JPH07110963B2 - 金属粉末の押出成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属粉末から成形品を一連の動作によって製造
することができる成形装置に関する。

（従来の技術） 急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合金元素も過飽和
に含有させることができるので、例えばアルミニウムや
アルミニウム合金（以下、単にアルミニウムという。）
の急例凝固粉末によって形成された押出材は、溶製材で
は具備することができない優れた材質特性を有し、機械
部品等の材料として注目されている。

前記押出材は、通常、急冷凝固金属粉末を冷間静水圧加
圧（CIPという）により等方向に圧縮成形し、この成形
体を封缶脱ガス処理をして熱間静水圧加圧（HIPとい
う）により加圧焼結した後、この焼結体に押出加工を施
して製造していた。

そして、押出材は冷間鍛造や温間鍛造等により製品に近
似した外形を有する成形品に加工成形される。

ところで、急冷凝固金属粉末の焼結体を得るのに、HIP
のような強力な焼結処理を行うのは次の理由による。す
なわち、急冷凝固金属粉末の表面には酸化物被膜が生成
している。例えば、アルミニウム急冷凝固粉末の場合で
は、化学的に安定で緻密なAl₂O₃被膜が強固に形成され
ている。従って、かかる急冷凝固金属粉末の焼結体を得
るには、基地が酸化物被膜を介して拡散接合しなければ
ならず、強力な焼結処理が必要となるからである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の成形方法では、成形工程が煩雑で
生産性が悪く、またHIP等の各工程を実施するための高
価な設備を種々必要とし、成形品のコスト上昇の要因と
なっている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、生産性
に優れた急冷凝固金属粉末の成形装置を提供することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために講じられた本発明の金属粉末
の成形方法は、金属粉末を収容するコンテナ30と、成形
孔９が貫通状に形成された成形金型８と、コンテナ30内
の金属粉末をコンテナ30に開設された押出孔34より前記
成形孔９に押出すための押出ステム５とを備え、前記成
形孔９内周面に底型13が密接状に挿着され、該底型13は
シリンダ21によって成形孔内位置とコンテナ側の成形孔
外位置との間で移動自在とされ、前記コンテナ30は押出
孔34の開口端面と成形孔９の開口端面とが当接しかつ両
孔34,9が同心状に連通する押出位置と底型がコンテナ側
成形孔外位置に移動可能な取出位置との間で成形孔軸心
に対して直角方向にシリンダ43によって移動自在とされ
ていることを発明の構成とするものである。

（作 用） コンテナを押出位置側とし、成型を成型孔内位置側とし
た状態でコンテナ内の急冷凝固金属粉末をコンテナの押
出孔から成型金型の成型孔内に押出ステムによって押出
すと共に、成形孔内周面と底型のコンテナ側端部に形成
された成形型部とで構成された成形室に押出材を加圧充
填する。

コンテナ内の急冷凝固金属粉末は、押出加工により強力
なせん断作用を受け、粉末の表面に形成されている酸化
物被膜が分断破壊され、また基地中の晶出物が析出物も
微細に分断され、これらが基地中に均一に分散されて高
強度化が図られる。

押出材の成形室への加圧充填が完了した後、押出ステム
をコンテナ外へ移動し、コンテナを取出位置側へ移動す
る。

このとき、押出孔の開口端面と成形孔の開口端面とが当
接状態でコンテナが成形孔軸心に対して直角方向へ移動
するので、押出材は成形孔の開口面でせん断され、成形
室内に成形品が残置される。せん断時に、押出成形部分
は成形室内に収容された状態となっているため、成形品
に変形や損傷が生じにくい。

次に、底型をコンテナ側の成形孔外位置に移動させて、
成形品を成形孔から取出す。

その後、底型を成形孔内位置に戻すと共に、コンテナを
押出位置に戻すと、押出初期状態に復帰する。かかる一
連の動作を繰り返すことにより、成形品が連続的に製造
される。

（実施例） 以下、第１図〜第８図を参照して本発明の押出成形装置
の実施例について詳述する。

装置の全体および初期位置を示す第１図において、ベー
スフレーム１に対してヘッドフレーム２が副シリンダ４
を介して無負荷状態で昇降自在に設けられている。ベー
スフレーム１には主シリンダ３が立設され、その主ラム
がヘッドフレーム２に連結されて押出力発生機構を構成
している。ヘッドフレーム２にはプレス中心に押出ステ
ム５が垂設されており、前記主シリンダ３および副シリ
ンダ４により昇降自在、加圧自在とされている。

前記ベースフレーム１のプレス中心には貫通孔が形成さ
れており、その上端開口周縁に形成された凹部７に成形
金型８が取り付けられている。該成形金型８は、成形孔
９が貫通状に形成された成形孔型10と、該成形孔型10を
保持するための型ホルダ11とで構成され、前記成形孔型
10がその上端面を型ホルダ11上面より突出させた状態で
型ホルダ11に嵌着されている。

前記成形孔９は上端部より下部かけて上方が径大とされ
たテーパ周面で形成され、下部には底型13が成形孔９内
周面に密接状態に挿着されている。

前記底型13は、成形孔９内周面に密接する大径部14と、
その上部に連成された成形型部15と、大径部14の下部に
連成された取付部16とからなり、前記成形型部15と成形
孔９内周面とで成形室17を構成している。

前記取付部16下端には、ノックアウトバー19が連結され
ている。該ノックアウトバー19は、ベースフレーム１の
貫通孔の下部にねじ結合された受圧部材20を貫通して垂
設されており、その下端がノックアウト用シリンダ21の
ピストンロッドに連結されている。該ノックアウト用シ
リンダ21によってノックアウトバー19を介して前記底型
13が成形孔内下部位置と成形孔外上部位置との間で移動
自在に構成されている。

前記ノックアウトバー19の中途部には加圧リング部22が
形成され、一方、受圧部材20の貫通孔には前記加圧リン
グ部22に係合する受圧段部23が形成されており、底型13
が成形孔内下部位置に位置する状態で加圧リング部22が
受圧段部23と係合し、底型13に加えられる加圧力を受圧
段部23が担持する。

前記型ホルダ11は、その下面に開口したシリンダ孔25を
備えており、該シリンダ孔25に摺動自在に挿着したピス
トン26がベースフレーム２凹部７上面に固着されてい
る。また、型ホルダ11は下方に付勢するための皿ばね27
を備えた案内ボルト28によって凹部７底面に取り付けら
れている。このような構成によれば、シリンダ孔25に圧
油を注入すると、型ホルダ11が前記皿ばね27に抗して上
昇し、除圧すると皿ばね27の付勢力によって下降し、こ
こにジャッキアップ機構を構成する。

前記成形金型８の上部には、成形用の金属粉末を収容す
るためのコンテナ30が設けられている。該コンテナ30
は、前記粉末を収容するための収容孔31を有するシリン
ダ部材32がコンテナ本体33下端面より一部突出した状態
で該本体33に嵌着されており、収容孔31下部には前記成
形孔９とほぼ同径の押出孔34が穿設された金径材製のシ
ャーリング35がその下面とシリンダ部材32下端面とが面
一状態となるよう挿着されている。該シャーリング35
は、収容孔31内の粉末が加圧されると、粉末の圧縮成形
に伴って、収容孔31下端に保持された状態となる。

ベッドフレーム２上面には一対の案内ブロック36,36が
ボルト37によって固着されており、該案内ブロック36,3
6の対向する側面に一対の案内溝38,38が形成されてい
る。前記コンテナ30は、該案内溝38,38によって水平方
向に摺動自在に支持された基盤39に嵌着されている。そ
して、前記案内ブロック36,36はコンテナ30がプレス中
心と同心状となる押出位置において、シリンダ部材32の
下端面が前記成形孔型10の上端面と当接するように高さ
調節されている。従って、押出位置においては、押出孔
34の開口端面と成形孔９の開口端面とが当接しかつ両孔
が同心状に連通する状態となる。

前記基盤39には、コンテナ30の設置端部の反対側端部に
成形品の取出孔41が開設されており、更にその間に成形
室17の手入用穴42が設けられている。そして、該基盤39
はシャーリング用シリンダ43によって押出位置と取出孔
41中心がプレス中心に合致する取出位置との間で移動自
在とされている。

前記取出孔41の開口上面には、方形状の壁部45が凸設さ
れており、該壁部45内周面と基盤39上面とによって凹部
46が形成されており、その上面に取出孔41と同心状の開
口を有する蓋板47がボルト等によって固着されている。

前記凹部46には、底型13の成形孔外上部位置において、
その大径部14を把持するための一対のクランプ爪49,49
が収納されている。該クランプ爪49,49の後面には各々
一対の案内棒50,50が対置する壁部45aに穿設された案内
孔を貫通して摺動自在に挿着され、各案内棒50,50には
クランプ爪49,49を離反方向に付勢するためのコイルば
ね51,51が各々装着されている。一方、各クランプ爪49,
49の後面に対置する壁部45aにはシリンダ孔52が開設さ
れ、クランプ爪49,49を各々取出孔41中心方向に移動さ
せるためのピストン53が前記シリンダ孔52に摺動自在に
挿着されている。かかる構成によれば、シリンダ孔52,5
2に圧油を注入することによって、クランク爪49,49はピ
ストン53,53を介して各々取出孔中心側へ移動し、除圧
すると各コイルばね51によって各々のクランプ爪49,49
は離反し、ここにクランプ機構を構成する。54は圧油注
入栓である。

前記コンテナ30の上部には、押出ステム５と同心状に円
筒状の押えフレーム56が配設されており、該押えフレー
ム56は、型締めシリンダ57によって上下方向に移動自在
とされている。そして、コンテナ30が押出位置にあると
き、押えフレーム56を下降させ、コンテナ30上端面に押
えフレーム56の下端面を当接させたまま押圧すると、コ
ンテナ30が成形金型８側に加圧されて、両者は型締めさ
れる。

尚、ヘッドフレーム２、押えフレーム56等の可動部材は
図外案内装置によって摺動案内されている。

次に、同図を参照して、押出成形動作を説明する。

まず、第１図に示すように、可動部材を各初期位置に配
置する。すなわち、ヘッドフレーム２および押えフレー
ム56を上昇端とし、成形孔９内の底型13を下限とし、コ
ンテナ30を押出位置とする。また、ジャッキアップ機
構、クランプ機構には圧油の送給を停止し除圧したまま
とする。そして、コンテナ30内の収容孔31に金属粉末の
圧縮成形体59を装入し、その上面に押盤60を載置し、押
えフレーム56を下降させて、コンテナ30と成形金型８と
を型締めする。

次に、第２図に示すように、副シリンダ４によって、押
出ステム５の先端が押盤60に当接するまで無負荷下降さ
せる。その後、主シリンダ３に圧油を送給し、両シリン
ダ3,4によって前記成形体59を加圧して押出孔34を成形
孔９へ押出材を押出すと共に、成形室17に押出材を加圧
充填する。

圧縮成形体59を急冷凝固金属粉末で形成した場合、該粉
末は、押出加工により強力なせん断作用を受けた、粉末
の表面に形成されている酸化物被膜が分断破壊され、ま
た基地中の晶出物や析出物も微細に分断され、これらが
基地中に均一に分散されて高強度化が図られる。

アルミニウム急冷凝固粉末を用いる場合、押出比は５〜
20とするのがよい。５未満では、Al₂O₃被膜等の分断作
用が不足し、一方20を越えると押出荷重が過大となり、
工業的生産に適さなくなる。尚、好ましくは７〜12の範
囲がよい。また、押出温度は250〜450℃とするのがよ
い。250℃未満では、急冷凝固粉末の変形抵抗が大きく
なり、大きな押出荷重を必要とし、また、Al₂O₃被膜の
分断破壊後の基地の拡散接合が不十分となる。一方450
℃を越えると、析出物の核の発生や成長が促進し、粗大
析出物が生成し、強度の低下を招来する。

尚、圧縮成形体59の加熱用ヒータは、コンテナ本体33に
適宜のヒータ設置孔を開設しておき、該孔に埋設すれば
よい。

押出成形完了後、押出ステム５をコンテナ30外方へ上昇
させた後、第６図に示すように、基盤39を押出位置から
取出位置へ水平移動する。このとき、成形孔型10の上端
面とコンテナ30のシリンダ部材32下端面とが当接状態で
コンテナ30が水平移動するため、押出材は成形孔９の開
口面でせん断され、成形室17内にピストン形状の成形品
62が残置される。この際、シリンダ部材32の下端面には
シャーリング35が面一に装着されているから、押出材の
せん断は極めて容易に行われ、せん断面での成形品62の
へたりがほとんど生じない。また、押出成形部分は成形
室17内で保持された状態でせん断されるので、成形品62
に変形や損傷が生じにくい。

次に、第７図に示すように、型ホルダ11のシリンダ孔25
に圧油を送給し、型ホルダ11と共に成形孔型10を一旦上
昇させる。この操作によって、成形品62と成形孔９およ
び成形型部15との密着性が解消される。

シリンダ孔25内の圧油を除圧し、型ホルダ11をベッドフ
レーム２の凹部７上面に下降させた後、第８図に示すよ
うに、ノックアウトバー19を上昇させる。ノックアウト
バー19の上昇によって、成形室17内の成形品62は底型13
と共に基盤39の取出孔41を通過して基盤39の上部へ突き
出される。そして、クランプ機構のシリンダ孔52に圧油
を送給して、クランプ爪49,49を作動させて底型13の大
径部14を把持し、位置決めを行う。その後、適宜の取出
手段で底型13に載置された成形品62を取り出す。

その後、クランプ機構への圧油を除圧したクランプを解
除し、底型13を成形孔内下部位置に下降させた後、基盤
39を手入用穴42の中心がプレス中心に来るように水平移
動する。そして、手入用穴42を介して、成形室17の手入
れを行い、二硫化モリブデン等と焼付防止剤を塗布す
る。

成形室17の手入終了後、基盤39を押出位置に移動させ、
第２図および第６図〜第８図の動作を繰り返すことによ
り、成形品62が連続的に押出成形される。

本実施例の場合、コンテナ30の収容孔31下端にはシャー
リング35が収容孔31内で加圧された圧縮成形体を介して
保持されているだけであるから、収容孔31内に収容され
た圧縮成形体59がほぼ使用された場合、収容孔31内の押
しかすは、シャーリング35ごとに収容孔31より容易に取
り出すことができ、収容孔31の手入れも容易に行うこと
ができる。

ところで、コンテナ30の収容孔31に収容する押出素材と
しては、上記のうよに圧縮成形体59を必ずしも用いる必
要はなく、金属粉末を収容孔31に直接装入してもよい。
この場合、成形室17に粉末が入らないように、予めダミ
ー成形品を装着しておき、収容孔31内の粉末を圧縮成形
した後、該ダミー成形品を取り出せばよい。

尚、本発明による押出成形装置は、アルミニウム急冷凝
固粉末のほか、マグネシウムおよびその合金、亜鉛およ
びその合金など塑性変形の容易な金属の急冷凝固粉末の
押出成形に対しても適用が可能である。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の金属粉末の押出成形装置に
よれば、コンテナ30が押出位置にあるとき、押出孔34の
開口端面と成形孔９の開口端面とが当接しかつ両孔34,9
が同心状に連通するので、コンテナ30内の金属粉末を押
出ステムによって押出孔から成形孔へ押出すことができ
る。このとき、底型13を成形孔内位置に設けておくこと
によって、成形孔９内周面と底型13のコンテナ側端部に
形成された成形型部15によって構成された成形室17に押
出材が加圧充填され、押出しと成形とが同時に行われ
る。

また、コンテナ30は押出位置から取出位置へ成形孔軸心
に対して直角方向に移動することができるので、押出材
は成形孔９開口面でせん断され、成形室17内に収納され
た状態で成形品が得られる。

このため、成形品に変形損傷が生じにくい。

底型13は成形孔内位置とコンテナ側成形孔外位置との間
を移動可能であるため、成形室17内の成形品を成形孔９
外へ容易に取出すことができる。

このように本発明の押出成形装置によれば、一連の動作
で急冷凝固金属粉末から成形品に容易に製造することが
でき、生産性に優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明実施例に係る金属粉末の押出成
形装置を示し、第１図は初期位置における断面立面図、
第２図は押出成形状態における要部断面立面図、第３図
は成形金型の取付状態を示す要部断面図、第４図はコン
テナおよびクランプ機構を備えた基盤の平面図、第５図
は第４図Ａ−Ａ線断面図、第６図は押出材のせん断状態
を示す要部断面図、第７図は成形金型のジャッキアップ
状態を示す要部断面図、第８図は成形孔外上部位置にお
ける底型のクランプ状態を示す断面図である。 ５……押出ステム、８……成形金型、９……成形孔、13
……底型、21……ノックアウト用シリンダ、30……コン
テナ、34……取出孔、43……シャーリング用シリンダ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属粉末を収容するコンテナ30と、成形孔
   ９が貫通状に形成された成形金型８と、コンテナ30内の
   金属粉末をコンテナ30に開設された押出孔34より前記成
   形孔９に押出すための押出ステム５とを備え、前記成形
   孔９内周面に底型13が密接状に挿着され、該底型13はシ
   リンダ21によって成形孔内位置とコンテナ側の成形孔外
   位置との間で移動自在とされ、前記コンテナ30は押出孔
   34の開口端面と成形孔９の開口端面とが当接しかつ両孔
   34,9が同心状に連通する押出位置と底型がコンテナ側成
   形孔外位置に移動可能な取出位置との間で成形孔軸心に
   対して直角方向にシリンダ43によって移動自在とされて
   いることを特徴とする金属粉末の押出成形装置。
2. 【請求項２】コンテナ30は押出方向に貫通状に金属粉末
   の収容孔が形成され、該収容孔31の押出方向前端部に押
   出孔34が開設されたシャーリング35が挿着されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の押出成形装
   置。