JP2005503929A - 鋳型のフライス切削方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、鋳型材料、特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型の製造方法、あるいは合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルの内側輪郭を作るための方法に関し、特に鋳物材料からなる試作モデルを迅速に製造する際に、大きな体積と深い型彫りの鋳型加工ができる。加工効率を向上させるため、まず、典型的には３００mm〜４００mmの鋳型空洞深さに相当する寸法の鋳型材料のブロックが作られる。次いで、鋳型の内側輪郭が、鋳型空洞の内壁の輪郭から近い所定間隔を隔てた寸法取りで、有効切削直径が１２mm〜３５mmの粗仕上げ工具(4)によって形成される。続いて、鋳型空洞は、直径-長さ比が１:１０〜１:３０の下フライス(3)を用いて、上記寸法取りされた鋳型材料がならいを用いて迅速に仕上げ切削される。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型材料、特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型の製造、あるいは合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルの内側輪郭を製造するための方法および工具に関し、特に鋳物材料からなる試作モデルを迅速に製造する際の鋳型の加工に大きな体積と深い型彫りが得られる方法および工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
深い型彫りを伴う鋳型の製造は、ＤＥ １９５４４５７３Ｃ１に記載の従来技術によれば、規格化された工具の選択によって可能になる階層技術が必要になる。ＤＥ １９５４４５７３Ｃ１は、所定または場合によっては変動する壁厚をもつ板状の未加工品を基礎構造または先に加工された未加工品に次々に平面的に接合し、各層を、下から上に向いたフライス工具によってその層を切削すべき数値制御プログラムに従って、層の下方に向いた側面から上方へ加工することを前提としている。従って、仕上げ加工は、板状の材料層から連続して行なわれる。常に比較的薄い均質な層を加工すればよいので、所定の材料の切削データは最適化することができる。特に、層厚が一定で同じ材料の場合、切削パラメータが常に同じということになる。
【０００３】
接着剤の適用と層の接着のための付加的な出費は、層の構築の際の累増する誤差を避けるためには不都合である。各輪郭加工の前または後に、自由側面は、平面フライスによって予め定められた距離量にされる。外縁には、次の未加工品を接合面に正確に位置合わせし、先に加工された未加工品に接合するための支持領域が必要になる。
【０００４】
このように、規格化されたフライス工具を適用する場合、高速加工という利点が、逆に部分的に相殺される。規格化されたフライス工具は、通常、直径が６mmで突出長が最大で２４mmのボールヘッドを有する。従って、直径-長さ比は、１:４から最大で１:８になる。このように直径-長さ比が比較的小さいため、加工は必然的に単一の層になる。
【０００５】
鋳型形成における高速加工によって、非常に高い表面品質が達成できるので、多くの場合、続く仕上げ加工工程は、総てまたは部分的に無くなる。こうして、寸法誤差と形状誤差および表面品質に関して要求される最終形状精度に適合する表面が製造できる。特に、鋳型の形状が複雑な場合、より速い送り速度による高速加工の際の主要時間は、相当低減できる。ボールヘッドフライスの場合、表面の粗度は、予め与えられた工具直径によって決まる。より小さいコーナー半径は、トーラスフライスによって達成できるが、このトーラスフライスは、ターンオーバープレートのための掴み要素が原因で、寸法と質量が本質的により大きくなる。
【０００６】
他方、切削速度は、高速加工では通常の加工領域における場合の５〜１０倍になるので、使用するフライス工具への要求が高まる。高速加工用のフライス工具は、大きな遠心力荷重を受ける。周速が速くなるに伴って、通常の加工では重要性が低かった工具のアンバランスについても考慮しなければならない。回転数が高まると、工具のアンバランスによって、本来の掴み力以上の力が生じる。このような理由から、特にターンオーバープレート工具における構造上の設計によって、高速加工への適用は制限される。切削速度の上昇に伴って、高温と激しい摩耗によって工具費が増大する。
実際、冒頭で述べた規格化されたフライス工具は、満足できる結果を達成できないことが明らかになった。これは、先ず第１に、高い回転速度において発生する遠心力によって生じる工具の荷重によって引き起こされる。一方、バランスをとった中実の工具は、通常、臨界的な挙動を示さず、特に質量および直径の大きいターンオーバープレートをもつ従来の形状の工具には、遠心力は殆ど生じない。このような背景から、高速加工に適した工具が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、鋳型材料、特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型、あるいは合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルの深い型彫りを伴う製造における効率を向上できる方法および工具を提供することを目的とする。
【０００８】
（その解決方法）
本発明によれば、上記課題は、請求項１の特徴をもつ方法および請求項２の特徴をもつフライス工具によって解決される。本発明の更なる有利な構成は、下位の請求項で明らかになる。
【０００９】
（従来技術より有効な効果）
本発明の方法によれば、直接の鋳型材料-フライス加工によって鋳型を安価かつ短時間に製造することができる。長く突出するフライス工具によって、セッティングにおける鋳型の完全な加工が可能になり、層毎の接着なしで迅速に鋳型,モデル,試作モデルを製造することができる。従って、鋳型全体の精度を、今まで知られなかった具合に本質的に高めることができる。フライス工具の切削刃は、さらに小さなコーナー半径で形成することができ、その結果、鋳型において複雑な輪郭を極めて高い精度で形成することができる。工具の軸は、高い細長比を有する。フライス工具のこのような特徴によって、従来の工具が近づけなかった深い位置にある小さな鋳型部分においても複雑な輪郭を形成することができる。新しい切削材料を用いることによって、速い送り速度でもって切削速度を最大にでき、製造時間を著しく短縮し、表面品質を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１には、鋳型材料のブロックが示され、このブロックは、深い位置にある輪郭２をもつ鋳型１の部材として加工される。深い位置にある輪郭２は、図２に示される。鋳型１の定義には、鋳物砂特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型、あるいは合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルが含まれる。他の適用分野は、例えば黒鉛電極である。以降、鋳型１という名称を用いる。
【００１１】
鋳型１は、通常、少なくとも２つの半割鋳型あるいは複数の鋳型部材からなり、これらは、鋳造技術で用いられる中子と一緒に完全な鋳型に組み立てられる。鋳型１の製造には、まず、鋳型材料または結合材を含有する鋳物砂から鋳型材料ブロックが作られ、この鋳型材料ブロックは、通常、寸法的には半割鋳型に相当する。鋳型１の高さ、従って鋳型材料ブロックの厚さは、深い位置にある輪郭２を加工するフライス工具の突出長によって概ね決まる。深い位置にある輪郭２の加工は、図２に示す仕上げフライス３によって行なわれ、この仕上げフライスは、３００〜４００mmの最大突出長を有する。こうして、鋳型空洞深さは４００mmに達し、個々の鋳型層を接着剤で接着することを回避することができる。しかし、この方法は、半割鋳型の製造に限定されるものではない。むしろ、この方法の助けで個々の鋳型材料ブロックは、所定の寸法に加工でき、より大きい鋳型１に組み立てられることができる。
【００１２】
鋳型１の加工は、一般に幾何学的形状の粗仕上げと仕上げとに細分される。この２つのステップでの異なる要求によって、粗仕上げおよび仕上げの双方に対して、特別の加工方法が目的に適う。
【００１３】
粗仕上げの目的は、鋳型を続く仕上げ工程に適合させるべく、大きな材料体積を経済的かつ迅速に加工することである。図１によれば、まず、鋳型１の内側輪郭が、鋳型空洞の内壁の輪郭から所定距離隔てた寸法で、粗削り工具４の形態のフライス工具によって仕上げられる。粗仕上げ工具４を用いた幾何学的形状に適合した入念な粗削りによって、粗仕上げ加工は、大きな送り速度と速い切削速度でもって、必要かつ少ない量に減じられる。
【００１４】
フライス工具は、さらに詳しくは述べない高速スピンドルによって高い回転数で駆動される。フライス工具は、工具ホルダが高い剛性をもち、システムに対する大きな緩衝能をもつ高回転数に適したチャック５によって取り付けられる。ここで、圧力ばめ技術または焼ばめ技術を用いたチャックシステムが適する。振動緩衝能の不足は耐久寿命に悪影響を及ぼすので、振動緩衝能の高いチャックシステムを用いるのがより好ましい。
【００１５】
他方、図２に示す仕上げフライス３については、近づきにくい鋳型領域にフライスにとって最適な条件を作るために、細長い工具ホルダをもつチャック５を用いるのがより好ましい。粗削りフライスに対しては、大きな掴み荷重と横荷重を受けるために、非常に剛なチャックシステムを用いることができる。チャック作用は、一般に工具ホルダの弾性変形に基づいている。これとは逆に、圧力ばめ技術または焼ばめ技術に代えて可動部材を備えた同様のコレットを用いることができる。対称な構成と最適な慣性品質は、高い円軌道精度とフライス結果の改善のための条件として、チャック手段の選択の際に重要である。コレットホルダでは、軸の端部は工具軸７のチャック軸６でもって直接コレットに固定できる一方、圧力ばめ技術または焼ばめ技術では、図１に示すように、工具軸７から突出し、かつ、工具ホルダに適合したアダプタ軸８の構成が備えられる。
【００１６】
図１の鋳型ブロックのフライス加工は、有効切削直径が１２〜４０mmの粗削り工具４を用いて行なわれる。上記切削直径は、鋳型１を経済的に製造するためには、３０〜３５mmであるのが好ましい。粗削り工具の軸直径は、このように仕上げフライス３の軸直径よりも概ね大きい。これは、工具軸の外直径が、切削板９が受ける切削板９の自由掴み長さに依存する曲げ応力と関連しているからである。
【００１７】
粗削りフライス加工の後に、図２に示す仕上げフライス３を用いた鋳型空洞の仕上げ加工が行なわれる。仕上げフライス加工では、仕上げフライス３により、寸法取りされた鋳型材料をならいを用いて迅速に仕上げ切削し、仕上げフライス３は、既述のチャックホルダに装着され、高回転数で駆動される。
【００１８】
さらに、仕上げフライス加工は、鋳型斜面のあるまたはない鋳型のフライス切削および予仕上げ切削と仕上げ切削を包含する。仕上げ切削には、粗削り工具４よりも有効工具直径が小さく、直径-長さ比が１:１０〜１:３０、好ましくは１１:３〜１:２５の後述する仕上げフライス３が用いられる。最後に、鋳型１は、鋳型材料の表面を仕上げ切削され、鋳型空洞に分離剤(パーティングコンパウンド)を塗布して平滑にされる後処理を施されて、組み立ておよび鋳造工程に備えられる。
【００１９】
図３〜図６には、粗削り工具４または仕上げフライス３の形態の高速フライス加工に必要なフライス工具が、工具軸７が薄い壁厚のスリーブ体で構成されているという共通点で特徴づけられている。この工具軸７は、バランスがとられていて、アンバランスを回避すべく回転対称に形成されている。工具軸７は、１つまたは複数の切削板９あるいは羽根状の埋め金をもつ切削ヘッド１１を端面に備えている。工具軸７は、反対側の端部領域のスリーブ面に、平滑な円筒軸をもつ掴み軸６を備え、この掴み軸６は、それ自身十分な剛性を有して、コレットホルダによってモータ軸に固定できる。
【００２０】
掴み軸６は、剛性を高めるべく例えば圧力ばめ技術を用いて、スリーブ内面の領域に工具ホルダに装着すべく圧力ばめで嵌め込まれた軸体１２を備えて、補強されている。これにより、掴み軸６は、チャック５に直接装着できる。工具軸７の直径をチャック５の予め与えられた寸法に適合させるため、モータ軸の工具ホルダに適合し、軸体１２をもつ工具軸７から突出したアダプタ軸８を備えることができる。こうして、予め与えられたチャック５に適用できる外直径の異なる工具軸７をもつフライス工具が適用できるようになり、このフライス軸は、各加工課題に適合している。
【００２１】
軸直径の増加に伴って生じる質量の増加を減じるべく、図５の工具軸７の壁厚は、その回転軸に沿って端面に向かって先細りに形成することができる。工具軸７の先細りは、切削板９の軌道円直径が、アダプタ軸８をもつ軸体１２の領域における工具軸７の最大外直径よりも大きくなるように形成される。壁厚の先細りは、原理的に内直径が一定で円錐状に延びあるいは段を付けたスリーブ外面によって簡単かつ正確に形成することができる。
【００２２】
これに対して、機能的な特性の向上は、外直径が一定の円筒状のスリーブ外面と、掴み軸６と端面１３との間に円錐状または下方に向かって拡大する非円筒状のスリーブ内面とを備えた工具軸７によって達成される。ここで、掴み軸６の領域でのスリーブの拡大は、端面１３の領域におけるスリーブの拡大よりも小さくなっている。この解決策の利点は、切削ヘッド１１の領域において工具軸７の質量が相当少ないことである。
【００２３】
切削ヘッド１１は、硬質金属板から切り出された切削板９を備え、この切削板は、工具軸７のスリット１４に形状ロック的(係合)または摩擦力ロック的(圧入)に連結されている。切削板９は、コーティングされてもよく、あるいは高速度鋼やセラミックやサーメットから作ることもできる。切削板９は、略１〜３mmの厚さの板状の材料から電蝕(ワーヤ放電加工)によって切り出すことができる。切削板９の掴み輪郭は、固定方法の都合に合わせる。切削板９の形状と配置によって、切削方法の経済性は、有利に影響されうる。
【００２４】
図３に示すような仕上げフライス３は、軌道円直径が６〜１２mmの切削板９を備えている。軌道円直径は、８〜１０mmであるのが好ましい。コーナー半径１５は、１mmから直径の半分までであり、これによって小さい外縁半径をもつ鋳型も実現できる。切削ヘッド１１への切削板９の固定は、例えば収縮ばめなどの摩擦力ロック的嵌め込み(圧入)によって行なわれ、これによって、取り扱いが簡単なので切削板９の交換の際に組立て費用を削減できる。工具軸７は、１:１０〜１:３０、より好ましくは１:１３〜１:２５の直径-長さ比を有する。
【００２５】
図４によれば、工具軸７の端面１３に直径方向に設けられたスリット１４に、切削板９を部分的に装着すれば、切削板９の円軌道精度および緩衝能を高めることができる。切削板９はスリット１４に形状ロック的に配置され、かつ、材料ロック的(接着剤)に固定されて、自由突出長が減少する。円軌道精度の更なる向上は、図５に示す工具軸７の円錐状の延在によって可能になる。幾何学的形状によって生じるこの利点に加えて、切削板９のより長い耐用寿命によって更なる利点が生じる。
【００２６】
図５の粗削り工具４では、切削板９の工具軸７への嵌め込み長さは、減じられて、切削板９の軌道円直径よりも僅かに小さくなっている。切削板９の板厚に依存して、工具軸７の直径は、切削板９の直径よりも４mm〜８mmだけ小さくなっている。切削体の軌道円直径の寸法は、１２mm〜４０mmであり、好ましくは３０mm〜３５mmである。工具軸７の直径-長さ比は、１:３.５〜１:１１である。スリット１４に形状ロック的に配置された図６の切削板９は、軸直径を略４mmだけ小さく選ぶことができる。
【００２７】
結合材を含有する鋳物砂からなる大きな砂型を作ったり、直接の鋳型-フライス加工を行なったりする場合、経済性および鋳物部材の品質の点から、鋳型砂の結合材含有量に依存して切削直径が４０mm〜９０mm、好ましくは５０mm〜８０mmのフライス工具を用いるのが目的に適っている。モデルに結びついた鋳型製造方法は、改善された作業データをもつフライス工具で置き換えることができることが明らかになった。
【００２８】
本発明の思想は、大きな鋳物部材を製造する場合は、より速い切削速度のフライス工具で実現できる表面粗さのより大きい鋳物砂型を用いるという考えに本質的に基づいている。砂鋳型に用いられる鋳型材料は、通常、石英砂と結合材の混合物を含有する鋳物砂からなる。しかし、大きな鋳物部材用の鋳型材料は、金属や合成樹脂からなる通常の材料とは異なり、切削加工することができない。このような理由から、切削挙動の差異は結合材の含有量に依存するという事実が認識された。
【００２９】
さらに、鋳物部材の表面粗さは、砂粒度に決定的に影響される。低い回転数でより大きな有効切削直径によってもたらされる速い切削速度によって、大きな鋳物部材の上記砂粒度の領域に在る表面粗さが達成される。大きな外直径をもつフライス工具は、経済性および鋳物部材の品質の観点から、直接の鋳型材料-フライス加工が工業的環境においてもモデルに結びついた鋳型製造方法に置き換わることを可能にする。有効切削直径を増加させ、同時に回転数を減少させることによって、アンバランス力による工具の曲がりなどの回転数に依存する作用は、減じることができる。その結果、工具の曲がりとチャタリング傾向は、最小化できる。同様に、長く突出する工具を用いることによって、ワークの寸法精度および表面品質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、粗仕上げフライスを用いた鋳型加工による方法の部分断面図である。
【図２】図２は、仕上げフライスを用いた鋳型加工を示す図である。
【図３】図３は、摩擦力ロッキングで固定された切削板をもつ仕上げフライスを示す図である。
【図４】図４は、形状ロッキングで保持された切削板をもつ仕上げフライスを示す図である。
【図５】図５は、摩擦力ロッキングで固定された切削板をもつ粗仕上げフライスを示す図である。
【図６】図６は、形状ロッキングで保持された切削板をもつ粗仕上げフライスを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 鋳型
２ 深い位置にある輪郭
３ 仕上げフライス
４ 粗削り工具
５ チャック
６ 掴み軸
７ 工具軸
８ アダプタ軸
９ 切削板
１１ 切削ヘッド
１２ 軸体
１３ 端面
１４ スリット
１５ コーナー半径
【０００１】
本発明は、鋳型材料、特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型の製造、あるいは合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルの内側輪郭を製造するための方法および工具に関し、特に鋳物材料からなる試作モデルを迅速に製造する際の鋳型の加工に大きな体積と深い型彫りが得られる方法および工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
深い型彫りを伴う鋳型の製造は、ＤＥ １９５４４５７３Ｃ１に記載の従来技術によれば、規格化された工具の選択によって可能になる階層技術が必要になる。ＤＥ １９５４４５７３Ｃ１は、所定または場合によっては変動する壁厚をもつ板状の未加工品を基礎構造または先に加工された未加工品に次々に平面的に接合し、各層を、下から上に向いたフライス工具によってその層を切削すべき数値制御プログラムに従って、層の下方に向いた側面から上方へ加工することを前提としている。従って、仕上げ加工は、板状の材料層から連続して行なわれる。常に比較的薄い均質な層を加工すればよいので、所定の材料の切削データは最適化することができる。特に、層厚が一定で同じ材料の場合、切削パラメータが常に同じということになる。
【０００３】
接着剤の適用と層の接着のための付加的な出費は、層の構築の際の累増する誤差を避けるためには不都合である。各輪郭加工の前または後に、自由側面は、平面フライスによって予め定められた距離量にされる。外縁には、次の未加工品を接合面に正確に位置合わせし、先に加工された未加工品に接合するための支持領域が必要になる。
【０００４】
このように、規格化されたフライス工具を適用する場合、高速加工という利点が、逆に部分的に相殺される。規格化されたフライス工具は、通常、直径が６mmで突出長が最大で２４mmのボールヘッドを有する。従って、直径-長さ比は、１:４から最大で１:８になる。このように直径-長さ比が比較的小さいため、加工は必然的に単一の層になる。
【０００５】
鋳型形成における高速加工によって、非常に高い表面品質が達成できるので、多くの場合、続く仕上げ加工工程は、総てまたは部分的に無くなる。こうして、寸法誤差と形状誤差および表面品質に関して要求される最終形状精度に適合する表面が製造できる。特に、鋳型の形状が複雑な場合、より速い送り速度による高速加工の際の主要時間は、相当低減できる。ボールヘッドフライスの場合、表面の粗度は、予め与えられた工具直径によって決まる。より小さいコーナー半径は、トーラスフライスによって達成できるが、このトーラスフライスは、ターンオーバープレートのための掴み要素が原因で、寸法と質量が本質的により大きくなる。
【０００６】
他方、切削速度は、高速加工では通常の加工領域における場合の５〜１０倍になるので、使用するフライス工具への要求が高まる。高速加工用のフライス工具は、大きな遠心力荷重を受ける。周速が速くなるに伴って、通常の加工では重要性が低かった工具のアンバランスについても考慮しなければならない。回転数が高まると、工具のアンバランスによって、本来の掴み力以上の力が生じる。このような理由から、特にターンオーバープレート工具における構造上の設計によって、高速加工への適用は制限される。切削速度の上昇に伴って、高温と激しい摩耗によって工具費が増大する。
実際、冒頭で述べた規格化されたフライス工具は、満足できる結果を達成できないことが明らかになった。これは、先ず第１に、高い回転速度において発生する遠心力によって生じる工具の荷重によって引き起こされる。一方、バランスをとった中実の工具は、通常、臨界的な挙動を示さず、特に質量および直径の大きいターンオーバープレートをもつ従来の形状の工具には、遠心力は殆ど生じない。このような背景から、高速加工に適した工具が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、鋳型材料、特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型、あるいは合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルの深い型彫りを伴う製造における効率を向上できる方法および工具を提供することを目的とする。
【０００８】
（その解決方法）
本発明によれば、上記課題は、請求項１の特徴をもつ方法および請求項２の特徴をもつフライス工具によって解決される。本発明の更なる有利な構成は、下位の請求項で明らかになる。
【０００９】
（従来技術より有効な効果）
本発明の方法によれば、直接の鋳型材料-フライス加工によって鋳型を安価かつ短時間に製造することができる。長く突出するフライス工具によって、セッティングにおける鋳型の完全な加工が可能になり、層毎の接着なしで迅速に鋳型,モデル,試作モデルを製造することができる。従って、鋳型全体の精度を、今まで知られなかった具合に本質的に高めることができる。フライス工具の切削刃は、さらに小さなコーナー半径で形成することができ、その結果、鋳型において複雑な輪郭を極めて高い精度で形成することができる。工具の軸は、高い細長比を有する。フライス工具のこのような特徴によって、従来の工具が近づけなかった深い位置にある小さな鋳型部分においても複雑な輪郭を形成することができる。新しい切削材料を用いることによって、速い送り速度でもって切削速度を最大にでき、製造時間を著しく短縮し、表面品質を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１には、鋳型材料のブロックが示され、このブロックは、深い位置にある輪郭２をもつ鋳型１の部材として加工される。深い位置にある輪郭２は、図２に示される。鋳型１の定義には、鋳物砂特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型、あるいは合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルが含まれる。他の適用分野は、例えば黒鉛電極である。以降、鋳型１という名称を用いる。
【００１１】
鋳型１は、通常、少なくとも２つの半割鋳型あるいは複数の鋳型部材からなり、これらは、鋳造技術で用いられる中子と一緒に完全な鋳型に組み立てられる。鋳型１の製造には、まず、鋳型材料または結合材を含有する鋳物砂から鋳型材料ブロックが作られ、この鋳型材料ブロックは、通常、寸法的には半割鋳型に相当する。鋳型１の高さ、従って鋳型材料ブロックの厚さは、深い位置にある輪郭２を加工するフライス工具の突出長によって概ね決まる。深い位置にある輪郭２の加工は、図２に示す仕上げフライス３によって行なわれ、この仕上げフライスは、３００〜４００mmの最大突出長を有する。こうして、鋳型空洞深さは４００mmに達し、個々の鋳型層を接着剤で接着することを回避することができる。しかし、この方法は、半割鋳型の製造に限定されるものではない。むしろ、この方法の助けで個々の鋳型材料ブロックは、所定の寸法に加工でき、より大きい鋳型１に組み立てられることができる。
【００１２】
鋳型１の加工は、一般に幾何学的形状の粗仕上げと仕上げとに細分される。この２つのステップでの異なる要求によって、粗仕上げおよび仕上げの双方に対して、特別の加工方法が目的に適う。
【００１３】
粗仕上げの目的は、鋳型を続く仕上げ工程に適合させるべく、大きな材料体積を経済的かつ迅速に加工することである。図１によれば、まず、鋳型１の内側輪郭が、鋳型空洞の内壁の輪郭から所定距離隔てた寸法で、粗削り工具４の形態のフライス工具によって仕上げられる。粗仕上げ工具４を用いた幾何学的形状に適合した入念な粗削りによって、粗仕上げ加工は、大きな送り速度と速い切削速度でもって、必要かつ少ない量に減じられる。
【００１４】
フライス工具は、さらに詳しくは述べない高速スピンドルによって高い回転数で駆動される。フライス工具は、工具ホルダが高い剛性をもち、システムに対する大きな緩衝能をもつ高回転数に適したチャック５によって取り付けられる。ここで、圧力ばめ技術または焼ばめ技術を用いたチャックシステムが適する。振動緩衝能の不足は耐久寿命に悪影響を及ぼすので、振動緩衝能の高いチャックシステムを用いるのがより好ましい。
【００１５】
他方、図２に示す仕上げフライス３については、近づきにくい鋳型領域にフライスにとって最適な条件を作るために、細長い工具ホルダをもつチャック５を用いるのがより好ましい。粗削りフライスに対しては、大きな掴み荷重と横荷重を受けるために、非常に剛なチャックシステムを用いることができる。チャック作用は、一般に工具ホルダの弾性変形に基づいている。これとは逆に、圧力ばめ技術または焼ばめ技術に代えて可動部材を備えた同様のコレットを用いることができる。対称な構成と最適な慣性品質は、高い円軌道精度とフライス結果の改善のための条件として、チャック手段の選択の際に重要である。コレットホルダでは、軸の端部は工具軸７のチャック軸６でもって直接コレットに固定できる一方、圧力ばめ技術または焼ばめ技術では、図１に示すように、工具軸７から突出し、かつ、工具ホルダに適合したアダプタ軸８の構成が備えられる。
【００１６】
図１の鋳型ブロックのフライス加工は、有効切削直径が１２〜４０mmの粗削り工具４を用いて行なわれる。上記切削直径は、鋳型１を経済的に製造するためには、３０〜３５mmであるのが好ましい。粗削り工具の軸直径は、このように仕上げフライス３の軸直径よりも概ね大きい。これは、工具軸の外直径が、切削板９が受ける切削板９の自由掴み長さに依存する曲げ応力と関連しているからである。
【００１７】
粗削りフライス加工の後に、図２に示す仕上げフライス３を用いた鋳型空洞の仕上げ加工が行なわれる。仕上げフライス加工では、仕上げフライス３により、寸法取りされた鋳型材料をならいを用いて迅速に仕上げ切削し、仕上げフライス３は、既述のチャックホルダに装着され、高回転数で駆動される。
【００１８】
さらに、仕上げフライス加工は、鋳型斜面のあるまたはない鋳型のフライス切削および予仕上げ切削と仕上げ切削を包含する。仕上げ切削には、粗削り工具４よりも有効工具直径が小さく、直径-長さ比が１:１０〜１:３０、好ましくは１１:３〜１:２５の後述する仕上げフライス３が用いられる。最後に、鋳型１は、鋳型材料の表面を仕上げ切削され、鋳型空洞に分離剤(パーティングコンパウンド)を塗布して平滑にされる後処理を施されて、組み立ておよび鋳造工程に備えられる。
【００１９】
図３〜図６には、粗削り工具４または仕上げフライス３の形態の高速フライス加工に必要なフライス工具が、工具軸７が薄い壁厚のスリーブ体で構成されているという共通点で特徴づけられている。この工具軸７は、バランスがとられていて、アンバランスを回避すべく回転対称に形成されている。工具軸７は、１つまたは複数の切削板９あるいは羽根状の埋め金をもつ切削ヘッド１１を端面に備えている。工具軸７は、反対側の端部領域のスリーブ面に、平滑な円筒軸をもつ掴み軸６を備え、この掴み軸６は、それ自身十分な剛性を有して、コレットホルダによってモータ軸に固定できる。
【００２０】
掴み軸６は、剛性を高めるべく例えば圧力ばめ技術を用いて、スリーブ内面の領域に工具ホルダに装着すべく圧力ばめで嵌め込まれた軸体１２を備えて、補強されている。これにより、掴み軸６は、チャック５に直接装着できる。工具軸７の直径をチャック５の予め与えられた寸法に適合させるため、モータ軸の工具ホルダに適合し、軸体１２をもつ工具軸７から突出したアダプタ軸８を備えることができる。こうして、予め与えられたチャック５に適用できる外直径の異なる工具軸７をもつフライス工具が適用できるようになり、このフライス軸は、各加工課題に適合している。
【００２１】
軸直径の増加に伴って生じる質量の増加を減じるべく、図５の工具軸７の壁厚は、その回転軸に沿って端面に向かって先細りに形成することができる。工具軸７の先細りは、切削板９の軌道円直径が、アダプタ軸８をもつ軸体１２の領域における工具軸７の最大外直径よりも大きくなるように形成される。壁厚の先細りは、原理的に内直径が一定で円錐状に延びあるいは段を付けたスリーブ外面によって簡単かつ正確に形成することができる。
【００２２】
これに対して、機能的な特性の向上は、外直径が一定の円筒状のスリーブ外面と、掴み軸６と端面１３との間に円錐状または下方に向かって拡大する非円筒状のスリーブ内面とを備えた工具軸７によって達成される。ここで、掴み軸６の領域でのスリーブの拡大は、端面１３の領域におけるスリーブの拡大よりも小さくなっている。この解決策の利点は、切削ヘッド１１の領域において工具軸７の質量が相当少ないことである。
【００２３】
切削ヘッド１１は、硬質金属板から切り出された切削板９を備え、この切削板は、工具軸７のスリット１４に形状ロック的(係合)または摩擦力ロック的(圧入)に連結されている。切削板９は、コーティングされてもよく、あるいは高速度鋼やセラミックやサーメットから作ることもできる。切削板９は、略１〜３mmの厚さの板状の材料から電蝕(ワーヤ放電加工)によって切り出すことができる。切削板９の掴み輪郭は、固定方法の都合に合わせる。切削板９の形状と配置によって、切削方法の経済性は、有利に影響されうる。
【００２４】
図３に示すような仕上げフライス３は、軌道円直径が６〜１２mmの切削板９を備えている。軌道円直径は、８〜１０mmであるのが好ましい。コーナー半径１５は、１mmから直径の半分までであり、これによって小さい外縁半径をもつ鋳型も実現できる。切削ヘッド１１への切削板９の固定は、例えば収縮ばめなどの摩擦力ロック的嵌め込み(圧入)によって行なわれ、これによって、取り扱いが簡単なので切削板９の交換の際に組立て費用を削減できる。工具軸７は、１:１０〜１:３０、より好ましくは１:１３〜１:２５の直径-長さ比を有する。
【００２５】
図４によれば、工具軸７の端面１３に直径方向に設けられたスリット１４に、切削板９を部分的に装着すれば、切削板９の円軌道精度および緩衝能を高めることができる。切削板９はスリット１４に形状ロック的に配置され、かつ、材料ロック的(接着剤)に固定されて、自由突出長が減少する。円軌道精度の更なる向上は、図５に示す工具軸７の円錐状の延在によって可能になる。幾何学的形状によって生じるこの利点に加えて、切削板９のより長い耐用寿命によって更なる利点が生じる。
【００２６】
図５の粗削り工具４では、切削板９の工具軸７への嵌め込み長さは、減じられて、切削板９の軌道円直径よりも僅かに小さくなっている。切削板９の板厚に依存して、工具軸７の直径は、切削板９の直径よりも４mm〜８mmだけ小さくなっている。切削体の軌道円直径の寸法は、１２mm〜４０mmであり、好ましくは３０mm〜３５mmである。工具軸７の直径-長さ比は、１:３.５〜１:１１である。スリット１４に形状ロック的に配置された図６の切削板９は、軸直径を略４mmだけ小さく選ぶことができる。
【００２７】
結合材を含有する鋳物砂からなる大きな砂型を作ったり、直接の鋳型-フライス加工を行なったりする場合、経済性および鋳物部材の品質の点から、鋳型砂の結合材含有量に依存して切削直径が４０mm〜９０mm、好ましくは５０mm〜８０mmのフライス工具を用いるのが目的に適っている。モデルに結びついた鋳型製造方法は、改善された作業データをもつフライス工具で置き換えることができることが明らかになった。
【００２８】
本発明の思想は、大きな鋳物部材を製造する場合は、より速い切削速度のフライス工具で実現できる表面粗さのより大きい鋳物砂型を用いるという考えに本質的に基づいている。砂鋳型に用いられる鋳型材料は、通常、石英砂と結合材の混合物を含有する鋳物砂からなる。しかし、大きな鋳物部材用の鋳型材料は、金属や合成樹脂からなる通常の材料とは異なり、切削加工することができない。このような理由から、切削挙動の差異は結合材の含有量に依存するという事実が認識された。
【００２９】
さらに、鋳物部材の表面粗さは、砂粒度に決定的に影響される。低い回転数でより大きな有効切削直径によってもたらされる速い切削速度によって、大きな鋳物部材の上記砂粒度の領域に在る表面粗さが達成される。大きな外直径をもつフライス工具は、経済性および鋳物部材の品質の観点から、直接の鋳型材料-フライス加工が工業的環境においてもモデルに結びついた鋳型製造方法に置き換わることを可能にする。有効切削直径を増加させ、同時に回転数を減少させることによって、アンバランス力による工具の曲がりなどの回転数に依存する作用は、減じることができる。その結果、工具の曲がりとチャタリング傾向は、最小化できる。同様に、長く突出する工具を用いることによって、ワークの寸法精度および表面品質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、粗仕上げフライスを用いた鋳型加工による方法の部分断面図である。
【図２】図２は、仕上げフライスを用いた鋳型加工を示す図である。
【図３】図３は、摩擦力ロッキングで固定された切削板をもつ仕上げフライスを示す図である。
【図４】図４は、形状ロッキングで保持された切削板をもつ仕上げフライスを示す図である。
【図５】図５は、摩擦力ロッキングで固定された切削板をもつ粗仕上げフライスを示す図である。
【図６】図６は、形状ロッキングで保持された切削板をもつ粗仕上げフライスを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 鋳型
２ 深い位置にある輪郭
３ 仕上げフライス
４ 粗削り工具
５ チャック
６ 掴み軸
７ 工具軸
８ アダプタ軸
９ 切削板
１１ 切削ヘッド
１２ 軸体
１３ 端面
１４ スリット
１５ コーナー半径
Claims (11)
- 鋳物砂、特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型の製造、または合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルの内側輪郭を作るための方法において、
a) 特に結合材を含有する鋳物砂,合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなり、典型的には３００mm〜４００mmの鋳型空洞深さに相当する寸法を有する鋳型材料のブロックを製造するステップと、
b) 鋳型空洞の内壁の輪郭から近い所定間隔を隔てた寸法取りで、上記鋳型材料の内側輪郭を、有効切削直径が１２mm〜３５mmの粗削り工具(4)の形態をなし、高速スピンドルによって高回転数で駆動される送り速度の大きいフライス工具によって、粗仕上げ切削するステップと、
c) 上記寸法取りされた鋳型材料を、上記粗削り工具(4)よりも小さい有効工具直径と、１:１０〜１:３０より好ましくは１:１３〜１:２５の直径-長さ比とをもち、仕上げフライス(3)の形態をなすフライス工具を用いて、高回転数で駆動される高速スピンドルによって、ならいを用いて迅速に仕上げ切削することによって上記鋳型空洞を仕上げ切削するステップと、
d) 場合によっては仕上げ削りによって上記鋳型材料の表面を後処理し、かつ、パーティングコンパウンドによって上記鋳型空洞を研磨するステップを備えたことを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の方法において、上記ステップb)およびc)は、セッティング中に行なわれ、総ての鋳型構成要素が一緒に加工されることを特徴とする方法。
- 鋳物砂、特に結合材を含有する鋳物砂からなる耐熱鋳型の製造、または合成樹脂,黒鉛,木材またはその他の切削可能な材料からなるモデルまたは試作モデルの製造に用いる粗削り工具(4)または仕上げフライス(3)の形態をなすフライス工具において、
薄い壁厚のスリーブ体として形成され、バランスをとられた回転対称体をなし、端部に１つまたは複数の切削板(9)または羽根状の埋め金を有し、反対側の端部の軸領域に掴み軸(6)を有する工具軸(7)を備えたことを特徴とするフライス工具。 - 請求項３に記載のフライス工具において、上記掴み軸(6)は、モータ軸の工具ホルダに嵌め込むために、上記スリーブの外面領域に掴み軸(6)としての平滑な円筒軸が形成され、上記スリーブの内面領域にプレスばめで嵌め込まれた軸体(12)が形成されて、補強されていることを特徴とするフライス工具。
- 請求項４に記載のフライス工具において、上記軸体(12)は、上記工具軸(7)から突出し、かつ、モータ軸の工具ホルダに適合するアダプタ軸(8)を備えることを特徴とするフライス工具。
- 請求項３乃至５のいずれか１つに記載のフライス工具において、上記工具軸(7)の壁厚は、この工具軸の回転軸に沿って上記端部に向かって先細りに形成され、この工具軸(7)の先細りは、切削体の軌道円直径が、上記アダプタ軸(8)をもつ軸体(12)の領域における工具軸(7)の最大外直径よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするフライス工具。
- 請求項３乃至６のいずれか１つに記載のフライス工具において、上記工具軸(7)は、一定の外直径をもつ円筒状のスリーブ外面と、少なくとも上記掴み軸(6)と端面(13)との間の領域に設けられた円錐状または下方に向かって拡大する非円筒状のスリーブ内面とを有し、掴み軸(6)の領域でのスリーブの拡大が、端面(13)の領域でのスリーブの拡大よりも小さくなっていることを特徴とするフライス工具。
- 請求項３乃至７のいずれか１つに記載のフライス工具において、上記切削ヘッド(11)は、硬質金属板から切り出された少なくとも１つの切削板(9)を備え、この切削板は、上記工具軸(7)の端面側に存するスリット(14)に、形状ロック的または摩擦力ロック的に連結されていることを特徴とするフライス工具。
- 請求項３乃至8のいずれか１つに記載の粗削り工具(4)の形態をなすフライス工具において、粗削り工具(4)における上記切削板(9)の軌道円の寸法は、１２mm〜４０mm、好ましくは３０mm〜３５mmであり、上記工具軸(7)の直径-長さ比は、１:３.５〜１:１１であることを特徴とするフライス工具。
- 鋳型材料からなる耐熱鋳型の製造、特に結合材を含有する鋳物砂からなる大きな砂鋳型の製造に用いる請求項３乃至８のいずれか１つに記載のフライス工具において、上記フライス工具は、上記鋳物砂の結合材含有量に依存して、４０mm〜９０mm、好ましくは５０mm〜８０mmの有効切削直径を有することを特徴とするフライス工具。
- 仕上げフライス(3)の形態をなす請求項３乃至8のいずれか１つに記載のフライス工具において、上記切削板(9)の軌道円直径の寸法は、６mm〜１２mm、好ましくは８mm〜１０mmであり、上記工具軸の直径-長さ比は、１:１０〜１:３０、好ましくは１:１３〜１:２５であることを特徴とするフライス工具。
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