メニュー

成形工程:焼結の基礎知識3

焼結の基礎知識

更新日:2019年2月19日(初回投稿)
著者:長岡技術科学大学 大学院 機械創造工学専攻 教授 南口 誠

前回は、焼結用の粉体や、混合・粉砕の工程を解説しました。今回は、次の焼結の工程である成形を取り上げます。一般的には、金型を使って押し固める金型成形が使われています。まずは、成形の工程が、どのように分類できるかから見ていきましょう。

今すぐ、技術資料をダウンロードする!(ログイン)

1. 成形工程の種類

粉末を所望の形状に固める工程を成形といいます。図1に、成形工程の種類にまとめました。金型などを使って押し固める加圧成形(プレス成形)が最も一般的な方法です。また、技術的な分類のほかに、成形品の完成度による分類もあります。ニアネットシェイプ成形は、複雑な形状の完成品をほぼその形状に成形して機械加工を極力少なくする方法で、ネットシェイプ成形は、完成品を成形する方法です。

図1:焼結における主な成形工程の種類

図1:焼結における主な成形工程の種類

2. 金型成形

金型を用いて加圧成形する方法は、金型成形と呼ばれています。焼結においては、最も一般的な方法です。粉末の金型成形の工程は、粉末充填、加圧、成形体取り出しの3工程に大きく分けられます(図2)。

図2:粉末の金型成形の流れ

図2:粉末の金型成形の流れ

加圧の工程で高い圧力を加えると、粉末成形体の密度が上昇して強度も上がります。一般的には100MPa程度の圧力を加えれば、十分な成形体密度が得られます。一般的な焼結用粉末であれば、成形体密度は50~60%です。金属の場合は、粉末粒子に圧力が加わると塑性変形するので、さらに高い密度を得ることができます。

粉末成形体の強度を上げるために、バインダーと呼ばれる添加物を粉末に混ぜることがあります。具体的には、ポリビニールアルコール(PVA、ポバールとも呼ばれています)やポリビニールブチラール(PVB)などの有機物です。造粒粉末には、このバインダーが既に含まれています。また、金型と粉末粒子、粉末粒子同士の摩擦を軽減するために、潤滑剤を入れることもあります。潤滑剤は、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛などが利用されます。潤滑剤やバインダーが混合された造粒粉末を、金型に入れて成形します。

粉末充填の工程では、粉末が均質に敷き詰められていないと、成形体に密度むらが起きます。図3は、筆者の研究室で利用している実験試料成形用金型の写真です。粉末が接触する箇所は、セラミックス粉末との摩擦によって摩耗するので、超硬合金が用いられています。工業製品の場合は複雑な形状も多いため、金型の寸法や形状をどう設計するかは、重要なノウハウです。形状によっては、複数の細かい金型を組み合わせて、多段プレス成形にすることもあります。

図3:粉末成形用金型

図3:粉末成形用金型

続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

3. その他の成形方法

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

  • セミナー3月
  • 販促_無料出展

ピックアップ記事

tags

  • 特集バナー0304_01
  • 特集バナー0304_02
  • 特集バナー0304_03
  • 特集バナー0304_04
  • 特集バナー0304_05
  • 基礎知識一覧