JP6541108B2

JP6541108B2 - 筒状焼結部品の製造方法

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Publication number: JP6541108B2
Application number: JP2015226669A
Authority: JP
Inventors: 勇太山本; 純平原
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: JP2017095741A

Description

本発明は、筒状胴部の端面に凹凸を有する筒状焼結部品の製造方法、詳しくは、筒状胴部の端面の凸部が、粉末の成形工程において成形体を金型から取り出す（蹴出しする）際に加わる力に耐え得るだけの強度を有していない部品を粉末冶金法で製造可能となした方法に関する。

粉末冶金法での製造が困難と考えられていた筒状部品の一例を図７、図８に示す。この筒状部品１０は、筒状胴部１１の一端に先端が尖鋭で肉厚も薄い（例えば、５ｍｍ以下）、ラチェット爪１２を有する。また、他端には、軸穴１３の付いた内フランジ１４を有する。

この筒状部品１０を、今、粉末冶金法で製造するとしたら、下記特許文献１に示されるような粉末成形金型、即ち、ダイと、コアと、複数の下パンチと、上パンチを組み合わせた粉末成形金型を用いて原料粉末を成形し、その後、得られた粉末の成形体を焼結する方法を採ることになる。

特開２０１２−２４５５６３号公報

例えば、図７、図８に示した筒状部品１０の粉末成形金型での成形は、筒状胴部１１の外周面を粉末成形金型のダイで、軸穴１３をコアロッドで、ラチェット爪１２のある面を下１パンチで、内フランジ１４の内側端面と筒状胴部１１の内周面を下２パンチで、内フランジ１４の外面を上パンチでそれぞれ成形することになる。

この方法によれば原料粉末の圧縮成形は問題なく行える。しかし、圧縮成形して得られた粉末の成形体を金型から蹴出す際に、強度的に弱いラチェット爪１２が破損する。

成形体の金型からの蹴出しは、ラチェット爪１２のある面を成形した下１パンチで成形体を支え、下１パンチが固定されている状況下でダイと下２パンチとコアを引き下げる方法で行う必要があり、このときに、ダイと下２パンチとコアの引き下げ力がそれらの金型に接している成形体に加わることから、ラチェット爪１２がひび割れしたり、欠けたりするのである。

筒状胴部の一端に設けられる凸部は、肉厚が薄く、幅も狭いものであると、ラチェット爪のように先端が尖鋭でなくても蹴出し時（脱型時）の欠けが避けられない。

その問題があることから、強度の弱い凸部が端面にある図７、図８のような筒状部品１０については、粉末冶金法での製造は不可能と考えられていた。

図７、図８のような筒状部品は、鍛造や鋳造後に凹凸のある端面を機械加工する方法を用いれば製造することができるが、これ等の方法は、量産性が悪く、製造コストが高くつく。

そこで、本発明は、筒状胴部の端面に粉末成形体の段階では強度が不十分な凹凸を有する部品について、粉末冶金法による製造を可能にすることを目的とする。

この発明の一態様にかかる筒状焼結部品の製造方法は、筒状胴部の一端面に凹凸を有する焼結部品を製造するものであって、原料粉末の成形工程において前記筒状胴部の外周又は内周に、当該筒状胴部の肉厚を全周に渡って増加させる増肉部を一体に成形し、
粉末の圧縮完了後に得られた成形体を前記増肉部の一端面を成形した第１の下パンチで支持し、この状況下で前記第１の下パンチと上パンチを除く他の金型要素を引き下げて金型からの成形体の蹴出しを行い、
しかる後、前記成形体を焼結し、さらに、前記増肉部を機械加工により除去して目的の焼結部品を得るものである。

本発明の方法によれば、成形体の段階では強度が不足して破損し易い凸部が筒状胴部の端面に存在する焼結部品を凸部の割れ、欠けを生じさせずに製造することができる。

なお、前記増肉部の除去は、旋盤などの工作機械を用いて外周や内周を削るだけの単純作業で行える。

従って、粉末冶金法の利点は充分に生かされ、円筒状のブランク材を鍛造や鋳造して作り、その後に、ブランクの端面の凹凸を機械加工して生じさせる方法と比べると生産性に優れ、製造コストの低減も図れる。

この発明の製造方法で金型成形して得る成形体の一例を示す部分破断側面図である。図１の成形体の金型成形における給粉工程を示す断面図である。図１の成形体の金型成形における粉末圧縮完了状態を示す断面図である。粉末圧縮完了後の蹴出しの前段工程を示す断面図である。粉末圧縮完了後の蹴出しの次段工程を示す断面図である。粉末圧縮完了後の蹴出しの終段工程を示す断面図である。本発明の一態様にかかる方法で製造する筒状焼結部品の一例を示す斜視図である。図７の筒状焼結部品の部分破断側面図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様にかかる筒状焼結部品の製造方法では、筒状胴部の一端に凹凸を有する焼結部品を製造する。その方法での原料粉末の成形工程において、前記筒状胴部の外周に当該筒状胴部の肉厚を全周に渡って増加させる増肉部を一体に成形する。

その増肉部の追設された成形体は、増肉部の外周面をダイで、増肉部の一端面を第１の下パンチで、筒状胴部の一端の凹凸を第２の下パンチで、前記筒状胴部の内周面を第３の下パンチ又はコアロッドで、前記増肉部の他端面を含む筒状胴部の他端面を上パンチでそれぞれ成形する。

そして、前記第１の下パンチで前記増肉部の一端面を支持し、この状況下で前記第２の下パンチと第３の下パンチ（この第３の下パンチの無い金型もある）とコアロッドを引き下げて完成した成形体を金型から取り出す（蹴出しを行う）。

このようにして得られた成形体は、その後に焼結する。そして、必要があれば真円度などを高めるサイジングを実施し、その後、前記増肉部を機械加工により除去する。

製造する筒状焼結部品が、他端に軸穴のある内フランジを備える場合には、前記第３の下パンチを設けてその第３の下パンチで前記筒状胴部の内周面と前記内フランジの内側端面をそれぞれ成形する。また、前記軸穴の内周面はコアロッドで成形し、上パンチでは、前記増肉部の他端面と前記内フランジの外側端面を含めて筒状胴部の他端面を成形する。

他端に内フランジの無い筒状焼結部品を製造するときには、筒状胴部の内周面の成形はコアロッドで行う。

前記増肉部は、筒状胴部の内周に設けてもよく、このケースでは、筒状胴部の外周面をダイで、増肉部の内周面を第３の下パンチ又はコアロッドでそれぞれ成形する。

また、このケースでは、通常、下１パンチと称される下パンチ（径方向の一番外側にある下パンチ）が前記第２の下パンチとなるので、その下１パンチ（第２の下パンチ）で筒状胴部の一端の凹凸を成形し、さらに、前記増肉部の一端面を下２パンチと称される径方向外側から数えて２番目の下パンチ（この発明で言う第１の下パンチ）で成形する。

そしてさらに、下３パンチと称される径方向外側から数えて３番目の下パンチ（この発明で言う第３の下パンチ）又はコアロッドで前記増肉部の内周面を成形する。

前記内フランジのある筒状焼結部品については、第３の下パンチで内フランジの内側端面も成形する。

かかる筒状焼結部品の製造方法によれば、成形体を金型から取り出す際の成形体の支持が増肉部の一端面を成形した第１の下パンチによってなされるため、筒状胴部の一端の凸部に荷重が加わらない。

そのために、成形体の段階では強度が充分でない凸部を筒状胴部の一端の有する部品を粉末冶金法で安定して製造することが可能になる。

また、増肉部の設置によって成形体の筒状胴部の厚みが増加するため、製品段階では肉厚が例えば５ｍｍにも満たないような薄い筒状胴部を有する筒状焼結部品についても、金型のキャビティに対する原料粉末の充填性が向上する。

さらに、焼結段階では前記増肉部がまだ残されているため、成形体の焼結による歪（円筒度の悪化）も抑制される。このような優れた附随効果も期待できる。

なお、前記増肉部の一端面は、前記筒状胴部の一端に設けられる凸部の突端よりも凸部の突出方向前方にせり出させておくのがよい。このようにすることで、金型から取り出した成形体を取り扱う際に、凸部の先端が外部の物体に当たって欠けるなどの事態も防止することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一態様にかかる筒状焼結部品の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例示の製造方法は、図７、図８に示した筒状部品、即ち、筒状胴部１１の一端に先端が尖鋭で肉厚も薄いラチェット爪１２を有し、さらに、他端に、軸穴１３の付いた内フランジ１４を有する筒状部品１０を粉末冶金法で製造するものである。

この筒状部品１０は、原料粉末の成形工程において、図１に示すような形状の成形体１５を作って製造する。

図１の成形体１５には、筒状胴部１１の外周に、その筒状胴部の肉厚を増加させる増肉部１６が一体に設けられている。

上記成形体１５の成形に利用する粉末成形金型を図２に示す。この粉末成形金型１は、ダイ２と、第１の下パンチ（図のそれは下１パンチ）３と、第２の下パンチ（図のそれは下２パンチ）４と、第３の下パンチ（図のそれは下３パンチ）５と、コアロッド６及び上パンチ７を組み合わせたものである。

ダイ２は、成形体の筒状胴部１１の外周に設けられる増肉部１６の外周面を成形する。また、第１の下パンチ３は増肉部１６の一端面を成形し、第２の下パンチ４は筒状胴部１１の一端面、即ち、周方向に定ピッチで設けられたラチェット爪１２と各ラチェット爪間の溝を成形する。

さらに、第３の下パンチ５は、筒状胴部１１の内周面と部品の内フランジ１４の内側端面を成形し、コアロッド６は内フランジ１４の中心の軸穴１３を成形する。

また、上パンチ７は、増肉部１６の他端面と内フランジ１４の外面を含めて筒状胴部の１１他端面を成形する。

図２は、粉末成形金型１のキャビティに原料粉末Ｐを投入した給粉完了状態を示している。

ダイ２と第３の下パンチ５との間に形成される空間は、増肉部１６を設けない状態での成形に比べて第１の下パンチ３の厚み相当分広くなっている。そのため、その空間に対する原料粉末の充填性が向上する。

給粉が完了したら上パンチ７が駆動され、ダイ２と第３の下パンチ５が定位置まで下がり、上パンチ７が下死点に到達して圧縮が完了する（図３参照）。

この後、第１の下パンチ３が成形体１５を支えた状態下でダイ２とコアロッド６がまず引き下げられてコアロッド６が成形体の軸穴１３から抜け（図４参照）、さらに、第３の下パンチ５が引き下げられ、ダイ２も引き続いて引き下げられてダイ２と第３の下パンチ５が成形体から抜ける（図５参照）。

最後に、成形体のラチェット爪１２のある面を成形した第２の下パンチ４が引き下げられて成形体の金型からの蹴出し（取り出し）が完了する。

こうして得られる成形体１５は、ラチェット爪１２が増肉部１６によって補強された状態になっているため、焼結前の取り扱いにおいてラチェット爪１２が欠けるなどの不具合が生じ難い。

この成形体は、この後焼結炉に導入されて焼結される。その焼結工程においては増肉部の設置によって筒状胴部の厚みが厚くなっているため、焼結による歪も抑えられる。

焼結工程を経て得られた焼結部品のブランク材については、必要に応じて歪矯正のためのサイジングが施される。

この後、ブランク材の外周の増肉部を機械加工して除去し（増肉部の除去は、旋削加工で可能）、さらに、必要があれば、筒状胴部の内周面なども機械加工して完成品の筒状焼結部品を得る。

既述の実施形態の方法で、高さ：４５ｍｍ、筒状胴部直径：７５ｍｍ、筒状胴部厚み:３．０ｍｍ、内フランジ厚み：１０ｍｍ、内フランジ中心の軸穴直径：４０ｍｍ、ラチェット爪高さ：５ｍｍの鉄系合金製の筒状焼結部品を製造した。

成形体の筒状胴部外周に設ける増肉部の厚みは２．５ｍｍとした。また、粉末の成形は２２０Ｔｏｎの成形圧を加えて行い、成形体の成形密度は、６．９ｇ／ｃｍ^３とした。

その条件で成形を行って得られた成形体（サンプル個数：３００個）について、目視検査した結果、ラチェット爪の亀裂や欠けは全く生じていなかった。

この後、成形体を焼結し、さらに、得られた焼結部品のブランク材について旋盤による旋削を行って筒状胴部外周の増肉部を除去した。

その結果、要求特性を満足する製品が得られ、従来、困難と考えられていた端面に強度の低い凹凸を有する筒状部品の粉末冶金法による製造が可能であることを確認できた。

１粉末成形金型
２ダイ
３第１の下パンチ
４第２の下パンチ
５第３の下パンチ
６コアロッド
７上パンチ
１０筒状部品
１１筒状胴部
１２ラチェット爪
１３軸穴
１４内フランジ
１５成形体
１６増肉部
Ｐ原料粉末

Claims

筒状胴部の一端に凹凸を有する焼結部品の製造方法であって、原料粉末の成形工程において前記筒状胴部の外周又は内周に、当該筒状胴部の肉厚を全周に渡って増加させる増肉部を一体に成形し、
粉末の圧縮完了後に得られた成形体を前記増肉部の一端面を成形した第１の下パンチで支持し、この状況下で前記第１の下パンチと上パンチを除く他の金型要素を引き下げて金型からの成形体の蹴出しを行い、
しかる後、前記成形体を焼結し、さらに、前記増肉部を機械加工により除去して目的の焼結部品を得る筒状焼結部品の製造方法。
前記増肉部を前記筒状胴部の外周に設け、原料粉末の成形工程において前記増肉部の外周面をダイで、その増肉部の一端面を前記第１の下パンチで、前記筒状胴部の一端の凹凸を第２の下パンチで、前記筒状胴部の内周面を第３の下パンチ又はコアロッドで、前記増肉部の他端面を含む前記筒状胴部の他端面を上パンチでそれぞれ成形する請求項１に記載の筒状焼結部品の製造方法。
前記増肉部を前記筒状胴部の内周に設け、原料粉末の成形工程において前記筒状胴部の外周面をダイで、前記増肉部の一端面を前記第１の下パンチで、前記筒状胴部の一端の凹凸を第２の下パンチで、前記増肉部の内周面を第３の下パンチ又はコアロッドで、前記増肉部の他端面を含む前記筒状胴部の他端面を上パンチでそれぞれ成形する請求項１に記載の筒状焼結部品の製造方法。
前記筒状胴部の厚みが５ｍｍ以下の焼結部品を製造する請求項１〜請求項３のいずれか１に記載の筒状焼結部品の製造方法。