(57)【要約】本発明は、所定の断面を有するとともに内部において渦巻き状に延びる少なくとも１つのチャネル（３）を備える完全円筒焼結ブランク（２４）を連続製造する押出しプレス方法に関し、ブランク（２４）を形成する可塑性材料（１２）は、ほぼ円形円筒の形状、好ましくは内部が滑らかなパイプの形状で、押出しプレス（１０）の出口側面上のノズル（ＤＺ）の口から押し出される。ほぼ捻れのない方式でノズルの口金（ＤＭ）から出る可塑性材料は、ノズル（１８）のガジオン上の安定位置において維持される少なくとも１つの渦巻き状捻れピン（４００、４２０）の軸に沿って流れる。前記ピンは、ノズルの口金（ＤＭ）において少なくとも部分的に突出する。本発明によれば、冷却チャネルの形状の構築が困難である場合でも、高精度の完全円筒焼結ブランクを製造することができる。該方法は、ピン（４０、４２０）が回転せず、ノズルの口（ＤＭ）内の可塑性材料（１２）がピン（４０、４２０）の渦巻き形状に対応する捻れフローにおいて変位され、ピン（４００、４２０）が任意の湾曲変形を実質的に受けないように、可塑性材料（１２）の回転運動が材料の外周上において係合するノズルの口（ＤＭ）の回転駆動部分（１４０）によって支持されることを特徴とする。
2006510804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の断面を有するとともに内部において渦巻き状に延びる少なくとも１つのチャネル（３）を備える完全円筒焼結ブランク（２４）を連続製造する押出しプレス方法であって、
ブランク（２４）を形成する可塑性材料（１２）が、ほぼ円形円筒の形状、好ましくは内部が滑らかなパイプの形状で、押出しプレス（１０）の出口側面上においてノズルの口（ＤＭ）から押し出され、前記可塑性材料（１２）が、該ノズルのガジオン（１８）上の安定位置に維持される少なくとも１本の渦巻き状捻れピン（４００、４２０）の軸に沿って流れ、ピン（４００、４２２）が該ノズルの口金（ＤＭ）内に少なくとも部分的に突出し、前記材料（１２）が実質的に捻れのない方式で該ノズルの該口金（ＤＭ）に入り、
該ピン（４００、４２０）が回転せず、
該ノズルの該口（ＤＭ）内の該可塑性材料（１２）が該ピン（４００、４２０）の渦巻き形状に対応する捻れフローにおいて変位され、
該ピン（４００、４２０）が任意の湾曲変形を実質的に受けないように、該可塑性材料（１２）の回転運動が該材料の外周上において係合される該ノズルの該口（ＤＭ）の回転駆動部分によって支持されることを特徴とする押出しプレス方法。
【請求項２】
前記ノズルの前記口（ＤＭ）の回転駆動部分（１６０）が、前記ピン（４００、４２０）によって貫通される部分に沿った部分において少なくとも延びていることを特徴とする請求項１に記載の押出しプレス方法。
【請求項３】
前記材料（１２）の摩擦力を低減する流体、具体的には流体又は流体様物質、好ましくは前記材料の可塑剤又は該可塑剤の少なくとも１つの成分が、少なくとも１本存在する前記ピン（４００、４２０）に供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の押出しプレス方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法で製造可能である完全円筒焼結ブランク（２４）であって、
断面輪郭（３０；３１；３２；３０Ｅ；３０Ｔ；３０Ｉ；３０ＩＩ；３０ＩＩＩ；３０Ｎ；３０１，３０２）が、円形輪郭（Ｋ）からブランク（２４）の縦軸（Ａ）に対して垂直に分岐する少なくとも１つの渦巻き状に形成されたチャネル（３）を備え、ブランク（２４）の直径（Ｄ）が１２ｍｍ未満、具体的には８ｍｍ未満、例えば４ｍｍ未満である完全円筒焼結ブランク（２４）。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法で製造可能である完全円筒焼結ブランク（２４）であって、少なくとも１つの渦巻き形に形成されたチャネル（３）を備え、前記チャネルの断面領域（ＱＫ）が、残りの材料の断面領域（ＱＭ）に関して円筒軸に対する垂直面に配置され、
２０：８０以上、具体的には３０：７０、例えば５０：５０の比において１つのチャネルを備えるブランクについて、
２０：８０以上、具体的には３０：７０、例えば４０：６０の比において１つのチャネルを備えるブランクについての完全円筒焼結ブランク（２４）。
【請求項６】
請求項４及び５の特徴を有する焼結ブランク（２４）。
【請求項７】
渦巻きの形状が所望の螺旋から逸脱し、１００ｍｍのブランクの長さ（ＬＲ）における逸脱が、任意の位置において多くとも１０’であることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項８】
ブランクの長さ（ＬＲ）が３００ｍｍを超え、具体的には４００ｍｍを超え、例えば５００ｍｍを超えることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項９】
直径対長さの比が１：５、具体的には１：１０を超えることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１０】
渦巻き角度が１０°を超えることを特徴とする請求項４から９のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１１】
前記チャネル（３）の前記断面輪郭（３０Ｔ；３０ＩＩ；３０ＩＩＩ）が、内側から外側に向かって延びる２つの横に向かった部分によって区切られ、横に向かった部分が、少なくともいくつかの部分において直線であることを特徴とする請求項４から１０のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１２】
前記チャネル（３）の前記断面輪郭（３０；３１；３２）が、中心（Ｍ）を有する仮想円（Ｋ）を接線方向に囲み、且つ少なくとも１つの最大湾曲、好ましくは２つの最大湾曲を備え、該中心（Ｍ）と前記縦軸（Ａ）との間の線の方向におけるブランクの前記縦軸（Ａ）からの距離が、該中心（Ｍ）と前記縦軸（Ａ）との間の距離を超え、又はそれと同じであることを特徴とする請求項４から１１のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１３】
前記チャネル（３）の前記断面輪郭（３０；３１；３０Ｅ；３０Ｔ；３０Ｉ；３０ＩＩ；３０ＩＩＩ；３０Ｎ）の前記２つの最大湾曲が、同一の半径座標を有することを特徴とする請求項１２に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１４】
径方向に延びる線に対する前記チャネル（３）の前記断面領域（ＱＫ）を特徴とする請求項４から１３のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１５】
前記内部冷却チャネル（３）の前記断面輪郭（３０；３１；３２；３０Ｅ；３０Ｉ；３０ＩＩ；３０ＩＩＩ；３０Ｎ；３０１，３０１）の最も小さい湾曲における半径（Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１’’、Ｒ１Ｘ）が、円（Ｒ０）の半径の０．３５倍から０．９倍、具体的には０．５倍から０．８５倍、好ましくは０．６倍から０．８５倍、特に好ましくは０．７倍から０．８倍、例えば０．７５倍に対応することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１６】
前記チャネル（３）のインゲンマメ形の断面輪郭（３０Ｎ）を特徴とする請求項４から１５のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１７】
前記チャネル（３）の楕円形の断面輪郭（３０、３０Ｉ、３０Ｅ）を特徴とする請求項４から１５のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１８】
前記チャネル（３）の三角形の断面輪郭（３０Ｔ）を特徴とする請求項４から１５のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）。
【請求項１９】
請求項４から１８のいずれか一項に記載の焼結ブランクから製造され、具体的にはドリルである回転駆動切断工具であって、シャフト（９；１０９；２０９）及び切断部（１９；１１９；１１９Ａ；ＷＰ；２１９；ＢＫ；ＷＰ）を備え、工具において少なくとも１つの渦巻き切断溝（１）が加工され、ステイ（２）において、ドリルの先端（８）から該シャフト（９；１０９；２０９）の対向面まで延びる少なくとも１つの渦巻き内部冷却チャネル（３）が存在する回転駆動切断工具。
【請求項２０】
単一部品設計を特徴とする請求項１９に記載の切断工具。
【請求項２１】
２リップ工具又は複数リップ工具としての実施形態を特徴とする請求項１９又は２０に記載の切断工具。
【請求項２２】
単一リップ工具としての実施形態を特徴とする請求項１９又は２０に記載の切断工具。
【請求項２３】
前記内部冷却チャネル（３）と前記ドリルの外周（７）との間、前記内部冷却チャネル（３）と切断面（５）との間、及び前記内部冷却チャネル（３）と切断側面（６）との間における壁の最小限の厚さｄＡＵＸ、ｄＳＰＸ、ｄＳＦＸを備え、壁の最小限の厚さが下限及び上限の範囲内にあり、該下限が、Ｄ≦１ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞１ｍｍについて０．０８ｍｍであり、
具体的には、Ｄ≦２．５ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞２．５ｍｍについて０．２ｍｍ、
好ましくは、Ｄ≦３．７５ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞３．７５ｍｍについて０．３ｍｍ、
例えば、Ｄ≦３ｍｍについて０．１×Ｄ、及びＤ＞３について０．３ｍｍであり、
該上限が、Ｄ≦６ｍｍについて０．３５×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．３０ｍｍ（Ｗｍａｘ，１）、
具体的には、Ｄ≦６ｍｍについて０．３３３×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．４０ｍｍ（Ｗｍａｘ，２）、
好ましくは、Ｄ≦６ｍｍについて０．３１６×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．５０ｍｍ（Ｗｍａｘ，３）、
特に好ましくは、Ｄ≦６ｍｍについて０．３×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．６０ｍｍ（Ｗｍａｘ，４）、
例えば、Ｄ≦４ｍｍについて０．２×Ｄ（Ｗｍａｘ，５）又は０．１５×Ｄ、及びＤ＞４ｍｍについて０．６ｍｍ（Ｗｍａｘ，６）であることを特徴とする請求項１９から２２のいずれか一項に記載の切断工具。
【請求項２４】
請求項１９、２１又は２２のいずれか一項に記載の複数部品切断工具、例えば深孔ドリルの円筒構成要素（ＢＫ；２１９；２０９）であって、具体的には切断部（２１９）、カッタキャリア、ドリルヘッド（ＢＫ）、又はドリルシャフトであって、少なくとも１つの渦巻き切断溝（１）が加工されており、ステイ（２）において、構成要素全体を通って延びる少なくとも１つの渦巻き冷却チャネル（３）が存在し、請求項４から１８のいずれか一項に記載の焼結ブランク（２４）から製造される構成要素。
【請求項２５】
２つ以上の切断溝を備える設計を特徴とする請求項２４に記載の構成要素。
【請求項２６】
１つの切断溝を備える設計を特徴とする請求項２４に記載の構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は押出しプレス方法に関し、特に工具又はその一部についての焼結金属ブランク又はセラミックブランクを製造するための押出しプレス方法に関する。ブランクにおいて、それを形成する可塑性材料はノズルの口金から押し出され、ノズルのガジオンによって保持される少なくとも１本の渦巻き状の捻れピンの軸に沿って流れる。更に本発明は、この押出しプレス方法で製造可能である押出しプレス生成形体又は焼結ブランク、並びに焼結ブランクから製造可能である切断工具及びそのような工具の構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
可塑化セラミック材料又は粉末冶金材料から製造され、少なくともいくつかの部分において渦巻き状に配置されるとともに所定の横断面の内部チャネルを備える円筒型の焼結ブランクは、例えば押出しプレス法により連続的に製造され、例えば工具産業、及び特に冷却剤又はフラッシング剤が刃先のごく近傍において工具を出ることが可能であるような内部冷却剤又はフラッシング剤の供給を特徴とするドリルを製造する工具産業において、ますます使用されている。製造される工具（例えばドリル工具）において、渦巻き状の切断溝が例えば研削によって提供される場合、少なくとも１つが存在する渦巻き形状の内部冷却チャネルが必要とされる。
【０００３】
そのような高性能の工具はまた、例えば硬質機械加工、乾燥機械加工、最少量の潤滑、及び高速機械加工において遭遇する非常に大きな付加に耐える。更に、最少量の潤滑能力及び切断性能の著しい向上の目的は、相互に排他的ではなく同時に実施され得ることが認識されている。最少量の潤滑で使用されるために開発されたドリル工具は、例えば従来の冷却剤潤滑用工具と比較される際、供給量が著しく増大した状態で動作する。この作用において、供給される冷却剤の量は決定的な役割を担う。現在、いわゆる高性能切断（ＨＰＣ）工程では、関連する全ての工程のパラメータを考慮に入れて、生産コストを更に低減する試みが続けられている。工具の場合、生産コストとは別に、上記全ての実質的な動作時間及び耐用年数が決定的であり、これらもやはり達成可能な供給速度に決定的に依存し、従って、既存の機械工具／高性能スピンドルにおいて達成可能な回転速度に依存する。これに関連して、供給速度は回転速度によって限定されるだけでなく、チップの除去工程における閉塞を防止する必要性によっても限定される。渦巻き工具は、直線溝工具と比較される際、これに関して決定的な利点を有する。より有利な切断レーキに起因して、渦巻き設計は、より良好な切断性能を保証し、切断溝の捻れ角はチップ及び滑剤を含む混合物の除去の改善を保証する。渦巻き工具はその外周全体によってドリル孔において支持され得ることから、センタリング精度に関する限り渦巻き工具はまた有利である。
【０００４】
その一方では、そのようなドリル工具の軸長だけが著しく改善された訳ではない。最新の開発では、具体的にはドリルである非常に小さい切断工具においてさえ、内部冷却チャネルを備える傾向が強まっている。そのような配置では、ドリルの頑強さに関する限り、冷却チャネルと渦巻き状の切断溝との間の特に薄い壁がとりわけ注目される。従って、ドリルステイ又は工具ステイにおける冷却チャネルの位置が切断部分の全長に沿って所定の狭い許容範囲内にあるように、少なくとも一つが存在する内部にある渦巻き状に延びる冷却チャネルの傾斜角度を正確に誘導及び制御することが製造の際に特に重要である。
【０００５】
チップを切断溝から除去するために、特に深孔加工の場合に冷却剤が高圧で時々供給されなければならず、内部冷却チャネル、即ちドリルは破壊されることなく対応する圧力に耐えることができなければならない。普及しつつある工程である特に最少量の潤滑の一部として、可能であれば最大容積を提供するように冷却チャネルを設計することが望ましい。更に、よりいっそう小さく、且つ長いドリル孔を形成することができることが必要である。しかし、孔開け工具の長さが長くなり、且つ直径が小さくなることに伴い、ドリルの頑強性に悪影響を与えずに対応する冷却剤の処理量又は冷却剤の圧力が提供されるような方式での内部冷却チャネルの寸法は、いっそう困難になっている。従って、冷却剤チャネルの大きさは、ドリルの背面又は切断空間までの距離によって限定される。ステイが薄過ぎる場合、亀裂及び工具の破損が生じる。多数切断工具の場合、複数の冷却チャネルは最小距離で互いに離れて配置されなければならず、さもなければ、ドリルの面形状、即ち例えば横刃又は点形状に支障をきたす。更に、工程が制限を課すが、その理由は、現在の粉末冶金工程では、そのような工具に適切なブランクを製造することが不可能であるからである。
【０００６】
従って、内部冷却チャネルの位置合わせは、焼結ブランクの機械加工の際に監視されることができない。そのため、内部チャネルの領域の許容範囲が、横断面、目盛盤の直径、及び軸に対する目盛盤の偏心に関して可能な限り近いような方式でブランクを製造することが必要である。これはブランクの各放射断面において保証されなければならず、所定の渦巻きピッチが優れた精度で維持されることも必要とする。
【０００７】
さもなければ、特に延長された長さの焼結ブランクにおいて渦巻き切断溝を研削中に、溝が内部チャネルに過度に接近する場合が生じる可能性がある。これにより、強度若しくは頑強性が低減され、又はブランク全体が使用不能になる。この問題は、ドリルの内部冷却チャネル又はフラッシング剤チャネルの数に関係なく、且つこれらのチャネルの形状に関係なく生じる。金属ブランク又はセラミックブランクの製造の他の態様として、乾燥段階及び／又は焼結段階中に、ブランクが、微細構造に一様に依存する相当量の収縮を受け得ることを考慮しなければならない。従って、可塑化した硬質金属材料又はセラミック材料の押出しにおいて、押出しブランクは、優れた寸法精度で製造され得るだけでなく、断面全体にわたって高度の微細構造の均質性で製造され得ることを保証する措置を取ることが重要である。
【０００８】
既知の方法は、これらの要件を十分には満たさない。これまで、既に米国特許第２４２２９９４号明細書が押出しプレス方法を記載し、この押出しプレス方法では、可塑化粉末冶金材料が、切断溝の断面の形状の投影を備える内表面を有する押出しプレスノズルを経て押し出される。押出しプレスノズルの中心領域では、直線バー形本体が軸方向に延び、本体は押出しプレスノズルの上流に配置されるガジオンに取り付けられ、可塑性材料が前記ガジオンの回りを流れる。これは複数段階工程であり、切断溝の断面形状に対応する少なくとも１つの直線外部溝を備え、且つ冷却チャネルの断面形状に対応する少なくとも１本の直線バーを備えるドリルブランクを形成するように、可塑化未加工材料がまず成形される。第２工程において、このように設計された生成形体は、未加工材料に対する押出しプレスノズルの相対回転運動によって捻られる。この工程において、刻印された内部チャネルを有する渦巻き状に捻られた螺旋形のブランクが製造される。しかし、エンボス加工された内部冷却チャネルを除く工具シャフトが完全円筒材料を備えることが現在の切断工具の要件であるが、その理由は、この方式においてのみ、冷却剤を１つ又は複数の冷却チャネルに完全に導入することを保証することが可能であるからである。従って、渦巻き状の捻れ螺旋ブランクから製造される切断部は、別々の完全円筒シャフトにはんだ付けされなければならない。製造コストの増大とは別に、これも工具の安定性を低下させることになる。更に、途中で使用されるブランク材料のほとんどについて、そのような２段階成形工程は実行不可能であることが示されたが、唯一の理由として、押出しプレスノズルから放出されるブランクは、それに作用する最も微小な力でさえ、外部輪郭だけでなく形成される内部チャネルを非常に望ましくない程度に変形するような程度までしばしば感圧性であり、その結果、廃棄率が過度に上昇するからである。
【０００９】
一方、その後加工される渦巻き切断溝を有する単一部品工具の製造を可能にする完全円筒バー形ブランクが製造され得る経済的な押出しプレス方法を見つける多くの試みが行われてきた。
【００１０】
この趣旨で、独国特許発明第３６０１３８５号明細書は、少なくとも１つの渦巻き状に延びる内部冷却チャネルを備えるドリル工具を製造する方法を既に提示している。この場合、少なくとも１つの存在する内部冷却チャネルの渦巻き形状は、可塑性材料が押し出されるのと同時に製造される。この趣旨で、ノズルの口金の内部は渦巻き形の輪郭を備え、これらの突出部の渦巻きピッチは、内部冷却チャネルの望ましい渦巻きピッチに適合する。弾性ピンが押出しプレスノズルの中心において提供され、前記ピンの上流端部はノズルのガジオンに取り付けられ、前記ピンの弾性は、ノズルの口金の内部輪郭によって誘起される捻れフローに従うことが可能であるように選択される。均一な捻れフローをフロー断面全体に付与するために、このタイプの製造が比較的大量のエネルギーを必要とすることとは全く別に、この既知の方法により製造されるブランクの場合、冷却チャネル渦巻きのピッチが、ノズルの口金の内表面上の突出部又は凹みの渦巻きピッチからしばしば逸脱することが示されている。この結果、ノズルの口金の内表面上の突出部又は凹みは、材料の損失を可能な限り低く維持するように、大量であるが比較的浅い深さで製造されなければならない。これに対して、最終焼結部分の外部は一般に、切断溝が製造される前に円筒研削を最初に受ける。
【００１１】
最終焼結切断部ブランクの円筒研削の工程ステップを節約するために、独国特許出願公開第４０２１３８３号明細書及び欧州特許出願公開第０４６５９４６号明細書は、ノズルの口金の内表面が円形円筒の側面によって形成される方法を提案する。この配置では、材料フロー内に配置される捻れ装置がノズルの口金の上流に配置される。代替によれば、この捻れ装置によって押出しの断面にわたって均一に作用する捻れ運動が押出しプレス材料に付与され、一方、第２の代替によれば、捻れ運動又は回転運動が押出しプレス材料によって捻れ装置に付与される。内部チャネルを形成するために、スレッド形材料が材料フローの中に突出し、スレッド形材料は捻れ運動または回転運動に従う。この場合、少なくとも１つが存在する内部冷却チャネルの１つ又は複数の断面が押出しブランクに位置するように置かれる円形直径は、ノズルの口金におけるフロー速度及び摩擦損失によって影響を受け、これは、具体的には押出しプレス材料が１つのバッチから他に変化するときに悪影響を有することがある。従って、この方法の更なる変形は、ノズルの口金が回転可能であるように設計されることを提案し、ノズルの口金の回転運動は材料フローの捻れ運動を補正することになる。
【００１２】
しかし、必要な補正の獲得は、ノズルの下流に配置される領域においてのみ行われることができることから、デッドタイムの不正確さを回避することができない。さらに、材料がノズルを出た後、捻れ装置の捻れ方向と反対に作用する押出しプレス材料の緩和運動は、それぞれの材料バッチの個々の特性に依存するものであり、方法を制御することを困難にし、その結果、スレッドによって決定される内部チャネルの螺旋の位置の不正確さを回避することができない。さらに、円形断面のフローを有する材料のみが、冷却チャネル断面を形成する材料としてフローにおいて懸濁されることができる。円形断面のフローを有さない材料が使用される場合、フローに懸濁された材料がフロー断面の上に置かれるようになる方式を定義することができない。
【００１３】
欧州特許出願公開０４３１６８１号明細書は、導入において記述されたタイプの円筒ブランクを製造する工程及び装置をさらに開示する。ブランクは金属又はセラミックから作成され、ブランクにおいて、合成材料で製造された少なくとも１本の捻れ中心ピンが、内面が滑らかであるノズルの円形円筒口金の中心を通って延びる。少なくとも１本存在するこの捻れ中心ピンは、ノズルの口金の流入領域の上流において静止ガジオンに取り付けられる。従って、この方法では、ピンは螺旋形で実施され、例えば硬質金属又はスチール等の剛性材料から形成される。ノズルの口金の内径と、少なくとも１本存在する中心ピンの外径との比が特に比較的小さい場合、追加の捻れ装置なしで行うことが可能である。この配置では、剛性中心ピンが、一様な捻れ運動を断面全体にわたって材料フローに付与することができると概算される。上述された比がより大きい値の場合、ブランクの捻れは、ノズルにおいて案内羽根の形状である追加の捻れ補助によって改善されなければならず、案内羽根は、捻れ方向をフローに付与する。また、ブランクに実際に存在することになる渦巻きチャネルの捻れに比べて強く中心ピンを捻ることが、定期的に必要である。各押出しプレス材料について、これは処理方法をより高価にし、且つ大量の保証措置を必要とする複雑な試行を必要とする。
【００１４】
押出しプレス材料の組成、ブランクの工程パラメータ又は形状に関して方法の適用範囲を全く限定せずに、最大限の再生可能性を有し、且つ最高品質の微細構造を有する内部において渦巻き状に延びる冷却チャネルの精確に画定された配置を有する押出しプレスブランクを製造するために、更に本出願人自身の独国特許発明第４２１１８２７号明細書において、マスタ形成工程においてノズルの口金に位置する材料を可塑化変形させずに内部チャネルを製造することが提案され、材料は、少なくとも１本存在するピンの回りを流れ、ノズルの口金を通過する際に渦巻きのピッチに対応する回転運動を前記ピンに付与し、又はフロー速度に応じて駆動し得るピン懸濁物を通り過ぎて流れるフローの全断面にわたって実質的に捻れ行為を有さずにノズルの口金に入ることが好ましい。
【００１５】
一変形によれば、装置は、少なくとも１本存在するピンが、非回転式及び軸方向に固定された方式でノズルの軸に平行に回転可能であるようにノズルのガジオンにおいて保持され、且つ前記ピンに沿って流れる可塑性材料が全長に沿って実質的に一定である回転パルスを前記ピンに付与するように捻られることを特徴とし、前記回転パルスは、前記ピンの渦巻きのピッチによって定義される。この段階において既に参照されている関連する押出しプレスヘッドが図１に示されている。
【００１６】
他の変形によれば、少なくとも１本存在するピンを担持するシャフトは、ノズルの口における前記シャフトとピンとの接続点が、ピンの内部において径方向に位置する状態で追加の駆動を備え、この場合、ピンは柔軟であり、駆動は所望のピッチに関係なく制御可能とされ得る。追加の独国特許発明４２４２３３６号明細書に示される改良によれば、押出しプレス材料が回りを流れるピンは、摩擦低減流体のフローに更に曝される。
【００１７】
この配置は、押出し中に、製造される渦巻きピッチに対応する捻れ運動を高粘性の材料フローに付与し、従って材料を比較的高度に可塑化変形させる概念から基本的に離れている。方法は、逆右ねじ効果の方式で機能し、右ねじ渦巻きは材料が沿って流れるピンを表し、コルクは可塑性押出しプレス材料を表す。この配置では、少なくとも１つ存在する内部渦巻きはマスタ形成工程において作られる。このようにして、冷却チャネルの優れた精度が、ピッチ、径方向位置、角度位置、及び断面に関して達成される。この配置では、原理的に、渦巻き状に延びる冷却チャネルを有する円筒押出しプレス本体を製造する行為が既に記述されたが、冷却チャネルは、矩形、多角形、又は楕円形等の円形以外の断面形状を有する。
【００１８】
しかし、この方法は、具体的には小さい公称直径の場合、及び公称直径に関して冷却チャネルの断面積が大きい場合、押出しプレス材料のフローのエネルギーが、この場合、回転運動を１本又は数本の剛性ピンに付与するのに不十分であり、従って対応する渦巻き冷却チャネルを押し出された生成形体に刻印するのに不十分であることから、成功しないことがある。対照的に、渦巻きピンの直線化が生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、本発明の目的は、焼結ブランク、焼結ブランクから製造可能な切断工具、及び現在の製造課題の要件を満たすような工具の構成要素を製造及び作ることが困難である冷却チャネルの形状の場合でさえ、刻印された渦巻き状に延びる冷却チャネルを有する完全円筒焼結ブランクを優れた精度で製造され得るように、上述された方法を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記方法に関して、この目的は請求項１の特徴で達成され、焼結ブランクに関しては請求項４及び５の特徴で達成され、工具に関しては請求項１９の特徴で達成され、構成要素に関しては請求項２４の特徴で達成される。
【００２１】
本発明によれば、少なくとも１つの渦巻き状に延びる刻印チャネルを備える完全円筒押出しプレス生成形体又は焼結ブランクを製造する方法が提供される。そのようなブランクは、例えばドリル工具の製造において必要とされる。本発明に係る押出しプレス方法では、押出しプレスヘッドにおける可塑性材料は、最初に実質的に捻れのない方式でノズル入口に流れ込み、その後、ノズルの口金において、少なくとも１本存在し、且つノズルのガジオンに安定的に取り付けられるピンの縦軸に沿って押し出され、その後、出口開口を経て押し出される。この配置では、ノズルの口金は、製造されるブランクが完全円筒の外部輪郭を有するように、円形円筒、好ましくは実質的に滑らかな表面を備える。材料が沿って流れるピンは、材料と共には回転しないがノズルの中に頑固に突出する。好ましくは、前記ピンは、回転しないようにノズルのガジオンに取り付けられる。この代替として、本発明に係る焼結ブランクを製造するために、ピンがノズルのガジオンの上に回転式に保持されているが、それにもかかわらず小さいノズル断面、又はノズル断面に関して大きいピン断面のためにやはり回転しない任意の既存の配置が使用され得る。この配置では、ピンの渦巻きのピッチの結果としてだけでなく、ノズルの回転部分の結果としても、径方向の成分がノズルの回転部分によって誘起される。
【００２２】
このようにして全体的な螺旋フローが達成され、回転速度が調節される場合、押出しプレス材料のフローが渦巻きピッチに実質的に従うように、即ちピンの径方向の高さの粒子がピンの設計に対応するフロー方向を有するように、ノズルの口の中に突出するピンの渦巻き形状のピッチに関して回転部分の上を流れる。その結果、１本又は数本のピンの固定位置及び非回転配置にもかかわらず、１本又は数本のピンの湾曲変形が防止され得る。さらに、フローの径方向成分が、例えば案内羽根等の捻れ装置又は偏向装置によって与えられるわけではなく、ノズルの回転部分の回転運動によって排他的に達成されることから、押出しプレス材料の可塑化変形、又は材料の非均一な微細構造形成若しくは密度分布が防止され得る。従って、フローの径方向運動は、フローの方向にある障害物の１つにおける偏向によってではなく、押出しプレス材料に固有の摩擦力によってのみ生じ、摩擦力は、ノズル部分の回転運動によって材料を除去する。その結果、このように誘起される回転運動は、ノズル壁から発生し、ピン渦巻きのピッチに対応する定常螺旋フローが生じるまでノズルの内部に向かって独立して広がる。この配置では、フローは、押出しプレス材料の粘性と強靭性との関係を確立する。
【００２３】
結果として、押出しプレス材料の微細構造には、密度に関する歪み及び非一様性がほぼなく、従って、ブランクがノズルから押し出された後、捻れ装置によって与えられる螺旋フローの場合のようにはその後の回旋は懸念されない。従って、本発明に係る方法は、優れた螺旋精度を有する生成形体を製造することができる。
【００２４】
この配置では、ノズルの回転駆動部分が、渦巻きピンによって貫通される部分に沿って延びることが有利であるが、その理由は、この方式において、ピンの渦巻きと回転運動との相互作用が保証されるからである。回転駆動部分をピンの順方向領域に沿って、及びピンによって貫通されるノズルの口金部分の長さに沿って配置することによって、材料がピンに到達する前でさえ、螺旋状に動く状況を達成することができ、従って、ピンの任意の湾曲を有効に防止する。請求項３に係るピンの有利な追加の潤滑によって、ピンに作用する負荷を更に低減することができる。
【００２５】
この配置では、好ましくは、硬質金属が、例えばタングステンカーバード土台上において、押出しプレス生成形体を製造するために使用されるが、その理由は、硬質金属工具が製造技術において広く普及しているからである。この配置では、押出しプレス用の可塑性材料は、コバルト等の結合剤、及びパラフィン等の可塑剤が追加された硬質金属粉末から一定作業によって製造される。しかし、本発明に係る押出しプレス材料は、冷却チャネルの断面形状をまだ柔軟で未加工の材料において既に画定し得るセラミック又はサーメット等の他の焼結材料と共に使用され得る。
【００２６】
提案された押出しプレス方法は、回転駆動切断工具、具体的にはドリルビット及び摩砕刃、例えばエンドミル刃等について押出しプレス生成形体を製造するのに適している。これとは別に、前記押出しプレス方法は、ステップドリル等のステップ工具について押出しプレス生成形体を製造するためにも使用され得る。
【００２７】
次いで、押出し工程には乾燥工程又は事前焼結工程が続き、その後、対応して駆動されるブランクバーが実際の焼結工程を受ける。次いで、最終焼結ブランクは、少なくとも１つの渦巻き切断溝がブランクの外表面中に研削されるという点で、切断工具で定期的に機械加工される。
【００２８】
本発明に係る方法の上記で提示された利点により、直径が小さく、及び円形以外の冷却チャネル輪郭を有するとともに、これまで既知の方法が不成功であった大きな冷却チャネル断面積を有するブランク、具体的には請求項４又は５に記載の焼結ブランクを製造することができる。
【００２９】
これは非常に重要であるが、その理由は、具体的には工具の直径が小さい場合、冷却剤を最適に供給するために、１つ又は複数の工具ステイ上において利用可能な領域を完全に使用し、一方、壁の必要な最小限の厚さを維持することが必要であるからである。更に、従来の製造方法は、方法に関係する限定によって阻まれている。ステイ上で利用可能な空間の最適な使用に関する限り、円形設計以外の冷却チャネル輪郭の設計が重要になってきている。一方、これに関して、冷却チャネル、切断溝、及び工具の外周の間において、壁の厚さを可能な限り薄くするように設計することが試行されている。即ち、ブランクの断面積に対して大きな冷却チャネル断面を有する焼結ブランクを製造することが試行されている。これに関して、螺旋の精度、即ち望ましい螺旋から逸脱するサイズは決定的である。これは、具体的には、小さい直径及び大きな冷却チャネル断面を有するブランクに当てはまるが、その理由は、これらの場合、切断溝と形成された冷却チャネルとの間の壁の厚さは小さく、従って、望ましい寸法からの小さい逸脱でさえ拒絶されることになるからである。
【００３０】
本発明によれば、現在、まず第１に工具を製造するための焼結ブランクに関するこれらの要件を考慮することが可能である。
従って、本発明に係る方法により最初に製造され得る請求項５に記載のブランクは、ブランクの断面積対１つ又は複数の組込み形成チャネルの比を有し、１つの内部形成チャネルの場合、２０：８０以上、具体的には３０：７０、例えば５０：５０の値を有し、一方、いくつかの内部形成チャネルの場合、比は２０：８０以上、具体的には３０：７０、例えば４０：６０を有する。これに関連して、「以上」は、最大に可能な冷却チャネル断面を指す。
【００３１】
請求項５に係る本発明によるブランクにより、従来の焼結ブランクから作られる工具と比較される際、顕著な冷却剤スループット量を有する工具を製造することができる。そのようなブランクの製造は、本発明に係る方法でのみ可能となる。そのような大冷却チャネル断面の結果、内部冷却チャネル螺旋と、渦巻き切断溝との間の壁の厚さは極度に薄い最小限の壁となり、これはチャネル螺旋に関する極度に厳格な許容限度を厳守することが必要である。強制捻れを使用する方法では、微細構造、歪み、及び密度に関する可塑性材料の不均一性に関して、上述された方法に固有の問題のために、この目的を達成することができない。せいぜい、大きな廃棄率が許容される場合、非再現可能無作為ヒットが予期され得る。これとは対照的に、独国特許発明第４２４２３３６号明細書に係る本出願人自身の方法では、ピンを駆動するのに必要な力は製造され得ないが、その理由は、望ましいチャネル直径が増大する際にピンがより薄くなり、従って動作がより困難になり、同時にピンを駆動するために使用され得る材料の容積が減少するからである。
【００３２】
本発明に係る方法で、請求項４に係る１２ｍｍ未満の直径を有し、円形輪郭とは異なる冷却チャネルの断面輪郭を有するブランクを初めて製造することもできる。上述されたように、円形輪郭から逸脱する断面輪郭は、工具ステイ上での空間使用に関してかなりの利点を提供し、従って潤滑剤の供給を最適にすることに関してかなりの利点を提供する。これは、工具の直径が小さい場合、特に重要である。
【００３３】
欧州特許出願公開第４６５９４６号明細書に係る既知の方法で、そのような小さい直径を有するブランクを製造することが可能であることがある。しかし、冷却チャネル断面を形成する円形材料のみが材料フローに懸濁されることができる。小球以外の形状が材料フローに懸濁される場合、材料フローに懸濁された材料がフロー断面上にあるようになる方式を確定することができない。更に、比較的小さい冷却チャネル断面のみが製造されることができ、そうでない場合、冷却チャネルと切断溝との間の壁の最小限の厚さは、ブランクから製造される工具において非常に小さくなるので、スレッド方法で維持され得る冷却チャネルの螺旋許容度は過度に大きくなる。
【００３４】
さらに、実験は、独国特許発明第４２４２３３６号明細書に係る本出願人自身の方法では、１２ｍｍ未満の外径及び大きな冷却チャネル断面の場合、ピンを駆動するのに必要な力が安全に製造され得ず（上記参照）、冷却チャネル断面の寸法がより小さく、従って材料フロー内に突出するピンの場合、ピンに作用する力は迅速に前記ピンを直線化させるようになる。
【００３５】
押出しプレス材料に使用される他の材料、及び独国特許発明第４２４２３３６号明細書等に係るピンの最適潤滑では、本出願人自身のより古い方法を使用して１２ｍｍ未満の外径を有するブランクを製造することができる可能性は理論的には排除され得ない。しかし、４ｍｍより小さい等の８ｍｍより小さい領域では、この方法の使用は不可能であるようである。
【００３６】
従って、本発明に係るブランクは、既知の工具と比較される際に改善された冷却剤供給を有する工具を製造するのに適している。
この趣旨で、焼結ブランクの外周が再度研削され、その後、必要な数の螺旋切断溝が例えば研削又は摩砕されて加工される。従って、結果的に工具は、少なくとも１つの螺旋内部冷却チャネルが通って延びる少なくとも１つのステイを備え、少なくとも１つ存在する内部冷却チャネルのピッチは、少なくとも１つの存在する螺旋切断溝のピッチと同調して延びる。
【００３７】
請求項４に係る焼結ブランクから製造される本発明に係る工具は、１：５を超える直径対長さ比の場合、並びにこれまで０°の横切断レーキによるより不十分なチップ除去及びより不十分な（工具ステイの側面上の一側面上にあるドリル穴におけるサポートによる）中心精度にもかかわらず、直線切断溝で加工することが必要であり、具体的にはスチールの深孔開けの応用分野において、深孔開け工具として使用されるのに特に適している。これは、円形輪郭以外の冷却チャネル輪郭の場合、及び１２ｍｍ未満、具体的には８ｍｍ、例えば未満４ｍｍ未満の工具直径の場合、極限の負荷に必要な精度において螺旋工具を製造することができなかったからである。同じことが、請求項５の特徴を有する焼結ブランクから製造される工具に当てはまる。
【００３８】
より短い切断工具の場合も、本発明に係る押出しプレス方法によって達成される工具ステイ上における冷却チャネルの位置及び領域に関する精度の向上は、最適な潤滑剤供給を保証し、一方、工具の適切な頑強性を維持するのに寄与する。従って、具体的にはより小さいドリル孔直径、中間引出しのないより長いストローク長、及び例えばカーボンファイバ強化サンドイッチ材料等の切断困難材料を考慮して、現在の工具で実施し得ない切断タスクを実施することが可能である。
【００３９】
本発明に係る工具で、更により小さいドリル孔の直径、更に増大するドリルストローク長、増大する供給速度、及び最適化される冷却剤スループットに向かう傾向に適応することができる。深孔ドリルを使用することにより、例えば最高で２００：１のドリル長対直径の比を有するドリル孔が孔開けされ、個々の場合において、ストローク長は一試行において直径の最高で１００倍であり、事前に孔開けされていないことさえある。そのような工具は現在、例えばモータエンジニアリング及び軍艦の構築、並びに燃料注入システムの製造において使用される。後者の分野では、直径に関して非常に長いドリル孔の長さを有する非常に小さい直径（１ｍｍの領域）の孔を孔開けすることが必要である。
【００４０】
１２ｍｍ未満、具体的には８ｍｍ又は４ｍｍ未満の直径を有する工具の場合、冷却チャネルの断面積を最適化し、従って潤滑剤の適切な供給を保証するために、請求項６に係る円形以外の冷却チャネルの断面だけでなく請求項５に係る冷却チャネルの断面も提供されることが更に有利である。
【００４１】
この配置では、ドリルの切断部分の切断レーキはドリル螺旋の横切断レーキによって決定され、従って焼結ブランクに形成される内部冷却チャネルの渦巻き角度によって決定される。切断レーキはチップの形成及びチップの除去に対して決定的な影響を有し、従って、機械加工される材料の特性に依存する。請求項８に係る有利な実施形態では、切断レーキは１０°より大きい値を想定する。
【００４２】
請求項２１に係る有利な実施形態によれば、工具は２リップ工具又は複数リップ工具として考慮される。その製造について、請求項１２から１５に係る混合形態と同様に、具体的には請求項１７及び１８に係る楕円又は三角形の形状の冷却チャネル輪郭を有する焼結ブランクが適切であるが、その理由は、これらの形状では、それぞれの工具ステイ上で利用可能な空間が最適に使用されることができ、一方、冷却チャネルのいくつかの壁の最小限の厚さが使用されることができるからである。本発明に関連して、三角形という用語は、それによって囲まれる円の半径の約０．２倍である最小半径を有する僅かに丸いコーナを有する三角形の形状を指す。
【００４３】
請求項２２に係る単一リップ実施形態の場合、具体的には、請求項１６に係るインゲンマメ形の冷却チャネルの設計が適切なようである。この代替として、冷却剤の供給は、三角形又は楕円の形状とすることが可能であるいくつかの冷却チャネルによって保証され得る。
【００４４】
広範な試行により、三角形冷却チャネル断面は、円形冷却チャネル断面と比較して、工具ステイ上において利用可能な領域を非常に良好に使用することを達成することができ、一方、切断溝及び工具の外周までの最小距離を維持することできることが示された。最小距離は、必要な強度を提供するために必要である。しかし、冷却剤のスループット及び工具の頑強性に関する限り、丸い半径を有する冷却チャネルの形状が更により有益であることが示された。
【００４５】
冷却チャネルにおいて生じる応力は、冷却チャネルの形状に依存することが判明した。これは、主に負荷の方向における最も小さい半径に冷却チャネルの応力が集中することの結果である。さらに、ドリル又は摩砕刃等の切断工具がそのような応力ピークに遭遇することできる抵抗に関する限り、即ち、頑強性に関して、及び最終的には工具の亀裂形成又は時期尚早な故障が生じるかを判定する際に、冷却チャネルにおいて生じる応力のピークとは別に、冷却チャネルと切断空間との距離、従ってステイ上における冷却チャネルの位置が決定的であることが判明した。
【００４６】
徹底的な試行及びシミュレーションの結果、有利な断面冷却チャネル形状が得られた。即ち、冷却チャネル輪郭の最小半径が、輪郭によって囲まれる円の半径の０．３５倍から０．９倍、具体的には０．５倍から０．８５倍、好ましくは０．６倍から０．８５倍、特に好ましくは０．７倍から０．８倍、例えば０、７５倍の範囲である請求項１５に係る焼結ブランクが得られた。
【００４７】
焼結ブランクから製造される工具に関して、この配置では、内部冷却チャネルとドリルの外周との間、内部冷却チャネルと切断面との間、及び内部冷却チャネルと切断側面との間の壁の最小限の厚さが、下限と上限との間にあることが有益であることが判明し、下限は、Ｄ≦１ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞１ｍｍについて０．０８ｍｍ、具体的にはＤ≦２．５ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞２．５ｍｍについて０．２ｍｍ、好ましくはＤ≦３．７５ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞３．７５ｍｍについて０．３ｍｍ、例えばＤ≦３ｍｍについて０．１×Ｄ、及びＤ＞３ｍｍについて０．３ｍｍであり、上限は、Ｄ≦６ｍｍについて０．３５×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．３０ｍｍ、具体的には０．２×Ｄ、好ましくはＤ≦４ｍｍについて０．１５×Ｄ、及びＤ＞４ｍｍについて０．６ｍｍである。
【００４８】
この実験で決定された冷却チャネルの形状及びステイ上における冷却チャネルの位置は、特に程度が驚くほど肯定的である結果を達成することができる。
請求項１５及び２３に記載の冷却チャネル輪郭及び負荷下における高いスループット量を有する工具では、三角形工具の場合より応力負荷が劇的に小さくなることが判明した。本発明に係る工具に対応するより高い機械強度特性は、破壊試験において確認された。試験は、最も小さい曲率半径の輪郭によって囲まれる円の半径の０．５倍から０．８５倍の値で、一般的に使用される硬質金属から作られた工具において実施された。囲まれる円の直径の０．６倍から０．８５倍、具体的には０．７倍から０．８倍の値が、特に適切であることが実証された。例えば、４ｍｍの公称直径及び囲まれる円の直径の０．７５倍の最小半径を有するドリルでは、冷却チャネルと同じ断面積を有する切断溝と面する冷却チャネルの側面に対して、約３５％小さい応力ピークが得られた。その結果、その位置における壁の最小限の厚さについて、僅かに０．３ｍｍの値が不十分なドリル強度を許容することを必要とせずに達成された。ある他の材料から作られた工具では、半径の０．３５から０．９倍の範囲の値が適切である可能性がある。より優れた延性、従ってより優れた応力抵抗、具体的には張力応力抵抗の材料が使用される場合、例えば囲まれる円の半径の０．３５倍まで下がる最小曲率半径が有利な結果となることがある。特定の負荷状態に曝される工具においてさえ、そのような寸法が実用的であることがある。
【００４９】
従来の三角形輪郭と比較される際、比較的中庸な丸みにより応力の集中の低減されることとは別に、最も湾曲している冷却チャネル輪郭の位置が、ステイの壁が最も薄い位置から遠くに移動されるという点で追加の効果がある。その結果、壁は比較的厚く、従って、応力が最大である位置において破壊に対して耐性がある。
【００５０】
本発明に係る冷却チャネル形状を装備する工具では、丸い冷却チャネル形状を有する工具と比較される際、スループット量は断面積にほぼ比例して増大し、本発明に係る冷却チャネル形状の領域における断面積の増大に伴う応力集中の増大は、従来の三角形輪郭における増大と比較される際に驚くほど小さい。従って、本発明に係る冷却チャネル輪郭で同じ冷却剤スループットを有する丸い輪郭の場合、不十分な壁空間のために工具の故障をもたらす断面積が実施され得る。
【００５１】
試験は、適切な壁の厚さと公称直径との相関を示し、小さい工具直径の場合の相関は、工具の直径の増大に対して線形である。試験は、冷却剤の供給が最高である場合、以下の壁の厚さが適切な強度であることを示した。壁の厚さは、Ｄを公称直径として、Ｄ≦２．５ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞２．５ｍｍについて０．２ｍｍ、好ましくはＤ≦３．７５ｍｍについて０．０８×Ｄ、及びＤ＞３．７５ｍｍについて０．３ｍｍ、例えばＤ≦３ｍｍについて０．１×Ｄ、及びＤ＞３ｍｍについて０．３ｍｍの下限より大きい。従って、例えば４ｍｍの公称直径を有する上述された被試験ドリルは、０．３ｍｍの壁の厚さを有する。
【００５２】
工具ステイにおける応力分布の観点から有益である冷却チャネルの設計により、そのような薄い壁の場合でさえ、優れた工具強度、従って長い耐用年数を達成することができる。個々の場合、Ｄ＞１ｍｍについて０．０８ｍｍの壁の最小限の厚さを提供することさえ適切である可能性がある。
【００５３】
一方、壁の最小限の厚さは、僅かに望ましいスループット量だけ最高に向かって限定される。これに関連して、請求項２３に係る以下の値が、そのような冷却チャネル輪郭が実用的である最高の適切な最大値であることが実証された。Ｄ≦６ｍｍについて０．３５×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．３０ｍｍ、具体的にはＤ≦６ｍｍについて０．３３３×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．４０ｍｍ、好ましくはＤ≦６ｍｍについて０．３１６×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．５０ｍｍ、特に好ましくはＤ≦６ｍｍについて０．３×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．６０ｍｍ、例えばＤ≦４ｍｍについて０．２×Ｄ又は０．１５×Ｄ、及びＤ＞４ｍｍについて０．６ｍｍである。
【００５４】
請求項１５に係る冷却チャネル形状は、より小さい工具に特に適していることが示され、この工具において、強度及び冷却剤のスルーフローを考慮して最適化された工具ステイ上の空間の使用が特に重要である。これらの発見は請求項２３に係る壁の最小限の厚さの上限に反映され、上限は、より小さい直径値の範囲と比較される際、特定の公称直径よりもより顕著に増大する。
【００５５】
具体的には、６ｍｍより大きい直径において、冷却チャネルの断面積が公称直径に関して線形に増大することは、例えば深孔ドリルの場合等、個々の応用例の場合においてのみ意味をなすが、その理由は、潤滑剤の要件は、比例的以下で増大する冷却チャネル断面の場合においても網羅され得るからである。当然、優れた冷却剤供給を達成する一方で十分な強度を提供するように、壁の最小限の厚さが請求項２３に係る下限に近付くより大きい直径値の場合でも意味をなし得る。
【００５６】
壁の最小限の厚さの上限に関して請求項２３において開示される値はこの考察を反映しており、具体的には壁の最小限の厚さが０．２×Ｄ未満の領域にある冷却チャネル輪郭の設計が実用的である。具体的には、Ｄ≦４ｍｍについて０．１５×Ｄ未満であり、及びＤ＞４ｍｍについて０．６ｍｍである壁の最小限の厚さの領域では、スルーフローの増大が本発明によれば利用可能な設計空間に関する冷却チャネルの形状及び寸法によって達成され、一方、良好な工具強度を維持することが驚くほど有益であることが示された。
【００５７】
しかし、異なる直径の工具が同じ直径の焼結ブランクからしばしば製造されることは、考慮されるべきである。即ち、例えば４ｍｍ、５ｍｍ、及び６ｍｍの公称直径を有する工具が、６．２ｍｍの直径を有するブランクから製造される。従って、４ｍｍ工具と同じ冷却チャネル設計を有する６ｍｍ工具の場合、冷却チャネルと工具の外周との間の壁の最小限の厚さは１ｍｍだけより大きくなる。この製造技術態様では、Ｄ≦６ｍｍについて０．３５×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．３０ｍｍ、具体的にはＤ≦６ｍｍについて０．３３３×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．４０ｍｍ、好ましくはＤ≦６ｍｍについて０．３１６×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．５０ｍｍ、特に好ましくはＤ≦６ｍｍについて０．３×Ｄ、及びＤ＞６ｍｍについて０．４×Ｄ−０．６０ｍｍの壁の厚さの上限が、本発明に係る冷却チャネル形状が利点を提供する領域に依然としてある。
【００５８】
この時点において、冷却チャネルと、ドリルの外周若しくは切断面又は切断側面との間の壁の最小限の厚さは当然、異なるように選択され得ることが記述されるべきである。強度の観点から、特に冷却チャネルと切断面との間の最小距離又は壁の最小限の厚さが決定的である。従って、前記最小距離は、冷却チャネルと切断側面との間の壁の最小限の厚さに関してより大きいことがある。同様に、冷却チャネルとドリルの外周との間の壁の最小限の厚さに関して、冷却チャネルと切断面との間の壁の最小限の厚さは、強度に関する要件の強化を考慮するために、より大きな値からなり得る。一方、同一の直径のブランクが異なる直径の工具に使用される特定の応用分野において適切である例えば上述された製造態様の場合、冷却チャネルとドリルの外周との間が壁の最小限の厚さである可能性があり、この壁の最小限の厚さは、冷却チャネルと切断面との間より大きい。
【００５９】
請求項１５に係る有利な冷却チャネル輪郭、及び請求項２３に係る壁の最小限の厚さにより、冷却剤スループット及び強度値の両方が最適であるように、回転切断工具の１つ又は複数のステイ上において利用可能な設計空間を使用することが可能である。
【００６０】
従って、丸い冷却チャネル輪郭を有するドリルは、圧力及び捻れ力（これらは孔開けの際に一般的である）によって負荷を受ける際、並びに横方向の負荷及び（機械加工される加工品に入る際に生じる）屈曲モーメントの結果である負荷を受ける際、長い耐用年数にわたって破壊されずに高い負荷値に耐えることが可能である。同様の横方向の負荷及び屈曲モーメントの結果である負荷は、切断摩砕機械又は対向摩砕機械でも生じる。一方、達成された冷却剤スループットは、量及び工具の全長に沿った圧力降下に関する厳格な要件を満たす。
【００６１】
丸い冷却チャネル形状の場合の低応力集中のために、冷却チャネルと切断面との間の壁の最小限の厚さを低減することができ、その結果、冷却チャネルの断面、従ってスループットは対応して増大する。
【００６２】
大きな半径のために、有利な水圧半径、即ち冷却チャネルの包囲側面に関して冷却チャネルの大きな断面積が得られる効果は、圧力降下を低減して冷却剤のスループットを増大させることに寄与する。従って、パイプの摩擦力及び圧力降下によって製造される反対力に著しく依存する平均フロー速度は、同じ断面積を有してより優れたスループットが達成されるように、従来の三角形の輪郭の場合より大きい。
【００６３】
従って、丸い冷却チャネル形状は、一方では適切な冷却剤供給と他方では適切な強度との間の競合が特に問題である工具にとりわけ適しており、一般に、これは直径が小さい及び／又は工具の長さが長い工具の場合である。
【００６４】
有利には、冷却チャネル断面の２つの最大湾曲は同じ半径座標上にあり、この半径座標は、冷却チャネル断面によって囲まれる円の半径座標より大きいか、又はそれに等しい。空間の最適な使用を保証するために、冷却チャネルの断面はドリル軸に対して径方向に延びる軸に対して対称的であり、それにより、適用される半径は２つの最大湾曲に関して同じになる。これらの改善は工具ステイの実質的に対称的な形状を反映し、従って、ステイ上において冷却チャネル断面について利用可能である一方、壁の最小限の厚さを維持する設計空間を反映する。これとは別に、利用可能な設計空間を最適に使用するために（具体的には主要刃の側面上における径方向のステイの広がりが、ステイの後ろに面する側面上における広がりより前に開始される場合）、非対称の形状の冷却チャネル断面も想定され得る。最大負荷が主要刃に面する冷却チャネルの側面上において経験され、一方、ステイの後ろに面する側面上において相対的により小さい負荷が経験されることを考慮すると、非対称な設計も考慮され得る。
【００６５】
良好な潤滑剤供給を提供する一方、適切な工具強度をも提供する観点から、楕円形状の冷却チャネルが特に有利であることが示された。楕円の主軸と第２軸との比の好ましい値は、１．１８から１．６５であり、特に好ましくは１．２５から１．４３であり、例えば１．４３である。本発明との関連で、楕円という用語は、数学的に精確な楕円（ｘ２／ａ２＋ｙ２／ｂ２＝１）に限定されるだけでなく、生産技術の楕円、即ち近似楕円でもある。
【００６６】
楕円形の冷却チャネル断面の場合、最大湾曲に低応力が集中することから、冷却チャネルは、半径が楕円設計の場合より狭く、最大湾曲が径方向にさらに外側に配置される設計の場合より、冷却チャネルと主要刃との間においてより薄い壁の最小限の厚さを有することができる。
【００６７】
しかし、冷却チャネル輪郭が楕円を示さない特に製造技術の観点から、楕円冷却チャネル形状とは別に、有利である他の工具設計も存在する。
最大湾曲が囲まれる円の中心に関して外側に変位する冷却チャネル形状が、本発明に係る押出しプレス方法において使用されるピンの製造工程のより容易な制御の観点から有利であり、ピンは内部冷却チャネルの螺旋を決定する。冷却チャネルを製造する押出しプレス方法において使用される渦巻きピンは、押出しプレスノズルの上流にあるガジオン上に配置され、従って流れ込む材料において冷却チャネルを形成し、楕円形状を製造するのが比較的困難である。上記とは対照的に、外側移動最大湾曲を有する渦巻きピンの製造は、ワイヤの内側の相対的大きい輪郭部分のために比較的簡単であり、輪郭部分は、引出し形状上に精確に嵌め込むために利用可能である。
【００６８】
これに関して、押出しプレス生成形体が径方向の冷却チャネル輪郭で形成された場合、特に有利である。この輪郭は、請求項１１によれば、渦巻き中に引出し形状においてワイヤを安全に支持し得る直線部分を備える。
【００６９】
試行及びシミュレーションは、適切な最小半径及び壁の最小限の厚さが維持されるとすれば、そのような冷却チャネル断面により、楕円形の冷却チャネル断面の場合と同様に、応力集中及び冷却剤スループットに関して良好な結果を達成することができることを示す。しかし、曲率最大値に関するより小さい半径のために、楕円形状と比較される際、壁の最小限の厚さはより厚くなる。
【００７０】
本発明に係る焼結ブランクは、完成工具の生産に適しているだけでなく、請求項２４に係る工具構成要素の製造にも適している。例として、深孔ドリルは、ドリルの先端及びドリルの全長に沿って延びるシャフトに対して局所的に境界が定められるドリルヘッドをしばしば備え、２つの構成要素は共にはんだ付けされる。この配置では、少なくとも１つ存在するドリル刃は、ドリルヘッドのすぐ上に配置されることができ、又はねじ留め切断プレート若しくは交換可能刃を有するドリルヘッドが使用されることができる。この配置では、ドリルヘッド及びシャフトは全く異なる要件を満たさなければならない。ドリルヘッドの場合、耐磨耗性及び硬度が最重要であり、シャフトの場合、強靭性及び変形に対する耐性が最重要である。
【００７１】
本発明によれば、請求項４から１８に係る形状を有する焼結ブランクは、シャフト、ドリルヘッド等の工具構成要素を製造するために、即ち１つの切断溝を備える請求項２５に係る実施形態において、又はいくつかの切断溝を備える請求項２６に係る実施形態において使用され得る。
【００７２】
安定性の観点から、工具の製造では、具体的には直径に関して全長が長いために非常に大きな負荷を受ける深孔ドリルの製造では欠陥を呈示しやすく、強度を損なうはんだ付け位置を絶対最小値にして実施することが試行される。この要件は、請求項１８において述べられる本発明に係る切断工具の有利な改良によって満たされる。
【００７３】
請求項の特徴は、これが実用的である任意の望ましい方式において組み合わされることができる。
更に、本発明に係る工具又は工具構成要素は、少なくとも鋭利な刃の領域において、通常のコーティングを備えることができる。硬質材料コーティングの場合、そのようなコーティングは薄いコーティングであることが好ましく、コーティングの厚さは０．５から３μｍの範囲であることが好ましい。
【００７４】
硬質材料コーティングは、例えばダイアモンド、好ましくは単一結晶ダイアモンドを備えることができる。しかし、窒化チタニウム又は窒化チタニウムアルミニウムのコーティングとしても製造され得るが、その理由は、そのようなコーティングは、十分に薄くなるように付着されるからである。他の硬質材料コーティングも考慮可能であり、例えばＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、Ａｌ２Ｏ３、ＮｂＣ、ＨｆＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｏ，Ｎ）等のセラミック、ＴｉＣ／Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）ＴｉＮを備える多層コーティング、具体的にはＴｉＮ又はＴｉ（Ｃ，Ｎ）の中間層を備える多層セラミックコーティングが挙げられる。
【００７５】
上記の代替として、ねじ留め若しくははんだ付け切断ペースト、又は交換可能刃を収容することを意図する工具又は工具構成要素を製造するために、本発明に係る焼結ブランクを使用することも考慮可能である。
【００７６】
更に、又は代替として、少なくとも溝の領域に存在する柔軟材料コーティングを使用することも可能である。そのような柔軟材料コーティングは、ＭｏＳ２を備えることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
以下において、本発明の好ましい実施形態が、概略的な図面を参照してより詳細に記述される。
まず図１を参照すると、独国特許発明第４２４２３３６号明細書等の本出願人自身の特許からの既知の押出しプレス方法、及びそれについて提供される押出しプレスヘッドが、より詳細に説明される。次いで、本発明に係る方法が、図２に示される押出しプレスヘッドの実施形態を参照して上記の方法と比較される。
【００７８】
図１において、参照符号１０は、高粘性の可塑化金属又はセラミック材料１２が通って右から左に流れる押出しプレスヘッドを表す。符号１４はノズルの口金を表し、口金はノズルキャリア部１６と一体に形成される。押出しプレスノズルは、２つの部分、即ちノズルの口ＤＭ、及び可塑性材料１２が漏斗状のノズルの口に供給されるノズル入口領域ＤＥを備える。ノズル入口領域ＤＥの中心においてノズルのガジオン１８が備えられ、ガジオン１８はその下流の端部に円錐表面２０を備え、それにより、ノズルのガジオン１８とノズルキャリア部１６との間にノズルの口ＤＭに至る管状空間２２が形成される。
【００７９】
押出しプレス工具若しくは押出しプレスヘッド１０、又は押出しプレスノズル１４、１６は、左又は縦方向に渦巻く少なくとも１つの内部チャネル３を備え、且つ円筒棒状に形成された部品２４を連続的に押し出すために使用される。
【００８０】
図１に係る既知の押出しプレス工具１０において、シャフト３０は、ノズルのガジオン１８の中心において回転自在に保持される。シャフト３０は、ノズルのガジオン１８の前端３２を超えてノズルの口ＤＭの中へ右に延びるとともに、下流の端部において板状のハブ部品３４を担持し、それにより、径方向の外側面３６、３８が、渦巻き状に予め捻られたピン４０、４２に堅固に接続される。この配置では、２本のそのようなピン４０、４２は、シャフト３０、従ってハブ部品３４の軸４４に関して点対象であるように位置合わせされる。
【００８１】
この配置において、ピン４０、４２の長さは渦巻きピッチＷＳ／２の半分に実質的に対応し、この配置は、押出し工程中にピン４０、４２によって形成される内部チャネル３がノズルの外部においてその形状及び位置を維持するように、ピン４０、４２がノズルの口金１４の前部４８まで少なくとも延びているというものである。
【００８２】
ハブ部品３４は、ノズルのガジオン１８の前端３２から所定の軸間隔ＡＸだけ間隔をおいて配置されるように、ノズルの口ＤＭに位置する。この軸間隔ＡＸは、ノズル、従って少なくとも１本存在するピン４０、４２の口ＤＭにおけるフロー特性に影響を与える能力を提供するように調節可能であることが好ましい。
【００８３】
図１において矢印５０で示されるようにピン４０、４２は規定され、且つ材料はノズルの口ＤＭの領域において軸方向に流れるとともにピンに沿って流れる。従って、流れは、目盛盤のピッチＷＳ及び直径によって決定される角度ＰＨＩにおいてピン４０、４２に接触する。これらのピン４０、４２は軸４４上で回転することができるようにハブ部品３４及びシャフト３０によってノズルの口ＤＭに取り付けられることから、可塑性材料１２がノズルの口を通過する際、前記ピン４０、４２は予め形成されたピンの渦巻きのピッチに対応する角速度ＯＭＥＧＡの連続運動で回転される。渦巻き状の捻れピンをフローの方向に配置することによって生じる力成分は周方向において作用し、ピン４０、４２の全長に沿って増大する。
【００８４】
回転可能なシャフト３０、ハブ部品３４、及び少なくとも１本の渦巻き状の捻れピン４０、４２を備える配置は、フロー速度によって確定されるピン４０、４２の一様な回転運動を実施し、ピン４０、４２に対する湾曲負荷は比較的軽度に維持される。このようにして、ピン４０、４２は、媒体が理想的な非圧縮性の液体ではなく、高粘性、且つある程度弾性的な材料であることを除く駆動シャフト３０の軸フローにおいて、タービンの原理に従って作用する。
【００８５】
基本的に、ノズルの口は、２つの領域、即ちノズル入口領域ＤＭＥの口及びノズルフロー領域ＤＭＳの純粋な口に分割される。部分ＤＭＳでは、ノズルの口は予め画定された断面を有し、これは、第１近似において、この領域で一定フロー速度が想定され得るように実質的に同じままである。領域ＤＭＥにおいて、実際に利用可能なフロースルー断面が、領域ＤＭＥの軸長に少なくとも沿って、しかし好ましくはノズルの口ＤＭの全軸長に沿って一定に維持されることが重要である。このために、領域ＤＭＥの直径は、領域ＤＭＳ及びＤＭＥの２つの直径によって画定される管状表面がシャフト３０の断面積及び接続接合部５２を含むハブ部品３４の径方向の断面とほぼ同じ大きさであるように、部分ＤＭＳに関して寸法Ｍによって直線的に増大する。領域ＤＭＥ及びＤＭＳの内側面間の移行の適切な設計の使用により、ノズルの口ＤＭを通って流れる際の材料１２の過度の圧力変動が排除され得る。部分ＤＭＥとＤＭＳとの間の移行領域において直線であるようにノズルの口ＤＭを設計することによって過度の圧力降下が防止され、それにより、部分ＤＭＳの圧力が断面を閉鎖するのに十分であることを安全に保証することができる。
【００８６】
図１において、ハブ部品３４の先端５４又は５６のいくつかの可能な設計が示され、先端は上流及び／又は下流に位置する。一点鎖線は、下流に位置する端部における先端１５６の代替設計を示す。そのような設計により、フロー関係は所望の影響が与えられ得る。
【００８７】
材料がハブ部品３４及びピン４０、４２を通り過ぎて軸方向に流れる場合、軸方向において作用する反力も生じ、反力はシャフト３０によって取り除かれなければならない。このため、シャフト３０は、径方向だけでなく軸方向にも保持される（すなわち軸受上に配置される）。
【００８８】
上述された既知の押出しプレス装置は、以下のように動作する。
高粘性の材料１２は、軸方向において管状空間２２から短い入口伸張部、且つ軸距離ＡＸを経て、ノズルの口金ＤＭＥの入口領域の中に入り、そこでインフロー角度ＰＨＩの結果として、バー又はワイヤ４０、ハブ部品３４、１３４又は２３４、及びシャフト３０を備える冷却チャネル成形型が、ピン渦巻きのピッチＷＳに対応して連続的に回転運動する。ノズルの口ＤＭにおける渦巻きの位置及び渦巻きＷＳのピッチは、ブランクに形成される冷却チャネルの渦巻きの位置及びピッチに正確に対応する。従って、材料がノズルの口ＤＭを通過する際、通過材料の可塑化変形はなく、代わりに内部において渦巻き状に延びる冷却チャネルがマスタ形成工程において形成される。この配置では、バー４０、４２は主に張力を受ける。同じことがシャフト３０に対する負荷に当てはまり、従って、シャフト３０は比較的小さい直径を有するように設計され得る。
【００８９】
図２において、形状及び機能について図１に示される構成要素と合致する構成要素は、図１と同じ参照符号を有する。以下において、図２に示され、且つ設計及び機能が図１に示されるものとは異なる本発明に係る実施形態の設計及び機能のみが議論されるが、その理由は、上記の記述が残りの設計に適用されるからである。
【００９０】
図２に示される本発明の実施形態では、ノズルの口金１４０は、外部密閉摩擦軸受（図示せず）によって、ノズルキャリア部１６上において交換可能、且つ回転自在に支持される。ノズルの口金１４０は、ノズルの口ＤＭのノズルフロー領域ＤＭＳの口の長さに沿って延びるとともに、モータ１４１によって連続的に駆動される。参照符号３００は、ノズルのガジオン１８において安定、且つ非回転式に保持されるピンを示し、例えばノズルの前記ガジオン１８にねじ留めされ、又はノズルの前記ガジオン１８にはんだ付け若しくは溶接される。参照符号３４０は固定接続要素を表し、それによって２本の渦巻きピン４００、４２０がピン３００に接続され、従ってノズルのガジオン１８に接続される。
【００９１】
非回転ピン３００、接続要素３４０、及びピン４０、４２を備える配置は固定したままであり、フローの方向に関して径方向に作用する力成分を流入材料に付与する。このために、接続要素３４０は、タービン案内羽根の方式の設計を備えることができる。渦巻きフロー運動を受けるマス１２の結果として生じる傾向は、モータ１４１によって駆動されるノズル１４０の口金の回転速度における回転運動によって強化される。この配置では、モータ１４１の駆動速度は、材料１２全体が渦巻きフローにおいて移動するように、材料１２のフロー速度を整合させる。渦巻きフローでは、ピン４００、４２０の径方向の高さにおけるマス粒子の運動方向は、ピン４００、４２０の渦巻き延長部に対応する。ピン、従って接続要素３４０、ピン３００、及びノズルのガジオン１８の衝突は、ピンの直線化、又は接続要素３４０とピン４００、４２０又はピン３００との間のはんだ接合部における破損をもたらす可能性があるが、ほぼ排除される。
【００９２】
従って、ピン４００、４２０の撓みが排除されることから、前記ピン４００、４２０は、図１の前記押出しプレスヘッドの場合と同様に、完成押出しプレス生成形体におけるチャネルと厳密に同じピッチを有する。このようにして、フローにおける任意の変動、例えば密度がバッチ毎に変動する材料１２の密度の結果である変動、又は類似の変動の結果である変動が登録され、ノズルの口金１４０の回転速度ｎの再調整をもたらす。
【００９３】
再調整は、押出された押出しプレス生成形体に回転ホイール１４２によって刻み込まれた指標ストリップによって、ノズルの下流に配置されるピッチマークを使用して行われる。この指標ストリップは、チャネル３の現在のピッチの可読寸法として、各位置において生成形体上に刻み込まれる。画像収集１４３は、この寸法を取得することができるとともに、モータ１４１がそれに応じて制御されるという点でチャネル３の一定ピッチという意味の回転速度ｎを同様に再調整することができる。代案として、モータ１４１とノズルの口金１４０との間に接続されたギアの配置を制御することも考えられる。
【００９４】
この配置では、ノズルの口ＤＭは、ノズル入口ＤＭＥの口金の領域においても滑らかな内表面を有する。次いで、壁摩擦によって誘起される横方向の応力の結果としてのみ渦巻きフローが創出され、前記横方向の応力は材料の粘性に依存する。従って、前記渦巻きフローは、任意の固定捻れ装置によって、又は材料内で移動するビーズの回転によって外部から強制されるものではない。このようにして、ノズルを出た後の材料の渦巻きチャネルのピッチの方向に逆らって行われる任意の緩和運動は、製造されるチャネルが高度の恒常性でピッチを維持するように防止され得る。より強い回転力がスルーフロー材料１２に作用しなければならない場合、ノズルの口金１４０の内周において表面テクスチャ又はより小さい駆動突出部を提供することも可能である。
【００９５】
示される実施形態において、ノズル１０の回転領域は、ノズルの口ＤＭのノズルフロー領域ＤＭＳの口を超えて延び、ノズル入口領域ＤＭＥの口において、内部に配置される接続要素３４０及びピン３００に対応する直径拡大部Ｍが提供される。しかし、領域ＤＭＥにおいて既に回転可能であるようにノズル１０を設計することも考えられる。一方、ノズルの口金１４０の特定の部分のみが回転可能である設計、又はピン４００、４２０の長さを超えて延びる追加部分が同様に回転する設計も可能である。
【００９６】
渦巻き状の捻れピン４００、４２０のピッチは、図３に示される押出しブランク２４のチャネル３のピッチに対応する。この配置では、ピッチＷＳの寸法は、チャネル３上で止まる目盛盤の直径の場合と同様に、焼結工程中の予期される収縮を考慮して決定されなければならない。
【００９７】
渦巻き軸Ａ（図３）は、ピン３００の軸４４と一致し、それによりピン４００、４２０の断面に正確に従うチャネル３の断面を得るために、ピン４００、４２０は、正確に位置合わせされるように接続要素３４０の内表面３６、３８に取り付けられなければならない。これは、溶接接続又ははんだ付け接続によって行われることが好ましい。大きいＥモジュールを有する材料、例えばスチール、硬質金属、又はセラミック材料が、ピン４００、４２０の材料として使用される。
【００９８】
示される実施形態において、２本のピン４００、４２０が提供される。しかし、この時点において、本発明は、ピンのそのような数及び配置に限定されるものではないことが強調されるべきである。また、唯一のピン、又は一様若しくは非一様に間隔をおいた円周分布を有する数本のピンをピン３４０又はノズルのガジオンに取り付けることができ、ピンの個々の断面が互いに関して異なることもあり得る。異なる目盛盤上にピンを配置することも可能である。
【００９９】
図３は、本発明に係るブランクを示す。この配置において、本発明に係る方法は、小さいブランク直径ＤＲ、又はブランクの直径ＤＲに関して大きな冷却チャネル断面ＱＫに特に適している。この配置において、少なくとも１本存在するピンは、任意の所望の断面形状を有することができ、比較的小さい面積の２、３、又はいくつかのステイを有する工具のブランクの場合、各提供されるステイについて楕円形、三角形、又は同様の断面輪郭を有する１個の冷却チャネルを提供することに意味があり、一方、比較的広いステイを有する工具の場合、インゲンマメ形の輪郭を有する１個の冷却チャネル、又は円形、楕円形、若しくは三角形の輪郭を有するいくつかの冷却チャネルを提供することに意味がある。
【０１００】
本発明に係る方法を使用して、直径ＤＲ（図３）が製造される工具の最終直径に既に実質的に対応するブランクを押し出すことができる。これは、ノズルの口金１４０の滑らかな壁の結果として、押出しプレス及び最終焼結後に得られる完全円筒ブランクが、最終研磨されて切断溝とともに提供されることのみを必要とするからである。しかし、材料がさらに除去される必要はない。
【０１０１】
図４から図１２は、タングステンカーバイド土台上の硬質金属で作成された４ｍｍの公称直径の本発明に係る孔開け工具の様々な実施形態の拡大図である。
図４は、本発明の一実施形態に係る４ｍｍの直径を有する渦巻き孔開け工具の等角投影拡大図を示す。この配置において、工具は、２個のステイ２のそれぞれにおいて主要刃４を備え、ステイ２は切断溝１によって互いに分離される。切断溝１及びステイ２は、完全円筒として設計されるドリルシャフト９まで約３０°の渦巻き角度で渦巻き状に延び、ドリルシャフト９によって、工具は、工具キャリア又はつかみ具によって固定され得る。内部冷却チャネル３は工具全体を通って延びており、切断溝１及びステイ２と同じ渦巻き角度で捻られている。示される工具において、冷却チャネル３の出口表面がいわゆる四表面研削パターンによって分割される自由表面１３の両部分を横切って延びることから、冷却剤は切断溝１中にほぼ直接導入され、それにより大量の冷却剤が切断溝１に直接流れ込む。試錐孔において円周支持をドリルに提供するために、図４に示されるドリルは、主要刃４の角から始まる支持ランド部１１を更に備える。内部冷却チャネルの出口の開口は、三角形の冷却チャネル断面輪郭３０Ｉを示し、それにより、切断溝１までの同じ最小距離を有する円形冷却チャネル輪郭と比較される際、改善された冷却剤送達が可能になる。
【０１０２】
図５は、本発明に係るドリルの他の実施形態を示し、ドリルは、冷却チャネルの輪郭の変更を除いて図４に示されるドリルに対応する。図５の冷却チャネル輪郭３０ＩＩＩと図４の冷却チャネル輪郭３０Ｉとの比較は、冷却チャネル３の断面を増大させることによって達成されることができる冷却剤スループットの可能性を容易に示す。チップ除去フローを更に改善するために、ドリルの先端から始まってドリルのシャフトに向かって広がるように切断溝１を設計することも考えられる。
【０１０３】
冷却チャネルの全断面積を増大させることとは別に、図６、７及び８に示される冷却チャネル断面の例によって示されるように、断面輪郭の聡明な選択により最適のスループットをもたらすことが可能である。
【０１０４】
ここで図６を参照する。図６は、４ｍｍの公称直径を有し、２個のステイ及び２個の切断溝１を備える２重切断ドリルの拡大断面図を示す。切断面上においてステイ２は切断面５によって区切られ、一方、非切断面上において切断側面６によって区切られる。ドリルの外周は符号７で表される。
【０１０５】
直径ｄＫのドリルコアから始まって、切断面５及び切断側面６は、ドリルの公称直径Ｄに到達するようなステイの幅までステイ２を広げる。
ステイ２は、図ではドリル軸Ａに関して径方向に示されているステイの中心線Ｓに関してほぼ対称である。下方ステイ２上の対称線Ｓ上に、それぞれの冷却チャネル孔３の断面領域内に完全に位置する円Ｋの中心Ｍが存在する。上方ステイ上に、同じ直径２Ｒ０のそれぞれの円Ｋの中心Ｍ’’があり、後方に向かって切断面からわずかに離れて変位し、それぞれの冷却チャネルホール３の断面領域内に完全に位置する。
【０１０６】
上記工程において、それぞれの冷却チャネルを囲むいくつかの冷却チャネル輪郭３０、３１、３２が、本発明の様々な実施形態により互いに比較された。下方ステイは、冷却チャネル３の楕円輪郭３０を実線で示し、冷却チャネル３の他の輪郭３１を破線で示す。上方ステイ上に、冷却チャネル３の輪郭３２が破線で示される。
【０１０７】
この構成において、冷却チャネル輪郭３０、３１は対称線に関して対称的な形状を有し、一方、冷却チャネル３２は、非切断側においてのみ接線方向に囲まれる円Ｋによって画定される輪郭から逸脱する。最大湾曲において湾曲Ｒ１、Ｒ１’及びＲ１’’のそれぞれの半径が存在し、輪郭３０、３１は２つの等しく湾曲された最大湾曲を有し、一方、輪郭３２は半径Ｒ１’’を有する唯一の最大湾曲を有する。
【０１０８】
図は、本発明に係る冷却チャネル断面形状を使用し、一方、円形直径２Ｒ０の冷却チャネル孔が有するのと同じコア直径ｄＫまでの距離を維持することにより、切断面又は切断側面に面する冷却チャネルの領域におけるスループット領域において著しい増大が達成され得ることを示す。
【０１０９】
この配置において、スループット領域の利得は、観測されなければならない壁の最小限の厚さによってのみ限定され、明瞭化のために、図は各冷却チャネル輪郭３０、３１、３２に関して冷却チャネル３と切断面５との間の壁の最小限の厚さｄＳＰＥ、ｄＳＰＡ及びｄＳＰＡ’’のみを示す。これは、ドリルに対する耐破壊性を提供するために特に重要である。
【０１１０】
次に、壁の最小限の厚さはドリルが達成すべき最小強度によってのみ規定され、従って、それぞれの冷却チャネル輪郭３０、３１、３２の最大湾曲における半径Ｒ１又はＲ１’若しくはＲ１’’によっても規定される。これは、楕円形冷却チャネル輪郭３０について、外方へ変位した最大湾曲（壁の最小限の厚さｄＳＰＡ）を有する冷却チャネル輪郭３１、３２について、より小さい壁の最小限の厚さｄＳＰＥを使用することが可能であるということに反映される。
【０１１１】
この配置において、冷却チャネル輪郭３０、３１は、冷却チャネル３と切断面５との間において壁の最小限の厚さｄＳＰＥ又はｄＳＰＡを維持し、壁の最小限の厚さは、冷却チャネル３と切断側面６との間の壁の最小限の厚さ（指定なし）に基本的に対応する。これとは対照的に、例えば切断面５に面する側面上の輪郭３２は、切断面５から離れて面する側面上においてより大きい壁の最小限の厚さｄＳＰＡ’’を有する。一方、囲まれる円の中心Ｍ’は切断面からずれており、他方、冷却チャネル輪郭３２は、切断側面６に面する側面上においてのみ最大湾曲（半径Ｒ１’’）を有する。しかし、最大湾曲が切断面に面する側面上に位置する冷却チャネル断面を提供することも考えられる。
【０１１２】
図７は、２重切断ドリルの断面を示し、上方ステイ上の三角形冷却チャネル輪郭３０Ｔを有する冷却チャネル３が、下方ステイ上の楕円形冷却チャネル輪郭３０Ｅと対比される。
【０１１３】
図８も２重切断ドリルの断面を示し、２個の他の冷却チャネル輪郭３０ＩＩ、３０ＩＩＩが示される。
表示ｄＳＰＸ、ｄＳＦＸ及びｄＡＵＸは、冷却チャネル３と切断面５との間、冷却チャネル３と切断側面６との間、及び冷却チャネル３と外周７との間のそれぞれの壁の最小限の厚さを表し、Ｒ１Ｘ及びＲ２Ｘは、それぞれの場合において冷却チャネル輪郭の最もきつく、且つ最も広い半径を示し、ＸはＥ、Ｔ、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩを表す。
【０１１４】
図６から７に示される断面は、４ｍｍの公称直径を有するドリルの拡大図であり、冷却チャネル輪郭は半径Ｒ０を有する同じ円を描写する。
この配置において、冷却チャネルは以下のパラメータを備える。
【０１１５】
Ｒ０＝０．４、断面積０．５０ｍｍ２を有する囲まれた円、
主軸２ａ＝０．５５ｍｍ、第２軸２ｂ＝０．４ｍｍ、断面積０．６９ｍｍ２を有する楕円形冷却チャネル輪郭３０Ｅ、
最も小さい半径Ｒ１ＩＩ＝０．３ｍｍ、最も広い半径Ｒ２ＩＩ＝０．５ｍｍ、断面積０．６７ｍｍ２を有する近似的楕円形冷却チャネル輪郭３０ＩＩ、
最も小さい半径Ｒ１ＩＩＩ＝０．２ｍｍ、最も広い半径Ｒ２ＩＩＩ＝０．５ｍｍ、断面積０．６６ｍｍ２を有する近似的楕円形冷却チャネル輪郭３０ＩＩＩ、及び
最も小さい半径Ｒ１Ｔ＝０．１ｍｍ、最も広い半径Ｒ２Ｔ＝０．４ｍｍ、断面積０．６５ｍｍ２を有する三角形冷却チャネル輪郭。
【０１１６】
図は、囲まれた円の断面積が、他の冷却チャネルより明らかに小さく、一方、残りの冷却チャネルの断面積は大きさがほぼ同一であることを示す。
図６から図８に示されるドリルに関する試行及びシミュレーションは、最大湾曲において半径により丸みがある結果として、圧力負荷及びひずみ負荷を受ける工具の冷却チャネルにおいて応力集中の低減を達成されることができることを示す。最適値は楕円形輪郭３０Ｅで達成され、一方、三角形の輪郭では、劇的に増大した圧力ピークが受容されなければならなかった。
【０１１７】
図９から図１３は、本発明に係る単一リップドリル工具の様々な実施形態を示す。
図９に示される単一部品ドリル工具は、符号１で表される渦巻き切断溝及び符号２で表される渦巻きステイを有し、両方ともドリルの先端８から切断部分１１９を経てドリルシャフト１０９まで延びている。
【０１１８】
ステイ２は、工具の外周から工具の先端８上において切断溝１の渦巻き形状（破線で示される）と一致する工具軸まで延びる主要刃４を備える。ステイ２において、インゲンマメ形の断面輪郭が符号３０Ｎで表される冷却チャネル３が形成され、前記冷却チャネルは、動作中にドリルシャフト１０９の面において強制された冷却剤を工具の先端８の張力領域に直接誘導するために、全工具にわたって切断溝１及びステイ２と厳密に同じピッチで渦巻き状に延びる。インゲンマメの形状はステイ領域を最適に使用するための要件を満たし、それにより優れた冷却剤供給が保証され得る。さらに、インゲンマメの形状を使用することにより、最小湾曲の位置における半径は、同一の最小リム距離を有する２個の円形冷却チャネルを使用する場合より大きくなく、従って、負荷下における張力ピークの増大が防止されることができ、同時に冷却スループットの改善が達成され、冷却剤は、点においてのみだけでなく切断溝の壁全体に沿って延びる。渦巻き切断溝１の結果として、示されるドリル工具はドリル孔において全周に沿って支持され、それにより、従来の直線溝単一リップドリル工具の場合より優れたセンタリング精度を達成し得る。
【０１１９】
他の図は図９に示される工具の変更に関する。
従って、図１０に示される工具は、ステイに付加された刃を有する代わりに、切断プレートのシートＷＰＳを有する変更された切断部１１９Ａを備える。それ故に、それぞれの切断プレートがＷＰで表される。主刃４及びドリル先端８は切断プレートＷＰ上に備えられる。周面上において、ガイドストリップ２０が工具ステイ２上に備えられ、ガイドストリップ２０によって工具がドリル孔において支持される。冷却チャネル３、即ちその断面輪郭３０Ｎは、切断プレートのシートＷＰＳ及びガイドストリップ２０のシートに対する壁の必要な最小限の厚さが維持されるように配置されることが重要である。
【０１２０】
単一部品設計のために、図９及び図１０に示される工具は、個々の要素間の接続接合部によって弱められない。コストの理由で、並びにドリルの先端及び工具の長さに関する様々な要件を満たすために、深ドリル工具がいくつかの部分からしばしば製造され、ドリルヘッド及びドリルシャフトに使用される材料は、残りの切断部に使用される材料としばしば異なる。例えば、極度に硬い硬質金属がドリルヘッドの使用に適しており、一方、頑強性が主要件である切断部については、いくつかの他の硬質金属がしばしば使用される。
【０１２１】
さらに、図１１は、いくつかの構成要素を備える工具を示す。この配置では、ドリルヘッドＢＫが切断部２１９にはんだ付けされ、前記ドリルヘッドＢＫは、切断プレートＷＰを収容するために切断プレートのシートＷＰＳを備える。破線は、はんだ付け接合部ＬＳを示す。切断部２１９は、締付けシャフト２０９に再びはんだ付けされる。この配置では、インゲンマネ形の断面輪郭３０Ｎの冷却チャネル３は、ドリルヘッドＢＫ及び切断部分２１９を経て渦巻き状に延び、シャフト２０９において、一方では切断部２１９と他方では機械側冷却剤供給との間で直接冷却チャネル接続部品を提供し得る。
【０１２２】
最後に、図１２及び図１３は、本発明による２個の単一リップドリルの断面図である。図は、切断溝１がドリル直径に関して利用可能な空間のほぼ４分の１を占め、一方、ステイ２がほぼ４分の３を占めることを示す。これらの配置では、図１２に示される工具の冷却チャネル３は既に上述のインゲンマメ形の輪郭３０Ｎを備え、一方、図１３に示されるドリル工具は２個の冷却チャネル３を備え、それぞれ歪んだ楕円にほぼ対応する自由形状の輪郭３０１、３０２を備える。各場合において、２個のガイドストリップが周面上に示される。従って、ガイドストリップ２０は関連する切断プレートより長く、渦巻き形状の工具ステイに従う。このようにして、ドリル孔における周状支持が提供され、支持は特定の周状領域の全ての周囲に延びている。
【０１２３】
当然、本発明に基づく概念から逸脱せずに、示された実施形態から変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本出願人自身の独国特許発明第４２４２３３６号明細書に係る既知の押出しプレスヘッドを示す図。
【図２】本発明に係る押出しプレス方法を実施するための本発明の一実施形態に係る押出しプレスヘッドを示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る焼結ブランクを示す側面図。
【図４】２つのステイを備える本発明に係る工具の実施形態を示す等角投影図。
【図５】２つのステイを備える本発明に係る工具の他の実施形態を示す等角投影図。
【図６】２つのステイを備える実施形態における工具の可能な断面形状を示す図。
【図７】２つのステイを備える実施形態における工具の他の可能な断面形状を示す図。
【図８】２つのステイを備える実施形態における工具の他の可能な断面形状を示す図。
【図９】１つのステイを備える本発明に係る工具の実施形態を示す等角投影図。
【図１０】１つのステイを備える本発明に係る工具の他の実施形態を示す等角投影図。
【図１１】１つのステイを備える本発明に係る工具の他の実施形態を示す等角投影図。
【図１２】１つのステイを備える本発明に係る工具の他の実施形態を示す概略断面図。
【図１３】１つのステイを備える本発明に係る工具の他の実施形態を示す概略断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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