JP5015050B2 - 熱加工で改良された加工領域を有する工具およびこうした工具の形成方法 - Google Patents
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Description
図4Aで示した幾何学的構造を有するパンチ用の円錐形ブランクまたはプレフォームが用意された。ブランクの全長は約4.25インチであり、径は約0.51インチであった。先端の長さは約0.7インチであり、先端角は約16°であり、先端部に約0.070インチの径を有する鈍端までテーパが付けられた。円錐形ブランクは熱間圧延されたM2工具鋼種からなるものであった。円錐形ブランクの先端部は、単一の熱間据え込みタイプの熱加工処理を使用して熱加工処理された。具体的には、50トンの水平の熱間据え込み機械がプレフォームの熱加工処理に使用された。円錐形プレフォームは、先端部が円錐形から円筒形に熱間据え込み鍛造される前に、誘導加熱炉を使用して目標の処理温度まで局所的に加熱された。先端部の処理温度の範囲は、約華氏1652度(約900℃)から約華氏1742度(約950℃)であった。処理された円筒形バーは、次いで、パンチの形状を有する工具の従来の製造に使用された。工具の製造中に、工具の加工縁部、すなわち使用中に加工物と接触する工具縁部および加工面が処理済セクション内に確実に存在するように配慮された。
追加の熱間据え込み熱加工処理が行われたこと以外は、実施例1で記載したのと同様の円錐形ブランクが製作され処理が使用された。図8は、2つの別個の熱間据え込み熱加工処理を受けた後の圧延のままのバーストック試験片またはプレフォームの光学顕微鏡写真である。(破線ボックスから離れた)未処理セクションのミクロ組織は図1と同様の一方向の炭化物および/または合金の偏析を示している。しかし、(破線のボックス内に包囲された)処理済セクションの炭化物および/または合金の偏析は、炭化物および/または合金の帯を再整列して、炭化物および/または合金の帯がプレフォームの中心線と整列しないように改良されており、それによって機械的性質の向上がもたらされたと考えられる。炭化物および/または合金の帯の改良は、図8の処理済と未処理のセクションの比較から明らかである。2つの別個の熱間据え込み熱加工処理により、実施例1によって用意された工具と比較して、帯の間隔がたとえば少なくとも50%減少されたことも考えられる。この処理済ブランクから作成された工具の先端の加工面は、処理済領域の端面上にあり、先端部は実質的に図8で示された中心線を有する。
図9は、単一の熱間据え込み処理を使用した熱加工処理後の粉末冶金のM4工具鋼種の圧延のままのバーストック試験片またはプレフォームの光学顕微鏡写真である。(破線のボックスから離れた)未処理セクションのミクロ組織は図1と同様の一方向の炭化物および/または合金の偏析を示している。しかし、(破線のボックス内に囲まれた)処理済セクションの炭化物および/または合金の偏析は、炭化物および/または合金の帯を再整列して、炭化物および/または合金の帯がプレフォームの中心線と整列しないように改良されており、機械的性質の向上がもたらされたと考えられる。炭化物および/または合金の帯の改良は図9の処理済と未処理のセクションの比較から明らかである。この処理済ブランクから作成された工具の先端の加工面は、処理済領域の端面上にあり、先端部は実質的に図9で示された中心線を有する。
図10は、従来技術によるヘッドを成形するためのヘッド鍛造またはヘッド据え込み後の通常の圧延のままのバーストックブランクの顕微鏡写真である。ヘッド鍛造では、ヘッドは全体の寸法が拡大するように変形される。たとえば、径0.5インチの鋼プレフォームを、ヘッドの径が0.625インチになるようにヘッド鍛造することができる。ヘッド鍛造によって成形されたヘッドは、得られた工具を金属加工機械の工具保持デバイスに結合するために使用される。工具が使用される場合、図10で示したミクロ組織または合金の偏析を有する工具のヘッドは加工物と接触せず、または別の方法で加工物に全く作用を行わない。熱間鍛造処理は工具のヘッドを作成する一方法であるが、全ての工具が形作られたヘッドを必要とするわけではない。ヘッド鍛造したセクションのミクロ組織は、図1で見える整列した炭化物および/または合金の帯と同様の、試験片の中心線および圧延方向に全般的に平行の一方向の炭化物および/または合金の偏析を示す。
パンチは実施例1および2のプレフォームから成形され、加工面および本体の下部分は熱加工によって改良されたM2工具鋼種から成形された。パンチは、厚さ0.125インチの再圧延された降伏強度125,000psiのレール鋼からなる加工物への径0.5インチの穴の穿孔に使用された。2つのパラメータ、(どちらも金属成形業界での工具寿命および摩耗の基準インジケータとして一般に容認されている)サイクルまたは部品/打撃の回数、およびバリ高さがこの穿孔用途の基準尺度として使用された。使用中、パンチはバーロック工具保持機構を使用して保持された。
図4Aで示した幾何学的形状を有する円錐形ブランクまたはプレフォームが用意された。ブランクの全長は約5.3インチであり、径は約0.76インチであった。先端の長さは約0.74インチであり、先端角は約24°であり、先端部に径約0.105インチを有する鈍端までテーパが付けられた。円錐形ブランクは熱間圧延された粉末金属M4工具鋼種からなるものであった。円錐形ブランクの先端部は、上記の実施例1のように単一の熱間据え込みタイプの熱加工処理を使用して熱加工処理された。プレフォームは、熱加工処理済材料を含む加工端部を有するブローチに成形された。ブローチの構造が、図15Bで示した断面構成を有する図15Aに示されている。ブローチが、加工物と接触する加工端部を有する冷間引き抜きされた降伏強度85,000psiの鋼を含む加工物に径0.883インチのスプライン形状を作成するために使用された。工具寿命、機械加工処理に従来から容認されている基準が、従来のブローチに対して本明細書に記載した実施形態により製作されたブローチの基準に使用された。使用中、各ブローチはホイッスルノッチ工具保持機構を使用して保持された。
12 ヘッド
14 シャンク
15、32、36、40、42、50、54、62、72、74 先端部
16 本体
18、44、56 加工面
20 切れ刃
22 中心線
24 炭化物および/または合金の帯、偏析
25 加工物
26 ダイ
30、34、38、46、60、70 ブランク
33、37 鈍端
Claims (26)
- 加工物を改良する機械で使用される工具(10、43、48)であって、
工具鋼から形成され、前記加工物に接触するように適合された加工面(18、44、56)を含んだ部材と、
前記加工面(18、44、56)の下の第1の領域と、を具備し、
該第1の領域内の前記工具鋼は、一方向に整列しない複数の炭化物帯または複数の合金帯を含んだミクロ組織を備え、
各々の前記複数の炭化物帯または各々の前記複数の合金帯は、前記第1の領域の一部にわたって、傾斜した正の角を有し、かつ前記第1の領域の別の一部にわたって、傾斜した負の角を有し、前記傾斜の正の角と前記傾斜の負の角との間の遷移は連続的であり、
前記工具は、別の複数の炭化物帯または別の複数の合金帯を含んだミクロ組織を備えた第2の領域を具備し、
前記第1領域の炭化物帯または合金帯は前記第2の領域の炭化物帯または合金帯よりもより緊密に圧縮されており、前記第1の領域の炭化物帯または合金帯は、前記第2の領域の炭化物帯または合金帯の平均密度よりも高い平均密度を有する工具。 - 前記加工面(18、44、56)が表面法線を有し、前記炭化物帯または前記合金帯が前記表面法線に平行でない方向に整列されている、請求項1に記載の工具。
- 前記部材は細長く、該細長い部材は長手軸(22)と、前記機械に結合される用に形成されたシャンク(14)と、該シャンク(14)から前記長手軸(22)に沿って離間された先端部(15、42、54、74)と、を含み、
前記先端部(15、42、54、74)は前記加工面(18、44、56)と、該加工面に隣接した第1の領域と、前記第2の領域と、を含み、
前記第1の領域内の炭化物帯または合金帯は前記長手方向軸(22)と概略整列されておらず、前記第2の領域は前記第1の領域と並列し、前記第1の領域と前記シャンク(14)との間にある、請求項1または2に記載の工具。 - 前記第2の領域の炭化物帯または合金帯は前記長手方向軸(22)と概略整列されている、請求項3に記載の工具。
- 前記第1の領域内の各前記複数の炭化物帯または前記合金帯が前記第2の領域内のそれぞれ前記炭化物帯または前記合金帯の1つと連続している、請求項4に記載の工具。
- 前記第1の領域内の前記炭化物帯または前記複数の合金帯が前記加工面(18、44、56)を横断している、請求項3に記載の工具。
- 前記第1の領域内の炭化物帯または前記合金帯が前記加工面(18、44、56)の平面に対して非垂直角度で前記加工面(18、44、56)を横断している、請求項6に記載の工具。
- 前記第1の領域が、前記加工面(18、44、56)から前記先端部(15、42、54、74)内へ、前記加工面(18、44、56)に対して深さ約0.125インチ(約0.3175センチメートル)から約0.25インチ(約0.635センチメートル)延びている、請求項6に記載の工具。
- 前記第1の領域が、前記加工面(18、44、56)から前記先端部内へ、前記加工面(18、44、56)に対して深さ少なくとも約0.001インチ(約0.00254センチメートル)延びている、請求項6に記載の工具。
- 前記第1の領域が前記先端部(15、42、54、74)内で前記加工面(18、44、56)の下に埋め込まれている、請求項3に記載の工具。
- 前記シャンク(14)が前記細長い部材を前記機械の工具保持部に結合するように構成された工具保持構造を含んでいる、請求項3に記載の工具。
- 前記長手方向軸(22)が前記加工面(18、44、56)と交差している、請求項3に記載の工具。
- 第1の領域内の隣接した炭化物帯または合金帯は中間帯空間によって離間されており、該中間帯空間は外周面と前記長手方向軸との間で前記工具(10、43、48)の外周面から半径の中点まで径方向の直線に沿って増加し、その後前記半径の中点から前記工具(10、43、48)の中心まで減少している、請求項1に記載の工具。
- 前記工具鋼は粉末金属材料から形成されている、請求項1〜13のいずれか一項に記載の工具。
- 長手方向軸(22)に沿って配置されたシャンクおよび先端部(32、36、40、54、62、72)を有する工具鋼プレフォーム(30、34、38、60、70)であって、前記先端部(32、36、40、54、62、72)は第1の密度を有する複数の炭化物帯または複数の合金帯を伴ったミクロ組織を備えた工具鋼プレフォームを製作する段階と、
前記プレフォーム(30、34、38、60、70)の前記先端部(32、36、40、54、62、72)を熱加工処理して、前記先端部(32、36、40、54、62、72)内の第1の領域を画定する段階と、
前記プレフォームを、工具(10、43、48)の加工面(18、44、56)を画定する前記先端部の前記第1の領域を有する工具(10、43、48)に仕上げ加工する段階と、を含んだ工具の作成方法であって、
前記第1の領域内の前記炭化物帯または前記合金帯が一方向に整列されておらず、各々の前記炭化物帯または各々の前記合金帯が前記第1の領域の第1の部分にわたって、傾斜した正の角を有し、かつ前記第1の領域の第2の部分にわたって、傾斜した負の角を有し、前記傾斜の正の角と前記傾斜の負の角との間の遷移は連続的であり、前記炭化物帯または前記合金帯の間の距離は減少して、第2の密度は第1の密度よりも大きくなっており、前記熱加工処理は前記先端部(32、36、40、54、62、72)の処理温度への加熱を含み、前記先端部(32、36、40、54、62、72)が前記処理温度にある間に、前記先端部(32、36、40、54、62、72)に力を負荷して前記第1の領域を変形させる、工具の作成方法。 - 前記第1の領域内の前記炭化物帯または合金帯が、前記第1の領域と並列した第2の領域内の他の複数の炭化物帯または他の複数の合金帯よりも緊密に圧縮されている、請求項15に記載の方法。
- 前記プレフォームの製作段階が、
前記シャンクの断面よりも面積が小さい、前記長手方向軸に沿って見た断面を有する先端部(32、36、40、54、62、72)を成形する段階をさらに含んでいる、請求項15に記載の方法。 - 前記先端部を熱加工処理する段階が、
前記先端部(32、36、40、54、62、72)が熱加工処理された場合に、前記先端部(32、36、40、54、62、72)の断面の面積が増加する段階をさらに含んでいる、請求項17に記載の方法。 - 前記先端部(32、36、40、54、62、72)が先端角を有する切頭円錐形または弾丸形状を有し、前記先端部(32、36、40、54、62、72)を熱加工処理する段階が、
前記先端部(32、36、40、54、62、72)が熱加工処理された場合に前記先端部(32、36、40、54、62、72)の先端角が大きくなる段階をさらに含んでいる、請求項17に記載の方法。 - 前記先端部(32、36、40、54、62、72)が鍛造処理によって熱加工処理されている、請求項15に記載の方法。
- 前記鍛造処理が、半径方向の鍛造、リングローリング、回転鍛造、据え込み、チクソフォーミング、オースフォーミング、温間/熱間据え込み、およびその組合せからなるグループから選択されている、請求項20に記載の方法。
- 前記プレフォーム(30、34、38、60、70)の前記先端部(32、36、40、54、62、72)内の前記炭化物帯または前記合金帯が、前記先端部(32、36、40、54、62、72)が熱加工処理される前に前記先端部(32、36、40、54、62、72)の前記長手方向軸(22)と実質的に整列している、請求項15に記載の方法。
- 前記プレフォーム(30、34、38、60、70)を前記工具(10、43、48)に仕上げ加工する段階が、
前記シャンク(14)が工具保持構造を含むように変える段階をさらに含んでいる、請求項15に記載の方法。 - 前記プレフォーム(60)の前記先端部(62)を熱加工処理する段階が、
前記先端部(62)を、第1の熱加工処理で熱加工処理して前記鋼の前記第1の領域を画定する段階と、
前記プレフォーム(60)の前記先端部(62)の形状を変える段階と、
前記先端部を、第2の熱加工処理で前記第1の領域内の前記炭化物帯または前記合金帯の方向が、前記先端部(62)の前記長手方向軸に対してさらにずれるように熱加工処理する段階と、をさらに含んでいる、請求項15に記載の方法。 - 前記先端部を改良する段階が、
前記プレフォーム(60)の前記先端部(62)を機械加工または鍛造する段階をさらに含んでいる、請求項24に記載の方法。 - 前記処理温度は工具鋼の低温側の変態温度よりも高い、請求項15に記載の方法。
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---|---|---|---|
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