JP2016007611A - Powder molding die apparatus and powder molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原料粉末を成形して焼結する粉末冶金の手法による粉末成形金型装置および成形方法に関し、特に金属ガラス等の粉末成形体を製造する際に用いる粉末成形金型装置および成形方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a powder molding die apparatus and a molding method using a powder metallurgy technique for molding and sintering raw material powder, and in particular, a powder molding mold apparatus and a molding method used when manufacturing a powder molded body such as metal glass. About.
従来の粉末冶金の手法を改善し、金属ガラス等の粉末成形体を製造する方法により、例えば、外径３０ｍｍ以下のミニチュア・ベアリングを製造することが研究されている。
また、特許文献１に記載の軌道輪、転がり軸受及び軌道輪の製造方法は、鋼等の合金性の軌道輪と比べて耐食性、強度、製造容易性の点で優れた金属ガラス製のミニチュア・ベアリングに適用して好結果を得るものである。そのミニチュア・ベアリングは、金型内に充填された金属ガラス粉末を圧縮するとともに、金属ガラス粉末のガラス遷移温度と結晶化温度との間の温度領域に加熱する工程を経て製造される。
For example, a miniature bearing having an outer diameter of 30 mm or less has been studied by improving a conventional method of powder metallurgy and manufacturing a powder compact such as metal glass.
In addition, the manufacturing method of the bearing ring, rolling bearing, and bearing ring described in
また、特許文献２に記載の粉末成形金型装置は、溶製材からなる軸部の周囲に圧粉体からなる鍔部が一体成形された複合素材を、圧入によらずに、割れやひびといった損傷が生じることなく、一定、かつ高い接合強度で一体成形するようにした粉末成形金型装置が知られている。すなわち、軸部供給手段によって軸部セット位置に供給された軸部を、軸部装填ロッドにより上パンチ内に挿入し、さらに上パンチの粉末圧縮動作に追従して軸部をダイス孔内に挿入し、この状態で、ダイス孔内に充填した粉末を上パンチと下パンチによって軸方向に圧縮する構成とする。鍔部の圧粉体を圧縮成形すると同時に、この圧粉体を軸部に一体成形することができ、圧入によらない成形を可能にするものである。
Moreover, the powder molding die apparatus described in
しかしながら、特許文献１に記載の軌道輪、転がり軸受及び軌道輪の製造方法、あるいは特許文献２に記載の粉末成形金型装置、それに類する装置を用いた粉末成形方法において、金属ガラス粉体を使用するものについては自動化されていなかった。しかも、原料粉末充填から製品取出しまでの複数の工程それぞれの工程所要時間、すなわち、タクトタイムが均一でないため、生産設備に対する生産効率の点で改善余地があった。そのため、従来は、研究施設の専用設備で成形品を２０分に１個位のペースでしか製造できなかったところを、大量生産可能な粉末成形金型装置が望まれていた。
However, metal glass powder is used in the method of manufacturing the bearing ring, the rolling bearing and the bearing ring described in
詳しくは、複数の工程のうち所要時間の長い工程がボトルネックとなり、粉末成形金型装置１台あたりの生産数量、つまり、生産効率を向上させることの阻害要因になっていた。
具体的には、製品１個を製造するために、高温加圧処理工程に要する百数十秒に加え、その後の冷却工程の所要時間も相当に長い。この長い工程に比べて、他の工程はそれぞれ十数秒程度で完了できるので、一連のライン工程において稼動と休止を繰り返すという間欠動作になる。その結果、製造ラインの各工程相互間の稼動バランスが不均衡であるために設備効率も悪かった。
Specifically, a process having a long required time among a plurality of processes has become a bottleneck, which has been an impediment to improving the production quantity per one powder molding die apparatus, that is, the production efficiency.
Specifically, in order to manufacture one product, in addition to the hundreds of seconds required for the high-temperature pressurizing treatment process, the time required for the subsequent cooling process is considerably long. Compared to this long process, each of the other processes can be completed in about ten and a few seconds, so that the operation is intermittent in a series of line processes. As a result, equipment efficiency was also poor due to an imbalance in the operational balance between processes on the production line.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、完全自動化ラインの完成度を高めるとともに、原料粉末充填から製品取出しまでの複数の工程それぞれの工程所要時間、すなわちタクトタイムを考慮し、製造装置１台について単位時間あたりの生産数量、すなわち生産効率を向上させた粉末成形金型装置および粉末成形方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to increase the completeness of a fully automated line and process time required for each of a plurality of processes from raw material powder filling to product removal, That is, in consideration of tact time, it is an object of the present invention to provide a powder molding apparatus and a powder molding method in which the production quantity per unit time, that is, the production efficiency is improved for one manufacturing apparatus.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、内部に成形部（２３）が形成された金型（２０）に充填された原料粉末（１）を加熱・圧縮して粉末成形体（２）を成形する粉末成形金型装置（１００）であって、前記金型（２０）の底部開口（２１）から前記成形部（２３）に軸部（４１）が嵌入されて進退を可能とする下蓋状の下パンチ（４０）と、前記金型（２０）の上部開口（２２）から前記成形部（２３）に嵌入と離脱を可能とする上蓋状の上パンチ（５０）と、前記成形部（２３）に充填された前記原料粉末（１）を加熱する加熱手段（７０）と、前記金型（２０）に嵌入された前記上パンチ（５０）と前記下パンチ（４０）とを接近させる方向に加圧することで前記成形部（２３）に充填された前記原料粉末（１）を圧縮して粉末成形体（２）を成形するプレス手段（９０）と、少なくとも前記下パンチ（４０）を伴って前記原料粉末（１）が充填された前記金型（２０）に前記上パンチ（５０）が嵌着された状態で移動又は固定を可能にする複数のワーク移動体（６３）と、を備えたことを特徴とする。
The present invention has been made in order to achieve such an object, and the invention according to
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉末成形金型装置において、前記金型（２０）の中心付近に接近可能なコアロッド（５４）に温度センサ（４３）を設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the powder molding die apparatus according to the first aspect, a temperature sensor (43) is provided on the core rod (54) accessible near the center of the mold (20). It is characterized by that.
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の粉末成形金型装置において、前記ワーク移動体（６３）が移動するライン構成は、前記ワーク移動体（６３）に仕込まれた原料粉末（１）を窒素雰囲気中で前記加熱手段（７０）により所定の温度範囲に維持されて所定の高温加圧処理時間（Ｔ１）だけ前記プレス手段（９０）により高温加圧処理した前記粉末成形体（２）を温度調整手段（７２）により所定の温度勾配で冷却するまでの工程を実行可能なロボット構成の加熱プレス冷却ライン（１１）と、該加熱プレス冷却ライン（１１）を支援する一連の工程を実行可能なロボット構成の支援ライン（１２）と、前記加熱プレス冷却ライン（１１）および前記支援ライン（１２）を稼動させる制御部（８０）と、を備えたことを特徴とする。
The invention according to
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の粉末成形金型装置において、前記加熱プレス冷却ライン（１１）は、前記ワーク移動体（６３）を構成する搬送固定冶具（６０）を脱着可能に保持する下パンチホルダ（９１）と、前記加熱手段（７０）として前記搬送固定冶具（６０）が前記下パンチホルダ（９１）に固定された状態で前記成形部（２３）に充填された前記原料粉末（１）を誘導加熱する誘導コイル（７１）と、前記加熱手段（７０）および前記プレス手段（９０）と同時に機能して前記金型（２０）を窒素雰囲気に収容可能な窒素室形成手段（９３）と、を備え、前記温度調整手段（７２）は前記加熱手段（７０）により３５０〜４３０℃の範囲で１５０秒以上維持した後に、前記温度勾配を急速冷却から緩慢冷却に切換え可能であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the powder molding die apparatus according to the third aspect, the heating press cooling line (11) is a conveyance fixing jig (60) constituting the workpiece moving body (63). The lower punch holder (91) that holds the detachable member and the conveyance fixing jig (60) as the heating means (70) is filled in the molding part (23) in a state of being fixed to the lower punch holder (91). The induction coil (71) for induction heating the raw material powder (1), and the heating means (70) and the pressing means (90) function together to accommodate the mold (20) in a nitrogen atmosphere. Nitrogen chamber forming means (93), and the temperature adjusting means (72) is maintained in the range of 350 to 430 ° C. for 150 seconds or longer by the heating means (70), and then the temperature gradient is slowly cooled from rapid cooling. Cut into Characterized in that it is a possible example.
また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の粉末成形金型装置において、前記支援ライン（１２）は、前記搬送固定冶具（６０）を主要構成する前記下パンチ（４０）の上部に前記金型（２０）を載置する金型載置手段（８６）と、前記原料粉末（１）を計量するとともに前記成形部（２３）へ前記原料粉末（１）を充填する原料粉末充填手段（３０）と、前記金型載置手段（８６）により前記下パンチ（４０）の上部に前記金型（２０）を載置した状態で前記搬送固定冶具（６０）を原料粉末充填位置（８）から上パンチ嵌着位置（３）まで搬送して固定する第１搬送手段（８１）と、前記上パンチ嵌着位置（３）で前記上パンチ（５０）を前記金型（２０）に嵌着する上パンチ嵌着手段（５１）と、前記上パンチ嵌着位置（３）から加熱プレス位置（４）へと前記ワーク移動体（６３）を搬送する第２搬送手段（８２）と、前記ワーク移動体（６３）を加熱プレス位置（４）から分解抜出し位置（６）まで搬送する第３搬送手段（８３）と、前記分解抜出し位置（６）まで搬送された前記搬送固定冶具（６０）から前記上パンチ（５０）を取り外す上パンチ取外し手段（５２）と、前記上パンチ（５０）を取外された前記金型（２０）を前記分解抜出し位置（６）から原料粉末充填位置（８）まで搬送する第４搬送手段（８４）と、前記上パンチ取外し手段（５２）により取り外された前記上パンチ（５０）を前記分解抜出し位置（６）から前記上パンチ嵌着位置（３）へと返送する上パンチ返送手段（８７）と、前記金型（２０）から前記粉末成形体（２）を取り出す製品取出し手段（８５）と、を備えたことを特徴とする。
Further, the invention according to
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の粉末成形金型装置において、前記原料粉末充填手段（３０）は、前記原料粉末（１）を超音波で振動させる超音波発振器（３１）を備えたことを特徴とする。
Further, the invention according to
また、請求項７に記載の発明は、ピストン状の下パンチ（４０）および上パンチ（５０）がシリンダ状の金型（２０）の上下にそれぞれ嵌着されて形成される成形部（２３）に充填された原料粉末（１）を、前記下パンチ（４０）および前記上パンチ（５０）により圧縮して粉末成形体（２）を成形する粉末冶金法に基づく粉末成形方法であって、前記原料粉末（１）を計量するとともに超音波で振動させながら前記成形部（２３）に充填する原料粉末充填工程（Ｓ１１）と、前記下パンチ（４０）に嵌着された前記金型（２０）を原料粉末充填位置（８）から上パンチ嵌着位置（３）まで搬送して固定する第１搬送工程（Ｓ１）と、上パンチ嵌着位置（３）で前記上パンチ（５０）を原料粉末（１）の充填された前記金型（２０）に嵌着してワーク移動体（６３）を形成する上パンチ嵌着工程（Ｓ１２）と、前記ワーク移動体（６３）の単位で前記上パンチ嵌着位置（３）から加熱プレス位置（４）へと前記ワーク移動体（６３）を搬送する第２搬送工程（Ｓ２）と、前記加熱プレス位置（４）の前記ワーク移動体（６３）に対し窒素雰囲気を形成するとともに前記金型（２０）内に充填された原料粉末（１）を加熱する加熱工程（Ｓ１３）と、前記加熱工程（Ｓ１３）で加熱された後に所定の温度範囲で所定の高温加圧処理時間（Ｔ１）だけ前記原料粉末（１）を高温加圧処理するプレス工程（Ｓ１４）と、前記プレス工程（Ｓ１４）の後に前記加熱プレス位置（４）で急速冷却する急速冷却工程（Ｓ１５）と、前記加熱プレス位置（４）から緩慢冷却位置（５）を経て分解抜出し位置（６）へと前記ワーク移動体（６３）を搬送する第３搬送工程（Ｓ３）と、前記上パンチ（５０）を前記金型（２０）から取外して前記分解抜出し位置（６）から上パンチ嵌着位置（３）へと返送する上パンチ返送工程（Ｓ１７）と、前記分解抜出し位置（６）で前記下パンチ（４０）の軸部（４１）が前記金型（２０）を貫通することにより、前記粉末成形体（２）を前記金型（２０）から抜出す製品取出し工程（Ｓ１８）と、前記分解抜出し位置（６）で前記上パンチ（５０）を取外された前記金型（２０）を前記原料粉末充填位置（８）まで搬送する第４搬送工程（Ｓ４）と、を有することを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、完全自動化ラインの完成度を高めるとともに、原料粉末充填から製品取出しまでの複数の工程それぞれの工程所要時間、すなわちタクトタイムを考慮し、製造装置１台について単位時間あたりの生産数量、すなわち生産効率を向上させた粉末成形金型装置および粉末成形方法を実現できる。 According to the present invention, the complete automation line is improved, and the time required for each of the plurality of processes from filling the raw material powder to taking out the product, i.e., the tact time, is taken into consideration. It is possible to realize a powder molding die apparatus and a powder molding method with improved quantity, that is, production efficiency.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一機能を有する部材には同一符号を付して説明を省略する。
図１は、本発明の実施形態に係る粉末成形金型装置の概略説明図である。本装置１００は、粉末冶金法に基づいて原料粉末１を粉末成形体２に加工することにより、例えば、ミニチュア・ベアリングや小型歯車等を大量生産するものである。図１に示すように、本装置１００は、複数のワーク移動体６３と、このワーク移動体６３が移動する加熱プレス冷却ライン１１および支援ライン１２と、これらのライン構成を統括制御する制御部８０と、を備えて構成されている。なお、本装置の概略を説明するための図１と他の図とは、細部の形状まで一致させていない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function, and description is abbreviate | omitted.
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a powder molding die apparatus according to an embodiment of the present invention. The
加熱プレス冷却ライン１１は、下パンチホルダ９１と、加熱手段７０と、プレス手段９０と、窒素室形成手段９３と、温度調整手段７２と、第３搬送手段８３とを備え、加熱プレス位置４および緩慢冷却位置５を有して構成されている。加熱プレス冷却ライン１１は、ワーク移動体６３を移動単位とし、このワーク移動体６３に仕込まれた原料粉末１に対して、加熱手段７０による加熱と、プレス手段９０による加圧と、温度調整手段７２による保温および所定の温度勾配の冷却とを、制御部８０の命令により順次実行可能なロボット構成を有する。
The heating
なお、制御部８０は、不図示のコンピュータ装置により主要部を構成され、稼動プログラム、データベース、演算部、入力部、出力部を有する。温度調整手段７２は制御部８０の統括制御を受けながら、加熱手段７０により原料粉末１を加熱し、３５０〜４３０℃の範囲で１５０秒以上維持した後に、エアーノズル又は空冷ファン７３のエアブローその他により急速冷却から緩慢冷却に温度勾配を切換えながら冷却する。
In addition, the
加熱プレス冷却ライン１１で用いるワーク移動体６３は、搬送固定冶具６０によりワークおよび関連部材を装着して各工程の進捗に応じて移動するための構成単位である。搬送固定冶具６０は金型２０をはじめとする関連部材の装着と離脱が可能であり、各工程に応じて各部材の分解、組み立て、固定、および移動を繰り返す。金型２０にはワークとして内部に原料粉末１が充填される。なお、搬送固定冶具６０の大部分は、下パンチ４０が兼用することにより構成されている。
The
支援ライン１２は、第１搬送手段８１、第２搬送手段８２および第４搬送手段８４と、金型載置手段８６と、原料粉末充填手段３０と、上パンチ嵌着手段５１と、上パンチ取外し手段５２と、上パンチ返送手段８７と、製品取出し手段８５と、を備えて構成されている。この支援ライン１２は、上述の加熱プレス冷却ライン１１を支援するための一連の工程を、制御部８０の命令により実行可能なロボット構成を有する。
The
第１搬送手段８１は、搬送固定冶具６０の上部に載置された金型２０および金型２０に充填された原料粉末１を原料粉末充填位置８から上パンチ嵌着位置３まで搬送して固定する。
第２搬送手段８２は、ワーク移動体６３を上パンチ嵌着位置３から加熱プレス位置４へと搬送する。
第３搬送手段８３は、ワーク移動体６３を加熱プレス位置４から分解抜出し位置６まで搬送する。
第４搬送手段８４は、上パンチ５０を取外された金型２０を分解抜出し位置６から原料粉末充填位置８（又は金型戻り位置７）まで搬送する。
なお、第３搬送手段８３は、高温加圧処理直後で３５０℃以上のワークを含む搬送移動体６３を搬送し固定するので、他の搬送手段が耐熱温度６０℃で足りるところ、それよりも高い耐熱性を求められる。
The first conveying
The second conveying
The
The 4th conveyance means 84 conveys the metal mold | die 20 which removed the
In addition, since the 3rd conveyance means 83 conveys and fixes the
以下、図１に他図も加えて、より詳細に説明する。
図２は、本装置において、ワーク移動体から上パンチを外した状態を説明するための正面一部断面図である。ここで、搬送固定冶具６０は、下パンチ４０の軸穴６１からコアロッド４２が嵌挿された状態である。この下パンチ４０の上部に、金型載置手段８６（図１）が金型２０を載置する。具体的には、制御部８０が不図示のロボットアームを駆動し、下パンチ４０の上部の軸部４１に円筒形の金型２０を同軸状に嵌着する。図２に示すように、搬送固定冶具６０は、少なくとも下パンチ４０を伴って移動と固定を可能にするために鍔状部６２を有する。なお、本装置１００において、搬送固定冶具６０が移動するときは、コアロッド４２が抜け落ちないように、下パンチ４０とコアロッド４２とを一体的に把持して移動する。
Hereinafter, FIG. 1 will be described in more detail with reference to other drawings.
FIG. 2 is a partial front sectional view for explaining a state in which the upper punch is removed from the workpiece moving body in the present apparatus. Here, the
鍔状部６２は不図示のロボットアームによりコアロッド４２と一体的に把持されて移動し、固定時には下パンチホルダ９１の凹部９２に前方から奥へと嵌入され、コアロッド４２とともに固定される。下パンチホルダ９１は、搬送固定冶具６０の鍔状部６２を、凹部９２で適時に保持と開放することが可能な機構を有する。なお、本実施形態で例示する搬送固定冶具６０は、下パンチ４０に、別部材のコアロッド４２を合体したものであり、主要部は下パンチ４０により構成されているが、下パンチ４０だけであっても構わない。例えば、ワークがドーナツ状である場合には内径の芯出し（中心確定）のために、コアロッド４２を必要とするが、そうでない場合もある。なお、本装置１００で各所に用いるロボットアームは、空気圧駆動方式によるエアハンドを用いているが、他の方式でも構わない。
The hook-
図３は、本装置において、上パンチが嵌着された状態のワーク移動体を説明するための正面一部断面図である。ここでは、既に、上パンチ嵌着手段５１が、上パンチ嵌着位置３（図１）で上パンチ５０を金型２０に嵌着した姿を示している。上パンチ嵌着手段５１を構成する不図示のロボットアームを、制御部８０が駆動し、上パンチ５０の下部を円筒形の金型２０に同軸状に嵌着する。
FIG. 3 is a partial front sectional view for explaining the workpiece moving body with the upper punch fitted in the apparatus. Here, a state is shown in which the upper punch fitting means 51 has already been fitted to the
図３に示すように、ワーク移動体６３は、下パンチ４０に嵌着された金型２０内の成形部２３（図５参照）に原料粉末１（高温加圧処理後は粉末成形体２になる）が充填され、かつ金型２０に上パンチ５０が嵌着されて構成されている。なお、ピストン状の下パンチ４０および上パンチ５０がシリンダ状の金型２０の上下にそれぞれ嵌着されて組み合わされる一式をまとめて金型という場合も多いが、ここでいう金型２０は、シリンダ状の本体部のみを指している。
As shown in FIG. 3, the
また、上パンチ嵌着手段５１と置き換わるように、プレス手段９０（図１）を構成する油圧シリンダ９９（図１３参照）が上パンチ５０の上面に当接し、油圧シリンダ９９（３〜１５ＫＮ）により上パンチ５０と下パンチ４０とを軸方向に近づけるように圧縮する。このように、成形部２３に充填され加熱手段７０により加熱された原料粉末１をプレス手段９０が加圧し、規定の高温加圧処理することで粉末成形体２を成形する。なお、油圧シリンダ９９には軸方向の位置計測器（不図示）が配設され、油圧シリンダ９９が押し込んだ距離を計測できるように構成されている。計測された距離から成形部２３内部のワークの体積を検出し、金属ガラスの成形具合、つまり高温加圧処理の成否を確認することが可能である。この成否確認の際は、金型の加熱温度も判断要素となる。
Further, so as to replace the upper punch fitting means 51, a hydraulic cylinder 99 (see FIG. 13) constituting the pressing means 90 (FIG. 1) abuts on the upper surface of the
図３に示すコアロッド５４の先端付近に、ワークの温度を管理するための温度センサ４３が配設されている。温度センサ４３は、熱電対で構成され、０〜５００℃くらいの計測範囲で熱電変換機能を有する。なお、温度センサ４３として同等の機能を有するものであれば熱電対でなくても構わない。温度センサ４３の配設位置は、上パンチ５０に上方から嵌入されるコアロッド５４に限らず、下パンチ４０に下方から嵌入するコアロッド４２の先端近傍であっても構わない。
A
温度センサ４３は、コアロッド５４とともに、金型２０の中心付近に接近する。制御部８０および温度調整手段７２は、温度センサ４３から温度情報を得るとともに、金型２０の外周に巡らされた誘導コイル７１の電流を、規定の制御パタンに沿って制御する。つまり、金型２０の内部の成形部２３に充填されたワーク、すなわち原料粉末１、又は原料粉末１が圧縮して成形された粉末成形体２の温度は、例えば、温度センサ４３から得られる温度情報を参照値と比較しながら参照値との差を縮めるようなフィードバック制御等によって管理される。制御パタンについては、図９の温度管理グラフに沿って後述する。
The
ワーク移動体６３は、加熱プレス位置４（図１）に固定されてから加熱工程（Ｓ１３）に入る（図７）。誘導コイル７１は、加熱プレス位置４に固定された金型２０との位置関係を適切に保持される。誘導加熱の特性上、ワークが誘導コイル７１の中心に位置することが必要である。ただし、誘導コイル７１は加熱プレス位置４に配備されて加熱（Ｓ１３）・プレス（Ｓ１４）の工程でのみ用いる（図７）。この誘導コイル７１に交流電流を流すことにより、鉄その他の磁性材料で構成された金型２０自体に誘導電流が発生して温度上昇する。その結果、金型２０内部の成形部２３に充填された原料粉末１が加熱される。
The
下パンチ４０は、金型２０の底部開口２１から成形部２３に軸部４１が嵌入されて進退を可能とする下蓋状の金属部材である。この下パンチ４０は、上述のように搬送固定冶具６０の主要部を構成する。上パンチ５０は、金型２０の上部開口２２から成形部２３に嵌入と離脱を可能とする上蓋状の金属部材である。本装置１００は、図３に示した下パンチホルダ９１にワーク移動体６３を固定した状態で、ワーク移動体６３に仕込まれた原料粉末１を圧縮して粉末成形体２に成形する。なお、図３に示すワーク移動体６３は、加熱プレス冷却ライン１１において、加熱（Ｓ１３）・プレス（Ｓ１４）・急速冷却（Ｓ１５）の工程から上パンチ返送工程（Ｓ１７）において上パンチ５０を取外す手前までの姿を示している（図７）。なお、途中の温度調整（Ｓ１６）では、金型外枠９４や下パンチホルダ９１から外れた状態で搬送される。
The
上述したように、誘導コイル７１は加熱プレス位置４における加熱（Ｓ１３）・プレス（Ｓ１４）の工程以外では用いない。したがって、加熱プレス位置４に固設された誘導コイル７１に、前工程から移動してきたワーク移動体６３を下方から持ち上げる動作により（図１１、図１２）、誘導コイル７１と金型２０とを適切に位置合わせする。その際は、図３に示す上パンチ昇降ホルダ５２および金型外枠９４は適宜水平移動させる。
As described above, the
図４は、本装置において、ワーク移動体から上パンチを取外す状況を説明するための正面一部断面図である。ここで、上パンチ取外し手段５２は、分解抜出し位置６まで搬送された搬送固定冶具６０から上パンチ５０を取外す。図４に示すように、上パンチ５０の頭部を上パンチ昇降ホルダ（上パンチ取外し手段）５２に係合し、持ち上げて外す。なお、上パンチ昇降ホルダ５２は、制御部８０に制御された不図示の油圧シリンダ又はサーボモータ駆動のシリンダにより駆動される。
FIG. 4 is a partial front sectional view for explaining a situation in which the upper punch is removed from the workpiece moving body in the present apparatus. Here, the upper
図５は、本装置において、上パンチが取外された金型およびその周辺部を説明するための斜視図である。図５に示すように、下パンチ４０の軸部４１の外周を包囲するようにコイルスプリング９６が配設されている。コイルスプリング９６は、鍔部６２の上面と金型２０の底面との間を押し広げるように、つまり、金型２０を押し上げるように弾性力を付勢している。一方、金型２０の上面は、金型外枠９４の下面に当接しながら下向きに位置規制されている。その結果、金型２０は、上下動可能な下パンチホルダ９１の高さがある程度変動しても、金型外枠９４の下面に当接した状態で固定されている。つまり、コイルスプリング９６は、加熱時における誘導コイル７１の位置（高さ）に金型２０を合わせる機能を有する。なお、立体的構造を説明するための図５と、動作を模式的に説明するための図１〜図４、図６および図１１〜図１３は、細部の形状まで一致しない。
FIG. 5 is a perspective view for explaining the mold from which the upper punch is removed and its peripheral portion in the present apparatus. As shown in FIG. 5, a
図６は、本装置において、粉末成形体を金型から取出す状況を説明するための正面一部断面図である。図６に示すように、金型２０の上部が、この工程では不動の金型外枠９４の天井部分に当接しているので、金型２０は下向きに押さえつけられ位置規制されている。一方、金型２０の底部開口２１に嵌入されている下パンチ４０は、上下動可能な下パンチホルダ９１に把持されている。ここで、制御部８０が、不図示の油圧シリンダを約１ＫＮの力で駆動し、下パンチホルダ９１を上昇させることにより、下パンチ４０が押し上げられる。その結果、下パンチ４０の軸部４１の先端が、金型２０の内部から粉末成形体２を押し出すので、上パンチ昇降ホルダ５２の上面に露出する。なお、高温加圧処理の過程により、金型一式の各部位がワークと離脱困難に貼着しているので、相当の力で抜出す必要がある。
FIG. 6 is a partial front sectional view for explaining a situation in which the powder compact is taken out from the mold in this apparatus. As shown in FIG. 6, since the upper part of the
露出した粉末成形体２を、制御部８０に制御されたロボットアーム５３で摘まみ上げて不図示の製品置き場まで移動する。なお、下パンチホルダ９１、上パンチ昇降ホルダ５２およびロボットアーム５３は、本発明でいう製品取出し手段８５の一部を構成する。このようにして、製品取出し手段８５は、金型２０から粉末成形体２を取り出す。なお、下パンチホルダ９１は、金型２０から粉末成形体２を取り出す工程以外では、図６を参照して説明したように上下動する必要は無い。特に、加熱プレス位置４において、ワーク移動体６３を固定する下パンチホルダ９１は、台座９５とともに、プレス時の応力等に対抗できるように構成されている。
The exposed
再び図１に戻って説明する。窒素室形成手段９３は、加熱手段７０およびプレス手段９０とほぼ同時に機能して金型２０を窒素雰囲気に収容する。すなわち、窒素室形成手段９３は、プレス手段９０を覆うように窒素雰囲気を形成する。具体的には、窒素パージ用の小部屋（図１１〜図１３参照）が、ガイドに沿ってエアシリンダで水平に進退する機構を備え、その機構により形成された半密室の窒素室９７でワーク移動体６３を覆うことによって、適宜に窒素雰囲気を形成する。
Returning again to FIG. The nitrogen chamber forming means 93 functions almost simultaneously with the heating means 70 and the pressing means 90 and accommodates the
温度調整手段７２は、金型２０および粉末成形体２を所定の温度で所定の高温加圧処理時間Ｔ１だけ維持した後に冷却する。具体的には、温度調整手段７２は、制御部８０に統括制御され、温度センサ４３（図３）から温度情報の入力を得るとともに、冷却位置５に配設されたエアーノズル又は空冷ファン７３の送風出力を、規定の制御パタンに沿って制御する。制御パタンについては、図９の温度管理グラフに沿って後述する。なお、制御パタンには、温度管理以外に、プレス工程（Ｓ１４）におけるタイマー制御も含まれている。
The temperature adjusting means 72 cools the
原料粉末充填手段３０は、原料粉末１を計量して、金型２０の上部開口２２から成形部２３へ充填する。この原料粉末充填手段３０は、不図示のホッパ、電子天秤および超音波発振器３１を備えており、ホッパ等に貯留された原料粉末１を電子天秤により計量し、計量された量の原料粉末１を超音波発振器３１（図１、図９）が生成する超音波で振動させながら金型２０の内部に形成された成形部２３へと均一に充填する。
The raw material powder filling means 30 measures the
分解抜出し位置６まで搬送された複数の搬送固定冶具６０から、上パンチ取外し手段５２により、上パンチ５０が取り外される。取外された上パンチ５０は、上パンチ返送手段８７により、分解抜出し位置６から上パンチ嵌着位置３へと返送される。上パンチ返送手段８７は、不図示のロボットアームを制御部８０が駆動する構成である。
The
図７は、本発明の実施形態に係る粉末成形方法の工程および金型移動を説明するためのフロー図である。本方法は、金型２０に形成した成形部２３に原料粉末１を充填し、この充填された原料粉末１を加熱・圧縮して粉末成形体２を成形する粉末成形方法である。本方法は、図７に沿って以下に説明する工程を有する。なお、本装置１００の起動時には、図２に示すように上パンチ５０を取外された金型２０が、予め原料粉末充填位置８にセットされているものとする（後述する第４搬送工程（Ｓ４）参照）。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the steps of the powder molding method and mold movement according to the embodiment of the present invention. This method is a powder molding method in which the
まず、原料粉末充填工程（Ｓ１１）により、金属ガラス粒子の原料粉末１を不図示の電子天秤で計量するとともに、粉末流動性の低い金属ガラス粒子（粉末）を超音波で振動させながら金型２０の奥に位置する成形部２３まで均一かつスムーズに充填する。つぎに、第１搬送工程（Ｓ１）により、金型２０を原料粉末充填位置８から上パンチ嵌着位置３まで搬送して固定する。上パンチ嵌着位置３では、上パンチ嵌着工程（Ｓ１２）により、搬送固定冶具６０にセットされた金型２０に上パンチ５０が嵌着されて、ワーク移動体６３が形成される。ここで、金型一式に原料粉末１が仕込まれた状態のワーク移動体６３は、第２搬送工程（Ｓ２）により、上パンチ嵌着位置３から加熱プレス位置４へと搬送される。
First, in the raw material powder filling step (S11), the
加熱（Ｓ１３）・プレス（Ｓ１４）の工程では、上述した窒素室形成手段９３により窒素パージ用の小部屋、すなわち窒素室９７を用意し、その中で窒素の拡散・浪費を防ぎながら窒素パージを行う（図１１〜図１３参照）。窒素雰囲気の加熱プレス位置４において、加熱工程（Ｓ１３）により、金型２０内の原料粉末１を誘導加熱により加熱する（図８参照）。
In the step of heating (S13) and pressing (S14), a small chamber for purging nitrogen, that is, a
加熱された原料粉末１を、そのまま窒素雰囲気におけるプレス工程（Ｓ１４）で、油圧シリンダ９９（３〜１５ＫＮ）により上パンチ５０と下パンチ４０とを軸方向に近づけるように圧縮する。加熱工程（Ｓ１３）により、所定の温度範囲に加熱・保温された状態でプレス工程（Ｓ１４）が実行される。すなわち、プレス工程（Ｓ１４）において、原料粉末１を３５０〜４３０℃の温度範囲で維持するとともに、高温加圧処理時間Ｔ１を１５０秒以上確保するように高温加圧処理する。
The heated
プレス工程（Ｓ１４）の後、急速冷却工程（Ｓ１５）において、ワーク移動体６３を加熱プレス位置４に残した状態で３５０℃から２００℃まで１５秒で急速冷却する。この急速冷却工程（Ｓ１５）は、例えば、エアブローに冷却剤を併用し、不図示の液体窒素をワーク移動体６３に吹き付けることで達成できる。
After the pressing step (S14), in the rapid cooling step (S15), the
つぎに、第３搬送工程（Ｓ３）により、加熱プレス位置４から緩慢冷却位置５を経て分解抜出し位置６へとワーク移動体６３を搬送する（図１参照）。この第３搬送工程（Ｓ３）では、ベルトコンベア上に１０個のワーク移動体６３を順次滞留させながら低速搬送することにより、緩慢冷却工程（Ｓ１６）も並行して実行される。この緩慢冷却工程（Ｓ１６）では、金型２０の外側からエアーノズル又は空冷ファン７３によるブローを吹きかけて、粉末成形体２を２００℃から６０℃まで１５０秒で冷却する（図８参照）。
Next, the
つぎに、分解抜出し位置６において、図４、図５に示すように、上パンチ返送工程（Ｓ１７）により、上パンチ５０を金型２０から取外す。この上パンチ返送工程（Ｓ１７）では、取外された上パンチ５０を、分解抜出し位置６から上パンチ嵌着位置３へと返送する。また、分解抜出し位置６における製品取出し工程（Ｓ１８）では、図６に示すように金型２０から粉末成形体２を取り出す。
Next, at the disassembly /
一方、分解抜出し位置６で上パンチ５０を取外された金型２０は、第４搬送工程（Ｓ４）により、（金型戻り位置７経由で）原料粉末充填位置８まで搬送される。図７の第１搬送工程（Ｓ１）〜第４搬送工程（Ｓ４）に示すように、搬送固定冶具６０に取付けられた状態の金型２０は、原料粉末充填位置８、上パンチ嵌着位置３、加熱プレス位置４、緩慢冷却位置５、分解抜出し位置から（金型戻り位置７経由で）原料粉末充填位置８に戻るまでの５（６）箇所にわたって巡回する。なお、支援ライン１２の都合により、金型戻り位置７を大きく設けて、そこに余分な金型２０を滞留させるようにしても構わない。その場合は、不図示の上パンチ戻り位置も設けて、そこに余分な上パンチ５０を滞留させて数合わせする。
On the other hand, the
図８は、本方法において、金型の温度調整とタクトタイムとを説明するためのグラフである。
なお、図８は、一例を示したにすぎない。したがって、本装置１００の製造品目や原料粉末１が変われば、各工程におけるタクトタイムｔその他の最適実行値も適宜に変更される。
図７でも示したように、加熱工程（Ｓ１３）により、金型２０内に充填された原料粉末１を、誘導加熱により常温から４３０℃まで１５秒で加熱する。加熱工程（Ｓ１３）で加熱され高温に維持された状態でプレス工程（Ｓ１４）が実行される。すなわち、プレス工程（Ｓ１４）において、原料粉末１を３５０〜４３０℃の温度範囲で維持するとともに、高温加圧処理時間Ｔ１を１５０秒以上確保ように高温加圧処理する。
FIG. 8 is a graph for explaining temperature adjustment and tact time of a mold in this method.
FIG. 8 shows only an example. Therefore, if the manufacturing item of the
As shown also in FIG. 7, the
プレス工程（Ｓ１４）の後、急速冷却工程（Ｓ１５）において、ワーク移動体６３を３５０℃から２００℃まで１５秒で急速冷却する。急速冷却工程（Ｓ１５）の後、緩慢冷却工程（Ｓ１６）では、２００℃から６０℃まで１５０秒で冷却する。６０℃以下であれば、支援ライン１２のいずれでも耐熱性の問題はないので、その後、上パンチ返送工程（Ｓ１７）および製品取出し工程（Ｓ１８）が順次実行されるとともに、室温まで自然冷却される。
After the pressing step (S14), in the rapid cooling step (S15), the
全工程を稼動した場合、プレス工程（Ｓ１４）の高温加圧処理時間（Ｔ１＝１５０秒）と、緩慢冷却工程（Ｓ１６）の緩慢冷却時間（Ｔ２＝１５０秒）と、の２工程の長い所要時間に比べて、他の工程は概ねタクトタイム（ｔ＝１５秒）という短時間で足りるので、ライン構成のバランスが悪い。特に、１箇所しかない加熱プレス位置４に１個のワーク移動体６３が固定された状態で実行されるプレス工程（Ｓ１４）および急速冷却工程（Ｓ１５）において、Ｔ１＋ｔ＝１５０＋１５＝１６５秒の滞留時間となり、その工程がボトルネックになる。そこで、加熱プレス位置４以外の場所で実行される工程に、複数のワーク移動体６３を流しながら全工程をできるだけ同時進行させるようにライン稼動する。
When all the processes are in operation, it takes two long steps: high-temperature pressure treatment time (T1 = 150 seconds) in the pressing step (S14) and slow cooling time (T2 = 150 seconds) in the slow cooling step (S16). Compared to the time, the other processes generally require a short time of tact time (t = 15 seconds), so the balance of the line configuration is poor. In particular, in the pressing step (S14) and the rapid cooling step (S15) executed in a state where one
すなわち、プレス工程（Ｓ１４）および急速冷却工程（Ｓ１５）で１６５秒を要する滞留時間は短縮できないので、その１６５秒の間に、上パンチ嵌着位置３、分解抜出し位置６、金型戻り位置７、および原料粉末充填位置８に、各１個ずつワーク移動体６３が流れて稼動する。なお、緩慢冷却位置５は、１０個のワーク移動体６３を連続的に並べて対応する。緩慢冷却位置５で６０℃まで冷却されたワーク移動体６３を、順番に次の工程、すなわち上パンチ返送工程（Ｓ１７）および製品取出し工程（Ｓ１８）へと進めることができる。
That is, the dwell time requiring 165 seconds in the pressing step (S14) and the rapid cooling step (S15) cannot be shortened, so that the upper punch
このように、平均的なタクトタイム（ｔ＝１５秒）では処理できない工程がボトルネックになるので、現状では短縮困難なボトルネックの長い処理時間の間に、短時間で処理可能な他の工程を複数のワーク移動体６３で切れ目無く対応することによって、効率良く稼動することが可能となる。
なお、上述したように、プレス工程（Ｓ１４）および急速冷却工程（Ｓ１５）に要する１６５秒の滞留時間と、他の工程の１５秒というタクトタイムｔと、については、一例を示したにすぎない。つまり、ガラス金属により製造される製品の品目、粉末成形体２の形状、および原料粉末１の材料変更等により、高温加圧処理時間Ｔ１をはじめとする各工程の制御パタンが切り替えられる。また、制御パタンの切り替えについては、制御部８０のプログラムにより、いかようにも対応することが可能である。
As described above, since a process that cannot be processed with an average tact time (t = 15 seconds) becomes a bottleneck, other processes that can be processed in a short time during a long processing time of a bottleneck that is difficult to shorten at present. It is possible to operate efficiently by dealing with a plurality of
As described above, the dwell time of 165 seconds required for the pressing step (S14) and the rapid cooling step (S15) and the tact time t of 15 seconds for the other steps are merely examples. . That is, the control pattern of each process including the high-temperature pressurization treatment time T1 is switched depending on the item of the product manufactured from glass metal, the shape of the
本発明によれば、完全自動化ラインの完成度を高めるとともに、原料粉末充填から製品取出しまでの複数の工程それぞれの工程所要時間、すなわちタクトタイムを考慮し、製造装置１台について単位時間あたりの生産数量、すなわち生産効率を向上させた粉末成形金型装置および粉末成形方法を実現することができる。 According to the present invention, the complete automation line is improved, and the time required for each of the plurality of processes from filling the raw material powder to taking out the product, i.e., the tact time, is taken into consideration. It is possible to realize a powder molding die apparatus and a powder molding method with improved quantity, that is, production efficiency.
図９は、本装置の一実施例（本実施例）を示す全体正面図である。図１０は、図９に示した本装置を示す全体平面図である。図９、図１０に示すように、本装置１００は、概ね直方体の外形を形成する金属フレーム１０に各部が駆動可能に配設され、外部から電力、油圧、および空気圧による動力と、原料粉末１との供給を受けて、金属ガラス製のミニチュア・ベアリングを、連続的に大量生産するための高速連続式金属ガラス成形装置を構成する。また、本装置１００は、工場の内部である程度の移動および据え置きの調整に便利なように、金属フレーム１０の底面にキャスター１３および高さ調整足１４も配設されている。なお、図９、図１０は、各部の全てを符号で示す図ではないので他の図を参照することも必要である。また、他の図と細部の形状まで正確に一致させる性質の図ではない。
FIG. 9 is an overall front view showing an embodiment (this embodiment) of the present apparatus. FIG. 10 is an overall plan view showing the present apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 9 and FIG. 10, this
本装置１００は、図１ほか各図に沿って説明したように、原料粉末充填位置８、上パンチ嵌着位置３、加熱プレス位置４、緩慢冷却位置５、分解抜出し位置６および金型戻り位置７の各所にわたって、金型２０が装着された搬送固定冶具６０、又は金型一式にワークまで完全に装着されたワーク移動体６３、あるいは単独の上パンチ５０が、規定どおりに移動を繰り返すように構成されている。移動は、ベルトコンベアおよびロボットアームで構成された第１搬送手段８１、第２搬送手段８２、第３搬送手段８３、第４搬送手段８４、および上パンチ返送手段８７が、制御部８０の命令により実行する。
As described with reference to FIG. 1 and other drawings, the
本装置１００は、図１〜図８に沿って説明したように、金型戻り位置７又は原料粉末充填位置８に金型載置手段８６が配設されている。また、原料粉末充填手段３０として超音波発振器３１が配設されている。また、上パンチ嵌着位置３に上パンチ嵌着手段５１が配設されている。また、加熱プレス位置４に金型外枠９４、台座９５、加熱手段７０、プレス手段９０、窒素室形成手段９３および窒素室９７（図１２〜図１３参照）が配設されている。また、緩慢冷却位置５に第３搬送手段８３、温度調整手段７２および空冷ファン７３が配設されている。同様に、分解抜出し位置６に上パンチ昇降ホルダ（上パンチ取外し手段）５２、ロボットアーム５３および製品取出し手段８５が配設されている。
As described with reference to FIGS. 1 to 8, the
本装置１００は、加熱プレス冷却ライン１１および支援ライン１２が制御部８０で統括制御されて稼動する構成であり、制御部８０が有する入力部、すなわち操作盤８８に配設された不図示のスイッチ類を操作することにより稼動又は停止の状態となる。また、プログラムの実行により全自動運転が可能であり、例えば、１００個生産する旨を入力し、応分の原料粉末１を原料粉末充填位置８に配備し、稼動スイッチをＯＮするだけで、ミニチュア・ベアリングの主要構成部を形成した金属ガラス製の粉末成形体２が製品置き場に１００個貯留される。
The
なお、本装置１００は、加熱プレス位置４における工程の処理能力が、ボトルネックとなっており、１台で全力稼動しても約１６５秒で１個、すなわち毎時２０個強である。そこで、本装置１００において、加熱プレス位置４に備わる構成だけを３組に増設したライン構成とすれば、約１６５秒で３個、すなわち毎時６０個強の生産能力に強化することも可能である。この１６５秒も今後の研究により短縮できる。
In addition, the processing capacity of the process at the
＜細部実施例＞
図１１は、細部実施例として、加熱プレス位置へ送られて来たワーク移動体を上昇させる直前の状態を説明するための正面図である。図１２は、図１１に示したワーク移動体を上昇させた直後の状態を説明するための正面図である。図１１に示すように、ワーク移動体６３は、誘導コイル７１が付随していない状態で加熱プレス位置４へ送られて来る。その後、図１２に示すように、加熱プレス位置４において、輪形の誘導コイル７１に真下から潜り込むような位置関係で、ワーク移動体６３を上昇させることにより、ワーク移動体６３に誘導コイル７１が装備される。また、図１２の状態から図１１の状態へと逆戻りすることによって、ワーク移動体６３から誘導コイル７１の装備を解除される。
<Detailed Examples>
FIG. 11 is a front view for explaining a state immediately before the workpiece moving body sent to the heating press position is lifted as a detailed embodiment. FIG. 12 is a front view for explaining a state immediately after the workpiece moving body shown in FIG. 11 is raised. As shown in FIG. 11, the
図１３は、図１２に示したワーク移動体に、横方向からスライドベッド方式のプレス受けおよび窒素室が装備されるとともに、上方から油圧シリンダが下降して当接するまでの状況を説明するための正面一部透視図である。図１２に示したワーク移動体６３には、誘導コイル７１のみが装着されているだけであって、プレス受け９および窒素室９７は加熱プレス位置４から水平方向に離れた位置で待機しているため、ワーク移動体６３には装備されていない。また、油圧シリンダ９９は、加熱プレス位置４の上方に高く離れた位置で待機しているため、ワーク移動体６３には当接していない。
FIG. 13 is a view for explaining a situation in which the workpiece moving body shown in FIG. 12 is equipped with a slide bed type press receiver and a nitrogen chamber from the lateral direction until the hydraulic cylinder descends and contacts from above. It is a partial front perspective view. Only the
この状態から、図１３に示すように、スライドベッド方式のプレス受け９、およびプレス受け９に載置された窒素室９７が、ワーク移動体６３に近付くように水平移動して装備される。それと同時に、加熱プレス位置４の上方で待機していた油圧シリンダ９９が、下降して上パンチ５０に当接する。ただし、この図１３は説明のため、油圧シリンダ９９が上パンチ５０に当接する直前の状態を示しているが、当接してからプレス工程（Ｓ１４）が実行される。なお、油圧シリンダ９９には上述したように軸方向の位置計測器（不図示）が配設されている。
From this state, as shown in FIG. 13, the slide bed
本発明に係る粉末成形金型装置および粉末成形方法は、例えば、歯科医療用ドリルの軸受けのように、頻繁な薬剤洗浄等にも耐えられる耐食性を要求されるミニチュア・ベアリングを、金属ガラスによって大量生産するための高速連続式金属ガラス成形装置として利用可能性がある。その高速連続式金属ガラス成形装置により大量生産される金属ガラス成形品は、ミニチュア・ベアリングに限らず、小型歯車その他の製品として、歯切り等の切削加工やバリ処理、熱処理の工程が不要なため、従来よりも工程数を減らすことが可能となる。 The powder molding die apparatus and the powder molding method according to the present invention include, for example, a large amount of miniature bearings that require corrosion resistance that can withstand frequent chemical cleaning, such as bearings for dental drills. It can be used as a high-speed continuous metallic glass forming apparatus for production. Metal glass molded products that are mass-produced by the high-speed continuous metal glass molding equipment are not limited to miniature bearings, and as small gears and other products, cutting, burring, and heat treatment processes such as gear cutting are unnecessary. Thus, the number of steps can be reduced as compared with the conventional case.
１ 原料粉末、２ 粉末成形体、３ 上パンチ嵌着位置、４ 加熱プレス位置、５ 緩慢冷却位置、６ 分解抜出し位置、７ 金型戻り位置、８ 原料粉末充填位置、９ （スライドベッド方式の）プレス受け、１０ 金属フレーム、１１ 加熱プレス冷却ライン、１２ 支援ライン、２０ 金型、２１ 底部開口、２２ 上部開口、２３ 成形部、３０ 原料粉末充填手段、３１ 超音波発振器、４０ 下パンチ、４１ 軸部、４２ コアロッド、４３ 温度センサ、５０ 上パンチ、５１ 上パンチ嵌着手段、５２ 上パンチ昇降ホルダ（上パンチ取外し手段）、５３ ロボットアーム、５４〜５９ 、６０ 搬送固定冶具、６１ 軸穴、６２ 鍔状部、６３ ワーク移動体、７０ 加熱手段、７１ 誘導コイル、７２ 温度調整手段、７３ 空冷ファン、８０ 制御部、８１ 第１搬送手段、８２ 第２搬送手段、８３ 第３搬送手段、８４ 第４搬送手段、８５ 製品取出し手段、８６ 金型載置手段、８７ 上パンチ返送手段、９０ プレス手段、９１ 下パンチホルダ、９２ 凹部、９３ 窒素室形成手段、９４ 金型外枠、９５ 台座、９６ コイルスプリング、９７ 窒素室、９９ 油圧シリンダ１００ 粉末成形金型装置、Ｓ１ 第１搬送工程、Ｓ２ 第２搬送工程、Ｓ３ 第３搬送工程、Ｓ４ 第４搬送工程、Ｓ１０ 、Ｓ１１ 原料粉末充填工程、Ｓ１２ 上パンチ嵌着工程、Ｓ１３ 加熱工程、Ｓ１４ プレス工程、Ｓ１６ 緩慢冷却工程、Ｓ１７ 上パンチ返送工程、Ｓ１８ 製品取出し工程、Ｓ２０ 、Ｔ１ 高温加圧処理時間、Ｔ２ 緩慢冷却時間、ｔ タクトタイム、 1 Raw material powder 2 Powder compact 3 Upper punch fitting position 4 Heating press position 5 Slow cooling position 6 Disassembly / extraction position 7 Mold return position 8 Raw material powder filling position 9 (Slide bed type) Press receiver, 10 Metal frame, 11 Heating press cooling line, 12 Support line, 20 Mold, 21 Bottom opening, 22 Upper opening, 23 Molding part, 30 Raw material powder filling means, 31 Ultrasonic oscillator, 40 Lower punch, 41 axis Part, 42 core rod, 43 temperature sensor, 50 upper punch, 51 upper punch fitting means, 52 upper punch lifting holder (upper punch removing means), 53 robot arm, 54-59, 60 transport fixing jig, 61 shaft hole, 62 Casket, 63 Workpiece moving body, 70 Heating means, 71 Induction coil, 72 Temperature adjusting means, 73 Air cooling fan, 80 81, first conveying means, 82 second conveying means, 83 third conveying means, 84 fourth conveying means, 85 product take-out means, 86 mold placing means, 87 upper punch returning means, 90 pressing means, 91 Lower punch holder, 92 recess, 93 nitrogen chamber forming means, 94 outer mold frame, 95 pedestal, 96 coil spring, 97 nitrogen chamber, 99 hydraulic cylinder 100 powder molding die device, S1 first transfer step, S2 second transfer Step, S3 Third conveying step, S4 Fourth conveying step, S10, S11 Raw material powder filling step, S12 Upper punch fitting step, S13 Heating step, S14 Pressing step, S16 Slow cooling step, S17 Upper punch returning step, S18 product Extraction process, S20, T1 high-temperature pressure treatment time, T2 slow cooling time, t tact time,
Claims (7)
前記金型の底部開口から前記成形部に軸部が嵌入されて進退を可能とする下蓋状の下パンチと、
前記金型の上部開口から前記成形部に嵌入と離脱を可能とする上蓋状の上パンチと、
前記成形部に充填された前記原料粉末を加熱する加熱手段と、
前記金型に嵌入された前記上パンチと前記下パンチとを接近させる方向に加圧することで前記成形部に充填された前記原料粉末を圧縮して粉末成形体を成形するプレス手段と、
少なくとも前記下パンチを伴って前記原料粉末が充填された前記金型に前記上パンチが嵌着された状態で移動又は固定を可能にする複数のワーク移動体と、
を備えたことを特徴とする粉末成形金型装置。 A powder molding die device for molding a powder compact by heating and compressing raw material powder filled in a mold having a molding part formed therein,
A lower punch-shaped lower punch that allows the shaft portion to be inserted into the molding portion from the bottom opening of the mold and allows advancement and retraction;
An upper punch-like upper punch that enables insertion and removal from the upper opening of the mold to the molding part;
Heating means for heating the raw material powder filled in the molded part;
A pressing means for compressing the raw material powder filled in the molding part by pressurizing the upper punch and the lower punch inserted in the mold so as to approach each other, and molding a powder compact;
A plurality of workpiece moving bodies capable of moving or fixing in a state in which the upper punch is fitted in the mold filled with the raw material powder with at least the lower punch;
A powder molding die apparatus comprising:
前記ワーク移動体に仕込まれた原料粉末を窒素雰囲気中で前記加熱手段により所定の温度範囲に維持されて所定の高温加圧処理時間だけ前記プレス手段により高温加圧処理した前記粉末成形体を温度調整手段により所定の温度勾配で冷却するまでの工程を実行可能なロボット構成の加熱プレス冷却ラインと、
該加熱プレス冷却ラインを支援する一連の工程を実行可能なロボット構成の支援ラインと、
前記加熱プレス冷却ラインおよび前記支援ラインを稼動させる制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項１又２に記載の粉末成形金型装置。 The line configuration on which the workpiece moving body moves is as follows:
The powder compact that has been subjected to high-temperature pressure treatment by the press means for a predetermined high-temperature pressure treatment time while the raw material powder charged in the workpiece moving body is maintained in a predetermined temperature range by the heating means in a nitrogen atmosphere A heating press cooling line with a robot configuration capable of executing a process until cooling with a predetermined temperature gradient by the adjusting means;
A robot-structured support line capable of performing a series of steps to support the heating press cooling line;
A control unit for operating the heating press cooling line and the support line;
The powder molding die apparatus according to claim 1 or 2, further comprising:
前記ワーク移動体を構成する搬送固定冶具を脱着可能に保持する下パンチホルダと、
前記加熱手段として前記搬送固定冶具が前記下パンチホルダに固定された状態で前記成形部に充填された前記原料粉末を誘導加熱する誘導コイルと、
前記加熱手段および前記プレス手段と同時に機能して前記金型を窒素雰囲気に収容可能な窒素室形成手段と、を備え、
前記温度調整手段は前記加熱手段により３５０〜４３０℃の範囲で１５０秒以上維持した後に、前記温度勾配を急速冷却から緩慢冷却に切換え可能であることを特徴とする請求項３に記載の粉末成形金型装置。 The heating press cooling line is
A lower punch holder that detachably holds a conveyance fixing jig constituting the workpiece moving body;
An induction coil that induction-heats the raw material powder filled in the molding part in a state where the conveyance fixing jig is fixed to the lower punch holder as the heating means;
A nitrogen chamber forming means that functions simultaneously with the heating means and the pressing means and can accommodate the mold in a nitrogen atmosphere;
4. The powder molding according to claim 3, wherein the temperature adjusting means is capable of switching the temperature gradient from rapid cooling to slow cooling after maintaining for 150 seconds or more in the range of 350 to 430 ° C. by the heating means. Mold equipment.
前記搬送固定冶具を主要構成する前記下パンチの上部に前記金型を載置する金型載置手段と、
前記原料粉末を計量するとともに前記成形部へ前記原料粉末を充填する原料粉末充填手段と、
前記金型載置手段により前記下パンチの上部に前記金型を載置した状態で前記搬送固定冶具を原料粉末充填位置から上パンチ嵌着位置まで搬送して固定する第１搬送手段と、
前記上パンチ嵌着位置で前記上パンチを前記金型に嵌着する上パンチ嵌着手段と、
前記上パンチ嵌着位置から加熱プレス位置へと前記ワーク移動体を搬送する第２搬送手段と、
前記ワーク移動体を前記加熱プレス位置から分解抜出し位置まで搬送する第３搬送手段と、
前記分解抜出し位置まで搬送された前記搬送固定冶具から前記上パンチを取り外す上パンチ取外し手段と、
前記上パンチを取外された前記金型を前記分解抜出し位置から原料粉末充填位置まで搬送する第４搬送手段と、
前記上パンチ取外し手段により取り外された前記上パンチを前記分解抜出し位置から前記上パンチ嵌着位置へと返送する上パンチ返送手段と、
前記金型から前記粉末成形体を取り出す製品取出し手段と、
を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の粉末成形金型装置。 The support line is
A mold placing means for placing the mold on the upper part of the lower punch that mainly constitutes the conveyance fixing jig;
Raw material powder filling means for weighing the raw material powder and filling the raw material powder into the molding part,
First conveying means for conveying and fixing the conveying and fixing jig from the raw material powder filling position to the upper punch fitting position with the mold placed on the lower punch by the mold placing means;
Upper punch fitting means for fitting the upper punch to the mold at the upper punch fitting position;
Second conveying means for conveying the workpiece moving body from the upper punch fitting position to the heating press position;
Third transport means for transporting the workpiece moving body from the heating press position to the disassembly / extraction position;
An upper punch removing means for removing the upper punch from the transport fixing jig transported to the disassembly and extraction position;
A fourth conveying means for conveying the mold from which the upper punch has been removed from the disassembly / extraction position to a raw material powder filling position;
An upper punch returning means for returning the upper punch removed by the upper punch removing means from the disassembly / extraction position to the upper punch fitting position;
Product take-out means for taking out the powder compact from the mold;
The powder molding die apparatus according to claim 3 or 4, characterized by comprising:
前記原料粉末を計量するとともに超音波で振動させながら前記成形部に充填する原料粉末充填工程と、
前記下パンチに嵌着された前記金型を原料粉末充填位置から上パンチ嵌着位置まで搬送して固定する第１搬送工程と、
上パンチ嵌着位置で前記上パンチを原料粉末の充填された前記金型に嵌着してワーク移動体を形成する上パンチ嵌着工程と、
前記ワーク移動体の単位で前記上パンチ嵌着位置から加熱プレス位置へと前記ワーク移動体を搬送する第２搬送工程と、
前記加熱プレス位置の前記ワーク移動体に対し窒素雰囲気を形成するとともに前記金型内に充填された原料粉末を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された後に所定の温度範囲で所定の高温加圧処理時間だけ前記原料粉末を高温加圧処理するプレス工程と、
前記プレス工程の後に前記加熱プレス位置で急速冷却する急速冷却工程と、
前記加熱プレス位置から緩慢冷却位置を経て分解抜出し位置へと前記ワーク移動体を搬送する第３搬送工程と、
前記上パンチを前記金型から取外して前記分解抜出し位置から上パンチ嵌着位置へと返送する上パンチ返送工程と、
前記分解抜出し位置で前記下パンチの軸部が前記金型を貫通することにより、前記粉末成形体を前記金型から抜出す製品取出し工程と、
前記分解抜出し位置で前記上パンチを取外された前記金型を前記原料粉末充填位置まで搬送する第４搬送工程と、
を有することを特徴とする粉末成形方法。 A powder compact is obtained by compressing the raw material powder filled in the molding portion formed by fitting the piston-like lower punch and the upper punch respectively on the upper and lower sides of the cylinder-shaped mold by the lower punch and the upper punch. A powder molding method based on a powder metallurgy method for molding,
Raw material powder filling step of weighing the raw material powder and filling the molded part while vibrating with ultrasonic waves,
A first conveying step of conveying and fixing the mold fitted to the lower punch from the raw material powder filling position to the upper punch fitting position;
An upper punch fitting step of fitting the upper punch into the mold filled with raw material powder to form a workpiece moving body at an upper punch fitting position;
A second conveying step of conveying the workpiece moving body from the upper punch fitting position to the heating press position in units of the workpiece moving body;
A heating step of forming a nitrogen atmosphere for the workpiece moving body at the heating press position and heating the raw material powder filled in the mold,
A pressing step in which the raw material powder is subjected to high-temperature pressure treatment for a predetermined high-temperature pressure treatment time within a predetermined temperature range after being heated in the heating step;
A rapid cooling step of rapidly cooling at the heating press position after the pressing step;
A third transport step for transporting the workpiece moving body from the heating press position to the disassembly / extraction position via the slow cooling position;
An upper punch returning step of removing the upper punch from the mold and returning it from the disassembly / extraction position to the upper punch fitting position;
A product removing step of extracting the powder compact from the mold by allowing the shaft portion of the lower punch to penetrate the mold at the disassembly and extraction position;
A fourth transporting step of transporting the mold, from which the upper punch has been removed at the disassembly and extraction position, to the raw material powder filling position;
A powder molding method characterized by comprising:
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| CN107866570A (en) * | 2017-12-15 | 2018-04-03 | 东北大学 | A kind of equipment for powder metallurgy warm pressing formation |
| CN113727527A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-30 | 苏州景昱医疗器械有限公司 | Rolling equipment and rolling method for flexible conductive flexible board |
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2014
- 2014-06-23 JP JP2014128075A patent/JP6325368B2/en active Active
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