JPH11236603A - 押出成形方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被押出し可塑性混練体を屈曲したダクトを経
て該ダクトの端末に設けたダイスの押出し開口から押出
す押出成形方法において、所要押出圧力の上昇を抑制
し、真直性が高い押出品または焼結品を得る。また、押
出品が螺旋状小孔を有するものである場合、この小孔の
螺旋のリードや位置精度が高い押出品または焼結品を得
る。 【解決手段】 被押出し可塑性混練体を屈曲したダクト
を経て該ダクトの端末に設けたダイスの押出し開口から
押出す押出成形方法において、ダクトの入口と出口の中
心線がなす角を９０°未満とし、かつ出口の中心と、ダ
クトの各断面の中心線がなす角度は、前記断面が入口が
出口への移動とともに増加しないものとする。また、屈
曲ダクト内にマンドレルを有する押出し成形装置におい
て、ダクト内空間の可塑性混練体充満空間内にマンドレ
ル用の軸受を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可塑性混練体を押
出し成形する方法および装置に関し、特に内部に回転マ
ンドレルを有する等の理由で、ダイスの上流へ被押出材
を導入するダクト部分が湾曲等屈曲しているもの、特に
切削油供給孔を有する、いわゆる油孔付ツイストドリル
に代表される一対の螺旋状の小孔を有する工具等の押出
し成形体用の押出成形方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油孔付ツイストドリルは、軸心の周りに
一対の小孔が螺旋状に連なって設けられているが、次に
述べるようにその製造は困難で高コストである。溶製材
から製造される油孔付ツイストドリル用素材は、短尺の
棒状素材にその軸心の両側に対称状に平行にストレ−ト
の２個の孔をドリルであけた後、この孔に孔形状保持の
ため異種金属を差込み、その状態で所望の断面形状寸法
となるまで引抜き加工した後、孔中の金属を抜取り、該
引抜き材をその孔が所定のリ−ドとなるように機械的に
ねじり加工を加えて製造される。粉末冶金法の場合は高
速度工具鋼等の粉末混練体を押出し成形法により一対の
ストレ−ト孔を有するグリ−ンに押出し成形後、これを
焼結し、さらに前記溶製材と同様に機械的にねじりを与
えて螺旋状の小孔を形成する方法が行われている。

【０００３】しかし、上述のような、ストレ−トの孔を
有する素材を得た後、機械的にねじりを与える方法は、
この素材を得るまでの工程の上に、さらに高コストのね
じり加工が必要であるから、コスト高となるという問題
点がある。このため、粉末冶金法によるものでは、グリ
−ンの状態で一対の螺旋状小孔を有するように成形する
ことが提案されている。すなわち、特開昭６１−２２７
１０１号，特開平１−１５６４０５号の各公報には、押
出し時にねじりを付与して螺旋状の小孔を有するドリル
用グリ−ンを得る成形方法が開示されている。

【０００４】本出願人も、成形のままでねじれ孔が得ら
れる焼結用成形体のねじり押出し方法を特開平１−９６
３０５号で提案した。また、本出願人は図３に示すよう
に螺旋状のねじれピンを有するマンドレルを、機壁を貫
通して設け、押出速度と同期して回転させることによ
り、被押出し材にねじれ運動を強制することなく、ねじ
れ孔が得られる押出し方法およびその装置を、さらに、
後端に押出しダイスを有し上流側で湾曲したダクト内
に、マンドレルをその後端に螺旋状のねじれピン部がダ
イス開口部内に位置し、また、軸部がダクト機壁を貫通
するごとく配設して回転駆動し、ダクトの上流から可塑
性混練体を導入するに際し、押出しダイスのすぐ上流の
ダクトに適正な長さの真直部分を設けることより小孔位
置のズレを防止できる押出し方法を開発し、それぞれ特
開平３−１０７４０１号、特開平８−２２５８０９号と
して提案した。

【０００５】押出成形体にねじり運動を与えつつ押出し
する方法のうち、例えば前記特開昭６１−２２７１０１
号および特開平１−１５６４０５号にみられるような方
法があるが、これらの方法は、ダイスの内径に設けたね
じれ溝に沿って、被押出し材を押出すことにより該被押
出材にねじれ運動を与えんとするものである。しかし、
これらの方法では、ダイスの内径内を軸方法に押出され
る材料のうち、断面の中央部分を押出される被押出し材
は、ねじれ溝に沿うことでねじれ運動をうける外周側部
分の存在にもかかわらず直進しようとするため、螺旋状
小孔のリ−ドは、ダイスの内径のねじれ溝のリ−ドより
も大きくなり、かつバラつくという問題点があり、さら
に、グリ−ンの成形体外周にはダイスのねじれ溝形状が
反転されて凹凸溝が形成される。

【０００６】このグリ−ンの外周に形成された凹凸は、
ドリルの切り粉排除溝を研削等により形成する際、この
形成加工やこの加工の前工程として、曲がり矯正や外周
研磨の障害となるから、焼結後等に除去する工程が必要
であり、したがって加工コストが高くなり、かつこれに
より歩留が低下するという問題点がある。また、螺旋状
小孔のリ−ドは、これが乱れるとドリルとしての切り粉
排除溝形成加工時に、この溝に螺旋状小孔が開口してし
まうことになる。特に生産性向上のため、押出し材の単
長を長くしようとすると、この開口が生ずる危険が増加
する。また、前記特開平１−９６３０５号では、ダイス
の開口内の軸方向の中央部にねじれフィンを配設して、
ダイスの内径のねじれ溝と共働するごとく被押出し材に
ねじれを付与している。しかし、これでも改善されたと
はいえ、断面の中央部分を流れる被成形材の直進作用の
ため充分なねじれを付与できず、したがって成形された
焼結用素材の螺旋状小孔のリ−ドはダイスの内径ねじれ
溝のリ−ドよりもやはり大きく、かつバラつく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開平３−１０７４０
１号の方法は、図３のように、被押出し材を渦巻状の部
屋１０ａ，１０ｂからダイスの上流のダクト部分に圧入
しつつ、被押出し材に無理にねじり回転させることはせ
ず、逆にマンドレルを回転することでリ−ドのバラつき
を抑制するものである。しかし、ねじれピンを有するマ
ンドレルが、被押出し材が側方（渦巻状の部屋）から導
入されるときの横圧力により偏心し、小孔位置がずれる
という問題点があり、また、渦巻室からダクト部分への
流入状態が全円周上で均一とはならないため、この影響
が押出し開口まで及び、押出しダイスから出るとき成形
体に既に曲りが生じたり、成形体の密度差による焼結時
の収縮率の差により曲りや偏心を生ずる等の問題点があ
ることが判った。

【０００８】また、前記、特開平８−２２５８０９号に
よる方法では、押出しダイスの上流のダクトの真直状の
部分の長さが長く、摩擦抵抗が増加し、また、押出し製
品または焼結後の製品の曲りや孔位置精度が向上された
とはいえ、まだ満足できないことが判った。また、該提
案の方法では、例えば、成形後のリ−ドを安定させるた
め可塑性混練体の水分量を減らして被押出し材の粘度を
上げると、被押出し材の流動性が低下して成形が困難と
なったり、スクリュ−押出成形機を用いた場合は成形機
にかかる負荷が増大し、極端な場合にはスクリュ−が折
損するという問題点があることが判った。

【０００９】本発明は、以上の問題に鑑み、特開平３−
１０７４０１号、特開平８−２２５８０９号等被押出し
材を屈曲したダクトを介して導入して押出しする方法に
おいて、押出し品の曲り、形状精度、成形体の断面形状
内の密度差等の均一性が高い押出し材や、螺旋状小孔の
リ−ド精度が高く、偏心の少ない押出し材を得、また、
押出成形機に加わる負荷を少なくして成形できる等の効
果を単独または複合して得られる押出成形方法およびそ
の装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、真直性精度
の高い押出し材やリ−ド精度の高い螺旋状小孔を有する
押出し材を得るために種々検討を重ねた結果、被押出し
材を屈曲したダクトを経て押出しダイスへ導く押出し方
法、装置においては、この屈曲は、所要押出し圧力の増
加の抑制や押出し成形体の特に焼結後の曲り発生の抑制
のため、この屈曲に伴う被押出し材の塑性変形量を最小
にすることが適当であり、そのためにはダクトの入口と
出口がなす角度を９０°未満、望ましくは４５°以下と
小さくし、かつ、出口の中心線の方向と入口から出口ま
での間のダクトの中心線のなす角度は、入口から出口へ
の移動とともに増加することのないように、望ましくは
漸減するようにすることが有効であることが判った。ま
た、屈曲部にマンドレル等の被押出し材の通過を妨げる
障害物が存在する場合、この障害物はダクトの屈曲によ
る曲り発生を助長することが判った。

【００１１】また、被押出し混練体をダイスの開口から
押出すための押出し圧力は、バインダの添加量にも関係
するが一般には非常に高い。したがって、従来、被押出
し混練体が充満する中で軸受けによりマンドレル等を回
転支持することは、軸受け部内への混練体の侵入のため
軸受けが損傷されるので実用化は困難であると考えられ
ていた。本発明者は、成形体の保形性向上を図る必要に
迫られ、可塑性混練体の水分量を減らして粘度を上げた
ところ、マンドレルはその側方から加わる可塑性混練体
による圧力がさらに増加し、軸心から変位しやすいこと
から、あえて軸受けの設置を試みた。その結果、軸受け
内部への混練体の侵入は杞憂に過ぎないことが判った。
すなわち、ダクトまたは押出しダイス部分内に設けられ
た軸受けによりマンドレルを回転支持することは充分可
能で、マンドレルの偏心を防止することができ、非常に
有効であることが判明した。

【００１２】そこで、本願の第１発明は、被押出し可塑
性混練体を屈曲したダクトを経て該ダクトの端末に設け
たダイスの押出し開口から押出す押出し成形方法におい
て、前記屈曲したダクトの入口と出口の中心線がなす角
度は９０°未満とし、かつ、前記出口の中心線の方向
と、前記入口から出口までの間のダクトの中心線の方向
とがなす角度は、前記入口から出口への移動とともに、
増加する区間が実質的にないことを特徴とする押出し成
形方法であり、第２発明は、被押出し可塑性混練体を屈
曲したダクトを経て該ダクトの端末に設けたダイスの押
出し開口から押出す押出し成形装置において、前記屈曲
したダクトの入口と出口の中心線がなす角度は９０°未
満であり、かつ、前記出口の中心線の方向と、前記入口
から出口までの間のダクトの中心線の方向とがなす角度
は、前記前記入口から出口への移動とともに、増加する
区間が実質的にないことを特徴とする押出し成形装置で
ある。

【００１３】本願の第１、２の発明は、押出しダイスへ
その上流の屈曲したダクトを介して被押出し混練体を導
入するとき、屈曲が９０゜未満、望ましくは４５゜以下
とすれば、もはや混練体を屈曲して導入したことによる
影響はほぼ無視し得ることを見出したことによるもので
あり、このような角度で押出すことにより押出成形機に
過大な負荷を加えることなく、保形性のよい、真直度と
焼結時の収縮の均一性を有する成形体を得ることができ
ることが判った。

【００１４】本願の第３発明は、可塑性混練体中に軸受
けを設けたとき、この軸受けは可塑性混練体の侵入によ
って損傷されることはないことを見出したことに基くも
のである。すなわち、第３発明は、被押出し可塑性混練
体を屈曲したダクトを経て該ダクトの端末に設けたダイ
スの押出し開口から押出す押出し成形装置において、前
記屈曲したダクトの入口と出口の中心線がなす角度は９
０°未満であり、かつ、前記出口の中心線の方向と、前
記入口から出口までの間のダクトの中心線の方向とがな
す角度は、前記入口から出口への移動とともに、増加す
る区間が実質的になく、前記ダイスおよびダクト内に
は、後端が前記押出し開口部に達し、他端側はダクト壁
を貫通して延長され該延長側から回転駆動されるマンド
レル体を有し、該マンドレル体は前記ダクト内に設けた
軸受で回転可能に支持されていることを特徴とする押出
成形装置である。

【００１５】これにより、前述の特開平３−１０７４０
１号の場合にもマンドレルを軸受けにより回転支持して
側圧等によるねじれピンの偏心を防止でき、したがっ
て、小孔位置のズレもなくすことができる。なお、螺旋
状小孔付き押出し材の押出しにおいて、マンドレルを回
転する理由は、自転しないで直進しようとする可塑性混
練体の特性に逆らわないで螺旋状小孔を成形するためで
ある。したがって、ダイス内径にねじれ溝等を設ける必
要はなく、成形体の外周面に溝が付くことがなく、後加
工工数低減と歩留を向上させることができる。さらに、
成形体は回転しないので取出しトレイとの摩擦によるリ
−ドのバラつきの発生はない。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明をその実施に用いた押
出成形装置の例に基いて詳述する。図１は、上記実施例
の装置の断面図である。口金２はヘ字形に４５°屈曲し
た二辺を軸心とする円形断面空間であるダクトを形成し
ており、該二辺のうち、下流側の一辺部にはこの辺を軸
心とするごとく、上流側部を口金２の屈曲部の外側機壁
を貫通して設けられた機壁軸受２ｃで、また下流側をダ
クト内に設けた軸受２ｂで回転支持された軸２ａが設け
られ、外部から図示しない駆動機構により回転駆動され
る。また、該下流側の一辺の最下流端には直径１２．６
ｍｍの押出し開口を有するダイス１が固着されている。
上記軸２ａの下流側端には、端末がダイス１の押出し開
口に達するごとく延長し、螺旋状に連なる一対のピン部
を有するヨ−ク３がねじ込まれている。軸２ａおよびヨ
−ク３はマンドレル体を構成する。該例のピンは直径
２．０８ｍｍ，中心間隔６．２８ｍｍ，螺旋のリ−ドは
５６．７ｍｍである。図１において、図示しないスクリ
ュ型押出機から矢印のように加圧して供給された可塑性
混練体はダクト空間を充満して、ダイス１の開口を経て
押出し成形される。

【００１７】上述した装置のねじれピン付きヨ−ク３を
軸２ａから外し、ネジ穴にダミ−ボルト（押出し開口に
達する円筒状尾部（直径２．９４ｍｍ）を有する）をね
じ込んだ後、押出し機を駆動して、焼結後にＡＩＳＩ
Ｔ１５に相当する合金組成となる粉末をバインダと混合
混練した被押出し材を供給して押出しダイス１から押出
し、押出し速度が１０２０．６ｍｍ／ｍｉｎとなるよう
に図示しない押出機を調整した。続いて、軸２ａを回転
駆動させる図示しない可変モ−タを駆動し、軸２ａの回
転が１８ｒｐｍとなるように調整した後、押出機および
可変モ−タを止め、軸２ａのダミ−ボルトと、ねじれピ
ン付きヨ−ク３とを交換し、再び押出し機および可変モ
−タを駆動し、押出し成形を行なった。押出し成形体を
所定の長さまで押出して切断し、外径１２．７ｍｍφ，
孔径２．０９ｍｍφ，孔間隔６．２７ｍｍ，螺旋状孔の
リ−ド５６．８ｍｍの焼結用素材を得た。

【００１８】この時の押出し機の負荷を示す駆動用誘導
電動機の電流は２．５Ａであり、比較として、ダクトの
屈曲角度が９０°であること以外は図１と同じ押出成形
装置による同条件の押出しでは、電流は５Ａを超える場
合があり、時には過電流のため押出し機が停止した。こ
のことから、ダクトの屈曲が９０°から４５°へと減少
することにより、該屈曲部および軸２ａによる被押出混
練体の所要押出圧力が大きく減少すること、軸２ａが横
方向から大きな圧力を受け、したがって軸受２ｂを設け
ることの重要性が理解できる。

【００１９】また、この時の成形体から輪切り状の試料
を採取し、ねじれ孔の変位を調査した。その結果、偏心
は図２に示すように、成形体のＸ軸方向で０．０４ｍｍ
／２＝０．０２ｍｍ，Ｙ軸方向で０．０２ｍｍであり、
目標の０．１ｍｍ以内に優に入れることができた。これ
に対し、屈曲角度が９０°の場合の孔の変位は、Ｘ方
向：０．１５ｍｍ、Ｙ方向：０．１ｍｍであった。

【００２０】上記本発明装置による焼結用素材を、還元
雰囲気中で４００〜６５０℃に２時間保持して、脱バイ
ンダを行なった後、１２００〜１２５０℃で２時間の真
空焼結を行なった。焼結後、寸法測定を行なった結果
は、外径１０．３５ｍｍφ（目標１０．３ｍｍφ），孔
径１．７ｍｍφ（目標１．７ｍｍφ±０．０８ｍｍ），
孔間距離５．１１ｍｍ（目標５．１２ｍｍ±０．１２ｍ
ｍ）でリ−ドは４６．１ｍｍ〜４６．５ｍｍ（目標４
６．２ｍｍ±０．５ｍｍ）となり目標とする寸法精度を
得ることができ、また、曲りは前記屈曲角度が９０°で
ある従来の押出成形装置によるものが、全長７００ｍｍ
当り０．３ｍｍであったのに対し、０．１ｍｍとするこ
とができた。尚、ここでは被押出材としてＡＩＳＩ Ｔ
１５相当の高速度工具鋼粉末を用いた例を示したが、こ
れに限るものではなく、工具鋼他の各種鋼、超硬合金、
セラミックスなどの各種材料に適用可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本願の第１または第
２の発明によれば、被押出し混練体を側方から導入し
て、その進行方向をダクト内で９０°変化させる従来の
方法または装置に比し、押出機に加わる負荷を低減で
き、かつ、真直性が非常に高い製品を得ることができ
る。また、第３発明によれば、上記第１または第２発明
による効果の上に、マンドレルの位置精度を向上するこ
とができ、これが直接的に、また、焼結時の収縮をも均
一化して高小孔位置精度、高真直性を有する焼結品を得
ることができる。以上に述べるように、本発明は、粉末
冶金の押出成形装置に負荷をかけず、寸法精度の高い油
孔付ツイストドリル素材等の製造を容易化するもので、
現在実用化されているねじり加工を伴うものに比べて、
大幅なコストダウンを実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の押出成形装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の押出成形装置で成形を行なった成形体
のねじれ孔位置の測定結果を示す図である。

【図３】特開平３−１０７４０１号の発明による螺旋状
孔を有する焼結用素材の押出成形方法およびその装置を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 押出しダイス、２ 口金、３ ねじれピン付きヨ−
ク、２ａ 軸、２ｂ 軸受け、２ｃ 機壁軸受、１０ａ
入口、１０ｂ 渦巻室

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 31:28

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被押出し可塑性混練体を屈曲したダクト
   を経て該ダクトの端末に設けたダイスの押出し開口から
   押出す押出成形方法において、前記屈曲したダクトの入
   口と出口の中心線がなす角度は９０°未満とし、かつ、
   前記出口の中心線の方向と、前記入口から出口までの間
   のダクトの中心線の方向とがなす角度は、前記入口から
   出口への移動とともに、増加する区間が実質的にないこ
   とを特徴とする押出成形方法。
2. 【請求項２】 被押出し可塑性混練体を屈曲したダクト
   を経て該ダクトの端末に設けたダイスの押出し開口から
   押出す押出成形装置において、前記屈曲したダクトの入
   口と出口の中心線がなす角度は９０°未満であり、か
   つ、前記出口の中心線の方向と、前記入口から出口まで
   の間のダクトの中心線の方向とがなす角度は、前記入口
   から出口への移動とともに、増加する区間が実質的にな
   いことを特徴とする押出成形装置。
3. 【請求項３】 ダクトの入口と出口の中心線がなす角度
   は４５°以下である請求項２の押出成形装置。
4. 【請求項４】 被押出し可塑性混練体を屈曲したダクト
   を経て該ダクトの端末に設けたダイスの押出し開口から
   押出す押出成形装置において、前記屈曲したダクトの入
   口と出口の中心線がなす角度は９０°未満であり、か
   つ、前記出口の中心線の方向と、前記入口から出口まで
   の間のダクトの中心線の方向とがなす角度は、前記入口
   から出口への移動とともに、増加する区間が実質的にな
   く、前記ダイスおよびダクト内には、後端が前記押出し
   開口部に達し、他端側はダクト壁を貫通して延長され該
   延長側から回転駆動されるマンドレル体を有し、該マン
   ドレル体は前記ダクト内に設けた軸受けで回転可能に支
   持されていることを特徴とする押出成形装置。
5. 【請求項５】 マンドレル体の後端部は一対の螺旋状に
   連なるピンである請求項４の押出成形装置。