JP6912586B2 - Manufacturing method of titanium or titanium alloy green compact - Google Patents
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Description
本発明は、チタン又はチタン合金圧粉体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a titanium or titanium alloy green compact.
チタン及びチタン合金は優れた機械的特性を有するが、加工が難しく、複雑形状製品は従来切削により製造されてきた。しかしながら、切削で製造する場合は歩留まりが悪く、製品単価が非常に高くなるという問題がある。 Titanium and titanium alloys have excellent mechanical properties, but are difficult to process, and complex-shaped products have traditionally been manufactured by cutting. However, in the case of manufacturing by cutting, there is a problem that the yield is low and the product unit price becomes very high.
上記問題を解決する手法の一つとして、素粉末混合法を用いてチタン及びチタン合金圧粉体の製造を行う方法が知られている。素粉末混合法は、純チタン粉末と合金元素添加用粉末を所定の割合で混合し、これをモールドに充填後、室温で圧粉成形し、その後焼結処理や静水圧プレス(冷間等方圧プレス:CIP)処理等を行う処理方法である。 As one of the methods for solving the above problems, a method for producing titanium and a titanium alloy green compact using a raw powder mixing method is known. In the raw powder mixing method, pure titanium powder and powder for adding alloying elements are mixed at a predetermined ratio, filled in a mold, compacted at room temperature, and then sintered or hydrostatically pressed (cold isometric). Pressure press: CIP) is a processing method that performs processing and the like.
例えば、特開平7−90313号公報には、熱可塑性樹脂を使用してブロー成形法により粉末成形用型を作製し、その粉末成形用型にチタン粉末を充填し、静水圧成形プレスで成形することで、チタン粉体の成形体を製造する方法が記載されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-90313, a powder molding mold is produced by a blow molding method using a thermoplastic resin, the powder molding mold is filled with titanium powder, and the mold is molded by a hydrostatic molding press. This describes a method for producing a molded article of titanium powder.
しかしながら、特許文献1に例示されるような熱可塑製樹脂をブロー成形して成形体を形成する方法では、割れなく高密度の成形体が得られるが、厚さの精度が出にくい。そのため、ブロー成形により製造された成形体を用いて製造されたチタン又はチタン合金圧粉体は、外形寸法にずれが生じやすくなる。外形寸法の精度を高めるためには、金属金型などを利用する方法もあるが、高価になる上、複雑形状が製造しにくくなる。 However, in the method of forming a molded product by blow molding a thermoplastic resin as exemplified in Patent Document 1, a high-density molded product without cracking can be obtained, but the thickness accuracy is difficult to obtain. Therefore, the titanium or titanium alloy green compact produced by using the molded product produced by blow molding tends to have a deviation in external dimensions. In order to improve the accuracy of the external dimensions, there is a method of using a metal mold or the like, but it is expensive and it becomes difficult to manufacture a complicated shape.
上記課題を鑑み、本発明は、外形寸法の精度が高く、複雑形状を有するチタン又はチタン合金圧粉体をより経済的に製造することが可能なチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法を提供する。 In view of the above problems, the present invention provides a method for producing titanium or titanium alloy green compact, which has high accuracy in external dimensions and can more economically manufacture titanium or titanium alloy green compact having a complicated shape. do.
本発明者は鋭意検討を重ねたところ、所定の特性を有する熱可塑製樹脂を用いて、所定の厚さ範囲を有するCIP成形用モールドを用いることが有用であるとの知見を得た。 As a result of diligent studies, the present inventor has found that it is useful to use a CIP molding mold having a predetermined thickness range using a thermoplastic resin having a predetermined characteristic.
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、冷間等方圧プレスを用いて相対密度80%、好ましくは84%以上のチタン又はチタン合金圧粉体を得るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法であって、厚さが1.0〜1.8mm、圧縮弾性率が5MPa〜100MPa、ショアD硬さが30〜65の熱可塑製樹脂からなり、粉末供給口と粉末充填用の空洞とを有するCIP成形用モールドを用いるチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法が提供される。 In one aspect, the present invention completed based on the above findings is a titanium or titanium alloy powder obtained by using a cold isotropic press to obtain a titanium or titanium alloy powder having a relative density of 80%, preferably 84% or more. A method for manufacturing a body, which is made of a thermoplastic resin having a thickness of 1.0 to 1.8 mm, a compressive modulus of 5 MPa to 100 MPa, and a shore D hardness of 30 to 65, and is used for a powder supply port and powder filling. A method for producing a titanium or titanium alloy green compact using a CIP molding mold having a cavity of is provided.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は一実施態様において、CIP成形用モールドの長手方向の任意の10点の厚みを測定した場合の(最大値−最小値)/(最大値+最小値)で表されるモールド厚さ誤差範囲指数αが0〜0.05である。 In one embodiment, the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention measures the thickness of any 10 points in the longitudinal direction of the CIP molding mold (maximum value-minimum value) / (maximum value). The mold thickness error range index α represented by (+ minimum value) is 0 to 0.05.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は別の一実施態様において、CIP成形用モールドが、大径部と、大径部に連続し、大径部よりも水平断面の断面積が小さい小径部とを少なくとも備え、且つ水平断面における大径部の最大径に対する小径部の最小径の比率D(小径部最小径/大径部最大径)が、0.5以上0.8未満である。 In another embodiment of the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention, the CIP molding mold is continuous with the large diameter portion and the large diameter portion, and the cross-sectional area of the horizontal cross section is larger than that of the large diameter portion. The ratio D (minimum diameter of small diameter part / maximum diameter of large diameter part) of the minimum diameter of the small diameter part to the maximum diameter of the large diameter part in the horizontal cross section is 0.5 or more and less than 0.8. Is.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は更に別の一実施態様において、CIP成形用モールドは、大径部の外側面に対して小径部の外側面が傾斜し、大径部の外側面の端部から大径部の外側面の延在方向に延びる直線と小径部の外側面とのなす角θが10度以上60度未満である。 In still another embodiment of the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention, in the CIP molding mold, the outer surface of the small diameter portion is inclined with respect to the outer surface of the large diameter portion, and the large diameter portion is formed. The angle θ formed by the straight line extending in the extending direction of the outer surface of the large diameter portion from the end of the outer surface of the small diameter portion and the outer surface of the small diameter portion is 10 degrees or more and less than 60 degrees.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は更に別の一実施態様において、CIP成形用モールドを、3Dプリンタ装置を用いて作製することを含む。 In still another embodiment, the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention includes producing a mold for CIP molding using a 3D printer device.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は更に別の一実施態様において、CIP成形用モールドを、材料押出法を利用した3Dプリンタ装置を用いて作製することを含む。 In yet another embodiment, the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention includes producing a mold for CIP molding using a 3D printer device using a material extrusion method.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は更に別の一実施態様において、CIP成形用モールドを、材料噴射法を利用した3Dプリンタ装置を用いて作製することを含む。 In still another embodiment, the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention includes producing a mold for CIP molding using a 3D printer device using a material injection method.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は更に別の一実施態様において、平均粒径30μm以上100μm未満の純チタン粉末を80〜100質量%、CIP成形用モールドの空洞内に充填することを含む。 In still another embodiment of the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention, 80 to 100% by mass of pure titanium powder having an average particle size of 30 μm or more and less than 100 μm is filled in the cavity of a CIP molding mold. Including doing.
本発明に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は更に別の一実施態様において、平均粒径30μm以上100μm未満の純チタン粉末と、平均粒径5μm以上50μm未満の合金元素粉末又は母合金粉末とを1〜20質量%、CIP成形用モールドの空洞内に充填することを含む。 In still another embodiment, the method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to the present invention comprises a pure titanium powder having an average particle size of 30 μm or more and less than 100 μm, and an alloy element powder or a mother alloy having an average particle size of 5 μm or more and less than 50 μm. It includes filling 1 to 20% by mass of the powder into the cavity of the CIP molding mold.
本発明によれば、外形寸法の精度が高く、複雑形状を有するチタン又はチタン合金圧粉体をより経済的に製造することが可能なチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法が提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing titanium or titanium alloy green compact, which has high accuracy of external dimensions and can more economically manufacture titanium or titanium alloy green compact having a complicated shape.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the structure, arrangement, etc. of the components as follows. It is not specific.
本発明の実施の形態に係るチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法は、冷間等方圧プレス(CIP)を用いて相対密度80%以上、更には相対密度84%以上のチタン又はチタン合金圧粉体を得ることができるチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法であり、例えば図1に例示されるような、粉末供給口2と粉末充填用の空洞3とを有するCIP成形用モールド1を利用することができる。
The method for producing a titanium or titanium alloy green compact according to an embodiment of the present invention is a titanium or titanium alloy having a relative density of 80% or more and further a relative density of 84% or more using a cold isotropic press (CIP). A method for producing a titanium or titanium alloy green compact that can obtain a green compact, for example, a CIP molding mold 1 having a powder supply port 2 and a
外形寸法の精度が高く、複雑形状を有するチタン又はチタン合金圧粉体を製造するためには、CIP処理の製造工程との関係において、CIP成形用モールド1の材料、圧縮弾性率、及びショアD硬さを適正な範囲に調整するとともに、CIP成形用モールド1の厚さと厚さの精度を高くすることが必要である。 In order to produce titanium or titanium alloy green compact having a high accuracy of external dimensions and having a complicated shape, the material of the CIP molding mold 1, the compressive modulus, and the shore D are related to the manufacturing process of the CIP treatment. It is necessary to adjust the hardness to an appropriate range and to increase the thickness and thickness accuracy of the CIP molding mold 1.
具体的には、本実施形態に係るCIP成形用モールド1としては、厚さが1.0〜1.8mmであることを要する。厚さが1.0mm未満の場合、充填粉末の重量でCIP成形用モールド1が変形し、寸法精度が低下する場合がある。一方、厚さを1.8mmより大きくすると、得られる圧粉体に支障はないが、モールド造形材料コストが増加するため経済性を損なう。 Specifically, the CIP molding mold 1 according to the present embodiment needs to have a thickness of 1.0 to 1.8 mm. If the thickness is less than 1.0 mm, the weight of the filling powder may deform the CIP molding mold 1 and reduce the dimensional accuracy. On the other hand, if the thickness is larger than 1.8 mm, there is no problem in the obtained green compact, but the cost of the molding material increases, which impairs economic efficiency.
厚さの寸法精度については、モールドの長手方向の任意の10点の厚みを測定した場合の(最大値−最小値)/(最大値+最小値)で表されるモールド厚さ誤差範囲指数αが0〜0.05であることが好ましい。厚さの寸法精度の評価に際し、厚さの測定点が局所に偏ると、CIP成形用モールド1の全体としての厚さのバラツキを適切に評価できない場合がある。よって、本実施形態においては、「任意の10点の厚み」の測定点として、CIP成形用モールド1の最長面を10等分した場所を意味する。例えば、図1に示すように、CIP成形用モールド1の最大長に沿った長手方向が水平面と垂直な方向に向くようにCIP成形用モールド1を水平面上に静置させ、水平面に垂直な方向にCIP成形用モールド1を10等分したそれぞれの位置(1〜10)における厚みを測定することができる。 Regarding the dimensional accuracy of the thickness, the mold thickness error range index α expressed by (maximum value-minimum value) / (maximum value + minimum value) when the thickness of any 10 points in the longitudinal direction of the mold is measured. Is preferably 0 to 0.05. When evaluating the dimensional accuracy of the thickness, if the thickness measurement points are locally biased, it may not be possible to appropriately evaluate the variation in the thickness of the CIP molding mold 1 as a whole. Therefore, in the present embodiment, as a measurement point of "arbitrary 10 points of thickness", it means a place where the longest surface of the CIP molding mold 1 is divided into 10 equal parts. For example, as shown in FIG. 1, the CIP molding mold 1 is allowed to stand on the horizontal plane so that the longitudinal direction along the maximum length of the CIP molding mold 1 faces the direction perpendicular to the horizontal plane, and the direction perpendicular to the horizontal plane. The thickness at each position (1 to 10) obtained by dividing the CIP molding mold 1 into 10 equal parts can be measured.
即ち、「モールド厚さ誤差範囲指数α」は、図1に示すように、CIP成形用モールド1の長手方向に沿ってCIP成形用モールド1を10等分した場合のそれぞれの高さの任意の位置の測定点の厚さをそれぞれ測定し、その最大値と最小値を用いて評価した誤差範囲指数を指す。厚さの測定は、例えば、各測定点に対してデジタルノギス等を用いることにより行うことができる。 That is, as shown in FIG. 1, the “mold thickness error range index α” is an arbitrary height of the CIP molding mold 1 when the CIP molding mold 1 is divided into 10 equal parts along the longitudinal direction of the CIP molding mold 1. It refers to the error range index evaluated by measuring the thickness of the measurement point at the position and using the maximum and minimum values. The thickness can be measured, for example, by using a digital caliper or the like for each measurement point.
モールド厚さ誤差範囲指数αが0.05よりも大きくなると、CIP成形用モールド1を用いて製造されるチタン又はチタン合金圧粉体の外形寸法の精度が悪くなる上に、スプリングバック力の制御が困難になり、破断発生の原因となる。モールド厚さ誤差範囲指数αは、0.01以下とすることが好ましく、より好ましくは0.008以下、更には0.001以下とすることが好ましい。 When the mold thickness error range index α becomes larger than 0.05, the accuracy of the external dimensions of the titanium or titanium alloy green compact produced by using the CIP molding mold 1 deteriorates, and the springback force is controlled. Becomes difficult and causes breakage. The mold thickness error range index α is preferably 0.01 or less, more preferably 0.008 or less, and further preferably 0.001 or less.
CIP成形用モールド1の狙い厚さ、即ち製造時のCIP成形用モールド1の厚さデータが既知の場合は、モールド厚さ誤差範囲指数βによって、CIP成形用モールド1の寸法精度を評価することもできる。モールド厚さ誤差範囲指数βは、モールド厚さ誤差範囲指数αの測定と同様に、CIP成形用モールド1の長手方向に沿って10等分した場合のそれぞれの高さの任意の位置の測定点の厚さをそれぞれ測定した場合の「(最大値−最小値)/狙い厚さ」を指す。狙い厚さとしては、例えば、CIP成形用モールド1の成形時の三次元CAD元データの厚さを用いることができる。 When the target thickness of the CIP molding mold 1, that is, the thickness data of the CIP molding mold 1 at the time of manufacturing is known, the dimensional accuracy of the CIP molding mold 1 is evaluated by the mold thickness error range index β. You can also. The mold thickness error range index β is a measurement point at an arbitrary position at each height when the mold thickness error range index β is divided into 10 equal parts along the longitudinal direction of the CIP molding mold 1 in the same manner as the measurement of the mold thickness error range index α. Refers to "(maximum value-minimum value) / target thickness" when the thickness of each is measured. As the target thickness, for example, the thickness of the three-dimensional CAD source data at the time of molding the CIP molding mold 1 can be used.
モールド厚さ誤差範囲指数βが0.5よりも大きくなると、CIP成形用モールド1を用いて製造されるチタン又はチタン合金圧粉体の外形寸法の精度が悪くなる上に、スプリングバック力の制御が困難になり、破断発生の原因となる。モールド厚さ誤差範囲指数βが0.5以下の誤差はCIP成形用モールド1の物性に影響しない。モールド厚さ誤差範囲指数βは0.2以下が好ましく、より好ましくは0.1以下、更に好ましくは0.05以下である。 When the mold thickness error range index β becomes larger than 0.5, the accuracy of the external dimensions of the titanium or titanium alloy green compact produced by using the CIP molding mold 1 deteriorates, and the springback force is controlled. Becomes difficult and causes breakage. An error with a mold thickness error range index β of 0.5 or less does not affect the physical properties of the CIP molding mold 1. The mold thickness error range index β is preferably 0.2 or less, more preferably 0.1 or less, and further preferably 0.05 or less.
或いは、CIP成形用モールド1の長手方向に沿ってCIP成形用モールド1を10等分した場合のそれぞれの高さの任意の10点の(厚さ/狙い厚さ×100−100)の絶対値の平均値をモールド厚さ誤差範囲指数γとして評価することもできる。モールド厚さ誤差範囲指数γは1.5未満が好ましく、より好ましくは1.0以下、更に好ましくは0.5以下である。 Alternatively, the absolute value of any 10 points (thickness / target thickness × 100-100) at each height when the CIP molding mold 1 is divided into 10 equal parts along the longitudinal direction of the CIP molding mold 1. The average value of is also evaluated as the mold thickness error range index γ. The mold thickness error range index γ is preferably less than 1.5, more preferably 1.0 or less, still more preferably 0.5 or less.
CIP成形用モールド1に使用する材料としては、熱可塑製樹脂が好ましく、中でもベースとなるアクリル材料にエラストマーを混合させた材料が好適に利用できる。ベースとなるアクリル材料にゴム成分であるエラストマーを段階的に混合することで、本実施形態の圧縮弾性率及び硬度となるように調整することができる。エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン/アルケン系、塩ビ系、ウレタン系、アミド系の熱可塑性エラストマー等を熱可塑製樹脂に混合することができる。例えば、アクリル樹脂にウレタンアクリレートなどのエラストマーを混ぜ、硬度を調整した材料を、CIP成形用モールド1の材料として好ましく用いることができる。エラストマーは熱可塑製樹脂に対して15〜65mass%混合することができる。 As the material used for the CIP molding mold 1, a thermoplastic resin is preferable, and among them, a material obtained by mixing an elastomer with a base acrylic material can be preferably used. By stepwise mixing the elastomer, which is a rubber component, with the base acrylic material, the compressive elastic modulus and hardness of the present embodiment can be adjusted. As the elastomer, styrene-based, olefin / alken-based, vinyl chloride-based, urethane-based, amide-based thermoplastic elastomers and the like can be mixed with the thermoplastic resin. For example, a material whose hardness is adjusted by mixing an elastomer such as urethane acrylate with an acrylic resin can be preferably used as a material for the CIP molding mold 1. The elastomer can be mixed in an amount of 15 to 65 mass% with respect to the thermoplastic resin.
熱可塑製樹脂材料の圧縮弾性率は、5MPa〜100MPaとすることが好ましい。圧縮弾性率を5MPa未満とすると、CIP成形用モールド1の剛性が足りず、充填粉末の自重でCIP成形用モールド1が変形し、CIP成形品の寸法精度が著しく低下する。圧縮弾性率を100MPaよりも大きくすると、CIP成形用モールド1の剛性が高くなり、CIP除荷時のCIP成形用モールド1のスプリングバック時に内部の圧粉体に圧粉体強度以上の負荷がかかり、圧粉体破断に繋がる場合がある。 The compressive elastic modulus of the thermoplastic resin material is preferably 5 MPa to 100 MPa. If the compressive elastic modulus is less than 5 MPa, the rigidity of the CIP molding mold 1 is insufficient, the CIP molding mold 1 is deformed by the weight of the filling powder, and the dimensional accuracy of the CIP molded product is significantly lowered. When the compressive elastic modulus is made larger than 100 MPa, the rigidity of the CIP molding mold 1 becomes high, and when the CIP molding mold 1 is springed back during CIP unloading, the internal green compact is loaded with a load greater than the green compact strength. , May lead to breakage of green compact.
CIP成形用モールド1に使用する熱可塑製樹脂の圧縮弾性率はより好ましくは8MPa〜70MPa、更に好ましくは30MPa〜60MPa、更に好ましくは40MPa〜60MPaである。圧縮弾性率は、JIS K7181(2011)に準拠する試験方法によって測定することができる。 The compressive elastic modulus of the thermoplastic resin used in the CIP molding mold 1 is more preferably 8 MPa to 70 MPa, further preferably 30 MPa to 60 MPa, still more preferably 40 MPa to 60 MPa. The compressive modulus can be measured by a test method conforming to JIS K7181 (2011).
CIP成形用モールド1に使用する熱可塑製樹脂のショアD硬さは30〜65、より好ましくは32〜60とすることが好ましい。ショアD硬さが30未満の場合はCIP成形用モールド1の剛性が足りず、形状を維持できずに潰れる。ショアD硬さを65よりも大きくすると、CIP成形用モールド1の剛性が高くなり、CIP除荷時のCIP成形用モールド1のスプリングバック時に内部の圧粉体に圧粉体強度以上の負荷がかかり、圧粉体破断に繋がる場合がある。なお、ショアD硬さは、JIS K7215(1986)に準拠する試験方法によって測定することができる。 The Shore D hardness of the thermoplastic resin used for the CIP molding mold 1 is preferably 30 to 65, more preferably 32 to 60. When the shore D hardness is less than 30, the rigidity of the CIP molding mold 1 is insufficient, and the shape cannot be maintained and the mold 1 is crushed. When the shore D hardness is made larger than 65, the rigidity of the CIP forming mold 1 becomes high, and when the CIP forming mold 1 is springed back during CIP unloading, the internal green compact is loaded with a load greater than the green compact strength. This may lead to breakage of the green compact. The shore D hardness can be measured by a test method based on JIS K7215 (1986).
図1に示すように、CIP成形用モールド1は、大径部11と、大径部11に連続し、大径部11よりも水平断面の断面積が小さい小径部12と、小径部12よりも水平断面の断面積が大きく、小径部12に連続する大径部13と、大径部13に連続し、頂部に粉末供給口2を有する頂部14とを含む。
As shown in FIG. 1, the CIP molding mold 1 is continuous with the
小径部12は、底部から頂部に向かって水平方向の断面積が徐々に小さくなり、中間部分で最小断面積となり、中間部分から大径部13に向けて水平方向の断面積が徐々に大きくなるようなくびれを有する形状とすることができる。
The horizontal cross-sectional area of the small-
大径部11、13は、水平断面が多角形状を有していてもよいし、水平断面が円又は楕円状であってもよく、利用用途に応じて適宜変更することができ、具体的形状は特に限定されない。また、水平断面における大径部11、13の最大径D11に対する小径部12の最小径D12の比率D(小径部最小径D12/大径部最大径D11)が、0.5以上0.8未満である。大径部11、13と小径部12の形状は、水平断面同士が略相似形であることが好ましいが、互いに異なる形状を有していてもよい。The
図2(a)の拡大図に示すように、CIP成形用モールド1は、大径部11の外側面111に対して小径部12の外側面121が傾斜している。大径部11の外側面111の端部112から大径部11の外側面111の延在方向に延びる直線Xと小径部12の外側面121とのなす角θ(図2(a)の例では直線Xから半時計回りに測定した場合の小径部12の外側面121とのなす角θ)が10度以上60度未満である。なお、小径部12の外側面121が曲面を有する場合は、図2(b)に示すように、小径部12の水平断面において最小径D12となる位置と大径部11の端部112とを通る直線Yと直線Xとのなす角θ(即ち、直線Xを基点として直線Xから反時計回りに測定した場合の直線Yとのなす角)が、10度以上60度未満である。As shown in the enlarged view of FIG. 2A, in the CIP molding mold 1, the
図1及び図2(a)、図2(b)に示すような複雑形状を有するCIP成形用モールド1は、3Dプリンタ装置を用いて作製することができる。これにより、従来のようにブロー成形してモールドを形成する場合に比べて、厚さを均一にすることができ、寸法精度を向上させることができる。また、モールドの製造に際し、金型等を作製する必要がないため、より経済的に複雑形状を有するCIP成形用モールド1を、寸法精度が高くなるように製造することができる。 The CIP molding mold 1 having a complicated shape as shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b) can be manufactured by using a 3D printer device. As a result, the thickness can be made uniform and the dimensional accuracy can be improved as compared with the case where the mold is formed by blow molding as in the conventional case. Further, since it is not necessary to manufacture a mold or the like when manufacturing the mold, the CIP molding mold 1 having a more economically complicated shape can be manufactured so as to have high dimensional accuracy.
3Dプリンタ装置としては汎用の装置を用いることができるが、材料押出法を利用した3Dプリンタ装置、或いは材料噴射法を利用した3Dプリンタ装置を用いて作製することが好ましい。 A general-purpose device can be used as the 3D printer device, but it is preferable to use a 3D printer device using a material extrusion method or a 3D printer device using a material injection method.
本実施形態に係るCIP成形用モールド1内の空洞3に、純チタン粉末又は純チタン粉末と合金元素粉末又は母合金粉末とを充填し、CIP処理を実施することにより、本実施形態に係るチタン又はチタン合金圧粉体が得られる。本実施形態において「純チタン」とはJIS2種に規定の組成を満たす工業用純チタンを意味する。また、合金元素粉末とは例えばAl粉末やV粉末等単一元素の粉末であって、母合金粉末とは複数の元素を含む粉末である。
Titanium according to the present embodiment is formed by filling the
充填材としては、例えば平均粒径30μm以上100μm未満の純チタン粉末を80〜100質量%、CIP成形用モールドの空洞内に充填することにより、相対密度80%以上のチタン又はチタン合金圧粉体が得られる。或いは、平均粒径30μm以上100μm未満の純チタン粉末と、平均粒径5μm以上50μm未満の合金元素粉末又は母合金粉末とを1〜20質量%、CIP成形用モールド1の空洞内3に充填し、CIP処理を実施することにより、相対密度80%以上のチタン又はチタン合金圧粉体が得られる。粉体の充填、CIP処理は一般的に良く知られる条件を用いて実施することができる。なお、平均粒径は、レーザー回折散乱法によって得られた粒度分布(体積基準)の粒子径D50(メジアン径)の値を指す。チタン合金圧粉体に用いられる主な合金系としては、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−10V−2Fe−3Al等が挙げられる。
As the filler, for example, by filling 80 to 100% by mass of pure titanium powder having an average particle size of 30 μm or more and less than 100 μm into the cavity of the CIP molding mold, a titanium or titanium alloy green compact having a relative density of 80% or more is filled. Is obtained. Alternatively, 1 to 20% by mass of pure titanium powder having an average particle size of 30 μm or more and less than 100 μm and alloy element powder or mother alloy powder having an average particle size of 5 μm or more and less than 50 μm are filled in the
本発明の実施の形態に係るチタン又はチタン合金圧粉体によれば、3Dプリンタを用いて、所定の熱可塑製樹脂を利用して、厚さ及び厚さ精度が制御されたCIP成形用モールド1を得て、これを利用してCIP処理を実施することにより、外形寸法の精度が高く、複雑形状を有するチタン又はチタン合金圧粉体をより経済的に製造することができる。 According to the titanium or titanium alloy green compact according to the embodiment of the present invention, a mold for CIP molding in which the thickness and thickness accuracy are controlled by using a predetermined thermoplastic resin using a 3D printer. By obtaining 1 and performing a CIP treatment using this, titanium or a titanium alloy green compact having a high accuracy in external dimensions and a complicated shape can be produced more economically.
以下に本発明の実施例および比較例について説明するが、本発明は以下の実施例に制限されないことは勿論である。 Examples and comparative examples of the present invention will be described below, but it goes without saying that the present invention is not limited to the following examples.
厚さを0.5〜1.75mmの間で調整したCIP成形用モールドの3Dデータに基づいて、熱可塑製樹脂としてアクリル樹脂にエラストマーを混合したもの(以下「アクリル+エラストマー」と称する。)と、アクリル樹脂と、シリコン樹脂とを用いて、3DプリンタによりCIP成形用モールドを作製した。アクリル+エラストマーからなる樹脂材料は、圧縮弾性率及びショアD硬さが異なる2種類のものを使用した。熱可塑製樹脂としてアクリル+エラストマー、アクリルを用いたCIP成形用モールドについては、3DSystems製の3Dプリンタ装置ProJet5500Xを用いて材料噴射法により作製した。熱可塑製樹脂としてシリコン樹脂材料を用いたCIP成形用モールドについては、キーエンス製3Dプリンタ装置AGILISTA−3200を用いて材料噴射法により作製した。CIP成形用モールドの大径部と小径部の比率Dは0.6、大外径と小外径とのなす角θを27度と設定して、図1に示す形状のCIP成形用モールドを作製した。 Based on the 3D data of the CIP molding mold whose thickness is adjusted between 0.5 and 1.75 mm, a mixture of an elastomer and an acrylic resin as a thermoplastic resin (hereinafter referred to as "acrylic + elastomer"). And an acrylic resin and a silicon resin, a mold for CIP molding was produced by a 3D printer. As the resin material composed of acrylic + elastomer, two types having different compressive elastic modulus and shore D hardness were used. A mold for CIP molding using acrylic + elastomer and acrylic as the thermoplastic resin was produced by a material injection method using a 3D printer device ProJet5500X manufactured by 3D Systems. A mold for CIP molding using a silicon resin material as a thermoplastic resin was produced by a material injection method using a 3D printer device AGILISTA-3200 manufactured by KEYENCE. The ratio D of the large diameter part to the small diameter part of the CIP molding mold is set to 0.6, and the angle θ between the large outer diameter and the small outer diameter is set to 27 degrees to obtain the CIP molding mold having the shape shown in FIG. Made.
作製されたCIP成形用モールド内の空洞に、トーホーテック製純チタン粉末TC−150(粒度幅45−150μm、平均粒径90μm)を充填し、CIP処理を行った。CIP処理は、日機装製冷間静水圧成形装置CL4−22−60を用いた。 The cavity in the prepared CIP molding mold was filled with pure titanium powder TC-150 (particle size width 45-150 μm, average particle size 90 μm) manufactured by Toho Tech, and CIP treatment was performed. For the CIP treatment, a cold hydrostatic pressure forming apparatus CL4-22-60 manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was used.
作製されたCIP成形用モールド内の空洞に純チタン粉末を充填し、タッピングし、ビニールテープで封じたものを真空パックし、真空パックした純チタン粉末充填品を、冷間静水圧成形装置にセットし、加圧した。約300MPaに到達したところで1分保持後、除圧し、チタン粉末充填品を冷間静水圧成形装置から取り出した。得られた成形体を大気圧、130℃で15分間加熱し、軟化したCIP成形用モールドをカッター、ニッパー等を使用して除去して、圧粉体を得た。 The cavity in the prepared CIP molding mold is filled with pure titanium powder, tapped, sealed with vinyl tape, vacuum packed, and the vacuum packed pure titanium powder filled product is set in a cold hydrostatic molding device. And pressurized. When it reached about 300 MPa, it was held for 1 minute and then decompressed, and the titanium powder-filled product was taken out from the cold hydrostatic molding apparatus. The obtained molded product was heated at atmospheric pressure and 130 ° C. for 15 minutes, and the softened CIP molding mold was removed using a cutter, nippers, or the like to obtain a green compact.
各材料及び各装置を用いて作製したCIP成形用モールドに対し、モールド厚さ誤差範囲指数α、β、γ、圧縮弾性率、ショアD硬さと、圧粉体密度(相対密度)を測定した。狙い厚さは3Dデータ作成時の厚さを用いた。CIP成形用モールド1を長手方向に10等分し(本実施例では12mm間隔)、10点の厚さをチックネスゲージで測定した。圧縮弾性率はJIS K7181(2011)に準拠して実施した測定結果より算出した。ショアD硬さはJIS K7215(1986)に準拠して測定した。圧粉体密度は、アルキメデス法で求めた密度/理論密度4.51/cm3×100から算出した。更に、得られた圧粉体の破断の有無を観察した。結果を表1に示す。The mold thickness error range indices α, β, γ, compressive elastic modulus, shore D hardness, and powder density (relative density) were measured for the CIP molding molds produced using each material and each device. As the target thickness, the thickness at the time of creating 3D data was used. The CIP molding mold 1 was divided into 10 equal parts in the longitudinal direction (12 mm intervals in this example), and the thickness of 10 points was measured with a tickness gauge. The compressive elastic modulus was calculated from the measurement results carried out in accordance with JIS K7181 (2011). Shore D hardness was measured according to JIS K7215 (1986). The green compact density was calculated from the density / theoretical density 4.51 / cm 3 × 100 obtained by the Archimedes method. Furthermore, the presence or absence of breakage of the obtained green compact was observed. The results are shown in Table 1.
厚さ0.5mmのCIP成形用モールドを作製した比較例1、2では、CIP成形用モールドを作製することができなかった。シリコン樹脂を使用した厚さ1.0mmの比較例5もCIP成形用モールドを作製することができなかった。圧縮弾性率及びショアD硬さが本発明の範囲外であるアクリル樹脂を用いた比較例3及び4では、CIP成形用モールドを作製することはできたが、得られた圧粉体に破断が生じた。比較例6では、モールドを作製することはできたが、強度不足により、CIP処理時に形状を維持することができずに潰れが発生した。実施例1〜4では、相対密度84%で破断のない圧粉体を作製することができた。 In Comparative Examples 1 and 2 in which the CIP molding mold having a thickness of 0.5 mm was produced, the CIP molding mold could not be produced. Even in Comparative Example 5 having a thickness of 1.0 mm using a silicon resin, a mold for CIP molding could not be produced. In Comparative Examples 3 and 4 using an acrylic resin whose compressive elastic modulus and shore D hardness were outside the range of the present invention, a mold for CIP molding could be produced, but the obtained green compact was broken. occured. In Comparative Example 6, although the mold could be produced, the shape could not be maintained during the CIP treatment due to insufficient strength, and crushing occurred. In Examples 1 to 4, it was possible to prepare a green compact having a relative density of 84% and no breakage.
1…CIP成形用モールド
2…粉末供給口
3…空洞
11…大径部
12…小径部
13…大径部
14…頂部
111,121…外側面
112…端部1 ... CIP molding mold 2 ...
Claims (7)
厚さが1.0〜1.8mm、圧縮弾性率が5MPa〜100MPa、ショアD硬さが30〜65の熱可塑製樹脂からなり、CIP成形用モールドの長手方向の任意の10点の厚みを測定した場合の(最大値−最小値)/(最大値+最小値)で表されるモールド厚さ誤差範囲指数αが0〜0.05であり、粉末供給口と粉末充填用の空洞とを有するCIP成形用モールドを3Dプリンタ装置を用いて作製し、
充填材を前記CIP成形用モールドの前記空洞内に充填し、充填後に加熱処理せずに冷間等方圧プレスを行うことを特徴とするチタン又はチタン合金圧粉体の製造方法。 A method for producing a titanium or titanium alloy green compact obtained by using a cold isotropic press to obtain a titanium or titanium alloy green compact having a relative density of 80% or more.
It is made of a thermoplastic resin with a thickness of 1.0 to 1.8 mm, a compressive elastic modulus of 5 MPa to 100 MPa, and a shore D hardness of 30 to 65. The mold thickness error range index α represented by (maximum value-minimum value) / (maximum value + minimum value) when measured is 0 to 0.05, and the powder supply port and the cavity for powder filling are separated. A mold for CIP molding to be possessed is produced using a 3D printer device.
A method for producing a titanium or titanium alloy green compact, wherein a filler is filled in the cavity of the CIP molding mold, and after filling, cold isotropic pressing is performed without heat treatment.
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