(57)【要約】【課題】成形型各段の充填密度を予測し、微妙なプレス条件設定を可能にする。【解決手段】プレス条件設定装置１は、成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測部２０と、成形型各段充填密度予測部１０で予測された予測充填密度に基づいてプレス条件を設定するプレス条件設定部２２と、を有している。成形型各段充填密度予測部２０は、入力部１８から出力された測定データ及び記憶部２４に記憶されている成形型各段密度分布情報に基づいて成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する。更に、プレス条件設定部２２は、予測充填密度に基づいて、記憶部２４に記憶されている密度成形圧力情報、伝達圧力情報に基づいて、プレス条件を算出する。これにより、微妙なプレス条件を設定することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示す予め求められた成形型各段密度分布情報を記憶する記憶手段と、
多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量と前記成形型各段密度分布情報に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測手段と、
前記成形型各段充填密度予測手段で予測された予測充填密度に基づいてプレス条件を設定するプレス条件設定手段と、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置であって、
前記記憶手段は、充填密度と成形圧力との相関関係を示す密度成形圧力情報を記憶し、
前記プレス条件設定手段は、前記予測充填密度と前記密度成形圧力情報に基づいて、各成形型のプレス完了位置を補正する第１の補正手段を有することを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置であって、
前記記憶手段は、成形型各段の充填密度と成形型の成形圧力の伝達の相関関係を示す伝達圧力情報を記憶し、
前記プレス条件設定手段は、前記第１の補正手段により補正された成形型のプレス完了位置と前記伝達圧力情報に基づいて、他の成形型のプレス完了位置を補正する第２の補正手段を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置。
【請求項４】
予め求められた多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量と、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測ステップと、
前記成形型各段充填密度予測ステップで予測された成形型各段予測充填密度に基づいてプレス条件を設定するプレス条件設定ステップと、
を備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法であって、
前記プレス条件設定ステップは、前記予測充填密度と、充填密度と成形圧力との相関関係に基づいて、各成形型のプレス完了位置を補正する第１の補正ステップを有することを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法であって、
前記プレス条件設定ステップは、前記第１の補正ステップにより補正された成形型のプレス完了位置と、成形型各段の充填密度と成形型成形圧力の伝達の相関関係に基づいて、他の成形型のプレス完了位置を補正する第２の補正ステップを備えることを特徴とする多段粉末成形におけるプレス条件設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段粉末成形におけるプレス条件設定装置及びその設定方法、特に、成形型を位置決め制御して成形を行う多段粉末成形のプレス条件設定装置及び方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、型へ原料の粉末を充填し、成形型で加圧することによって所要形状の成形品を作製した後、高温に加熱することによって粉末を焼結させることが行われている。このような粉末焼結成形は、鍛造と異なり粉末を加圧することにより成形するので、複雑な形状を自由に成形することができ、また、近年の粉末焼結成形では、加圧プレス型（成形型）を複数段に分割し、個別に加圧制御可能な多段成形法が広く採用されている。例えば、自動車のＴ／Ｍ（トランスミッション）ハブ等が粉末焼結成形によって、作製されている。
【０００３】
この粉末焼結成形において、焼結を安定化して製品特性の向上及び均一化を図る必要上、粉末成形工程において成形状態を高精度に均一化にしておくことが必要となる。すなわち、粉末充填段階において全体充填量や成形型各段への充填量、プレス段階においてはプレス寸法及び各段のプレス圧力を均一化あるいは適正化しておく必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、型の粉末の全体充填量又は各段への充填量、すなわち充填密度が日やロット毎に一定しないという問題がある。これは、その日の温度、湿度変化が粉末が流動するときの摩擦に影響を与えるからである。また、型の各段の形状、例えば型の壁の摩擦により、各段への粉末の流動に影響を与えるからである。
【０００５】
一方、粉末成形のプレス制御方法には、圧力制御によるものと位置制御により行うものがある。プレス圧力を一定あるいは所定値に制御する圧力制御では、成形時に粉末に加えられる圧力により成形品の密度を算出することができるが、この圧力制御では微妙に圧力を調整し、微妙な寸法調整ができないという問題がある。一方、位置制御では、寸法の調整が容易であり、特に多段成形において各段毎の位置決めが容易であり、複雑な形状の成形品を得やすいという利点がある。しかし、位置制御では、成形型に加えている圧力が不明なので、成形品の密度がどれ位になっているか求められず、密度誤差に基づいて、例えば粉末成形プレス機の成形型の弾性変形量を考慮した微妙な位置制御ができないという問題がある。従って、上述したような充填量の誤差による密度差がある場合、予め設定された同じプレス条件で成形しても同じ寸法に成形できないという問題がある。すなわち、位置制御において最適なプレス条件を設定し、精度を向上させることが困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、成形品の充填密度、特に成形型各段の充填密度を予測することにより、微妙なプレス条件設定を可能にする多段粉末成形におけるプレス条件設定装置及び設定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置は、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示す予め求められた成形型各段密度分布情報を記憶する記憶手段と、多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量と成形型各段密度分布情報に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測手段と、成形型各段充填密度予測手段で予測された予測充填密度に基づいてプレス条件を設定するプレス条件設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置において、記憶手段は、充填密度と成形圧力との相関関係を示す密度成形圧力情報を記憶し、プレス条件設定手段は、予測充填密度と密度成形圧力情報に基づいて、各成形型のプレス完了位置を補正する第１の補正手段を有することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置において、記憶手段は、成形型各段の充填密度と成形型の成形圧力の伝達の相関関係を示す伝達圧力情報を記憶し、プレス条件設定手段は、第１の補正手段により補正された成形型のプレス完了位置と伝達圧力情報に基づいて、他の成形型のプレス完了位置を補正する第２の補正手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
更に、上記発明における手段をコンピュータに機能させるためのプログラムとして構成しても好適である。
【００１１】
本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法は、予め求められた多段粉末成形される成形品体積に対する実際の粉末充填量と、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係に基づいて、対象となる成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測ステップと、成形型各段充填密度予測ステップで予測された成形型各段予測充填密度に基づいてプレス条件を設定するプレス条件設定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法において、プレス条件設定ステップは、予測充填密度と、充填密度と成形圧力との相関関係に基づいて、各成形型のプレス完了位置を補正する第１の補正ステップを有することを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明の多段粉末成形におけるプレス条件設定方法において、プレス条件設定ステップは、第１の補正ステップにより補正された成形型のプレス完了位置と、成形型各段の充填密度と成形型成形圧力の伝達の相関関係に基づいて、他の成形型のプレス完了位置を補正する第２の補正ステップを備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置の構成を示す図である。
【００１６】
本実施形態の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置（以下、プレス条件設定装置という）は、例えば焼結部品の粉末成形品を成形する粉末成形プレス機に適用される。図１に示すように、プレス条件設定装置１は、粉末成形プレス機２と接続されており、粉末成形プレス機２に予め設定されているプレス条件を取得し、実際の成形品の粉末充填量や寸法からプレス条件の補正値を算出する。本実施形態において特徴的なことは、後述するように、成形型各段の充填密度を予測し、プレス条件を設定する点である。
【００１７】
粉末成形プレス機２は、型（図示せず）に充填された粉末を各段に加圧圧縮する成形型上型１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び成形型下型１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、これらの動作制御を統括的に行うマイクロコンピュータなどからなる制御部１４と、を備えている。制御部１４は、予め設定された粉末充填量及び成形型位置制御等のプレス条件に基づいて、粉末を充填し、各成形型上型１０ａ，ｂ，ｃ、各成形型下型１２ａ，ｂ，ｃを制御することにより粉末を成形する。
【００１８】
このようにして、図１に示すように、成形品１６が成形される。図１には、成形品１６として、Ｔ／Ｍ（トランスミッション）ハブが示されている。ここで、この成形品１６には、従来技術で説明したように、予め設定されたプレス条件に従って制御しても、粉末充填量や寸法に誤差が生じている。
【００１９】
以下、この誤差に基づいてプレス条件を補正するプレス条件設定装置１について説明する。
【００２０】
プレス条件設定装置１は、通常ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成され、処理プログラムを読み込んで以下の機能を実現する。プレス条件設定装置１は、測定データ及び粉末成形プレス機２に設定されているプレス設定条件を受け付ける入力部１８と、入力部１８に入力されたデータ等に基づき成形型各段の充填密度を予測する成形型各段充填密度予測部２０と、予測充填密度に基づいてプレス条件を設定するプレス条件設定部２２と、を有している。プレス条件設定部２２は、少なくともも特許請求の範囲に記載した第１の補正手段、第２の補正手段としての機能を有する。また、成形型各段充填密度予測部２０及びプレス条件設定部２２の処理に必要な各種情報を記憶する記憶部２４と、プレス条件設定部２２の処理結果を記憶する処理結果記憶部２６を有している。これら各構成要素は、互いに接続されている。
【００２１】
成形された成形品１６は、重量計３で粉末充填量が測定され、測定具４で各段の寸法が測定される。
【００２２】
入力部１８は、重量計３、測定具４で測定された成形品１６の粉末充填量及び各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの寸法の測定データを受け付ける。また、粉末成形プレス機２のプレス条件、ダイセット、成形型全体を含む弾性変形量等のデータを受け付ける。プレス設定条件には、成形品１６を成形するための粉末充填量、寸法等が含まれる。入力部１８に入力されたデータは成形型各段充填密度予測部２０に出力される。
【００２３】
成形型各段充填密度予測部２０は、成形型１０、１２によって成形された各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する。本実施形態において、成形型各段充填密度予測部２０は、実際の粉末充填量と成形型各段密度分布情報に基づいて成形型各段の充填密度を予測、すなわち、入力部１８から出力された測定データ及び後述する記憶部２４に記憶されている成形型各段密度分布情報に基づいて成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する。ここで予測された成形型各段の予測充填密度は、プレス条件設定部２２に出力され、プレス条件設定部２２は、この予測充填密度に基づいて、微妙な寸法調整のためのプレス条件を算出する。
【００２４】
プレス条件設定部２２は、粉末成形プレス機に予め設定されているプレス条件及び測定データから誤差値を算出する。更に、本実施形態において特徴的なことは、プレス条件設定部２２は、成形型各段充填密度予測部２０から予測充填密度が出力されると、予測充填密度に基づいて、プレス条件を算出する点である。プレス条件設定部２２は、後述するように、記憶部２４に記憶されている密度成形圧力情報、伝達圧力情報に基づいて、プレス条件を算出する。
【００２５】
記憶部２４は、成形型各段充填密度予測部２０、プレス条件設定部２２の処理に必要な各種情報、データを記憶している。本実施形態においては、上述したように、記憶部２４は、成形型各段密度分布情報、密度成形圧力情報、伝達圧力情報を記憶している。以下、これらの情報及びこれらの情報に基づく成形型各段充填密度予測部２０、プレス条件設定部２２の動作について説明する。
【００２６】
＜成形型各段密度分布情報＞
図２は、成形型各段密度分布情報を示す図である。成形型各段密度分布情報は、成形品体積に対する粉末充填量と成形型各段の密度分布との相関関係を示し、粉末充填量変化率（％）に対して各部充填密度の変化率（％）で示されている。
【００２７】
従って、粉末成形プレス機２に設定されるプレス条件により成形品体積及び粉末充填量は算出されるので、成形型各段充填密度予測部２０は、測定データから成形品１６の充填量変化率（％）を求め、この成形型各段密度分布情報に基づいて、各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測することができる。従って、成形型各段毎に充填密度を測定する必要はなく、各段の充填密度を算出することができる。これにより、予測された予測充填密度に各段の密度に誤差がある場合には充填密度差を解消するように各段への充填量を調整したり、充填密度差を許容して成形型１０、１２の位置制御を行い、各段の寸法を調整することができる。なお、成形型各段充填密度予測部２０は、各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃ総ての充填密度を予測せず、代表的な段のみ予測しても良い。
【００２８】
なお、本実施形態において、型及び使用する粉末毎に実験を行い、記憶部２４は、実験データを成形型各段密度分布情報として予め記憶している。
【００２９】
＜密度成形圧力情報＞
図３は、密度成形圧力情報を示す図である。密度成形圧力情報は、充填密度とと成形圧力の相関関係を示し、粉末に対してある圧力をかけたときにどのような密度に成形されるかを示している。この密度成形圧力情報により、粉末の充填密度から成形型１０、１２の成形圧力を逆算することができる。本実施形態においては、記憶部２４は、成形品１６に使用される粉末Ａ〜Ｆ毎に成形圧力を変化させた実験データを密度成形圧力情報として予め記憶している。なお、密度成形圧力情報として、鉄鋼メーカー等の粉末の特性データを記憶させてもよい。
【００３０】
プレス条件設定部２２は、予測充填密度と密度成形圧力情報に基づいて、プレス完了位置の補正値を算出する。すなわち、成形型各段充填密度予測部２０により、予測充填密度が算出されるので、予測充填密度とこの密度成形圧力情報に基づいて各成形型１０、１２の成形圧力を算出することができる。これにより、プレス条件設定部２２は、粉末成形プレス機２のダイセット、プレス全体を含む成形型１０、１２の弾性変形量等を考慮し、各成形型１０、１２のプレス完了位置の補正値を算出することができる。
【００３１】
＜伝達圧力情報＞
図４は、伝達圧力情報の概念を示す図である。伝達圧力情報は、成形型各段の充填密度と成形型の成形圧力の伝達の相関関係を示している。例えば、図１に示す成形型上型１０ｂが押圧されると、段１６ｂの粉末が圧縮され、更に、その成形圧力は他の段１６ａ、１６ｃに伝達され、他の成形型１０ａ，１０ｃ、１２ａ，１２ｃに成形圧力に影響を与える。しかし、この成形圧力の伝達の仕方は一定でない。すなわち、各段の充填密度は一定でないこと及び各段の型の形状、例えば型の壁の摩擦が成形圧力の伝達に影響を与えるからである。従って、本実施形態においては、型と使用する粉末毎に、各段の充填密度変化と成形圧力の伝達の実験を行い、記憶部２４は、この実験データを伝達圧力情報として予め記憶している。これにより、更に、成形型１０、１２の微妙なプレス完了位置の補正を行うことができる。
【００３２】
プレス条件設定部２２は、成形型のプレス完了位置の補正された場合に、上述した伝達圧力情報に基づいて、他の成形型のプレス位置を補正値を算出する。すなわち、成形型のプレス完了位置が補正されると、その成形型の成形圧力が他の成形型各段へ伝達され、他の成形型に影響を与えるからである。本実施形態においては、上述した記憶部２４に記憶されている伝達圧力情報に基づいて、例えば、成形型上型１０ｂのプレス完了位置が補正された場合、他の成形型１０ａ，ｂ、１２ａ，ｃのプレス完了位置の補正値を算出する。
【００３３】
プレス条件設定部２２は、補正したプレス設定条件を算出すると、粉末成形プレス機２の制御部１４へフィードバックする。これにより、粉末成形プレス機２は、補正されたプレス設定条件に基づいて成形品１６の連続成形を開始する。これにより、成形品１６の微妙な調整を行うことができ、均一な成形品を成形することができる。なお、プレス条件には、粉末充填量及び成形型の位置制御が含まれる。また、プレス条件設定部２２は、補正したプレス設定条件を処理結果記憶部２６へ出力する。
【００３４】
処理結果記憶部２６は、プレス条件設定部２２で補正されたプレス設定条件を記憶する。処理結果記憶部２６は、これらの処理結果を蓄積する。これにより、粉末成形プレス機２の予め定められたプレス設定条件の修正に利用することができる。従って、処理結果記憶部２６は、補正されたプレス設定条件と共に、成形品の作成日時、天気、湿度と共に、プレス設定条件を関連づけて記憶すると好適である。
【００３５】
次に、プレス条件設定装置１の作用について説明する。図５は、プレス条件設定装置１の条件設定の処理例を示すフローチャートである。
【００３６】
粉末成形プレス機２に予め設定されている成形品の粉末充填量と寸法等のプレス設定条件をプレス条件設定装置１の入力部１８に入力する（Ｓ１０）。サンプルとなる成形品１６を成形し、重量計３、測定具４で成形品１６の実際の粉末充填量、各段の寸法が測定し、入力部１８に入力する（Ｓ１２）。プレス条件設定部２２は、予め設定されているプレス条件と実際の粉末充填量、各段の寸法とから、誤差値を算出する（Ｓ１４）。これらの誤差値を基本補正値とし、以下の成形型各段充填密度予測部２０で予測された予測充填密度に基づいて、補正値を算出する。
【００３７】
次に、成形型各段充填密度予測部２０は、実際の粉末充填量と記憶部２４に記憶されている成形型各段密度分布情報に基づいて、成形型各段１６ａ，１６ｂ，１６ｃの充填密度を予測する（Ｓ１６）。これにより、予測充填密度に基づいて、微妙なプレス条件を設定することができる。
【００３８】
本実施形態において、成形型各段充填密度予測部２０は、更に、予め設定された粉末充填量と粉末充填量に誤差がある場合、設定された粉末充填量に補正した場合の成形型各段の充填密度を予測する（Ｓ１８）。ここで、成形型各段へ均等に充填量する場合や密度差を解消する方向に充填量を補正することができるので、成形型各段充填密度予測部２０は、これらの粉末充填の仕方によって、各段の充填密度を予測する。次に、成形型各段充填密度予測部２０は、予め設定さた成形品の寸法と実際の寸法に誤差がある場合、予め設定された成形品１６の寸法（成形品体積）に補正した場合の成形型各段の充填密度を予測する（Ｓ２０）。
【００３９】
これにより、予め設定された成形品体積に対する粉末充填量に調整された場合の成形型各段の充填密度を算出することができる。
【００４０】
次に、プレス条件設定部２２は、予測充填密度と記憶部２４に記憶されている密度成形圧力情報に基づいて、成形型１０、１２の成形圧力を算出する（Ｓ２２）。成形型１０、１２の成形圧力が算出されると、ダイセット、プレス全体の型弾性変形量に基づいて成形型１０、１２のプレス完了位置の補正値を算出する（補正値１、Ｓ２４）。更に、プレス条件設定部２２は、成形型のプレス完了位置が補正された場合に、補正された成形型のプレス完了位置と記憶部２４に記憶されている伝達圧力情報に基づいて、他の成形型への伝達圧力を算出し（Ｓ２６）、伝達圧力による他の成形型の弾性変形量を更に考慮して他の成形型のプレス完了位置の補正値を算出する（補正値２、Ｓ２８）。これにより、成形型のプレス完了位置の補正に伴う他の成形型への成形圧力の伝達を考慮することができ、精度の高い位置制御を行うことができる。
【００４１】
以上のステップにより、プレス条件設定部２２は、新たなプレス条件を算出する（Ｓ３０）。例えば、プレス条件設定部２２は、Ｓ１４で算出された粉末充填量の誤差値から粉末の充填調整量、成形型１０、１２のストップ完了位置（寸法誤差値＋補正値１＋補正値２）を算出する。最後に、プレス条件設定部２２は、これらのプレス条件を粉末成形プレス機２の制御部１４へフィードバックする（Ｓ３０）。
【００４２】
プレス条件設定装置１を利用してこのような処理を日又はロット毎に行うと、高精度に均一化した成形品を成形することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、成形型各段の密度を予測することにしたので、微妙なプレス条件の設定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の多段粉末成形におけるプレス条件設定装置の構成を示す図である。
【図２】成形型各段密度分布情報を示す図である。
【図３】密度成形圧力情報を示す図である。
【図４】伝達圧力情報の概念を示す図である。
【図５】プレス条件設定装置１の条件設定の処理例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ プレス条件設定装置、２  粉末成形プレス機、３  重量計、４  測定具、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  成形型上型、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  成形型下型、１４  制御部、１６  成形品、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  段、１８ 入力部、２０  成形型各段充填密度予測部、２２  プレス条件設定部、２４  記憶部、２６処理結果記憶部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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