して比較した結果、後者による圧粉成形に比べて前者の圧粉成形では３倍以上の金型耐久性が得られた。この理由は下記のように推定される。まず、図１に示した成形金型装置の断面図において、仮に成形体（圧粉体６０）に上ボス６２ａがない形状を想定すると、内上パンチ３０と外上パンチ３１とは圧縮面が同一であるから、角付き下パンチ４１の角部４２が受ける荷重はボス側圧粉体部分とリム側圧粉体部分とでバランスよく加わるとともに角部案内孔３２に安定した状態で嵌合保持されて、角部４２に偏荷重が作用しない。

これに対し、図１のごとく上ボス６２ａがある形状では、上ボス６２ａの外周を造形する外上パンチ３１の内周側に薄肉部３１ａがあり、内上パンチ３０で上ボス６２ａを圧縮することにより、該圧縮荷重が薄肉部３１ａを拡径させ、それが角部４２を外側（径方向）に向かって押圧し、外上パンチ３１の薄肉部３１ａとそれ以外の部分との変形度合いによって、角部４２の周方向の末端部分に捻り曲げと引っ張り荷重が集中し、それが圧粉成形の都度繰り返し加わる結果、疲労破壊に至るものと推定される。この点、本発明形態では、角部４２の周方向末端部分のクリアランスを大きくすることで、外上パンチ３１の変形に対してクリアランス大部５０で逃げないしは吸収するため、角部４２の周方向末端部分への偏荷重が少なくなり、疲労が軽減されているものと考えられる。

図３（ｂ）は、角部４２の横断面形状が異なるものであり、図４（ｄ）に示したような成形体形状の場合を示している。この形態例において、角部４２の形状は、周方向の一端側が内上パンチ３０の外周と近接し（換言すると、外上パンチ３１の薄肉部３１ａが薄い状態）、かつコア２０と同心円状であり、周方向の他端側が内上パンチ３０の外周から離れる方向（換言すると、外上パンチ３１の薄肉部３１ａが厚くなる状態）へ延びている。この場合、クリアランス大部５０は、内上パンチ３０の外周と近接している側の角部４２の一端部近傍だけとしてある。角部４２の他端側にはクリアランス大部を設けないのは、他端側が内上パンチ３０の外周からの距離が大きく、必然的に外上パンチ３１の薄肉部３１ａは薄肉ではないことから、粉末成形中の拡径変形が起こり難いためである。勿論、他端側にもクリアランス大部を設けても良く、一端側のクリアランス大部５０と同様な効果がある。このように、角部４２の周方向の端部近傍をクリアランス大部５０にすることで、粉末圧縮中に外上パンチ３１の薄肉部３１ａが成形体（圧粉体）の上ボス部６２ａの圧力で拡径し、角部４２の周方向の端部に加わる応力集中を緩和したり吸収することは前記した場合と同様で、角部４２の破損を遅延させる効果を発揮する。

なお、本発明は、請求項１で特定される要件を除いて上記した形態例に何ら制約されるものではなく、各パンチ等の細部については種々変更可能なものである。

本発明形態の成形金型装置を粉末成形時の状態で示す縦断面図である。 （ａ）は図１の成形金型装置における角付き下パンチを示し、（ｂ）は角付き下パンチと外下パンチとを一体化した例を示す模式外観図である。 （ａ）と（ｂ）は上記成形金型装置要部のクリアランスを説明する金型横断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の成形金型装置で製作される圧粉体の形状例を示した平面図である。 上記圧粉体の形状細部を示す図４（ｄ）のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１０…ダイ
２０…コア
３０…内上パンチ
３１…外上パンチ
３１ａ…薄肉部
３２…角部案内孔
４０…内下パンチ
４１…角付き下パンチ
４２…角部
４３…外下パンチ
５０…クラアランスの大部
６０…圧粉体
６２…ボス部
６３…アーム部
６４…リム部
６５…フランジ孔

Claims (4)

1. 中心側ボス部と外周側リム部とが、隣接するフランジ孔同士の間に設けられた複数のアーム部で連結されている形状の圧粉体を成形するための金型装置において、
   前記リム部の外周を造形する内壁があるダイと、
   前記ボス部の軸孔を造形するコアと、
   前記ダイに嵌合し、前記リム部の下面とアーム部の下面とを押圧する上端面、及び前記ボス部の下ボス側外周を造形する内側面、並びに前記フランジ孔を造形する前記上端面から上方へ突出した角部を有する角付き下パンチと、
   前記角付き下パンチの内側面及び前記コアと嵌合し前記下ボスを押圧する内下パンチと、
   前記ダイ上の上ラム側に設けられて、前記ダイに嵌合し、前記リム部の上面とアーム部の上面とを押圧する下端面、及び前記ボス部の上ボス側外周を造形する内側面、並びに前記角付き下パンチの角部と嵌合する角部案内孔を有する外上パンチと、
   前記外上パンチの内側面及び前記コアと嵌合し前記上ボスを押圧する内上パンチとを備えているとともに、
   前記各パンチが粉末圧縮完了位置に配置された状態で、前記角付き下パンチの角部と前記外上パンチの角部案内孔との間のクリアランスが角部の内側部及び外側部に比べ該角部の周方向に位置する端部近傍が大になっていることを特徴とする粉末成形金型装置。
2. 前記内上パンチの外周から前記角部の周方向に位置する両側の端部までの距離が同じ場合は前記クリアランスとして前記両端部近傍ともに大とし、前記内上パンチの外周から前記角部の周方向に位置する両側の端部までの距離が異なる場合は前記クリアランスとして距離の短い方の端部近傍のみ大とする請求項１に記載の粉末成形金型装置。
3. 前記クリアランスは、前記角部の周方向に位置する端部の末端近傍で最大クリアランス０．０３〜０．１５ｍｍであり、該最大クリアランスから前記角部の内側部及び外側部のクリアランスに向けて緩やかに連続している請求項１又は２に記載の粉末成形金型装置。
4. 前記角付き下パンチのうち、前記リム部の下面を押圧する外周部分を外下パンチとして分割している請求項１から３の何れかに記載の粉末成形金型装置。
   
   

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