專利名稱：燒結(jié)部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用粉末冶金法的燒結(jié)部件的制造方法，特別涉及具
有0. 01 ~ 0. 2mm左右的寬度的薄壁部或凸部的微小的燒結(jié)部件的制造 方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金法大體分為對(duì)將原料粉末填充到壓模的模孔內(nèi)、將其用 沖頭加壓壓粉成形而得到的成形體進(jìn)行燒結(jié)的壓模法、和將原料粉末
與大量的粘合劑一起混勻的處于流動(dòng)狀態(tài)的原料加壓填充到金屬模內(nèi) 的空隙中、將得到的成形體加熱而除去粘合劑后進(jìn)行燒結(jié)的注射成形 法。
在壓模法中，為了得到原料粉末的流動(dòng)性以及與金屬模的潤(rùn)滑性， 有使1質(zhì)量％以下左右的成形潤(rùn)滑劑混入到原料粉末中的情況，但由于 成形潤(rùn)滑劑的添加量較少，所以具有在燒結(jié)工序的初始的階段中揮發(fā) 除去較容易、脫脂工序較短就足夠的優(yōu)點(diǎn)。在壓模法中，原料粉末向 金屬模的填充通過從稱作給料器(粉箱)的粉末供給裝置使原料粉末 落入到由金屬模和下沖頭等形成的空間中的方法來進(jìn)行，但通過該方 法并不能避免在填充中發(fā)生一定的不均勻。另一方面，在制造具有上 述那樣的窄小的部位的微小的產(chǎn)品的情況下，該不均勻不是容許范圍， 此外，如果為了形成上述那樣的窄小的部位而在壓模上設(shè)置微小的間 隙、想要將原料粉末填充到該間隙中，則需要使用原料粉末的粒徑較 小的原料。在此情況下，原料粉末的流動(dòng)性降低并且填充性降低，發(fā) 生不能進(jìn)行穩(wěn)定的原料粉末的供給的不良狀況。
注射成形法具有即使是通過上述壓模法不能造形的具有底切等的 形狀的結(jié)構(gòu)也能夠造形的優(yōu)點(diǎn)。但是，為了確保原料的流動(dòng)性，在原 料粉末中添加30~70體積％的熱塑性樹脂等的粘合劑并混勻，所以在 成形體中含有大量的粘合劑，因此，具有在將粘合劑除去的脫粘合劑 工序中耗費(fèi)時(shí)間的缺點(diǎn)。此外，對(duì)于壁厚為0. 1 ~ 0. 3mm左右的薄壁部， 金屬模的腔體過小，所以難以將金屬粉末均勻地填充到腔體中。即，
4在注射成形法中，將原料經(jīng)由澆口及流道注射到金屬模內(nèi)，但如果填 充原料的金屬模的空隙微少，則為了將原料填充到這樣的空隙內(nèi)部而 必須將原料用高壓填充。但是，裝置的高壓化是不現(xiàn)實(shí)的，這是因?yàn)?br> 會(huì)發(fā)生金屬粉末與粘合劑的分離、或發(fā)生模毛刺(型^y)。另一方 面，也進(jìn)行了將粘合劑增量而提高原料的流動(dòng)性的研究，但如果將粘 合劑增量，則燒結(jié)后的尺寸收縮變大，產(chǎn)生變形的問題。由于這些情
況，現(xiàn)實(shí)上可注射成形的壁厚的極限是0. 5mm。
在這樣的狀況下，提出了兼具備壓模法和注射成形法的長(zhǎng)處的造 形法(特開2006-344581號(hào)公報(bào)等)。這是使用對(duì)原料粉末添加在通 常的壓模法中添加的以上的大量的粘合劑等的原料進(jìn)行壓模成形的方 法。特開2006-344581號(hào)公報(bào)是有關(guān)冷陰極熒光燈用電極的發(fā)明，有 以下記栽，進(jìn)行對(duì)由鉬粉末或鴒粉末構(gòu)成的金屬粉末添加40 ~ 60%體積 的由熱塑性樹脂和石蠟構(gòu)成的粘合劑、加熱混勻而調(diào)節(jié)原料的原料調(diào) 節(jié)工序、將原料以規(guī)定量填充到壓模的模孔內(nèi)的填充工序、將壓模內(nèi) 的原料用沖頭加壓而成形為有底圓筒狀的加壓成形工序、將在該加壓 成形工序之后得到的有底圓筒狀成形體從壓模中拔出的拔出工序、將 從壓模拔出的有底圓筒狀成形體加熱而將粘合劑除去的脫粘合劑工
合的燒結(jié)二序。由此，能夠制造l^筒部的厚度為0. 1 ~ 0. 2mm和具有狹 小部的微小的燒結(jié)部件。此外，在上述特開2006-344581號(hào)公報(bào)中有 以下記載，將原料加熱到熱塑性樹脂的軟化點(diǎn)以上的溫度而進(jìn)行成形 工序，將原料冷卻到熱塑性樹脂的軟化點(diǎn)以下、并且石蠟的軟化點(diǎn)以 上的溫度而進(jìn)行拔出工序。
上述特開2006-344581號(hào)公報(bào)適合于具有0. 1 ~ 0. 2mm左右的寬度
的薄壁部或凸部的微小的燒結(jié)部件的制造，但由于將原料加熱到熱塑 性樹脂的軟化點(diǎn)以上的溫度而進(jìn)行成形工序，將原料冷卻到熱塑性樹 脂的軟化點(diǎn)以下、并且石蠟的軟化點(diǎn)以上的溫度而進(jìn)行拔出工序，所 以成形周期變長(zhǎng)。即，上述壓模法的1次成形周期僅原料的填充-成形 -拔出的步驟就足夠，相對(duì)于此，特開2006-344581號(hào)公報(bào)中的1次的 成形周期經(jīng)過了原料的填充-原料的加熱-成形-成形體的冷卻-拔出的 步驟，所以與壓模法相比步驟增加，相應(yīng)地1次成形周期所需要的時(shí) 間變長(zhǎng)。因此，在批量生產(chǎn)時(shí)，成形周期的縮短成為課題。

發(fā)明內(nèi)容
在這樣的狀況下，本發(fā)明的目的是縮短特開2006-344581號(hào)公報(bào) 的成形周期而提高批量生產(chǎn)率。
在本發(fā)明中，是基于對(duì)被加熱而處于流動(dòng)狀態(tài)的原料的性質(zhì)進(jìn)行 調(diào)查研究得到的認(rèn)識(shí)的，其要點(diǎn)是通過改良?jí)耗淼某尚吻暗脑?br> 間的縮短及成形周期的縮短。
具體而言，本發(fā)明的第1燒結(jié)部件的制造方法，具備原料調(diào)節(jié) 工序，對(duì)金屬粉末添加40-60體積％的由熱塑性樹脂和石蠟構(gòu)成的粘 合劑，加熱混勻而調(diào)節(jié)原料；填充工序，將規(guī)定量的上述原料填充到 壓模的?？變?nèi)；加壓成形工序，將填充在上述壓模內(nèi)的上述原料用沖 頭加壓而成形為希望的形狀；拔出工序，將在上述加壓成形工序之后 得到的成形體從上述壓模中拔出；脫粘合劑工序，將從上述壓模拔出 的成形體加熱，將上述粘合劑除去；燒結(jié)工序，將該脫粘合劑后的成 形體加熱，使粉末彼此擴(kuò)散結(jié)合；其特征在于，將上述加壓成形工序 在設(shè)AP:沖頭的加壓力(Pa) 、 m:粘度(Pa . s ) 、 L:長(zhǎng)度(m)、 De:對(duì)應(yīng)管徑(m)時(shí)，使沖頭的移動(dòng)速度U為用下述[式1]求出的速 度以下而進(jìn)行加壓成形。
P/(3 2 m X L〉 XD e 2 …[式1 ]
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選地使上述沖頭的移動(dòng)速度U為用[式1] 求出的值的8成以上的速度而進(jìn)行成形。
此外，達(dá)到成形周期的縮短的本發(fā)明的第2燒結(jié)部件的制造方法， 具備原料調(diào)節(jié)工序，對(duì)金屬粉末添加40~60體積％的由熱塑性樹脂 和石蠟構(gòu)成的粘合劑，加熱混勻而調(diào)節(jié)原料；填充工序，將規(guī)定量的 上述原料填充到壓模的?？變?nèi)；加壓成形工序，將填充在上述壓模內(nèi) 的上述原料用沖頭加壓而成形為希望的形狀；拔出工序，將在上述加 壓成形工序之后得到的成形體從上述壓模中拔出；脫粘合劑工序，將 從上述壓模拔出的成形體加熱，將上述粘合劑除去；燒結(jié)工序，將該 脫粘合劑后的成形體加熱，使粉末彼此擴(kuò)散結(jié)合；其特征在于，作為 上述壓模而使用磁性金屬模部件；在沿著上述?？椎某尚蚊娴膬?nèi)側(cè)設(shè) 置流過冷媒的冷卻機(jī)構(gòu)，并且在上述冷卻機(jī)構(gòu)的周圍設(shè)置利用高頻率
6感應(yīng)的加熱機(jī)構(gòu)；將在上述填充工序中填充到上述壓模中的原料通過 用上述加熱機(jī)構(gòu)將上述?？准訜岫訜幔辉谏鲜黾訅撼尚喂ば蛑?，通 過伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)并控制沖頭；在上述加壓成形工序后，通過用上述冷 卻機(jī)構(gòu)將上述壓模的?？桌鋮s而冷卻后，進(jìn)行上述拔出工序。
進(jìn)而，本發(fā)明的第3燒結(jié)部件的制造方法，同時(shí)進(jìn)行上述成形時(shí) 間的縮短、和上述成形前的原料的加熱及成形后的成形體的冷卻的時(shí) 間的縮短，具備原料調(diào)節(jié)工序，對(duì)金屬粉末添加40~60體積％的由 熱塑性樹脂和石蠟構(gòu)成的粘合劑，加熱混勻而調(diào)節(jié)原料；填充工序， 將規(guī)定量的上述原料填充到壓模的?？變?nèi)；加壓成形工序，將填充在 上述壓模內(nèi)的上述原料用沖頭加壓而成形為希望的形狀；拔出工序， 將在上述加壓成形工序之后得到的成形體從上述壓模中拔出；脫粘合 劑工序，將從上述壓模拔出的成形體加熱，將上述粘合劑除去；燒結(jié) 工序，將該脫粘合劑后的成形體加熱，使粉末彼此擴(kuò)散結(jié)合；其特征 在于，作為上述壓模而使用磁性金屬模部件；在沿著上述?？椎某尚?面的內(nèi)側(cè)設(shè)置流過冷媒的冷卻機(jī)構(gòu)，并且在上述冷卻機(jī)構(gòu)的周圍設(shè)置 利用高頻率感應(yīng)的加熱機(jī)構(gòu)；將在上述填充工序中填充到上述壓模中 的原料通過用上述加熱機(jī)構(gòu)將上述模孔加熱而加熱；在上述加壓成形 工序中，通過伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)并控制沖頭，在設(shè)AP:沖頭的加壓力(Pa)、 y :粘度(Pa . s ) 、 L:長(zhǎng)度(m) 、 De:對(duì)應(yīng)管徑(m)時(shí)，使沖頭 的移動(dòng)速度U為用上述[式l]求出的速度以下而進(jìn)行加壓成形；在上述 加壓成形工序后，通過用上述冷卻機(jī)構(gòu)將上述壓模的?？桌鋮s而冷卻 后，進(jìn)行上述拔出工序。
另外，在本發(fā)明中，也優(yōu)選地使上述沖頭的移動(dòng)速度U為用[式1] 求出的值的8成以上的速度而進(jìn)行成形。
根據(jù)本發(fā)明，在具備對(duì)金屬粉末添加40~60體積％的由熱塑性樹 脂和石蠟構(gòu)成的粘合劑、加熱混勻而調(diào)節(jié)原料的原料調(diào)節(jié)工序、將規(guī)
定量的原料填充到壓模的?？變?nèi)的填充工序、將填充在壓模內(nèi)的原料 用沖頭加壓而成形為希望的形狀的加壓成形工序、將在加壓成形工序
之后得到的成形體從壓模中拔出的拔出工序、將從壓模拔出的成形體 加熱而將粘合劑除去的脫粘合劑工序、將該脫粘合劑后的成形體加熱 而使粉末彼此擴(kuò)散結(jié)合的燒結(jié)工序的燒結(jié)部件的制造方法中，能夠縮 短由填充工序、加壓成形工序及拔出工序構(gòu)成的成形周期，起到有利
7于燒結(jié)部件的批量生產(chǎn)率的提高的效果。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的成形過程A E的示意圖(上段的圖)以 及該過程的上沖頭下降量與成形載荷的關(guān)系的曲線圖(下段的曲線 圖)。
圖2是表示各成形過程A E的成形體的照片。
圖3是通過實(shí)測(cè)值和理論值表示加壓成形時(shí)的薄壁部的隆起量和
隆起所需要的栽荷的相關(guān)關(guān)系的曲線圖。
圖4A及圖4B是表示良好地實(shí)施本發(fā)明的制造方法的金屬模以及
使用該金屬模的1次1個(gè)成形品構(gòu)造的一實(shí)施方式的剖視圖。
圖5是表示圖4A及圖4B所示的金屬模的控制系統(tǒng)的控制框圖。
圖6是表示圖4A及圖4B所示的金屬模的動(dòng)作的圖。
圖7是說明一實(shí)施方式的1成形周期所需要的時(shí)間的圖。
圖8是通過一實(shí)施方式得到的燒結(jié)部件的截面照片。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的一實(shí)施方式。 [原料的性質(zhì)]
首先，表示為了調(diào)查原料粉末的加壓成形時(shí)的舉動(dòng)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn) 的結(jié)果。
作為金屬粉末而準(zhǔn)備平均粒徑為2 jum的鎢粉末，混合56volW以聚 縮醛類樹脂和石蠟為主成分的樹脂粘合劑，制作外徑為1.88mm、全長(zhǎng) 為2. 97mm的圓柱體顆粒作為原料。此外，在具有直徑為2. 08mm的圓 形的?？椎哪５耐庵苌习惭b帶加熱器，使下沖頭滑動(dòng)自如地嵌合在模 的模孔中，載置在英斯特朗(4 7久卜口 7 )型試驗(yàn)機(jī)(島津才一 卜 夕*， ！7 )中，并且作為上沖頭而準(zhǔn)備直徑為1. 68mm和1. 88mm的兩種， 配置為，使模的?？着c上沖頭為同心，安裝在英斯特朗型試驗(yàn)機(jī)中而 構(gòu)成壓模。將原料投入到該壓模的?？字校ㄟ^帶加熱器將模和原料 加熱到433K之后，使上沖頭以0. 08mm/s的速度下降而進(jìn)行原料的加 壓成形，加壓成形為壁厚0. lmm和0. 2mm的有底圓筒形狀。將此時(shí)的 成形載荷的變化在圖1中表示。另外，圖1的上段的圖將加壓成形的
8過程用A E的順序表示，附圖標(biāo)記31表示原料的顆粒，32表示具有 模孔32a的模，33表示下沖頭，34表示上沖頭。此外，圖2表示各個(gè) 成形過程A ~ E的成形體的照片。
由圖1可知，在上沖頭的移動(dòng)距離與成形栽荷的關(guān)系中，經(jīng)過了 上沖頭與原料抵接(A)、發(fā)生伴隨著上沖頭的下降的原料的變形、原 料與?？妆诿娼佑|(B)為止的變形初期(A~B)、在原料與?？妆诿?接觸(B)后、原料進(jìn)一步變形而成為充滿于?？變?nèi)的狀態(tài)的變形中期 (B~C)、和在原料充滿于模孔內(nèi)(C)后、進(jìn)行薄壁部的擠壓(D)、 加壓成形結(jié)束(E)為止的變形后期(C~E)的3階段。此外，可知在 變形初期(A-B)、變形中期(B~C)、和變形后期(C~E)的各階 段中，分別相對(duì)于上沖頭的移動(dòng)距離、成形載荷以一定的比例增加。 此外，可知在薄壁部的壁厚為0. lmm的結(jié)構(gòu)和0. 2mm的結(jié)構(gòu)中，在壁 厚為0. lmm的結(jié)構(gòu)中，薄壁部的形成的載荷比壁厚為0. 2mm的結(jié)構(gòu)高， 隨著上沖頭的移動(dòng)距離增加，栽荷的增加量也變大。
進(jìn)而，由圖1可知，為了得到作為目標(biāo)的有底圓筒形狀而需要的 栽荷在壁厚為0. 2mm的情況下是1.6N、在壁厚為0. lmm的情況下是 2. 6N左右，與壓模法相比能夠以非常小的壓力進(jìn)行成形。在本實(shí)驗(yàn)中， 上沖頭的截面積在壁厚為0, lmm的情況下是2. 217mn^、在壁厚為0. 2mm 的情況下是2. 776mn^左右，所以上沖頭的成形壓力在壁厚為0. 2mm的 情況下是0. 72MPa,在壁厚為0. lmm的情況下是0. 94MPa左右。
在以恒定壓力將大量金屬向后方擠壓的情況下，為了在與容器 (模)或沖頭壁面部接觸的部分中不發(fā)生原料與模的滑動(dòng)，擠壓壓力 (成形載荷)表示為一定的值。但是，在上述實(shí)驗(yàn)中，在變形后期(C-E)中產(chǎn)生的薄壁部的擠壓所需要的成形載荷隨著上沖頭的移動(dòng)距離的 增加而以一定比例增加，這一點(diǎn)表現(xiàn)出與通過恒定壓力將大量金屬向 后方擠壓的情況明顯不同的舉動(dòng)。
該舉動(dòng)在擠壓薄壁部的變形后期，由于總是一邊伴隨著模與原料 的滑動(dòng)一邊形成薄壁部，所以通過上沖頭的移動(dòng)距離增加而摩擦面積 增加，結(jié)果認(rèn)為成形載荷增加，進(jìn)而，在原料充滿于?？變?nèi)(C)之后， 通過半熔融的原料作為液體動(dòng)作，可以認(rèn)為發(fā)生這樣的滑動(dòng)。因而， 可以認(rèn)為，在從變形初期到中期(A~C)，表現(xiàn)為混勻物的變形阻力、 即固體的塑性變形，在然后的薄壁部的擠壓(變形后期C~E)中，
9表現(xiàn)為混勻物的粘性、即液體的流動(dòng)為支配性的流變學(xué)的變形舉動(dòng)。
所以，基于這些考慮，對(duì)于薄壁部的壁厚為0. lmm及0. 2mm不同 情況下的變形后期的舉動(dòng)，使用壓力損失的公式(哈根-泊謖葉公式)，
計(jì)算相對(duì)于加壓成形時(shí)的薄壁部隆起量的薄壁部的隆起所需要的栽 荷。將其結(jié)果在圖3中表示。另外，壓力損失的公式如下述[式2]。 △ P=3 2"XLXU/De2 …[式2]
這里，AP:壓力損失(Pa) ， m:粘度(Pa ■ s ) ， L:長(zhǎng)度(m)， U:流速(m/s),在本實(shí)驗(yàn)中，De:對(duì)應(yīng)管徑(m)是(?？椎闹睆?上沖頭的直徑)，它即是薄壁部的厚度t的2倍。
由圖3可知，在薄壁部的隆起量和薄壁部的隆起所需要的載荷的 相關(guān)關(guān)系方面，上述壓力損失的公式的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值大致一致。根 據(jù)該結(jié)果可以確認(rèn)，可以將被充分加熱到粘合劑成分的熔點(diǎn)以上而處 于流動(dòng)狀態(tài)的原料作為流體處理。
根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到以下的認(rèn)識(shí)在將金屬粉末中添 加由熱塑性樹脂和石蠟構(gòu)成的粘合劑而加熱混勻的原料加熱到熱塑性 樹脂的軟化點(diǎn)以上的溫度并加壓成形的情況下，能夠?qū)⒃献鳛榱黧w 處理，并且，在狹小的薄壁部中，相對(duì)于隆起量的隆起所需要的載荷 可以通過上述壓力損失的公式求出。
因而，在使用在粘合劑的熔融狀態(tài)下粘度為n (Pa.s)的原料， 將成形體的長(zhǎng)度是L (m)、薄壁部t的對(duì)應(yīng)管徑De (m)的成形體成 形的情況下，如果通過沖頭的加壓力AP( Pa )將沖頭的移動(dòng)速度U( m/s ) 調(diào)節(jié)為用下述[式l]求出的速度以下，則作為流體動(dòng)作的原料在薄壁部
充分地隆起，能夠充滿薄壁部。由此能夠成形良好的成形體。
U = A P/(3 2 w XL)XD e 2…[式1 ]
另外，即使使沖頭的移動(dòng)速度U比用[式l]求出的速度慢也能夠得 到良好的成形體，但如果使沖頭的移送速度U很慢，則加壓成形工序
變長(zhǎng)，所以生產(chǎn)率下降。鑒于此，沖頭的移動(dòng)速度u優(yōu)選地設(shè)為最慢
為用[式l]求出的速度的8成以上的速度。
此外，如果使沖頭的加壓力AP增加則能夠使沖頭的移動(dòng)速度U成 為高速，由此能夠縮短成形工序所需要的時(shí)間。
在壓模法中制造一般的密度的燒結(jié)品的情況下，成形壓力是500 ~ 800MPa左右，在制造高密度的燒結(jié)品的情況下，也有成形壓力超過lGPa的情況。另一方面，在將本發(fā)明那樣的、處于流動(dòng)狀態(tài)的原料加壓成
形的情況下，由圖1可知，上沖頭的成形壓力在壁厚為0. 2mm的情況 下是0. 72MPa，在壁厚是0. lmm的情況下是0. 94MPa左右，與壓模法相 比能夠以很小的壓力進(jìn)行成形。因而，在將處于流動(dòng)狀態(tài)的原料加壓 成形的情況下，不需要在壓模法中使用那樣的、壓力容量為幾十t到 幾百t的高載荷的壓力裝置，并且能夠使壓力裝置小型化。此外，在 將處于流動(dòng)狀態(tài)的原料加壓成形的情況下，能夠精密地控制沖頭的加 壓力AP和沖頭的移動(dòng)速度U的壓力裝置是優(yōu)選的。因此，作為壓力裝 置優(yōu)選地使用能夠進(jìn)行精密的行程控制的單軸伺服壓力方式的裝置。 [壓模的改良]
如上所述，作為壓模，在加壓成形工序中，通過伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)并 精密控制沖頭的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的，進(jìn)而，為了實(shí)現(xiàn)原料的加熱及成形后 的成形體的冷卻所需要的時(shí)間的縮短，優(yōu)選地做成將相對(duì)難以控制的 冷卻機(jī)構(gòu)配置在壓模的內(nèi)側(cè)、將容易控制的利用高頻率感應(yīng)的加熱機(jī) 構(gòu)配置在其外側(cè)的結(jié)構(gòu)的壓模。即，由于使用利用高頻率感應(yīng)的加熱 機(jī)構(gòu)，所以通過在表面附近產(chǎn)生的渦電流將壓模的?？妆砻嬷苯蛹訜?， 因此加熱時(shí)間凈皮大幅地縮短。此外，由于流過冷媒的冷卻4幾構(gòu)接近于 壓模的?？妆砻娑裨O(shè)，所以通過使冷媒流過，能夠?qū)耗５哪？妆?面迅速地冷卻。通過做成這樣的結(jié)構(gòu)，使壓模的加熱和冷卻的周期時(shí) 間縮短的控制變得容易。
圖4A及圖4B是表示良好地實(shí)施本發(fā)明的制造方法的金屬模以及 使用該金屬模的1次1個(gè)成形品構(gòu)造的一實(shí)施方式的剖視圖，圖4A表 示原料的填充狀態(tài)，圖4B表示成形結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。在該圖中，附圖標(biāo) 記1表示被成形的原料，附圖標(biāo)記2表示將原料1成形加工后的有底 圓筒狀的成形品，附圖標(biāo)記3表示內(nèi)部被插入原料的成形用的固定金 屬模(下模)，附圖標(biāo)記4表示設(shè)置在固定金屬模3的上方、成形原 料l的可動(dòng)金屬模(上模)。
在固定金屬模3上，設(shè)有在中央具有中空孔5a的圓筒狀的壓模5。 壓模5是將原料擠壓成形的金屬模部件，由是熱傳導(dǎo)性良好的金屬、 并且利用高頻率感應(yīng)加熱的磁性體(鐵等)構(gòu)成，為了盡可能使熱容 變小而形成為小質(zhì)量、小體積。在可動(dòng)金屬模4上，分別設(shè)有下降到 壓模5的中空孔5a內(nèi)而將原料1擠壓成形的上內(nèi)沖頭6、和決定擠壓
ii成形的原料1的高度的上外沖頭7。
圖4A的附圖標(biāo)記9是接近于壓模5的成形表面(模孔壁面)5b而 埋設(shè)的冷卻機(jī)構(gòu)，由在內(nèi)部流過冷水等的冷媒的管狀體構(gòu)成。另外， 為了在冷卻時(shí)消除成形表面5b的溫度不均勻，如圖4B所示，冷卻機(jī) 構(gòu)9的管狀體的到成形表面5b的距離A與管狀體的縱向的間距B設(shè)定 為大致相同。在冷卻機(jī)構(gòu)9的管狀體中在冷卻時(shí)流過冷媒(冷水)， 而在成形品的排出時(shí)(后述)，通過吹入加壓的空氣，冷卻水被除水 排出而成為中空狀態(tài)，該狀態(tài)在加熱時(shí)也保持而使用。
圖4A的附圖標(biāo)記8是設(shè)在上述冷卻機(jī)構(gòu)的周圍的加熱機(jī)構(gòu)。該加 熱機(jī)構(gòu)8是將高頻率感應(yīng)加熱線團(tuán)8a在埋設(shè)于絕緣物8b內(nèi)的狀態(tài)下 巻繞到冷卻機(jī)構(gòu)的周圍而構(gòu)成的。高頻率感應(yīng)加熱由于加熱能力較大、 控制較容易，所以配置在比冷卻機(jī)構(gòu)靠外側(cè)。附圖標(biāo)記10是接受加壓 成形的原料1并與上內(nèi)沖頭6聯(lián)動(dòng)而對(duì)原料1施加向軸向的加壓力的 下內(nèi)沖頭。該下內(nèi)沖頭10還具有將在成形后凈皮冷卻而固化的成形品2 從壓模5推起的功能，通過向朝上的箭頭方向移動(dòng)而將成形品2從中 空孔5a排出。
進(jìn)而，圖4A的附圖標(biāo)記11是將固定金屬模3整體保溫為120t:的 固定側(cè)保溫加熱器，附圖標(biāo)記12是將可動(dòng)金屬模4整體保溫為8ox:的 可動(dòng)側(cè)保溫加熱器。因而，在成形作業(yè)中，壓模5與固定金屬模3 — 起被保溫為1201C，可動(dòng)金屬模4被保溫為80匸。此外，附圖標(biāo)記14 是配置在壓模5的外周的隔熱板。通過該隔熱板14將壓模5從固定金 屬模3熱分離，因此能夠使下模整體的熱容盡量小。另外，壓模5由 于固定金屬模3總是被保溫為120t:，所以能夠通過空氣傳播等被保持 為同等的溫度。
以上是金屬模的結(jié)構(gòu)，該金屬模由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以便宜并且維 護(hù)性提高。
圖5是表示金屬模的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。在該圖中，附圖標(biāo) 記20是包括可動(dòng)、固定的兩金屬模3、 4的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的金屬模控制機(jī) 構(gòu)，附圖標(biāo)記21是控制固定側(cè)保溫加熱器11、可動(dòng)側(cè)保溫加熱器12 及高頻率感應(yīng)加熱線圏8a的加熱控制器。另外，加熱控制器21以約 25kHz的頻率驅(qū)動(dòng)高頻率感應(yīng)加熱線圏8a。圖5的附圖標(biāo)記22是對(duì)冷 卻機(jī)構(gòu)9的管狀體供給冷媒或空氣的冷媒/空氣控制器，附圖標(biāo)記23
12是控制金屬?？刂茩C(jī)構(gòu)20的動(dòng)作的金屬?？刂破鳎綀D標(biāo)記24是控 制各控制器的控制部。
基于圖4A、圖4B及圖6說明上述結(jié)構(gòu)的金屬模的動(dòng)作。在圖4A 中，將原料1插入到壓模5的中空孔5a中(圖6:原料供給TO ~ T2 )， 同時(shí)開始固定金屬模3的壓模5的加熱(圖6: T1~T2)。該加熱是通 過高頻率感應(yīng)加熱進(jìn)行的，所以通過在加熱線團(tuán)8a的內(nèi)側(cè)的作為磁性 體的壓模5的表面附近產(chǎn)生的渦電流，將包括壓模5的表面的整體直 接加熱。因而，壓模5的成形表面5b、即接觸在原料1上的表面被直 接加熱，所以能夠?qū)υ蟣以高效率傳遞熱。
此時(shí)，在冷媒/空氣控制器22的作用下，冷卻機(jī)構(gòu)9的管狀體內(nèi) 通過冷媒(冷水)的空氣噴吹而為除水的中空狀態(tài)，因此壓模5的熱 容變小，所以與上述高效率熱傳遞同時(shí)作用，大幅地縮短了從120TC向 150"C的30匸的上升時(shí)間(圖6:加熱工序Tl ~ T4 )。才艮據(jù)實(shí)施例，能 夠在2 ~ 3秒從120。C達(dá)到150r。
如果以圖6的T4的定時(shí)，原料1達(dá)到被加熱到150"C的狀態(tài)，則 可動(dòng)金屬模4沿箭頭方向下降，成為達(dá)到圖4B所示的下死點(diǎn)的狀態(tài)， 上內(nèi)沖頭6將原料1擠壓成形，上外沖頭7規(guī)定成形品2的高度(圖6: T4-T5)。
在上述T4 T5的成形定時(shí)，加熱才幾構(gòu)8的加熱動(dòng)作并行地停止， 切換為冷卻機(jī)構(gòu)9的冷卻動(dòng)作。即，對(duì)冷卻機(jī)構(gòu)9的管狀體作為冷媒 而供給4X:的冷水。由于該管狀體接近于壓模5的成形表面5b而埋設(shè)， 所以從壓模5的內(nèi)側(cè)開始冷卻，向壓模5整體擴(kuò)展(圖6:冷卻工序 T5-T7)。在該冷卻工序中，使壓模5從1501C到120X:降溫30"C,但 由于壓模5的熱容較小，并且從內(nèi)側(cè)冷卻，所以成形品2的冷卻高效 率地進(jìn)行，因而能夠在短時(shí)間內(nèi)降溫。根據(jù)實(shí)施例，在將冷水4"C用于 冷媒的情況下，能夠以約3秒降溫3ox:。
接著，如果通過冷卻而成形品2硬化，則可動(dòng)金屬模4上升，成 為回到圖4A所示的上死點(diǎn)的狀態(tài)，接著下內(nèi)沖頭10向朝上的箭頭方 向移動(dòng)(圖6: T8 ~ T9 )，將成形品2從中空孔5a向上方推起(圖6: T9-T10)，通過未圖示的機(jī)構(gòu)排出到金屬模之外(圖6: TIO)。這些 T8-T10的定時(shí)為成形品取出工序。
大致并行于該成形品取出工序的T8~T10的定時(shí)，進(jìn)行冷卻機(jī)構(gòu)9內(nèi)的冷媒的除水。具體而言，通過冷媒/空氣控制器22的控制，對(duì)冷 卻機(jī)構(gòu)9的管狀體吹入空氣而將冷水除水排出，使管狀體內(nèi)成為中空 狀態(tài)。在該除水之后，將接著的原料1供給到壓模5中而為接著的加 熱工序準(zhǔn)備，還具有能夠防止冷卻機(jī)構(gòu)9的管狀體內(nèi)的冷水在被保溫 熱加熱的狀態(tài)下在接著的加熱工序中沸騰的危險(xiǎn)的效果。
以上的定時(shí)T0 T10構(gòu)成成形的1個(gè)周期，通過高速地進(jìn)^加熱、 冷卻，能夠縮短成形周期時(shí)間。此外，金屬模的動(dòng)作只是上下運(yùn)動(dòng)， 較簡(jiǎn)單，成形的作業(yè)性及維護(hù)性提高，并且金屬模的處理較容易。
此外，在經(jīng)過原料調(diào)節(jié)工序、填充工序、和加壓成形工序而得到 壁厚為0. 2mm的有底圓筒狀的成形體的情況下，通過上述[式l]，將上 沖頭的下降速度高速化到5mm/秒，縮短成形所需要的時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn) 了上述壓模結(jié)構(gòu)的加熱工序及冷卻工序所需要的時(shí)間的縮短，結(jié)果如 圖7所示，可以確認(rèn)能夠使由原料的填充-原料的加熱-成形-成形體的 冷卻-拔出的步驟構(gòu)成的1次成形周期的時(shí)間達(dá)到與通常的壓模法的情 況同樣的10秒/周期左右。
進(jìn)而，在圖8中表示將通過上述周期成形的有底圓筒狀成形體脫 粘合劑、燒結(jié)的燒結(jié)部件的截面照片。通過該圖8的照片可以確認(rèn)， 能夠得到壁厚為0. 2mra的良好的燒結(jié)部件。
1權(quán)利要求
1、一種燒結(jié)部件的制造方法，具備原料調(diào)節(jié)工序，對(duì)金屬粉末添加40～60體積％的由熱塑性樹脂和石蠟構(gòu)成的粘合劑，加熱混勻而調(diào)節(jié)原料；填充工序，將規(guī)定量的上述原料填充到壓模的模孔內(nèi)；加壓成形工序，將填充在上述壓模內(nèi)的上述原料用沖頭加壓而成形為希望的形狀；拔出工序，將在上述加壓成形工序之后得到的成形體從上述壓模中拔出；脫粘合劑工序，將從上述壓模拔出的成形體加熱，將上述粘合劑除去；燒結(jié)工序，將該脫粘合劑后的成形體加熱，使粉末彼此擴(kuò)散結(jié)合；其特征在于，將上述加壓成形工序在設(shè)ΔP沖頭的加壓力(Pa)、μ粘度(Pa·s)、L長(zhǎng)度(m)、De對(duì)應(yīng)管徑(m)時(shí)，使沖頭的移動(dòng)速度U為用下述[式1]求出的速度以下而進(jìn)行加壓成形。U＝ΔP/(32μ×L)×De2…[式1]
2、 一種燒結(jié)部件的制造方法，具備原料調(diào)節(jié)工序，對(duì)金屬粉末添加40~60體積％的由熱塑性樹脂和 石蠟構(gòu)成的粘合劑，加熱混勻而調(diào)節(jié)原料；填充工序，將規(guī)定量的上述原料填充到壓模的模孔內(nèi)；加壓成形工序，將填充在上述壓模內(nèi)的上迷原料用沖頭加壓而成 形為希望的形狀；拔出工序，將在上述加壓成形工序之后得到的成形體從上述壓模 中拔出；脫粘合劑工序，將從上述壓模拔出的成形體加熱，將上述粘合劑 除去；燒結(jié)工序，將該脫粘合劑后的成形體加熱，使粉末彼此擴(kuò)散結(jié)合； 其特征在于，作為上述壓模而使用磁性金屬模部件；在沿著上述?？椎某尚蚊娴膬?nèi)側(cè)設(shè)置流過冷媒的冷卻機(jī)構(gòu)，并且 在上述冷卻機(jī)構(gòu)的周圍設(shè)置利用高頻率感應(yīng)的加熱機(jī)構(gòu)；將在上述填充工序中填充到上述壓模中的原料通過用上述加熱機(jī)構(gòu)將上述?？准訜岫訜?；在上述加壓成形工序中，通過伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)并控制沖頭； 在上述加壓成形工序后，通過用上述冷卻機(jī)構(gòu)將上述壓模的?？桌鋮s而冷卻后，進(jìn)行上述拔出工序。
3、 一種燒結(jié)部件的制造方法，具備原料調(diào)節(jié)工序，對(duì)金屬粉末添加40~60體積％的由熱塑性樹脂和 石蠟構(gòu)成的粘合劑，加熱混勻而調(diào)節(jié)原料；填充工序，將規(guī)定量的上述原料填充到壓模的?？變?nèi)；加壓成形工序，將填充在上述壓模內(nèi)的上述原料用沖頭加壓而成 形為希望的形狀；拔出工序，將在上述加壓成形工序之后得到的成形體從上述壓模 中拔出；脫粘合劑工序，將從上述壓模拔出的成形體加熱，將上述粘合劑 除去；燒結(jié)工序，將該脫粘合劑后的成形體加熱，使粉末彼此擴(kuò)散結(jié)合； 其特征在于，作為上述壓模而使用磁性金屬模部件；在沿著上述模孔的成形面的內(nèi)側(cè)設(shè)置流過冷媒的冷卻機(jī)構(gòu)，并且 在上述冷卻機(jī)構(gòu)的周圍設(shè)置利用高頻率感應(yīng)的加熱機(jī)構(gòu)；將在上述填充工序中填充到上述壓模中的原料通過用上述加熱機(jī) 構(gòu)將上述?？准訜岫訜幔辉谏鲜黾訅撼尚喂ば蛑?，通過伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)并控制沖頭，在設(shè)AP: 沖頭的加壓力(Pa ) 、 y :粘度(Pa s ) 、 L:長(zhǎng)度(m) 、 De:對(duì)應(yīng) 管徑(m)時(shí)，使沖頭的移動(dòng)速度U為用下述[式l]求出的速度以下而 進(jìn)4亍加壓成形；在上述加壓成形工序后，通過用上述冷卻機(jī)構(gòu)將上述壓模的?？?冷卻而冷卻后，進(jìn)4亍上述拔出工序。<formula>formula see original document page 3</formula> …[式1 ]
4、 如權(quán)利要求1或3所述的燒結(jié)部件的制造方法，其特征在于，進(jìn)行成形
全文摘要
本發(fā)明提供一種燒結(jié)部件的制造方法，將對(duì)金屬粉末添加40～60體積％的由熱塑性樹脂和石蠟構(gòu)成的粘合劑、加熱混勻而調(diào)節(jié)的原料填充到壓模的模孔中而加壓成形為希望形狀，接著將加壓后的成形體從壓模拔出后加熱而除去粘合劑，然后將成形體加熱燒結(jié)，其中，將加壓成形時(shí)的沖頭的移動(dòng)速度U在設(shè)ΔP沖頭的加壓力(Pa)、μ粘度(Pa·s)、L長(zhǎng)度(m)、De對(duì)應(yīng)管徑(m)時(shí)設(shè)定為用“U＝ΔP/(32μ×L)×De²”求出的速度以下。
文檔編號(hào)B22F3/12GK101585085SQ200910006669
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者岡原正宏, 平野透, 石島善三, 草野光雄, 鈴木和也 申請(qǐng)人:日立粉末冶金株式會(huì)社;株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)