粉末压制装置及压制粉末的方法 本申请是申请号为“99127478.4”的、发明名称为“粉末压制装置、冲模、压制粉末的方法及制造冲模的方法”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
本发明涉及一种粉末压制装置及压制粉末的方法。尤其，本发明涉及使用在用于制造诸如磁石之类的压制品的湿压或干压中的一种粉末压制装置及压制粉末的方法。
背景技术
通常在上述粉末压制装置中，设有过滤件的上冲模下降，接着将加有水的浆状粉末装入到由上冲模、下冲模和模具所形成的型腔内，然后用上冲模从上方压制该粉末以形成压制品、同时再挤出水。进而，在模具下降之后，借助真空吸力来收集附着于下冲模的压制品。
在上述操作中附着有压制品的下冲模地接触表面系通过放电加工所抛光、并接着经精磨而成的一光滑表面。
然而，根据上述惯例，倘若在粉末的平均颗粒直径不大于1.0μm、或者压制品非常大的情况下会产生若干问题。具体地讲，在此类情况下，会使压制品难以从上冲模取出，压制品会由于压制而易于断裂，并且要取出压制品须要耗费较长时间。这些问题是由于压制品与被精磨成一镜面的下冲模的接触表面之间的牢固粘附而引起的。
已尝试着用两种方法来消除上述缺陷。在一种方法中，对下冲模的接触表面只进行放电加工，而在另一种方法中，则对下冲模的接触表面进行放电加工后再进行研磨(粗磨操作)。但不论是在哪一种方法中均无法提高脱离度。
【发明内容】
因此，本发明的一个目的在于提供一种能提高脱离度的粉末压制装置及压制粉末的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种通过压制装载在由上冲模、下冲模和模具所形成的型腔内的粉末来形成压制品的粉末压制装置，其中，该装置具有用于将一种液体喷洒到通过压制粉末而形成、且附着于上冲模或下冲模的压制品上的喷液装置，该喷液装置将液体喷洒在压制品不附着于冲模的部分上。
根据本发明的另一个方面，提供了一种压制粉末的方法，它包括：第一步骤：通过压制装载在由上冲模、下冲模和模具所形成的型腔内的粉末来形成压制品；第二步骤：将一种液体喷洒到附着于上冲模或下冲模的压制品上，其中，该液体被喷洒在压制品不附着于冲模的部分上；以及第三步骤：在喷液之后，将压制品从附着有压制品的上冲模或下冲模取出。
根据上述发明，尤其当压制品未能从冲模取出时，可将液体喷洒到附着于冲模的压制品上，使液体渗入到冲模与压制品之间以削弱冲模与压制品之间的粘附，提高压制品脱离度，从而易于取出压制品。
根据本发明，较佳地，所喷液体是水。在具备上述设置的情况下，可以低成本且益于环保的方式来提高压制品的脱离度，而不会改变压制品的特性。
上述粉末压制装置及压制粉末的方法在湿压中是有效的。
【附图说明】
通过参照附图来详细描述的本发明诸实施例，本发明的上述目的、其它目的、特征、方面及优点将变得一目了然。
图1是本发明一实施例的原理图；
图2示出了图1所示实施例的主要部分，包括下冲模和模具的俯视立体图以及上冲模和取出机的仰视立体图；
图3(a)是下冲模的立体图，图3(b)是一部分沟槽的放大图；
图4(a)示出了下冲模的接触表面的一种状态，图4(b)示出了部分沟槽的放大图；
图5(a)至5(d)示出了图1所示实施例的操作步骤；
图6(a)至6(c)是示出了压制品回弹力的原理图；
图7是使用在本发明另一实施例中的一种取出机的立体图；
图8(a)至8(d)示出了上述另一实施例的操作步骤；以及
图9(a)至9(b)示出了分别接在图8(a)和8(b)所示步骤之后的步骤。
【具体实施方式】
下面将参照附图来描述本发明诸实施例。
请参阅图1和图2，本发明一实施例的粉末压制装置10系一种用于借助湿压方法来制造诸如磁石之类的压制品68(下文中将作描述)的压制装置，它通常具有安置在一固定台12上的诸棱柱形下冲模14。该固定台12安置在由诸支柱16所支撑的一下冲模支撑台18上。本实施例中的固定台12上设有四个下冲模14。
粉末压制装置10还具有一模具20。该模具20形成有诸通孔22，每一个通孔可插入一对应的下冲模14。各通孔22的形状及大小通常与对应的下冲模14的截面形状及大小相同。在本实施例中形成有四个与下冲模14相对应的通孔22。在模具20附近设有用于存放浆状粉末23的粉末储器24。每一个通孔22通过一粉末装载通道26与粉末储器24相连通。
具备上述配置的模具20通过诸支杆28由模具支撑台30所支撑。通过采用例如一压力缸(未图示)使模具支撑台30垂直向移动(沿箭头A所示的方向)，可使模具20相对于下冲模14垂直向移动。
在模具20的上方设有一上冲模32。该上冲模32具有诸冲压部分36，各冲压部分安装在固定台34的底表面上、且位于与一匹配的下冲模14相对应的位置上。固定台34安装在支撑台38的下表面上。该上冲模32的内部设有一直径约为2毫米的、用作为水流动渠道的水排放通道40，该通道的一端在冲压部分36的一表面上开口。该水排放通道40与设于固定台38的一侧表面上的一水排放管42相连。
从图2中可以清楚地看到，各冲压部分36具有与压制品68的上表面相对应的一凹面。冲压部分36的凹面形成有用于吸收来自粉末浆的水的一过滤织物44。同样，在上冲模32的下方设有用于吸收来自粉末23的水的一卷绕型滤纸46。于是，在压制过程中，粉末23中所含的水由滤纸46及过滤织物44所吸收，并通过水排放通道40及水排放管42进行排放。滤纸46通常被一次性卷挠(即一次性使用)。上冲模32根据压制操作的相应步骤借助例如一压力缸(未图示)相对于下冲模14垂直向移动(沿箭头B所示的方向)至预定位置。
另外，在上冲模32与模具20之间设有用于收集由压制操作所形成的压制品68的一取出机48。从图2中可以清楚地看到，该取出机48的底表面上形成有各具有与压制品68的上表面相匹配的表面的诸保持部分50。每一个保持部分50的中心部分上具有用于借助吸力来收集压制品68的一吸力部分52。另外，该取出机48的端部上还设有用于喷洒含有例如煤油作为主要成分的脱离媒剂的喷嘴54。在将压制品68从下冲模14取出之后，为了便于在压制操作的下一个循环中将压制品从下冲模14取出，则要将脱离媒剂从喷嘴54喷洒到下冲模14的接触表面56(下文中将作描述)上。上述取出机48通过水平向移动(沿箭头C所示的方向)可定位至下冲模14的上方或从其上方移走。
对于具备上述配置的粉末压制装置10，应注意到其下冲模14。
如图3(a)所示，每一个下冲模14的上表面、即用于与粉末23相接触的接触表面56被制成为可与所需压制品68的形状配匹配的曲面。该接触表面56具有两个端部，每一个端部上形成有用于提供具有倒角部分的压制品68的一凸缘部分58。另外，在整个接触表面56上形成有沿着曲面延伸的诸沟槽60。此外，如图3(b)所示，在沟槽60的相邻脊部62之间形成有波形沟槽64。从图4(a)和4(b)中应当清楚地看到沟槽60的状态。图4(a)中示出了沟槽60，而图4(b)则示出了沟槽60的脊部62之间的波形沟槽64。
沟槽60是通过采用例如圆头槽铣刀进行铣削操作所形成的。在铣削操作中，例如，圆头槽铣刀转动并笔直前进，其中球状切割边缘作圆周运动来切割接触表面56，以便顺着接触表面56的弧度形成沟槽60。
介于沟槽60的脊部62之间的距离、即介于沟槽60之间的间距W为0.1～0.2毫米，并且沟槽60的深度D为0.2～100.0微米。
在铣削操作中，倘若压制品68呈弧形的话，则圆头槽铣刀的顶端半径通常应为3或5毫米。具有上述尺寸的圆头槽铣刀适用于形成其间距W和深度D均落在上述范围之内的沟槽60。倘若圆头槽铣刀的顶端半径大于5毫米，则凸缘部分58会在沟槽60的形成期间被磨掉而无法形成厚度均匀的凸缘部分58。结果，所获得的压制品68具有一倒角不一致的部分，或者该压制品68会具有一无倒角部分。另一方面，顶端半径小于3毫米的圆头槽铣刀在加工时须花费较长时间，因此就会带来较低的工作效率。由于这些原因，顶端半径大于5毫米或小于3毫米的圆头槽铣刀不适用于形成沟槽60。这里应当注意的是，倘若粉末23的平均颗粒直径不大于1.0微米，则沟槽60的间距W较佳地应为0.1～0.5毫米，其中沟槽深度D为0.2～10.0微米。沟槽64之间的间距X被设定为大约0.5～10.0微米。
下冲模14的接触表面56的表面粗糙度Ra较佳地应为0.05～25微米。日本工业标准提供了以下一组表面粗糙度标准：Ra(μm)＝0.025，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，50和100。倘若表面粗糙度Ra＝0.025微米或更小的话，则难以形成沟槽，而倘若Ra＝50微米或更大的话，则会使压制品68中的不一致性变得更为显著，产品尺寸的误差也会增加，从而使这些范围不适用于大批量产品。由于这些原因，不会引起上述问题的Ra范围0.05～25微米可较佳把用作为表面粗糙度的范围。倘若表面粗糙度落在该范围之内，则可认为粉末23的颗粒被阻止进入到沟槽60内，因此，就不会填满下冲模14与压制品58之间的间隙，并且还可认为脱离媒剂在压制操作时充分保留在沟槽60内、且均匀分布在整个接触表面56内，从而提高了脱离度。这里应当注意的是，倘若粉末23的平均颗粒直径不大于1.0微米的话，则表面粗糙度Ra＝0.1～3.2微米是较佳的。
倘若粉末23的平均颗粒直径不大于1.0微米的话，则可带来显著效果。其一个原因是：一般而言，当粉末23的平均颗粒直径变得更小时，粘度增加而使压制品68与下冲模14的接触表面56之间的粘性更大，从而降低了脱离度。然而，倘若在接触表面56内形成沟槽60的话，则可认为脱离媒剂可均匀地分布在整个接触表面56内，则提高了脱离度。
这里应当注意的是，沟槽60也可沿垂直或倾斜于接触表面56的弧度方向来形成。另外，沟槽60可从接触表面56的一端部朝着其中心部分来形成，或者也可不在中心部分内形成。
接着将参照图5(a)至图5(d)来描述粉末压制装置10的操作。
首先从图5(a)中所示的状态开始，在前一轮压制循环完成之后，此时压制品68已由取出机48取出并运走，下冲模14的接触表面56要高于模具20的上表面。然后，如图5(b)所示，模具20上升，而上冲模32、即冲压部分36下降，以便由冲压部分36、下冲模14和模具20形成一型腔66。继而，用来自粉末储器24的粉末浆23通过粉末装载通道26装满被封闭的型腔66。在该操作中所用的粉末浆23系一种具有55％～75％重量百分比浓度的水溶液。
然后，如图5(c)所示，冲压部分36和模具20均下降以压制粉末23，仅仅将水压出粉末浆23。将水通过上冲模32的水排放通道40进行排放，从而形成了压制品68。这里应当注意的是，倘若是形成磁石的话，则应在磁场内压制粉末23。
在压制操作完成之后，如图5(d)所示，冲压部分36上升，而模具20下降，以使压制品68暴露在模具20的上表面之外。接着，取出机48被带到压制品68的上方，并借助来自该取出机48的吸力部分52的真空吸力而将压制品68保持在保持部分50上。继而，该压制品68经由取出机48的水平移动而被运离。其后，将脱离媒剂从喷嘴54喷洒到下冲模14的接触表面56上，以防该接触表面与下一轮压制操作循环中的压制品68粘附在一起。
根据如上所述的粉末压制装置10，由于在下冲模14的接触表面56上形成在沟槽60，则可认为由于脱离媒剂被充分保留并均匀分布在下冲模14的整个接触表面56上，并且更易于将空气吸入到接触表面56与压制品68之间，因而就能在压制操作时防止压制品68与下冲模14之间发生粘附现象。在上述操作期间，脱离媒剂渗入到形成在接触表面56上的沟槽64内，从而使得接触表面56可更稳定地保留脱离媒剂。
另外，当压制品68从下冲模14取出时，上冲模32向上移动，从而去除如图6(a)所示、由于上述操作而已作用到压制品68上的压力。于是，如图6(b)所示，可设想压制品68中释放了回弹力，从而使得已被压缩的颗粒开始膨胀。结果，如图6(c)所示，在沟槽60与压制品68之间形成一间隙，使压制品68浮起，在下冲模14与压制品68之间形成一空间，将空气经由沟槽60吸入到该空间内，解除冲模14与压制品18之间的粘附，从而提高了脱离度。因此，压制品68的收集变得更加容易，从根本上消除了在工作循环期间由于压制品68与下冲模14之间无法脱离的粘附所造成的停顿现象，从而提高了工作效率。这里应当注意的是，应认为回弹力不仅作用于沟槽60，而且还作用于沟槽64。
在接触表面56的至少一端上形成沟槽60，则可设想由于此类沟槽的形成进一步促进了将空气吸入到下冲模14与压制品68之间，因此通过形成此类沟槽可进一步提高脱离度。
因此，根据图1所示的粉末压制装置10，脱离度的提高可在收集时减少压制品68的断裂/龟裂，从而提高产量。另外，由于无须再喷水，因此就可从压制循环中去掉一个步骤，从而缩短了每一次压制操作所需的循环时间，并大大提高了生产效率。
下面，表1和表2示出了采用粉末压制装置10所进行的实验的结果。
使用在表1至表3中所总结的实验中的粉末压制设备系一种能在一次压制循环中制造三十二个压制品的装置。术语“不脱离次数”是指由于下冲模14与压制品之间无法脱离的粘附而引起的每60次动作中(即每60次压制循环中)该装置的停顿次数。
表1表示了关于粉末23的均匀颗粒直径的数据。表1(a)和表1(b)分别示出了下冲模14的接触表面56被铣削加工及车削加工时的结果。
(表1)
平均颗粒直径
(a)加工方式：铣削 平均颗粒直 径(μm) 表面粗糙度 Ra(μm) 沟槽深度 (μm) 沟槽间距 (mm) 不脱离次数 0.4 0.4 0.25 0.1 0～1/60 0.5 0.4 0.25 0.1 0～1/60 0.65 0.4 0.25 0.1 0/60 0.7 0.4 0.25 0.1 0/60 0.8 0.4 0.25 0.1 0/60 0.9 0.4 0.25 0.1 0/60 1.0 0.4 0.25 0.1 0/60 1.2 0.4 0.25 0.1 0/60 1.4 0.4 0.25 0.1 0/60 1.6 0.4 0.25 0.1 0/60
(b)加工方式：车削 平均颗粒直 径(μm) 表面粗糙度 Ra(μm) 沟槽深度 (μm) 沟槽间距 (mm) 不脱离次数 0.4 0.4 10～15/60 0.5 0.4 10～15/60 0.65 0.4 5～8/60 0.7 0.4 5～8/60 0.8 0.4 3～5/60 0.9 0.4 3～5/60 1.0 0.4 3～5/60 1.2 0.4 0/60 1.4 0.4 0/60 1.6 0.4 0/60
在表1(a)和表1(b)比较之后可以清楚地看到，在车削加工的情况下，当平均颗粒直径不大于1.0μm时，不脱离次数增加。另一方面，倘若铣削加工的话，即使平均颗粒直径不大于1.0μm，不脱离次数也不会增加。因此，如果沟槽60是通过铣削形成的话，即使平均颗粒直径为1.0μm或更小，也能保持较高的脱离度。
表2示出了关于铣削形成的沟槽60的间距W和深度D的数据。表2(a)示出了采用顶端半径为3毫米的圆头槽铣刀的情况，而表2(b)则示出了采用顶端半径为5毫米的圆头槽铣刀的情况。
(表2)
沟槽间距/深度
加工方法：铣削
平均颗粒直径：0.8μm
(a)圆头槽铣刀顶端半径：3毫米 沟槽深度 (μm) 沟槽间距 (mm) 表面粗糙度 (μm) 不脱离次数 0.1 0.05 0.025 0.4 0.1 0.1 0/60 1.6 0.2 0.4 0/60 3.0 0.3 0.8 0/60 10.0 0.5 3.2 0/60 42.0 1.0 12.5 0/60 170.0 2.0 50 0～1/60*****
(b)圆头槽铣刀顶端半径：5毫米 沟槽深度 (μm) 沟槽间距 (mm) 表面粗糙度 (μm) 不脱离次数 0.06 0.05 0.025 0.25 0.1 0.05 0/60 1.0 0.2 0.2 0/60 2.0 0.3 0.4 0/60 6.0 0.5 1.6 0/60 25.0 1.0 6.3 0/60 100.0 2.0 25 0/60 670.0 2.5 0～2/60******
从表2(a)和(b)中所示的不脱离次数可以发现，在表面粗糙度不小于Ra＝0.05μm的情况下可获得良好的结果。尤其，由星号(*)所表示的组合对于可接受的压制品及生产率是较佳的。另外，还用平均颗粒直径0.8μm进行了另一系列的实验，其中准备了两组铣削用的表面状况：即，表面粗糙度Ra＝0.8μm，沟槽60的深度D＝10.0μm，沟槽60的间距W＝0.2mm；以及表面粗糙度Ra＝1.0μm，沟槽60的深度D＝0.2μm，沟槽60的间距W＝0.1mm。在其中任何一种情况下，每60次动作中的不脱离次数为零。从这些结果中可以发现，沟槽60的间距W较佳地应为0.1mm～0.2mm，并且沟槽60的深度D较佳地应为0.2μm～100.0μm。
作为参考，当下冲模14被放电加工成表面粗糙度Ra＝0.8μm时，则每60次动作中的不脱离次数为两次。从这个结果中可再次确认，在下冲模14的接触表面56上形成沟槽60有助于提高脱离度。
下面将参照图1至图7来描述作为本发明另一实施例的一种粉末压制装置10a。
根据该粉末压制装置10a，下冲模14的接触表面56上不再形成有沟槽，取而代之的是使该装置具有喷水功能。该装置10a的其它部分与装置10相同，因此就不再进一步描述这些相同部分了。
该粉末压制装置10a的下冲模14通过诸如磨削、车削及放电之类任一种方式加工而成。此外，从图7中可以更清楚地看到，在图1中由点划线所表示的取出机48设有供水用的一供水管70和喷水用的可缩进式喷嘴72。
下面将参照图8(a)至8(d)、图9(a)至9(b)来描述具有上述配置的粉末压制装置10a的操作。但是图8(a)至8(d)中所示的操作与图5(a)至5(d)中所示的操作相同，因此就不再重复描述这些操作了。
根据粉末压制装置10a，倘若在图8(d)所示的步骤中无法将压制品68从下冲模14取出的话，则如图9(a)所示取出机48的喷嘴72突然伸出而将水喷洒到压制品68的上表面上。于是，水渗入到压制品68内，并被吸入到压制品68的下表面与下冲模14的接触表面56之间。
在如上所述喷水之后，接着等待二至三秒钟，然后如图9(b)所示，用取出机48取出压制品68。其后，该取出机48水平移动，并从喷嘴54中将脱离媒剂喷洒到下冲模14的接触表面56上，然后该取出机从下冲模14上方移走。
根据所述的粉末压制装置10a，通过将水从已被压出水的压制品68的上方进行喷洒，会使该压制品68鼓起/变形，并由于增大的回弹力而从下冲模14上浮起，从而在压制品68与下冲模14之间形成一间隙，以便于脱离。因而，可在收集时减少压制品68的断裂/龟裂，提高产量，并提高工作效率。在此操作步骤中，假定压制品68与下冲模14之间呈真空，则将会促进水的渗入。因此，倘若将水从压制品68的上方进行喷洒，则可设想由于重力作用而加速水的渗入，从而更易于将水吸入到压制品68与下冲模14之间而消除真空。
另外，用作为喷洒用液体的水易于渗入到压制品68内，因此就缩短了压制品68脱离下冲模14所需的时间。
接着，表3中示出了利用该粉末压制装置10a所作的实验的结果。
表3比较了通过磨削、车削及放电的不同方式加工而成的粉末压制装置10a在两种情况下、即“不喷水”和“喷水后”的未脱离下冲模14的次数。这里所采用的精磨方式是指一种人工镜面精磨加工操作方法，车削方式是指用一刀具来机械磨削与该刀具相接触的旋转物体，而放电方式则是指一种借助通过放电所产生的热量而不是刀具来磨削物体的方法。
(表3)加工方式表面粗糙度 (μm)平均颗粒直径(μm) 压制品的 形状 不脱离次数 不喷水 喷水后 磨削 0.05 0.5 圆形 角形 弧形 10-15/60 1-3 0.65 4-6/60 0-1 0.8 0-1/60 0 1.0 0/60 0 车削 0.8 0.5 圆形 10-15/60 2-5 0.65 5-8/60 1-3 0.8 3-5/60 0 1.0 0/60 0 放电 1.6 0.5 圆形 角形 弧形 5-8/60 0-3 0.65 2-3/60 0 0.8 0-1/60 0 1.0 0/60 0
从表3中可以看到，对于所有的加工方式而言，“喷水后”的脱离度被提高了，从而使不脱离次数显著减小。
这里应当注意的是，在采用形成有沟槽60的下冲模14的粉末压制装置10中无法将压制品68从下冲模14取出的情况下，借助喷水也可使该粉末压制装置10中的压制品68的脱离度得到提高。
另外，上述实施例中描述了将压制品68附着于下冲模14的应用场合。但是，本发明并不局限于这种情况，它也同样适用于将压制品68附着于上冲模32的应用场合中。在这种情况下，应当在上冲模32、即冲压部分36的表面上形成诸沟槽。同样，当喷水时，将水喷洒到附着于上冲模32的压制品上。
此外，喷液也可为酒精。
另外，本发明也可用于干压。
此外，当进行铣削时，根据压制品68的形状可选用圆头槽铣刀或平头槽铣刀。另外，在铣削过程中可进行周期进给操作。
目前为止已详细地描述并图示出了本发明，显而易见的是，这些描述及附图仅仅代表了本发明的一个实例，而不应当将其看作是对本发明的一种限制。本发明的精神实质和范围仅由权利要求中的阐述来加以限定。