JP5885710B2 - 複合切刃インサート及びその作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、種々の特徴又は特性の領域を有している工具のブランク材、切刃インサート、スペードドリルインサート及びボールエンドミルのような複合部材を形成する方法に関する。

本発明の方法は、切削工具の製造に一般的な用途を見出し、例えば、旋削、フライス加工、ねじ切り、溝付け、穴開け、リーマ仕上げ、座ぐり、深座ぐり及びエンドミル削りのような材料除去作業において使用される超硬合金回転バイトの製造において使用することができる。本発明の切刃インサートは、類似しているが異なるグレードの２つの超硬合金材料によって作ることができる。

金属加工に対して採用される切刃インサートは、一般的に、工具鋼及びセラミックのような他の工具材料と比較して、強度、靱性及び耐摩耗性のような機械的特性の好適な組み合わせによる複合材料によって製造される。超硬合金のような複合材料によって作られた従来の切刃インサートは、“一体構造”に基づいており、すなわち、単一グレードの超硬合金によって作られている。従って、従来の一体構造の切削工具は、当該工具全体に亘る全ての位置で同じ機械的特性及び化学的特性を有している。

超硬合金材料は、少なくとも２つの相すなわち少なくとも１つの硬質セラミック成分と、より軟らかい金属結合剤のマトリックスとを含んでいる。硬質セラミック成分は、例えば、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステン及びニオビウムのような超硬合金形成元素からなる超硬合金とすることができる。一般的な例はタングステン超硬合金である。結合剤は、金属又は金属合金、典型的には、コバルト、ニッケル、鉄又はこれらの金属の合金とすることができる。結合剤は、セラミック成分を三次元的に連結されたマトリックス内で“固める”。超硬合金は、少なくとも１つの粉末セラミック成分と、少なくとも１つの粉末結合剤とからなる金属粉末を圧密固化することによって作ることができる。

超硬合金材料の物理的及び化学的特性は、部分的に、材料を形成するために使用される金属粉末の個々の成分に依存する。超硬合金材料の特性は、例えば、セラミック成分の化学的組成、セラミック成分の粒子サイズ、結合剤の化学組成及びセラミック成分に対する結合剤の割合によって決定される。金属粉末の成分を変えることによって、スローアウェイ式チップ、ドリル及びエンドミルを含むインサートのような工具は、特別な用途に適合した独特の特性によって形成することができる。

今日の近代的な金属材料の加工用途においては、濃縮グレードの超硬材料は、所望の品質及び生産性要件を達成するために望まれる場合が多い。しかしながら、より高いグレードの超硬合金を使用して一体化超硬合金構造によって作られた切刃インサートは、主として材料コストが高いことにより製造コストが高い。更に、インサート内の各位置において、異なる要求に適合するように、単一グレードの超硬材料を含む従来の一体化スローアウェイ式チップの組成を最適化することは困難である。

２以上の異なる超硬材料又はグレードによって作られた複合回転バイトが米国特許第６，５１１，２６５号に記載されている。この時点では、複合超硬合金切刃インサートは、回転切削工具よりも製造がより困難である。まず第一に、切刃インサートのサイズは、典型的には、回転切削バイトよりも遙かに大きく、第二には、特に、今日の切刃インサートの切刃及びチップブレーカ構造は特性が複雑であり、第三には、より高い寸法精度及びより良好な表面品質が必要とされる。切刃インサートの場合には、最終製品は、製品をプレスし且つ焼結することによって作られ、後続の研磨動作は含まない。

１９８３年に登録された米国特許第４，３８９，９５２号は、最初に超硬合金粉末と液体賦形剤との混合物を含むスラリーを形成し、次いで、塗装又は噴霧よって別の異なる超硬合金の圧粉体に当該混合物の層を付加することよって、複合超硬バイトを形成する革新的な着想を提供している。このような複合超硬バイトは、コア領域と表面層との間に個別の機械的特性を有している。この方法が請求される用途としては、削岩工具、採鉱工具及び金属加工のためのスローアウェイ式チップがある。しかしながら、スラリーに基づく方法は、チップブレーカの幾何学的構造又は極めて簡単な構造のチップブレーカを備えていないスローアウェイ式チップに適用できるだけである。これは、スラリーの厚い層が明らかにチップブレーカの幾何学的構造を変え、特に、広く使用されているスローアウェイ式チップが種々の材料を加工するための増加の一途をたどる要望に適合するのに必要とされるチップブレーカの幾何学的構造を有しているからである。更に、スラリーに基づく方法は、製造作業及び製造設備の著しい増加を含んでいる。

回転バイトの用の切刃インサートに対しては、切刃インサートの中心領域の主要な機能は、最初に加工片を貫通し且つ穴が形成されるときに材料の殆どを除去することであり、一方、周辺領域の主目的は、穴を広げ且つ仕上げることである。切削過程中の切削速度は、インサートの中心領域からインサートの外周領域までに亘って大きく変化する。インサートの内側領域、中間領域及び外周領域の切削速度は全て異なり、従って、異なる応力及び摩耗形態を受ける。明らかに、工具の回転軸線からの距離が増すにつれて、切削速度は増大する。従って、一体構造を含んでいる回転ビットにおけるインサートは、本質的に、それらの特性及び適用範囲が限られる。

従って、一体構造を有しているドリルインサート及びその他の回転バイトは、工具の切削面の中心から外周端縁までに亘る種々の場所で、均一な摩耗を受けず且つ／又は削り取り及び亀裂を受けない。更に、浸炭材料に穴開けする場合には、チゼルエッジは、典型的には焼き肌を貫通するために使用され、一方、ドリル本体の残りの部分は、浸炭材料のより軟らかいコアから材料を除去する。従って、この用途において使用される従来の一体構造のチゼルエッジは、切刃の残りの部分よりも遙かに速い速度で摩耗して、比較的短い耐用期限をもたらすであろう。これら両方の場合に、従来の超硬合金インサートの一体構造により、度重なる工具の交換は、使用されている工具の過度の中断時間を生じる。

従って、金属加工の用途のための近代のチップブレーカ構造を任意に含んでいる切刃インサート及びこのようなインサートを形成する方法を創り出す必要性が存在する。

本発明の実施形態は、複合物品を形成する方法を含んでおり、当該方法は、第一の金属粉末グレードをフィーダからダイ内のキャビティの第一の部分内へ導入し、第二の金属粉末グレードをフィーダからキャビティの第二の部分内へ導入するステップを含んでいる。第一の金属粉末グレードは、化学組成又は粒子サイズが第二の金属粉末グレードとは異なっている。第一の金属粉末及び第二の金属粉末は、圧密されて圧粉体を形成することができる。種々の実施形態において、金属粉末はキャビティ内へ直接供給される。更に多くの実施形態においては、本発明の方法は、ダイのキャビティ又はその他の型のキャビティ内への２以上の金属粉末のほぼ同時の導入を可能にする。

複合物品を製造する方法の更に別の実施形態は、第一の金属粉末グレードを第一のフィーダからダイのキャビティの第一の部分内へ導入し且つ第二の金属粉末グレードを第二のフィーダからキャビティの第二の部分内へ導入するステップを含んでいる。第一の金属粉末グレードは、少なくとも１つの特性が第二の金属粉末グレードとは異なっている。

本発明の他の実施形態は、材料除去動作のための複合インサートを含んでいる。当該複合インサートは、第一の領域と第二の領域とを含んでおり、前記第一の領域は第一の複合材料を含んでおり、第二の領域は第二の複合材料を含んでおり、前記第一の複合材料は、少なくとも１つの特性が前記第二の複合材料と異なっている。より特別には、中心領域と周辺領域とを含んでいるモジュール型回転バイトのための複合インサートが提供され、前記中心領域は第一の複合材料を含んでおり、前記周辺領域は第二の複合材料を含んでおり、前記第一の複合材料は少なくとも１つの特性が前記第二の複合材料とは異なっている。中心領域は、インサートの中心を含む領域を意味するものと広く解釈されても良く、又は、複合回転バイトに対しては、当該中心領域は、最も遅い切削速度を有する切刃、典型的には回転軸線からより遠い切刃を含んでいる。前記中心領域はまた、インサートの周辺の一部分を含んでいても良い。

他の方法で指示しない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用されている成分の量、時間、温度等を表している全ての符号は、全ての場合に、“約”という用語によって加減されると解されるべきである。従って、そうではないと指示されない限り、以下の明細書及び請求の範囲に記載されている数字のパラメータは、本発明によって得ようとされる所望の特性に応じて変化するかも知れない近似値である。少なくとも且つ請求の範囲と等価である原理の適用を制限する試みとしてではなく、各数字パラメータは、少なくとも、多くの報告された重要な数字を参考にして且つ通常の簡略化手法を適用することによって解釈されるべきである。

本発明の広い範囲を記載している数字範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特別な例に記載されている数字の値は出来る限り正確に報告されている。しかしながら、如何なる数字的な値も、本質的に、それら自体の試験測定において見出された標準偏差によって必然的に生じるある種の誤差を含んでいても良い。

読者は、本発明の以下の詳細な説明を考慮に入れると、本発明の以上の詳細及び利点のみならずその他のものを理解できるであろう。読者はまた、本発明の実施形態を実施し且つ／又は使用する際に、本発明のこのような付加的な詳細及び利点を理解することができる。

図１ａは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明の矩形のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している図である。 図１ｂは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している正面図である。 図１ｃは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している頂面図である。 図１ｄは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している断面図である。 図２ａは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している斜視図である。 図２ｂは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している正面図である。 図２ｃは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している頂面図である。 図２ｄは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している断面図である。 図３ａは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローチャートウェイ切刃インサートの実施形態を示している斜視図である。 図３ｂは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している正面図である。 図３ｃは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している頂面図である。 図３ｄは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している断面図である。 図４ａは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している斜視図である。 図４ｂは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している正面図である。 図４ｃは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している頂面図である。 図４ｄは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している断面図である。 図５ａは、複合材料からなる４つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している斜視図である。 図５ｂは、複合材料からなる４つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している正面図である。 図５ｃは、複合材料からなる４つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している頂面図である。 図５ｄは、複合材料からなる４つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している断面図である。 図６は、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のスローアウェイ式切刃インサートの実施形態を示している図である。 図７は、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明の丸い形状の切刃インサートの実施形態を示している図である。 図８は、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明の丸い形状の切刃インサートの実施形態を示している図である。 図９は、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明の一体化切刃インサートの実施形態を示している図である。 図１０ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１０ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１１ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１１ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１２ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１２ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１３ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１３ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１４ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１４ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１４ｃは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１４ｄは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１５ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１５ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１５ｃは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１５ｄは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１６ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１６ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１６ｃは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１６ｄは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１７ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１７ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１７ｃは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１７ｄは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図１８ａは、本発明の方法の一実施形態において使用するためのラックとピニオンとを備えたフィーダの一実施形態を示している正面図である。 図１８ｂは、本発明の方法の一実施形態において使用するためのラックとピニオンとを備えたフィーダの一実施形態を示している側面図である。 図１８ｃは、本発明の方法の一実施形態において使用するためのラックとピニオンとを備えたフィーダの一実施形態を示している頂面図である。 図１８ｄは、本発明の方法の一実施形態において使用するためのラックとピニオンとを備えたフィーダの一実施形態を示している斜視図である。 図１９ａは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの一実施形態を示している頂面図である。 図１９ｂは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図１９ｃは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図１９ｄは、複合材料からなる３つの領域を含んでいる本発明のダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図２０は、本発明の方法の一実施形態を示している図であり、当該実施形態においては、図１９ａ乃至１９ｄのダイヤモンド形状のスローアウェイ式切刃インサートを形成するために、図１８ａ乃至１８ｄのフィーダが使用されている。 図２１は、図２０の本発明の方法の実施形態を示している図であり、金属粉末がダイ内へ導入されている。 図２２ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２２ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２２ｃは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２２ｄは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２３ａは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２３ｂは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２３ｃは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２３ｄは、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図２４ａは、本発明のボールインサートの一実施形態と、工具ホルダー内の本発明のボールインサートの一実施形態とを示している図である。 図２４ｂは、本発明のボールインサートの一実施形態と、工具ホルダー内の本発明のボールインサートの一実施形態とを示している図である。 図２４ｃは、本発明のボールインサートの一実施形態と、工具ホルダー内の本発明のボールインサートの一実施形態とを示している図である。 図２５ａは、本発明のスペードドリルインサートの一実施形態と、工具ホルダー内の本発明のスペードドリルインサートの一実施形態を示している図である。 図２５ｂは、本発明のスペードドリルインサートの一実施形態と、工具ホルダー内の本発明のスペードドリルインサートの一実施形態を示している図である。 図２６ａは、本発明のボールインサートの一実施形態を示している図である。 図２６ｂは、本発明のボールインサートの一実施形態を示している図である。 図２７ａは、本発明のスペードドリルインサートの一実施形態を示している図である。 図２７ｂは、本発明のスペードドリルインサートの一実施形態を示している図である。 図２８ａは、本発明の切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図２８ｂは、本発明の切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図２９ａは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスペードドリルインサートの一実施形態を示している図である。 図２９ｂは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明のスペードドリルインサートの一実施形態を示している図である。 図３０ａは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明の丸い形状の切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図３０ｂは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明の丸い形状の切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図３０ｃは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明の丸い形状の切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図３１ａは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明の丸い形状の切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図３１ｂは、複合材料からなる２つの領域を含んでいる本発明の丸い形状の切刃インサートの一実施形態を示している図である。 図３２ａは、図３０ａ乃至３０ｃ又は図３１ａ乃至３１ｂの丸い形状のスローアウェイ式切刃インサートを形成するために使用することができる本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図３２ｂは、図３０ａ乃至３０ｃ又は図３１ａ乃至３１ｂの丸い形状のスローアウェイ式切刃インサートを形成するために使用することができる本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図３３ａは、図３２ａ及び３２ｂの方法において使用することができるギヤの一実施形態を示している図である。 図３３ｂは、図３２ａ及び３２ｂの方法において使用することができるギヤの一実施形態を示している図である。 図３４ａは、図３３ａ及び３３ｂのギヤが図３１ａ及び３１ｂの方法において使用されている、本発明の方法の一実施形態を示している図である。 図３４ｂは、図３３ａ及び３３ｂのギヤが図３１ａ及び３１ｂの方法において使用されている、本発明の方法の一実施形態を示している図である。

発明の実施形態

本発明は、切刃インサート、回転切刃インサート、穴開けインサート、スペードドリル、スペードドリルインサート、ボールエンドミルインサートのような複合製品を提供し且つこのような複合製品を形成する方法を提供する。複合製品特に複合インサートは更に、頂面若しくは底面又は頂面及び底面の両方上に、チップ形成構造を含んでいても良い。複合製品のチップ形成構造は、複雑なチップ形成構造であっても良い。複合なチップ形成構造は、塊、隆起、畝、溝、ランド、背壁又はこれらの構造の組み合わせのような種々の構造を工具のすくい面上に有している如何なる構造であっても良い。

ここで使用されている“複合製品”又は“複合インサート”は、物理特性、化学特性、化学組成及び／又は微細構造が異なる別個の領域を有している物品又はインサートを指している。これらの領域は、物品又はインサートに適用される単なるコーティングを含んでいない。これらの違いは、少なくとも１つの特性が異なる領域をもたらす。これらの領域の特徴は、例えば、高度、引っ張り強さ、耐摩耗性、破壊靱性、弾性率、耐食性、熱膨張率及び熱伝導率のうちの１つとすることができる。ここで使用されている“複合材料”は、２以上の相の複合材、例えば、超硬合金のような結合剤内にセラミック成分を含む材料である。本発明において提供されるように構成することができる複合インサートとしては、例えば、材料の旋削、切断、立削り、フライス加工、穴開け、孔ぐり、座ぐり、深ぐり、正面削り及びねじ立てのためのインサートがある。

本発明は、より特別には、少なくとも１つの切刃と、少なくとも１つの特性が異なる複合材料からなる少なくとも２つの領域とを有している複合物品及び複合インサートを提供する。この複合インサートは、更に、スローアウェイ式であり且つ／又はチップフォーミング構造を有していても良い。超硬材料の２つの領域の化学組成及び微細構造のうちの少なくとも１つが変わることによって、異なる特性が提供される。一つの領域の化学組成は、例えば、この領域のセラミック成分及び／又は結合剤の化学組成及び超硬合金対結合剤の比の関数である。例えば、回転バイトの２つの超硬合金領域のうちの１つは、２つの領域のうちの他方の領域よりも大きな耐摩耗性、高い硬度及び／又は高い弾性率を呈しても良い。

本発明の実施形態は、複合物品を形成する方法を含んでおり、当該方法は、フィーダから金型キャビティの第一の部分内へ第一の金属粉末グレードを導入し且つ第二の金属粉末グレードをフィーダからキャビティの第二の部分内へ導入するステップを含み、前記第一の金属粉末は少なくとも１つの特性が第二の金属粉末グレードとは異なっている。次いで、金属粉末グレードは、圧密固化されて圧粉体を形成する。金属粉末グレードは、セラミック成分のような硬質粒子と結合剤とを含んでいても良い。この硬質粒子は、炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、酸化物及びこれらの固溶体のうちの少なくとも１つを個別に含んでいても良い。結合剤は、コバルト、ニッケル、鉄及びこれらの合金から選択された少なくとも１つの金属を含んでいても良い。結合剤はまた、例えば、タングステン、クロム、チタン、タンタル、バナジウム、モリブデン、ニオビウム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、パラジウム及び炭素をこれらの元素の溶解限界まで結合剤内に含んでいても良い。更に、結合剤は、銅、マンガン、銀、アルミニウム及びルテニウムのような元素を５重量％まで含んでいても良い。当業者は、固められた硬質粒子材料の構成成分のうちの幾らか又は全てを化合物及び／又は母合金として、元素形態で導入しても良い。更に別の実施形態は、フィーダからキャビティ内へ第三の金属粉末グレードを導入するステップを含んでいても良い。

圧粉体を焼結することによって、第一の複合材料を含んでいる第一の領域と第二の複合材料を含んでいる第二の領域とを有し且つ当該第一の複合材料と第二の複合材料との少なくとも１つの特性が異なっている複合物品が形成されるであろう。領域間で異なる特性としては、組成、粒子サイズ、弾性率、硬度、耐摩耗性、破壊靱性、引っ張り強さ、耐食性、熱膨張率からなる群の少なくとも１つとすることができる。

第一及び第二の複合材料は、結合剤内に硬質粒子を含んでおり、当該硬質粒子は、炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、酸化物及びこれらの固溶体のうちの少なくとも１つを個々に含んでおり、前記結合剤は、コバルト、ニッケル、鉄及びこれらの合金から選択された少なくとも１つを含んでいる。ある種の実施形態においては、硬質粒子は別個の金属炭化物であっても良い。この金属炭化物は、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、タンタル、タングステン及びニオビウムのようなあらゆる炭化物形成元素から選択することができる。第一の複合材料の金属炭化物は、化学組成及び平均粒子サイズのうちの少なくとも１つが第二の複合材料の金属炭化物とは異なっていても良い。第一の金属粉末グレードの結合剤と第二の金属粉末グレードの結合剤とは、各々別個に、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄及び鉄合金からなる群から選択された金属を含んでいても良い。第一の金属粉末グレードと第二の金属粉末グレードとは、個々に、金属粉末の全重量に対して、２〜４０重量％の結合剤と、６０〜９８重量％の金属炭化物とを含んでいても良い。第一の金属粉末グレードの結合剤と、第二の金属粉末グレードの結合剤とは、化学特性、金属粉末グレード内の結合剤の重量パーセント又はその両方が異なっていても良い。幾つかの実施形態においては、第一の金属粉末グレード及び第二の金属粉末グレードの一方は、第一の金属粉末グレード及び第二の金属粉末グレードのうちの他方よりも１〜１０重量％だけ多くの結合剤を含んでいる。

前記切刃インサートの実施形態はまた、限定的ではないが、同時係属中の米国特許出願第１０／７３５，３７９号（本明細書にその全体が参考として組み込まれている）に記載された複合焼結炭化物のいずれかのような複合焼結炭化物をも含んでいる。一般的には、複合焼結炭化物は、第二の焼結炭化物の連続相内全体に分散された少なくとも１つの焼結炭化物の粒子を含んでいて焼結炭化物の複合材を形成している材料である。米国特許第１０／７３５，３７９号の複合焼結炭化物は、低い接近比率と、他の複合焼結炭化物に対して改良された特性とを有している。好ましくは、複合焼結炭化物の分散相の接近比率は、０．４８よりも少ないか等しくすることができる。更に、本発明の複合焼結炭化物複合材は、連続層の硬度よりも高い硬度の分散相を有しているのが好ましい。例えば、本発明の切刃インサートの１以上の領域内で使用される複合焼結炭化物のある種の実施形態においては、分散相の硬度は、８８ＨＲＡより大きいか等しく、９５ＨＲＡ未満か等しいのが好ましく、連続相の硬度は７８より大きいか等しく、９１ＨＲＡより小さいか等しい。

しかしながら、本発明の以下の説明は、更に複雑な幾何学的構造及び／又は２以上の領域を有している複合インサートの製造にも適用できることが当業者に明らかであろう。従って、以下の説明は、本発明を限定することを意図しておらず、単に実施形態を例示することを意図している。

ある種の実施形態においては、セラミック成分は、５％未満の炭化タンタル、炭化ニオビウム及び炭化チタンのような立方晶系炭化物を含んでいても良く、又は幾つかの用途においては、３重量％未満の立方晶系炭化物を含んでいる。本発明の実施形態においては、立方晶系炭化物を避けるか又は低濃度の立方晶系炭化物を含むだけであるのが有利であるかも知れない。なぜならば、立方晶系炭化物は横破壊強度を低減させ、製造コストを増大させ、最終製品の破壊靱性を低減させるからである。このことは、硬い加工部片を加工する場合に使用され、加工によって剪断作用がもたらされ、ドリルの強度が最大であるべきである工具に対して特に重要である。他の欠点としては、より高い熱膨張率による低い耐熱衝撃性、より低い熱伝導率及び低い耐研磨摩耗性がある。

当業者は、本発明の説明を考慮した後に、本発明の改良された回転バイトは、バイトの中心領域から周辺までの１以上の特性の大きさの経過を形成するために、異なる超硬材料からなる幾つかの層によって構成することができることを理解するであろう。本発明の複合製品及び複合インサートの主要な利点は、種々の用途に適合させるために工具の各領域の特性を調整するように利用できる工具設計の自由度である。例えば、本発明の特別な複合ブランクの個々の超硬材料領域の大きさ、位置、厚み、幾何学的構造及び／又は物理特性は、ブランクによって作られる回転バイトの特別な用途に適するように選択することができる。従って、インサートが使用中に著しい曲げを受ける場合には、例えば、インサートの１以上の領域の剛性を増大させても良い。このような領域は、切削面を有する１以上の超硬合金領域の例えば高い弾性率又は硬度及び／又は耐摩耗性を有し且つ他の領域よりも速い切削速度を受ける超硬材料を含んでいても良く、且つ／又は使用中に化学的接触を受ける超硬材料の領域の耐食性を高めても良い。

複合インサートの実施形態は、より良好な耐摩耗性を得るために、より高いグレードの超硬材料の表面領域を有し且つ衝撃を増大させ又は抵抗を与えるためにより強靱なグレードの超硬合金としてのコア領域を有するように最適化しても良い。従って、本発明によって作られた複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサートは、製造コストが低いことと改良された加工性能を有することとの２つの利点を有している。

図１ａ〜１ｄの切刃インサートは、８つの割り送り位置（各側に４個）を有している。図１ａは、切刃インサートの一実施形態の二次元図である。頂部領域２と底部領域３とは超硬合金を含んでいる。これらの領域の超硬合金は、同じであっても良いし又は異なっていても良い。中間領域４は、頂部領域２及び底部領域３とは異なるグレードの超硬合金材料を含んでいる。切刃インサート１は、ある種の切削状態下で特別な群の材料の加工を改良するように設計することができる埋込又は圧入チップブレーカ構造５を有している。図１ｂは切刃インサート１の前面図であり、図１ｃは切刃インサート１の頂面図であり、図１ｄは切刃インサート１の断面図である。このタイプの切刃インサートは、真っ直ぐな側壁６と中心穴７とを有している。中心穴７は、切刃インサート１をホルダー内に固定するために使用することができる。

図２ａ〜２ｄは、頂面のみに埋込チップブレーカを備えている複合スローアウェイ式切刃インサートを示している。切刃インサート１１は、４回割り送りすることかできる。図２ａは、第一の炭化物グレードを含んでいる全頂部領域１２と第二の炭化物グレードを含んでいる全底面領域１３とを備えた三次元図であり、第一の炭化物グレードと第二の炭化物グレードとは少なくとも１つの特性が異なっている。切刃インサート１１は、幾つかの切削状態下で特定の群の材料に対する加工を改良するように設計されている埋込又は圧入チップブレーカ構造１４を有している。図２ｂは、切刃インサート１１の前面図であり、図２ｃは切刃インサートの頂面図であり、図２ｄは切刃インサートの断面図である。このタイプの切刃インサートは、角度が付けられた壁１５と中心穴１６とを有している。

複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサートの実施形態は、図１及び２に示されている切刃インサート１及び１１に限られない。次の図３乃至５においては、更に別の実施形態が、本発明によってもたらされる超硬合金切刃インサートの３つの他の可能な複合構造を示している。本発明の実施形態のいずれもが、複合材料のような異なる材料を各領域内に含んでいても良い。

本発明の原理に基づいて、図３ａ乃至３ｄは、頂面と底面との両方に埋込チップブレーカを備えた複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサートの一つのタイプの構造を例示している。切刃インサート２１は、ダイヤモンド形状を有し且つ４回（各側で２回）割り送りできる。図３ａは三次元図であり、一つのコーナー領域２２全体ともう一つの別のコーナー領域２３全体とは同じグレードでも異なるグレードでも良い超硬合金材料を含んでおり、中心領域２４もまた、少なくとも１つの異なる特性を有する複合材料を含んでいても良い。切刃インサート２１は、特別な群の金属材料を幾つかの切削条件下で加工するように設計されている埋込又は圧入のチップブレーカ構造２５を有している。図３ｂは、切刃インサート２１の前面図であり、図３ｃは切刃インサートの頂面図であり、図３ｄは切刃インサート２１の断面図である。このタイプの切刃インサートは、真っ直ぐな側壁２６と中心穴２７とを有している。

本発明の原理に基づいて、複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサート３１の図４ａ〜４ｄに示されている更に別の実施形態は、中心穴を有していないが、埋込のチップブレーカを頂部に含んでいる。切刃インサート３１は４回割り送りすることができる。図４ａは三次元図である。周辺近くの部分的な頂部領域３２は第一の複合材料を含んでいる。切刃インサートの本体領域３３の残りの部分（頂部中心部分から底部領域全体まで）は、前記第一の複合材料とは異なる第二の複合材料を含んでいる。インサート３１は、埋込のチップブレーカ構造３４を有している。図４ｂは切刃インサート３１の前面図であり、図４ｃは切刃インサート３１の頂面図である。図４ｄから明らかにわかるように、部分的な頂部領域３２は、超硬合金グレードのような複合材料を含んでおり、本体領域３３は、異なるグレードの超硬素材の第二の複合材料を含んでいる。このタイプの切刃インサートは角度が付けられた側壁３５を有している。

図５ａ〜５ｄは、頂面と底面との両方の上に、埋込のチップブレーカを備えた複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサートの更に別の実施形態を含んでいる。切刃インサート４１は、ダイヤモンド形状を有しており且つ４回（各側部で２回）割り送りすることができる。図５ａに示されているように、切刃インサートは、４つのコーナー領域４２，４３，４４及び４５の全ての切削部分に同じ複合材を含んでいても良く、本体領域４６に第二のグレードの炭化物を含んでいても良い。切刃インサート４１は、ある種の切削条件下で特別な群の材料を加工するように設計されている埋込又は圧入のチップブレーカ構造４７を備えている。図５ｂは切刃インサート４１の前面図であり、図５ｃは切刃インサート４１の頂面図であり、図５ｄは切刃インサートの断面図である。切刃インサート４１は、真っ直ぐな側壁４８と中心穴４９とを有している。

スローアウェイ式切刃インサートの形状は、金属加工用途のために当業者に知られている如何なる積極的／消極的な幾何学的構造形態であっても良く、如何なる所望のチップ形成構造が含まれていても良いことは強調されるべきである。図６〜９は、本発明において提供されている方法に基づいて形成することができる切刃インサートの異なる幾何学的形状の更に別の例を提供している。図６は、超硬材料５２及び５３のような２つの異なる複合材料を有する不規則な形状のフライス加工インサート５１を示している。切刃インサート５１は、埋込又は圧入のチップブレーカ構造５４を有している。図７は、２つの異なる超硬材料５７及び５８を有する丸い形状の汎用の切刃インサート５６を図示している。切刃インサート５６は平らな頂面５９を有している。図８は、２つの領域６２及び６３を有する丸い形状の汎用のインサート６１を示している。切刃インサート６１は、埋込又は圧入型のチップブレーカ構造６４を有している。図８は、異なるグレードの複合材料６７及び６８を含んでいる２つの領域を有している不規則な形状の溝削り／切り落としインサート６６を示している。切刃インサート６６は、埋込又は圧入型のチップブレーカ構造６９を有している。

チップブレーカ構造を備えているか備えていない本発明の新規な複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサートを形成するために使用される形成方法は、一般的な炭化物粉末処理方法に基づいている。本発明の方法の一実施形態においては、金属粉末グレードは、単一フィーダ又は多フィーダによってダイのキャビティの一部分内へ導入することができる。ある種の実施形態においては、フィーダのうちの少なくとも１つが、同じフィーダによってキャビティの各部分の充填を補助するための少なくとも２つの供給部分を含んでいる。この方法の実施形態は更に、ダイのキャビティの部分を形成するためにキャビティ内に仕切を導入することを含んでいても良い。この仕切は、装置の別の部分によってフィーダに取り付けるかキャビティ内に導入しても良い。仕切は、モーター、油圧、空気圧又はソレノイドによってキャビティ内へと下げることができる。

図１０ａ及び１０ｂは、一般的な超硬材粉末の圧締め構造を図示している。図１０ａは、超硬材粉末７１が底部パンチ７３の頂面まで型７２のキャビティ内へ導入される充填段階における圧締め装置を示している。この金属粉末は、チューブ８２及びホース７６を介して供給ホッパー７５に結合されているフィーダ７４によって供給することができる。図１０ａにおいては、頂部パンチ７７は持ち上げられた位置にある。金型取付板７８は型７２を支持するために使用されており、コアロッド７９は、切刃インサート内に穴を形成するために使用されている。図１０ｂは、金属粉末７１が圧締めされて未焼結の大きさの超硬合金切刃インサート８０にされる圧締め段階中の圧締め装置を図示している。頂部パンチ７７と底部パンチ７３との両方が圧締め中心軸線８１と同心である。

本発明において提供される複合切刃インサートの種々の構造に対しては、種々の製造方法を使用することができる。このプロセスは、分割面（単一又は多数／水平及び垂直）に主として依存して、切刃インサートの２つの基本的なタイプの複合構造によって例示される。ここで使用されている“分割面”は、複合物又は複合インサート内の２つの異なる複合材料間の境界である。２つの異なる組成の材料を有する第一の基本的なタイプのインサート９９及び１００が図１１に図示されており、単一の分割面９３を備えた切刃インサート９１或いは多数の分割面９４及び９５を備えた切刃インサートは、頂部パンチ９７と底部パンチ９８との圧締め中心軸線９６に直角である。これらの実施形態においては、分割面は、圧締め中心軸線９６に直角である。複合構造の第一の基本的な実施形態の典型的な例が、以前の図１，２，６，７及び８に示されている。

２つの異なる複合材料１０９及び１１０を備えた複合インサートの第二の基本的な実施形態が図１２に図示されており、典型的な簡素化された複合超硬合金切刃インサート１０１の単一の分割面１０３或いは典型的な簡素化された複合超硬合金切刃インサート１０２の多数の分割面１０４及び１０５は、頂部パンチ１０７及び底部パンチ１０８の圧締め中心軸線１０６に平行である。言い換えると、全ての分割面が圧締め中心軸線１０６に平行である。第二の基本的なタイプの複合構造の典型的な例が以前の図３及び９に示されている。

本発明において提供されている複合構造の上記した２つの基本的な実施形態の組み合わせは、次いで、圧締め中心軸線に直角とすることができる多数の分割面及び圧締め中心軸線に平行とすることができる分割面（単一又は複数）を含んでいる種々のタイプのより複雑な複合構造を形成することができる。２つの異なる超硬材料１１９及び１２０を備えた複合超硬合金切刃インサートに対して図１３に示されているように、典型的な簡素化された複合超硬合金切刃インサート１１１の単一の分割面１１３は圧締め中心軸線１１４に直角であり、一方、単一の分割面１１２は、頂部パンチ１１５及び底部パンチ１１６の圧締め中心軸線１１４に平行である。更に、図１３に示されているように、典型的な簡素化された複合超硬合金切刃インサート１２１の多数の分割面１２２及び１２３は圧締め中心軸線１１４に直角であり、一方、多数の分割面１２４及び１２５は圧締め中心軸線１１４に平行である。以前の図４及び５には、結合された複合構造の典型的な例が示されている。分割面は、異なる複合材料の領域間の境界部である。

図１４ａ〜１４ｄは、本発明において提供される複合構造の第一の基本的な実施形態の複合切刃インサートを作るための製造方法の一実施形態の代表的な図（縮尺なしで図示されている）である。図１４ａに示されているように、底部パンチ３１は、型１３３の頂面１３２と整合されており、次いで、底部パンチ１３１は、圧締め中心軸線１３４に沿って下方へ移動することができ、一方、これと同時に、超硬材料粉末１３５が所望の量に達するまで型１３３のキャビティ内へ導入される。金属粉末は、超硬材料粉末充填装置１５０によって充填される。粉末充填装置１５０は、フィーダ１３６、金属チューブ１３７，ホース１３８及び供給ホッパー１３９を備えている。金型取付板１４１は型１３３を支持するために使用されており、コアロッド１４２は切刃インサート１４３内に穴を形成する。頂部パンチ１４０は、第一の金属粉末１３５を導入するために、この圧締め段階中は持ち上げられた位置にある。ひとたび第一の金属粉末の充填が完了すると、図１４ｂに示されている第二の超硬材料粉末充填装置１５２は、第二の金属粉末１４９の異なるグレードを型１３３のキャビティ内へ導入し、一方、底部パンチ１３１は、第二の金属粉末が所望量に達するまで圧締め中心軸線１３４に沿って下方へ移動し続ける。第二の金属粉末を導入した後に、第一の超硬材料粉末充填装置１５０は、再び第一の金属粉末をキャビティ内へ導入しても良く、一方、底部パンチは、図１４ｃに示されているように所望量が導入されるまで下方へ移動し続ける。最後に、超硬材料粉末の３つの層全てが導入されると、頂部パンチ１４０は下方へ動き、底部パンチ１３１は上方へ移動して、図１４ｄに示されているように圧締めされた超硬合金切刃インサートの圧粉体１５５が形成される。代替的に、図１４に示された２つの超硬材料粉末充填装置１５０及び１５２は、図１５に示されているように、組み込まれた別個のホッパー１６２及び１６３（及びこれに対応するチューブ及びホース）を備えた単一のフィーダ１６１と置換することができる。図１５ａ、１５ｂ、１５ｃに示されている充填段階は、各々、図１４ａ及び１４ｃに示されているものと同じである。更に、複合インサート圧粉体１６５は、頂部パンチ１６６及び底部パンチ１６７によって圧締めされる。

図１６ａ〜１６ｄは、本発明において提供されている複合構造の第二の基本的な実施形態の複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサート、特に図３のものと類似している複合超硬合金切刃インサートを製造するための製造方法の別の実施形態を示している。当該複合切刃インサートは、２つのコーナー１６８及び１６９に同じグレードの（又は異なるグレードの）超硬材料を含み、中心領域１７０に異なる超硬材料を含んでいても良い。図１６ａに示されている超硬材料粉末充填装置１７１は、多数の供給ホッパー１７３，１７４及び１７５を備えた単一のフィーダ１７２を含んでいる。底部パンチ１７６は、圧締め中心軸線１７７に沿って下方へと動き且つ異なるグレードの超硬材料粉末が分離部分（図１７に示されているような）を介してフィーダ１７２内に形成されるのを可能にする。図１６ａ，１６ｂ及び１６ｃは、超硬材料粉末充填プロセス中の過程を例示しており、最終的には、本発明において提供される第二の基本的なタイプの複合構造を有している複合超硬切刃インサート１８１が、頂部パンチ１８２と底部パンチ１７６とによって形成される。フィーダ１７２の基本的な構造を示している概略図が図１７に示されている。図１７ａは前面図であり、図１７ｂは側面図であり、図１７ｃは頂面図であり、図１７ｄは三次元図である。原理的には、フィーダ１７２は、多数の管１９１，１９２及び１９３と、枠１９４と、多数の分割部１９５及び１９６とを含んでおり、枠１９４内でのこれらの位置は、圧締めされる切刃インサートの大きさ及び複合構造に従って調整可能であり又は固定される。

主として底部パンチ及び多数の超硬材料粉末充填装置に基づいている上記の好ましい製造方法とは異なる図１８に示されている別の好ましい製造方法は、多数のスプリッタを自動的に制御し且つ薄いスプリッタを金型キャビティ内へ駆動して多数の区分を形成する機構に基づいている。この駆動機構は、ラック−ピニオン、エアーシリンダ、油圧シリンダ、リニアーモーター等の使用を含んでいる。図１８の実施形態は、ラック−ピニオン装置を使用している駆動機構を例示しており、図１８ａは前面図であり、図１８ｂは側面図であり、図１８ｃは頂面図であり、図１８ｄは三次元図である。このような装置は、基本的には、電動機２０１、ピニオン２０２、ラック２０３、フレーム２０４、多数のスプリッタ区分２０５及び２０６、０．００３〜０．０４０インチ（０．０７６〜１．０２ミリメートル）の厚みを有する多数の薄いスプリッタ２０７及び２０８、移動ブラケット２０９、モーター支持部材２１０並びに多数の金属管２１１、２１２及び２１３からなる。移動ブラケット２０９は、ラック２０３に結合されており且つ直線的に上下動する。多数の薄いスプリッタ２０７及び２０８は、可動ブラケット２０９の２つの側面に機械的に取り付けられている。

例として図１９に示されているような（図１２に規定されている）複合構造の第二の基本的な実施形態を使用して、多数の薄いスプリッタのための上記したラック−ピニオン駆動装置の詳細な作動原理を以下に説明する。

図１９には、２つのコーナー領域２２２及び２２３に同じグレードの超硬材料を含み、中心領域２２４に異なる超硬材料を含むことができる複合切刃インサート２２１が示されている。切刃インサート２２１は、埋込又は圧入型のチップブレーカ構造２２５を備えている２つの等しい頂面及び底面を有している。切刃インサート２２１は、真っ直ぐな側壁２２６と中心穴２２７とを有している。

図２０には、薄いスプリッタ２３１及び２３２が、底部パンチ２３４の頂面２３３に到達するためにラック及びピニオン機構によって下方へ駆動される位置にあるフィーダが示されている。スプリッタ２３１及び２３２は、型２３８の区分化されたキャビティ２３５、２３６を形成している。次いで、金属粉末が多数の金属管２３９、２４０及び２４１を介して導入することができる。

図２１に示されているように、フィーダは、型２３８の区分化されたキャビティ２３５、２３６及び２３７が２つのコーナー２４６及び２４７において金属粉末によって充填され、中心領域２４８に異なる金属粉末が充填された後に、多数の薄いスプリッタ２３１及び２３２がラック及びピニオン機構によって上方へ駆動されて型２３８の頂面２４５上へ到達した位置にある。

本発明において提供される複合切刃インサートを作るための製造方法は、図４〜２１に示された上記の製造方法に限られないことがここでは述べられるべきである。本発明の複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサートを製造するための他の可能な製造方法がある。図２２ａ〜２２ｄは、２つの頂部パンチを備えたプレスを含んでいる可能な製造方法を図示している。図２２ａは、所望量の第一の金属粉末２５１が型２５３のキャビティ２５２内に充填される第一の充填位置にある圧締め構造を示しており、平らな面を備えた頂部パンチ２５４とチップブレーカ構造を備えた頂部パンチ２５５とが共に持ち上げられた位置にある。図２２ｂは、平らな面の頂部パンチ２５４と底部パンチ２５７とを使用して、第一の金属粉末２５１が圧締めされて未焼結圧粉体２５６にされる第一の圧締め位置にある圧締め構造を示している。更に、図２２ｃは、異なる超硬材料粉末２５８が型のキャビティ２５２内に充填された後に、平らな面の頂部パンチ２５４を使用している第二の圧締め位置を示している。図２２ｄは、第一の種類の超硬材料粉末２５９が再び型キャビティ２５２内に充填された後に、チップブレーカ構造２５５を有する頂部パンチを使用している最終的な圧締め段階にある圧締め構造を示しており、このようにして、超硬材料粉末２５１、２５８及び２５９が圧締めされて複合未焼結圧粉体超硬合金切刃インサート２６１とされる。

本発明の複合回転バイト及びこれらのバイトを製造するために使用する複合材ブランクを製造する方法の付加的な実施形態は、第一の金属粉末を型の第一の領域の空所内へ配置するステップを含んでいる。型は乾式バッグラバー成形型であるのが好ましい。第二の金属粉末は、型の空所の第二の領域内に配置される。回転バイトにおいて望ましい異なる焼結超硬材料からなる領域の数に応じて、型は、特別な金属粉末が配置される付加的な領域に区分化されても良い。この型は、幾つかの領域を規定するために型の空所内に物理的な仕切を配置することによって、幾つかの領域に分離しても良い。金属粉末は、上記した回転バイトの対応する領域の所望の特性を達成するように選択される。少なくとも第一の領域と第二の領域とのうちの一部分が相互に接触状態とされ、型は次いで静水圧的に圧縮されて金属粉末を圧縮して固化された粉末の圧粉体を更に圧縮し且つ第一と第二の領域間の、存在するならば他の領域間の自己結合を形成する。焼結された圧粉体は、特別な回転バイトの幾何学的構造の切刃及び／又は他の物理的形態を含むように加工することができるブランクを提供する。このような特徴は、当業者に知られており、ここでは特に説明しない。

本発明の方法のこのような実施形態は、特別な用途のために異なる領域の設計における大きな自由度を切刃インサートの設計者に付与する。第一の圧粉体は、所望の焼結硬質粒子材料によって所望の形状に設計することができる。更に、当該方法は、所望に応じて焼結前に何回でも繰り返すことができる。例えば、固化後に第二の圧粉体を形成するために、第三の型内で第二の圧粉体を第三の圧粉体と置換し且つ固化して第三の圧粉体を形成することができる。このような各々のプロセスによって、より複雑な形状を形成することができ、異なる特性の多くの明確に規定された領域を含む切刃インサートを形成することができ、切刃インサートの設計者は、特別な領域に特別な摩耗性能を有する切刃インサートを設計することができるであろう。

当業者は、焼結超硬切刃インサートのような焼結硬質粒子物品を形成するために、固化及び焼結に必要とされるプロセスパラメータが理解できるであろう。このようなパラメータは、本発明の方法において使用することができ、例えば、１５００℃以下の温度のような物品を圧縮強化するのに適した温度で焼結を行うことができる。

本発明の複合切刃インサートを作る別の可能な製造方法の原理が図２３ａ〜２３ｄに示されている。図２３ａは、頂部パンチ２７１が当該頂部パンチ２７１内を上下に摺動できる同心状のパンチインサート２７２を有している新規なパンチの設計を示している。同心状のパンチインサート２７２が底部のパンチ２８０の頂面に到達するまで型２７３内を下方へと摺動する充填段階において、第一の金属粉末２７４は金型２７３のキャビティ内へ導入される。充填の後に、同心状のパンチインサート２７２は、型２７３から後退し且つ図２３ｂに示されているように型２７３のキャビティの内側キャビティ２７５から離れる。次いで、異なるグレードの金属粉末２７６が上記のキャビティ２７５内に充填され、一方、頂部パンチ２７１及び同心のパンチインサート２７２は、図２３ｃに示されている持ち上げ位置となる。最後に、図２３ｄは、圧締め段階における圧締め構造を図示しており、この段階においては、第一の金属粉末２７４と、異なるグレードの金属粉末２７６とは、頂部パンチ２７１と底部パンチ２７７とによって、圧締めされて切刃インサート圧粉体２７７が形成される。このようにして得られた切刃インサートは、２つのコーナー領域に同じグレードの超硬材料粉末を有し、中心領域に異なる種類の超硬材料粉末を有する複合物を含んでいる。

本発明の物品の実施形態はまた、回転バイトのためのインサートをも含んでいる。モジュール型の回転バイトは、典型的には、切刃本体に固着された焼結超硬インサートを含んでいる。切刃本体は、典型的には鋼によって作ることができる。回転バイトのインサートは、例えば、クランプ又はねじによって切刃本体に固定しても良い。典型的なモジュール型ボールエンドミル３００の構成部品が図２４ａ〜２４ｃ二示されている。モジュール型ボールエンドミル３００は、ボールインサート３０１と鋼本体３０２とを含んでいる。スペードドリルもまた、モジュール型回転バイトとして製造することができる。図２５ａ〜２５ｂからわかるように、典型的なモジュール型スペードドリル４００は、スペードドリルインサート４０１と鋼本体４０２とを含んでいる。

本発明の実施形態はまた、モジュール型の回転バイトのための複合インサートをも含んでいる。当該複合インサートは、少なくとも中心領域と周辺領域とを含んでおり、中心領域は第一の複合材料を含み、周辺領域は第二の複合材料を含んでいる。第一の複合材料は、少なくとも１つの特性が第二の複合材料と異なっている。この特性は、組成、粒子サイズ、弾性率、硬度、耐摩耗性、破壊靱性、引っ張り強さ、耐食性、熱膨張率及び熱伝導率からなる群から選択された少なくとも１つの特性とすることができ、複合材料は上記したものとすることができる。複合インサートは、ボールエンドミルインサート、スペードドリルインサート又はその他の回転バイトインサートであっても良い。図２６ａ及び２６ｂは、本発明のボールインサートの２つの異なる実施形態を示している。図２６ａのボールインサート３１０は、複合材料を含んでいる３つの領域３１１、３１２及び３１３を含んでいる。インサート３１０は、回転中心軸線に沿って延びている中心領域３１２及び２つの周辺領域３１１，３１３とを含んでいる。これらの領域は全て、異なる領域複合材料を含んでいても良く、又はこれらの領域のうちのいずれか２つは同じ材料を含んでいても良く且つその他の領域は異なる複合材料を含んでいても良い。代替的な実施形態においては、図２６ｂのボールインサート３２０は、複合材料を含んでいる２つの領域３２１、３２２を含んでいる。インサート３２０は、回転中心軸線に直角に延びている中心領域３２１と、インサート３２０の前方切削チップに設けられた周辺領域３２２とを含んでいる。

更に別の例において、図２７ａ及び２７ｂは、本発明のスペードドリルインサートの２つの異なる実施形態を示している。図２７ａのスペードドリルインサート４１０は複合材料を含んでいる３つの領域４１１、４１２及び４１３を含んでいる。ボールインサート３１０と同様に、スペードドリルインサート４１０は、回転中心軸線に沿って延びている中心領域４１２と、２つの周辺領域４１１、４１３とを含んでいる。以前と同様に、これらの領域は、異なる複合材料を含んでいても良く、他の領域は、異なる複合材料を含んでいても良い。ボールインサート３２０と同様に、図２７ｂのスペードドリルインサート４２０は、複合材料を含んでいる２つの領域４２１、４２２を含んでいる。スペードドリルインサート４２０は、回転中心軸線に直角に延びている中心領域４２１と、インサート４２０の前方切削チップに設けられた周辺領域４２２とを含んでいる。代替的に、本発明の回転バイトインサートは、工具の異なる領域において、特別な特性の違いが生じる他の複合構造によって形成することができる。

ある種の実施形態においては、当該複合インサートは、周辺領域内の第二の複合材料の弾性率と異なる弾性率と異なる弾性率を中心領域に有している複合材料を含んでいても良い。ある種の用途においては、中心領域の弾性率は、周辺領域の弾性率よりも大きくても良い。例えば、中心領域内の第一の複合材料の弾性率は、約９０×１０^６乃至９５×１０^６ｐｓｉ（約６２１×１０^６乃至６５５×１０^６ｋＰａ）とすることができ、第二の複合材料の弾性率は、約６９×１０^６乃至９２×１０^６ｐｓｉ（約４４８×１０^６乃至６３４×１０^６ｐｓｉ）とすることができる。

ある種の実施形態においては、複合インサートは、周辺領域内の第二の複合材料の硬度又は耐摩耗性とは異なる硬度又は耐摩耗性を中心領域に有している複合材料を含んでいても良い。ある種の用途においては、周辺領域の硬度又は耐摩耗性は、中心領域の硬度又は耐摩耗性よりも大きくても良い。これらの特性の違いは、結合剤の濃度の違いを有している焼結超硬材料を使用することによって得ることができる。例えば、ある種の実施形態においては、第一の複合材料は、６〜１５重量％のコバルト合金を含んでいても良く、第二の複合材料は１０〜１５重量％のコバルト合金を含んでいても良い。回転バイト切刃インサートの実施形態は、２以上の複合材料を含んでいても良く、又は２以上の領域又はその両方を含んでいても良い。

本発明のインサートの更に別の実施形態が図２８〜３１に示されている。これらの実施形態は、典型的な圧締め軸線に平行か又は頂面若しくは底面にほぼ直角な分割面を有している。言い換えると、図２８〜３１の実施形態は、２つの異なる複合材料を有している複合インサートの第二の基本的な実施形態であると考えられても良い。図２８ａ及び２８ｂは、周辺領域４３２内の２つの先端部分４３１に超硬合金グレードを有し且つ中心領域４３３内に異なる超硬合金グレードを有しているボールフライアッシュか加工インサート４３０の実施形態を示している。

図２９ａ及び２９ｂは、複合スペードドリルインサート４４０の実施形態を示しており、当該インサート４４０は、中心領域４４２の切刃チップ４４１に超硬合金グレードを有し且つ周辺領域４４３に別の異なる超硬合金材料を有している。中心領域切刃４４４に沿った中心領域４４２の切削速度は、周辺領域切削領域４４５に沿った切削速度よりも遅いであろう。

図３０ａ、３０ｂ及び３０ｃは、前記外周領域４５２に超硬合金グレードを有し且つ中心領域４５１に異なる超硬合金グレードを有している角度が付けられた側面４５３を有している複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサートの一実施形態４５０を示している。中心領域４５１は、外周領域４５２の切刃により大きな耐摩耗性のグレードを支持している強靱な超硬合金グレードを含んでいても良い。更に、図３１ａ及び３１ｂは、頂面と底面との両方に埋込チップブレーカ４６３を備えている複合的なスローアウェイ式超硬合金切刃インサート４６０の別の実施形態を示しており、当該切刃インサート４６０は、外周領域４６１全体に一つの超硬合金グレードを有し、中心領域４６２に別の異なる超硬合金グレード材料を有している。

外周領域全体に一つの複合材料を有し、中心部分に別の異なる複合材料を有している複合切刃インサートを製造するための新規な製造方法もまた提供されている。フィーダは、一つの複合グレードが外周に沿って分布せしめられ、異なる複合材料が中心領域に分布せしめられるようにダイのキャビティを充填するように変更しても良い。当該フィーダは、多数の供給チューブによって又は１つの供給チューブによって分配されるキャビティの同心状の各領域内に重力によって供給されて金属粉末が各領域を充填するように設計することができる。本発明の方法の別の実施形態が図３２〜３４に示されている。

図３２ａ及び３２ｂは、図３１ａ及び３１ｂに示されているような複合構造を備えた典型的な丸い切刃インサートを製造するための電動化された粉末フィーダ機構５００を示している。フィーダ機構５００は、２つの電動化されたユニットを含んでいても良い。第一の電動化されたユニットは、ラック５０１、ピニオン５０２、支持ブラケット５０３、モーター５０４及びモーター軸５０７を含んでいる。この実施形態においては、ラック５０１は中空筒５０５に結合されており、中空シリンダ形状を有している薄いスプリッタ５０６が中空筒５０５の外側筒形面に取り付けられている。図３２ａに示されているように、中空筒５０５は、薄い筒形スプリッタ５０６が底部パンチ５０８の頂面に到達するまで、ラック５０１によって下方へ駆動される。このようにして、２つの区分化されたキャビティ、すなわち、中心キャビティ５０９と全外周キャビティ５１０全体とは、底部パンチ５０８と型５１１との間に形成されている。第二の電動化されたユニットは、モーター５２０と、モーター軸５２１と、小さなギヤ５２２と、一連の埋込ブレード５２４を備えている独特の構造を有している大きなギヤ５２３とからなる（図３３ａ及び３３ｂ参照）。図示されているように、大きなギヤ５２３は、底部支持ベース５２６と頂部支持ベース５２７との間に着座している一対のスラストギヤ５２５によって支持されている。

上記のギヤ５２３の詳細は、図３３ａにおいて平面図で及び図３３ｂにおいて斜視図で示されている。大きなギヤ５２３は、一連の標準的な又は非標準的な歯５３０と、一連のブレード５２４とを有している。ブレード５２４は、簡単な平らな面又は捻られた角度又は螺旋状の面を備えている平らな面の形状とすることができる。ブレードは、図３２ａに示されているように、全周部分５１０においてキャビティ内に炭化物粉末を均一に分布させるための分配器として機能する。

図３４ａ及び３４ｂは、２つの供給ホッパーを備えた一体化されたフィーダ装置を（縮尺なしで）例示している。フィーダ装置５４０は、駆動シャフト５４１を介してある種の直線精密位置決めユニットによって駆動され、このようにして、フィーダ装置５４０は、周辺キャビティ５４２と中心キャビティ５４３との上方に正確に配置することができる。フィーダ装置５４０には、金属粉末を周辺キャビティ５４２内に供給するための供給ホッパーユニット５４４と、別の供給ホッパーユニット５４５とが設けられている。供給ホッパー５４４及び５４５は両方とも、ホッパーベース５５０によって支持されている。薄い筒形スプリッタ５４６が底部パンチ５４７の頂面に配置されている。供給ホッパーユニット５４５からの金属粉末５６０は、中心キャビティ５４３内へ直接導入され、一方、供給ホッパーユニット５４４からの金属粉末５６２は、多数のブレード５６３によって周辺キャビティ５４２内へ導入される。多数のブレード５６３は、金属粉末５６２を、大きなギヤ５６４の制御された回転によって周辺キャビティ５４２内へ均一に分配する。好ましくは、金属粉末は全て、キャビティ内へ直接給送されるのが好ましい。

図３５においては、図３４の実施形態は、キャビティ５４２及び５４３の両方が２つの異なる金属粉末５７１及び５７２によって充填されている位置にある。この位置では、薄い筒形のスプリッタ５７３は、ラック５７５によって上方へ駆動されている中空の筒５７４によって型の面５７６の上方へ持ち上げられている。

本明細書は、本発明の明確な理解に関係する本発明の特徴を示していることが理解されるべきである。従って、当業者に明らかであり、従って、本発明のより十分な理解を補助しない本発明のある種の特徴は、本記載を簡素化するために提供しなかった。以上、本発明の実施形態を説明したけれども、当業者は、以上の説明を考慮したときに、本発明の多くの改変及び変更を採用することができることを認識するであろう。本発明のこのような変更及び改変の全てが上記の説明及び請求の範囲によって保護されることが意図されている。

Claims (33)

1. ボールエンドミルインサート及びスペードドリルインサートから選択された複合物品を製造する方法であり、
   第一の金属粉末グレードを、第一のフィーダからダイ内のキャビティの中心領域を規定しているダイ内のキャビティの第一の部分内へ導入し、第二の金属粉末グレードを、第二のフィーダからダイ内のキャビティの周辺領域を規定しているダイ内のキャビティの第二の部分内へ導入するステップであり、前記第一の金属粉末グレードは、少なくとも１つの特性が前記第二の金属粉末グレードと異なっている前記ステップと、
   前記第一及び第二の金属粉末グレードを固化して圧粉体を形成するステップと、を含み、
   前記圧粉体は、
   前記第一の金属粉末グレードからなり且つインサートの回転中心軸線に沿って位置決めされた中心領域と、
   前記第二の金属粉末グレードからなる２つの別個の周辺領域であって、前記中心領域が該２つの周辺領域間に配置されている前記２つの別個の周辺領域と、
   前記中心領域の部分と前記２つの別個の周辺領域の部分とからなる切刃を有し、前記中心領域の部分と前記２つの別個の周辺領域とは、前記インサートの面に沿って直接に接合され、且つ前記切刃に沿って互いに整合されている切削チップと、
   からなる、方法。
2. 請求項１に記載の方法であり、
   前記第一の金属粉末グレードを、第一のフィーダからダイ内のキャビティの第三の部分内へ導入するステップを更に含んでいる方法。
3. 請求項１に記載の方法であり、
   前記圧粉体を焼結させて、第一の複合材料を含んでいる周辺領域と第二の複合材料を含んでいる中心領域とを有する複合インサートを形成するステップを更に含み、前記第一の複合材料と第二の複合材料とは少なくとも１つの特性が異なっている、方法。
4. 請求項３に記載の方法であり、
   前記第一及び第二の複合材料が、個々に、結合剤内に硬質の粒子を含んでおり、当該硬質の粒子は、個々に、炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、酸化物、これらの固溶体のうちの少なくとも１つを含んでおり、前記結合剤が、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウム、パラジウム及びこれらの合金から選択された少なくとも１つの金属を含んでいる、方法。
5. 請求項３に記載の方法であり、
   前記特性が、組成、粒子サイズ、弾性率、硬度、耐摩耗性、破壊靱性、引っ張り強さ、耐食性、熱膨張率及び熱伝導率からなる群から選択された少なくとも１つの特性である方法。
6. 請求項１に記載の方法であり、
   前記第一の金属粉末グレードと第二の金属粉末グレードとが、個々に、金属炭化物と結合剤金属とを含んでいる方法。
7. 請求項６に記載の方法であり、
   前記第一の金属粉末グレードの金属炭化物の金属と、前記第二の金属粉末グレードの金属炭化物の金属とが、個々に、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、タンタル、タングステン及びニオビウムからなる群から選択されたものである方法。
8. 請求項７に記載の方法であり、
   前記金属炭化物が炭化タングステンである方法。
9. 請求項１に記載の方法であり、
   前記第一のフィーダ及び前記第二のフィーダのうちの１つが少なくとも２つの供給部分を含んでいる方法。
10. 請求項１に記載の方法であり、
    第三の金属粉末グレードをフィーダから前記ダイのキャビティ内に導入するステップを更に含んでいる方法。
11. 請求項１に記載の方法であり、
    前記第一の金属粉末グレード、前記第二の金属粉末グレード、又は第三の金属粉末グレードのうちの少なくとも１つをダイ内のキャビティの第三の部分内へ導入するステップを更に含んでいる方法。
12. 請求項４に記載の方法であり、
    前記第一の複合材料の結合剤と前記第二の複合材料の結合剤とが、各々、個々に、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ルテニウム、パラジウム及び鉄合金からなる群から選択された金属を含んでいる方法。
13. 請求項１２に記載の方法であり、
    前記第一の複合材料の結合剤と前記第二の複合材料の結合剤との化学組成が異なっている方法。
14. 請求項６に記載の方法であり、
    前記第一の金属粉末グレードの結合剤の重量パーセントが、前記第二の金属粉末グレードの結合剤の重量パーセントと異なっている方法。
15. 請求項１４に記載の方法であり、
    前記第一の金属粉末グレードの金属炭化物は、化学組成及び平均粒子サイズのうちの少なくとも１つが、前記第二の金属粉末グレードの金属炭化物と異なっている方法。
16. 請求項６に記載の方法であり、
    前記第一の金属粉末グレードと第二の金属粉末グレードとが、個々に、２〜４０重量パーセントの結合剤と、６０〜９８重量パーセントの金属炭化物とを含んでいる方法。
17. 請求項１６に記載の方法であり、
    前記第一の金属粉末グレードと前記第二の金属粉末グレードとのうちの一方が、前記第一の金属粉末グレードと前記第二の金属粉末グレードとのうちの他方よりも１〜１０重量パーセント多い結合剤を含んでいる方法。
18. 請求項１に記載の方法であり、
    前記キャビティの各部分を形成するために、ダイ内のキャビティ内に少なくとも１つの仕切を導入することを更に含んでいる方法。
19. 請求項１８に記載の方法であり、
    前記仕切が、モーター、油圧、空気圧及びソレノイドのうちの少なくとも１つによってキャビティ内へと降ろされる方法。
20. ボールエンドミルインサート及びスペードドリルインサートから選択されたモジュール型回転バイトのための複合インサートであり、
    第一の複合材料からなり且つ前記複合インサートの回転中心軸線に沿って位置決めされた中心領域と、
    第二の複合材料からなる２つの別個の周辺領域であって、前記中心領域が該２つの別個の周辺領域間に配置されている前記２つの別個の周辺領域と、
    前記中心領域の部分と前記２つの周辺領域の部分とからなる切刃を有し、前記中心領域の部分と前記２つの別個の周辺領域とは、前記複合インサートの面に沿って直接に接合され、且つ前記切刃に沿って互いに整合されている切削チップと、を含み、
    前記第一の複合材料は少なくとも一つの特性が前記第二の複合材料と異なっている、複合インサート。
21. 請求項２０に記載の複合インサートであり、
    前記第一及び第二の複合材料が、個々に、結合剤内に硬質粒子を含んでおり、該硬質粒子が、個々に、炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、酸化物、これらの固溶体のうちの少なくとも１つを含んでおり、前記結合剤が、コバルト、ニッケル、鉄、ルテニウム、パラジウム及びこれらの合金から選択された少なくとも１つの金属を含んでいる複合インサート。
22. 請求項２０に記載の複合インサートであり、
    前記特性が、組成、粒子サイズ、弾性率、硬度、耐摩耗性、破壊靱性、引っ張り強さ、耐食性、熱膨張率及び熱伝導率からなる群から選択された少なくとも１つの特性である複合インサート。
23. 請求項２０に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料と前記第二の複合材料とが、個々に、結合剤内に金属炭化物を含んでいる複合インサート。
24. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料の金属炭化物の金属と前記第二の複合材料の金属炭化物の金属とが、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、タンタル、タングステン及びニオビウムから個々に選択されたものである複合インサート。
25. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料の結合剤と前記第二の複合材料の結合剤とが、各々、個々に、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、ニッケル合金、鉄及び鉄合金からなる群から選択された金属を含んでいる複合インサート。
26. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料の結合剤と前記第二の複合材料の結合剤との化学組成が異なっている複合インサート。
27. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料の結合剤の重量パーセントが、前記第二の複合材料の結合剤の重量パーセントと異なっている複合インサート。
28. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料の金属炭化物は、化学組成及び平均粒子サイズのうちの少なくとも１つが前記第二の複合材料の金属炭化物と異なっている複合インサート。
29. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料と第二の複合材料とが、個々に、２〜４０重量パーセントの結合剤と、６０〜９８重量パーセントの金属炭化物とを含んでいる複合インサート。
30. 請求項２０に記載の複合インサートであり、
    前記中心領域内の第一の複合材料の弾性率が、前記周辺領域内の第二の複合材料の弾性率と異なっている複合インサート。
31. 請求項２０に記載の複合インサートであり、
    前記中心領域内の前記第一の複合材料の硬度及び耐摩耗性のうちの１つが、前記周辺領域内の第二の複合材料と異なっている複合インサート。
32. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記金属炭化物が炭化タングステンである複合インサート。
33. 請求項２３に記載の複合インサートであり、
    前記第一の複合材料と第二の複合材料とのうちの一つが、０．３〜１０μｍの平均粒子サイズを有する炭化タングステン粒子を含んでいる複合インサート。