JP5571574B2 - 締め付け用孔を有する切削インサートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主圧縮方向を有する圧縮機の使用を含む粉末冶金法を利用した切削インサートの製造方法に関する。インサートは、ここに交差孔と呼ばれる、主圧縮方向に垂直な非円筒状の孔を有する。前記方法によれば、改善された公差を有する非円筒状の交差孔が得られる。

粉末冶金法による切削インサートの製造は、圧縮機で粉末を塊に圧縮することと、切削インサートを製造するために塊をその後に焼結することとを含む。圧縮は、金型内に形成されて粉末を含んだキャビティの中に向かって移動する上部ポンチ及び下部ポンチによって生成された軸方向に向かい合う大きな力を通じて得られた高圧下で起こる。圧縮された塊は、金型から簡単に取り出されることが可能なような形状を概ね有している。これは、インサートのすくい面上に通常設けられたチップブレーカが、上部ポンチ及び下部ポンチによって形成されることを意味している。

切削工具インサートは、ねじによって工具ホルダに切削工具インサートを締め付けるための孔を一般に有している。孔は、ホルダにインサートをさらにしっかりと固定するためにラッパ形式のような非円筒形状を概して有している。

インサートはラジアル型又は接線型のいずれかであることが可能である。ラジアルインサートは、切削力がインサートの薄い方の寸法に沿って向けられるような様態で方向付けられる。締め付け孔は、すくい面から反対面まで、すなわち、下面又はすくい面まで延びる。すくい面は、圧縮作業においてポンチによって形成されたチップブレーカを一般に有している。締め付け孔は、この場合、主圧縮方向に平行であり、かつ、十分な精度で簡単に形成される。

接線インサートは、切削作業中に切削力がインサートの厚い方の寸法に沿って向けられるような様態で、インサートホルダ内で方向付けられる。こうした配置の利点は、インサートがより大きな切削力に耐えることである。他の場合には、装着に利用可能な空間における制約が接線インサートの設計の選択に刺激を与えることがある。接線インサートの場合、締め付け孔は主圧縮方向に垂直であり、こうしたインサートはさらに複雑な方法によって製造されなければならない。

図１のような非円筒状の交差孔を有する接線切削インサートの製造方法は、上部ポンチ及び下部ポンチによって粉末が金型内で塊に圧縮される方法を含んでいる。交差孔は、続いて、塊内で機械加工され、次いで前記塊は焼結される。こうして得られた孔は寸法要求を満たす。しかしながら、塊の機械加工には多大な時間を必要とし、その結果、インサートの製造を高価にしてしまう。従って、圧縮作業で直接的に、交差孔を有するインサートを製造することが望ましい。

米国特許第６６４５４２６号明細書は、交差孔を含む金型孔を垂直方向に有する金型に形成されたキャビティ内に粉末を充填する工程を備える方法を開示している。粉末は、キャビティ内に充填されて、上部ポンチ及び下部ポンチによって予備圧縮される。続けて、打ち抜きピンが粉末内に挿入されて、打ち抜きピンによって交差孔の形状が打ち抜かれる。その後、粉末は、上部ポンチ及び下部ポンチによってその最終的な密度まで圧縮される。その後、打ち抜きピンが未焼結の圧粉体から引き抜かれ、未焼結の圧粉体が取り出され、その結果、完成品が得られる。この方法の重大な弱点は、円筒形の交差孔しか作れないといった制約と、打ち抜き容積に起因する粉末の無駄とである。また、孔の入口周りに欠陥が生じる潜在的な危険性もある。

米国特許第６９８６８６６号明細書は、上部ポンチ及び下部ポンチによる金型内での単軸圧縮に基づく圧縮作業で直接的に、交差孔を有するインサートを製造する方法を開示しており、当該方法は、
金型内でコア孔より下側に下部ポンチを位置決めする工程と、
キャビティ内でロッドが相互に接触する位置に可動コアロッドを位置決めする工程と、
粉末でキャビティを満たす工程と、
焼結後の開口の位置を制御するためにコアロッド周りに粉末を位置決めする工程と、
コアロッド周りで均一に粉末を圧縮する工程と、
未焼結成形品の減圧のために上部ポンチ及び下部ポンチを引っ込める工程と、
キャビティからコアロッドを引っ込める工程と、
金型から未焼結成形品を取り出す工程と、を備える。

この製造方法では、焼結後に所望の形状及び所望の寸法を得るためにコアピンの形状の変更を必要とする高さを満たすために、圧縮された高さの比率の著しい差異に起因して均一な密度を得ることは難しい。もう１つの欠点は、コアロッドの端面に粉末が張り付く明らかな危険性であり、この張り付きは、所望の閉位置にコアロッドを移動させないようにするか、又は、接触領域でコアロッドの損傷を引き起こす。３つめの欠点は、コアロッドが接触する位置でコアロッドに対して半径方向に形成されるバリである。

特開平１０−１４６６９５号公報は、粉末の圧縮中に２つの上部ポンチ及び／又は２つの下部ポンチとコアロッドとを使用した単軸圧縮によって未焼結の圧粉体において均一な密度を得て、その結果、コアピンの変形を防止する方法を開示している。この方法の課題は、上部ポンチ及び下部ポンチの方を向いている孔の表面が湾曲していることから、孔周りで十分に均一な密度分布を得ることである。前記方法はまた、分割された上部ポンチ及び下部ポンチの間のパーティングにおいてバリを引き起こすであろう。

本発明の目的は、改善された寸法精度で非円筒状の交差孔を有する切削インサートなどの圧縮された粉末塊を製造する改善された方法を提供する。

接線切削インサートを示す。 本発明に係る圧縮工具の構成を示す。 本発明に係る製造順序を示す。 本発明に係る製造順序を示す。

本発明は、交差孔周りで均一な圧縮密度を得るといった課題を解決する多軸型圧縮機を用いて、非円筒状の交差孔を有する切削インサートの製造方法を備える。金型は、交差孔を形成するコアロッドが配置されたキャビティを貫通するとともに主圧縮方向に垂直な孔を有している。コアロッドの前側部分は、所望の非円筒形状の交差孔が得られるような形状を有している。本発明の一実施形態によれば、コアロッドは、雄型及び雌型であり、従って、このコアロッドでの圧縮を可能にする製造順序の圧縮工程においてもまた移動可能である。従来技術の方法によって製造された交差孔の場合にしばしばあるコアロッドの形状の補正に費やす時間及びコストの制限なしに、交差孔の所望の形状及び所望の寸法が得られることが可能であるほどまでに、この圧縮が成形品内で密度分布を制御することを可能にすることが意外にも見出された。焼結後に交差孔の最終形状及び最終寸法を制御する圧粉体内の密度分布は、上部ポンチ及び下部ポンチと金型との間の単軸圧縮におけるような相対的な動きのみならず、大部分において、コアロッドの動きにも依存していることが分かる。

製造は以下の工程を備え、図３ａ〜図３ｂでは、
１．下部ポンチ（Ｃ）が、金型内で、コアロッド（Ｂ１、Ｂ２）より下側の位置まで、好適には充填位置まで下方に移動する。
２．コアロッド（Ｂ１、Ｂ２）がその充填位置に位置決めされる。
３．金型（Ａ）のキャビティが所望量の粉末で充填される。
４．下部ポンチ（Ｃ）が、コアロッド（Ｂ１、Ｂ２）周りに一様に粉末を分配するために金型内で移動する。
５．圧粉体（Ｆ）内で所望の密度を得るように粉末を圧縮するために、上部ポンチ（Ｄ）及び下部ポンチ（Ｃ）が（４）の位置から最終位置まで移動し、２つのコアロッド（Ｂ１、Ｂ２）が（２）の位置から最終位置まで移動する。好適には、密度分布は均質である。好適には、上部ポンチ及び下部ポンチは、コアロッドの移動が開始される前に粉末を予備圧縮することを許容される。
６．上部ポンチ（Ｄ）及び下部ポンチ（Ｃ）並びに場合によってはコアロッド（Ｂ１、Ｂ２）が引っ込み、圧粉体が取り外される。
７．圧粉体（Ｆ）の取り出しを可能にするためコアロッド（Ｂ１、Ｂ２）が引っ込む。
８．圧粉体（Ｆ）が取り出される。

例１
本発明に従って、クランクシャフトのフライス加工用の接線切削工具インサートが製造され、このインサートは、±０．１ｍｍの寸法公差で４．４ｍｍ〜６．１ｍｍの径の交差孔を有しており、１０％のコバルト（Ｃｏ）及び残余のタングステンカーバイド（ＷＣ）の組成を有していた。主圧縮方向における圧力は各ポンチ上で約１７０ＭＰａであった。上部ポンチ及び下部ポンチでの最後の０．５ｍｍの圧縮工程中に、コアロッドで０．５ｍｍの能動的圧縮工程が加えられた。その結果、コアロッド上の圧力は約３２０ＭＰａまで増大した。標準的な製造に従ってインサートは焼結された。焼結後、座標測定機を使用して交差孔の寸法が検査された。交差孔の寸法は５．８６ｍｍであることが分かった。

例２
米国特許第６９８６８６６号明細書に従って例１が繰り返された。主圧縮方向における圧力は各ポンチ上で約１９０ＭＰａであった。コアロッドの方向における圧力は約１００ＭＰａであることが分かった。交差孔の寸法は５．６５ｍｍであることが分かった。

例１及び例２は、本発明に係る方法が、焼結された成形品の主な寸法を変化させることなく交差孔の寸法の制御を可能にすることを示している。このことは、前記例１及び前記例２における交差孔の寸法が、コアロッド上の圧縮圧力に依存して、約５．６５ｍｍ〜約５．８６ｍｍの間で制御され得ることを意味している。例２の場合、これは、圧縮工具の変更なしに実施されることはできない。この向上した制御は、インサートの寸法に影響を与えずに、所望の孔寸法のための目標値に到達することを可能にする。

Ａ 金型
Ｂ１ コアロッド、雄型
Ｂ２ コアロッド、雌型
Ｃ 下部ポンチ、必要であれば、下部ポンチは複数のポンチに分割されてもよい
Ｄ 上部ポンチ、必要であれば、上部ポンチは複数のポンチに分割されてもよい
Ｅ 供給シュー
Ｆ 粉末

Claims (2)

1. 主圧縮方向を有する圧縮機の使用を含む粉末冶金法を利用して切削インサートを製造する方法であって、前記インサートは、圧縮工具構成における前記主圧縮方向に垂直な非円筒状の孔である交差孔を有しており、前記圧縮工具構成は、金型（Ａ）と、雄コアロッド（Ｂ１）と、雌コアロッド（Ｂ２）と、下部ポンチ（Ｃ）と、上部ポンチ（Ｄ）と、供給シュー（Ｅ）と、を備えており、前記方法は、
   前記金型内で、前記雄コアロッド（Ｂ１）と前記雌コアロッド（Ｂ２）より下側の位置まで前記下部ポンチ（Ｃ）を下方に移動させる工程と、
   前記雄コアロッド（Ｂ１）と前記雌コアロッド（Ｂ２）をその充填位置に位置決めする工程と、
   所望量の粉末で前記金型（Ａ）のキャビティを満たす工程と、
   前記雄コアロッド（Ｂ１）と前記雌コアロッド（Ｂ２）の周りに一様に前記粉末を分配するために前記金型内で前記下部ポンチ（Ｃ）を移動させる工程と、
   圧粉体を形成するために前記粉末を圧縮する最終位置まで、前記上部ポンチ（Ｄ）及び前記下部ポンチ（Ｃ）を前記金型（Ａ）内で前記主圧縮方向に移動させ、前記充填位置から前記粉末を圧縮する最終位置まで、前記雄コアロッド（Ｂ１）と前記雌コアロッド（Ｂ２）を前記主圧縮方向に垂直な方向に移動させる工程と、
   前記圧粉体を取り外すために前記上部ポンチ（Ｄ）及び前記下部ポンチ（Ｃ）並びに場合によっては前記雄コアロッド（Ｂ１）と前記雌コアロッド（Ｂ２）を引っ込める工程と、
   前記圧粉体（Ｆ）の取り出しを可能にするために前記雄コアロッド（Ｂ１）と前記雌コアロッド（Ｂ２）を引っ込める工程と、を備えたことを特徴とする方法。
2. 前記粉末は、前記雄コアロッド（Ｂ１）と前記雌コアロッド（Ｂ２）によって圧縮される前に、前記上部ポンチ及び前記下部ポンチによって予備圧縮されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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