(57)【要約】  【課題】  プレス成形時の上面端部の擦れ摩耗およびバリのないシャープなエッジの成形体を作製することができるプレス成形用金型およびこれを用いたプレス成形方法を提供する。  【解決手段】  内側に上面から下面に貫通する貫通孔５を有するダイス２と、貫通孔５内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチ３と、ダイス２の貫通孔５を塞ぐとともにダイス２の下面または上面と接触する第２パンチ４とからなるとともに、ダイス２、第１パンチ３および第２パンチ４のいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の材質からなるプレス成形用金型１を用いてプレス成形する。【選択図】図１
2011047001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスと、前記貫通孔内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチと、前記ダイスの貫通孔を塞ぐとともに該ダイスの下面または上面と接触する第２パンチとからなるとともに、前記ダイス、前記第１パンチおよび前記第２パンチのいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の材質からなるプレス成形用金型。
【請求項２】
請求項１記載のプレス成形用金型の前記ダイスの貫通孔内に原料粉末を充填し、該充填した原料粉末の上面に前記第２パンチを押し当てて、前記第１パンチを前記充填した原料粉末側に押し込むことによって、前記充填した原料粉末を前記一対のパンチで加圧するプレス成形方法。
【請求項３】
前記第２パンチおよび前記ダイスを同時に前記第１パンチ側に移動させることによって、前記充填した原料粉末の両面から前記一対のパンチで加圧する請求項２記載のプレス成形方法。
【請求項４】
請求項２または請求項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焼結体。
【請求項５】
請求項４記載の焼結体からなる切削工具。
【請求項６】
ポジチップ形状からなる請求項５記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形用金型およびそれを用いたプレス成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。例えば、スローアウェイチップ等の切削工具を製造する際にプレス成形を用いた場合、ダイス内にて加圧された成形体が加圧された直後にスプリングバックで膨張してしまい、その後で成形体をダイス内から抜き取る際に成形体の上面側端部がダイスの内壁面に干渉して引きずられることになり、切刃をなす上面側端部が潰れてしまいシャープな切刃が得られないという問題があった。
【０００３】
この問題に対して、例えば特許文献１には、上パンチを内外の２層構成にして、加圧成形直後に外側上パンチを先に後退させ、時間差で内側上パンチを後退させることにより、成形体のスプリングバックの発生を抑制できるとともに切刃がダイスの内壁面に干渉することを防止できることが記載されている。また、本出願人は特許文献２にて、ダイスの内壁面を成形体上面位置から上側に向かって幅が広がるようなテーパ面とすることによって、成形後のチップを取り出す際に切刃がダイスの内壁面に干渉した状態となることなく、切刃直下の上面側端部にダイス内壁面に擦られて形成されるストレート部（擦れ摩耗部）の発生を防止することができることを提案した。
【０００４】
さらに、特許文献３では、成形凹部を持つゴム型内に粉末を充填し、その上面をゴム蓋で覆う状態とし、さらにこのゴム部材の外側から加圧する永久磁石の成形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４４２１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１８１６５０号公報
【特許文献３】特開平１１−１０３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、成形作業が複雑になるとともに、内側上パンチと外側上パンチ間に原料粉末が噛み込んだり、内側上パンチと外側上パンチの先端が早期に摩耗してバリが立ちやすくなる可能性があった。また、特許文献２の方法では、ポジチップ等の成形体形状が複雑な形状となる場合には金型の加工寸法精度が悪くなることがあり、このような寸法精度の悪い金型を用いると成形体の上面外周端部にバリが発生してしまうことがあった。さらに、特許文献３のゴム部材を用いて成形する方法では、ゴム部材の変形によって成形体の寸法精度は低いものであった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、プレス成形時に成形体のスプリングバックによって発生する成形体の上面側端部と金型のダイス内壁面との干渉による上面側端部の擦れ摩耗を抑制できるとともに、成形体上面側端部に発生するバリによる悪影響を抑制できて、成形体の上面側端部の形状をシャープなエッジとすることができ、特に、優れた切れ味を持ち、高い加工精度を有する切削工具を高精度で作製可能なプレス成形用金型およびこれを用いたプレス成形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプレス成形用金型は、内側に上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスと、前記貫通孔内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチと、前記ダイスの貫通孔を塞ぐとともに該ダイスの下面または上面と接触する第２パンチとからなるとともに、前記ダイス、前記第１パンチおよび前記第２パンチのいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の材質からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明のプレス成形方法は、上記プレス成形用金型の前記ダイスの貫通孔内に原料粉末を充填し、該充填した原料粉末の上面に前記第２パンチを押し当てて、前記第１パンチを前記充填した原料粉末側に押し込むことによって、前記充填した原料粉末を前記一対のパンチで加圧することを特徴とするものであり、前記第２パンチおよび前記ダイスを同時に前記第１パンチ側に移動させることによって、前記充填した原料粉末の両面から前記一対のパンチで加圧することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の焼結体は、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ことを特徴とするものであり、特に切削工具、中でもポジチップ形状の切削工具として好適に使用可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ダイス、第１パンチおよび第２パンチのいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の剛性の高い材質からなり、内側に上面から下面に貫通する貫通孔を有するダイスと、前記貫通孔内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチと、前記ダイスの貫通孔を塞ぐとともに該ダイスの下面または上面と接触する第２パンチとからなるプレス成形用金型を用いて、前記ダイスの貫通孔内に原料粉末を充填し、該充填した原料粉末の上面に前記第２パンチを押し当てて、前記第１パンチを前記充填した原料粉末側に押し込んで、前記充填した原料粉末を前記一対のパンチで加圧することによって、成形体をダイスから取り出す際に成形体の上面側端部がダイスの内壁面に干渉しないので、成形体の上面側端部が潰れることがない。また、上記成形方法によれば、パンチとダイスとのクリアランス部に押し出された原料粉末が成形体のバリを生成することもないので、成形体の上面側端部を鋭利なエッジとすることができる。
【００１２】
ここで、前記第２パンチおよび前記ダイスを同時に前記第１パンチ側に移動させることによって、前記充填した原料粉末の両面から前記一対のパンチで加圧することが、全体の成形圧を高めることができるとともに、上下面のエッジにおける成形圧を特に高めることができる点で望ましい。
【００１３】
さらに、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焼結体は、特に上下面のエッジにおける寸法精度が高く、シャープな形状を実現できるものである。そのため、特に切削工具、中でもポジチップ形状からなる切削工具として好適に採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のプレス成形用金型を用いた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２】実施例にて用いた金型の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のプレス成形用金型およびそれを用いたプレス成形方法について、その一実施例を示す図１の工程図を基に説明する。
【００１６】
図１によれば、プレス成形用金型１は、内側に上面から下面に貫通する貫通孔５を有するダイス２と、貫通孔５内に上面または下面から嵌め込まれる第１パンチ３と、ダイス２の貫通孔５を塞ぐとともにダイス２の下面または上面と接触する第２パンチ４とで構成されている。また、本発明によれば、上記ダイス２、第１パンチ３および第２パンチ４はいずれもヤング率２００ＧＰａ以上の剛性の高い材質、例えば、ダイス鋼、高速度鋼または焼入鋼等の工具鋼や超硬合金、セラミックスからなる。また、金型の表面にはＣｒメッキ、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法によりＴｉＣやＤＬＣ等の硬質膜を形成したものも採用できる。
【００１７】
本発明によれば、プレス成形用金型１を用いて、ダイス２の貫通孔５内に原料粉末８を充填し、充填した原料粉末８の上面に第２パンチ４を押し当てて、第１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（第１パンチ３および第２パンチ４）で加圧するものであり、成形体６をダイス２から取り出す際に成形体６の上面側端部がダイス２の内壁面に干渉しないので、成形体６の上面側端部が潰れることがない。また、上記成形方法によれば、パンチ（第１パンチ３または第２パンチ４）とダイス２とのクリアランス部に原料粉末が押し出されて成形体６のバリを生成することを抑制できるので、成形体６の上面側端部を鋭利なエッジとすることができる。なお、プレス成形用金型１を用いて成形した場合、上パンチやダイスの摩耗等によってバリが発生することも考えられるが、本発明の場合、バリは成形体の上面に対して水平な方向に発生するので、バリを除去する際にバリが成形体の上面側に倒れて付着してしまうことがなく、切刃の鋭利さが損なわれることもない。
【００１８】
ここで、第２パンチ４およびダイス２を同時に第１パンチ３側に移動させて、充填した原料粉末の上下面の両面から一対のパンチ（第１パンチ３および第２パンチ４）で加圧することが、全体の成形圧を高めることができるとともに、成形体６の上下面のエッジにおける成形圧を特に高めることができて、焼結体の焼き上がり寸法にバラツキが発生しにくい点で望ましい。
【００１９】
さらに、上記プレス成形方法によって得られた成形体６を焼成して得られる焼結体は、特に上下面のエッジにおける寸法精度が高く、シャープな形状を実現できるものである。そのため、特に切削工具、中でもポジチップ形状からなる切削工具として好適に採用できる。以下に切削工具の製造方法の一例について詳細に説明する。
【００２０】
（ポジチップの製造方法）
図１（ａ）〜（ｆ）は本発明のプレス成形金型を用いたプレス成形方法の一例を示す工程図である。
【００２１】
まず、プレス成形用金型１のダイス２の貫通孔５内に下面から第１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、第１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。
【００２２】
次に、ダイス２の上面に貫通孔５を塞ぐとともにダイス２の上面と接触する第２パンチ４を押し当てる（図１（ｃ）参照）。なお、第２パンチ４には第１パンチ３のピンロッド３ａの先端部を受ける突起部４ａが形成されており、先端部同士がぴったり重なった状態に配置される。そして、第１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（第１パンチ３および第２パンチ４）で加圧することによって成形体６を作製する（図１（ｄ）参照）。
【００２３】
その後、第２パンチ４を成形体６から離間させる方向に後退させる。そして、成形体６がダイス２内から排出されるように第１パンチ３を押し上げて、成形体６を取り出す（図１（ｅ）（ｆ）参照）。
【００２４】
上述した成形方法を用いることによって、成形体６の上面側端部をシャープなエッジとすることができるので、これを焼成して得られる切削工具は、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共に加工精度を高めることができる。特に、切刃がシャープな形状のポジチップ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。
【００２５】
なお、上記実施態様によれば、第１パンチ３が下パンチ、第２パンチ４が上パンチとなる構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１パンチ３を上パンチ、第２パンチ４を下パンチとした逆構成としてもよい。この場合、成形体６は上方から取り出す構成であっても下方から取り出す構成であってもよい。また、成形体６の形状はポジチップ形状であってもよいが、ネガチップ形状にももちろん適応することができる。
【００２６】
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（第２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。
【００２７】
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、成形体６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。
【００２８】
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、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ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層以上の複数層を膜厚０．１〜３０μｍにて成膜しても良い。
【００２９】
なお、上記実施態様は切削工具の一種である切削工具の成形方法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。
【実施例】
【００３０】
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、表１および図２に示す形状でＤＣＭＴ１１Ｔ３０４ＨＱ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しポジチップ形状の成形体を得た。この成形体を脱バインダ処理して真空焼成した後、バリ取り加工を施しポジチップを作製した。なお、図２の金型は（ａ）図１にて説明した本発明の金型、（ｂ）従来金型、（ｃ）ダイス内面の成形体の上方側端が形成される位置から上方にクリアランスを設けた金型、（ｄ）超硬合金製のダイスおよびパンチの内側にゴム型９を配置した金型の構成である。
【００３１】
得られたポジチップの切刃部を投影機にて観察し、エッジの寸法、逃げ面の切刃直下に擦れ摩耗部が形成されたか否か、切刃にバリが残存するか否かを評価した。また、顕微鏡を用いて、チップをホルダに取り付けたときの２つの切刃の位置のずれを測定した。結果は表１に示した。
【００３２】
そして、このポジチップに対して、さらに化学蒸着法によりＴｉ系薄膜を成膜して上記形状の旋削用ポジチップを作製した。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  旋削
被削材    ＳＣＭ４３５（φ２００×４５０Ｌ）
切削速度  ２５０ｍ／ｍｉｎ
送り      ０．０２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み  １．５ｍｍ
切削状態  湿式
１０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た。結果は表１に示した。
【００３３】
【表１】
2011047001.tif 000003
【００３４】
表１の結果から明らかなとおり、従来金型で成形した試料Ｎｏ．３では、逃げ面の切刃直下に大きな擦れ摩耗部（ストレート部）が形成されてしまい、切削時に切削抵抗が高くて耐摩耗性が低下した。また、上パンチがダイスの中に嵌めこまれるとともに上面端部側に逃がしをつけた金型を用いた試料Ｎｏ．４では、擦れ摩耗部（ストレート部）は発生しなかったものの上方に立つバリができてしまい、バリを除去する処理工程を加えたために切刃のシャープさが損なわれて切削抵抗が大きくなったその結果、切削における耐摩耗性が低下した。さらに、ゴム型９（ヤング率は２００ＧＰａ未満）を内蔵した金型でゴム型全体を加圧することにより成形した試料Ｎｏ．５では、ゴム型の変形により切刃の位置にばらつきが発生してしまった。
【００３５】
これに対して、本発明に従う図２（ａ）形状の金型を用いて成形した試料Ｎｏ．１および２では、切刃の位置ずれが小さく、かついずれも擦れ摩耗部およびバリの発生もなくて上面端部がシャープな成形体を形成できて、これを焼成した切削工具を用いて切削すると優れた耐摩耗性を発揮した。
【符号の説明】
【００３６】
１    プレス成形用金型
２    ダイス
３    第１パンチ
３ａ    ピンロッド
４    第２パンチ
４ａ    突起部
５    貫通孔
６    成形体
７    フィーダ
８    原料粉末
９    ゴム型
【図１】
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【図２】
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