JP2010138472A - 超硬工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ニアネットシェイプ成形法を効果的に実現して工数低減、製造設備、原料等に関するコスト低減および工期の短縮を図ること。
【解決手段】原料配合→混合／造粒→原料完成の手順を踏む原料調整工程を経て、ＣＩＰ成形→焼結仕上の手順を踏む成形・焼結・加工工程により焼成体からなる超硬工具を製造する方法であって、前記ＣＩＰ成形時に、中空円筒状のゴム製の中子１１と、この中子１１の半径方向外側を取り囲むように配置され、内周面に切刃成形用の切刃型１５が形成された中空円筒状の金属製の外筒１２とを備えたＣＩＰ用型枠１の、前記中子１１と前記外筒１２との間に形成された内部空間Ｓ１内に、前記原料調整工程で得られた超硬工具原料１０を投入し、前記中子１１の半径方向内側に形成された空間Ｓ２内に加圧された流体を導入して、前記中子１１を半径方向外側に拡径させ、前記超硬工具原料１０を加圧成形した後、脱型するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、超硬ホブ等の超硬工具の製造方法に関するものである。

従来、刃部の材料に超硬合金（炭化タングステン、炭化チタン等の非常に硬い化合物の粉末とコバルト等の金属粉末を結合剤として高圧で圧縮し、金属が溶けない程度の高温に加熱し焼結、成形させたもの）を使用した超硬工具（超硬ホブ）は、例えば、原料配合→混合／造粒→原料完成の手順を踏む原料調整工程を経て、ＣＩＰ成形→仮焼結→粗加工（ネジ溝）→粗加工（縦溝）→本焼結→仕上の手順を踏む成形・焼結・加工工程に入り、焼成体（超硬ホブ）が完成されるという工程を経て製造される。

製造工程をさらに詳細に説明すると、まず、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス；特許文献１参照）成形では、円柱状の金属中子と筒状のゴム型と上下の金属蓋とを備えるＣＩＰ用型枠内に超硬工具原料を投入した後、静水圧でゴム型を縮径させて超硬工具原料を加圧成形して脱型する。これにより、円筒状の成形体が得られ、８００℃程度の仮焼結工程へ送られる。

つぎに、粗加工では、仮焼結により白墨程度の強度にされた円筒状の仮焼体に機械加工によりネジ溝を加工した後、同じく機械加工により縦溝を加工し、１４００℃程度の本焼結工程へ送られる。その後、本焼結された後仕上げ加工されてホブ形状焼成体（超硬工具）が完成（製造）される。
特開昭５８−１６４７０１号公報

ところで、炭化タングステン、炭化チタン等の超硬合金の原料は高価なものであり、近年では、諸外国の市場活況の影響で更なる高騰を続けている。また、粗加工後の切粉は、原料調整工程におけるバインダとの接触や仮焼結時の加熱により新品とは状態が異なり、再使用には不向きである。
以上のことから、近年では、超硬工具の製造にあたっても、成形時から最終製品形状に近いものを作るニアネットシェイプ成形法の実現が希求されているのが現況である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ニアネットシェイプ成形法を効果的に実現して工数低減、製造設備、原料等に関するコスト低減および工期短縮が図れる超硬工具の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る超硬工具の製造方法は、原料配合→混合／造粒→原料完成の手順を踏む原料調整工程を経て、ＣＩＰ成形→焼結仕上の手順を踏む成形・焼結・加工工程により焼成体からなる超硬工具を製造する方法であって、前記ＣＩＰ成形時に、中空円筒状のゴム製の中子と、この中子の半径方向外側を取り囲むように配置され、内周面に切刃成形用の切刃型が形成された中空円筒状の金属製の外筒とを備えたＣＩＰ用型枠の、前記中子と前記外筒との間に形成された内部空間内に、前記原料調整工程で得られた超硬工具原料を投入し、前記中子の半径方向内側に形成された空間内に加圧された流体を導入して、前記中子を半径方向外側に拡径させ、前記超硬工具原料を加圧成形した後、脱型するようにした。

本発明に係るＣＩＰ用型枠は、中空円筒状のゴム製の中子と、この中子の半径方向外側を取り囲むように配置され、内周面に切刃成形用の切刃型が形成された中空円筒状の金属製の外筒とを備え、前記中子と前記外筒との間に、超硬工具原料が投入される内部空間が形成され、かつ、前記中子の半径方向内側に形成された空間内に加圧された流体が導入されることにより、前記中子が半径方向外側に拡径するように構成されている。

本発明に係る超硬工具の製造方法および本発明に係るＣＩＰ用型枠によれば、金属製の切刃型により切刃が形成され（形作られ）、切刃が精密に加工されることとなるので、ＣＩＰ成形時における成形圧開放時の刃こぼれ等を防止することができ、有効にニアネットシェイプ成形を実現することができる。
これにより、ネジ溝加工等の粗加工および粗加工前の脱脂（仮焼結）工程が不要となり、余分な切粉を出さないですむので、原料コストの低減を図ることができるとともに、工程簡略化による工期の短縮、コスト低減と脱脂（仮焼結）専用設備の削減による製造設備低減を図ることができる。
また、最も強度が必要とされる切刃の先端部が、金属製の切刃型に押し付けられて圧密されることとなるので、切刃の先端部において空孔等の欠陥を発生させることなく、品質のばらつきを少なくすることができる。

本発明によれば、ニアネットシェイプ成形法を効果的に実現して工数低減、製造設備、原料等に関するコスト低減および工期短縮が図れるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る超硬工具の製造方法について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る超硬工具の製造方法における工程図、図２はＣＩＰ成形の説明図、図３はＣＩＰ成形後から焼成体完成までの説明図である。

図１に示すように、原料配合→混合／造粒→原料完成の手順を踏む原料調整工程を経て、ＣＩＰ成形→焼結→仕上の手順を踏む成形・焼結・加工工程により焼成体からなる超硬工具（超硬ホブ）が製造される。

原料配合および混合／造粒においては、炭化タングステンや炭化チタン等の化合物の粉末とコバルト等の金属粉末がバインダを介してスラリー状に混合されたものが、スプレー乾燥等により造粒されて超硬工具原料となる。

つぎに、図２に示すように、超硬工具原料１０は、中子１１と、外筒１２と、上蓋（蓋フランジ）１３と、下蓋（蓋フランジ）１４とを備えたＣＩＰ用型枠１の内部空間Ｓ１内に投入される。
ここで、中子１１は、中空円筒状のゴム製の部材であり、その中心部（半径方向内側）に形成された空間Ｓ２内に加圧された流体（例えば、圧縮空気）が封入（導入）されることにより、半径方向外側に拡がる（拡径する）ようになっている。

外筒１２は、中子１１の半径方向外側を取り囲むように配置された中空円筒状の金属製の部材であり、その内周面には、切刃成形用の紐状の切刃型１５が螺旋状に形成されている。
上蓋１３は、上側の開口端を閉塞（密封）する平面視円形状の金属製の部材であり、上蓋１３の内面中央部には、中子１１の上端部と嵌合する平面視円形状の貫通穴１３ａが形成されている。一方、下蓋１４は、下側の開口端を閉塞（密封）する平面視円形状の金属製の部材であり、下蓋１４の内面中央部には、中子１１の下端部と嵌合する平面視円形状の貫通穴１４ａが形成されている。そして、中子１１の外周面と、外筒１２の内周面と、上蓋１３の内面と、下蓋１４の内面とにより、内部空間Ｓ１が形成されるようになっている。

ＣＩＰ用型枠１の内部空間Ｓ１内への超硬工具原料１０の投入が完了したら、空間Ｓ２内に加圧された流体を導入（供給）し、中子１１を拡径させて超硬工具原料１０を加圧成形した後、脱型する。
これにより、ネジ状の切刃１６を備えた円筒状の成形体１７が得られる（図２中の（ａ）ＣＩＰ用型枠断面状況→（ｂ）加圧→（ｃ）成形体脱型の手順参照）。

つづいて、脱型された成形体１７を８００℃程度の仮焼結を行った後、ネジ状の切刃１６に対し切粉排出用の縦溝１８が機械加工（粗加工）により形成される。その後、１４００℃程度の本焼結を行った後、仕上げ加工されてホブ形状焼成体（超硬工具）１９が完成（製造）される（図３の手順参照）。

本実施形態に係る超硬工具の製造方法によれば、金属製の切刃型１５により切刃１６が形成され（形作られ）、切刃１６が精密に加工されることとなるので、ＣＩＰ成形時における成形圧開放時の刃こぼれ等を防止することができ、有効にニアネットシェイプ成形を実現することができる。
これにより、ネジ溝加工等の粗加工および粗加工前の脱脂（仮焼結）工程が不要となり、余分な切粉を出さないですむので、原料コストの低減を図ることができるとともに、工程簡略化による工期の短縮、コスト低減と脱脂（仮焼結）専用設備の削減による製造設備低減を図ることができる。

また、本実施形態に係る超硬工具の製造方法によれば、最も強度が必要とされる切刃１６の先端部が、金属製の切刃型１５に押し付けられて圧密されることとなるので、切刃１６の先端部において空孔等の欠陥を発生させることなく、品質のばらつきを少なくすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。例えば、切刃型１５は紐状の一連ものでなくても良く、長手方向に多数分割したものでも良い。また、本発明は、超硬ホブに限らず、その他の超硬工具にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る超硬工具の製造方法における工程図である。 ＣＩＰ成形の説明図である。 ＣＩＰ成形後から焼成体完成までの説明図である。

符号の説明

１ ＣＩＰ用型枠
１０ 超硬工具原料
１１ 中子
１２ 外筒
１５ 切刃型
１９ ホブ形状焼成体（超硬工具）
Ｓ１ 内部空間
Ｓ２ 空間

Claims (2)

1. 原料配合→混合／造粒→原料完成の手順を踏む原料調整工程を経て、ＣＩＰ成形→焼結仕上の手順を踏む成形・焼結・加工工程により焼成体からなる超硬工具を製造する超硬工具の製造方法であって、
   前記ＣＩＰ成形時に、中空円筒状のゴム製の中子と、この中子の半径方向外側を取り囲むように配置され、内周面に切刃成形用の切刃型が形成された中空円筒状の金属製の外筒とを備えたＣＩＰ用型枠の、前記中子と前記外筒との間に形成された内部空間内に、前記原料調整工程で得られた超硬工具原料を投入し、
   前記中子の半径方向内側に形成された空間内に加圧された流体を導入して、前記中子を半径方向外側に拡径させ、前記超硬工具原料を加圧成形した後、脱型することを特徴とする超硬工具の製造方法。
2. 中空円筒状のゴム製の中子と、この中子の半径方向外側を取り囲むように配置され、内周面に切刃成形用の切刃型が形成された中空円筒状の金属製の外筒とを備え、
   前記中子と前記外筒との間に、超硬工具原料が投入される内部空間が形成され、かつ、前記中子の半径方向内側に形成された空間内に加圧された流体が導入されることにより、前記中子が半径方向外側に拡径することを特徴とするＣＩＰ用型枠。

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