JP2001500925A - 切削工具を製造するための方法と装置 - Google Patents

切削工具を製造するための方法と装置

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Abstract

(57)【要約】 少なくとも1つの切削体(3’)を有した切削工具(1’)を製造するための方法と装置(6,7)が開示される。当該工具のベース体(2)が或る進行方向(10)に動かされ、この間に切削材料粒子(12)を含有した物質(4)が供給装置(6)によって上記工具のベース体(2)の担持表面(5’)に施与される。加熱装置(7)が上記担持表面(5’)上で上記物質(4)を溶解し、当該物質(4)を担持表面(5’)にくっつける。担持表面(5’)は面区分毎に、少なくとも当該担持表面(5’)の各面区分(17’)に施与された物質(4)の凝固時間の間、重力方向(G)と逆向きで工具のベース体(2)の進行方向(10)に動かされる。

Description

【発明の詳細な説明】 切削工具を製造するための方法と装置 本発明は、請求項1の前提部分の構成要件を備えた切削工具を製造するための 方法、及び請求項10の前提部分の構成要件を備えた切削工具の製造のための装 置に関する。 切削工具の製造のために、金属に接合されたダイヤモンド層から当該工具の切 削体を作ることが知られている。これは例えば予め施与されたダイヤモンド粒子 に金属をめっきすること又は粉末冶金によって実施される。このように製作され た切削体はその後に鑞付け又はレーザビーム溶接によって工具のベース体と一体 化される。これら公知の方法の欠点は、切削工具を製造するのが複雑でコスト高 であり、それに対応して高い労働コストを伴うことにある。 単一段階でのレーザビームコーティングを用いることで費用を抑えた切削工具 の製造法が実施される。この製造プロセスにおいて、切削材料を含有した層又は 切削体はそれぞれ単一の操作で作られ、工具の金属ベース体と一体化される。こ の操作の間、工具のベース体は水平に、即ち、重力の方向に対し横向きに動かさ れる。切削材料、例えばダイヤモンド粒子を含有する物質が、その後に切削体を 担持することとなる上記動かされる工具ベース体の表面に施与される。加熱装置 が担持表面に熱エネルギーをかける。 これは溶融浴が形成される場所であり、上記物質がそこに供給され、溶解される 。この製造プロセスの欠点は、重力に抗して溶融浴中で切削材料粒子が浮かぶこ とにある。上記物質の個々の成分で固有密度が大きく相違する結果として、製造 プロセスの間でこの溶融物の滞留時間が長くなりすぎると、切削材料粒子は切削 体溶融浴内を移る。結果的に、切削体の高さにわたって得られるべき連続的な切 削品質にとって必要とされる、切削体の塊(ボリューム)内での切削材料粒子の 均一な分布とならない。切削材料の集中が担持表面から垂直に遠くに離れた切削 体の外側に結果として生じる一方で、担持表面の方に向いた切削体の部分が外見 上切削材料を含まない。切削材料の浮遊と切削体の全高に沿っての切削材料の不 規則な分布とは、凝固時間を減らすことによってほぼ2mm幅と3mm高さまで の切削体外形の場合に部分的に抑制可能であるが;それよりも大きな寸法の切削 体外形の場合には、切削材料の不規則な分布が工具ベース体の送り速度や物質塊 の流れ速度のようなパラメータの変更によっても阻止することができない。 切削工具の製造中に切削体内で切削材料粒子を均一に分布させ、切削材料を含 有する物質を上記工具のベース体上に施与することを確実にすることが本発明の 目的である。この目的は請求項1と請求項10の構成要件の組み合わせによって 達成される。 本発明によれば、工具ベース体の移動方向に見られる担持表面の個々の面区分 は、夫々の面区分に施与された物質の凝固時間の 間、切削材料の粒子の重力方向と反対の方向に動かされる。理論上、担持表面は 工具ベース体の移動方向に沿って任意に多数の微小な面区分に分割可能である。 或る量の物質がそれらの面区分の各々に連続的に施与され、そこで溶融する。本 発明によれば、当該量の物質を施与されたそのような面区分が、少なくとも当該 量の物質の溶融とこの量の溶融物の固化の間の期間で、即ち、少なくとも凝固時 間の間に重力方向と反対の方向に動かされる。言い換えれば、担持表面の経過に かかわりなく、上記物質は常に重力方向に抗して動かされる担持表面の面区分に 施与され、そこで切削体の成分としてはたらく。幾らかの量の物質を施与された 担持表面の面区分の上記した移動方向のために、切削材料の粒子の浮遊が常に既 に固化した先立つ面区分において起こる。したがって切削体のこれら固化した面 区分は担持表面にその後に施与された切削材料の粒子の更なる浮遊に対する自然 のバリアを構成し、追加的な実行を必要としない。 切削材料粒子のこの浮遊によって、切削体の製作される間、物質溶融物の微小 な面区分が切削体の縦方向に一列に並び、全てが同じ粒子浮遊の動きを有するの で、製作される切削体の縦方向での切削材料粒子の所望の均一分布がもたらされ る。切削体の全高に沿って切削材料粒子の在来の浮遊は、切削体の製作の間の担 持表面の配置と変位のために、完全に回避される。 切削体が本発明にしたがって製作され、その塊くまなくで切削材料の本質的に 均一な分布が達成される。相当に改善された機能 を有するこの切削体は、単に在来の製造装置に対して動く工具ベース体の変更さ れた位置のみが切削体の製作にとり必要であるので、在来の装置によって低コス トで製作可能である。この位置は、重力方向に抗して動く担持表面の面区分上に のみ切削材料含有物質が施与されるような位置である。製造装置内でのコンポー ネントの、即ち、器具の相互の位置は全く変わらずそのままであってもよい。し たがって、切削体での切削材料の規則的な分布が、コストと材料に関して何らの 追加的要求なしに、可能である。 本発明は、どのような切削材料塊でも切削材料の均一な分布を保証する。これ は、平坦な担持表面にとっても並びに表面逃がし部を備えたり横断面にて湾曲す るように、とくにシリンダ状ジャケットのセグメントのようにデザインされた担 持表面にとっても真実である。単に工具ベース体の案内のみは、少なくとも施与 された物質溶融物の凝固時間の間、担持表面の各面区分が重力方向と反対の方向 に動くようになっていなければならない。 切削材料は例えばCBN、ダイヤモンド又はSiCなどである。 切削体内での切削材料粒子の特に良好な規則的分布のために、担持表面の個々 の面区分各々は、少なくともそれらに割り当てられた物質溶融物の凝固時間の間 、重力方向に正確に平行に配され、その移動方向は同じく少なくともこの凝固時 間の間、重力方向に平行に配される。しかしながら多くの場合、切削材料粒子の 十分に規則的な分布は、担持表面の夫々の面区分又はその移動方向が凝固時間の 間に重力方向に対し鋭角に配されるときに、既に得ら れている。十分な切削材料分布のために、少なくとも割り当てられた物質溶融物 の凝固時間の間の重力方向と面区分の表面垂線とによって囲まれた角度は、約6 0°から90°の範囲である(請求項2及び11)。理想的なケースは90°で 、これは平坦な担持表面で実行することが特に容易である。 とりわけ平坦な担持表面の場合、工具ベース体の並進(平行移動又は直動)動 作又は工具ベース体のための並進駆動は、切削体の均一な全高と得られるべき切 削体の規則的な分布(請求項3及び12)にとって好適である。このようにして 、通例の平坦亜担持表面を有した砥石も同じく本発明に係る方法によって製作可 能である。 請求項4に係る工具ベース体の回転動作又は請求項13に係る工具ベース体の ための回転駆動が、円弧乃至円形デザインの横断面形状での工具ベース体にとっ て重視され、その担持表面は横断面的に円弧の形状で延在する。この場合、円弧 の微小な面区分の各々は、それぞれの面区分で物質溶融物の凝固(設定)の間、 重力方向にほぼ平行に延在する。請求項4及び13のやり方の結果として、鋸ブ レードも同じく本発明に係る方法によって製作可能である。 請求項5によれば、切削材料含有物質は金属粉末(例えば銅粉末)と切削材料 粒子の混合物である。この混合物は工具ベース体上の固化した切削体の良好な付 着力を保証する。更にこの混合物はシングルコーティングパスにおける、即ち、 担持表面上に物質 を施与する単一のパスにおける切削体の製造を助ける。 請求項6は、実施に成功した切削材料粒子としてダイヤモンドを提案する。こ れによって、一定の良好な切削の実施を伴いながらの切削体の特に長い寿命を達 成する。 好適な実施形態として、上記物質が担持表面に射出され(請求個7)、あるい は担持表面の方へ向いた供給ノズルを用いて担持表面に射出される(請求項14 )。このやり方によって、或る量の物質が担持表面の連関する面区分に集中する 。したがって使用されない量の物質が減る。これによって、切削体の製造コスト と切削工具全体の製造コストが減る。更に、上記物質の粒子による担持表面の圧 力下の作動は、切削体の機械的に安定した構造と当該切削体の工具ベース体への 付着力とを改善する。 請求項8と15は、担持表面に作用し物質溶融物を生じるレーザビームのエネ ルギーを提案する。これは十分な焦点サイズで担持表面を照射するレーザである 。とりわけ、加熱装置はソリッドレーザ(YAGレーザ)である。好都合にこの 加熱装置は外部から購入できる市販の部品として比較的低い価格で得ることが可 能である。このようにして切削工具の製造コストが限定可能である。 請求項16〜19のやり方は、重力方向に関連した及び/又は上記物質で被覆 された担持表面に関連した供給ノズルの形状をした供給装置に対するレーザの形 状をした加熱装置の好適な位置に関する。供給ノズルに対する加熱装置のこれら の位置は、良好に調整された製造パラメータ、つまり工具ベース体のための駆動 装 置の駆動スピード、物質流量、物質溶融物の凝固時間などを保証する。これはま た要求された材料特性を備えた切削体の製造を簡単にする。 工具ベース体とその担持表面を囲んだ鋳造型を用いることによって、予め定め られた形態の切削体が製造工学の点から正確で且つ容易に製造可能である(請求 項9及び20)。固化する物質溶融物の要求されるどのような立方形形態も、こ の鋳造型を用いることによって厳密に保持可能であり、所望の長さの切削体が製 造可能であり、固化された切削体の縦方向に沿った当該切削体の所望の形状と所 望の形態寸法からの逸脱がない。型鋳造と型とはBROCKHAUS NATURWISSENSCHAFTE N UND TECHNIK、ヴィースバーデン(WIESBADEN、ドイツHessen州の首都)、19 83年、ISBN 3-7653-0357-7、第2巻204頁及び第3巻84頁 から公知である。鋳造型は鋳鉄、鋼から作られる。同じく銅乃至タングステンの 型も本発明に係る切削工具の製造に好適である。 本発明の詳細は図面に関連した例示的な実施態様の以下の記載から明らかとな ろう。ここで、 図1は、重力方向に対し横向きに駆動される工具ベース体を備えた切削工具の製 造のための従来装置の詳細の側面図である; 図2は、図1のII-II線での、固化された従来の切削体の拡大断面図である; 図3は、本発明に係る工具ベース体が重力と逆向きに駆動される、面区分毎に示 された切削工具の製造のための装置の側面図であ る; 図4は、図3の断面線IV-IVでの、本発明にしたがって作られた切削体の拡大断 面図である; 図5は、本発明にしたがって製造された切削工具の第2実施態様の側面図である ; 図6は、図5における矢印VIの方向にしたがう、切削工具の製造のために用いら れる装置と切削工具の部分的な断面平面図である。 図1に係る切削工具は、金属表面の研削のための砥石1である。当該砥石は実 質的に立方形の金属支持細片2と当該細片に支持される研削体としての少なくと も1つの切削体3と備えてなっている。その初期状態において、切削体3は金属 支持細片2の平坦な担持表面5上に切削材料含有金属物質4として施与されてい る。このために切削材料含有物質4が気圧作動する供給ノズル6によって担持表 面5に射出される。そのレーザヘッド8と集束レンズ系によって、レーザ7が同 時にレーザビーム9を発し、そのエネルギーがレーザビーム9と支持表面5の交 互作用域に射出され乃至吹き付けられた物質4の粒子を溶融し、溶融浴を形成し 、そこへ物質4が供給されそこで溶解する。同時に物質4の粒子がレーザビーム 9によって溶融されると同様に担持表面5に付着する。このようにして物質4は 担持表面5と一体化され、切削体3を構成するように固まる。 図1の砥石1は、重力方向Gに対し直角に配された移動方向1 0に駆動される。移動方向10に平行な微少な切削体の縦方向11に配された当 該切削体面区分は、物質4の溶融後に或る凝固時間(セッティング時間)を有す る。この凝固時間の間、物質4に含まれる切削材料粒子12は、重力方向Gに抗 して浮遊する。重力方向Gに対し直角に延在する移動方向10のために、上記粒 子12は切削体3の担持表面と反対側の切削エッジ13の方向に切削体3の全高 に沿って浮遊する。切削工具の従来の製造によって、切削材料の粒子12が切削 エッジ13の近傍に分離され又は集中する一方で、金属マトリックス14を形成 する金属粉末の他の成分は切削材料の粒子12を著しく少ない数で含むか又は全 く粒子12を含まない(図2)。 本発明にしたがう切削工具の製造において、製造装置自体のデザインは図1に 係る従来技術に比べて変わらないままである(図3、図5、図6)。切削工具の 他の実施形態のように砥石1’の切削体3’(図3)の、及び鋸ブレード15の 切削体3”(図5)の本発明に係る製造は、重力方向Gに対する製造装置の、及 び移動方向10,10’の図1に比べて変更された相対配置によってもっぱら得 られる。図3で、砥石1’の支持細片2と担持表面5とは重力方向Gに抗して移 動方向10において駆動装置(図示せず)によって並行移動的に前進される。こ の場合には移動方向10は重力方向Gに平行に配されるが、他の実施形態ではま た、重力方向(G)とで最大で約30°の鋭角を囲むようになっていてもよい。 図5で、鋸ブレード15の金属支持ブレード16は駆 動装置(図示せず)によって移動方向10’において回転するように前進される 。当該支持ブレード16は横断面で円形であり、工具のベース体として作用する 。支持細片2の平坦な担持表面5’の場合において並びに支持ブレード2のシリ ンダ(柱体)状ジャケットの形状をした担持表面5”の場合において、切削材料 を含有する物質4は常に、重力方向Gにほぼ平行に延在する微小な面区分17’ 又は17”に施与され、固められる。当該面区分17’乃至17”の表面垂線( 法線)26と重力方向Gとはほぼ90°の角度wを囲む。レーザビームの軸線1 9の上方に面区分17’と17”を配置する(−wに対応する)か下方に配置す る(+wに対応する)かによる他の実施形態で、角度wは90°>w≧60°に なる。面区分17’又は17”に配される切削材料の粒子12は常にほぼ切削体 の縦方向11乃至11’に浮かぶ。これによって切削体3’乃至3”の全高にわ たって金属マトリックス14(図4)内で粒子12の均一な分布が生じる。切削 材料の粒子12は好ましくはダイヤモンド粒子である。 平坦な担持表面5とシリンダ状ジャケットの形状をした担持表面5’とは切削 体3’又は3”の本発明に係る製造の単なる例示である。当然ながら担持表面の 他の横断面形状も、本発明に係る切削工具の製造にとって可能である。工具ベー ス体と担持表面のすべてのデザインにとって、少なくとも面区分が重力方向Gに 抗して動かされ、切削材料の物質4のその連関する部分が固化プロセスにあるこ とが本質であり、これはこの固化の典型である切削 材料の粒子12の浮遊を伴う。 切削体3’,3”の製造のために、レーザ7が加熱装置として用いられ、供給 ノズル6が供給装置として用いられる。供給ノズル6の開口18は担持表面5’ 乃至5”の方に向けられる。レーザ7のレーザビーム9も同様に担持表面5’乃 至5”の方に向けられる。この場合、レーザビーム軸線19は重力方向Gに対し て横向きに且つ照射された担持表面面区分17’乃至17”に対してほぼ垂直に 延在する。供給ノズル6の縦方向に延在するノズル軸線20とレーザビーム軸線 19とは鋭角を囲み、この鋭角の頂点(アングルポイント)21は切削体3’乃 至3”の塊(ボリューム)内にあって、担持表面5’乃至5”から間隔をおいて いる。 切削体3’や3”を製造する間、レーザビーム9によって照射されるのは、重 力方向Gに平行に延在する面区分17’や17”のほぼ領域である。切削材料を 含有する物質4がレーザビーム9と面区分17’や17”の相互作用の帯域に吹 き込まれ、あるいは射出される。レーザビーム9の十分なエネルギー密度(パワ ーデンシティ)が与えられる場合(例えば5×103W/cm2)、面区分17’ や17”に付着する物質4の粒子は相互作用のこの帯域で溶融し、金属溶融浴を 形成し、供給された物質4がこの中に導入され、そこで溶融する。溶融浴の固化 プロセスの間、面区分17’や17”は重力方向Gにほぼ平行に延び、その結果 、切削材料の粒子12が切削体の縦方向11や11’でのみ浮遊する。 保証されるべき切削体3’や3”を構成するように固まる溶融 浴の立方形形態のために、砥石1’や鋸ブレード15はそれぞれ矩形横断面の型 22によって、あるいは円形横断面の型22’によって囲まれる。事態を簡単化 するために図3及び図5は型22及び22’の半分のみを示す。当該型は支持細 片2の2つの対向する横面23又は支持ブレード16の2つの横面23’の側面 を固め、切削材料を含有する物質4の供給側方24の方向で担持表面5’や5” を越えて出っ張る。型22及び22’は、供給側方24を担持表面5’及び5” に合わせ図6での注ぎ込み凹み25として称される凹みを画定する。物質4がこ の凹みを通して担持表面5’,5”に適用される。 参照番号のリスト 1,1’ 砥石 2 支持細片 3,3’,3” 切削体 4 切削材料含有物質 5,5’,5” 担持表面 6 供給ノズル 7 レーザ 8 レーザヘッド 9 レーザビーム 10,10’ 移動方向 11,11’ 切削体の縦方向 12 切削材料粒子 13 切削エッジ 14 金属マトリックス 15 鋸ブレード 16 支持ブレード 17,17’,17” 面区分 18 ノズル開口 19 レーザビーム軸線 20 ノズル軸線 21 頂点(アングルポイント) 22,22’ 型 23,23’ 横面 24 供給側方 25 注ぎ込み凹み 26 表面垂線 G 重力方向 w 角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I L,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK, MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR ,TT,UA,UG,US,UZ,VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも1つの切削体(3,3’,3”)を有する切削工具(1,1’, 15)を製造する方法にして、 −切削工具(1,1’,15)のベース体(2,16)が切削体(3,3’,3 ’’)の製造の間、動かされ、 −切削材料粒子(12)を含有する物質(4)が上記動かされたベース体(2, 16)の担持表面(5,5’,5”)上に施与され、 −上記物質(4)が担持表面(5,5’,5”)上で溶融し、切削体(3,3’ ,3”)を形成するように固化して担持表面(5,5’,5”)と一体化する ような方法において、 −上記担持表面(5’,5”)がベース体(2,16)の移動方向(10,10 ’)で任意に多数の面区分(17’,17”)に分割可能であること、及び −各面区分(17’,17”)が少なくともその上に施与された上記物質(4) の凝固時間の間に重力方向(G)と反対方向に動くこと を特徴とする方法。 2.担持表面の面区分(17’,17”)の表面垂線(26)と重力方向(G) とが共同で、少なくとも夫々の面区分(17’,17”)上に施与された物質( 4)の凝固時間の間、角度(± w)を囲み、当該角度(±w)に90°≧w≧60°が当てはまることを特徴と する請求項1に係る方法。 3.ベース体(2)の並進動作(10)を特徴とする請求項1又は2に係る方法 。 4.ベース体(16)の回転動作(10’)を特徴とする請求項1又は2に係る 方法。 5.金属粉末(14)と切削材料粒子(12)とを含有する物質(4)が担持表 面(5’,5”)上に施与され溶融することを特徴とする請求項1〜4のいずれ か一項に係る方法。 6.切削材料粒子(12)がダイヤモンド粒子であることを特徴とする請求項1 〜5のいずれか一項に係る方法。 7.上記物質(4)が担持表面(5’,5”)上に射出されることを特徴とする 請求項1〜6のいずれか一項に係る方法。 8.上記物質(4)がレーザビーム(9)のエネルギーによって担持表面(5’ ,5”)上で溶融されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に係る方 法。 9.切削体(3’,3”)が鋳造、特に型鋳造にしたがって製作されることを特 徴とする請求項1〜8のいずれか一項に係る方法。 10.少なくとも1つの切削体(3,3’,3”)を有する切削工具(1,1’ ,15)を製造するための装置にして、 −移動方向(10,10’)にベース体(2,16)を駆動する駆動装置と、 −切削材料粒子(12)を含有する物質(4)を工具ベース体 (2,16)の担持表面(5,5’,5”)上に施与する供給装置(6)と、 −切削体(3,3’,3”)の製造のために担持表面(5,5’,5”)上で上 記物質(4)を溶融し担持表面(5,5’,5”)に結合する加熱装置(7)と を備えてなる装置において、 −上記担持表面(5’,5”)が工具ベース体(2,16)の移動方向(10, 10’)で任意に多数の面区分(17’,17”)に分割可能であること、及び −少なくとも施与された上記物質(4)の凝固時間の間に各面区分(17’,1 7”)が重力方向(G)と反対方向に動くことを特徴とする装置。 11.少なくとも夫々の面区分(17’,17”)上に施与された物質(4)の 凝固時間の間に、上記面区分(17’,17”)の表面垂線(26)と重力方向 (G)とが共同で角度(±w)を囲み、90°≧w≧60°が当てはまることを 特徴とする請求項10に係る装置。 12.駆動装置としての並進装置(10)を特徴とする請求項10又は11に係 る装置。 13.駆動装置としての回転装置(10’)を特徴とする請求項10又は11に 係る装置。 14.供給装置としての供給ノズル(6)のノズル開口(18)が担持表面(5 ’,5”)の方に向いていることを特徴とする請求 項10〜13のいずれか一項に係る装置。 15.加熱装置がレーザ(7)であり、特にソリッドレーザであり、そのレーザ ビーム(9)が担持表面(5’,5”)の方に向いていることを特徴とする請求 項10〜14のいずれか一項に係る装置。 16.レーザビーム軸線(19)が重力方向(G)に対しほぼ横向きに延びてい ることを特徴とする請求項15に係る装置。 17.レーザビーム軸線(19)が照射された担持表面面区分(17’,17” )に対しほぼ垂直であることを特徴とする請求項16に係る装置。 18.供給ノズル(6)の軸線(20)とレーザ(7)のビーム軸線(19)と が鋭角を囲むことを特徴とする請求項14〜17のいずれか一項に係る装置。 19.ノズル軸線(20)とレーザビーム軸線(19)によって形成される頂点 (21)が担持表面(5’,5”)から間隔をおき、担持体の塊内にあることを 特徴とする請求項18に係る装置。 20.担持表面(5’,5”)が、当該担持表面(5’,5”)を越えて上記物 質(4)の供給側(24)の方向に突出し供給側(24)を担持表面(5’,5 ”)につなぐ注ぎ込み凹部(25)を囲む型(22,22’)によって包まれる ことを特徴とする請求項10〜19のいずれか一項に係る装置。
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