JP4350926B2 - 羽根状の固定された要素をもつシャンク工具 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、鋳型、特に金属製の鋳物部材用の鋳型を作るための切屑を出さない材料をフライス削りのように加工するためのシャンク工具に関する。
【０００２】
金属製の鋳物部材の製造には、原型(木型)の助けで作られる砂型が実際上圧倒的に用いられている。原型の製造は費用がかかるので、少量および中量生産の鋳型の製造においては、耐熱性の型塊を直接加工して鋳型を作りたいという要求がずっと以前からあった。
【０００３】
ドイツ国特許 DE PS26056873 C3 では、型彫機に連動する切削工具および鋳型の中空空間を刳り抜くためのフライス工具が用いられている。フライス工具は、概ね逆Ｔ字状をなし、回転軸の周りに回転するアームに固定された切削要素をもつ刃アセンブリを備えている。上記切削要素は、取り替えることができ、鋳型の表面を滑らかにすべく、作るべき鋳型の内径に対応して曲げられ、回転方向に対して前方の外側面が、切屑を出すように形成されている。型枠に詰め込まれた硬化しうる生砂は、硬化によって砂型の完全な強度が達成される以前に、２〜５kg／cm²の低強度の状態で切削によって刳り抜かれる。これによって、切刃の急速な摩耗を防ぐようにしている。鋳型の硬化中に上記加工のための適正な所定時点を保証しなければならないため、上記方法のプロセスを成し遂げるのは比較的難しい。他の場合、型砂が低強度なら、鋳型は汚くなり、型砂が高強度なら、切削要素は急速に使えなくなる。さらに、上記フライス工具は、回転対称な鋳型の製造にしか用いることができない。
【０００４】
これに対して、ドイツ国特許公開公報 DD 275419 A1 では、切削の幾何学形状をもたない工具によって、単一の型材ブロックから鋳型を作ることが提案されている。型材ブロックに中空空間を作るために、軸の周りに駆動される棒状のカムをもつ装置が用いられ、長手方向に可変の剛性のない、あるいは半剛性のホルダ要素が上記カムに案内される。上記ホルダ要素に、実働する加工要素が固定され、この加工要素は、不平衡を避けるべくホルダ要素に等角度間隔で配置される。実働する加工要素として、例えば三角板や星形板などの平面部材を用いることができるが、稜のない球、あるいは稜のある直方体などを用いることもできる。剛性のない、あるいは半剛性のホルダ要素として、ロープ、ワイヤロープ、ブリキ条片、鎖などが用いられ、上記ホルダ要素は、切除された砂型材料によって引き起こされる摩耗を防ぐべく、保護要素を付加的に備えている。
【０００５】
切削効率を上げるため、複数の加工要素を移動可能にし、これらを互いに固定することによって、加工中にホルダ要素が可能な限り高剛性になるようにする必要がある。この装置は、計算機(コンピュータ)で制御されてロボットのアームに案内される。上記装置を計算機数値制御(ＣＮＣ)機械によって制御することもできる。鋳物部材の表面を改善するために、最後の加工工程において、型の中空空間を取り囲む内面に平滑化のための薬剤が噴霧され、この噴霧は、内面全体に均等に配分されなければならない。この場合も、本質的に回転対称体から大まかに外れた鋳型を実現することは不利である。鋳型によって作られる鋳物部材の表面品質が悪いことは不利であり、表面品質の悪化は、多かれ少なかれ工具の衝撃的な作用が原因である。
【０００６】
鋳型の製造には、円形の輪郭をもつ切刃板を有する底フライスが従来から用いられている。ドイツ国特許公開公報 DE 19721900 A1 に開示された底フライスは、締付けねじによってシャンクに固定された切刃板を自由端に有する。シャンクは、ねじ穴をもつ板座を有し、切刃板には貫通穴が設けられている。しかし、このような固定は、切刃板の寸法が下方の寸法を下回ったとき、問題に出くわす。それ故、切刃板を取り外したり、満足いくように取り付けたりするのが難しくなる。さらに、切刃板が、切屑を出さない材料の場合、激しい摩耗に曝されるということも欠点である。それ故、工具を常に取り替える必要があり、その分費用がかかる結果になる。
【０００７】
激しい摩耗によって生じる工具の浪費を低減するため、ドイツ国特許公開公報 DE 3914074 A1 に、円筒形のシャンクと平坦な切刃ホルダを有して、安価に製造できるフライス工具が提案されている。このフライス工具は、シャンク軸の中心軸から最も遠い縁に、切刃をもつ切刃ホルダが設けられている。切刃ホルダの端面に、付加的な前面の切刃板が設けられている。シャンクは、或る面でドリルとして形成され、フライスは、正面フライスとして機能しうる。切刃は、シャンクの軸に関して切刃ホルダの半径方向先端側の最外の縁に設けられる。フライス工具の断面は、切削に伴って切削方向を示すようなＳ字状のプロフィルを呈する。このような理由から、上記フライスは、切屑が出る(生じる)ような材料にのみ用いることができる。切屑を出さないような材料には、上記フライスを用いることができない。
【０００８】
バインダを含有する鋳物砂は、切刃縁での切刃摩耗および自由面での摩擦損耗によって引き起こされる工具の切刃の激しい摩耗度をもたらす。この理由から、切削作用は、新しい工具のみに存在し、しかも時間的に制限されている。切刃摩耗は、工具の前縁が丸くなる結果を生み、これによって切刃の後方にある領域に付加的な摩擦損耗を生じさせる。この摩擦損耗は、工具の外面を漸増的に損耗させ、工具を回転方向と逆方向に後方へ向かって漸増的に損耗変形させる。摩擦に相当するエネルギは、熱に変換され、工具を加熱し、摩耗を急増させる結果となる。
【０００９】
本発明は、不可避的な摩擦損耗および漸増する損耗においても機能を果たし続けるようなフライス削りのような加工を行なうための安価に作れる簡素なシャンク工具を提供することを目的とする。このシャンク工具による加工作用は、長期間に亘って保持される。
【００１０】
上記目的は、本発明によれば、切刃要素として羽根状の切刃板をもつ請求項１に述べる特徴的部材を有するシャンク工具によって達成される。最小の板厚は、板縁と鋳型の表面との間の本質的な摩擦の低減をもたらし、その結果、切刃板の損耗が低減されるのみならず、工具の寿命が延長される。従って、この工具は、高速加工が質量を減少させ、切刃縁の冷却が高回転数下で促進されるので、高速加工に特に適している。
【００１１】
本発明が提案するシャンク工具は、簡単に作れる半製品で組み立てられ、上述の如く安価に作ることができる。このことは、次に述べる実施形態によって詳細に説明される。本発明の更なる利点と実施形態は、次に述べる説明と下位請求項から明らかになる。
【００１２】
切屑が出ない材料、特に金属製の鋳物部材用の耐熱性鋳型を製造する際の粗い結晶状の砂を含有しうる材料をフライス削りのように加工するための図１に示されるシャンク工具は、例えば形状ロック式の組立て、溶接、ロウ接、または接着などの適切な方法で組み立てられる概ね２つの簡単な部材からなる。
【００１３】
長手軸２の周りに回転しうる細長い円筒状の軸１は、軸上端部分３を有し、この軸上端部は、回転する切削工具用の工具受けに取り外し可能に連結できる。軸１は、図６によれば中空体５として円筒状に形成されている。中空体５は、非常に高い回転数において特に有利だと注目される相当な重量軽減を提供する。更なる利点は、軸１が少なくとも切刃板ホルダ４の領域で円筒状の中空体５に形成されていることにある。このようにして、中空体５は、深い部材の加工において適切な円筒状の軸端部分３によって延ばすことができる。
【００１４】
軸１は、自由な先端部分６および切刃板ホルダ４の領域に、切刃板８を収容するための軸方向に延びる溝状の凹部７を備えている。図７によれば、典型的な溝状の２つの凹部７が、２つの切刃板８を２重対称に配置できるように設けられている。円筒状の中空体５において、切刃板８は、長手軸２の方向の対向する２つの半切り込みによって、重なり合うように差し込んで連結され、例えばろう接によって特に簡単に凹部７に固定される。これによって、高回転数においても確実な切刃板の保持が保証される。
【００１５】
切刃板８は、鋼鈑または耐摩耗性の鋼鈑からなる平坦な半製品から、プレス抜きによって打抜き部材として作られるが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の請求の範囲内にある限り、切刃板は、上記以外の材料や半製品で代替することができる。特に固溶体、繊維強化材料、高張力材料、あるいはセラミックや繊維強化セラミック要素などが、代替品に該当する。
【００１６】
切刃板８は、図１によれば送り方向９に見て前方の面側１１に、単純な打抜き部材を用いた場合、面側１１に直交して配置された切削を行なわない板縁１２を有する。この場合、板の厚さは、比較的小さくすることができる。板厚は、0.1mm〜5.00mmである。板厚は、0.2mm〜1.00mmであるのがより好ましい。
【００１７】
板厚は、前方の板縁１２の接線角が零または殆ど零になるように、小さく選ぶべきである。
【００１８】
高張力の固溶体または繊維強化材料を用いる場合、板縁１２および切刃板８の送り方向９に見て板縁１２の後方にある後縁１３は、半径をもたせるか、丸みを付けることができる。接線角を小さくし、丸みを付けることによって、摩擦熱および摩耗は低減される。
【００１９】
後縁１３の領域における更なる摩擦の低減は、鋼を基材とし、前方の面側１１により高強度の耐摩耗コーティング１５を被覆した切刃板８によって達成することができる。耐摩耗コーティング１５として、任意の硬質材料、硬質材料を含有する金属化合物、硬質材料を含有する合金、または繊維強化材料を用いることができる。前方の面側１１に被覆された耐摩耗コーティング１５によって、板縁１２の摩耗が少なくなる。鋼製の切刃板８の後縁１３は、低強度のため激しく損耗し、これによって自由面が丸み付けられて、摩擦抵抗が低減することになる。
【００２０】
切刃板８は、種々の形状にすることができる。これによって、工具自動交換手段をもつＣＮＣ(計算機数値)制御工作機械を用いて鋳型を加工する際、種々のシャンク工具を次々に用いることができ、その結果、複雑な原型の製造を本質的に簡素化することができる。図１および図３〜図１０の切刃板８は、基本型に従って、四角形または矩形の半製品(寸法切りした板)を呈する。切刃板８は、図３では正面１６に丸み付け１７を有し、図４では正面に斜めに切除された隅部１８を有する。
【００２１】
図２の切刃板８は、円弧１９の形状を呈する輪郭を有し、図５の切刃板は、シャンク工具の長手軸２の周りに回転したとき、円錐形を作る台形２１の輪郭を有する。
【００２２】
シャンク工具の特に有利な実施形態では、切刃板８は、長手軸２と平行で回転方向２４に対して夫々凸状の図８では湾曲２２、図９では折り曲げ２３を有する。切刃板８が、弾性的に変形しうる薄い板材または弾力がある薄い板材で作られれば、上記湾曲２２は、高速加工の際のように一層高い回転数において減少しうる。こうして、工具の半径は、切刃板８の摩耗が増加したとき、回転数を上げることによって一定に保持することができる。この方法には、高い耐摩耗性をもつ金属の切刃板８が特に適している。上述のシャンク工具の助けにより、鋳物砂を用いて非常に滑らかな表面をもつ金銀細工のように精巧な鋳型を作ることができる。
【００２３】
鋳型材料の切削で生じた加工屑を片付けるためには、換気作用を達成すべく、切刃板８に図１０のような長手軸２に対して板面角度２６をもつシャベル状の折り曲げ２５を設けるのが有利である。かくて、切除された鋳型材料の屑は、加工場所から主として軸方向に運び去られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 矩形の切刃板をもつシャンク工具を示す。
【図２】 円弧状の板縁をもつ切刃板を有するシャンク工具を示す。
【図３】 丸みを付けた板縁をもつ切刃板を有するシャンク工具を示す。
【図４】 面取した板縁をもつ切刃板を有するシャンク工具を示す。
【図５】 円錐状の板縁をもつ切刃板を有するシャンク工具を示す。
【図６】 円筒状のシャンクを有するシャンク工具を示す。
【図７】 ２重対称に配置された切刃板を有するシャンク工具を示す。
【図８】 回転方向に向かって凸に湾曲した切刃板を有するシャンク工具を示す。
【図９】 回転方向に向かって凸に折り曲げられた切刃板を有するシャンク工具を示す。
【図１０】 回転方向に向かって凸に折り曲げられた切刃板を有するシャンク工具を示す。

Claims (11)

1. 金属製の鋳物部材を製造するためのバインダを含有する耐熱性の砂鋳型をフライス削りのように加工するための羽根状の要素を永久固定したシャンク工具において、
   長手軸(2)の周りに回転しうる軸(1)を備え、この軸は、取り外し可能に駆動装置に連結することができるとともに、自由端部分(6)に設けられた軸方向に延びる少なくとも１つの溝状の凹部(7)と、送り方向(9)に対して前方側に切削を行なわない板縁(12)をもつ平坦な切刃板(8)とを有し、この切刃板は、上記板縁が、切刃板の送り方向に対して前方の面と直角を成し、板厚が、0.1mm乃至5.00mmであることを特徴とするシャンク工具。
2. 請求項１に記載のシャンク工具において、上記板厚は、0.2mm乃至1.00mmであることを特徴とするシャンク工具。
3. 請求項１または２に記載のシャンク工具において、上記切刃板(8)は、打抜き部材として鋼、耐摩耗性の鋼、または適切な耐摩耗性の材料からなる半製品を打抜いて作られ、平坦な面(11)と直交する板縁(12)を有することを特徴とするシャンク工具。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記板縁(12)および送り方向(9)に対して上記板縁(12)の後方にある切刃板(8)の後縁(13)は、半径を有するか、あるいは丸みを付けられていることを特徴とするシャンク工具。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記切刃板(8)は、原型に対応して、四角形または矩形の半製品および正面側に丸みを付けた隅部(17)または角ばって切断された隅部(18)の少なくともいずれかを有することを特徴とするシャンク工具。
6. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記切刃板(8)は、円弧状または円錐状の輪郭を有することを特徴とするシャンク工具。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記切刃板(8)は、上記長手軸(2)と平行な湾曲(22)または折り曲げ(23)を有し、この湾曲(22)または折り曲げ(23)の凸な側は、回転方向(24)に向けて配置されていることを特徴とするシャンク工具。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記切刃板(8)は、換気作用を達成すべくシャベル状の折り曲げ(25)を有し、この折り曲げは、上記長手軸(2)に対して板面角度(26)をなすように傾けて配置されていることを特徴とするシャンク工具。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記切刃板(8)は、高強度をもち、弾性的に変形しうるか、弾力のある金属の板材からなること特徴とするシャンク工具。
10. 請求項１乃至９のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記切刃板(8)は、鉄鋼を基材とし、硬質材料、硬質材料を含有する金属化合物、または硬質材料を含有する合金からなる耐摩耗コーティング(15)を前側の上記平坦な面(11)に備えていることを特徴とするシャンク工具。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のシャンク工具において、上記軸(1)は、少なくとも上記切刃板ホルダ(4)の領域に筒状または円筒状の中空体(5)を有することを特徴とするシャンク工具。

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