JP2005528523A - 粉末金属成形体を作るための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属切削工具において使用させる切削ヘッドのための粉末金属成形体を生み出すための方法を提供する。該粉末金属成形体は、パンチとダイのアセンブリで生み出され、冷却通路と凹部間に通ずる開口穴を有する。

Description

本発明は、内部冷却通路を有する切削工具に関し、特に炭化物粉末をフォーム加圧成形し、そして焼結することによって作られる切削工具、又は切削工具用の取り外し可能な切削ヘッドに関する。

多くの金属加工の切屑形成作業において、加工用刃に直接に冷却剤を供給するのが望ましい。該冷却剤の目的は、加工用刃を冷却することばかりでなく、切屑除去を助けることにもある。冷却通路を作るのに最も単純であり、最も簡易であるのは、軸方向に方向付けられることである。これは、工具に中心穴又は二つの平行な軸方向に向けられた穴を単にドリルで穴を開けることによってなされ得る。ドリルにおいて、ねじれた又は、らせん状の通路もまた用いられる。回転軸から異なる径距離に間隔をおいて配置された交換可能な切削インサートを備えるドリルでは、切削インサートに向かって出口開口部を向けるのが望ましい。特許文献１には、円筒形の素材において異なる径距離に真っ直ぐな穴がドリルで開けられる工程が記述されている。そして、該素材の中央部分は、加熱されて、ねじられて、らせん状に形成された通路を生み出す。該工程の最後で、出口通路がドリルの中心線に対するある角度でドリルにより穴が開けられ、その結果、切削インサートの近くにおいて、中心線から異なる径距離に配置された出口開口部に至ることになる。

複雑な形状の冷却通路を得るための別の方法は、粉末本体に銅やワックスのような芯を用いて、そして焼結することである。芯は任意の所望の形状であり得る。焼結作業の間、染込むことによって芯は粉末本体の間隙へ消え、該芯の形状に対応する構造の中空を残すことになる。

米国特許第５，６７６，４９９号明細書

全ての従来技術の方法では、多大な時間を必要とすると共に費用のかかるものである。

それ故、上記欠点を克服し、炭化物粉末をフォーム加圧成形し、焼結することによって、冷却通路を備える切削工具を作るための方法を提供することが本発明の目的である。

また、本発明の方法によって作られる切削工具を提供することも本発明の目的である。

本発明によればパンチとダイのアセンブリで粉末金属成形体を生み出すための方法が提供され、該粉末金属成形体は穴と、少なくとも一つの凹部と、そして、該穴と該少なくとも一つの凹部間に通じる少なくとも一つの開口穴とを有し、該方法は、（ｉ）少なくとも一つの第一突出部材を備える前方端部を有する上端パンチを備え、（ｉｉ）少なくとも一つの第二突出部材を備える前方端部を有する下端パンチを備え、（ｉｉｉ）該上端パンチの該前方端部が該下端パンチの該前方端部に向き合った状態で、且つそれらの間に金属粉末を備え、ダイに該上端パンチと該下端パンチを位置付け、（ｉｖ）該少なくとも一つの第一突出部材が少なくとも一つの接触領域で該少なくとも一つの第二突出部材に接するまで、該上端パンチと該下端パンチを互いに向かって押圧することによって該金属粉末を押し固め、該穴が該上端パンチと該下端パンチ間に該少なくとも一つの第二突出部材によって区切られた空間の体積によって形成され、該少なくとも一つの開口穴が該少なくとも一つの接触領域に形成され、そして、（ｖ）該上端パンチを取り外し、該ダイから該金属粉末成形体を取り出す、という段階を備えることを特徴とする。

好ましい実施形態によれば、該金属粉末は、超硬合金とバインダーを備える。

典型的には、該超硬合金はタングステンカーバイドであり、該バインダーはコバルトである。

望ましくは、該方法は、該金属粉末成形体を焼結するという付加的な段階を備える。

特定の応用例によれば、該第二突出部材は、円筒形であり、ロッド形状である。

さらに望ましくは、該方法は、該焼結された金属粉末成形体を研削するというさらに付加的な段階を備える。

好ましくは、該研削するというさらに付加的な段階では、該金属粉末成形体の刃部に切削刃を生み出す。

望ましくは、該研削するというさらに付加的な段階では、該金属粉末成形体の取付部分に外側ねじ山をも生み出す。

本発明によれば、上記方法のいずれか一つによって生み出された金属粉末成形体を備える金属切削工具用の切削ヘッドも提供される。

注意は第一に図１に描かれていて、それは金属切削工具用の切削ヘッド１０を示している。典型的に、該切削工具は、切削ヘッド１０が固定される工具シャンク（不図示）を備える。該切削ヘッドは、前端部１２と、後端部１４と、そしてそれらを通過する長手方向軸Ａとを有している。切削ヘッド１０は、取付部分１８と一体的に形成された刃部１６を備えている。取付部分１８には、外側ねじ山２０が設けられている。軸方向に向けられた穴２２は、穴面２４を有し、前端部１２に近接したところから、後端部１４まで延在し、穴開口部２６に後端部１４で外に開いている。刃部１６には、六つの切削刃２８が設けられている。各切削刃２８は、すくい面３０と逃げ面３２の交線に形成されている。各すくい面に隣接するのは、切屑刃溝３４である。切削ヘッド１０の前端部１２付近には、切屑刃溝３４へ、そして切削ヘッド１０の前端部１２へ外に開口する、楔形切削ヘッド凹部３６が、各切屑刃溝３４に関連付けられてある。各切削ヘッド凹部３６の径方向の最も内側の部分に、開口穴３８がある。開口穴３８は、切削ヘッド１０の前端部１２に隣接しているが、前端部１２から軸方向後方にずらされている。各開口穴３８は、切削ヘッド凹部３６と穴２２間に通じていて、穴面２４と幾何学的に一致する。穴２２は冷却通路を形成し、それ故穴開口部２６から穴２２に流れ込む冷却流動体は、軸方向に穴２２を縦走し、開口穴３８を通って穴２２を出るだろう。従って、開口穴３８は、切削刃２８の近くに、冷却流動体を分配するため、穴２２の出口開口部を形成する。

各楔形切削ヘッド凹部３６は、内壁４０と、二つの側壁４２と、そして後壁４４とを備えている。内壁４０は、開口穴３８から切削ヘッド１０の前端部１２まで延在し、開口穴３８と同一平面にある。後壁４４は、二つの側壁４２間に延在し、また開口穴３８から径方向外側に延在する。側壁４２は、後壁４４から切削ヘッド１０の前端部まで軸方向に、そして開口穴３８および内壁４０から径方向外側に延在する。六つの楔形切削ヘッド凹部３６は、楔形切削ヘッド凹部３６が各対の隣接する切削ヘッド突出部４６間にある状態で、切削ヘッド１０の前端部１２を、六つの同一の楔形切削ヘッド突出部４６を有する対称構造に分ける。各切削ヘッド突出部４６は切削ヘッド１０の前端部１２と一致する前面４８を有している。各切削ヘッド凹部にとって、開口穴３８は穴面２４と幾何学的に一致するので、また内面４０は開口穴３８から切削ヘッド１０の前端部１２まで延在し、開口穴３８と同一平面にあるので、それ故、円形領域５０が切削ヘッド１２の前端部の中心に形成される。円形領域５０は、穴２２の直径と等しい直径を有する。

本発明によれば、金属粉末をフォーム加圧成形し、そして焼結したことによる粉末金属成形体５２から、切削ヘッド１０は、一体の本体として作り出される。さて、注意は図２に描かれていて、それは超硬合金とバインダーとをフォーム加圧成形し、焼結することによって得られる粉末金属成形体５２を示している。典型的には、該超硬合金は、タングステンカーバイドであり、バインダーはコバルトである。切屑刃溝３４と、切削刃２８と、そして刃部１６及び取付部分１８のねじ山２０における関連した特徴とを作り出すために、粉末金属成形体５２を適切に研削することによって、粉末金属成形体５２から、切削ヘッド１０は得られる。

粉末金属成形体５２には、その前端部５６に、切削ヘッド凹部３６の大きさに相対的な、拡大された凹部５４を備えて、作り出される。各拡大された凹部５４は、切削ヘッド凹部３６のそれらと同一の内壁４０及び開口穴３８と、そして切削ヘッド凹部３６の側壁４２と後壁４４に類似する拡大された側壁５８と拡大された後壁６０とを備え、唯一の相違点は、拡大された側壁５８と拡大された後壁６０が切削ヘッド凹部３６の側壁４２と後壁４４よりもさらに径方向に延在するという点である。各開口穴３８は、所与の拡大された凹部５４と穴２２間に通じている。図１と図２を比較することによって、切屑刃溝３４のための研削のために、拡大された凹部５４の径方向外側の部分は取り除かれ、それによって切削ヘッド凹部３６が得られるだろうことが正しく認識されるだろう。

さて、注意は図３から図５に描かれている。パンチとダイのアセンブリ６２は、上端パンチ６４と、ダイ６８に配置される下端パンチ６６とを備えている。下端パンチ６６は、円筒形基部７４から出てくる中心円筒形ロッド７２を備える前方端部７０を有していて、中心円筒形ロッド７２と円筒形基部７４とは共に円筒形シェル７６と同心である。円筒形シェル７６は、円筒形基部７４を囲って当接し、ロッド７２の下方部分に重なる。円筒形シェル７６とロッド７２との間の重なり領域７８は、研削する前、取付部分１８の幾何学を画成する。上端パンチ６４は、上端パンチ凹部８４によって切り離され、六つの離隔された楔形上端パンチ突出部８２を備える前方端部８０を有する。上端パンチ突出部８２及びロッド７２は、それぞれ、第一及び第二突出部材を形成する。上端パンチ６４の前方端部８０の幾何学は、粉末金属成形体５２の前端部５６の幾何学の逆である。それ故、上端パンチと下端パンチ間に金属粉末を加圧するとき、上端パンチ突出部８２は粉末金属成形体５２に、拡大された凹部５４を形成し、上端パンチ凹部８４は粉末金属成形体５２に、楔形切削ヘッド突出部４６を形成するだろう。上端パンチ６４にある中央円形凹部８６は、ロッド７２と組んで、粉末金属成形体５２の前端部１２の中心に円形領域５０を形成するだろう。図５に示されているように、ロッド７２は、金属粉末の加圧成形の間、上端パンチにおける中央円形凹部８６に配置される。ロッド７２の直径は、概して１ミリメーターの１００分の１未満、好ましくは１ミリメーターの約５０００分の１未満の差で、中央円形凹部８６の直径よりもただわずかに小さい。これは、一方ではロッド７２が中央円形凹部８６に入り得ることを、他方では上端パンチ突出部８２がロッド７２に当接することがあることを保証する。図４において、線８８は、中央円形凹部８６へのロッド７２の嵌通深さを明らかにするために、上端パンチ突出部８２の内面９０に描かれている。嵌通深さがｈであり、中央円形凹部８６の全深さがＨであるならば、開口穴３８の軸方向高さはｈであり、粉末金属成形体５２の前端部の入口での円形領域５０の軸方向厚さはＨ−ｈであるだろう。ロッド７２と所与の上端パンチ突出部８２の内面９０間の接触領域９２は、印をつけられた線８８と上端パンチ６４の前方端部８０間の領域である。接触領域９２は、開口穴３８を画成して作り、上端パンチ６４と下端パンチ６６間にロッド７２により区切られた空間の体積は、穴２２を画成して作る。接触面のための一方又は両方は、接触領域において窪んでも良いことが明らかであろう。そのような場合には、接触領域に代わって、同等に閉ざされる接触線であり、それが開口穴を画成するであろう。

切削工具用の切削ヘッド１０を生み出すための簡単な方法が記述されている。該方法は、穴（冷却通路）２２を生み出す突出ロッド７２を有する下端パンチ６６を使用することを含んでいる。典型的な開口穴（冷却通路用の出口開口部）３８は、金属粉末が押し固められるとき、接触領域がロッド７２と上端パンチ６０間で作られるそのような方法において、加圧成形工程を計画することによって形成される。この接触領域は、典型的な開口穴３８であろう。換言すると、切削工具用の切削ヘッド１０は、いかなる付属の手段を用いること無しに、金属粉末を単にフォーム加圧成形することによって出口開口部３８を備える冷却通路２２を備えて生み出され得る。

上端パンチ６４は、第一上端パンチ部材６４´と第二上端パンチ部材６４´´とを備えることが言及されるだろう。第二上端パンチ部材６４´´は、第一上端パンチ部材６４´の中心領域を自由に貫通して動き得る押圧ロッド６４´´´に接続される。これは、便宜上、期せずして、上端パンチ凹部８４につかえさせられるようになるいかなる成形粉末をも取り除くためにある。

本発明は特にある程度まで説明されてきたけれども、後に請求されるように、さまざまな変更や修正が本発明の趣旨や範囲を逸脱することなくできることが理解されるべきである。

本発明によって粉末金属成形体から生み出される、金属切削工具用切削ヘッドの斜視図である。 本発明によってパンチとダイのアセンブリで生み出される粉末金属成形体の斜視図である。 本発明による下端パンチの側部断面斜視図である。 本発明による上端パンチの斜視図である。 本発明によるパンチとダイのアセンブリの側部断面図である。

Claims (9)

1. パンチとダイのアセンブリ（６２）で粉末金属成形体（５２）を生み出すための方法であって、該粉末金属成形体（５２）は穴（２２）と、少なくとも一つの凹部（５４）と、そして、該穴（２２）と該少なくとも一つの凹部（５４）間に通じる少なくとも一つの開口穴（３８）とを有し、該方法は、
   （ｉ）少なくとも一つの第一突出部材（８２）を備える前方端部（８０）を有する上端パンチ（６４）を備え、
   （ｉｉ）少なくとも一つの第二突出部材（７２）を備える前方端部（７０）を有する下端パンチ（６６）を備え、
   （ｉｉｉ）該上端パンチ（６４）の該前方端部（８０）が該下端パンチ（６６）の該前方端部（７０）に向き合った状態で、且つそれらの間に金属粉末を備え、ダイ（６８）に該上端パンチ（６４）と該下端パンチ（６６）を位置付け、
   （ｉｖ）該少なくとも一つの第一突出部材（８２）が少なくとも一つの接触領域（９２）で該少なくとも一つの第二突出部材（７２）に接するまで、該上端パンチ（６４）と該下端パンチ（６６）を互いに向かって押圧することによって該金属粉末を押し固め、該穴（２２）が該上端パンチ（６４）と該下端パンチ（６６）間に該少なくとも一つの第二突出部材（７２）によって区切られた空間の体積によって形成され、該少なくとも一つの開口穴（３８）が該少なくとも一つの接触領域（９２）に形成され、そして、
   （ｖ）該上端パンチ（６４）を取り外し、該ダイ（６８）から該金属粉末成形体を取り出す、という段階を備えることを特徴とする方法。
2. 該金属粉末は、超硬合金とバインダーを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 該超硬合金はタングステンカーバイドであり、該バインダーはコバルトであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 該第二突出部材（７２）は円筒形であり、ロッド形状であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 該金属粉末成形体を焼結するという付加的な段階を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 該焼結された金属粉末成形体を研削するというさらに付加的な段階を備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 該研削するというさらに付加的な段階では、該金属粉末成形体の刃部（１６）に切削刃（２８）を生み出すことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 該研削するというさらに付加的な段階では、該金属粉末成形体の取付部分（１８）に外側ねじ山（２０）をも生み出すことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか一つによって生み出された金属粉末成形体を備える金属切削工具用の切削ヘッド（１０）。
   

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