JPH0615524A - 非晶質鋼薄板の堆積物を剪断するための装置 - Google Patents
非晶質鋼薄板の堆積物を剪断するための装置Info
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Abstract
面に沿って該堆積物を剪断するための装置を提供する。 【構成】 装置は、堆積物の両側に配置される2個の刃
12,14を含んでいる。各々の刃の第1の表面30,
36は、その刃のかど34,40上の1点を通りかつ切
断面に垂直な基準面50,52に対して所定のレーキ角
αを成して配置される。2個の刃のレーキ角の和は5〜
35°の範囲内の負の値を有する。また、両方の刃は高
圧下で圧縮成形されかつコバルトの融点を越える温度下
で焼結された炭化タングステン粒子およびコバルト粒子
から実質的に成る焼結炭化物切削材料から作製されてい
て、炭化タングステン粒子はサブミクロンの平均粒度を
有しており、かつコバルトは焼結炭化物切削材料の15
重量%以上(通例は約16重量%)を占めている。
Description
するための装置に関するものである。
れを剪断するために使用される刃の顕著な摩耗が大きな
問題となっていた。かかる摩耗は、切断作業を繰返して
実施した場合に刃が鈍化、チッピングまたはそれらの両
方を示すことを特徴とするものである。
は、従来の剪断装置に比べて刃の摩耗の低減を示す改良
された剪断装置が開示されている。この発明における改
良は、一方または両方の刃が負のレーキ角を有するとい
う特殊な構造の剪断刃を使用することによって達成され
た。使用された刃の材料は、焼結炭化タングステンのご
とき通常の切削材料であることが該特許明細書中に記載
されている。かかる材料の実例としてカーボロイ(Carbo
loy)の品番895および883が挙げられているが、こ
れらは6%のコバルトを含有する焼結炭化タングステン
である。
一連の試験結果が記載されている。かかる試験に際して
は、アライド・シグナル・コーポレーション(Allied-Si
gnalCorporation) 製のメトグラス(Metglas) 2605
−S2非晶質鋼から成る厚さ約0.001インチの薄板
10枚を重ね合わせた堆積物を切断する作業が、刃の破
損が起こるまで繰返された。その結果、刃の破損が起こ
るまでに10枚の薄板の堆積物を60000回にわたっ
て切断することができた。
いて達成された結果に比べれば極めて良好なものである
が、各堆積物中に含まれる非晶質鋼薄板の枚数が10枚
よりも実質的に多くなると、刃の寿命が大幅に短縮する
ことに注意すべきである。たとえば、堆積物の厚さが薄
板10枚から15枚に増加すると、(上記の特許明細書
中に開示された刃の構造および材料を用いて)刃の破損
が起こるまでに実施し得る切断回数は平均して1000
0未満に減少する。それ故、このように厚さの増大した
非晶質鋼薄板堆積物(すなわち、薄板15枚の堆積物)
を切断する場合、刃の破損が起こるまでにより多くの回
数の切断を可能にするような刃が要望されているのであ
る。
ば、上記の特許明細書中に開示されたものと実質的に同
じ形状および物理的関係を有する1対の相対的に運動可
能な刃を含む剪断装置が提供される。ただし、上記の特
許明細書中に開示されている刃の材料を使用する代り
に、特定の焼結炭化物(cemented carbide)切削材料が
両方の刃に対して使用される。かかる焼結炭化物切削材
料は高圧下で圧縮成形されかつコバルトの融点を越える
温度下で焼結された炭化タングステン粒子およびコバル
ト粒子から実質的に成っていて、圧縮成形前の炭化タン
グステン粒子はサブミクロンの平均粒度を有しており、
かつコバルトは焼結炭化物切削材料の約16重量%を占
めている。このような刃を使用することにより、刃の破
損が起こるまでに、上記のごとき2605−S2非晶質
鋼から成る厚さ約0.001インチの薄板15枚を重ね
合わせた堆積物を平均して約35000回以上にわたっ
て切断することができた。
明を読むことにより、本発明は一層明確に理解されよ
う。
2個の刃12および14を有する装置によって剪断すべ
き非晶質鋼薄板11の堆積物10が示されている。それ
らの刃の各々は、後記に詳述される特殊な焼結炭化物材
料から成っている。上方の刃12は鋼製のブロック16
に設けられた切欠き17内に嵌め込まれ、そして適当な
結合剤でブロック16に固定されている。下方の刃14
は同様な鋼製のブロック20に設けられた切欠き22内
に嵌め込まれ、そして適当な結合剤でブロック20に固
定されている。図示された実施の態様においては、下方
のブロック20は静止しているのに対し、上方のブロッ
ク16は鉛直方向に運動し得るようになっている。とは
言え、本発明はそれのみに限定されるわけではないので
あって、たとえば、両方のブロックが運動し得るように
構成されていてもよいし、あるいは上方のブロックの代
りに下方のブロックが運動し得るように構成されていて
もよい。
に配置された2つの表面30および32を有すると共
に、それらが交わることによって形成されたかど34を
有している。同様に下方の刃14は、互いに他を横断す
るように配置された2つの表面36および38を有する
と共に、それらが交わることによって形成されたかど4
0を有している。
て伸びる鉛直方向の切断面42に沿って行われる。両方
の刃のかど34および40は、その切断面42と整列し
ながらそれの両側に位置している。両方の刃の表面32
および38は、切断面42に平行に位置すると共に、切
断面42と整列しながらそれの両側に位置している。な
お、両方の刃の表面32および38は切断面42にでき
るだけ近接して配置されている。
とく、刃12および14は堆積物10の両側に配置され
ている。これらの刃12および14は、上方のブロック
16に連結された(図3中にブロックで示されている)
適宜の位置決め・作動手段45によって上記のごとくに
配置される。切断は、かど34が切断面に平行な方向に
沿いながらかど40に向かって下方に移動するように上
方の刃12を運動させることによって達成される。かか
る運動の結果、先ず最初に堆積物10が下方に移動して
下方の刃14の接触作用面36に接触し、次いで堆積物
10が僅かに下方に屈曲することによって堆積物10の
上面が上方の刃12の接触作用面30に接触する。その
後、上方のかど34が堆積物10を横切って下方に移動
し、そして下方のかど40のそばを通過する。このよう
な下方への運動が行われる間に、堆積物10は切断面4
2に沿って剪断されることになる。上方の刃12のかか
る下方への運動は、位置決め・作動手段45を操作する
ことによって達成される。
4上の1点を通りかつ切断面42および上方の刃12の
運動方向に垂直な基準面50に対して負のレーキ角αを
成して配置されている。図示された実施の態様において
は、かかる基準面50は水平面である。同様に、下方の
刃14の接触作用面36は、かど40上の1点を通りか
つ切断面42および上方の刃12の運動方向に垂直な基
準面52に対して負のレーキ角αを成して配置されてい
る。図示された実施の態様においては、かかる基準面5
2はやはり水平面である。
接触作用面(30)が上記のごとき基準面(50)内に
位置する場合に比べてかど(34)がより大きい角を成
すように接触作用面(30)が傾斜しているならば、そ
れは負のレーキ角を有するものと見なされる。本発明の
実施の一態様に従えば、刃12および14のそれぞれに
ついて10〜15°の範囲内の負のレーキ角が使用され
る。なお、レーキ角については後記に一層詳しい説明が
行われる。
ては、上方の刃12に剪断角が設けられているが、この
場合におけるそれの値は約21°である。かかる剪断角
は、図2中に角60として示されている。剪断角とは、
切断面42内において見た場合、刃12のかど34が基
準面50と成す角を指している。かかる切断角が0°よ
りも実質的に大きくなるようにすれば、刃12のかど3
4は刃12の長さ方向に沿って徐々に作用を及ぼすこと
になる。図示された実施の態様においては、下方の刃1
4の剪断角は0°であり、従って実質的に剪断角は存在
しないことになる。
る離隔距離は、できるだけ小さく保たれると共に、剪断
装置の長い運転期間を通じて実質的に一定の値に維持さ
れることが重要である。そのためには、刃12および1
4並びにそれらを担持するブロック16および20の支
持構造物ができるだけ大きい剛性を有する必要がある。
このような支持構造物は図3中に70および72として
略示されている。下部の支持構造物70は下方の刃を担
持するブロック20を静止状態に保持するために役立
ち、また上部の支持構造物72は上方のブロック16を
案内して鉛直方向の運動を行わせるために役立つ。実施
の一態様においては、表面32および38間の離隔距離
は0.0005インチである。
通り、刃に設けられた負のレーキ角は刃の摩耗寿命を長
くするために顕著な貢献を示す。図1〜3に示された実
施の態様においては両方の刃に負のレーキ角が設けられ
ているが、一方の刃のみに負のレーキ角が設けられてい
る場合でもそれの利益を得ることができる。このような
場合には、図4に示されるごとく、他方の刃はレーキ角
が0°である標準的な構造を有していればよい。
通り、上記のごとき剪断装置において負のレーキ角を使
用することによって刃の摩耗寿命の顕著な改善を得るた
めには、2個の刃上に存在するレーキ角の和は少なくと
も5°以上で約35°以下の範囲内の負の値を有する必
要がある。負のレーキ角の和が大きくなるほど、刃上に
生じる横方向のスラストは大きくなり、従って切断作業
時に刃同士を引離そうとする傾向が強くなる。両者間の
離隔距離が極めて小さい値に制限されなければ、切り口
の品質は顕著に悪化する。このような理由から、負のレ
ーキ角の和の最大値は約35°である必要がある。な
お、各々の刃に関する好適なレーキ角は8〜15°の範
囲内にあればよい。
ごとく、刃の寿命を測定するための試験が実施された。
その場合に使用された剪断装置は、上記に記載された剪
断装置と同様な構造を有すると共に、6%のコバルトを
含有する焼結炭化タングステンから作製された刃(一層
詳しく述べれば、カーボロイの品番895から成る上方
の刃およびカーボロイの品番883から成る下方の刃)
を有していた。上記の米国特許明細書によれば、これら
の試験はアライド・シグナル・コーポレーション製のメ
トグラス2605−S2非晶質鋼から成りかつ約3.3
インチの幅および約0.001インチの厚さを有する薄
板10枚を含む実質的に同一の堆積物に関して実施され
た。かかる堆積物は、長尺の薄板を図1および2に示さ
れるごとくに整列状態で重ね合わせることによって形成
された。こうして重ね合わされた薄板を図1中の切断面
42に沿って切断した後、堆積物を長さ方向に沿って所
定の距離だけ前進させ、そして再び新たな切断面に沿っ
て切断した。刃の破損の結果として切り口の品質が不良
と判定されるまで上記ごとき作業を繰返した。各回の切
断作業に際しては、堆積物の全厚を横切って上方の刃を
1回だけ下方に移動させ、次いでその刃を図1の位置に
まで戻して次回の切断作業に備えた。
薄板10枚の堆積物に関する一連の試験が詳述されてい
る。これらの試験においては、6%のコバルトを含有す
る焼結炭化タングステンから成りかつ15°の負のレー
キ角を有する(上記の刃12および14と同等な)刃を
用いて切断作業が実施された。(一方の刃はカーボロイ
の品番895から成り、また他方の刃はカーボロイの品
番883から成っていた。)このような刃を用いた場
合、刃の破損が起こるまでに60000回の切断を行う
ことができた。
された結果に比べれば極めて良好なものであるが、各堆
積物中に含まれる非晶質鋼薄板の枚数が10枚よりも実
質的に多くなると、刃の寿命が大幅に短縮することに注
意すべきである。たとえば、堆積物の厚さが薄板10枚
から15枚に増加すると、(上記の米国特許明細書中に
開示された刃の構造および材料を用いて)刃の破損が起
こるまでに実施し得る切断回数は平均して10000未
満に減少するのである。
に開示されたものと実質的に同じ構造を有するが下記の
重要な点でそれとは異なる剪断装置を使用することによ
り、非晶質鋼薄板15枚の堆積物を遥かに多くの回数に
わたって切断し得ることが判明した。本発明の剪断装置
においては、上記のごとき試験に際して上記の米国特許
明細書中で使用された材料の代りに、特定の焼結炭化物
切削材料が両方の刃に対して使用される。かかる焼結炭
化物切削材料は高圧下で圧縮成形されかつコバルトの融
点を越える温度下で焼結された炭化タングステン粒子お
よびコバルト粒子から実質的に成っていて、圧縮成形前
の炭化タングステン粒子はサブミクロンの平均粒度を有
しており、かつコバルトは焼結炭化物切削材料の約16
重量%を占めている。このような特定の材料は、アメリ
カ合衆国ペンシルバニア州ラトローブ市所在のファンス
チール・ハイドロ・カーバイド(Fansteel Hydro Carbid
e)社からHC−US16として入手することができる。
製造業者の規格に従えば、この材料は84(±0.5)
%の炭化タングステンおよび16(±0.5)%のコバ
ルトから成る組成を有している。それのロックウェルA
硬さは90.8(±0.7)であり、密度は13.85
(±0.15)であり、また抗折力は最小500000
ポンド/平方インチである。それの炭化タングステン粒
子は0〜1ミクロンの平均粒度を有しており、また4ミ
クロンまでの粗粒を若干含有している。なお、カッコ内
の数字は製造業者の規格によって許容される公称値から
の偏差であることに注意されたい。前記特許請求の範囲
においては、刃の材料中に存在する成分の比率を定義す
る際、あるいは刃の材料の硬さ、密度または抗折力を定
義する際に「約」という用語が使用されているが、これ
は上記のごとき偏差の範囲内に含まれる値を包括するた
めのものである。
の材料(すなわち、HC−US16)を両方に刃に対し
て使用することにより、刃の破損を生じることなく、約
0.001インチの厚さを有する非晶質鋼薄板15枚の
堆積物を平均約36000回にわたって切断することが
できた。このような優れた成績は全く意外なものと思わ
れた。なぜなら、見掛け上は僅かな点でしかHC−US
16と違わない他のコバルト含有焼結炭化物切削材料に
ついて同等の試験を行ったところ、遥かに短い刃の寿命
が認められたからである。たとえば、図1〜3に示され
たような構造を有する剪断装置において、一方の刃をフ
ァンスチール・ハイドロ・カーバイド社のHC−US1
5焼結炭化物切削材料で作製し、かつ他方の刃を上記の
ごときHC−US16で作製した。この場合には、刃の
破損が起こるまでに薄板15枚の堆積物を平均約170
00回しか切断することができなかった。なお、14%
のコバルトを含有する焼結炭化タングステン材料である
HC−US15の性質は、下記表1中に一層詳しく示さ
れている。また、上記のごとき組合せ(およびその他の
組合せ)中におけるHC−US15の性能は下記表2中
に示されている。
されたような構造を有する剪断装置において、両方の刃
をケンナメタルK−94焼結炭化物切削材料で作製し
た。この場合には、刃の破損が起こるまでに薄板15枚
の堆積物を平均約4000回しか切断することができな
かった。なお、11.5%のコバルトを含有する焼結炭
化タングステン材料であるK−94はアメリカ合衆国ペ
ンシルバニア州ラトローブ市所在のケンナメタル社(Ken
nametal Inc.) から入手し得るものであって、それの性
質は下記表1中に一層詳しく示されている。
な剪断装置において約0.001インチの厚さを有する
非晶質鋼薄板15枚の堆積物を切断するために使用した
場合における刃の摩耗性能を試験するために使用された
各種の代表的なコバルト含有焼結炭化物切削材料の性質
が要約して示されている。
な剪断装置の刃を表1中の材料で作製し、そして約0.
001インチの厚さを有する非晶質鋼薄板15枚の堆積
物を切断した場合における刃の摩耗性能が示されてい
る。
他方の刃は分母に示された材料で作製されたことを示し
ている。 2)平均切断回数は千の位まで切り上げて示されてい
る。 3)**「寿命測定例数」とは、個々の材料の組合せにつ
いて、切断回数の測定が行われた試験例数を表わす。
数の剪断装置において行われた場合には、各々の剪断装
置について平均切断回数を表わす値が計算され、次いで
それらの値を平均することによって表2中の「刃の破損
が起こるまでの平均切断回数」が求められた。 5)*** 「ゆるみ中止例数」とは、一方の刃のゆるみま
たは脱落のために切断作業が中止された試験例数を表わ
す。個々の材料の組合せについて、同じ剪断装置におい
て試験された全ての「寿命測定例数」に関する「刃の破
損が起こるまでの平均切断回数」よりも大きい切断回数
において刃のゆるみまたは脱落が起こった場合を除き、
かかる試験の結果は平均切断回数の計算に使用されなか
った。
合せに関するデータは、9ヵ月にわたる商業生産から得
られたものである。 7)****このデータは2つの試験例に基づいている。一
方の試験例においては、27658回の切断後における
刃のゆるみのために切断作業が中止された。他方の試験
例においては、6000回の切断後に刃の破損が起こっ
た。
も、図1〜3に示されたものと同等な剪断装置において
実施された。上記表2から明らかな通り、最後の欄に示
されたごとく16%のコバルトを含有する焼結炭化物切
削材料(HC−US16)で作製された2個の刃を使用
した場合には、他の材料で作製された刃を使用した場合
よりも遥かに大きい切断回数を達成することができた。
この材料が優れた性能を示す理由を完全に説明すること
はできないが、靭性(従ってチッピングに抵抗する能
力)の尺度である抗折力が大きいことが重要な要因を成
すものと考えられる。かかる大きい抗折力は、この材料
中に存在するコバルトの比率が比較的高いことによって
可能となる。しかも、炭化タングステン粒子がサブミク
ロンの平均粒度(すなわち、0〜1ミクロンの平均粒
度)を有するため、炭化タングステン含量を過度に低下
させることなしにコバルトの比率を高めることができる
のである。炭化タングステンは切断目的のために役立つ
極めて硬い成分であって、刃の顕著な鈍化(すなわち、
鋭利さの喪失)を生じることなしに効果的な切断を達成
するためにはそれの含量を高く保つ必要がある。上記に
記載された「チッピング」とは、切断作業中に刃先から
粒子が喪失または脱落することを意味している。
コバルト含量16%の材料(HC−US16)で作製さ
れた場合には「刃の破損が起こるまでの平均切断回数」
は約36000であったが、このデータを得るために使
用された剪断装置の一部は長期の商業生産に際してそれ
より遥かに大きい切断回数を達成したことも注目に値す
る。たとえば、コバルト含量16%の材料(HC−US
16)から成る両方の刃を使用しながら3ケ月間の商業
生産を行った場合、20%の剪断装置は刃の破損を生じ
ることなしに約90000の平均切断回数を達成し、ま
た33%の剪断装置は刃の破損を生じることなしに約6
0000の平均切断回数を達成したのである。
刃は接着剤によって支持ブロックに固定されている。詳
しく述べれば、綿密に機械加工されかつ清浄処理された
ブロックの表面に接着剤の薄層が塗布され、次いで直ち
に表面同士を擦り合わせるようにして刃がブロック内に
配置される。その後、刃に締付圧力を加えながら接着剤
の乾燥および硬化が行われる。刃の固定に際してろう付
けではなく接着剤を使用することの利点の1つは、接合
操作に際して熱を使用することがなく、従って刃の材料
とブロック材料との間における熱膨張率の差のために刃
中に不要の応力が生じないことである。かかる応力は、
刃とブロックとの接合部の早期破壊をもたらすことがあ
る。ろう付けではなく接着剤を使用することのもう1つ
の利点は、刃の交換時期にブロックから刃をより容易に
取外し得ることである。実施の一態様に従えば、アメリ
カ合衆国コネティカット州ニューイントン市所在のロク
タイト社(Loctite Corp.) からロクタイト(Loctite) 3
24として入手可能な接着剤が使用される。この接着剤
は、適当な活性剤(たとえば、ロクタイト70715)
を下方の表面に(好ましくは吹付けにより)塗布した後
に塗布される。
を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなしに様
々な変更態様が可能であることは当業者にとって自明で
あろう。それ故、前記特許請求の範囲はかかる変更態様
の全てを包括するものと解すべきである。
装置に含まれる刃を示す、図2中の線1−1に沿って見
た断面図である。
−2に沿って見た側面図である。
図である。
である。
Claims (9)
- 【請求項1】 非晶質鋼薄板の堆積物を横断して伸びる
切断面に沿って前記堆積物を剪断するための装置におい
て、(a) 前記堆積物の一方の側において前記堆積物に接
触すべき第1の表面および前記第1の表面を横断しなが
ら前記切断面に対してほぼ平行に配置された第2の表面
をそれぞれに有し、かつ前記第1の表面と前記第2の表
面とが交わることによって形成されたかどをそれぞれに
有するような第1および第2の刃、(b) 切断作業の開始
時において、前記第1および第2の刃の前記かどが前記
堆積物の両側に位置しかつ前記切断面と整列した状態で
前記切断面の両側に位置するように前記第1および第2
の刃を配置するための手段、並びに(c) 切断作業に際し
て一方の刃の前記かどが前記切断面に平行な方向に沿い
ながら他方の刃の前記かどに向かって移動し、それによ
り両方の刃の前記かどの作用下で前記堆積物が前記切断
面に沿って剪断されるように前記一方の刃を運動させる
ための手段をそなえていて、(1) 前記一方の刃の前記第
1の表面は前記一方の刃の前記かど上の1点を通りかつ
前記切断面および前記一方の刃の運動方向に垂直な基準
面に対して所定のレーキ角を成して配置されており、
(2) 前記他方の刃の前記第1の表面は前記他方の刃の前
記かど上の1点を通りかつ前記切断面および前記一方の
刃の運動方向に垂直な基準面に対して所定のレーキ角を
成して配置されており、(3) 各々の刃の前記第1の表面
が前記かどにおいて前記第2の表面と交わる際、前記第
1の表面が前記基準面内に位置する場合に比べて前記か
どがより大きい角を成すように前記第1の表面が傾斜し
ているならばその刃のレーキ角は負であると定義される
場合において、前記一方の刃の前記レーキ角と前記他方
の刃の前記レーキ角との和が5〜35°の範囲内の負の
値を有し、そして(4) 前記第1および第2の刃の両方が
高圧下で圧縮成形されかつコバルトの融点を越える温度
下で焼結された炭化タングステン粒子およびコバルト粒
子から実質的に成る焼結炭化物切削材料から作製されて
いて、圧縮成形前の前記炭化タングステン粒子はサブミ
クロンの平均粒度を有し、かつ前記コバルトは前記焼結
炭化物切削材料の15重量%以上を占めることを特徴と
する装置。 - 【請求項2】 前記コバルトが前記焼結炭化物切削材料
の約16重量%を占める請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 前記焼結炭化物切削材料が少なくとも約
500000ポンド/平方インチの抗折力を有する請求
項1記載の装置。 - 【請求項4】 前記焼結炭化物切削材料が少なくとも約
90.8のロックウェルA硬さを有する請求項3記載の
装置。 - 【請求項5】 前記第1および第2の刃のそれぞれが8
〜15°の範囲内の負のレーキ角を有する請求項1記載
の装置。 - 【請求項6】 前記第1および第2の刃のそれぞれが8
〜15°の範囲内の負のレーキ角を有する請求項2記載
の装置。 - 【請求項7】 前記第1および第2の刃のそれぞれが8
〜15°の範囲内の負のレーキ角を有する請求項3記載
の装置。 - 【請求項8】 前記切断面内において見た場合、一方の
刃が前記一方の刃の前記かどと前記一方の刃の前記基準
面との間に規定された数度の剪断角を有する請求項1記
載の装置。 - 【請求項9】 前記切断面内において見た場合、一方の
刃が前記一方の刃の前記かどと前記一方の刃の前記基準
面との間に規定された数度の剪断角を有する請求項2記
載の装置。
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