JP2005021987A

JP2005021987A - ホットプレスツール

Info

Publication number: JP2005021987A
Application number: JP2004190936A
Authority: JP
Inventors: Devrim Akyuez; アキューズデブリム; Tamer El-Raghy; エル−ラギータマル
Original assignee: Hilti AG; 3One2 LLC
Current assignee: Hilti AG; 3One2 LLC
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2005-01-27
Also published as: CN1576380A; KR20050005755A; EP1496031A1; US20040265405A1

Abstract

【課題】自然の大気条件の下で低コストに使用でき、耐磨耗性が高く、また機械加工が容易なホットプレスツールを得る。
【解決手段】ホットプレス加工によってワークピース６を製造するため、ホットプレスフレーム１に使用する、例えば、スリーブ４、パンチ５よりなるホットプレスツールにおいて、ホットプレスツールを、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した少なくとも１個の材料によって形成し、Ｍを、Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，およびＷからなるグループから選択した成分、Ａを、Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ、Ｔｌ，およびＰｂからなるグループから選択した成分、Ｘを、ＣおよびＮからなるグループから選択した成分とする。選択した材料は、例えば、Ｔｉ_３ＳｉＣ_２，Ｔｉ_２ＡｌＣ，Ｔｉ_４ＡｌＮ_３とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホットプレス加工によってワークピースを製造するため、少なくとも２個の部分からなるホットプレスツールに関するものである。

ホットプレス加工においては、粉体冶金プロセスを使用して基本粉体材料からワークピースを製造し、ワークピースを高温高圧の下でホットプレスツールにより形成する。ホットプレス加工によって製造されるワークピースとしては、例えば、コアドリルビットのための研削セグメントがある。

ホットプレス加工を使用するホットプレスツールは、通常はグラファイトおよび硬質金属によって形成する。しかし、グラファイトで形成した従来のホットプレスツールは、耐磨耗性および耐破壊性が悪いという欠点がある。さらに、高温での抗酸化性が悪いという欠点もある。硬質金属で形成したホットプレスツールには、重量が重く、機械加工が困難であり、温度および抗酸化性に限界があるという欠点がある。このように抗酸化性が悪かったり、限界があったりするため、ホットプレスツールは不活性雰囲気中で使用するのが一般的である。

したがって、本発明の目的は、自然の大気条件の下で低コストに使用できるホットプレスツールを得るにある。
さらに、本発明の目的は、耐磨耗性が高く、また機械加工が容易なホットプレスツールを得るにある。

この目的を達成するため、本発明は、ホットプレスツールを、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した少なくとも１個の材料によって形成し、
Ｍを、Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，およびＷからなるグループから選択した成分、
Ａを、Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ、Ｔｌ，およびＰｂからなるグループから選択した成分、
Ｘを、ＣおよびＮからなるグループから選択した成分
としたことを特徴とする。

Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの化合物および実験室規模の製造は、１９６７年から知られている。変数ｎは１〜３の値が固定である。米国特許第５，９４２，４５５号明細書には、このような化合物を大量生産することが記載されている。

化合物Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの材料としてはセラミック材料があり、このようなセラミック材料は温度に依存しない機械的特性を有する。化合物Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで形成したホットプレスツールは、耐磨耗性が高く、しかも機械加工が容易である。高温でＭ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの化合物から製造することができるホットプレスツールの高い抗酸化性によれば、これら材料から製造したツールを自然の大気条件の下で使用することができる。さらに、適正なツール部分、変数ｎを選択することによって、化合物Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで形成するホットプレスツールには、硬質金属と同様の導電性を持たせることができる。

ホットプレスツールは、それ自体は既知である粉体冶金加工を使用して粉末材料から所望の形状に製造することができる。ホットプレスツールは、例えば、最終形状および寸法として、すなわち、「正味形状」で製造することができる。代案として、化合物Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで形成するホットプレスツールは、基本形状に予形成し、次の加工で最終形態にすることができる。基本形状のホットプレスツールに対して、電食機械加工、研削加工、ドリル加工、鋸引き加工等を加えることができる。

ツール部分、および化合物Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎにおける化学量係数の選択は、ホットプレスツールの好ましい特性に基づいて行う。

グループＭからＴｉ、グループＡからＳｉ、グループＸからＣを選択し、好適な変数をｎ＝２とした場合、化合物Ｔｉ_３ＳｉＣ_２が得られる。この化合物から製造したホットプレスツールは、機械的特性が特別に良好である。

特別に良好な抗酸化性を有するホットプレスツールは、グループＭからＴｉ、グループＡからＡｌ、グループＸからＣを選択し、ｎ＝１とした場合のＴｉ_２ＡｌＣの材料により得られる。

高い電気抵抗を有するホットプレスツールは、グループＭからＴｉ、グループＡからＡｌ、グループＸからＮを選択し、ｎ＝３とした場合のＴｉ_４ＡｌＮ_３の材料によって得られる。

好適には、ホットプレスツールを、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの材料グループから選択した一つの材料からほぼ全体的に製造する。しかし、化合物Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎから部分的のみ製造することもできる。ホットプレスツールを製造するのに数個の材料を使用する場合、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの材料グループから選択する材料は、ツールの外側表面または外側層を形成するものとし、また材料の全体量のうちの百分率分量を構成するものとすることができる。

好適には、ホットプレスツールにおいて外側層を化学式Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化合物により形成して基体に被覆する。この基体は、例えば、硬質材料によって形成し、この基体上に適当な厚さの化合物Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの層を体積させる。外側層の厚さは、必要とされる特性、およびホットプレスツールを使用する際の条件によって決定する。このようなホットプレスツールは、外側層が磨耗した後、新たな層を基体上に体積させることができる。したがって、基体は何回も使用することができる。

好適には、ホットプレスは、パンチおよび／またはスリーブとして形成する。スリーブはボトム付き、したがって、ポット状部材として形成することができる。さらに、ホットプレスフレームの他の構成部材、例えば、ダイス型、仕切り壁、ピン、コア、ねじ等を、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した材料によって製造することができる。

次に、図面につき本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明によるホットプレスツールを有するホットプレスフレーム１の部分縦断面を線図的に示す。ホットプレスフレーム１には、複数個の窪み３（図面では１個のみの窪み３を示す）を有するダイス型２を設ける。本発明によるホットプレスツールは、３個の部分、即ち、窪み３に配置して第１ホットプレスツールとして機能するスリーブ４と、第２ホットプレスツールとして機能するパンチ５と、同様に窪み内に配置して第３ホットプレスツールとして機能するボトム部材８とにより構成する。３部分構成のホットプレスツールを編成することにより、製造されるワークピース６は、完全に本発明によるホットプレスツールを構成する各ホットプレスツールの部分によって包囲される。このことにより、自然の大気条件の下にワークピース６を製造することができる。本発明の好適な実施例によれば、スリーブ４は、ポット状部材として、ボトム部材８と一体に形成することができる。

ホットプレス加工によって製造するワークピース６は、例えば、粉体成形体、冷間プレス加工材、または焼結体として予形成し、つぎにスリーブ４内に配置する。パンチ５を、高温下で、ダイス型２に向けて矢印７の方向に大きな圧力で押し込み、ワークピース６を十分に圧縮する。基本的には、ワークピース６を製造するため、粉体冶金プロセスを使用する。Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した材料でダイス型２を形成するとき、窪み３内にスリーブ４配置することは不要にすることができ、この場合、パンチ５を、窪み３の内面９に沿って直接摺動させる。

パンチ５、スリーブ４、および必要であればダイス型２も、上述したＭ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した材料で粉体冶金プロセスを使用して製造する。ホットプレスツールの各部分は、好適には、完成体として製造する。しかし、ホットプレスツールの各部分は、まず基材として製造し、ついで、他の加工ステップ、例えば、切削、研削等を使用して最終形態に形成することができる。

図２に斜視図を示す第１の実施例のパンチ５は円柱体として形成し、スリーブ４の内面寸法、または窪み３の内面寸法に対応する外面寸法にする。高い抗酸化性、高温下での良好な特性、および良好な耐摩耗性を確実にするため、パンチ５は、上述のように、化学式がＭ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される材料グループから選択した材料で製造する。

図３は、上述したように、スリーブ４の斜視図を示す。このスリーブ４は筒状とし、パンチ５の外面寸法および窪み３の内面寸法に対応する寸法を有するものとする。スリーブ４がホットプレスフレームにおいてホットプレスツールとしての機能を確実に果たすことができるようにするため、スリーブ４も、パンチ５と同様に、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した材料で製造する。

図４には、第２の実施例のパンチ１１を示す。このパンチ１１は、外側層１３を設けた円柱状の基体１２とし、この外側層１３をＭ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した材料で形成する。基体は、例えば、硬質材料で形成することができる。

本発明による第２の実施例の組み合わせ型ホットプレスツールを図５に示す。この第２実施例のホットプレスツールは、仕切り壁２２．１および２２．２によって互いに間隔をあけた壁部分２１．１および２１．２を有する。仕切り壁２２．１および２２．２によって互いに区切られた空間２３内に矩形形状のパンチ（図示せず）を導入する。

この組み合わせ型ホットプレスツールの各部分は、高い機械的特性と、融通性のある組立形態に特徴がある。特別な形状を有するホットプレスツールを低コストで製造することができる。ホットプレスツールの各部分は、例えば、ねじによって連結することができ、やはり、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎの化学式で表される材料グループから選択した材料で製造する。

Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループの材料としては、例えば、Ｔｉ_３ＳｉＣ_２，Ｔｉ_２ＡｌＣ，Ｔｉ_４ＡｌＮ_３の化合物がある。

上述したところは、単に本発明の例を示したに過ぎず、本発明はこれに限定するものではなく、当業者であれば種々の変更を加えることができるであろう。特許請求の範囲の精神および範囲内でのすべての実施例および変更例も本発明に含まれる。

本発明によるホットプレスツールを有するホットプレスフレームの線図的断面図である。図１に示すパンチの斜視図である。図１に示すスリーブの斜視図である。本発明によるパンチの他の実施例の斜視図である。本発明によるホットプレスツールの第２の実施例の斜視図である。

符号の説明

１ホットプレスフレーム
２ダイス型
３窪み
４スリーブ
５パンチ
６ワークピース
８ボトム部材
９窪みの内面
１１パンチ
１２基体
１３外側層
21.1,21.2 壁部分
22.1,22.2 仕切り壁
２３空間

Claims

ホットプレス加工によってワークピースを製造するホットプレスツールにおいて、前記ホットプレスツールを、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した少なくとも１個の材料によって形成し、
Ｍを、Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，およびＷからなるグループから選択した成分、
Ａを、Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ、Ｔｌ，およびＰｂからなるグループから選択した成分、
Ｘを、ＣおよびＮからなるグループから選択した成分
としたことを特徴とするホットプレスツール。
選択した材料を、Ｔｉ_３ＳｉＣ_２とした請求項１記載のホットプレスツール。
選択した材料を、Ｔｉ_２ＡｌＣとした請求項１記載のホットプレスツール。
選択した材料を、Ｔｉ_４ＡｌＮ_３とした請求項１記載のホットプレスツール。
ホットプレスツール（４，５；２１．１，２１．２，２２．１，２２．２）を、化学式Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される材料グループから選択した材料によって構成した請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のホットプレスツール。
ホットプレスツール（１１）を、Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化学式の材料グループから選択した材料よりなる外側層（１３）を設けた基体（１２）により構成した請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のホットプレスツール。
ホットプレスツールを、パンチ（５，１１）および／またはスリーブ（４）によって構成した請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のホットプレスツール。