JP2012152766A - プレス成形装置およびプレス成形方法ならびに切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレス成形時に成形体の角部に発生するバリを角部の鋭利さを維持したまま除去できるプレス成形方法を提供する。
【解決手段】 上面から下面に貫通する貫通孔５を有するダイス２の貫通孔５内に下側から下パンチ３を嵌め込んだ状態で原料粉末を充填する工程と、ダイス２の貫通孔５内に上側から上パンチ４を嵌め込んで充填した原料粉末の上面を押圧する工程と、原料粉末が押圧されてできた成形体６の上下面を上パンチ４および下パンチ３で挟み込んだまま成形体６をダイス２の貫通孔５から外へ移動させる工程と、前記ダイスの上面に前記成形体の周囲を覆うカバーを載置する工程と、成形体６の上下面を上パンチ４および下パンチ３で挟み込んだまま成形体６の側面をブラスト加工する工程と、ブラスト処理して発生した粉塵を除去する工程と、成形体６から上パンチ４を後退させて成形体６を取り出す工程と、を具備するプレス成形方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス成形装置およびプレス成形方法ならびにその方法を用いて得られる切削工具に関する。

焼結体を製造する際の成形方法として金型を用いたプレス成形が多用されている。かかるプレス成形において、成形体の形状によっては成形体の角部にバリが発生してしまい、焼成後にこのバリが角部に残存したり、バリを除去する際に角部にチッピングが発生したりして、角部の形状品位が悪くなるという問題があった。

例えば、特許文献１では、原料粉末をプレス成形した生成形体を並べてブラッシング処理することにより、バリの除去や曲面（ホーニング）加工を施す方法が開示されている。

特許文献２では、上下パンチにて成形体を挟んだまま、側面をブラシで研磨する方法が開示されている。

特開平０３−０２３２５４号公報 特開２０１０−１４２８３０号公報

しかしながら、特許文献１の方法では角部のシャープさが損なわれてしまい、例えば切削工具のように角部を切刃として使用するような場合、加工条件によっては切刃の切れ味が悪くなる等の不具合があった。また、特許文献２の方法では、側面が平らな成形体に対しては有効であるものの、側面に凹凸があるような複雑な形状である場合には、凹んだ部分にあるバリが取れずに残ってしまうという問題があった。

したがって、本発明の目的は、プレス成形時に複雑な形状の成形体であっても成形体の角部に発生するバリを、角部の鋭利さを維持したまま除去できるプレス成形装置およびプレス成形方法並びにそれを用いた切削工具を提供することにある。

本発明のプレス成形装置は、上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスと、前記ダイスの前記貫通孔内に上側から嵌め込まれる上パンチと、前記ダイスの前記貫通孔内に下側から嵌め込まれる下パンチと、前記ダイスの上面に載置されて、成形される成形体の周囲を覆うカバーと、該カバーの内側に向くように差し込まれたブラスト用のノズルと、該ブラスト処理して発生した粉塵を除去する部材と、を具備する。

本発明のプレス成形方法は、上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスの前記貫通孔内に下側から下パンチを嵌め込んだ状態で原料粉末を充填する工程と、前記ダイスの前記貫通孔内に上側から上パンチを嵌め込んで充填した前記原料粉末の上面を押圧する工程と、前記原料粉末が押圧されてできた成形体の上下面を前記上パンチおよび前記下パンチで挟み込んだまま前記成形体を前記ダイスの前記貫通孔内から外へ移動させる工程と、前記ダイスの上面に前記成形体の周囲を覆うカバーを載置する工程と、前記成形体の上下面を前記上パンチおよび前記下パンチで挟み込んだまま前記成形体の側面をブラスト加工す
る工程と、該ブラスト処理して発生した粉塵を除去する工程と、前記成形体から前記上パンチを後退させて前記成形体を取り出す工程と、を具備する。

ここで、前記カバーに外から吸引機を設けて、前記粉塵を除去するものであってもよい。

また、本発明の切削工具は、上記プレス成形方法によって得られた成形体を焼成して得られる。

本発明によれば、成形体の上下面を前記上パンチおよび前記下パンチで挟み込んだまま前記成形体の側面をブラスト加工するプレス成形装置およびプレス成形方法であるので、成形体の角部のシャープさを損なうことなく生成したバリを除去できるとともに、側面が複雑な形状の成形体であっても、容易に成形体の外周のあちこちに発生したバリを除去することができる。そのため、この成形体を焼成して得られる焼結体は角部の寸法品位が高いものであり、例えば切削工具として使用した場合には切刃が鋭利でチッピング等もないことから、安定した切削加工が可能となる。

本発明のプレス成形方法について説明するための工程図である。

図１（ａ）〜（ｆ）は本発明のプレス成形方法の一例を示す工程図である。

プレス成形装置は、上面から下面に貫通する貫通孔５を有するダイス２と、ダイス２の貫通孔５内に上側から嵌め込まれる上パンチ４と、ダイス２の貫通孔５内に下側から嵌め込まれる下パンチ３と、ダイス２の上面に載置されて、成形される成形体６の周囲を覆うカバー１１と、カバー１１の内側に向くように差し込まれたブラスト用のノズル１２と、ブラスト処理して発生した粉塵を除去する吸引ノズル１３とを具備する。

プレス成形方法の具体例について説明すると、まず、プレス成形用金型１のダイス２の貫通孔５内に下側から下パンチ３を嵌め込んだ状態でセットし、フィーダ７等を用いて原料粉末８を貫通孔５内に充填する（図１（ａ）（ｂ）参照）。原料粉末としては、所望により、所定の割合で混合しバインダを添加してボールミル等で混合、粉砕、造粒した造粒粉末を用いる。また、下パンチ３の中心部には成形体６の中央部にピン穴となる貫通孔を形成するためのピンロッド３ａが挿入されており、原料粉末を充填する貫通孔５内にはピンロッド３ａが配設されている。

このとき、上パンチ４に付随してカバー１１が形成されており、カバー１１はダイス２の上面の貫通孔５を覆い、後に成形される成形体を覆う凸形状をなしている。そして、カバー１１の壁面にブラスト処理用のノズル１２が少なくとも１つ差し込まれている。図１（ｃ）によれば、カバー１１がダイス２の上面を覆った状態で、次工程である上パンチ４を貫通孔５内に嵌め込んで充填した原料粉末の上面を押圧している。なお、上パンチ４にはスプリング１３が配設されており、カバー１１を保持する役目を果たす。

次に、ダイス２の貫通孔５内に上側から上パンチ４を嵌め込んで充填した原料粉末の上面を押圧する（図１（ｄ）参照）。そして、下パンチ３を充填した原料粉末側に押し込んで、充填した原料粉末を一対のパンチ（下パンチ３および上パンチ４）で加圧することによって成形体６を作製する。

そして、原料粉末が押圧されてできた成形体６の上下面を上パンチ４および下パンチ３で挟み込んだまま成形体６をダイス２の貫通孔５から外へ移動させる（図１（ｅ）参照）。それから、成形体６の上下面を上パンチ４および下パンチ３で挟み込んだまま成形体６の側面をブラスト加工する（図１（ｅ）参照）。この工程により、成形体６の角部のシャープさを損なうことなく、側面が複雑な形状であっても生成したバリをよりきれいに除去できるので、これを焼成して得られる焼結体は角部の形状品位が高くて、例えば切削工具として用いた場合には切刃の切れ味を優れたものにすることができて切削抵抗を低減できるとともに、加工精度の高いものとなる。特に、切刃がシャープな形状の切削工具においても寸法精度の高い成形体６を作製することができる。

ブラスト加工の具体的な方法は、カバー１１の壁面から差し込まれたブラスト処理用のノズル１２の噴射口よりブラスト用メディアを成形体６の側面の端部に向かって噴射するものである。このとき、カバー１１全体を所定の角度まで回転させるか、ブラスト処理用のノズル１２の噴射口を移動させるかまたは向きを変えることによって、成形体６の外周の全周にわたってバリを除去することができる。

なお、本実施態様では、成形前にダイス２の上面にカバー１１を載置しているが、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、成形体６を作製した後に、成形体６を覆うようにカバー１１を載置する方法であってもよい。

そして、ブラスト処理にて発生した粉塵を図１（ｅ）のように吸引ノズル１４で吸い込んでカバー１１内の領域から除去する。ここで、ブラスト処理にて発生した粉塵は除去するものの完全に除去できるとは限らないので、ブラスト処理に用いるメディアは炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）等の加熱することによって分解する材質からなることが望ましい。また、ブラスト処理にて発生した粉塵を除去する方法として、ブラシ加工を用いてもよく、粉塵を吸引機１４で吸い込んだ後にブラシ加工をする方法であってもよい。

その後、成形体６から上パンチ４を後退させて成形体６を取り出す（図１（ｆ）参照）。なお、成形体６の形状は図１のようなネガチップ形状であってもよいが、ポジチップ形状にももちろん適応することができる。

さらに、成形される成形体６の形状が、切刃の少なくとも一部が高さ方向に徐変した形状である複雑な形状である場合には、上パンチ４等に切刃の高さが高くなる部分を彫りこんでおくこともできる。また、上パンチを彫り込んで、切刃にＣ面やＲホーニング面等の切刃形状を予め形成しておくこともできる。

そして、上記方法にてプレス成形された成形体６は、脱バインダ工程を経て、真空焼成法、加圧焼成法、ホットプレス等の公知の焼成方法にて焼成される。その後、所望により、焼結体の表面にブラシや弾性砥石等で切刃部分に微小なＲホーニング、Ｃ面加工等の微小ホーニング処理を施してもよい。

さらに、所望により、焼結体の表面に対して、化学蒸着法、物理蒸着法等の成膜法にて、周期表第４、５、６族元素、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種または２種以上の元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、またはそれらの複合化合物からなる硬質膜を単層または２層以上の複数層で膜厚０．１〜３０μｍにて成膜しても良い。

なお、上記実施態様は成形体を切削工具として使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の精密部品等の製造におけるプレス成形についても用いることができるものである。

炭化タングステン粉末、コバルト粉末およびＴｉＣ粉末を混合し、これにバインダを添加、造粒して平均粒径１００μｍの造粒粉末を調整した。次に、ＢＤＭＴ１１Ｔ３０８ＥＲ−Ｎ３（ニック付きスローアウェイエンドミル）形状の旋削用チップを成形できる形状の金型を準備し、この造粒粉末を用いてプレス成形するとともに図１（ｅ）のブラスト加工（噴射口：４個、噴射圧：０．１ＭＰａ、噴射口から成形体までの距離：４ｃｍ、メディア：ＮａＨＣＯ_３、時間：３秒）を行ってスローアウェイチップ形状の成形体を得た。このとき、カバーを正方向および逆方向にそれぞれ４５度ずつ回転させて、成形体の外周の全周にわたってムラなくブラスト処理できるようにした。そして、この成形体を脱バインダ処理して真空焼成してチップを作製した。

得られたチップの切刃部を投影機にて観察し、切刃にバリが残存するか否かおよび切刃の鋭利さを確認したところ、バリもなく切刃も鋭利なものであった。

そして、このチップに対して、ホーニング加工をすくい面側で見たとき０．０３ｍｍ幅となる大きさで施し、さらに物理蒸着法（ＰＶＤ法）によりＴｉ系薄膜を成膜して上記形状のチップを作製した。得られたチップについて以下の切削試験を行い、切削性能を評価した。
切削条件 ミーリング加工
被削材 ＳＫＤ１１
切削速度 １５０ｍ／ｍｉｎ
送り ０．１２ｍｍ／ｔｏｏｔｈ
切り込み ３×１０ｍｍ（Ｄｅｐｔｈ×ｗｉｄｔｈ）
切削状態 湿式
チップ１０個について３０分間切削試験を行った時点で切刃を確認して摩耗幅を測定し、チップ１０個のうち最も摩耗幅の大きいものは摩耗幅が０．１７ｍｍであった。

（比較例１）
上記実施例において、図１（ｅ）のブラスト加工工程を省略する以外は上記実施例と同じ工程にてスローアウェイチップを作製した。実施例と同様に評価したところ、焼成後のチップの切刃にはバリが残存しかつチッピングも見られた。また、切削評価における最大摩耗幅は０．２５ｍｍであった。

（比較例２）
上記実施例において、図１（ｅ）のブラスト加工工程を省略し、図１（ｆ）工程を経て取り出した成形体にブラシ加工をする以外は上記実施例と同じ工程にてスローアウェイチップを作製した。実施例と同様に評価したところ、焼成後のチップの切刃には大きなホーニングがついていた。また、切削評価における最大摩耗幅は０．２３ｍｍであった。

（比較例３）
上記実施例において、図１（ｅ）のブラスト加工工程をブラシ加工工程に変更する以外は上記実施例と同じ工程にてスローアウェイチップを作製した。実施例と同様に評価したところ、焼成後のチップの切刃には、チップ上面から見て凹んだ部分にバリが残存していた。また、切削評価における最大摩耗幅は０．２２ｍｍであった。

１ プレス成形用金型
２ ダイス
３ 下パンチ
３ａ ピンロッド
４ 上パンチ
５ 貫通孔
６ 成形体
７ フィーダ
８ 原料粉末
１１ カバー
１２ ブラスト処理用のノズル
１４ 吸引ノズル

Claims (4)

1. 上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスと、
   前記ダイスの前記貫通孔内に上側から嵌め込まれる上パンチと、
   前記ダイスの前記貫通孔内に下側から嵌め込まれる下パンチと、
   前記ダイスの上面に載置されて、成形される成形体の周囲を覆うカバーと、
   該カバーの内側に向くように差し込まれたブラスト用のノズルと、
   該ブラスト処理して発生した粉塵を除去する部材と、
   を具備するプレス成形装置。
2. 上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスの前記貫通孔内に下側から下パンチを嵌め込んだ状態で原料粉末を充填する工程と、
   前記ダイスの前記貫通孔内に上側から上パンチを嵌め込んで充填した前記原料粉末の上面を押圧する工程と、
   前記原料粉末が押圧されてできた成形体の上下面を前記上パンチおよび前記下パンチで挟み込んだまま前記成形体を前記ダイスの前記貫通孔内から外へ移動させる工程と、
   前記ダイスの上面に前記成形体の周囲を覆うカバーを載置する工程と、
   前記成形体の上下面を前記上パンチおよび前記下パンチで挟み込んだまま前記成形体の側面をブラスト加工する工程と、
   該ブラスト処理して発生した粉塵を除去する工程と、前記成形体から前記上パンチを後退させて前記成形体を取り出す工程と、
   を具備するプレス成形方法。
3. 前記カバーに外から吸引機を設けて、前記粉塵を除去する請求項２記載のプレス成形方法。
4. 請求項２または３記載のプレス成形方法によって得られた成形体を焼成して得られる切削工具。

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