本发明涉及粉末压制模具以及制造粉末压坯的方法。
本申请要求2015年8月25日提交的日本专利申请no.2015-165721的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术：
ptl1公开一种粉末压制模具，其在冲头的位于压缩表面侧的边缘(即，与压模的内周面面对的部分)形成有排气缺口。形成在冲头的位于压缩表面侧的边缘处的缺口允许在粉末压缩的过程中将粉末中存在的气体容易地排放到压模与冲头之间的间隙部中。由于间隙部连接到外侧，所以通过排气缺口可以促进粉末中存在的气体的排放。这允许在不降低冲头的移动速度或增加冲头压缩时间的情况下制造出具有高密度和充分强度的粉末压坯。
引用列表
专利文献
ptl1：日本未经审查的专利申请公开no.2009-82957
技术实现要素：
根据本公开的粉末压制模具是如下一种粉末压制模具，其包括压模和构造为配合到所述压模中的上冲头和下冲头，所述粉末压制模具构造为将所述上冲头和下冲头之间的粉末压缩以制造粉末压坯，
其中，形成所述粉末压制模具的构件之中的彼此滑动接触的两个构件中的至少一个在内部具有排气通道，气体通过所述排气通道从所述压模和所述下冲头所包围的粉末用的填充空间被排出到所述粉末压制模具的外侧，并且
所述排气通道具有进气口，所述进气口通向形成在所述两个构件之间且与所述填充空间连接的间隙部。
根据本公开的制造粉末压坯的方法是如下一种使用粉末压制模具来制造粉末压坯的方法，
其中，粉末压制模具是根据本公开的粉末压制模具，
所述方法包括：
用粉末填充所述填充空间的粉末填充步骤；
将所述上冲头和所述下冲头之间的粉末压缩以得到所述粉末压坯的挤压压制步骤；以及
使所述压模和所述下冲头相对于彼此移动以从所述粉末压制模具中取出所述粉末压坯的取出步骤，
其中，在所述粉末填充步骤、所述挤压压制步骤以及所述取出步骤中的至少一个步骤中，通过所述排气通道从所述填充空间排出气体。
附图说明
图1是根据第一实施例的粉末压制模具的示意图。
图2是根据第一实施例的粉末压制模具的下冲头的示意图。
图3是沿着图2中的线iii-iii截取的剖视图。
图4示出了根据实施例的制造粉末压坯的方法的步骤的说明。
图5是根据第二实施例的粉末压制模具的示意图。
图6是根据第二实施例的粉末压制模具的下冲头的示意图。
图7是沿着图6中的线vii-vii截取的剖视图。
图8示出了根据第二变型例的粉末压制模具的示意图。
图9是根据第四实施例的粉末压制模具的示意图。
图10是根据第五实施例的粉末压制模具的示意图。
图11是根据第六实施例的粉末压制模具的示意图。
图12是根据第七实施例的粉末压制模具的示意图。
图13是根据第八实施例的粉末压制模具的示意图。
具体实施方式
技术问题
在ptl1的构造中，粉末在上冲头和下冲头之间被压缩以从粉末中推出气体，并且通过排气缺口将气体排放到外侧。因此，如果为了提高粉末压坯的生产率而以高于传统工艺中的移动速度来移动对粉末进行压缩的冲头，那么在从粉末中充分地排放出气体之前就将粉末压缩了，这会造成气体残留在粉末压坯内。此外，随着排放出气体，粉末也可能会同时被排放出，这可能会导致例如排气缺口附近的密度减小以及尺寸变化。如果气体残留在粉末压坯内，那么例如粉末压坯可能不具有期望的质量或者可能会在残余气体的内部压力下破裂，这降低了粉末压坯的产量。密度和尺寸变化对产品的功能也有不利影响。
相应地，本公开的目的是提供一种允许以高的生产率制造粉末压坯的粉末压制模具。本公开的另一目的是提供一种允许以高的生产率制造粉末压坯的制造粉末压坯的方法。
本公开的有益效果
根据本公开的粉末压制模具允许以高的生产率制造粉末压坯而不受粉末中所含的气体的影响。
根据本公开的制造粉末压坯的方法允许以高的生产率制造粉末压坯。
对本发明的实施例的描述
首先，将顺次描述本发明的实施例。
(1)根据实施例的粉末压制模具是如下一种粉末压制模具，其包括压模和构造为配合到所述压模中的上冲头和下冲头，所述粉末压制模具构造为将所述上冲头和下冲头之间的粉末压缩以制造粉末压坯，
其中，形成所述粉末压制模具的构件之中的彼此滑动接触的两个构件中的至少一个在内部具有排气通道，气体通过所述排气通道从所述压模和所述下冲头所包围的粉末用的填充空间被排出到所述粉末压制模具的外侧，并且
所述排气通道具有进气口，所述进气口通向形成在所述两个构件之间且与所述填充空间连接的间隙部。
在这里，滑动接触的两个构件可以是压模和上冲头或者可以是压模和下冲头。也就是说，排气通道可以设置在压模中或者可以设置在上冲头或下冲头中。如果芯棒布置于上冲头或下冲头中，那么芯棒和上冲头或者芯棒和下冲头可以被视作上述两个构件。在这种情况下，排气通道可以设置在上冲头或下冲头中，或者可以设置在芯棒中。排气通道可以形成在适当的位置处，这取决于要制作的粉末压坯的形状以及粉末压制模具的结构。
该粉末压制模具允许充入填充空间的粉末中的气体被强制经由间隙部通过排气通道排放到外侧。因此，使用该粉末压制模具制造的粉末压坯与使用传统粉末压制模具制造的粉末压坯相比含有较少残余气体量。粉末压坯中的较少残余气体量使粉末压坯的质量稳定并且降低了压缩之后由于在粉末压坯中所含的气体的内部压力下破裂而引起失效的可能性。该粉末压制模具改善了粉末压坯的质量并且还提高了其生产率。
另外，如果执行挤压压制同时将粉末中的气体强制排放到外侧，那么即使压缩粉末的上冲头或下冲头的移动速度增加了，粉末压坯中的残余气体量也不会趋向于增加。也就是说，冲头的移动速度增加造成粉末压坯的生产速度的相应增加。
(2)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述排气通道形成在所述上冲头中。
在上冲头中比在压模中更易于形成排气通道。如果通过机加工在压模中形成排气通道，那么从压模中的通孔沿径向向外形成排气通道。也就是说，压模中的通孔用作用于形成排气通道的工作空间；因此，非常难以执行形成排气通道的过程。相比之下，如果在上冲头中形成排气通道，那么从冲头的周面沿径向向内形成排气通道；因此，在上冲头中易于形成排气通道。
(3)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述排气通道形成在所述下冲头中。
在用粉末填充填充空间的过程中，粉末中所含的空气可能会在充入填充空间的粉末中形成气泡，从而降低了粉末的装填密度。特别是，如果用细颗粒的粉末填充填充空间，那么气泡由于其流动性差而趋向于在粉末中形成，从而使得难以提高装填密度。因此，为了制造具有预定密度或更高密度的粉末压坯，需要增加填充空间的大小(通常情况下，在粉末供给的过程中，在压模的顶表面与下冲头的端表面之间提供较大的距离)，以使得可以用充分的粉末量来填充填充空间。由于用于粉末的填充空间变大，不仅粉末压制模具变大，而且在粉末压缩过程中冲头的移动距离以及在从粉末压制模具中取出粉末压坯的过程中压模和冲头相对于彼此的移动距离也变大。由于诸如冲头等构件的移动距离变大，压制时间也相应地变长。这引起以下问题：粉末压坯的生产率降低，粉末压坯在取出过程中容易损坏，并且粉末压制模具容易磨损。
鉴于上述问题，在下冲头中形成排气通道的构造允许在用粉末填充由压模和下冲头所包围的空间期间将粉末排放。这允许在无需增加填充空间的大小的情况下增加填充空间中的粉末的装填密度。也就是说，在下冲头中形成排气通道的构造避免了在增加填充空间的大小的情况下出现的问题。
(4)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述排气通道形成在所述压模中。
如果排气通道设置在上冲头或下冲头中，那么上冲头或下冲头的强度减小可能带来问题。在这种情况下，优选的是在压模中形成排气通道。应该理解的是，排气通道可以设置在冲头和压模两者中。
(5)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述上冲头和所述下冲头中的至少一个包括多个冲头段，并且
所述排气通道形成在所述多个冲头段中的至少一个中。
如果上冲头(下冲头)由多个冲头段组成，那么可以制造出具有复杂形状的粉末压坯。另外，如果排气通道形成在冲头段中，那么排气通道提供了与排气通道设置在整体式上冲头(下冲头)中相同的有利效果。
(6)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述粉末压制模具进一步包括芯棒，并且
所述排气通道形成在所述芯棒中。
在柱状芯棒中易于形成排气通道。另外，由于形成排气通道而引起的芯棒强度减小往往几乎不会带来什么问题，这是因为与上冲头和下冲头不一样，芯棒不是对粉末直接施加压力的构件。
(7)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
如果所述间隙部在沿着所述两个构件之间的滑动接触的方向上被分成在所述填充空间侧的第一区域、包括所述进气口的第二区域以及除这些区域以外的第三区域，
那么所述粉末压制模具在所述第二区域的位于所述进气口附近的至少一部分处与在所述第一区域和所述第三区域处相比具有更宽的间隙。
因为滑动接触的两个构件之间的间隙部非常窄，所以在间隙部中产生压力损失。如果可以减小压力损失，那么可以提高从填充空间排出气体的效率。增加滑动接触的两个构件之间的间隙部的大小使排气期间间隙部中的压力损失减小，并因此提高了从填充空间排出气体的效率；然而，粉末将趋向于从填充空间泄漏。相比之下，如上述构造所示，如果包括进气口的第二区域比第一区域和第三区域宽，那么可以在提高从填充空间排出气体的效率的同时减少粉末从填充空间的泄漏。
(8)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述第三区域中的间隙比所述第一区域中的间隙窄。
如果第三区域中的间隙充分小，那么当空气被吸入进气口时，有少量空气被从进气口的下侧吸入进气口。因此，可以从填充空间高效地排出空气。例如，第三区域中的间隙可以比第一区域中的间隙小约1mm以下。
(9)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述第二区域中的间隙在沿着所述两个构件之间的滑动接触的方向上是变化的。
这样的形式的典型实例包括图8所示的构造。这样的构造进一步提高了从填充空间排出气体的效率，同时减少了粉末从填充空间的泄漏。
(10)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述粉末压制模具进一步包括密封构件，所述密封构件在所述进气口的远离所述填充空间的一侧布置在所述间隙部中。
如果设置了密封构件，那么当空气被吸入进气口时没有空气被从密封构件的下侧(远离填充空间的一侧)吸入进气口。因此，可以高效地从填充空间排出空气。
(11)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述密封构件由丁腈橡胶、碳氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、丙烯酸橡胶、氢化丁腈橡胶、矿物油以及硅脂中的至少一个构成。
这些材料容易得到且具有优异的密封性能。
(12)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述排气通道包括在沿着所述两个构件之间的滑动接触的方向上延伸的轴向通道以及与所述轴向通道的端部连接的径向通道，并且
所述径向通道的端部形成所述进气口。
轴向通道与径向通道的组合使得更易于形成排气通道。另外，该构造允许多个径向通道与单个轴向通道连接。
(13)具有轴向通道和径向通道的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述径向通道包括与所述轴向通道连接的多个径向通道。
如果设置了多个径向通道，那么可以提高从粉末中排放气体的效率。在这种情况下，如果径向通道沿下冲头的周向分布、例如如果径向通道沿径向布置，那么可以从整个粉末中均匀地排放气体。
(14)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述排气通道包括直通道、弯曲通道或者直线与曲线的组合。
直通道可以通过机加工容易地形成。排气通道也可以包括弯曲通道，这取决于粉末压制模具的形状。这样的具有包括弯曲通道的排气通道的粉末压制模具可以例如使用金属3d打印机来制造。
(15)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
所述排气通道的横截面形状的至少一部分是圆形、椭圆形、三角形、四边形或多边形。
圆形形状适合作为用于压缩模具的排气通道的横截面形状，这是因为该形状最容易形成并且没有应力集中区。然而，排气通道的横截面形状并不需要是圆形的，因为可能存在椭圆形、三角形、四边形或多边形形状优选的情况。另外，排气通道的横截面形状可以沿着排气通道在某处是变化的。例如，轴向通道的横截面形状可以是圆形的，而径向通道的横截面形状可以是四边形的。
(16)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
形成所述粉末压制模具的每个构件包括碳钢、合金工具钢、高速钢或硬质合金。
形成粉末压制模具的构件包括压模、上冲头和下冲头。如果粉末压制模具包括芯棒，那么形成粉末压制模具的构件还包括芯棒。虽然所有形成粉末压制模具的构件可以由相同的材料形成，但一些构件可以由与其它构件不同的材料形成。作为后一构造的实例，压模可以由硬质合金形成，并且两个冲头可以由高速钢形成。
(17)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，
形成所述粉末压制模具的所述构件中的至少一个具有类钻碳、tin、tic、ticn、tialn或crn的涂层。
如果构件上形成有涂层，那么涂层例如降低了对构件表面造成的损坏并且减少了粉末咬粘(seizure)在构件表面上的情况。特别是，优选在滑动接触的两个构件的滑动接触表面上形成涂层。
(18)根据实施例的粉末压制模具的一种形式可以是如下形式：其中，粉末压制模具进一步包括：
抽吸单元，其与所述排放通道连接；以及
控制单元，其构造为控制所述抽吸单元。
如果利用控制单元来控制对抽吸单元进行的操作以便通过排气通道将气体从填充空间经由间隙部排出，那么可以在适当的定时排出气体。
(19)根据实施例的制造粉末压坯的方法是如下一种使用粉末压制模具来制造粉末压坯的方法，
其中，所述粉末压制模具是根据实施例的粉末压制模具，
所述方法包括：
用粉末填充所述填充空间的粉末填充步骤；
将所述上冲头和所述下冲头之间的粉末压缩以得到所述粉末压坯的挤压压制步骤；以及
使所述压模和所述下冲头相对于彼此移动以从所述粉末压制模具中取出所述粉末压坯的取出步骤，
其中，在所述粉末填充步骤、所述挤压压制步骤以及所述取出步骤中的至少一个步骤中，通过所述排气通道从所述填充空间排出气体。
如果在粉末填充步骤中通过排气通道排放气体，那么可以提高填充空间中的粉末的装填密度。这允许在无需增加填充空间的大小的情况下制造出具有预定密度或更大密度的粉末压坯。应该注意的是，在粉末填充步骤中排放气体要求在压模或下冲头中形成排气通道。
如果在挤压压制步骤中通过排气通道排放气体，那么在粉末压缩的过程中可以充分地从粉末中去除气体。这允许以高的生产率制造出包含较少残余气体量的粉末压坯。
如果在取出步骤中通过排气通道排放气体，那么可以去除在挤压压制步骤期间进入压模与下冲头之间的间隙部的粉末。这使由于粉末进入间隙部而引起的粉末压制模具的磨损减小并且减少了粉末咬粘在粉末压制模具上的情况。
(20)根据实施例的制造粉末压坯的方法的一种形式可以是如下形式：其中，
在所述挤压压制步骤中，所述填充空间中的压力达到0.05mpa或更小。
该构造允许制造出具有高密度的粉末压坯。
(21)根据实施例的制造粉末压坯的方法的一种形式可以是如下形式：其中，
当所述上冲头插入所述压模中时开始排气，并且当从所述压模中抽出所述上冲头时停止排气。
该构造将为了在制造具有高密度的粉末压坯时排气而对抽吸单元进行的操作减至最少的程度。
对本发明的实施例的详细描述
现在将对本发明的实施例进行详细描述。首先将描述根据实施例的粉末压制模具，然后将描述使用粉末压制模具来制造粉末压坯的方法。然而本发明并不限于这些实例而是由权利要求书来限定，在权利要求书的等效内容的含义和范围内进行的所有改变都旨在被包含在其中。
第一实施例
粉末压制模具
图1所示的粉末压制模具1包括压模2和构造为配合到压模2中的上冲头3和下冲头4。该粉末压制模具1与传统粉末压制模具之间的主要区别在于：粉末压制模具1具有排气通道6，气体通过该排气通道6被从由压模2和下冲头4所包围的粉末用填充空间10排到粉末压制模具1的外侧。现在将描述粉末压制模具1的各个部件。
压模
压模2是具有通孔的构件。根据要制作的粉末压坯的形状来确定通孔的整体形状。例如，通孔的内周面的垂直于轴向的轮廓可以是包括正圆在内的椭圆形，或者可以是多边形。因为粉末压制的特征在于可以制作包括直线与曲线组合的具有复杂形状的物品，所以可以采用任何轮廓。在该实例中，通孔的内周面的轮廓基本上是四边形。
上冲头和下冲头
上冲头3和下冲头4是构造为配合到上面所描述的压模2的通孔中以压缩压模2中的粉末的构件。冲头3和4可以具有与压模2中的通孔的形状相符且允许在预定压力下将置于压模2内的粉末压缩的任意形状。在该实例中，冲头3和4的垂直于轴向的横截面形状是大体四边形。
冲头3和4稍小于压模2中的通孔。也就是说，在冲头3和4的周面(与压缩粉末的压缩表面不同的表面)与压模2中的通孔的内周面之间形成间隙部1c。这是因为在将冲头3和4配合到压模2内的过程中以及在挤压压制的过程中，冲头3和4需要相对于压模2中的通孔滑动。例如，间隙部1c的尺寸优选为从0.003mm到0.1mm，更优选为从0.01mm到0.05mm。间隙部1c与由压模2和下冲头4所包围的粉末用填充空间10连接。
排气通道
排气通道6设置在滑动接触的两个构件中的至少一个中。排气通道6是如下这样的气体通道：气体通过该气体通道被从填充空间10排到粉末压制模具1的外侧，并且该气体通道具有通向滑动接触的两个构件之间所形成的间隙部1c的进气口60。在该实例中，排气通道6形成在与压模2滑动接触的下冲头4中。应当理解的是，如稍后所述的其它实施例中所示，排气通道6可以形成在压模2中或者可以形成在上冲头3中。如果粉末压制模具1包括芯棒，那么排气通道6可以形成在芯棒中。
排气通道6由形成在下冲头4中(这里是在下冲头4的中心)的轴向通道6a、与轴向通道6a的位于竖向上侧(位于面对上冲头3的一侧)的端部连接的多个径向通道6b以及在竖向下侧与轴向通道6a连接的外部连接通道6c组成(还参见图2)。排气通道6的进气口60作为径向通道6b的开口端通向下冲头4与压模2之间的间隙部1c。
除了包括排气通道6之外，根据该实例的构造还包括密封构件5，该密封构件5在进气口60的竖向下侧布置在下冲头4的周面上，以将间隙部1c分成竖向的上区域和下区域。另外，诸如真空泵等抽吸单元7与外部连接通道6c连接。抽吸单元7由控制单元70来控制，控制单元70由诸如计算机等部件组成。因此，抽吸单元可以操作来将气体从填充空间10中经过间隙部1c吸到排气通道6中。吸到排气通道6中的气体被排放到粉末压制模具1的外侧。在这里，气体经过滑动接触的两个构件之间(在这里是压模2与下冲头4之间)的间隙部1c被排出，并且进气口60不通向填充空间10，这防止在排气期间将填充空间10中的粉末8排放到外侧。如果间隙部1c的距离(间隙)充分地小，那么可以省略密封构件5。省略密封构件5消除了提供和更换密封构件5的需要，从而提高了粉末压坯的生产率，包括改善了成本。
在根据该实例的构造中，如沿着线iii-iii截取的横截面图中所示，在图3中，多个径向通道6b围绕轴向通道6a径向地布置。由于设置了多个径向通道6b，所以多个进气口60通向间隙部1c，从而提高了从填充空间10(参见图1)排出气体的效率。另外，由于多个径向通道6b径向地布置，所以多个进气口60形成为分布在下冲头4的周面中，以使得气体可以从整个间隙部1c被均匀地吸到进气口60中。
如图1所示，进气口60优选地形成在与下冲头4的压缩表面(面对上冲头3的表面)相距20mm内的位置处。另一方面，进气口60优选地形成在与压缩表面相距1mm以上的位置处，这是因为如果进气口60太靠近压缩表面，那么压缩表面附近的强度可能会降低。进气口60的形状可以是椭圆形、三角形、四边形、多边形或其任何组合。
如果通道6a、6b和6c太粗，那么下冲头4的强度会降低，而如果通道6a、6b和6c太细，那么难以将气体吸入排气通道6中。例如，通道6a、6b和6c的与通道6a、6b和6c延伸方向垂直的横截面的面积是下冲头4的横向截面的面积(与轴向垂直的横截面面积)的10％或更小，优选为从0.5％到5％。为了减轻挤压压制的过程中在通道6a、6b和6c上的应力集中，优选的是通道6a、6b和6c具有圆形横截面。
作为与排气通道6相关联的另一部件，用于去除粉末的过滤器(未示出)优选地设置在外部连接通道6c与抽吸单元7之间。在利用抽吸单元7进行抽吸期间，少量粉末和其它比重较低的物质(如润滑油)与气体一起被吸入排气通道6中。如果粉末被吸入抽吸单元7，则抽吸单元7可能会发生故障。如果在抽吸单元7的上游设置过滤器，则可以避免抽吸单元7发生故障。
制造粉末压坯的方法
使用参考图1至图3所描述的粉末成型模具来制造粉末压坯的方法包括粉末填充步骤、挤压压制步骤和取出步骤。在这个制造粉末压坯的方法中，气体在这些步骤中的至少一个步骤中被从填充空间10排出。现在将参考图4对各个步骤进行描述。图4示出了按照时间顺序对制造粉末压坯的方法的步骤进行的说明。
粉末填充步骤
如图4中左上图所示，粉末填充步骤涉及到用粉末8填充形成在压模2与下冲头4之间的填充空间10。利用粉末供给单元9从填充空间10的上方用粉末8来填充填充空间10。在本图中，填充空间10没有完全充满粉末8，这是因为在该图中填充还在进行中。填充完成之后，填充空间10完全充满粉末8。
可以用任何粉末来填充填充空间10。例如，如果粉末压坯用于制造烧结零件，那么用纯铁粉或者诸如fe-cu-c系粉末、fe-ni-mo-cu-c系粉末、fe-mo-cu-c系粉末、fe-mo-cr-c系粉末或fe-mo-c系粉末等复合粉末来填充填充空间10。粉末可以是通过将原料粉末分别混合而制备的混合粉末，或者可以是通过使除c以外的元素预合金化而制备的预合金粉。如果制造磁粉末芯体，那么用纯铁粉或诸如fe-si-al系合金、fe-si系合金、fe-al系合金或fe-ni系合金等软磁粉来填充填充空间10。粉末可以与润滑剂和陶瓷填料混合。形成粉末的颗粒可以涂覆有绝缘膜。
在该粉末填充步骤中，气体可以通过排气通道6从填充空间10排出。也就是说，可以在使气体从填充空间10排出的同时用粉末8填充填充空间10。这允许充入填充空间10的粉末8中所含的气体通过排气通道6排放，从而增加了填充空间10中的粉末8的装填密度。粉末8的装填密度增加使充填与传统工艺中相同量的粉末8所需的填充空间10的深度减小。填充空间10的深度减小使挤压压制步骤中上冲头3的移动距离以及取出步骤中上冲头3和压模3的移动距离减小，这将在稍后描述。这缩短了制造粉末压坯80所需的时间并且提高了粉末压坯80的生产率。冲头3和4以及压模2的移动距离减小还使冲头3和4以及压模2的磨损减小。在从模具中取出粉末压坯80期间的滑动距离减小对于减少咬粘在粉末压制模具1上的情况也是有效的。
根据诸如粉末8的平均粒径和间隙部1c的大小等因素来选择最佳的气体排气速率。例如，抽吸单元7(参见图1)可以操作为使得：对于在没有用粉末8填充填充空间10的情况下的气体排气来说通过排气通道6的气体的流速为1m/sec或更高，优选为3m/sec或更高。
挤压压制步骤
如图4中右上图所示，挤压压制步骤涉及到通过竖直向下移动上冲头3并且还竖直向下移动压模2就好像从上方和下方对粉末8均匀挤压一样，从而将上冲头3和下冲头4之间的粉末8压缩。结果，在两个冲头3和4之间形成粉末压坯80。
可以在根据粉末8的类型选择的适当压力(压制压力)下将粉末8压缩。例如，对于诸如可变气门机构和油泵等烧结零件所用的粉末以及诸如电机和电抗器芯等的磁性零件所用软磁粉来说，优选的压制压力是从490mpa到1,470mpa。
在该挤压压制步骤中，气体可以通过排气通道6从填充空间10排出。也就是说，可以在将填充空间10中的粉末8内所存在的气体吸入排气通道6的同时将粉末8压缩。这允许在粉末8压缩期间从粉末8中充分地去除气体，以使得可以制造出含有较少残余气体量的粉末压坯80。粉末压坯80中的较少残余气体量使粉末压坯80的质量稳定并且降低了在从模具中取出粉末压坯期间粉末压坯在被压缩气体的内部压力下变形或破裂的可能性，从而提高了粉末压坯80的生产率。
虽然挤压压制步骤中的气体排气速率可以与粉末填充步骤中的气体排气速率相似，但即使排气速率随着填充空间10中的压力减小而自然地下降，上述有利效果也不会受到影响。抽吸单元7优选地操作为使得在填充空间10中最终达到0.05mpa或更小的压力。
取出步骤
如图4中左下图所示，取出步骤涉及到使上冲头3从压模2分离，并且如图4中右下图所示竖直向下移动压模2。结果，粉末压坯80在压模2的顶表面上暴露，并且可以从粉末压制模具1中取出粉末压坯80。
在该取出步骤中，气体可以通过排气通道6从填充空间10排出。也就是说，在上冲头3竖直向上移动或压模3竖直向下移动的同时将气体吸入排气通道6。这允许粉末在挤压压制的过程中进入压模2与下冲头4之间的间隙部1c，也就是说允许将沉积在下冲头4的周面或压模2的通孔的内周面上的粉末去除。这使由于粉末引起的粉末压制模具1的磨损减小并减少了粉末咬粘在粉末压制模具1上的情况，从而改善了粉末压制模具1的使用寿命。模具的使用寿命得到改善在广义上讲可以被认为粉末压坯80的生产率得到提高。
取出步骤中的气体排气速率可以与粉末填充步骤中的气体排气速率相似。
在这里，气体排气的定时可以根据粉末压制模具1的构件的移动来确定。例如，控制单元70可以基于来自对上冲头3的移动进行检测的传感器(未示出)的信息来控制抽吸单元7的on/off(开关)状态。作为典型实例，控制可以执行为使得：当传感器检测到上冲头3插入压模2内的时刻时启动抽吸单元7以开始排气，并且在压缩粉末8之后当传感器检测到从压模2中抽出上冲头3的时刻时停止抽吸单元7以终止排气。这提供了将抽吸单元7的操作时间减至最小程度的优点。
第二实施例
在第二实施例中，将参考图5至图7来描述在间隙部1c的形状方面与根据第一实施例的粉末压制模具1不同的粉末压制模具1。在该实例中，下冲头4在形状上与第一实施例中的下冲头4(参见图1)不同，以便形成形状与第一实施例中的间隙部1c的形状不同的间隙部1c。根据第二实施例的粉末压制模具1的构造与根据第一实施例的粉末压制模具1的构造相同，除了下冲头4以外。
在根据图5所示的该实例的粉末压制模具1中，间隙部1c被视作在沿着两个构件(在这里是压模2和下冲头4)之间的滑动接触的方向上被分成第一区域r1、第二区域r2和第三区域r3。
·第一区域r1···填充空间10侧的区域。在这里是从下冲头4的压缩表面起具有预定长度的区域。
·第二区域r2···具有进气口60的区域。在这里是从第一区域r1的下端到进气口60的下端的区域。
·第三区域r3···除第一区域r1和第二区域r2以外的区域。在这里是第二区域r2下方的区域。
如果间隙部1c被分成这三个区域，那么根据该实例的粉末压制模具1在第二区域r2的位于进气口60附近的至少一部分中的间隙比在第一区域r1和第三区域r3中的间隙宽。这种构造使排气过程中在间隙部1c中的压力损失减小，从而提高了从填充空间10排出气体的效率。另外，第一区域r1中的较小间隙减少了从填充空间10到间隙部1c的粉末泄漏。
为了形成具有上述形状的间隙部1c，该实例中的下冲头4在其外周面的一部分中形成有凹部。将参考图6和图7详细地描述该凹部。如图6和图7所示，该实例中的凹部40通过以至少部分包括进气口60的方式在下冲头4的整个周长上将下冲头4的外周面去除而形成。也就是说，该构造中的进气口60在凹部40中开口。如图6所示，该实例中的进气口60在凹部40的下侧(远离压缩表面的一侧)中开口，使得可以容易地减少气体从压缩表面侧排气到进气口60的过程中的压力降低。进气口60可以在凹部40的沿宽度方向(纸面的从上到下的方向)的中心附近或者在更靠近压缩表面的位置处开口，尽管压力损失减小的程度较小。即使进气口60与凹部60部分重叠，其有利效果也不会受到显著影响。
如图5所示，凹部40形成间隙部1c中的第二区域r2。可以适当地选择凹部40的宽度(图6中在纸面的从上到下的方向上的长度)和深度(图6和图7中在纸面的从左到右的方向上的长度)。例如，凹部40的宽度优选为进气口60的直径的约1倍至10倍、更优选为1.5倍至5倍。凹部40的深度优选地选择为使得图5中的间隙部1c的第二区域r2中的间隙的大小是第一区域r1(第三区域r3)中的间隙的大小的约1.5倍至100倍、更优选为3倍至30倍。
凹部40的在压缩表面侧的上端(图5中在填充空间10侧的上端)优选地与压缩表面分开1mm以上的距离。如果与压缩表面相距的距离为1mm以上，那么可以减少由于凹部40的变形而引起的下冲头4在压缩表面侧的强度降低。就成本而言距离较长也是有利的，这是因为当压缩表面例如由于滑动通过压模2而磨损时，可以执行更大量的修理操作。该距离优选为1mm以上，或者更优选为4mm以上。
第一变型例
在第二实施例中凹部40形成在下冲头4的整个周长上，而凹部40也可以仅形成在对应于进气口60的部分中。具体来讲，可以仅将图7中下冲头4的在进气口60附近的部分去除，以形成与进气口60的数量对应的多个凹部40。如果间隙部1c的第一区域r1和第三区域r3中的间隙充分小，那么也可以省略图5中的密封构件5。
第二变型例
在第二实施例中，包括进气口60的第二区域r2中的间隙(图5)在下冲头4的轴向上是恒定的；然而，第二区域r2中的间隙也可以在下冲头4的轴向上是变化的，如图8中的左上图、左下图和右上图所示。
在图8左上图中的构造中，在下冲头4的周面中形成有弧形凹部40，使得凹部40在宽度方向(与下冲头4的轴向相同)的中心最深。相应地，在该构造中，第二区域r2中的间隙在下冲头4的轴向中心较宽，并且朝向第一区域r1和第三区域r3逐渐变窄。进气口60位于凹部40的第三区域r3侧的斜面上，并且在进气口60周围有相对宽的间隙，以使得空气可以容易地被吸入进气口60。
在图8左下图的构造中，凹部40从第一区域r1侧朝向第三区域r3侧逐渐变深。相应地，在该构造中，第二区域r2中的间隙在第三区域r3侧最宽，并且朝向第一区域r1侧逐渐变窄。进气口60位于凹部40中的第三区域r3侧，并且在进气口60处有大的间隙，以使得空气可以容易地被吸入进气口60。
在图8右上图的构造中，凹部40从第三区域r3侧朝向第一区域r1侧逐渐变深。相应地，在该构造中，第二区域r2中的间隙在第三区域r3侧最窄，并且朝向第一区域r1侧逐渐变宽。进气口60位于凹部40的第三区域r3侧的斜面中。在该构造中，第二区域r2中的间隙在第一区域r1侧较宽，以使得空气容易地从填充空间移动到第二区域r2内，并且进气口60斜向上，以使得空气可以从填充空间平滑地排到排气通道6中。
第三实施例
如图3和图7所示，第一和第二实施例中的构造在下冲头4的四个周面中的每一个中形成有两个进气口60，以使得气体可以从图1和图5所示的整个填充空间10均匀地排放；然而，也可以有意地使气体非均匀地从填充空间10排放。
如果图1和图5所示的填充空间10具有带凸起部或凹部的复杂形状，那么填充空间10中的粉末的装填密度可能变得局部较低，这会造成粉末压坯的整体质量不均匀。为了解决该问题，进气口60设置在如下部分附近：在该部分中粉末的装填率趋向于比其他部分中低。例如，如果在纸面左侧在下冲头4的压缩表面中局部形成有凹部，那么粉末的装填率会变得在凹部附近比在其它部分中低。在这种情况下，如果仅在图左侧的凹部附近设置径向通道6b，那么可以使纸面左侧的凹部(未示出)附近的粉末的装填密度更接近其它部分中的粉末的装填密度。结果，可以制造出具有均一的整体质量的粉末压坯。
第四实施例
在第四实施例中，将参考图9来描述包括具有排气通道6的上冲头3的粉末压制模具1。
该实例中的排气通道6设置在上冲头3中。上冲头3中的排气通道6可以由轴向通道6a和径向通道6b的组合组成。如在第二实施例中，凹部40(参见图5和图8)也可以设置在上冲头3中。利用根据该实例的构造，气体可以在粉末压缩期间从填充空间10排出，从而允许制造出具有高密度的粉末压坯。
第五实施例
在第五实施例中，将参考图10来描述包括具有排气通道6的压模2的粉末压制模具1。
该实例中的排气通道6是在压模2的内周面和外周面中开口的连通孔。多个排气通道6可以沿压模2的周向布置。进气口60在压模2的内周面的与下冲头4的外周面相对的区域中开口，并且在竖向上位于密封构件5上方。如图10所示，可以为每个排气通道6提供抽吸单元7，以改变吸到每个排气通道6中的气体量。应该理解的是，可以使用单个抽吸单元7将气体吸入一些或所有的排气通道6中。利用根据该实例的构造，气体可以在粉末压缩期间从填充空间10排出，从而允许制造出具有高密度的粉末压坯。
第六实施例
在第六实施例中，将参考图11来描述包括由多个冲头段4a、4b和4c组成的下冲头4的粉末压制模具1。根据该实例的粉末压制模具1进一步包括穿过下冲头4的中心延伸的芯棒4x。在图11中，上冲头未示出。应该注意的是，在针对该实例和随后实施例的附图中均未示出控制单元70。
图11所示的粉末压制模具1的下冲头4由与芯棒4x同轴布置的三个冲头段4a、4b和4c组成。形成为中空构件的冲头段4a、4b和4c可以单独地移动。该粉末压制模具1具有如下间隙部1c，该间隙部1c形成在：压模2的内周面与冲头段4a的外周面之间，冲头段4a的内周面与冲头段4b的外周面之间，冲头段4b的内周面与冲头段4c的外周面之间，以及冲头段4c的内周面与芯棒4x的外周面之间。
在图11所示的粉末压制模具1中，排气通道6可以形成在三个冲头段4a、4b和4c中的至少一个中。在所示实例中，排气通道6形成在作为下冲头4的径向最外段的冲头段4a中。排气通道6由轴向通道6a、朝向压模2的内周面延伸的径向通道6b以及朝向冲头段4b的外周面延伸的径向通道6b组成。也就是说，在根据该实例的构造中，气体经过压模2的内周面与冲头段4a的外周面之间的间隙并且从冲头段4a的内周面与冲头段4b的外周面之间的间隙排出。
第七实施例
在第七实施例中，将参考图12来描述包括形成有排气通道6的芯棒4x的粉末压制模具1。
该实例中的排气通道6设置在芯棒4x中并且包括轴向通道6a和径向通道6b。由径向通道6b的端部形成的进气口60通向芯棒4x的外周面与中空下冲头4的内周面之间的间隙部1c。在该实例中，与第二实施例中所描述的凹部40(参见图5和图8)类似的凹部可以设置在芯棒4x的包括进气口60的一部分中。利用根据该实例的构造，气体可以在粉末压缩期间从填充空间10排出，从而允许制造出具有高密度的粉末压坯。
在根据该实例的构造中，另一排气通道6可以形成在下冲头4和压模2中的至少一个中，以使得气体可以通过压模2的内周面与下冲头4的外周面之间的间隙部1c排出。
第八实施例
在第八实施例中，将参考图13来描述如下的粉末压制模具1的实例，该粉末压制模具1包括芯棒4x和具有包含弯曲通道的排气通道6的下冲头4。图13是从竖向上方观察时的粉末压制模具1的视图，其中上冲头和抽吸单元未示出。
该实例中的排气通道6包括将延伸到纸面内的两个轴向通道6a连接起来的环形弯曲通道6d。在该实例中，弯曲通道6d是环形的并与芯棒4x和下冲头4同轴。如下通道连接至弯曲通道6d：延伸到压模2的内周面与下冲头4的外周面之间的间隙部1c处的四个径向通道6b，以及延伸到下冲头4的内周面与芯棒4x的外周面之间的间隙部1c处的四个径向通道6b。这些径向通道6b相对于轴向通道6a偏移，以使得气体可以以类似的抽吸力被吸入各个进气口60中。在该实例中，在芯棒4x处于中心的状态下，纸面上侧的轴向通道6a位于0°，下侧的轴向通道6a位于180°，并且向内延伸的径向通道6b和向外延伸的径向通道6b位于45°、135°、225°和270°。利用根据该实例的构造，气体可以在粉末压缩期间从填充空间排出，从而允许制造出具有高密度的粉末压坯。
该实例中的弯曲通道6d形成为沿着下冲头4的压缩表面延伸，并且轴向通道6a和径向通道6b沿周向均匀布置；因此，下冲头4没有强度局部减小的部分。
根据该实例的构造也可以应用于第六实施例中的冲头段。
测试例1
在该测试例中，使用参考图1至图3在第一实施例中所示的粉末压制模具1、通过对平均粒径为50μm的纯铁粉进行挤压压制而实际制造出了粉末压坯80，并在下面的测试条件下关于生产率对粉末压坯80进行了测试。粉末压制模具1中的在压模2与冲头3和4之间的间隙部1c的大小为25μm。从下冲头4的压缩表面到进气口60的中心的距离是9mm。压缩表面的面积(即，下冲头4的横截面面积)为900mm2。通道6a、6b和6c分别具有面积为7mm2、3mm2和7mm2的圆形横截面。与图3所示的实例不同，在这里，在测试例1中有四个通道6b。这些通道6b在周向上以规则的间隔布置。
·条件a
在粉末填充步骤中(参见图4左上图)，在通过排气通道6排放气体的同时，用粉末8填充填充空间10。在挤压压制步骤中(参见图4右上图)，在通过排气通道6排放气体的同时，将粉末8挤压压制。在两个步骤中，气体都被排放使得：对于在没有用粉末8填充填充空间10的状态下的气体排气来说通过排气通道6的气体的流速为3m/sec或更高。挤压速度(上冲头3的移动速度)为5mm/sec、7mm/sec、10mm/sec或12mm/sec。所使用的密封构件5是硅橡胶o型圈。
·条件b
除了没有使用如图1和图2所示的密封构件5以外，条件b与条件a相同。
·条件c
在粉末填充步骤或挤压压制步骤中没有通过排气通道6排放气体。也就是说，通过与传统制造粉末压坯的方法类似的方法制造出了粉末压坯80。挤压速度为5mm/sec、7mm/sec、10mm/sec或12mm/sec。
测试结果
确定出上述条件a、b和c下的粉末8的装填密度。从填充空间的体积和成品粉末压坯80的质量计算出装填密度。计算结果示出在以下表1中。
随着挤压速度变化，还在视觉上对粉末压坯80的破裂进行了检查。这些结果也示出在以下表1中。
[表1]
如表1所示，在用粉末8填充期间将气体排出的条件a下，填充空间10中的粉末8的装填密度为3.80g/cm3。在没有使用密封构件5时用粉末8填充期间将气体排出的条件b下，填充空间10中的粉末8的装填密度为3.70g/cm3。相比之下，在用粉末8填充期间没有排出气体的条件c下，填充空间10中的粉末8的装填密度为3.64g/cm3。这些结果表明，在从填充空间10排出气体的同时用粉末8填充填充空间10允许在无需增加填充空间10的大小的情况下制造出具有高密度的粉末压坯80。结果还表明，压模2与下冲头4之间充分小的间隙部允许在没有密封构件5的情况下从填充空间10充分地排出气体，并因此允许制造出具有高密度的粉末压坯80。对于条件a来说在粉末压制期间所达到的真空度为0.03mpa，而对于条件b来说在粉末压制期间所达到的真空度为0.04mpa。
如表1所示，在将粉末8挤压压制期间排出气体的条件a下、以5mm/sec至10mm/sec的挤压速度制造出没有破裂的粉末压坯80，但是以12mm/sec的挤压速度，粉末压坯80破裂。在没有使用密封构件5的情况下在将粉末8挤压压制期间排出气体的条件b下、以5mm/sec至7mm/sec的挤压速度制造出没有破裂的粉末压坯80。相比之下，在将粉末8挤压压制期间没有排出气体的条件c下、只有以5mm/sec的挤压速度制造出了没有破裂的粉末压坯80。这些结果表明，在从填充空间10排出气体的同时将粉末8挤压压制允许增加挤压速度(即，压制速度)。
测试例2
在该测试例中，使用参考图5至图7在第二实施例中所示的粉末压制模具1、通过对平均粒径为50μm的纯铁粉进行挤压压制而实际制造出了粉末压坯80，并在下面的测试条件下针对生产率对粉末压坯80进行了测试。在该测试例中，在压模2的内表面上沉积有tin涂层。粉末压制模具1中的间隙部1c的第一区域r1和第三区域r3中的间隙的大小为25μm，而第二区域r2中的间隙的大小是上述间隙大小的四倍，即100μm。从下冲头4的压缩表面到第二区域r2的上端的距离是4mm。从下冲头4的压缩表面到进气口60的中心的距离是9mm。压缩表面的面积(下冲头4的横截面面积)是900mm2。通道6a、6b和6c分别具有面积为7mm2、3mm2和7mm2的圆形横截面。与图7所示的实例不一样，在这里，在测试例2中有四个通道6b。这些通道6b在周向上以规则的间隔布置。
·条件d
在粉末填充步骤中，在通过排气通道6排放气体的同时，用粉末8填充填充空间10。在挤压压制步骤中，在通过排气通道6排放气体的同时，将粉末8挤压压制。在两个步骤中，气体都被排放使得：对于在没有用粉末8填充填充空间10的状态下的气体排气来说通过排气通道6的气体的流速为3m/sec或更高。挤压速度(上冲头3的移动速度)为5mm/sec、7mm/sec、10mm/sec、12mm/sec或15mm/sec。
·条件e
除了没有使用密封构件5以外，条件e与条件d相同。
·条件f
在粉末填充步骤或挤压压制步骤中没有通过排气通道6排放气体。也就是说，通过与传统制造粉末压坯的方法类似的方法制造出了粉末压坯80。挤压速度为5mm/sec、7mm/sec、10mm/sec、12mm/sec或15mm/sec。
测试结果
确定出上述条件d、e和f下的粉末8的装填密度。从填充空间的体积和成品粉末压坯80的质量计算出装填密度。计算结果示出在以下表2中。
随着挤压速度变化，还在视觉上对粉末压坯80的破裂进行了检查。这些结果也示出在以下表2中。
[表2]
如表2所示，在用粉末8填充期间将气体排出的条件d下，填充空间10中的粉末8的装填密度为3.74g/cm3。在没有使用密封构件5时在用粉末8填充期间将气体排出的条件e下，填充空间10中的粉末8的装填密度为3.68g/cm3。相比之下，在用粉末8填充的过程中没有排出气体的条件f下，填充空间10中的粉末8的装填密度为3.56g/cm3。这些结果表明，在从填充空间10排出气体的同时用粉末8填充填充空间10允许在无需增加填充空间10的大小的情况下制造出具有高密度的粉末压坯80。结果还表明，压模2与下冲头4之间充分小的间隙部1c允许在没有密封构件5的情况下从填充空间10充分地排出气体，并因此允许制造出具有高密度的粉末压坯80。
如表2所示，在将粉末8挤压压制期间排出气体的条件d下、以5mm/sec至12mm/sec的挤压速度制造出没有破裂的粉末压坯80。在没有使用密封构件5的情况下在将粉末8挤压压制期间排出气体的条件b下、以5mm/sec至10mm/sec的挤压速度也制造出没有破裂的粉末压坯80。相比之下，在将粉末8挤压压制期间没有排出气体的条件f下、只有以5mm/sec的挤压速度制造出了没有破裂的粉末压坯80。针对测试例2的结果与针对测试例1的结果之间的比较表明，在进气口60附近形成凹部40提供了提高挤压速度的有利效果。针对条件e的测试结果与针对条件f的测试结果之间的比较也表明，可以在没有密封构件5的情况下获得提高挤压速度的有利效果。
附图标记列表
1粉末压制模具
10填充空间
1c间隙部
r1第一区域
r2第二区域
r3第三区域
2压模
3上冲头
4下冲头
40凹部
5密封构件
4a、4b、4c冲头段
4x芯棒
6排气通道
60进气口
6a轴向通道
6b径向通道
6c外部连接通道
6d弯曲通道
7抽吸单元(真空泵)
70控制单元
8粉末
80粉末压坯
9粉末供给单元