JP2007098460A - 粉末成形用プレス金型 - Google Patents

Abstract

【課題】先端側を周方向に分割した上１パンチを上２パンチの外周に配置して構成される金型でキャビティ内の粉末を圧縮するときに上１パンチの先端側分割部が外側に開いてダイと干渉することを防止し、その干渉が原因となって起こる金型事故を減少させることを課題としている。
【解決手段】上２パンチ２から独立させて上２パンチの外周に配置する上１パンチ１の外側に金型ガイド３を設け、その金型ガイド３の先端のガイド部３ａを上１パンチ１の先端側分割部１ｂの外周に外嵌し、分割部１ｂをガイド部３ａで拘束してこの分割部１ｂの外側への開きを防止するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、焼結部品の製造過程において利用する粉末成形用プレス金型に関する。

焼結部品の製造に利用される粉末成形装置の中に、ダイと上パンチと下パンチ、或いは、これにさらにコアロッドを加えたプレス金型を使用して粉末の成形を行うものがある。

そのような粉末成形装置を使用して成形する圧粉体の中に、パンチによって加圧成形される端面に段部を設けるものがある。その段部は、パンチの成形面に段差を形成し、その段差を圧粉体に転写する方法で付与することもできるが、この方法を採ると、圧粉体の段部無し部分と段部付き部分の密度に差が生じて均一密度の製品が得られない。

そこで、段部付き部分を成形するパンチと、段部無し部分を成形するパンチを分割して組み合わせ、その分割したパンチの軸方向相対位置を調整して前述の密度差を小さくする方法が採られている。そのような技術は、例えば、下記特許文献１などに開示されている。

特許文献１が開示している粉末成形装置は、下パンチを複数に分割しているが、成形する圧粉体の形状によっては、上パンチを複数に分割し、なおかつ、最外周に配置する上１パンチの先端側を周方向に分割しなければならない場合がある。

その要求に応えた上パンチの一例を図３に示す。例示の上パンチは、上１パンチ１と、上２パンチ２とで構成されている。上１パンチ１は、上２パンチ２の外周に軸方向相対移動可能、相対回転不可に嵌め合わされる。

上１パンチ１の基端側１ａは筒状をなし、その基端側１ａが上２パンチ２と同心上に配置される。また、上１パンチ１の先端側は周方向に分割され、基端側から軸方向に伸び出す分割部１ｂが周方向に定ピッチで飛び飛びに３箇所形成されている。

上２パンチ２は、周方向に定ピッチで配置した計３個のキー溝２ｂと、隣り合うキー溝２ｂ，２ｂ間の周方向中間部にそれぞれ配置される縦長の嵌合溝２ｃを外周に有し、各嵌合溝２ｃに上１パンチの先端側の分割部１ｂが嵌め込まれる。

図３の上パンチを含む金型を用いて成形される圧粉体の一例を図９及び図１０に示す。この圧粉体２０は、リング状に加工される本体部２１の両端面の外周側に偏った位置に凸部２２を有する。また、本体部２１の外周にキー溝２３を有する。凸部２２とキー溝２３は周方向に定ピッチでそれぞれ３箇所設けられ、隣り合うキー溝２３，２３に挟まれた領域のうち、周方向中央部の約１／３に対応する領域に凸部２２が形成されている。その凸部２２は、本体部２１の端面から軸方向に突出しており、その突部２２の端面を上１パンチ１で成形し、端面の突出していない領域を上２パンチ２で成形する。なお、圧粉体２０の中心に設けられた軸孔２４は、下パンチ（図示せず）側のコアロッド（これも図示せず）によって成形される。上２パンチ２の中心部には、そのコアロッドを受け入れる中心孔２ａを設けてある。

例示の圧粉体２０は、本体部２１の他端面側にも凸部２２を設けており、その他端面側の凸部は、上パンチと同様に分割した下パンチ（図示せず）によって成形される。

ここで、粉末成形用プレス金型の下パンチは、予めダイの成形孔に挿入されるので、その下パンチが複数に分割され、さらに、最外周に置かれる分割下パンチの先端側が周方向に分割されていても特に問題は生じない。ところが、上パンチを図３のような構造にすると、上１パンチの分割部１ｂにトラブルが発生し易くなる。上１パンチ１は寸法規制を受け、そのために、その上１パンチを肉薄に形成せざるを得ない場合には特に、上１パンチ１の先端側分割部１ｂが加圧時に変形し易くなる。変形した分割部はパンチが新しい間は除圧時にほぼ元通りに弾性復元するが、成形が繰り返されると弾性復元性が低下して分割部の先端（自由端）側が径方向外側に次第に開く（反り曲がる）。変形が蓄積されてその開きが大きくなると上１パンチがダイの成形孔に挿入されるときに分割部の先端が成形孔の開口縁に当たり、それが原因で分割部の先端のエッジが欠けることが考えられ、また、分割部が折れることも考えられる。

そのような金型事故は、金型費の増加、それによる成形コストの上昇を招く。従って、この問題の解決策が望まれるが、かかる金型事故を防止するための提案は見当たらない。
特許第２８５５１３７号公報

この発明は、上１パンチの先端側分割部が外側に開いてダイと干渉することを防止し、その干渉が原因となって起こる前述の金型事故を減少させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、上２パンチと組み合わせてプレス金型を構成する上１パンチの外側に上１パンチを保護する金型ガイドを設け、その金型ガイドのガイド部を上１パンチの先端側分割部の外周に外嵌して上１パンチの先端側分割部を前記ガイド部で拘束するようにした。その拘束のために、ガイド部の外嵌は、上１パンチの先端側分割部との間に遊び（不必要な隙間）ができないように行う。

粉末成形用プレス金型は、上１パンチの先端側分割部の外周に前記金型ガイドのガイド部を軸方向摺動可能に外嵌し、粉末の圧縮工程で前記ガイド部がダイに受け支えられて金型ガイドが上１パンチに対して相対的に持ち上がるようにしてもよい。

なお、上１パンチは、この上１パンチと協働してダイのキャビティに充填された粉末を圧縮する上２パンチの外周に配置する。また、この上１パンチの先端側は周方向に複数に分割し、その上１パンチの分割された先端側の外周に前記金型ガイドのガイド部を外嵌する。

粉末の圧縮工程において上１パンチに対して相対移動するようにした金型ガイドは、相対移動後の復帰を自重で行わせることもできるが、確実な復帰のために復帰手段を設けて強制的に復帰させるのがよい。

強制復帰のための手段は、下記のようなものが考えられる。
（１）金型ガイドを下向きに付勢する弾性体を設け、この弾性体を復帰手段として働かせる。
（２）プレス機の上ラムに支持されるシリンダアクチュエータを設けてそのシリンダアクチュエータで復帰手段を構成する。この構造は、シリンダアクチュエータの出力軸を中空軸にしてその出力軸で前記金型ガイドを形成することができる。

この粉末成形用プレス金型は、上２パンチの外周に縦長の嵌合溝を設けてその嵌合溝に上１パンチの先端側の分割部をスライド自在に嵌めたものが好ましい。

この発明の粉末成形用プレス金型は、上１パンチの先端側分割部の外周に嵌めた金型ガイドのガイド部によって先端側分割部の開き（径方向外側への反り曲がり）が防止される。そのために、上１パンチはダイと干渉することなくダイの成形孔に進入し、分割部先端のエッジの欠けや分割部の折損が起こらなくなる。

金型ガイドを上１パンチに対して軸方向相対移動可能となし、粉末の圧縮工程でガイド部がダイに受け支えられて金型ガイドが上１パンチに対して相対的に持ち上がるようにしたものは、金型ガイドのガイド部による上１パンチの拘束位置を上１パンチの先端に近づけて上１パンチの先端側分割部の開き防止効果をさらに高めることができる。

また、上１パンチに対して相対移動した金型ガイドを復帰手段を設けて復帰させるものは、金型ガイドの復帰の信頼性が高まる。復帰手段は、経済面では安価なスプリングなどの弾性体が有利であるが、大きな復帰力を持たせる必要があるときには、エアーシリンダなどのシリンダアクチュエータを用いるのがよい。上１パンチの先端側分割部に開き癖がつくなどして分割部が金型ガイドに圧力をもって接触するようになると金型ガイドのスライド抵抗が増大するが、シリンダアクチュエータであればこのようなときにも金型ガイドを楽に復帰させることができる。

復帰手段としてシリンダアクチュエータを採用し、そのシリンダアクチュエータの出力軸で金型ガイドを形成したものは、構造の簡素化も図れる。

このほか、上２パンチの外周に嵌合溝を設けてその嵌合溝に上１パンチの先端側分割部をスライド自在に嵌めたプレス金型は、上１パンチの先端側分割部が嵌合溝の溝面に拘束されて周方向にも位置決めされ、このことも金型事故の防止に有効に作用する。

以下、この発明の粉末成形用プレス金型の実施形態を添付図面の図１〜図８に基づいて説明する。図１に示すプレス金型は、この発明を特徴づける上側金型である。プレス機の上ラム１１に駆動されるこの上側金型は、上１パンチ１と、上２パンチ２と、金型ガイド３を組み合わせて構成されており、図９、図１０で説明した圧粉体２０の成形に利用される。上１パンチ１と上２パンチ２は、図３〜図６に示したものを用いている。

上１パンチ１は、図３、図４に示すように基端側１ａが筒状をなし、先端（加圧方向前端）側は周方向に分割されて基端側１ａから軸方向に延び出す分割部１ｂが周方向に定ピッチで飛び飛びに３箇所設けられた構造になっている。

上２パンチ２は、中心孔２ａを有する（図３、図４参照）。また、外周にキー溝２ｂと縦長の嵌合溝２ｃを有する。キー溝２ｂは周方向の３箇所の等分点に設けられている。また、隣り合うキー溝２ｂ，２ｂ間の周方向中間部に嵌合溝２ｃを形成している。

金型ガイド３は、上１パンチ１の先端側分割部１ｂの外周に適合して嵌るリング状のガイド部３ａを先端に有する。

このように構成した上側金型は、図１、図５に示すように、上１パンチ１の先端側分割部１ｂを上２パンチ２の外周に設けた嵌合溝２ｃに嵌めて上２パンチ２の外周に上１パンチ１を配置する。また、上１パンチ１の外周に金型ガイド３を配置し、上１パンチ１と上２パンチ２を位置決めキー４を用いて相対回転不可、軸方向相対移動可能に組み合わせ、上１パンチ１の先端側分割部１ｂの外周を金型ガイド３のガイド部３ａで拘束して使用される。ガイド部３ａは、粉末の圧縮を妨げない位置、即ち、上１パンチの先端側分割部１ｂがダイの成形孔に入り込む部分よりも上側に配置されている。位置決めキー４は、上１パンチ１で支持し、上１パンチ内径側への突出部を嵌合溝２ｃ内に設けた縦長のキー溝５に係合させている。

例示のプレス金型は、プレス機の上ラム１１に組み込まれたシリンダアクチュエータ（図のそれは油圧シリンダ）１２の中空ピストン１２ａに上１パンチ１を、プレス機の上ラム１１に組み込まれたシリンダアクチュエータ（これも油圧シリンダ）１３の出力軸１３ａに上２パンチ２をそれぞれ連結しており（中空ピストン１２ａに対する上１パンチ１の連結は、連結軸１４と取付けプレート１５を用いて行われている）、上１パンチ１と上２パンチ２の軸方向相対位置を調整することができる。シリンダアクチュエータ１２，１３はそれぞれが位置調整機構１６を伴っており、その位置調整機構１６による位置調整によって上１パンチ１と上２パンチ２の間に軸方向相対移動が起こり、上１パンチ１と上２パンチ２の先端間の距離ｓが調整されて得られる圧粉体の密度が調整される。

図１の上側金型は、図２に示す下側金型と組み合わせて粉末を圧縮する。下側金型は、ここでは、ダイ６と、上２パンチ２に対向させる下２パンチ８と、下２パンチ８の外周に配置して上１パンチ１に対向させる下１パンチ７と、圧粉体２０の軸孔２４を成形するコアロッド９を組み合わせたものを用いている。下１パンチ７は上１パンチ１と同様に形成され、下２パンチ８は上２パンチ２と同様に形成されている。

ダイ６の成形孔６ａと、その成形孔６ａに挿入した下１パンチ７、下２パンチ８及びコアロッド９との間に形成されるダイのキャビティ１０に粉末を充填し、その後、プレス機を駆動して上ラム１１を降下させ、上１パンチ１と上２パンチ２の先端側をダイ６の成形孔６ａに進入させる。このとき、上１パンチ１の先端側分割部１ｂは金型ガイドのガイド部３ａによって外周を拘束されており、外側への開きが防止されて成形孔６ａにトラブル無く挿入される。

上１パンチ１と上２パンチ２はこの後さらに降下してキャビティ１０内の粉末を圧縮する。この圧縮によって圧粉体２０の上側端面に設けられる凸部２２の端面が上１パンチ１によって、また、圧粉体２０の下側端面に設けられる凸部２２の端面が下１パンチ７によってそれぞれ成形される。また、圧粉体２０の本体部２１の上側端面の突出していない領域が上２パンチ２によって、下側端面の突出していない領域が下２パンチ８によってそれぞれ成形されて図９に示す形状の圧粉体２０が形成される。得られた圧粉体２０のダイからの払い出しは、一般的な方法、例えば、圧縮終点からダイ６を引き下げる方法や、下１パンチと下２パンチで圧粉体２０を突き上げる方法で行うことができる。

この発明は、以下のような圧粉体を成形するときに特に適する。例えば、上下パンチによる圧縮方向の厚みがダイ水平方向の最大長に対して１／３以下となるような薄肉で凸部を有する圧粉体や、凸部の厚みが突出していない領域の厚みの１．１倍以上になるような圧粉体を段部付き部分と段部なし部分の密度差を少なくして成形しなければならないときに、パンチを分割することは特に有効である。また、金型（パンチ）の成形面が図１１のような形状になるときにもパンチの分割が有効である。図１１は、金型の成形面の斜線を入れた部分にワーク（圧粉体）抜き出し用の勾配をつけられない状況を示している。この場合、凸部の厚みｔが突出していない領域の厚みの１．１倍未満であったとしても、抜き出し用の勾配がないために成形後のワークの金型からの取り出しが難しくなるが、金型（パンチ）をａとｂに分割することで成形したワークの取り出しを可能となすことができる。このような理由によってａ部を独立させた分割パンチを使用する場合に、ａ部の開きを防止する金型ガイドを使用するとよい。

図７及び図８に、この発明のプレス金型の他の実施形態を示す。図７のプレス金型は、金型ガイド３を、上１パンチ１の外周に軸方向摺動可能に嵌め、復帰手段として追設した弾性体（図のそれは圧縮スプリング）１７で下向きに付勢してホルダ１８に受け支えられる位置まで押し下げている。その押し下げにより金型ガイド３のガイド部３ａが上１パンチ１の先端近傍（ダイに入り込む部分）に外嵌される。そのために、ダイ６（図２参照）の成形孔に入り込んだ上パンチが下死点に到達する前にガイド部３ａがダイに突き当たるが、金型ガイド３は、図に鎖線で示すように弾性体１７を圧縮して上１パンチ１に対して相対的に持ち上がることができるので、粉末の成形は支障なく行われる。

圧縮工程で上１パンチ１に対して軸方向に相対移動した金型ガイド３の原位置への復帰は、図８に示すシリンダアクチュエータ（図のそれはエアーシリンダ）１９を設け、その
シリンダアクチュエータ１９を復帰手段にして行うこともできる。この場合、金型ガイド３はシリンダアクチュエータ１９の出力軸に連結して駆動することもできるが、同図に示すように、シリンダアクチュエータ１９の出力軸を上１パンチ１の外周を取りまく中空軸にしてその中空出力軸で金型ガイド３を形成すると、上側金型の構造が簡素化される。

図７、図８のプレス金型は、ガイド部３ａによる分割部１ｂの拘束を上１パンチ１の先端により近い位置で行うことができる。なお、この発明は、圧粉体の密度調整とは別の目的で上パンチを複数に分割し、なおかつ、最外周の上１パンチの先端側を周方向に分割した金型に適用しても、その有効性が発揮される。

この発明のプレス金型の一例を示す断面図 図１のプレス金型の使用状態を示す断面図 図１のプレス金型に採用した分割上パンチの分解斜視図 図３の分割上パンチの断面図 図３の分割上パンチの組み合わせ状態の斜視図 図３の分割上パンチの正面図 この発明のプレス金型の他の例を示す断面図 この発明のプレス金型のさらに他の例を示す断面図 図３の分割上パンチを使用して成形される圧粉体の斜視図 図９の圧粉体の平面図 金型分割の他の例を示す説明図

符号の説明

１ 上１パンチ
１ａ 基端側
１ｂ 先端側分割部
２ 上２パンチ
２ａ 中心孔
２ｂ キー溝
２ｃ 嵌合溝
３ 金型ガイド
３ａ ガイド部
４ 位置決めキー
５ キー溝
６ ダイ
６ａ 成形孔
７ 下１パンチ
８ 下２パンチ
９ コアロッド
１０ キャビティ
１１ 上ラム
１２ シリンダアクチュエータ
１２ａ 中空ピストン
１３ シリンダアクチュエータ
１３ａ 出力軸
１４ 連結軸
１５ 取付けプレート
１６ 位置調整機構
１７ 弾性体
１８ ホルダ
１９ シリンダアクチュエータ
２０ 圧粉体
２１ 本体部
２２ 凸部
２３ キー溝
２４ 軸孔

Claims (7)

1. 上１パンチ、その上１パンチと協働してダイのキャビティに充填された粉末を圧縮する上２パンチ、及び上１パンチの外周に配置する金型ガイドを有し、前記上１パンチの先端側が周方向に複数に分割され、その上１パンチの先端側分割部の外周に前記金型ガイドのガイド部を外嵌した粉末成形用プレス金型。
2. 上１パンチの先端側分割部の外周に前記金型ガイドのガイド部を軸方向摺動可能に外嵌し、粉末の圧縮工程で前記ガイド部がダイに受け支えられて金型ガイドが上１パンチに対して相対的に持ち上がるようにした請求項１に記載の粉末成形用プレス金型。
3. 粉末の圧縮工程で上１パンチに対して相対移動した金型ガイドを、圧縮完了後に元の位置に戻す復帰手段を付加した請求項２に記載の粉末成形用プレス金型。
4. 前記金型ガイドを下向きに付勢する弾性体を設け、この弾性体を前記復帰手段として働かせるようにした請求項３に記載の粉末成形用プレス金型。
5. プレス機の上ラムに支持されるシリンダアクチュエータを設け、そのシリンダアクチュエータで前記復帰手段を構成した請求項３に記載の粉末成形用プレス金型。
6. 前記シリンダアクチュエータの出力軸を中空軸にしてその出力軸で前記金型ガイドを形成した請求項５に記載の粉末成形用プレス金型。
7. 上２パンチの外周に縦長の嵌合溝を設け、その嵌合溝に上１パンチの先端側の分割部をスライド自在に嵌めた請求項１〜６のいずれかに記載の粉末成形用プレス金型。

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