本發(fā)明為關(guān)于燒結(jié)體表面致密化用精整模具及其制造方法和產(chǎn)品的發(fā)明。
背景技術(shù):
已知在粉末冶金中,在壓縮將金屬作為主要原料的原料粉末而形成壓坯后,將該壓坯進行加熱而燒結(jié),由此成型規(guī)定形狀的燒結(jié)體。由于在如此壓縮成型原料粉末后燒結(jié)的燒結(jié)體的產(chǎn)品形狀的自由度大,從而能夠廉價地制造形狀比較復(fù)雜的產(chǎn)品(例如專利文獻1)。
但是,例如在如各種齒輪那樣使用時與鏈條或其它齒輪接觸而受到應(yīng)力的部件中,為了降低接觸部分的磨損和提高接觸部分的強度,通過減少該接觸部分表面的氣孔而使之致密化。
另一方面,為了改善在燒結(jié)時因變形而變差的尺寸精度,在燒結(jié)后實施用壓力機進行再壓縮的精整。
以往,作為致密化的方法,人們嘗試著在精整時施加高壓,或者用煅燒使燒結(jié)體軟化的狀態(tài)下進行再壓縮,并且嘗試著軋制和珠擊處理、冷鍛、熱鍛等方法。
但是,如果在精整時過于施加高壓則存在模具容易破損的問題。而且,在煅燒后增加壓縮和軋制、珠擊處理、鍛造等工序,存在加大成本的問題。
在此,作為在精整時不施加高壓而對表面進行致密化的方法,人們嘗試著通過對精整模具賦予階梯、突起或錐度,或賦予較大的減徑擠壓加工值,或進行壓印而使表面致密化的方法(專利文獻2、3、4、5)。
專利文獻1:日本特開2007-31814號公報
專利文獻2:日本特開2010-229433號公報
專利文獻3:美國專利第2542912號說明書
專利文獻4:日本特開2004-10906號公報
專利文獻5:日本特開平5-85995號公報
如上述專利文獻2、3、4、5所述那樣,對模具賦予階梯、突起或錐度的方法存在著階梯、突起或錐度部分容易受磨損的問題。而加大減徑擠壓加工值或進行壓印的方法則存在著在精整后加大燒結(jié)體的毛刺的問題。
另外,存在著若燒結(jié)體的楊氏模量與模具的楊氏模量同等則難以進行表面致密化的問題,且存在著若提高模具的楊氏模量則在壓縮時模具容易破損的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
在此,本發(fā)明用于解決上述問題,其目的在于提供一種燒結(jié)體表面致密化用精整模具及其制造方法,在進行精整的同時進行燒結(jié)體的表面致密化時,能夠防止模具的磨損及破損和精整后的燒結(jié)體產(chǎn)生毛刺。
方案1的發(fā)明為,在用直線部(ストレート部)對通過燒結(jié)金屬粉末的成型體而獲得的燒結(jié)體進行壓縮而進行精整的模具中,錐部被設(shè)置在模具構(gòu)件的上部,所述直線部被設(shè)置在模具構(gòu)件的下部,所述模具構(gòu)件的上部的材質(zhì)的楊氏模量比所述模具構(gòu)件的下部的材質(zhì)的楊氏模量高,且所述模具構(gòu)件的上部由比所述燒結(jié)體的楊氏模量高出50gpa以上的材質(zhì)所形成。
方案2的發(fā)明為,所述模具構(gòu)件為模(die)。
方案3的發(fā)明為,所述模具構(gòu)件為模芯。
方案4的發(fā)明為,在所述模具構(gòu)件的下部,下部側(cè)錐部被設(shè)置在所述模具構(gòu)件的上部的錐部和所述直線部之間。
方案5的發(fā)明為,在所述模的下部,下部側(cè)錐部被設(shè)置在所述模的上部的錐部和所述直線部之間。
方案6的發(fā)明為,在所述模芯的下部,下部側(cè)錐部被設(shè)置在所述模芯的上部的錐部和所述直線部之間。
方案7的發(fā)明為,所述模具構(gòu)件的上部被形成為所述模具構(gòu)件的上部具有在所述燒結(jié)體脫模時該燒結(jié)體不會與所述模具構(gòu)件的上部接觸的尺寸。
方案8的發(fā)明為,所述模的上部被形成為所述模的上部的尺寸大于在所述燒結(jié)體脫模時由于該燒結(jié)體的外徑回彈引發(fā)的膨脹尺寸。
方案9的發(fā)明為,所述模芯的上部被形成為所述模芯的上部的尺寸小于在所述燒結(jié)體脫模時由于該燒結(jié)體的內(nèi)徑回彈引發(fā)的收縮尺寸。
方案10的發(fā)明為,所述模具構(gòu)件的上部的材質(zhì)采用楊氏模量為300gpa以上的材質(zhì),所述模具構(gòu)件的下部的材質(zhì)采用楊氏模量低于300gpa的材質(zhì)。
方案11的發(fā)明為,所述模具構(gòu)件的上部的材質(zhì)采用硬質(zhì)合金,所述模具構(gòu)件的下部的材質(zhì)采用鐵類工具鋼。
方案12的發(fā)明為,以所述模具構(gòu)件的上部為基準,所述燒結(jié)體的減徑擠壓加工值為0.1mm以下。
方案13的發(fā)明為,所述模具構(gòu)件的上部的錐部的接近角(approachangle)小于10°。
方案14的發(fā)明為,使用方案1~6中的任一項所述的精整模具,在對所述燒結(jié)體的表面進行精整的同時對所述燒結(jié)體的表面進行致密化。
方案15的發(fā)明為,在所述燒結(jié)體從所述模具構(gòu)件的上部的所述錐部被插入至所述模具構(gòu)件的下部的所述直線部時,通過所述錐部對所述燒結(jié)體進行精整,且在所述模具構(gòu)件的下部的所述直線部用模沖從上下方向壓縮所述燒結(jié)體,從而對所述燒結(jié)體進行精整的同時對所述燒結(jié)體的表面進行致密化。
方案16的發(fā)明為,精整前的所述燒結(jié)體的楊氏模量為200gpa以上。
方案17的發(fā)明為,不再加工精整后的所述燒結(jié)體。
方案18的發(fā)明為,該產(chǎn)品通過方案14~16中的任一項所述的制造方法進行制造。
依據(jù)以上構(gòu)成,在進行精整的同時進行燒結(jié)體表面致密化時,能夠防止模具的磨損及破損和精整后的燒結(jié)體產(chǎn)生毛刺。
附圖說明
圖1為表示本發(fā)明的實施例1的模具的剖面圖。
圖2為表示本發(fā)明的實施例1的減徑擠壓加工燒結(jié)體前的模具的剖面圖。
圖3為表示本發(fā)明的實施例1的用直線部加壓燒結(jié)體的狀態(tài)的模具的剖面圖。
圖4為表示本發(fā)明的實施例1的已排出燒結(jié)體的狀態(tài)的模具的剖面圖。
圖5為表示本發(fā)明的實施例1的模具的剖面圖。
圖6為表示本發(fā)明的實施例2的模具的剖面圖。
圖7為表示本發(fā)明的實施例3的模具的剖面圖。
圖8為表示本發(fā)明的實施例4的模具的剖面圖。
圖9為表示本發(fā)明的實施例5的模具的剖面圖。
圖10為表示本發(fā)明的實施例6的模具的剖面圖。
圖11為表示本發(fā)明的實施例7的模具的剖面圖。
具體實施方式
參照附圖對本發(fā)明中的優(yōu)選的實施方式進行詳細說明。需要說明的是,在以下所說明的實施方式并不為限定權(quán)利要求書所記載的本發(fā)明的內(nèi)容。另外,以下所說明的內(nèi)容均并非為限定本發(fā)明的必要條件。在各個實施例中通過采用與以往不同的燒結(jié)體表面致密化用精整模具,從而得到以往所未有的燒結(jié)體表面致密化用精整模具及其制造方法和產(chǎn)品,并對該燒結(jié)體表面致密化用精整模具及其制造方法和產(chǎn)品進行說明。
實施例1
以下使用附圖對本發(fā)明中的實施例1進行詳細說明。對軸承或各種齒輪等的產(chǎn)品的制造方法的一事例進行說明。產(chǎn)品通過如下方法形成:加壓成型fe類等的原料粉末而形成壓坯,且燒成該壓坯形成燒結(jié)體1,并通過精整(矯正)該燒結(jié)體1而形成該產(chǎn)品。該產(chǎn)品為由燒結(jié)體1組成的齒輪。需要說明的是,可將精整前的燒結(jié)體1的楊氏模量設(shè)為200gpa以上。
圖1~圖5表示精整模具2。如圖1~圖5所示,用于燒結(jié)體1的精整的精整模具2將上下方向作為軸向(壓力機上下軸向),且包含模3、模芯4、下模沖5以及上模沖6。模3大致為圓筒狀,且大致柱狀的模芯4同軸性地置于該模3內(nèi)。另外,模3具有與所述燒結(jié)體1的外周表面形狀相對應(yīng)的內(nèi)周表面7,模芯4具有與燒結(jié)體1的內(nèi)周表面形狀相對應(yīng)的外周表面8。下模沖5為大致筒狀,且從下方上下活動自如地嵌合在模3和模芯4之間。上模沖6為大致筒狀,該上模沖6從上方上下活動自如地且插卸自如地嵌合在模3和模芯4之間。需要說明的是,所述模3和模芯4為模具構(gòu)件。
所述模3具有剖面形狀大致一定的模直線部11。于該模直線部11的上部具有朝向上方縮小的模錐部12。另外,所述模3在作為模3的上部的模上部13和作為模3的下部的模下部14的材質(zhì)不同。
另外,同樣,所述模芯4具有剖面形狀大致一定的模芯直線部21。于該模芯直線部21的上部具有朝向上方縮小的模芯錐部22。另外,所述模芯4在作為模芯4的上部的模芯上部23和作為模芯4的下部的模芯下部24的材質(zhì)不同。
在該例中,所述模3在所述模錐部12的高度方向中途與所述模3的軸向交差的平面方向上劃分為模上部13和模下部14,且將這些模上部13和模下部14設(shè)置為一體。需要說明的是,模上部13被形成為大致一定的厚度。另外,所述模錐部12由所述模上部13的模上部側(cè)錐部15和與該模上部側(cè)錐部15相連的所述模下部14的模下部側(cè)錐部16組成。而且,作為中間部的所述模下部側(cè)錐部16被設(shè)置在所述模上部側(cè)錐部15和所述模直線部11之間,且模直線部11的內(nèi)徑ns比模上部側(cè)錐部15的下端15k的最小直徑nk小。
另外,模上部13雖被一體設(shè)置在模下部14,但也可以通過螺釘?shù)鹊墓潭▎卧?未圖示)將模上部13裝卸自如地設(shè)置在模下部14。在這種情況下,可以簡便地進行模上部13的更換。
另外,同樣,所述模芯4在所述模芯錐部22的高度方向中途與所述模芯4的軸向交差的平面方向上劃分為模芯上部23和模芯下部24,且將這些模芯上部23和模芯下部24設(shè)置為一體。需要說明的是,模芯上部23被形成為大致一定的厚度。另外,所述模芯錐部22由所述模芯上部23的模芯上部側(cè)錐部25和與該模芯上部側(cè)錐部25相連的所述模芯下部24的模芯下部側(cè)錐部26組成。而且,作為中間部的所述模芯下部側(cè)錐部26被設(shè)置在所述模芯上部側(cè)錐部25和所述模芯直線部21之間,且模芯直線部21的外徑gs比模芯上部側(cè)錐部25的下端25k的最大直徑gk大。
另外,模芯上部23雖被一體設(shè)置在模芯下部24,但也可以通過螺釘?shù)鹊墓潭▎卧?未圖示)將模芯上部23裝卸自如地設(shè)置在模芯下部24。在這種情況下,可以簡便地進行模芯上部23的更換。
所述模上部13和所述模芯上部23的材質(zhì)的楊氏模量比所述模下部14和所述模芯下部24的材質(zhì)的楊氏模量高,優(yōu)選用比精整前的所述燒結(jié)體1的楊氏模量高50gpa以上的材料形成所述模上部13和所述模芯上部23。需要說明的是,模下部14和模芯下部24的韌性比模上部13和模芯上部23的韌性強。而且,能夠進行精整前的楊氏模量為200gpa以上的燒結(jié)體1的精整。進一步,模下部14和模芯下部24由比燒結(jié)體1的楊氏模量高的材質(zhì)組成,且模下部14和模芯下部24的0.2%屈服強度也比燒結(jié)體1高。需要說明的是,模上部13和模芯上部23可以使用同樣的材質(zhì),另外,模下部14和模芯下部24也可以使用同樣的材質(zhì)。
另外,將楊氏模量為300gpa以上的材質(zhì)用于模上部13和模芯上部23的材質(zhì),將楊氏模量低于300gpa的材質(zhì)用于模下部14和模芯下部24的材質(zhì)。另外,硬質(zhì)合金被用于模上部13和模芯上部23,鐵類工具鋼被用于模下部14和模芯下部24。
作為被用于模上部13和模芯上部23的硬質(zhì)合金,在jis規(guī)格的jisb4053中,可例示v10、v20、v30、v40、v50、hw-p01、hw-p10、hw-p20、hw-p30、hw-p40、hw-p50、hw-m10、hw-m20、hw-m30、hw-m40、hw-k01、hw-k10、hw-k20、hw-k30、hw-k40、ht-p01、ht-p10、ht-p20、ht-p30、ht-p40、ht-p50、ht-m10、ht-m20、ht-m30、ht-m40、ht-k01、ht-k10、ht-k20、ht-k30、ht-k40、hf-p01、hf-p10、hf-p20、hf-p30、hf-p40、hf-p50、hf-m10、hf-m20、hf-m30、hf-m40、hf-k01、hf-k10、hf-k20、hf-k30、hf-k40、hc-p01、hc-p10、hc-p20、hc-p30、hc-p40、hc-p50、hc-m10、hc-m20、hc-m30、hc-m40、hc-k01、hc-k10、hc-k20、hc-k30、hc-k40。這些硬質(zhì)合金的楊氏模量為400~650gpa左右。
另外,作為硬質(zhì)合金,在cis(硬質(zhì)工具協(xié)會)規(guī)格019d中,可例示vf-10、vf-20、vf-30、vf-40、vm-10、vm-20、vm-30、vm-40、vm-50、vm-60、vc-40、vc-50、vc-60、vc-70、vc-80、vu-40、vu-50、vu-60、vu-70、vu-80、rc-50、rc-60、rc-70、rc-80、ru-50、ru-60、ru-70、ru-80、nf-20、nf-30、nf-40、nm-40、nm-50、nm-60、nm-70、nc-60、nc-70、nc-80。這些硬質(zhì)合金的楊氏模量為440~650gpa左右。
作為被用于模下部14和模芯下部24的鐵類工具鋼,在jis規(guī)格的合金工具鋼(jisg4404)中,可例示sks3、sks31、sks93、sks94、sks95、skd1、skd2、skd4、skd5、skd6、skd7、skd8、skd10、skd11、skd12、skd61、skd62、skt3、skt4、skt6等,在高速工具鋼(jisg4403)中,可例示skh2、skh3、skh4、skh10、skh40、skh50、skh51、skh52、skh53、skh54、skh55、skh56、skh57、skh58、skh59,除此之外可例示碳工具鋼(jisg4401)。這些工具鋼的楊氏模量為200~230gpa左右。
如圖2所示,為了防止燒結(jié)體1發(fā)生毛刺,使燒結(jié)體1在模上部13和模芯上部23中的減徑擠壓加工值s為0.01mm以上且0.1mm以下。需要說明的是,使模3中的減徑擠壓加工值s為燒結(jié)體1的外徑尺寸與上部側(cè)錐部15的下端15k中的內(nèi)徑尺寸之差的二分之一。另外,使模芯4中的減徑擠壓加工值s為燒結(jié)體1的內(nèi)徑尺寸與上部側(cè)錐部25的下端25k中的外徑尺寸之差的二分之一。
進一步,所述上部側(cè)錐部15和所述上部側(cè)錐部25的接近角θ為0.0001°以上且小于10°。這樣,通過將接近角θ設(shè)為小于10°,從而能夠抑制精整后的燒結(jié)體1發(fā)生毛刺和上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的磨損。另外,如果接近角θ越小則上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25越長,并且成本增加且難以設(shè)置。因此,優(yōu)選接近角θ為0.0001°以上。需要說明的是,在附圖中,為了便于理解,在圖中用20°圖示接近角θ。
接下來,對精整方法加以說明。首先,如圖2所示,在上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的位置上配置燒結(jié)體1,并且將燒結(jié)體1壓入到直線部11和直線部21。
此時,使燒結(jié)體1通過比燒結(jié)體1的楊氏模量高的上部側(cè)錐部15和上部側(cè)錐部25,從而燒結(jié)體1被減徑擠壓加工而被精整,進而燒結(jié)體1的外表面和內(nèi)表面被致密化。接下來,在直線部11和直線部21中,通過上模沖6和下模沖5壓縮燒結(jié)體1,燒結(jié)體1的表面被致密化,從而燒結(jié)體1表面的空位基本消失。
即,在高楊氏模量的上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25,燒結(jié)體1僅被減徑擠壓加工,而并未被壓縮。通過減徑擠壓加工,燒結(jié)體1在徑向上被擠壓的同時塑性變形,同時也在上下方向上塑性變形,從而燒結(jié)體1的表面被致密化,但燒結(jié)體1表面的空位以上下延伸的方式殘存著。然后,通過下模沖5和上模沖6,在比所述上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的楊氏模量低的直線部11和直線部21中壓縮燒結(jié)體1,從而燒結(jié)體1的表面被致密化且空位消失。壓縮壓力根據(jù)燒結(jié)體和模具的材質(zhì)會有所不同,在燒結(jié)體為鐵類,下部模具為鐵類工具鋼的情況下,壓縮壓力優(yōu)選為1~14t/cm2左右。如果壓縮壓力低于1t/cm2則致密化不充分,如果壓縮壓力超過14t/cm2則即使為鐵類工具鋼的模具也有可能破損,并且燒結(jié)體的毛刺增大。壓縮壓力更優(yōu)選為4~10t/cm2左右。
進一步,在上模沖6向上方后退后,下模沖5上升,從而排出燒結(jié)體1。但這時,已被從直線部11、直線部21推擠出的燒結(jié)體1因回彈而外徑擴大的同時內(nèi)徑縮小,如后所述那樣,由于燒結(jié)體1不與上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25接觸,從而能夠防止楊氏模量高的上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的磨損和損傷。
之所以如上那樣設(shè)置上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25,是因為在減徑擠壓加工燒結(jié)體1時階梯或突起的部分集中性地受到磨損。另外,是因為在減徑擠壓加工燒結(jié)體1時,由于燒結(jié)體1的表層厚度部分在階梯或突起中朝向上模沖6和下模沖5的移動方向塑性變形,從而燒結(jié)體1容易發(fā)生毛刺。
另外,通過將上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25設(shè)為比燒結(jié)體1的楊氏模量高出50gpa以上的材質(zhì),從而能夠以少的減徑擠壓加工值s使燒結(jié)體1致密化。進一步,通過用模上部13和模芯上部23的楊氏模量高的材質(zhì)的上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25不壓縮燒結(jié)體1而進行減徑擠壓加工,從而能夠防止模具構(gòu)件的破損。另外,通過將楊氏模量高的高硬度的材質(zhì)用在模上部13和模芯上部23的上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25,從而能夠抑制由于減徑擠壓加工所致的模具的磨損。
另外,通過將楊氏模量低的高韌性的材質(zhì)用于模下部14和模芯下部24的直線部11和直線部21,從而能夠抑制由于壓縮所致的模具的破損。
另外,通過劃分為上部側(cè)錐部15和上部側(cè)錐部25的減徑擠壓加工部和直線部11、直線部21的壓縮部,能夠僅對模具的已磨損的部分進行更換,從而能夠抑制模具成本。
而且,之所以用模下部14和模芯下部24的直線部11、直線部21對燒結(jié)體1施加壓縮,是因為僅進行減徑擠壓加工則表面致密化不充分。
進一步,通過將模上部13和模芯上部23設(shè)計為其具有脫模時不會與燒結(jié)體1接觸的尺寸,從而能夠防止燒結(jié)體1的毛刺發(fā)生。在該例中,如果模上部側(cè)錐部15的下端15k的最小直徑nk比已被從直線部11、直線部21推擠出的燒結(jié)體1由于回彈而擴大的外徑大,并且模芯上部側(cè)錐部25的下端25k的最大直徑gk比已被從直線部11和直線部21推擠出的燒結(jié)體1由于回彈而縮小的內(nèi)徑小,則在脫模時模上部13和模芯上部23不會與燒結(jié)體1接觸。另一方面,在脫模時,燒結(jié)體1也可與模下部14和模芯下部24的下部側(cè)錐部16和下部側(cè)錐部26接觸。需要說明的是,一般說來,楊氏模量高且硬度高的材質(zhì)的韌性低,故模具容易出現(xiàn)裂縫、欠缺或破損,但不易磨損。另外,一般說來,楊氏模量低且韌性高的材質(zhì)的硬度低,故模具容易磨損,但不易破損。另外,一般說來,若減徑擠壓加工值s大,則容易在燒結(jié)體1產(chǎn)生毛刺且模具容易破損。
但是,如實施例所示,由于錐部12、錐部22由楊氏模量高的上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25和與此相連的楊氏模量低的下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26組成,因此,在下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26中,會發(fā)生燒結(jié)體1有時被減徑擠壓加工,有時不被減徑擠壓加工的情況。其原因在于,由于模下部14和模芯下部24的模具材質(zhì)的楊氏模量比模上部13和模芯上部23的模具材質(zhì)的楊氏模量小,因此,用上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25所減徑擠壓加工的燒結(jié)體1塑性變形,外徑方向的尺寸變小的同時內(nèi)徑方向的尺寸變大。在至少作為下部側(cè)模具的模下部14和模芯下部24的尺寸與上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的下端15k、下端25k的尺寸相同的情況下(如圖10所示,在下部側(cè)錐部無錐度而隨即成為直線部11、直線部21的情況下),在模下部14和模芯下部24中,僅靠燒結(jié)體1、模下部14以及模芯下部24相互彈性變形,燒結(jié)體1不會被減徑擠壓加工。在此,將下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26設(shè)置在模下部14和模芯下部24的理由在于,在下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26用上模沖6和下模沖5進行壓縮之前盡可能使燒結(jié)體1彈性變形,從而在燒結(jié)體1到達直線部11、直線部21時,使燒結(jié)體1處于即將塑性變形的彈性變形狀態(tài)或已稍許塑性變形的狀態(tài),由此,在通過上模沖6和下模沖5的壓縮且通過塑性變形消除表面的空位時,用上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25進行減徑擠壓加工后的燒結(jié)體1的外徑并不會變大,另外,燒結(jié)體1的內(nèi)徑也并不會變小。即,如果在模下部14以及模芯下部24無錐部,并且模下部14以及模芯下部24的直徑與上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的下端15k、下端25k的直徑相同,則在壓縮時,由于與模上部13和模芯上部23相比較,模下部14以及模芯下部24的楊氏模量低,因此有可能導(dǎo)致在錐部12、錐部22中燒結(jié)體1的外徑擴大的同時燒結(jié)體1的內(nèi)徑收縮。
另外,如果在從模具脫模時由于回彈而燒結(jié)體1的外徑加大的同時其內(nèi)徑變小,則會被上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25再次減徑擠壓加工,從而導(dǎo)致上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25破損、或磨損加大或燒結(jié)體1容易發(fā)生毛刺。為防止以上諸多問題的發(fā)生,優(yōu)選設(shè)置下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26。
而且,關(guān)于下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26中的減徑擠壓加工值s’,優(yōu)選以用上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25所減徑擠壓加工的燒結(jié)體1開始塑性變形前后附近的數(shù)值設(shè)置下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26的減徑擠壓加工值s’。如果用下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26使燒結(jié)體1過于塑性變形則產(chǎn)生毛刺;如果彈性變形過小則在脫模時發(fā)生接觸,從而模上部13和模芯上部23容易發(fā)生破損或磨損或燒結(jié)體1容易產(chǎn)生毛刺。需要說明的是,如圖2所示,下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26的減徑擠壓加工值s’為下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26的上端和下端的半徑尺寸之差。
需要說明的是,為了在脫模時不使燒結(jié)體1與上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25接觸,可通過加大下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26的減徑擠壓加工值s’、且通過用下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26減徑擠壓加工燒結(jié)體1,從而使燒結(jié)體1塑性變形,并且將燒結(jié)體1的徑向尺寸縮小至在脫模時燒結(jié)體1不會與模上部13和模芯上部23接觸的尺寸。在這樣的情況下,可依據(jù)燒結(jié)體1的材質(zhì)、燒結(jié)體1的大小以及壓縮時所施加的力等來設(shè)置模3、模芯4的尺寸。
另外,進行了使用作為本發(fā)明例的實施例1的精整模具2的試驗和使用比較例的模具的試驗。
[表1]
在表1中,上部的楊氏模量為模上部13和模芯上部23的楊氏模量;下部的楊氏模量為模下部14以及模芯下部24的楊氏模量。而且,通過變更減徑擠壓加工值s、模具上部的楊氏模量以及燒結(jié)體1的楊氏模量而進行了試驗。
需要說明的是,接近角θ均設(shè)為5°,且將通過直線部11、直線部21中的下模沖5、上模沖6所施加的壓縮壓力設(shè)為10t/cm2。另外,燒結(jié)體1為鐵類燒結(jié)體,其使用相對密度為94%的鐵類燒結(jié)體。而且,對精整后的燒結(jié)體1而言,根據(jù)0~0.3mm表面相對密度是否達到97%來評價有無致密化,以及根據(jù)有無0.5mm以上的毛刺來評價有無毛刺。將有毛刺又有致密化的情況標記為△、無毛刺且有致密化的情況標記為○、無致密化的情況標記為×,且將評價結(jié)果記載于表1。
以上的結(jié)果表明,通過將模上部13和模芯上部23的楊氏模量設(shè)為比精整前的燒結(jié)體1的楊氏模量高50gpa以上即可進行表面致密化。另外,通過將減徑擠壓加工值s設(shè)為0.1mm以下則能夠防止毛刺發(fā)生。
[表2]
以上的結(jié)果表明,將接近角θ設(shè)為小于10°則能夠防止毛刺。另外,以上的結(jié)果還表明,即使加大接近角θ,但如果模上部13和模芯上部23的楊氏模量不比精整前的燒結(jié)體1的楊氏模量高出50gpa以上,則表面不會被致密化。需要說明的是,之所以有毛刺仍被評價為△,是因為若在其后進行加工可以去除毛刺,雖增加去毛刺的工序會增加成本,但作為產(chǎn)品并非為致命的問題。
這樣,在本實施例中,與方案1對應(yīng)地,在用直線部11、直線部12對通過燒結(jié)金屬粉末的成型體而獲得的燒結(jié)體1進行壓縮而進行精整的模具中,作為錐部的上部側(cè)錐部15、作為錐部的上部側(cè)錐部25被設(shè)置在作為模具構(gòu)件的上部的模上部13和模芯上部23,直線部11、直線部21被設(shè)置在作為模具構(gòu)件的下部的模下部14和模芯下部24。模上部13和模芯上部23的材質(zhì)的楊氏模量比模下部14和模芯下部24的材質(zhì)的楊氏模量高,且模上部13和模芯上部23由比燒結(jié)體1的楊氏模量高出50gpa以上的材質(zhì)所形成,依據(jù)這些,能夠以小的減徑擠壓加工值s使燒結(jié)體1致密化。另外,通過在模上部13和模芯上部23的高楊氏模量的材質(zhì)的錐部不進行壓縮而進行減徑擠壓加工,從而能夠防止模具破損的同時能夠抑制起因于減徑擠壓加工的模具的磨損。
另一方面,用模下部14和模芯下部24對燒結(jié)體1施加壓縮。這是因為,僅進行減徑擠壓加工,其表面致密化不充分。通過對模下部14和模芯下部24使用與模上部13和模芯上部23不同的材質(zhì),即使用模下部14和模芯下部24的材質(zhì)的楊氏模量比模上部13和模芯上部23的材質(zhì)的楊氏模量低且高韌性的材料,從而能夠抑制由直線部11、直線部21中的壓縮引發(fā)的模具破損。
另外,在這樣的本實施例中,與方案2對應(yīng)地,由于模具構(gòu)件為模3,對燒結(jié)體1進行精整的同時進行表面致密化時,能夠防止模3的磨損和損傷。
另外,在這樣的本實施例中,與方案3對應(yīng)地,由于模具構(gòu)件為模芯4,對燒結(jié)體1進行精整的同時進行表面致密化時,能夠防止模芯4的磨損和損傷。
另外,在這樣的本實施例中,與方案4對應(yīng)地,由于在模下部14和模芯下部24處,在作為模上部13、模芯上部23的錐部的上部錐部15、上部錐部25和直線部11、直線部21之間設(shè)置下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26,且模下部14和模芯下部24的材質(zhì)的楊氏模量比模上部13和模芯上部23的材質(zhì)的楊氏模量低,從而用模上部13、模芯上部23的上部錐部15、上部錐部25減徑擠壓加工過的燒結(jié)體1進行塑性變形而尺寸變小。接下來,在模下部14和模芯下部24的下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26,模下部14和模芯下部24以及燒結(jié)體1相互彈性變形。而且,通過將下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26設(shè)置在模下部14和模芯下部24,在用直線部11、直線部21壓縮之前,盡量使燒結(jié)體1彈性變形。在燒結(jié)體1到達直線部11、直線部21時,通過使燒結(jié)體1處于即將塑性變形的彈性變形狀態(tài)或已稍許塑性變形的狀態(tài),由此,在通過壓縮燒結(jié)體1且通過塑性變形消除燒結(jié)體1的表面的空位時,用模上部13、模芯上部23的上部錐部15、上部錐部25減徑擠壓加工過的燒結(jié)體1的外徑不會擴大,且燒結(jié)體1的內(nèi)徑也不會縮小。需要說明的是,在模下部14和模芯下部24無下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26,即為相同直徑的情況下,由于與模上部13、模芯上部23相比,模下部14和模芯下部24的楊氏模量小,由此,在壓縮時燒結(jié)體1的外徑擴大且內(nèi)徑縮小。而且,在脫模時,如果燒結(jié)體1的外徑擴大且內(nèi)徑縮小,則燒結(jié)體1與模上部13、模芯上部23接觸,從而導(dǎo)致再次被減徑擠壓加工,容易造成模上部13、模芯上部23的破損或磨損加大或燒結(jié)體1容易產(chǎn)生毛刺。但通過將下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26設(shè)置在模下部14和模芯下部24,能夠防止這些缺陷的發(fā)生。
另外,在這樣的本實施例中,與方案5對應(yīng)地,由于在作為所述模3的下部的模下部14處,在作為模3的上部即模上部13的錐部的上部錐部15和模直線部11之間設(shè)置模下部側(cè)錐部16,從而能夠防止模上部13的破損或磨損加大或在燒結(jié)體1上產(chǎn)生毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案6對應(yīng)地,由于在作為模芯4的下部的模芯下部24處,在作為模芯4的上部即模芯上部23的錐部的上部錐部25和模芯直線部21之間設(shè)置模芯下部側(cè)錐部26,從而能夠防止模芯上部23的破損或磨損加大或在燒結(jié)體1上產(chǎn)生毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案7對應(yīng)地,由于作為模具構(gòu)件的上部的模上部13和/或模芯上部23被形成為其具有在燒結(jié)體1脫模時該燒結(jié)體1不會與該模具構(gòu)件的上部的模具上部13和/或模芯上部23接觸的尺寸,所以,在燒結(jié)體1脫模時該燒結(jié)體1不會與該模具構(gòu)件的上部的模上部13和/或模芯上部23接觸,從而能夠防止燒結(jié)體1在脫模時產(chǎn)生毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案8對應(yīng)地,由于作為模3的上部的模上部13被形成為其尺寸大于在燒結(jié)體1脫模時由于該燒結(jié)體1的外徑回彈引發(fā)的膨脹尺寸,從而在燒結(jié)體1脫模時該燒結(jié)體1不會與模上部13接觸,能夠防止燒結(jié)體1在脫模時產(chǎn)生毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案9對應(yīng)地,由于作為模芯4的上部的模芯上部23被形成為其尺寸小于在燒結(jié)體1脫模時由于該燒結(jié)體1的內(nèi)徑回彈引發(fā)的收縮尺寸,從而在燒結(jié)體1脫模時,該燒結(jié)體1不會與模芯上部23接觸,能夠防止燒結(jié)體1在脫模時產(chǎn)生毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案10對應(yīng)地,由于將楊氏模量為300gpa以上的材質(zhì)用于作為模具構(gòu)件的上部的模上部13和模芯上部23的材質(zhì),將楊氏模量低于300gpa的材質(zhì)用于作為模具構(gòu)件的下部的模下部14和模芯下部24材質(zhì),從而能夠防止模上部13和模芯上部23的破損、磨損加大以及燒結(jié)體1產(chǎn)生毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案11對應(yīng)地,由于將硬質(zhì)合金用于作為模具構(gòu)件的上部的模上部13和模芯上部23的材質(zhì),將鐵類工具鋼用于作為模具構(gòu)件的下部的模下部14和模芯下部24的材質(zhì),從而能夠防止模上部13和模芯上部23的破損、磨損加大以及燒結(jié)體1產(chǎn)生毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案12對應(yīng)地,以作為模具構(gòu)件的上部的模上部13和模芯上部23為基準,燒結(jié)體1的減徑擠壓加工值s為0.1mm以下。通過將減徑擠壓加工值s設(shè)為0.1mm以下,從而能夠抑制精整后的燒結(jié)體1產(chǎn)生毛刺以及模具構(gòu)件的上部的磨損。
另外,在這樣的本實施例中,與方案13對應(yīng)地,作為模具構(gòu)件的上部的模上部13和模芯上部23的上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的接近角θ小于10°。通過將接近角θ設(shè)為低于10°,從而能夠抑制精整后的燒結(jié)體1產(chǎn)生毛刺以及模上部13和模芯上部23的磨損。
另外,在這樣的本實施例中,與方案14對應(yīng)地,由于制造方法為使用方案1~6中的任一項所述的精整模具2,在對燒結(jié)體1的表面進行精整的同時對燒結(jié)體1的表面進行致密化的制造方法,從而能夠制造表面經(jīng)過致密化的燒結(jié)體1。
另外,在這樣的本實施例中,與方案15對應(yīng)地,由于制造方法為在將燒結(jié)體1從作為模具構(gòu)件上部的模上部13和模芯上部23的上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25插入至作為模具構(gòu)件下部的模下部14和模芯下部24的直線部11、直線部21時,通過上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25對燒結(jié)體1進行精整,且在模下部14和模芯下部24的直線部11、直線部21,用模沖5、模沖6從上下方向壓縮燒結(jié)體1,從而對燒結(jié)體1的表面進行精整的同時對燒結(jié)體1的表面進行致密化的制造方法,能夠制造表面經(jīng)過致密化的燒結(jié)體1。
另外,在這樣的本實施例中,與方案16對應(yīng)地,由于精整前的燒結(jié)體1的楊氏模量為200gpa以上,從而能夠進行楊氏模量為200gpa以上的燒結(jié)體1的表面致密化。
另外,在這樣的本實施例中,與方案17對應(yīng)地,由于制造方法為不再加工精整后的燒結(jié)體1的制造方法且能夠抑制在精整時產(chǎn)生毛刺,從而不需要再去除毛刺。
另外,在這樣的本實施例中,與方案18對應(yīng)地,由于產(chǎn)品為通過方案14~16中的任一項所述的制造方法而制造的產(chǎn)品,從而能夠得到由表面已被致密化的燒結(jié)體1組成的產(chǎn)品。
另外,實施例的效果如下??赏ㄟ^螺釘?shù)鹊墓潭▎卧?未圖示)將模上部13和模芯上部23裝卸自如地設(shè)置在模下部14和模芯下部24。在這種情況下,可以簡便地進行模上部13和模芯上部23的更換。另外,模下部14和模芯下部24由比燒結(jié)體1的楊氏模量高的材質(zhì)組成,且模下部14和模芯下部24的0.2%屈服強度也比燒結(jié)體1大,從而能夠在直線部11和直線部21中確切地進行精整。需要說明的是,優(yōu)選對如上所述的模上部13和模芯上部23的所用材料選擇比精整前的所述燒結(jié)體1的楊氏模量高出50gpa以上的材料。另外,優(yōu)選對模下部14和模芯下部24的所用材料選擇比精整前的所述燒結(jié)體1的楊氏模量高出30gpa以上的材料。
實施例2
圖6表示本發(fā)明的實施例2,與上述實施例1相同的部分標以相同的符號,并省略其詳細描述。在該例中,在模下部14的模下部側(cè)錐部16的上部形成有平面環(huán)狀的凹部31。在該凹部31固定設(shè)置有具有模上部側(cè)錐部15的環(huán)狀的模上部13a。另外,在模芯下部24的模芯下部側(cè)錐部26的上部形成有平面環(huán)狀的凹部32,且在該凹部32固定設(shè)置有具有模芯上部側(cè)錐部25的環(huán)狀的模芯上部23a。
因此,能夠抑制楊氏模量高的模上部13和模芯上部23的成本。
這樣,在本實施例中,也起到和上述實施例1同樣的作用和效果。
另外,在該例中,由于將具有模上部側(cè)錐部15的模上部13a形成為環(huán)狀,且將該模上部13a設(shè)置在模下部14的凹部31,將具有模芯上部側(cè)錐部25的模芯上部23a形成為環(huán)狀,且將該模芯上部23a設(shè)置在模芯下部24的凹部32,從而能夠削減模上部13a和模芯上部23a的材料費。
實施例3
圖7表示本發(fā)明的實施例3,與上述各實施例相同的部分標以相同的符號,并省略其詳細描述。在該例中,使用更換單元能夠更換地設(shè)置上述實施例2中的模上部13和模芯上部23。
具體說來,通過使用環(huán)狀的模用夾具33,且在將該模用夾具33的下表面與模上部13的上表面抵接的狀態(tài)下,利用作為固定單元的螺釘34將模用夾具33固定在模下部14的上表面,從而將模上部13固定在模下部14,并且通過卸下螺釘能夠更換模上部13。
另外,通過使用環(huán)狀的模芯用夾具35,且在將該模芯用夾具35的下表面與模芯上部23的上表面抵接的狀態(tài)下,利用作為固定單元的螺釘36將模芯用夾具35固定在模芯下部24的上表面,從而將模芯上部23固定在模芯下部24,并且通過卸下螺釘36能夠更換模芯上部23。
這樣,在本實施例中,也起到和上述各實施例同樣的作用和效果。
另外,在該例中,由于具有將模上部13和模芯上部23裝卸自如地固定在模下部14和模芯下部24的作為更換單元的夾具33和夾具35,從而具有能夠簡便地更換模上部13和模芯上部23的效果。
實施例4
圖8表示本發(fā)明的實施例4,與上述各實施例相同的部分標以相同的符號,并省略其詳細描述。在該例中,不設(shè)置模下部側(cè)錐部16,而將模下部14的內(nèi)周上側(cè)角部進行倒圓角的彎曲部37形成在模上部側(cè)錐部15和模直線部11之間,且模直線部11的內(nèi)徑比模上部側(cè)錐部15的下端15k的內(nèi)徑小。需要說明的是,彎曲部37從下端15k開始彎曲。
另外,不設(shè)置模芯下部側(cè)錐部26,而將模芯下部24的外周上側(cè)角部進行倒圓角的彎曲部38形成在模芯上部側(cè)錐部25和模芯直線部21之間,且模芯直線部21的內(nèi)徑比模芯上部側(cè)錐部25的下端25k的內(nèi)徑大。需要說明的是,彎曲部38從所述下端25k開始彎曲。還需要說明的是,在該例中,彎曲部37和彎曲部38為中間部。
這樣,在本實施例,在模下部14和模芯下部24的彎曲部37和彎曲部38中,僅靠燒結(jié)體1和作為中間部的彎曲部37、彎曲部38相互彈性變形,燒結(jié)體1不會被減徑擠壓加工,從而也起到和上述各實施例同樣的作用和效果。
實施例5
圖9表示本發(fā)明的實施例5,與上述各實施例相同的部分標以相同的符號,并省略其詳細描述。在該例中,在模3不設(shè)置模下部側(cè)錐部16,而將內(nèi)周上端角部41設(shè)置在模下部14。該內(nèi)周上端角部41的上表面41a沿左右方向形成。
另外,在模芯4不設(shè)置模芯下部側(cè)錐部26,而將外周上端角部42設(shè)置在模芯下部24。該外周上端角部42的上表面42a沿左右方向形成。需要說明的是,在該例中,內(nèi)周上端角部41和外周上端角部42為中間部。
這樣,在本實施例,在模下部14和模芯下部24的彎曲部37、彎曲部38中,僅靠燒結(jié)體1和作為中間部的內(nèi)周上端角部41以及外周上端角部42相互彈性變形,燒結(jié)體1不會被減徑擠壓加工,從而也起到和上述各實施例同樣的作用和效果。
實施例6
圖10表示本發(fā)明的實施例6,與上述各實施例相同的部分標以相同的符號,并省略其詳細描述。在該例中,不設(shè)置下部側(cè)錐部16、下部側(cè)錐部26,而將整個錐部12、錐部22設(shè)置在模上部13和模芯上部23。即,錐部12、錐部22由上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25組成,上部側(cè)錐部15、上部側(cè)錐部25的下端25k的直徑與直線部11、直線部21的直徑相等。
這樣,在本實施例中,也起到和上述各實施例同樣的作用和效果。
實施例7
圖11表示本發(fā)明的實施例7,與上述各實施例相同的部分標以相同的符號,并省略其詳細描述。在該例中,將模上部13的內(nèi)周上側(cè)角部進行倒圓角從而形成彎曲部51,且將模上部13的內(nèi)周下側(cè)角部(下端15k)進行倒圓角從而形成彎曲部52。另外,將模下部14的模下部側(cè)錐部16的內(nèi)周上側(cè)角部進行倒圓角從而形成彎曲部53,且將模下部14的模下部側(cè)錐部16的內(nèi)周下側(cè)角部進行倒圓角從而形成彎曲部54。即,彎曲部53被設(shè)置在模下部14的上表面和模下部側(cè)錐部16之間,且彎曲部54被設(shè)置在模下部側(cè)錐部16和模直線部11之間。
另外,將模芯上部23的外周上側(cè)角部進行倒圓角從而形成彎曲部61,且將模芯上部23的外周下側(cè)角部(下端25k)進行倒圓角從而形成彎曲部62。另外,將模芯下部24的模芯下部側(cè)錐部26的外周上側(cè)角部進行倒圓角從而形成彎曲部63,且將模芯下部24的模芯下部側(cè)錐部26的外周下側(cè)角部進行倒圓角從而形成彎曲部64。即,彎曲部63被設(shè)置在模芯下部24的上表面和模芯下部側(cè)錐部26之間,且彎曲部64被設(shè)置在模芯下部側(cè)錐部26和模直線部21之間。
而且,在該例中,模上部13的最小直徑nk為成為下端側(cè)的彎曲部52的最小直徑的部位,且模芯上部23的最大直徑gk為成為下端側(cè)的彎曲部52的最大直徑的部位。
需要說明的是,在該例中,模上部13中的減徑擠壓加工值s為燒結(jié)體1的外徑尺寸與上部側(cè)錐部15的下部的彎曲部52的內(nèi)徑尺寸(最小直徑nk)之差的二分之一。另外,模芯上部23中的減徑擠壓加工值s為燒結(jié)體1的內(nèi)徑尺寸與上部側(cè)錐部25的下部的彎曲部62的外徑尺寸(最大直徑gk)之差的二分之一。
這樣,在本實施例,在脫模時,燒結(jié)體1不會與模上部13和模芯上部23觸碰從而也起到和上述各實施例同樣的作用和效果。
需要說明的是,在該例中,具有在脫模時處于回彈的燒結(jié)體1與模上部13和模芯上部23碰觸的可能性的情況下,通過設(shè)置彎曲部52、彎曲部62,可以防止模上部13和模芯上部23的破損。進一步,通過設(shè)置彎曲部52、彎曲部53、彎曲部54、彎曲部62、彎曲部63和彎曲部64,能夠順利地壓入或壓出燒結(jié)體1。
需要說明的是,本發(fā)明并不限定在上述實施方式,可進行各種變更。例如,雖將上部側(cè)錐部和下部側(cè)錐部的接近角設(shè)為相同,但也可將上部側(cè)錐部的接近角設(shè)為10°以下,且將下部側(cè)錐部的接近角設(shè)為與上部側(cè)錐部的接近角不同。另外,在實施例中,模上部和模芯上部這兩個部雖可以使用與模下部和模芯下部相比楊氏模量高的材質(zhì),但也能夠是模上部和模芯上部中的某一個部使用與模具下部和模芯下部的某一個部相比楊氏模量高的材質(zhì)。在這種情況下,將模上部和模芯上部中所剩下的另一個部與模下部和模芯下部中所剩下的另一個部一體形成,即可以同一材質(zhì)形成,此時,優(yōu)選在模和模芯中為同一材質(zhì)的那一個上也設(shè)置錐部。該錐部將接近角也設(shè)為低于10°。進一步,圖11的實施例7雖為在實施例1的模具已設(shè)置了彎曲部51、彎曲部52、彎曲部53、彎曲部54、彎曲部61、彎曲部62、彎曲部63和彎曲部64的例,但也可為在實施例2~6的模具設(shè)置彎曲部51、彎曲部52、彎曲部53、彎曲部54、彎曲部62、彎曲部63和彎曲部64的方式。在圖10的實施例6中,以在模下部和模芯下部設(shè)置彎曲部37、彎曲部38為宜。另外,作為楊氏模量高的材質(zhì)的例,雖可以列舉硬質(zhì)合金,但在當前只不過是出于成本較低且具有一定的韌性的考慮的選擇。若不考慮成本,也可為楊氏模量超過硬質(zhì)合金的聚合鉆石納米棒、藍絲黛爾石、金剛石、金剛石燒結(jié)體、異質(zhì)金剛石、超硬質(zhì)碳納米管或c-bn等的材質(zhì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,若發(fā)明出楊氏模量比硬質(zhì)合金高且成本較低并且具有一定韌性的材質(zhì),則以使用這樣的材質(zhì)為宜。
符號說明
1燒結(jié)體
2精整用模具
3模(模具構(gòu)件)
4模芯(模具構(gòu)件)
5下模沖
6上模沖
11模直線部
12模錐部
13、13a模上部(模具構(gòu)件的上部)
14模下部(模具構(gòu)件的下部)
15模上部側(cè)錐部
16模下部側(cè)錐部
21模芯直線部
22模芯錐部
23、23a模芯上部(模具構(gòu)件的上部)
24模芯下部(模具構(gòu)件的下部)
25模芯上部側(cè)錐部
26模芯下部側(cè)錐部
23a模芯上部
s減徑擠壓加工值