(57)【要約】【課題】ハイブリッド切削工具、チップ搬出部分及び切削工具を製造するための方法を提供する。【解決手段】シャンク（１６）と、切削インサートを受容するチップ搬出部分（１８）とを有する、特にドリル又はフライスである切削工具（１０）であって、ハイブリッド複合体である切削工具（１０）が提供される。さらに、切削工具（１０）用のチップ搬出部分（１８）、及び切削工具（１０）を製造するための方法も記載される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャンク（１６）と、切削インサートを受容する動作部分（１８）と、を有する切削工具（１０）であって、ハイブリッド複合体である切削工具（１０）。
【請求項２】
前記動作部分（１８）が前記シャンク（１６）に固定接続されることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具（１０）。
【請求項３】
前記動作部分（１８）が前記シャンク（１６）の上に直接成長することを特徴とする、請求項１に記載の切削工具（１０）。
【請求項４】
前記動作部分（１８）用の材料が、９８％を超える範囲で細孔を含まないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の切削工具（１０）。
【請求項５】
前記動作部分（１８）が内部冷却材通路（２６）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の切削工具（１０）。
【請求項６】
前記内部冷却材通路（２６）が、変化する断面を有することを特徴とする、請求項５に記載の切削工具（１０）。
【請求項７】
切刃を支承する結合領域（２４）を有し、チップ搬出部分（１８）をシャンク（１６）に接続するための接続領域（２０）も有する切削工具（１０）用のチップ搬出部分（１８）であって、少なくとも前記結合領域（２４）が、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造されているチップ搬出部分（１８）。
【請求項８】
材料が、９８％を超える範囲で細孔を含まないことを特徴とする、請求項７に記載のチップ搬出部分（１８）。
【請求項９】
切削工具（１０）を製造するための方法であって、次のステップ、すなわち、
ａ）シャンク（１６）を製造して、用意するステップと、
ｂ）接続領域（２０）と、切刃を支承することができる結合領域（２４）とを有する動作部分（１８）を製造して、用意するステップと、
ｃ）前記シャンク（１６）と前記動作部分（１８）とを接続するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記動作部分（１８）が、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法により前記動作部分（１８）を前記シャンク（１６）に適用することによって、前記動作部分（１８）の製造中に前記シャンク（１６）に接続されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記動作部分（１８）及び前記シャンク（１６）が最初に別個に製造され、前記動作部分（１８）がラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造され、次に前記シャンク（１６）に固定接続されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって得られた構造は層で製造され、１つの層が２μｍ〜２００μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１０〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具、チップ搬出部分、及び切削工具を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削工具、例えばドリル、フライス、旋削及び穿孔工具又はリーマ通し工具が、従来技術から知られている。典型的に、この種類の切削工具は、切削工具を工作機械内に締付け固定することができるシャンク、及び同様に、ドリルの場合、切削インサートを受容するように設計される動作部分を有する。この種類の切削工具は、通常、フライス加工で製造され、この場合、様々な部分、例えばドリルの場合の切削工具のチップ搬出部分をさらに研削することができる。切削工具を製造するための代わりの加工において、切削工具を焼結工程によって製造することが意図され、この工程は、従来の方法では互いに組み合わせることができなかった材料を使用することが可能であるという事実により特徴づけられる。チップ搬出部分の構造は、特に、ますます複雑になり、したがって、当該部分は、複雑な工程で後機械加工を受けなければならない。このことは、特に、チップ搬出部分に設けられる冷却材通路に関係し、これらの冷却材通路は、大きな費用を伴ってその後に導入されなければならないか、あるいはチップ搬出部分のブランク内に穿孔され、次に螺旋状溝を生成するためにブランクが加熱され、捻じられる。
【０００３】
従来公知の切削工具の製造は、複雑かつ費用がかかるという点で不利であることが確認されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、簡単かつ費用効果的な方法で、柔軟にかつ比較的複雑な構造で製造することができる切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、本発明に従って、シ分とを有する、特にドリル、フライス、旋削及び穿孔工具又はリーマ通し工具である切削工具であって、ハイブリッド複合体である切削工具によって達成される。ハイブリッド複合体とは、異なって生成された２つの部分的な領域が互いに固定接続されることを意味すると理解されるべきである。したがって、この種類のハイブリッド切削工具は、シャンクと、動作部分、特に異なる方法で製造されたチップ搬出部分とを有する。この場合、一方で、切削工具を対応する要件に合わせることができ、他方で、効率的にかつコスト低減して製造することが可能である。複雑な形状を通常有しないシャンクでは、守るべき許容誤差の観点で変更することができる従来の原料を使用することが可能である。対照的に、典型的により複雑な構造であるチップ搬出部分は、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造されることが好ましい。この方法により、非常に複雑である構造を製造することが可能になり、この場合、このように製造された構造はその後に機械加工する必要がない。チップ搬出部分は、表面品質及び嵌め合せに関するある要件を守る必要がある場合にのみ、その後に部分的に又は完全に研削されるように意図することができる。本発明による切削工具は、したがって、工具のより複雑な部分のみ、具体的にチップ搬出部分又はチップ搬出部分の一部が、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造され、これに対し、より単純な形状を有する工具の領域、具体的にシャンクが従来のように生成されるという効果を有する。これにより、比較的廉価な方法によって用意することができる工具の部分も、より複雑なラピッドプロトタイピングプロセスによって製造する必要がないことが保証される。
【０００６】
チップ搬出部分は、特に半田付けされるか、溶接されるか、又はねじ留めされて、シャンクに固定接続されることが好ましい。このことは、シャンク及びチップ搬出部分を完全に別個に製造することができ、次に、チップ搬出部分が圧力嵌め接続を確立するためにシャンクに固定接続されることを意味する。このことにより、さらに、ある種類のモジュール式構想を構成することが可能になり、この場合、シャンクを著しく広く多様なチップ搬出部分と組み合わせることができる。
【０００７】
好ましい実施形態では、動作部分をシャンクの上に直接成長させる（ｇｒｏｗｎ）。このために、第一にシャンクが製造され、チップ搬出部分は、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によってすでに存在するシャンクの上に直接成長する。シャンクとチップ搬出部分との間の別個の接続箇所、例えば溶接継手等は、したがって不要である。したがって、複雑なチップ搬出部分の構造を有する切削工具を少ないプロセスステップで製造することが可能である。
【０００８】
特に、チップ搬出部分用の材料が、実質的に細孔を含まない、特に、９８％を超える範囲で、特に好ましくは９９．９％を超える範囲で細孔を含まない。この種類の細孔を含まない材料は、その安定性が増大するので特に適切な材料である。シャンクは、同様に、チップ搬出部分と同一の材料から製造することができる。
【０００９】
特に好ましい実施形態では、チップ搬出部分が内部冷却材通路を有する。冷却材通路は、液体が挿入されている切削インサートを冷却するために使用される。冷却材通路は、特に螺旋のようにチップ搬出部分内に延び、その結果、チップ搬出部分の内部構造は相応して複雑である。にもかかわらず、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法を使用して、この種類のチップ搬出部分を容易に製造することが可能である。
【００１０】
冷却材通路は、変化する断面を有することが好ましい。従来の工具の場合と異なり、変化する断面は、僅かな費用で生成することができる。変化する断面により、冷却材の体積流量を所望の方法で複数の異なる冷却材通路に分割することが可能である。ノズル式に作用するように冷却材の出口開口部を構成することも可能である。
【００１１】
一般に、切削工具のチップ搬出部分は、複雑な構造を有することができるが、この理由は、ラピッドプロトタイピングプロセスによって複雑な構造を簡単に製造することができるからである。後機械加工、例えば研削は、特に表面品質又は許容誤差に対する高い要求を守らなければならない場合にのみ必要である。
【００１２】
さらに、切刃を支承する結合領域を有し、チップ搬出部分をシャンクに接続するための接続領域も有する切削工具用のチップ搬出部分であって、少なくとも結合領域が、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造されているチップ搬出部分が設けられる。この種類のチップ搬出部分は、チップ搬出部分の複雑な部分のみ、具体的に結合領域が、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造されるという事実により特徴づけられる。次に、チップ搬出部分をシャンクに接続することができ、特に溶接、半田付け又はねじ留めすることができる。
【００１３】
一例として、接続領域は、結合領域のみが接続領域の上に伸びるように予め成形することができる。この場合、接続領域は、焼結材料からなることが好ましいが、焼結してもよい。
【００１４】
チップ搬出部分全体、すなわち、結合領域及び接続領域を、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造することが好ましい。
【００１５】
材料が、実質的に細孔を含まないこと、特に、９８％を超える範囲で、特に好ましくは９９．９％を超える範囲で細孔を含まないことが好ましい。これにより、チップ搬出部分の安定性が高められ、したがってチップ搬出部分の寿命が長くなる。
【００１６】
チップ搬出部分は、この場合、均一な材料からなっていてよく、すなわち、結合領域及び接続領域の両方は同一の材料からなっていてよい。
【００１７】
各々が粉末形態で存在する多くの異なる材料が、本発明による工具用の材料として適切である。その例は、鋼、アルミニウム、チタン、タングステン炭化物、コバルト及び／又は焼結炭化物である。
【００１８】
代わりに、チップ搬出部分は、異なる材料から形成されていてもよい。一例として、接続領域が第１の材料から焼結工程で製造されており、その接続領域の上に、異なる材料から製造された結合領域が伸びていることが可能である。
【００１９】
チップ搬出部分はまた、傾斜材料から、すなわちその特性がチップ搬出部分に沿って変化する材料から製造することができる。この結果、比較的高い変形性が必要である領域に、より延性の材料を使用すること、及び高い硬さが必要である領域に、より優れた硬度特性を有する材料を使用することが可能である。
【００２０】
さらに、本発明は、切削工具を製造するための方法であって、次のステップ、すなわち、
ａ）シャンクを製造して、用意するステップと、
ｂ）接続領域と、切刃を有する本体部分とからなるチップ搬出部分を製造して用意するステップと、
ｃ）シャンクとチップ搬出部分とを接続するステップと、
を含む方法に関する。
【００２１】
少ないプロセスステップで済むので、この方法によってハイブリッド切削工具を僅かな費用で製造することができる。最初に、シャンクは別個のプロセスで製造される。次に、チップ搬出部分が製造され、次にシャンクに接続され、この結果、シャンクとチップ搬出部分とから構成される完全な切削工具が得られる。チップ搬出部分は、この場合、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって少なくとも部分的に製造され、その結果、複雑な構造を１つのプロセスステップで製造することができる。
【００２２】
特に好ましいプロセスでは、チップ搬出部分が、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によりチップ搬出部分をシャンクの上に成長させることによって、チップ搬出部分の製造中にシャンクに接続される。存在するシャンクは、この場合、例えば溶融室に導入され、この結果、チップ搬出部分を直接成長させることができる。このことは、プロセスステップｂ）とｃ）が単一のプロセスステップによって実施されることを意味する。このことにより、切削工具を製造するためのプロセスが加速され、したがってコストが節約されるが、この理由は、チップ搬出部分をシャンクに接続するための追加のステップが不要であるからである。
【００２３】
代わりのプロセスでは、チップ搬出部分及びシャンクが最初に別個に製造され、この場合、チップ搬出部分がラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造され、次にシャンクに固定接続され、特にチップ搬出部分の接続領域がシャンクにレーザ溶接されるか、半田付けされるか又はねじ留めされる。このことにより、例えば、チップ搬出部分を置き換えること、又はシャンクにチップ搬出部分を後から組み込むことが可能になる。
【００２４】
代わりに、同様に２つの別個のプロセスでチップ搬出部分を製造することが可能であり、この場合、接続領域は、例えば焼結工程で製造され、次に、切刃用の結合部分が、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって接続領域の上に成長する。次に、このように製造されたチップ搬出部分をシャンクに固定接続すること、すなわち、例えば溶接するか、半田付けするか又はねじ留めすることができる。したがって、切削工具は、３つの異なるサブステップで製造され、切削工具、同様にチップ搬出部分はハイブリッド複合体である。したがって、この方法により、切削工具又は切削工具の領域を、対応する要件に最善に適合させることが可能になる。
【００２５】
特に、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって獲得された構造が層で製造され、１つの層が２μｍ〜２００μｍ、特に２５μｍ〜５０μｍの厚さを有する。層による製造により、特に複雑な構造を製造できることが保証される。したがって、ラピッドプロトタイピングプロセスは、チップ搬出部分の本体部分が通常複雑な構造を有するので、この本体部分に特に十分に適している。
【００２６】
本発明の別の特徴及び利点は、参照される次の図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による切削工具の図面である。
【図２】本発明によるチップ搬出部分の図面である。
【図３】チップ搬出部分の詳細図である。
【図４ａ】本発明によるプロセスの様々な製造ステップの図面である。
【図４ｂ】本発明によるプロセスの様々な製造ステップの図面である。
【図４ｃ】本発明によるプロセスの様々な製造ステップの図面である。
【図４ｄ】本発明によるプロセスの様々な製造ステップの図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、第１の軸方向端部１２と第２の軸方向端部１４とを有する切削工具１０を示している。切削工具はドリルである。しかし、本発明はまた、フライス、旋削及び穿孔工具又はリーマ通し工具用に使用することができる。
【００２９】
切削工具１０は、第１の軸方向端部１２に、側面１７が略円形・円筒状のシャンク１６を有する。さらに、切削工具１０は動作部分１８を有し、この動作部分は、ここで、切削工具がドリルであるので、シャンク１６から第２の軸方向端部１４に延びるチップ搬出部分１８の形態である。
【００３０】
切削工具１０は、シャンク１６によって工具ホルダ内に締付け固定することができる。
【００３１】
チップ搬出部分１８は、接続領域２０、本体部分２２及び結合領域２４を有する。チップ搬出部分１８は、シャンク１６に配置されるか、又は接続領域２０によってシャンク１６に接続される。本体部分２２は、接続領域２０から第２の軸方向端部１４に延びる。切削インサート（ここでは図示せず）を受容するために使用される結合領域２４は、第２の軸方向端部１４に形成される（図３参照）。切削インサートは、幾何学的に決定された切刃を有し、切刃は、機械加工されるべき工作物に作用することができ、例えば焼結炭化物からなる。
【００３２】
本体部分２２は、特に２つの螺旋状に延びる溝２５から生じる複雑な構造を有する。さらに、少なくとも１つの冷却材通路２６が本体部分２２を通して延び、チップ搬出部分１８の第２の端部において外方に開口し、この結果、結合領域２４に受容された切削インサートを冷却することができる。冷却材通路２６は、本体部分２２内で同様に螺旋状に延び、この結果、本体部分２２の外部及び内部両方の構造は、相対応する複雑な形状を有する。
【００３３】
複雑な構造の本体部分２２を有するチップ搬出部分１８は、図２の詳細図により明らかに示されている。
【００３４】
接続領域２０は、特に、図２において容易に見ることができ、アタッチメントとして接続領域２０から本体２２に対して反対方向に突出するインサート部分２８を有する。チップ搬出部分１８は、インサート部分２８によってシャンク１６に押入することができ、インサート部分２８は、相応してチップ搬出部分１８をシャンク１６に固定するために使用される。
【００３５】
チップ搬出部分１８は、例えば溶接、半田付け又はねじなどの機械的な手段等、多くの異なる方法でシャンク１６に接続することができる。インサート部分２８を省略し、２つの部分を互いに突き合わせ溶接するか又は半田付けすることも可能である。
【００３６】
上に既述したように、本体部分２２の構造は、特に冷却材通路２６のため非常に複雑であるので、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法が本体部分２２を製造するために適切である。複雑な構造は、このような方法によって簡単に製造することができ、この方法はさらに費用効果的がある。
【００３７】
ラピッドプロトタイピングプロセスの群は、特に、３Ｄプリンティング、電子ビーム溶融、レーザ溶融、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、レーザ肉盛溶接及び溶融堆積モデリング法を含む。層状の適用によって３次元構造が形成されることが、すべての方法に共通であり、この場合、複雑な構造は、後機械加工段階なしに簡単に製造することができる。後機械加工は、表面品質又は許容誤差に関する特定の要件を守らなければならない場合にのみ必要である。
【００３８】
チップ搬出部分を製造するために使用する方法のため、冷却材通路（又は１つのみで十分な場合、単一の冷却材通路）は、従来の製造方法によって達成できない複雑な構造を有することができる。したがって、冷却材通路の断面は、それらの経路に沿って変化することがある。収縮箇所を組み込むことが可能であり、この収縮箇所により冷却材の流れを所望のように設定できる。出口でノズルとして作用する複雑な構造を実装することが可能である。チップ搬出部分内の冷却材通路の経路及び配置は、運転中にチップ搬出部分に作用する負荷に適合させることができ、この結果、負荷の幾何学的慣性モーメントが応力に関して最適化される。
【００３９】
例示的な製造プロセスについて、図４ａ〜図４ｃに基づき説明する。
【００４０】
最初に、すでに製造されたシャンク１６が、溶融室３０（図４ａ）内に、より正確には鉛直に調整可能な支持体３１に配置される。次に、チップ搬出部分１８が製造される材料が、この溶融室３０に粉末形態で導入され、この結果、シャンク１６が粉末３２によって取り囲まれる。
【００４１】
チップ搬出部分１８を製造するために、新しい粉末３２が層に適用され、融合される。このために、支持体３１が新しい粉末層の高さだけ下方に移動し、新しい粉末層が適用される。このために、支持体及び溶融室３０の上方を通過する粉末トロリー３４（又はスライド）（図４ｂ）を使用することができる。
【００４２】
新しい粉末層が適用されると、工具が形成されるべき箇所において、粉末がレーザ３６（図４ｃ）によって溶融され、この結果、粉末が下にある本体（第１の層の場合のシャンク１６及び引き続く層の場合の工具のすでに形成された部分）と結合する。
【００４３】
次に、支持体が再び僅かに下方に移動し、新しい粉末層が適用され、溶融が再び行われる、等々。このプロセスにより、チップ搬出部分１８が層毎にシャンク１６の上に成長し、ここで、最初に接続領域２０がシャンク１６の上に成長し、次に複雑な構造を有する、特に冷却材通路２６を有する本体部分２２が形成される。これによって、切削工具１０がシャンク１６から進むように製造され、チップ搬出部分１８が第２の軸方向端部１４に向かって層で成長する。現在溶融された材料の断面が図４ｄの破線によって示されている。
【００４４】
適用される層は、この場合、２〜２００μｍ、特に２５〜５０μｍの層厚を有する。層厚は、この場合、使用される材料の又は粉末の粒径に左右される。
【００４５】
最後に、仕上げられた工具１０が溶融室３０から取り除かれる。
【００４６】
記載した方法により、可変に適合された直径、例えば０．０３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の直径を有する冷却材通路２６を製造することが可能になる。直径の下限は、使用する粉末の粒径によって決定され、工具が仕上げられると、粉末を冷却材通路から除去することがなお可能でなければならない。直径の上限は、強度のために、工具の充分な残余の断面がなお存在しなければならないという事実から明らになる。
【００４７】
本方法により、溶融していない粉末が材料断面内に囲まれる室４０（図参照４ｄ）を形成することも可能になる。このようにして、振動を減衰する減衰室を製造することが可能である。
【００４８】
本発明による方法により、１時間以内にチップ搬出部分１８を製造することが可能になる。さらに、この種類の方法により、複数のチップ搬出部分１８を１つのバッチで同時に製造することが可能になる。
【００４９】
これらの方法によって製造されたチップ搬出部分１８は、従来製造されているチップ搬出部分と比較して、強度、ヤング率、荷重支持力及び耐摩耗性に関して同様の又は最適化された特性をも有する。
【００５０】
切削工具１０を製造するための代替方法では、接続領域２０がインサート部分２８と共に予備工程で焼結されているので、チップ搬出部分１８が同様にハイブリッド複合体であることが意図され、この場合、本体部分２２又は複雑な内部及び外部構造を有する結合領域２４のみが、ラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって接続領域２０の上に伸びる。これにより、ハイブリッドチップ搬出部分１８が生じ、次に、この部分をレーザ溶接方法又は他の方法によってシャンク１６に接続することができる。
【００５１】
本発明による切削工具１０を製造するためのこれらの方法のすべては、少なくとも切削工具１０の部分がラピッドプロトタイピングプロセスの群からの方法によって製造されるという事実により特徴づけられるが、この理由は、この方法が複雑な構造の製造に特に十分に適しているからである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  切削工具
１２  第１の軸方向端部
１４  第２の軸方向端部
１６  シャンク
１７  略円形・円筒状の側面
１８  チップ搬出部分
２０  接続領域
２２  本体部分
２４  結合領域
２５  溝
２６  冷却材通路
２８  インサート部分
３０  溶融室
３１  支持体
３２  粉末
３４  粉末トロリー
３６  レーザ
４０  室
【図１】
2014213449.tif 000003
【図２】
2014213449.tif 000004
【図３】
2014213449.tif 000005
【図４ａ】
2014213449.tif 000006
【図４ｂ】
2014213449.tif 000007
【図４ｃ】
2014213449.tif 000008
【図４ｄ】
2014213449.tif 000009