「グリーン製造」技術 - 粉末冶金

1. 定義と原則

粉末冶金は、金属粉末を調製し、または金属粉末を原料として成形・焼結することにより、金属材料、複合材料、その他様々な製品を製造するプロセス技術です。その基本プロセスは、粉末調製、粉末成形、焼結、そしてその後の処理から構成されます。この技術は古代の冶金技術に起源を持ちますが、現代の粉末冶金技術の発展は20世紀初頭に始まり、徐々に材料科学および工学技術の重要な分野へと発展しました。

1. プロセス

1.粉末化原料を粉末にするプロセスです。一般的な粉末化方法には、酸化物還元法と機械的方法があります。

2.混合様々な粉末を一定の割合で混合し、均質化してブランクパウダーを製造するプロセスです。乾式、半乾式、湿式の3種類があり、それぞれ異なる要件に応じて使用されます。

3.形にする均一に混合された混合物を金型に充填し、所定の形状、サイズ、密度のブランクにプレスするプロセスです。成形方法は基本的に加圧成形と無加圧成形に分けられます。加圧成形で最も一般的に用いられるのは圧縮成形です。

4.焼結焼結は粉末冶金における重要なプロセスです。成形されたブランクは焼結され、必要な最終的な物理的・機械的特性が得られます。焼結は、単体焼結と多成分焼結に分けられます。通常の焼結に加えて、ルーズ焼結、溶融浸透焼結、ホットプレス焼結などの特殊な焼結プロセスもあります。

5.焼結後処理は、製品の様々な要件に応じて、仕上げ、油浸、機械加工、熱処理、電気めっきなど、様々な方法で行うことができます。さらに近年では、圧延や鍛造といった新しいプロセスが粉末冶金材料の焼結後の加工にも適用され、比較的理想的な結果が得られています。

3. 一般的な歯車加工方法におけるクランプシステム

通常旋削→ホブ切り→ギアシェービング→ギアシェービング→ハード旋削→ギア研削→ホーニング→ドリリング→内穴研削→溶接→測定の工程では、この工程に適したクランプシステムを構成することが特に重要です。

4. プロセス特性

1. 多孔質材料、高密度材料など、製品の密度を制御できます。

2. 粒子が細かく、微細構造が均一で、成分の偏析がない。

3.近似成形、原材料利用率＞95％。

4. 切断が少ない、または切断処理は40％〜50％のみです。

5. 材料成分を制御できるため、複合材料の製造に適しています。

1. 利点、欠点、および用途

利点:

1. 一般的に、粉末冶金ギアは製造工程が少なくなります。
2. 粉末冶金法を用いてギアを製造する場合、材料利用率は 95% 以上に達します。
3. 粉末冶金歯車の再現性は非常に良好です。粉末冶金歯車は金型を用いてプレス成形されるため、通常の使用条件下では、一対の金型で数万から数十万個の歯車ブランクをプレス成形できます。
4. 粉末冶金では、複数の部品を 1 つにまとめて製造できます。
5. 粉末冶金ギアの材料密度は制御可能です。

6. 粉末冶金製造においては、成形後の金型からのブランクの取り外しを容易にするために、金型作業面の粗さが非常に良好である。

デメリット:

1. バッチ生産が必要です。一般的に、粉末冶金生産では5,000個以上のバッチ生産が適しています。
2. サイズはプレス機のプレス能力によって制限されます。プレス機は通常、数トンから数百トンの圧力に耐えることができ、直径は基本的に110mm以内で製造可能です。
3. 粉末冶金歯車は構造上の制約を受けます。プレス加工や金型の都合上、一般的にウォームギア、ヘリンボーンギア、ヘリカルギアなど、ねじれ角が35°を超える歯車の製造には適していません。ヘリカルギアの歯先角は15°以内で設計することが推奨されます。
4. 粉末冶金歯車の厚さには限界があり、キャビティ深さとプレスストロークは歯車の厚さの2～2.5倍にする必要があります。同時に、歯車の高さ方向の密度の均一性を考慮すると、粉末冶金歯車の厚さも非常に重要です。

用途:

1. 自動車産業: ギア、シンクロナイザーリング、エンジン部品、ベアリング、ブレーキシステム部品など、多くの自動車部品は粉末冶金技術を使用して製造されています。
2. 機械工学：機械工学の分野では、粉末冶金は、ポンプ、バルブ、コネクティングロッドなどの複雑な構造を持つさまざまな部品の製造に使用されます。
3. 電気・電子産業: 粉末冶金技術は、変圧器やインダクタのフェライトコアなど、電磁機器の鉄心部品の製造に使用できます。
4. 航空宇宙：粉末冶金部品は、低密度、高強度、優れた熱安定性などの特性があるため、エンジン部品、衛星部品などの製造など、航空宇宙分野で広く使用されています。

要約すると、粉末冶金は幅広い応用展望と顕著な利点を有する重要な材料調製技術です。科学技術の継続的な進歩と発展に伴い、粉末冶金技術は今後も改善と革新を続け、材料科学と工学技術の発展に更なる貢献を果たしていくでしょう。