JPH0716795A - 粉末成形プレス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動のパンチを支持する流体圧シリンダの力
を加圧行程中で変化させることにより粉末の移動を可及
的に小さくし、もって成形品のクラック発生を未然に防
止すると共に高精度の成形品を得ることができる粉末成
形プレスを提供する。 【構成】 複数のパンチの一部４，６が可動パンチとし
て流体圧シリンダ１７，１８によって支持されている粉
末成形プレスにおいて、流体圧シリンダ１７，１８の流
体圧を、加圧の進行に応じて増大させる圧力制御手段１
９（２２）を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、段付きの成形品を成形
する多段粉末成形プレスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の段付きの成形品を成形す
る粉末成形プレスとしては、たとえば図９に示すような
構成となっている。

【０００３】すなわち、成形品の各段部に対応する下第
１，下第２パンチ１０１，１０２及び下第３パンチ１０
３を有しており、この内、下第１，下第２パンチ１０
１，１０２が可動のパンチとして第１，第２流体圧シリ
ンダ１０４，１０５にて支持され、下第３パンチ１０３
は固定されている。一方、上パンチ１０６が図示しない
プレスの上ラムに連結され、ダイプレート１０７がヨー
クプレート１０８を介して図示しない下ラムに固定され
ている。

【０００４】上記下第１，第２パンチ１０１，１０２は
第１，第２流体圧シリンダ１０４，１０５によって可動
となっているが、充填調整装置１０９によってその上限
位置が規制され、一方、下限位置はストッパ１１０によ
って規制されている。

【０００５】この第１，第２流体圧シリンダ１０４，１
０５は空気圧シリンダで、図１０に示す回路構成によ
り、減圧弁１１２を介してシリンダを伸張させる方向に
一定の空気圧が充填されており、この空気圧によって第
１，第２パンチ１０１，１０２が支持されている。

【０００６】加圧行程を、図に基づいて説明すると、図
９(ａ)，(ｂ)に示すように、上パンチ１０６を下降させ
て粉末１１１を圧縮していくと、まず、下第１パンチ１
０１上部の粉末の加圧力が上昇していく。そのため、矢
印で示すように、下第１パンチ１０１上部から下第２パ
ンチ１０２上部側へ粉末が落ち、下第１パンチ１０１に
かかる力が下第１パンチ１０１を支える第１流体圧シリ
ンダ１０４の力より大きくなると、下第１パンチ１０１
が下降する。

【０００７】次に、図９(ｃ)に示すように、上パンチ１
０６と下第１パンチ１０１が共に下降して行くと、下第
２パンチ１０２に加わる力が上昇していき、矢印で示す
ように、多少下第２パンチ１０２上部から下第３パンチ
１０３上部側に粉末が落ちながら、下第２パンチ１０２
を支持する第２流体圧シリンダ１０５の力より大きくな
ると、上パンチ１０６，下第１及び下第２パンチ１０
１，１０２が下降する。

【０００８】この加圧行程では、第１，第２流体圧シリ
ンダ１０４，１０５が収縮するが、回路中のタンク１１
３によって空気圧の増大は最小限度に抑えられており、
第１，第２流体圧シリンダ１０４，１０５のストローク
に拘らず、空気圧はほぼ一定に保たれている（図１０
(ａ)，(ｂ)参照）。

【０００９】さらに、図９(ｄ)に示すように、上パンチ
１０６が下降すると粉末の密度が上昇し、この時、下第
１，第２パンチ１０１，１０２が第１，第２流体圧シリ
ンダ１０４，１０５によって支えられている状態だと、
粉末が下第３パンチ１０３上部から下第２，第１パンチ
１０２，１０１側に逆に戻っていく。

【００１０】なお、上パンチ１０６が下降すると、図９
(ｅ)に示すように、下第１，第２パンチ１０１，１０２
がストッパ１１０に当り加圧が終了する。

【００１１】そして、図１０(ｃ)，(ｄ)に示すように、
第１，第２流体圧シリンダ１０４，１０５の収縮側にも
減圧弁１１４を介して空気圧が充填されて、上昇側と下
降側の空気圧のバランスをとり、図示しない抜き出し行
程に移行する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の場合には、もし、第１，第２流体圧シリンダ１０
４，１０５の力が弱いと、図９(ａ)〜(ｃ)に示した加圧
初期段階での粉末の落下は小さいが、図９(ｄ)に示す加
圧中間段階にかけて粉末の上昇が大きくなり、この粉末
の移動が、図１１(ａ)に示すように、製品の角部にクラ
ック１１４を生じる原因となる。

【００１３】一方、第１，第２流体圧シリンダ１０４，
１０５の力が強いと、加圧初期の段階での粉末の落下が
大きいが、ある程度固められた状態で各段部が加圧され
るために、加圧中間段階での粉末の移動は少なく、上記
したクラック発生の問題は少ない。ところが、図１１
(ｂ)に示すように、成形品の密度のばらつきが大きくな
るため、焼結時に計算上の製品寸法とは大きく変化して
しまう。

【００１４】このように、第１，第２流体圧シリンダ１
０４，１０５の力の調整は微妙であり調整が困難であっ
た。また、成形品の形状によっても、第１，第２流体圧
シリンダ１０４，１０５の力を変化させなくてはならな
い。

【００１５】本発明は、上記した従来技術の問題を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
可動のパンチを支持する流体圧シリンダの力を加圧行程
中で変化させることにより粉末の移動を可及的に小さく
し、もって成形品のクラック発生を未然に防止すると共
に高精度の成形品を得ることができる粉末成形プレスを
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、上パンチと下パンチの少なくと
もいずれか一方が複数のパンチで構成されており、該複
数のパンチの一部が可動パンチとして流体圧シリンダに
よって支持されている粉末成形プレスにおいて、前記流
体圧シリンダの流体圧を、加圧の進行に応じて増大させ
る圧力制御手段を設けたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明にあっては、可動のパンチを支持する流
体圧シリンダの力を、加圧行程の進行に伴って流体圧シ
リンダの力を強くすることにより、加圧途中において複
数のパンチ間における加圧力の差が小さくなり、粉末の
移動が可及的に小さくなる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００１９】図１は本発明の一実施例に係る粉末成形プ
レスの制御方法が適用されたツールセット方式の粉末成
形プレスを示している。

【００２０】ツールセット１は、粉末が充填されるダイ
２を備えたダイプレート３と、このダイプレート３の下
方に配置され下第１パンチ４を保持する下第１パンチプ
レート５と、下第１パンチプレート５の下方に配置され
下第２パンチ６を支持する下第２パンチプレート７と、
プレス本体のフレーム８に固定される固定プレート９
と、この固定プレート９の下方に配置されてタイロッド
１０を介してダイプレート３に連結されるヨークプレー
ト１１と、を有する構成となっている。下第１パンチプ
レート５及び下第２パンチプレート７には、上記タイロ
ッド１０が摺動自在に挿入されている。また、ヨークプ
レート１１には下第３パンチ１２の内周に嵌合するコア
ロッド１３の下端が固定されている。

【００２１】一方、上パンチ１４は、上パンチプレート
１５を介してプレスの上ラム１６に連結されており、上
ラム１６によって上下に往復駆動される。

【００２２】下第１パンチプレート５と下第２パンチプ
レート７の間に下第１パンチ４を支持するための第１流
体圧シリンダ１７が設けられ、また、下第２パンチプレ
ート７と固定プレート９の間には、下第２パンチ６を支
持するための第２流体圧シリンダ１８が装着されてい
る。そして、これら第１，第２流体圧シリンダ１７，１
８の流体圧を、加圧の進行に応じて増大させるための圧
力制御手段１９が設けられている。

【００２３】また、第１，第２パンチ４，６は上下に可
動となっているが、従来例と同様に、第１，第２充填調
整装置４０，４１によってその上限位置が規制され、一
方、下限位置は第１，第２ストッパ４２，４３によって
規制されている。

【００２４】図２は、上記第１，第２流体圧シリンダ１
７，１８の制御回路を示している。

【００２５】第１，第２流体圧シリンダ１７，１８は一
対づつ設けられており、チェック弁を１９，１９介して
ポンプ２０に接続されている。さらに、ポンプ２０と第
１，第２流体圧シリンダ１７，１８間の流路２１から分
岐してリリーフ流路２２が設けられ、このリリーフ流路
２２にリリーフ圧を調整可能とする圧力制御手段として
の圧力制御可能なリリーフ弁２３が設けられている。こ
のリリーフ弁２３としては、比例電磁式リリーフ弁ある
いはデジタルリリーフ弁等を用いることができる。

【００２６】このリリーフ弁２３によって、圧縮行程中
の第１，第２流体圧シリンダ１７，１８のリリーフ圧
を、加圧行程の進行に伴って上昇させる。圧力を時間の
経過と共に直線的に上昇させるか２次曲線的に上昇させ
るか、また最小圧力と最大圧力をどの程度に設定するか
は、成形時の良品を見ながら決定する。

【００２７】基本的には、固定の下第３パンチ１２と上
パンチ１４との間で加圧される粉末の圧力上昇、すなわ
ち、下第３パンチ１２に加わる単位面積当りの力と同じ
程度の圧力上昇となるように設定するのが理想である。
しかし、ラムの加圧力と対抗するだけの流体圧シリンダ
を用いるとすると、徒らに設備が大型化すると共にコス
トも増大してしまう。また、実際には、第１，第２流体
圧シリンダ１７，１８の圧力が相当低くてもクラックは
入らず良品を得ることができるので、現行のプレスに用
いられているシリンダの大きさ程度で充分である。

【００２８】また、この第１，第２流体圧シリンダ１
７，１８の圧力制御については、圧力制御リリーフ弁を
用いる他に、流体圧シリンダからの排出流量を流量制御
弁によって制御するようにしてもよいし、また、ポンプ
２０からの供給圧力を制御するようにしてもよいし、要
するに第１，第２流体圧シリンダ１７，１８の流体圧を
加圧の進行に応じて変化させるものであればよい。

【００２９】このように、時間の経過とリリーフ圧を製
品の大きさにより変化させれば、加圧行程の全行程を通
じて、粉末の移動を可及的に小さく設定することができ
る。

【００３０】図３(ａ)は、リリーフ弁２３のコントロー
ラＣの構成例を示している。この例では、図３(ｂ)に示
すように、たとえばておばメカプレスの主軸２４の回転
変位をエンコーダ２５で読み取り、この信号に基づいて
リリーフ弁２３のリリーフ圧を変化させている。

【００３１】すなわち、コントローラＣには、電源２
６，設定器２７及びエンコーダ２５に接続されており、
コントローラＣには、設定器２７によって予め主軸の変
位量（加圧ストロークに対応する）と制御圧力の関係が
設定記憶される設定部２８と、電源部２９と、リリーフ
弁２３のアクチュエータを駆動する駆動部３０とが、設
けられている。そして、エンコーダ２５から入力信号に
基づいて、所定のストローク位置に対応するリリーフ圧
となるようにリリーフ弁２３を駆動制御する。

【００３２】第１，第２流体圧シリンダ１７，１８の圧
力は連続的に上昇させてもよいし、図３(ｃ)に示すよう
に、階段状に上昇させてもよい。図示例では、５段階に
なっているが、成形品の精度によりもっと多くとも少な
くてもよい。図示例ではストロークにほぼ比例して圧力
を増加させているが、加圧力は加圧終了手前から急激に
増大すると考えられるので、それに対応して圧力を増大
させることが好ましい。もっとも、圧力は成形品の大き
さにより調整する必要がある。

【００３３】また、プレスはメカ式，油圧式に限られ
ず、油圧プレスの場合には、エンコーダの代わりに、タ
イマーを使用して圧力を変化させれば、同様の結果を得
ることができる。

【００３４】また、本実施例のようなツールセット式の
プレスに限られず、プレス本体から外せないプラテンタ
イプのプレスについても適用できることはもちろんであ
る。

【００３５】図４には、本実施例の装置の加圧行程を示
している。

【００３６】図４(ａ)は充填状態を示している。すなわ
ち、フィーダ３２によってダイ２内に所定量の粉末が充
填される。下第１，第２パンチ４，６の充填深さは、上
下位置を規制する第１，第２充填装置４０，４１によっ
て定められる。

【００３７】図４(ｂ)は、上パンチ１４がダイ２内に充
填された粉末に接触した状態を示している。

【００３８】図４(ｃ)は、上加圧状態を示している。上
パンチ１４を下降させて粉末を加圧していくと、下第１
パンチ４上部の粉末の加圧力が上昇していく。この時点
では、各下第１，第２パンチ４，６を支える第１，第２
流体圧シリンダ１７，１８の力は弱く設定されており、
粉末の加圧力が第１，第２流体圧シリンダ１７，１８の
支持力よりも大きくなると下第１パンチ４が下降する。
加圧力が小さい段階で下降するために、粉末の移動は極
力抑えられる。

【００３９】図４(ｄ)は、上パンチ１４と下第１パンチ
４が共に下降する状態を示しており、この時点で下第２
パンチ６の圧力が上昇していく。そして、第２流体圧シ
リンダ１８による支持力よりも大きくなると、上パンチ
１４，下第１，下第２パンチ４，６が下降する。

【００４０】次いで、図４(ｅ)に示すように、上パンチ
１４がさらに下降すると、粉末の密度がさらに上昇す
る。

【００４１】この加圧力の上昇に比例して第１，第２流
体圧シリンダ１７，１８の支持力を上昇させているの
で、下第１，第２，第３下パンチ４，６，１２の加圧力
はほぼ同等に保たれる。

【００４２】図４(ｆ)は、加圧終了位置を示している。

【００４３】すなわち、上パンチ１４が下降して、下第
１，第２パンチ４，６が第１，第２ストッパ４２，４３
に当接した時点で加圧が終了する。

【００４４】図４(ｇ)〜(ｉ)は、抜き出し行程を示して
いる。

【００４５】まず、上パンチ１４が上昇して抜き出しが
始まり、ダイ２が下第１パンチ４と同じ位置になると、
第１ストッパ４２が外れる。

【００４６】そして、ダイ２と下第１パンチ４が共に下
降して下第２パンチ４と同じ位置になると、下第２パン
チ６から第２ストッパ４３が外れ、これらダイ２，下第
１パンチ４及び下第２パンチ６が、下第３パンチ１２と
同じ位置になるまで下降して抜き出しが終了する。

【００４７】この抜き出しの行程では、第１，第２流体
圧シリンダ１７，１８の充填圧力を下げている。

【００４８】なお、この実施例では、図１(ｂ)に示すよ
うな段付き成形品を例にとって説明したが、図５に示す
ような成形品５０，５１についても同様に適用すること
ができる。

【００４９】図６には、図５(ｂ)に示すような上面外周
に段部５２を有するような成形品５１を成形する場合の
上パンチ５３の構成例を示している。

【００５０】すなわち、上パンチ５３についても、下パ
ンチと同様に複数のパンチ、図示例では上第１，上第２
パンチ５４，５５によって構成され、外周側の上第１パ
ンチ５４が上第１流体圧シリンダ５６により支持された
可動パンチによって構成されている。この実施例では、
上第２パンチ５５についても上第２流体圧シリンダ５７
によって支持されているが、この発明が適用されるのは
上第１流体圧シリンダ５６の方である。また、図示例で
は、上第２流体圧シリンダ５７が空気圧により、上第１
流体圧シリンダ５６が油圧によって駆動される。

【００５１】下パンチの構成については、上記実施例で
記載した通りなので、以下の説明は、上パンチ５３を中
心に説明するものとし、下パンチに関して上記実施例と
同様の構成部分については同一の符号を付し、その説明
を省略する。この上第１流体圧シリンダ５６の制御回路
には、圧力源５８と上第１流体圧シリンダ５６との間
に、上第１流体圧シリンダ５６への流体圧の供給を切換
える第１電磁切換弁５９と、上第１流体圧シリンダ５６
の流体圧を、加圧の進行に応じて増大させるための圧力
制御手段としての圧力制御可能のリリーフ弁６０とが設
けられている。

【００５２】上第２流体圧シリンダ５７と圧力源６１と
の間には、上第２流体圧シリンダ５７の上下動を切換え
る第２，第３電磁切換弁６２，６３が設けられている。

【００５３】また、上第１，第２上パンチ５４，５６の
上限位置は、上第１，第２流体圧シリンダ５６，５７の
各上端壁によって規制されている。

【００５４】なお、図中６６，６７は、加圧完了後の成
形品抜き出し行程におけるストッパ４２，４３の解除機
構である。

【００５５】図７(ａ)には、充填状態を示している。す
なわち、第３電磁切換弁６３を励磁，第１，第２電磁切
換弁５９，６２を非励磁とし、上第１流体圧シリンダ５
６に油圧を、上第２流体圧シリンダ５７の下部に空気圧
を入れる。上第１流体圧シリンダ５６の油圧によって上
第１パンチ５４は下方に移動して最下端位置で位置決め
されるが、この寸法Ａは上第１流体圧シリンダ５６に設
けた調整ナット６９によって調整可能である。

【００５６】一方、下第１，下第２流体圧シリンダ６
４，６５の空気圧によって、下第１，第２パンチ４，６
が所定位置まで上昇し粉末が充填される。

【００５７】図７(ｂ)及び図８(ａ)には、トランスファ
行程が示されている。

【００５８】図７(ｂ)はトランスファ開始状態を示して
おり、上第１パンチ５４が粉末と接触すると同時に、第
１トランスファロッド７１を第１流体圧シリンダ６４の
上面と接触させる。この第１流体圧シリンダ６４は下第
１パンチプレート５に、ピストンロッド６４ａが固定プ
レート９に固定されており、ピストンロッド６４ａの先
端には第１トランスファピン７２が突設されている。

【００５９】トランスファは、この実施例では下第１パ
ンチ４と上第１パンチ５４の間の粉末を移動させるもの
で、上第１パンチ５４の突出量Ｓ1と第１トランスファ
ロッド７０と第１トランスファピン７２との間隔Ｓ1′
を同一寸法に調整している。また、この時点での第２ト
ランスファロッド７１と下第２流体圧シリンダ６５との
間隔Ｓ2は上記Ｓ1と同一寸法あるいはそれより大きい寸
法に設定される。下第２流体圧シリンダ６５は下第２パ
ンチプレート７に、ピストンロッド６５ａは固定プレー
ト９に固定されており、ピストンロッド６５ａの先端に
は第２トランスファピン７３が突設されている。これら
第１，第２トランスファロッド７０，７１は、図示しな
い空気圧シリンダによって支持されている。

【００６０】図８(ａ)はトランスファ終了状態を示して
いる。

【００６１】すなわち、上第２パンチ５５がダイス２内
に挿入されると同時に、第１トランスファロッド７０と
第１トランスファピン７２が接触し、第１トランスファ
ロッド７２が図示しない空気圧シリンダによってクッシ
ョンされる。一方、下第１，第２流体圧シリンダ６４，
６５によって浮動状態に支持された下第１，下第２パン
チ４，６は押し下げられ、上パンチ５３側への粉末の移
動を行う。

【００６２】図８(ｂ)は加圧成形状態を示すもので、こ
の加圧行程では、上記実施例と同様に、上第１流体圧シ
リンダ５６のリリーフ圧をリリーフ弁６０によって、加
圧行程の進行に伴って上昇させる。そして、加圧終了時
点ではピストンが上第１流体圧シリンダ５６の上端壁に
当接し、また、下第１，第２パンチ４，６についても、
図６に示した下第１，第２ストッパ４２，４３によって
位置決めされる。

【００６３】成形終了後に、第１，第２電磁切換弁５
９，６２を励磁し、第３電磁切換弁６３を非励磁とし、
上第１流体圧シリンダ５６の油圧をリリーフ弁６０によ
ってタンクに戻す。

【００６４】一方、下第１，第２流体圧シリンダ６４，
６５の下降側にも空気圧が入り、上昇側とバランスを取
って浮動の下第１，第２パンチ４，６の浮き上がりを防
止する。

【００６５】図８(ｃ)は、上第１，第２パンチ５４，５
５のしごき作動行程を示している。

【００６６】この行程では、成形品５１がダイス２の外
へ押し出されてフリクションが減ると、上第２パンチ５
５上部のエアー圧力で上第１，第２パンチ５４，５５が
しごき動作をする。

【００６７】図８(ｄ)は成形品の押出終了状態を示すも
ので、ダイ２，下第１パンチ４及び下第２パンチ６を移
動させることにより、成形品５１がダイ２から押し出さ
れる。

【００６８】

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
もので、流体圧シリンダの力を加圧行程中で変化させ
て、加圧行程途中における粉末の移動を可及的に小さく
したので、成形品のクラック発生を防止することがで
き、しかも高精度の成形品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(ａ)は本発明の一実施例に係る粉末成形プ
レスの要部概略構成図、図１(ｂ)は成形品の一例を示す
断面図である。

【図２】図２は図１の粉末成形プレスの第１，第２流体
圧シリンダの回路図である。

【図３】図３(ａ)は図２のリリーフ弁の制御ブロック
図、同図(ｂ)はメカプレスの場合のエンコーダ取付構成
を示す図、同図(ｃ)はストロークと圧力の関係を示すグ
ラフである。

【図４】図４(ａ)〜(ｉ)は図１の粉末成形プレスの加圧
行程の説明図である。

【図５】図５(ａ)，(ｂ)は段付き成形品の変形例を示す
図である。

【図６】図６は上パンチを複数パンチとした場合の装置
構成例を示す図である。

【図７】図７(ａ)，(ｂ)は図６の装置の充填およびトラ
ンスファ開始行程を示す図である。

【図８】図８(ａ)〜(ｄ)は図６の装置のトランスファ終
了，加圧および抜き出し行程を示す図である。

【図９】図９(ａ)〜(ｅ)は従来の粉末成形プレスの加圧
行程の説明図である。

【図１０】図１０(ａ)〜(ｄ)は従来の流体圧シリンダの
制御回路図である。

【図１１】図１１(ａ)，(ｂ)は粉末成形品のクラック発
生状態及び密度ばらつき状態を示す図である。

【符号の説明】

１ ツールセット ２ ダイ ４ 下第１パンチ ６ 下第２パンチ １２ 下第３パンチ １４ 上パンチ １６ 上ラム １７ 第１流体圧シリンダ １８ 第２流体圧シリンダ １９ 圧力制御手段 ２２ リリーフ弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上パンチと下パンチの少なくともいずれ
   か一方が複数のパンチで構成されており、該複数のパン
   チの一部が可動パンチとして流体圧シリンダによって支
   持されている粉末成形プレスにおいて、 前記流体圧シリンダの流体圧を、加圧の進行に応じて増
   大させる圧力制御手段を設けたことを特徴とする粉末成
   形プレス。