JP5983998B2 - 粉末成形装置と同装置による粉末充填方法 - Google Patents

Description

この発明は、圧粉体を製造する粉末成形装置、詳しくは、得られる圧粉体の各部の密度差を小さくするのに有効な粉末成形装置と同装置による粉末充填方法に関する。

焼結部品用の圧粉体、中でも中心に穴のある圧粉体の成形は、ダイと上下のパンチとコアロッドを組み合わせた金型を有する粉末成形装置を用いて行われる。その粉末成形装置では、ダイと下パンチとコアロッドによってその３者間に作り出されるキャビティに対してダイプレート上を摺動する給粉ボックスから粉末が投入される。

ホッパに収納された粉末がホースを通して給粉ボックスに導入され、その粉末が給粉ボックスからキャビティに投入される。このとき、製品形状によってはキャビティの開口が局所的に狭くなることがあり、そのようなケースでは開口が局所的に狭くなっているところでキャビティに対する粉末の導入が不十分になって製品に密度差が生じることから、下記特許文献１は、その問題の解消策を提案している。

特開２００２−３５９９８号公報

前掲の特許文献１は、製品形状に起因した密度差に対応した発明であるが、製品の密度差は、金型のキャビティの各部に対する給粉ボックスからの粉末投入時間が一定しないなどの理由によっても発生する。

給粉ボックスは、退避点からダイプレート上を摺動してキャビティ上に移動する。そのために、キャビティの各部（退避点に近い側と遠い側）に対する給粉ボックスからの粉末の投入時間に差が生じる（給粉ボックスの前進方向前方側ほど投入時間が短い）。

これに加えて、給粉ボックス内の粉末は同ボックスの前進方向前方にあるものから先にキャビティに投入されることから、キャビティ内粉末に対する残存粉末の重量の影響は給粉ボックス内での粉末残存量が少ない側（給粉ボックスの前進方向前方側）で小さくなる。

これ等のことが原因で、給粉ボックスの前進方向前部側でキャビティ内粉末の充填密度が小さくなって圧粉体の成形密度がばらつく。

この発明は、各部の成形密度が平均化された圧粉体を得るために、給粉ボックスからの粉末の投入時間差などに起因したキャビティの各部での粉末の充填密度のばらつきを抑制す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、ダイプレート上を摺動する給粉ボックスから、成形金型のダイ、下パンチ及びコアロッドによって作り出されるキャビティに粉末を投入し、その粉末を前記下パンチとそれに対向させた上パンチとで加圧して成形する粉末成形装置を以下の通りに構成した。

即ち、前記コアロッドの上面（先端）を、前記給粉ボックスの前進方向に向って下り傾
斜の平面の斜面にし、さらに、キャビティに対する粉末投入時に前記コアロッドがダイの上面よりも低い位置に置かれるようにし、キャビティに対する粉末投入後にそのコアロッドがダイに対して相対的に上昇するオーバーフィル動作を実行させ、そのオーバーフィル動作で前記コアロッド上にある粉末を給粉ボックスの前進方向に向って押し流すようにした。

この粉末成形装置のコアロッドの上面の傾斜角や前記オーバーフィル動作のストロークは、圧粉体の密度差を補正するのに必要な粉末の量を求め、その量に応じて設定する。コアロッドの上面の傾斜角が大きいほどコアロッドの上面上に投入される粉末の量（これが補正に利用される）は多くなる。

この粉末成形装置による金型のキャビティへの粉末充填は、前記給粉ボックスから前記キャビティに粉末を投入するときに、コアロッドをダイの上面よりも下方に保持し、キャビティへの粉末投入後にそのコアロッドをダイに対して粉末投入時よりも相対的に上昇させ、このオーバーフィル動作で当該コアロッド上にある粉末を給粉ボックスの前進方向前方側に押し流す方法で行う。この発明は、かかる粉末充填方法も併せて提供する。

この方法による充填後に、給粉ボックスを給粉位置から退避させてキャビティ上の粉末を掻き均し、好ましくはその後にさらに、下パンチを前記ダイに対して相対的に下降させるアンダーフィル動作を実行させ、このアンダーフィル動作でコアロッドの上面に残存した粉末を滑落させて上下のパンチによる加圧成形を実施する。

なお、コアロッドの上面上に保持された粉末には、アンダーフィル動作を実行するときに併せて振動などを加えることができる。この振動などの付与は、コアロッドの上面の傾斜角が小さいときには特に、上面上の粉末の滑落を促進するための有効な手段となる。

この発明の粉末成形装置とそれを用いた粉末充填方法では、コアロッドの上面を一方向に傾斜させ、そのコアロッドを、キャビティに対する粉末投入後にダイに対して相対的に上昇させる。

このオーバーフィル動作により、コアロッド上にある粉末が給粉ボックスの前進方向前方側に押し流され、これにより、従来粉末の充填密度が低くなっていた領域（コアロッドよりも給粉ボックスの前進方向前方側）に粉末が補われてキャビティの各部における粉末の充填密度が平均化される。

この発明の粉末成形装置の一例の要部を示す断面図 図１の粉末成形装置の一部を成形完了状態にして示す拡大断面図 図１の粉末成形装置のコアロッドの上部を示す斜視図 （ａ）〜（ｅ）：この発明の粉末成形装置による粉末充填の行程図 この発明の粉末成形装置で成形した製品の一例を示す断面図

以下、添付図面の図１〜図５に基づいて、この発明の粉末成形装置の実施の形態を説明する。図１は、粉末成形装置の基本形態を示したものであって、ダイ１、下パンチ２、上パンチ３、及びコアロッド４からなる金型を備えている。金型のダイ１、下パンチ２、コアロッド４の３者間には、原料粉末の投入されるキャビティ５が形成される。

図示の下パンチ２は、単一のパンチであるが、焼結部品の形状によっては、複数に分割されたパンチが用いられる。上パンチ３も同様である。

ダイ１は、ダイプレート６に支持されている。また、下パンチ２は、ベースプレート７に支持された下パンチプレート８に固定され、上パンチ３は、プレス機の上ラム（図示せず）に駆動される上パンチプレート９に固定されている。

さらに、プレス機の下ラム（これも図示せず）に駆動されるヨーク１０上にシリンダアクチュエータ１１が設けられており、コアロッド４は、そのシリンダアクチュエータのピストンロッド１１ａに保持されている。

ダイプレート６は連結ロッド１２を介してヨーク１０につながれており、そのダイプレート６上に、給粉ボックス１３が配置されている。この給粉ボックス１３は、移動ガイド（図示せず）に案内されてダイプレート６上を摺動する。この給粉ボックス１３が退避点からキャビティ５の直上の給粉位置に移動してその給粉ボックス１３に導入された粉末がキャビティ５に投入される。

１４は、ガイドピン１４ａとブッシュ１４ｂを組み合わせた摺動ガイドであって、ダイプレート６と上パンチプレート９の位置決め精度を高める目的で設けられている。

コアロッド４は、上面４ａが、給粉ボックス１３の前進方向に向って下り傾斜の斜面で形成されている。その上面４ａの水平面に対する傾斜角θ（図２、図３参照）やオーバーフィルのストロークは、圧粉体の密度差を補正するのに必要な粉末の量を求めて設定する。

次に、このように構成された例示の粉末成形装置の動作を図４に基づいて説明する。図４（ａ）に示すように、コアロッド４は、ダイ１の上面よりも下方に保持されており、この状態で、給粉ボックス１３が退避点から図４（ｂ）に示すように給粉位置に移動してダイ１と下パンチ２とコアロッド４との間に作り出されたキャビティ５に粉末Ｐが投入される。

そしてその後に、図４（ｃ）に示すように、コアロッド４をダイ１に対して相対的に上昇させるオーバーフィルが実行される。このオーバーフィル動作により、コアロッド４上にある粉末Ｐが給粉ボックス１３の前進方向前方側に押し流され、これにより、従来粉末の充填密度が低くなっていた領域（コアロッドよりも給粉ボックスの前進方向前方側）に粉末が補われる。

コアロッド４は、上端がダイ１の上面と同じ高さ位置になったら上昇を停止し、この状態で図４（ｄ）に示すように、給粉ボックス１３が後退して投入した粉末Ｐが均一に掻きならされ、キャビティ５上の余剰粉末が除去される。

その後、図４（ｅ）に示すように、下パンチ２のアンダーフィルが実行される。そのアンダーフィルは、ダイ１とコアロッド４をキャビティ５内の粉末Ｐがコアロッドの上面４ａよりも下になる位置まで上昇させて位置固定の下パンチ２をダイ１とコアロッド４に対して相対的に下降させる方法でなされる。このとき、コアロッドの上面４ａの傾斜角θが十分に大きければ上面４ａ上に残存している粉末は自然に滑落する。

コアロッドの上面４ａ上に残存した粉末は、上パンチ３との間に噛み込まれると好ましくないので、上記したアンダーフィル動作を実行して成形行程に移る前に滑落させるのがよい。コアロッドの上面４ａ上に残存した粉末の円滑な滑落が期待しにくいときには、アンダーフィル動作を実行するときにコアロッドを上下動させたり、コアロッドに振動を付与したりして滑落を助成すると好ましい。

この振動の付与などは、コアロッドの上面の傾斜角が小さいときには特に、上面上の粉末の滑落を促進する効果をもたらす。

アンダーフィル動作の実行後に、プレス機の上ラムが駆動されて上パンチ３がキャビティ５に押し込まれ、下パンチ２と上パンチ３による粉末の圧縮成形が行われる。

なお、圧粉体の密度差を補正するのに必要な粉末の量は、製品（圧粉体）とコアロッドの断面積の比に応じて変動する。例えば、軸直角に切断した位置での圧粉体の断面積をＡ、コアロッドの断面積をＢとして、Ａ＞Ｂの条件が成立するときには、Ａ＜Ｂの条件が成立するときよりも補正に要する粉末の量が多くなる。従って、このときには、コアロッドの上面の傾斜角θをＡ＜Ｂの条件が成立するときよりも大きくする。

図１に示した粉末成形装置を使用して図５に示した含油軸受（その圧粉体）を成形した。その含油軸受は、内径ｄ：φ１８．５ｍｍ、外径Ｄ：φ２４．０ｍｍ、高さＨ：１９．０ｍｍである。

このケースでの前述の圧粉体の断面積Ａとコアロッドの断面積Ｂの比は、Ａ／Ｂ＝０．６８であった。

粉末成形装置は、コアロッドの上面の傾斜角をθ＝５°に設定した。また、図４（ｂ）、（ｃ）でのオーバーフィル（コアロッドのダイに対する相対的上昇）のストロークは２５ｍｍ、図４（ｅ）でのアンダーフィルのストロークは７．５ｍｍとした。

この条件に基づいて粉末を成形した結果、上端がフラットなコアロッドを使用して粉末投入後にオーバーフィル動作を実行しない従来方法で成形した圧粉体で生じていた密度差がこの発明の方法では、無視できるほど小さくなった。

上述したように、この発明の粉末成形装置によれば、キャビティに粉末を投入した後に実施されるコアロッド４のオーバーフィル動作によってキャビティ内粉末の、コアロッド４よりも給粉ボックスの前進方向前方における充填密度が高められ、これにより、キャビティの各部における粉末の充填密度が平均化されて得られる成形体の各部の密度差が小さくなる。

１ ダイ
２ 下パンチ
３ 上パンチ
４ コアロッド
４ａ 上面
５ キャビティ
６ ダイプレート
７ ベースプレート
８ 下パンチプレート
９ 上パンチプレート
１０ ヨーク
１１ シリンダアクチュエータ
１１ａ ピストンロッド
１２ 連結ロッド
１３ 給粉ボックス
１４ 摺動ガイド
１４ａ ガイドピン
１４ｂ ブッシュ
Ｐ 粉末

Claims (3)

1. ダイプレート（６）上を摺動する給粉ボックス（１３）から、成形金型のダイ（１）、
   下パンチ（２）及びコアロッド（４）によって作り出されるキャビティ（５）に粉末（Ｐ
   ）を投入し、その粉末を前記下パンチ（２）とそれに対向させた上パンチ（３）とで加圧
   して成形する粉末成形装置であって、前記コアロッド（４）の上面（４ａ）が、前記給粉
   ボックス（１３）の前進方向に向って下り傾斜の平面の斜面で形成され、さらに、キャビティ（５）に対する粉末投入時に前記コアロッド（４）がダイ（１）の上面よりも低い位置に置かれ、キャビティ（５）に対する粉末投入後にそのコアロッド（４）がダイ（１）に対して相対的に上昇するオーバーフィル動作が実行され、そのオーバーフィル動作で前記コアロッド（４）上の粉末が給粉ボックス（１３）の前進方向に押し流されるように構成された粉末成形装置。
2. 請求項１に記載の粉末成形装置におけるキャビティへの粉末充填方法であって、前記給粉ボックス（１３）から前記キャビティ（５）に粉末（Ｐ）を投入するときに、前記コアロッド（４）を、前記ダイ（１）の上面よりも下方に保持し、前記キャビティ（５）への粉末投入後にそのコアロッド（４）を前記ダイ（１）に対して粉末投入時よりも相対的に上昇させるオーバーフィル動作を実行して当該コアロッドの上にある粉末を給粉ボックス（１３）の前進方向前方側に押し流すことを特徴とする粉末充填方法。
3. 前記オーバーフィル動作の実行後に前記給粉ボックス（１３）を後退させ、さらに、その後に、前記下パンチ（２）を前記ダイ（１）に対して相対的に下降させるアンダーフィルを動作を実行する請求項２に記載の粉末充填方法。

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