JPH0826364B2

JPH0826364B2 - 急冷凝固金属粉末の押出成形方法

Info

Publication number: JPH0826364B2
Application number: JP62229344A
Authority: JP
Inventors: 裕山縣; 壽也天粕; 孝志田村
Original assignee: Kubota Corp; Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Kubota Corp; Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1987-09-12
Filing date: 1987-09-12
Publication date: 1996-03-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPS6473002A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は急冷凝固金属粉末の経済性に優れた成形方法
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。）の急冷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、HI
P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等を施すために高価な設備を
必要とし、成形品のコスト上昇の要因となっている。

また、HIP、押出し、場合によっては成形の際に加熱
が繰り返して行われるため、粉末中の析出物や晶出物が
肥大、成長して材質特性が劣化するという欠点があっ
た。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、材質特
性の劣化の虞れがなく、しかも低コストで生産性に優れ
た急冷凝固金属粉末の成形方法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急冷凝
固金属粉末の成形方法は、コンテナ11の押出方向前端面
に成形金型１を当接させてコンテナ前端面に開口した押
出孔12と成形金型１の当接面に開口した成形孔３とを連
通させ、この成形孔３に摺動自在に挿着されたマンドレル７の
コンテナ側端部に形成された成形型部６と成形孔３内周
面とで構成される成形室９に急冷凝固金属粉末14以外の
介在物を充填した状態で、コンテナ後端面に開口した収
容孔10に当該急冷凝固金属粉末14を装填して同粉末14を
予備的に圧縮成形した後、前記介在物を成形室９から除去してから、予備的に圧
縮成形されたコンテナ11内の前記圧縮成形体15を前記押
出孔12から成形孔３へ押出すと共に同成形室９にその押
出材を充満させて加圧成形した後、コンテナ11を成形孔３の軸方向に対して直角方向に移
動させて押出材を成形孔３開口面でせん断し、マンドレル７をコンテナ側へ移動して成形室９内の成形
品20を成形孔３外へ取出すことを発明の構成とするもの
である。

なお、上記の本発明において、成形室９に「介在物」
を充填する手段としては、後述の実施例でも示されるよ
うに、成形室９にこれと同形のダミー成形品21を充填す
る場合（第１図〜第８図）や、押出孔12を閉塞するよう
に成形室９にマンドレル７自体を充填する場合（第９
図）がある。

（実施例）以下、図面を参照して、まず本発明を実施するための
装置の概略について説明し、本発明方法の実施要領に言
及する。

第１図〜第10図に示した押出成形装置は、成形原料で
ある急冷凝固金属粉末を収容する収容孔10が形成された
コンテナ11と、前記収容孔10に連通しコンテナ11の下面
に開口した押出孔12に連通する成形孔３を備えた成形金
型と、コンテナ11内の急冷凝固金属粉末を押出孔12より
成形孔３に押出すための押出ステム17とを備えている。

前記成形金型１は、成形型２が型ホルダ４に嵌着され
て構成され、成形型２の上面と型ホルダ４の上面とが面
一とされている。成形型２には上面に開口を有する成形
孔３が上下方向に貫通形成されており、該成形孔３と同
心状に型ホルダ４に案内孔５が形成されている。案内孔
５および成形孔３には成形孔３内周面に密接し液圧シリ
ンダ等により上下方向に移動自在とされたマンドレル７
が挿着されている。該マンドレル７の上端部には成形型
部８が形成され、マンドレル７の下端位置において成形
孔３内周面と該成形型部８とで成形室９を構成してい
る。

前記コンテナ11は、コンテナ11の下面が成形型２の上
面に当接し、押出孔12が成形孔３に連通する中心位置
と、マンドレル７が成形型２の上面より突出可能な離反
位置との間で液圧シリンダ等によって水平方向に移動自
在とされている。

前記押出ステム17は、液圧シリンダ等によって上下方
向移動自在とされ、かつその先端がコンテナ11内の急冷
凝固金属粉末14又はその圧縮成形体15上端に載置した押
盤13に当接した状態で高圧で加圧可能とされている。

上記押出成形装置を用いて本発明方法を実施するに
は、まず、第１図に示すように、コンテナ11を中心位置
側として、コンテナ11下面と成形金型１上面とを当接さ
せて型締めし、押出孔12と成形孔３とを連通状態とす
る。このとき、成形孔３内のマンドレル７は下端位置に
保持しておき、成形室９に係合して収容されるダミー成
形品21を成形室９に嵌入しておく。この状態で、コンテ
ナ11の収容孔10に急冷凝固金属粉末14を装填し、押盤13
をその上に載置する。

次に、第２図に示したように、押出ステム17を下降し
て押盤13を介してコンテナ11に装填した急冷凝固金属粉
末14を圧縮成形する。

圧縮成形に当っては、相対密度が60〜80％となるよう
に成形するのがよい。60％未満では粉末の固化が不十分
であり、後述する押出に際し、押出作用を充分与えるこ
とが困難となる。一方、80％を越えると、圧縮成形体の
内部の空隙部分が過少になり、押出し時の加熱によって
も内部空隙に残存した水分の除去が困難になり、品質低
下を招来する。

成形完了後押出ステム17をコンテナ11と干渉しない位
置まで上昇させた後、第３図に示すようにコンテナ11を
離反位置側に移動させ、次に第４図のようにマンドレル
７を突き上げて、その成形型部８に載置されたダミー成
形品21を取り外す。その後、マンドレル７を下端位置に
戻すと共に、コンテナ11を中心位置側に戻す。

この状態では、第５図に示すように、コンテナ11の押
出孔12には押出加工を受けていない急冷凝固粉末の圧縮
材22が存在する。この圧縮材22を排除するため、第２図
〜第４図と同様にして、当該圧縮材22を成形室９に押出
し、これを除去する。この押出しによって、第６図に示
すように、コンテナ11内の圧縮成形体15が押出孔12内に
押出され、押出孔12には押出加工を受けた押出材が存在
するようになる。

次に、第７図に示すように、コンテナ11内の圧縮成形
体15を押盤13を介して押出ステム17によって加圧し押出
孔12より押出すと、押出孔12に存する押出材および圧縮
成形体15が押出孔12内に押出されることによって順次形
成された押出材が成形孔３内に押出され、マンドレル７
の成形型部８に押し当てられながら成形室９内を完全に
充填する。

圧縮成形体15を構成した急冷凝固粉末は、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45
0℃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。

押出成形完了後、第８図に示すように、押出ステム17
をコンテナ11外部へ上昇させた後、コンテナ11を離間位
置側へ移動する。このとき、成形型２の上端面とコンテ
ナ11の下端面とは当接状態でコンテナ11が水平移動する
ため、両面の境界すなわち成形孔３の開口面で押出材は
せん断され、成形室９内にピストン形状の成形品20が残
置される。

この際、押出材の切断が極めて容易に行われると共
に、切断時に押出成形部分は成形室９内に収容された状
態となっているため、成形品20に変形や損傷が生じにく
い。

次に、マンドレル７を上昇させて、成形品20を成形孔
３外方へ突き出し、適宜のクランプ装置によって成形品
20をマンドレル７から取り外す。

この場合、第10図に示すように、成形孔3a内周面をコ
ンテナ側が大径とされ下方漸次縮径されたテーパ周面で
形成しておくと、マンドレル７を少し下降させることに
よって、成形型部８と押出成形部分との密着状態を解消
することができる。その結果、マンドレル７の上昇後、
マンドレル７から成形品20を容易に取り外すことができ
る。

マンドレル７から成形品20を取り外した後、マンドレ
ル７を下端位置に下降させると共に、コンテナ11を中心
位置側に復帰させ、第６図〜第８図を繰り返すことによ
り、成形品20が連続的に押出成形される。

ところで、第１図〜第４図においては、コンテナ11の
収容孔10に装填した急冷凝固粉末14を圧縮成形する際
に、成形室９にダミー成形品21を装着したが、かかる成
形品21の装着は必ずしも必要ではなく、第９図に示すよ
うに、マンドレル７を上昇させてその先端で押出孔12を
閉塞し、このマンドレル７を成形室９に充填させた状態
で金属粉末14を予備的に圧縮成形するようにしてもよ
い。このようにすれば、押出孔12等に除去すべき圧縮材
が存在しなくなり好適である。

また、第１図〜第８図では、押出ステム17の下降によ
り、コンテナ内の急冷凝固金属粉末14や該粉末の圧縮成
形体15の押出加工を行ったが、これとは逆に、第11図に
示すように押出ステム17を固定しておき、コンテナ11お
よび成形金型１を押出ステム17側へ一体的に移動させる
ことにより押出し成形を行ってもよい。この場合、押出
成形完了後、押出ステム17がコンテナ11から抜け出る基
準位置まで両者を下降させ、この基準位置でコンテナ11
の水平移動を行い、押出材のせん断を行えばよい。

なお、本発明による押出成形は、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、本発明の押出成形方法によれば、
本成形としての押出成形前において、成形室を急冷凝固
金属粉末以外の介在物で充填した状態で、収容孔に当該
金属粉末を装填して同粉末を予備的に圧縮成形するよう
にしたので、コンテナに粉末状態の原料を供給すること
によって、押出原料として当該金属粉末を直接使用する
ことができる。

また、コンテナ内に形成された圧縮成形体を構成する
前記粉末粒子は、押出しによって、粒子表面に形成され
ている酸化物被膜を分断し基地中に分散させると共に基
地を拡散接合できるので、HIP処理等を行うことなく、
品質の良好な成形品を得ることができる。また、急冷凝
固金属粉末から成形品を得る間に、少なくとも押出し時
にのみ加熱するだけでよいから、急冷凝固金属粉末の材
質特性を損なうことなく、所期の成形品を得ることがで
きる。

更に、押出成形部分を成形孔内に収容したまま、コン
テナの移動により該部分とコンテナの押出孔内の押出材
とをせん断により切断することができるので、成形品の
外形状を損なうことなく、極めて容易に切断することが
でき生産性に優れる。また、切断に伴う材料ロスも生じ
ない。

このように、本発明によれば、コスト面および品質面
において優れた成形品を得ることができ、工業的利用価
値は著大である。

【図面の簡単な説明】第１図〜第10図は本発明を実施するための装置と加工プ
ロセスを示す断面説明図であり、第１図、第９図および
第10図は急冷凝固金属粉末のコンテナへの装填状態を、
第２図は同粉末の圧縮成形状態を、第３図は圧縮成形後
のコンテナの水平移動状態を、第４図はダミー成形品の
取り出し状態を、第５図は圧縮成形後の押出孔に圧縮材
が残存した状態を、第６図は押出孔に残存した圧縮材の
除去後の状態を、第７図は押出成形状態を、第８図は押
出材のせん断状態および成形品の取出し状態を示す。第
９図はマンドレルを介在物とした場合の実施装置の断面
説明図、第10図は成形孔の他例を示す要部断面図、第11
図は他の実施装置の断面説明図である。１……成形金型、3,3a……成形孔、７……マンドレル、
８……成形型部、９……成形室、11……コンテナ、12…
…押出孔、14……急冷凝固金属粉末、15……圧縮成形
体、20……成形品。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンテナ（11）の押出方向前端面に成形金
型（１）を当接させてコンテナ前端面に開口した押出孔
（12）と成形金型（１）の当接面に開口した成形孔
（３）とを連通させ、この成形孔（３）に摺動自在に挿着されたマンドレル
（７）のコンテナ側端部に形成された成形型部（８）と
成形孔（３）内周面とで構成される成形室（９）に急冷
凝固金属粉末（14）以外の介在物を充填させた状態で、
コンテナ後端面に開口した収容孔（10）に当該急冷凝固
金属粉末（14）を装填して同粉末（14）を予備的に圧縮
成形した後、前記介在物を成形室（９）から除去してから、予備的に
圧縮成形されたコンテナ（11）内の前記圧縮成形体（1
5）を前記押出孔（12）から成形孔（３）へ押出すと共
に同成形室（９）にその押出材を充満させて加圧成形し
た後、コンテナ（11）を成形孔（３）の軸方向に対して直角方
向に移動させて押出材を成形孔（３）開口面でせん断
し、マンドレル（７）をコンテナ側へ移動して成形室（９）
内の成形品（20）を成形孔（３）外へ取出すことを特徴
とする急冷凝固金属粉末の押出成形方法。