JPH11236602A

JPH11236602A - 螺旋状孔を有する棒材の製造方法およびその製造装置

Info

Publication number: JPH11236602A
Application number: JP4160298A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Iwata; 仁志岩田; Tsutomu Nosaka; 勉野坂; Shigemi Hosoda; 成己細田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】押出し成形後の変形を抑制することにより、
螺旋状孔を有する被押出材を高寸法精度で製造する方法
およびその装置を提供する。【解決手段】予備的に合金化されもしくは混合するこ
とにより最終製品の組成に対応させた粉末に有機バイン
ダーを加え、混練したコンパウンドを、ダイスと該ダイ
ス開口内に設けた螺旋状のピンを用いて螺旋状孔を有す
る被押出材を押出し、これを脱脂、焼結して螺旋状孔を
有する棒材を製造する方法において、押出直後に成形体
を硬化させる処理を施すことを特徴とする螺旋状孔を有
する棒材の製造方法。同様にして螺旋状孔を有する被押
出材の押出成形装置において、前記ダイスの後方に加熱
あるいは冷却装置を設けたことを特徴とする螺旋状孔を
有する棒材の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる油孔付ツ
イストドリルに代表される螺旋状の小孔を有する棒材を
製造する方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速度鋼製のツイストドリルにおいて、
ドリリング時の潤滑性、冷却性、切りくずの排出性を向
上させる等の目的からドリル内部に螺旋状の油孔を設け
た油孔付のものがある。このドリルの製造方法として高
速度鋼製では、短尺棒状素材に二本の軸方向ストレート
孔をあけた後、孔に心材を挿入し所望の径になるまで押
出しあるいは引き抜き加工を行い、心材を抜取った後機
械的にねじり加工を施す方法が一般的であった。しか
し、引き抜き加工に工数がかかるため、小径材では製造
コストが高く、また、小径のドリル材は心材の抜取りが
難しく製造も困難であった。

【０００３】一方、粉末を用いた製造方法も行われてい
た。特に超硬合金の場合は熱間でのねじり加工が不可能
であるため、成形時に螺旋状の孔を形成するものであ
る。これについては種々の提案がなされている。たとえ
ば特公平１−２９８４１にはダイスの内周が螺旋面であ
り、かつ螺旋状の中子が中心部に設けられた押出成形機
が示されており、また、ダイスの定形状部の内面を螺旋
状で丸味のある正多角断面形状とし、かつ、その中心部
にねじれ角が漸増するねじれ孔成型用ピンを設けた成形
装置が示されている。

【０００４】しかし、これらの装置あるいは成形方法で
は成形体の外周部に製品としては不要な溝あるいは突起
が成形されているため、後工程でこれを切削または研削
等により除去する必要があり、その工数および材料の歩
留の点で問題があった。また、粉末とバインダーからな
るコンパウンドから押出成形によりストレート孔を有す
る成形体を作り、これを脱脂・焼結して得られた棒材に
機械的にねじり加工を加える方法もあるが、この方法は
機械的なねじり加工で工数を要していた。

【０００５】成形体外周部の溝あるいは突起を生じさせ
ない成形方法として特公平６−６３００３号には成形機
にねじりローラーを設け押出速度に対応した回転数で押
し出された成形体をねじり、螺旋孔を有する棒状成形体
を製造する押出成形機が示されている。また、特開平５
−１１７７１８号には成形材料を流出させるノズルの軸
心部に螺旋状にねじり成形されたガイドピンを設けこれ
を回転させることにより螺旋状孔を成形する方法および
装置が示されている。このようなピンを回転させて螺旋
状孔を成形する方法は、先に述べたように外周部に不要
な溝あるいは突起がなく、この除去工程を省略でき、か
つ材料の歩留の上でも有利である。また、内面に螺旋状
の溝を成形したダイスの製造は溝の加工に手間がかかる
とともに、製品サイズ、螺旋状孔の螺旋のリード寸法毎
にダイスを製造する必要があり、製造コストが高かった
が、ピンを回転させる方法では、特別な形状のダイスは
必要なく、製造が容易なピンのみ各サイズ毎に製造すれ
ば良く、製造コストを低く抑えることが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、粉末と
バインダー等でなるコンパウンドをダイスから押出すと
ともに、ピンをダイスの軸心部で回転させて螺旋状孔を
形成する押出成形法を用いることにより、コストを抑え
た油孔付ツイストドリル素材の製造が可能である。この
押出成形法ではダイスの軸心部でピンが無理なく回転で
きるように、コンパウンドに所定の成形性が要求される
が、従来の孔なしの成形あるいは単純なストレート孔の
成形に比べ回転ピンが大きな流動抵抗となるためコンパ
ウンドの粘度を低下させる必要があった。その結果、押
出成形後の成形体の強度が低く、変形し易くなってい
た。

【０００７】すなわち、押出し直後のコンベア上等での
引張、圧縮、ハンドリング等成形体に加わる外力によ
り、成形体が変形し螺旋孔のリード寸法精度等が低下す
ることが判った。コンパウンドの粘度を高めれば変形を
抑制できるが、ピン回転用モータの過負荷、ピンの変
形、折損等が発生し安定した押出成形は困難である。特
に細径の螺旋状孔の成形ではピンの折損により成形が不
可能である。本発明は、このことから、押出し成形後の
変形を抑制することにより、螺旋状孔を有する被押出材
を高寸法精度で製造する方法およびその装置を提供する
ことを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者は押出中に比し押出後の成形体を硬化させ
保形性を向上する方法に着目した。本方法は、良好な成
形性を有するコンパウンドを用いて螺旋孔のリード精度
等が高い被押出材を得、続いて、成形後はこの精度を外
力伝達を抑制しつつ硬化して、コンベア上等での外力に
よる変形作用に対抗させることで精度を維持するもので
ある。

【０００９】そして、この成形体を硬化させる方法とし
ては、バインダーとして熱可塑性の樹脂を用い、押出直
後の被押出材を冷風あるいは冷水等の冷却媒体により冷
却して硬化させる方法（押出しダイスの冷却や押出前の
コンパウンドの加熱を併用してもよい）、バインダーと
して熱硬化性または熱ゲル化性の樹脂を用い、押出直後
の被押出材を熱風あるいは熱水等の熱媒体により加熱し
て硬化させる方法（ダイスの加熱を併用してもよい）の
いずれかを用いる。また、押出成形装置も、バインダー
の性質に応じてダイスの後方で加熱あるいは冷却して成
形体を硬化させる装置を有する押出成形装置を用いる。
例えば、コンベアの速度が押出速度を正しく一致しない
ことによる変形作用は、被処理押出材の自重の増加と共
に増加するから、硬化処理は可能の限り自重、したがっ
て押出長さが増加する以前に行なうことが望ましい。し
たがって、加熱や冷却は被押出材の中心部の形成性を害
しない範囲内で押出ダイスもその対象とすることが望ま
しい。

【００１０】すなわち、本願の第１発明は、予備的に合
金化されもしくは混合されることにより、最終製品の組
成に対応させた粉末に有機バインダーを加えて混練した
コンパウンドを、ダイスおよび該ダイス開口内に設けた
螺旋状のピンとで形成される押出開口から押し出して、
螺旋状孔を有する被押出材とし、これを脱脂・焼結して
螺旋状孔を有する棒材を製造する方法において、前記ダ
イスの後方で前記被押出材を硬化させる処理を施すこと
を特徴とする螺旋状孔を有する棒材の製造方法であり、
第２発明は予備的に合金化されもしくは混合することに
より、最終製品の組成に対応させた粉末に有機バインダ
ーを加えて混練したコンパウンドを、ダイスおよび該ダ
イスの押出開口内に設けた螺旋状のピンとで形成される
押出開口から、螺旋状孔を有する被押出材を押し出しす
る棒材の製造装置において、前記ダイスの後方に加熱あ
るいは冷却装置を設けたことを特徴とする螺旋状孔を有
する棒材の製造装置である。

【００１１】本願の第１発明において、有機バインダと
して熱硬化性樹脂、もしくは熱ゲル化性樹脂を用いて加
熱する方法、および熱可塑性樹脂を用いて押出材を冷却
する方法は、バインダの入手、加熱や冷却の処理がそれ
ぞれ容易であり、実施が容易である。また、押出成形棒
材は焼結処理中に収縮を生ずるが、棒材の中央部は両端
部に比し収縮率が小さくなる。すなわち、棒材の端部は
収縮が容易であるが、中央部は両端部の自重のため収縮
が制限されるからである。したがって、押出棒材とし
て、中央部を端部に比し、螺旋のリードを適度に小リー
ド化しておけば、焼結後に高い精度で定リード化され、
これにより切り粉排出溝を加工する際、この溝に螺旋状
孔が開口する危険が少ない素材を得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】製造方法および装置としては図１
に示すように、粉末の状態や混練条件等により変動し易
い成形体９の押出速度をセンサ７によって検出し、この
押出速度にコンベア５の速度を正しく同期させることで
押出し直後の成形体９の変形を抑制しつつ、該押出速度
に基づいてコントローラ８の内部で演算処理し、予め設
定したリードパターンに対応したピン回転数をモータ４
に指令し、成形体９の内部の螺旋状孔１１のリードが定
値または所定のパターンで変化するように制御する。一
方、成形体９が押出された後、速やかにバインダーの種
類に応じて加熱または冷却を行なって硬化処理を行う。
熱硬化性あるいは熱ゲル化性すなわち、加熱により硬化
あるいは高粘度化するバインダーを使用した成形体の場
合には熱風、熱水等による加熱処理を行い、熱可塑性の
バインダーを使用した成形体の場合には冷風、冷水等に
よる冷却処理を行うものである。

【００１３】加熱、冷却の方法はたとえば図２に示すよ
うに押出ダイス後方の成形体あるいはさらに押出しダイ
スにも、熱風あるいは冷風を吹きかける方法、または、
図３のように熱水、冷水等を同様に注水する方法があ
る。別の方法として図４のように成形体を、冷媒あるい
は熱媒で満たされたボックス内または輻射加熱ボックス
内を通過させる方法がある。しかし、加熱、冷却は前述
の方法に限定されるものではなく、成形体を硬化できる
加熱、冷却方法であればよい。また、加熱、冷却の距
離、時間は成形体が十分硬化する程度とするが、これら
はバインダーの種類、混入率、装置の形状、媒体の温度
等によって異なる。加熱、冷却媒体は先に述べた空気や
水に限定されるものではなく、成形体を加熱、冷却可能
な媒体であればよい。加熱では酸化を防止するためにＡ
ｒ等の不活性ガスやＮ₂を用いてもよく、シリコンオイ
ル等の油脂類を用いてもよい。冷却についても同様に低
温のＡｒガスやＮ₂ガスでの冷却、シリコンオイル等の
油脂類での冷却でもよい。

【００１４】

【実施例】（実施例１）水アトマイズ法によって得られ
たＡＩＳＩＴ１５相当で平均粒径１１μｍの合金粉末
に有機バインダーとしてメチルセルロースを用い、さら
に可塑剤、分散剤等として、グリセリン、ステアリン酸
エマルジョン、水を添加しニーダ混練機により混練し
た。このコンパウンドを、図１に原理図を示す本発明の
押出成形機および押出成形機ダイス部に接続されたピン
回転装置により直径φ１．３ｍｍの螺旋状孔を有する外
径φ９．８ｍｍ、長さ７５０ｍｍの棒状押出成形体９に
成形した。この装置はダイス２の軸中心部で螺旋状ピン
１を回転させながら螺旋状孔１１を有する成形体９を押
出成形し、成形体をコンベア５により搬送するものであ
る。このとき、速度センサ７により検出した押出速度に
応じ、螺旋状孔のリードが設定リードとなるよう螺旋状
ピン１が取り付けられたシャフト３を回転させるモータ
４の回転数をコントローラ８で制御している。また、コ
ンベアのモータ６は押出速度とコンベアの速度が同じに
なるようコントローラ８で同様に制御されている。

【００１５】なお、あらかじめ同条件で成形した同じ成
形体をＶ型溝付きトレイ上に置載し、脱脂、焼結を行い
長さ方向の収縮率を測定したところ、両端部の収縮率が
１８％、中央部の収縮率が１６％であった。そこで上記
押出成形体９の成形に際しては、上記収縮率に応じ、両
端部のリードの設定値を３９．９ｍｍに、中央部のリー
ドの設定値を３８．９ｍｍとして一本の成形体内（７５
０ｍｍ）でリードを変える制御を行った。また、メチル
セルロースは熱ゲル化性を有しているため押出成形直後
に送風フード１２により約１００℃の熱風で加熱し硬化
させた。この成形体９の１０本について、Ｘ線装置によ
り内部の螺旋孔リード寸法を測定した。その結果を図５
に示す。なお、この図の太線はリードの目標範囲である
±０．６ｍｍの範囲を示している。

【００１６】一方、比較例として熱風加熱を付加しない
で押出しした成形体９の１０本についても同様にＸ線装
置によりリードを測定した。この結果を図６に示す。こ
の図より、熱風加熱しないで押出しした成形体はリード
のばらつきが大きく一部では目標のリード範囲をオーバ
ーしていることがわかる。これは成形後のハンドリング
により成形体９が主に伸び変形したことに起因してい
る。さらに、上記両群の成形体を焼結した。その結果、
熱風加熱を施した本発明の群の焼結後のリードは図７に
示すように目標とする３２．７±０．５ｍｍの範囲内に
納まったが、熱風加熱しなかった群のリードは図８に示
すように目標範囲を外れるものが１０本中５本となっ
た。

【００１７】（実施例２）実施例１と同様の合金粉末お
よび有機バインダー、可塑剤、分散剤、水をヘンシェル
ミキサーを用いて混合した後、加圧混練機により混練し
た。このコンパウンドを油圧プランジャー式の押出成形
機および押出成形機ダイス部に接続されたピン回転装置
により直径φ１．２ｍｍの螺旋状孔を有する外径φ８．
５ｍｍ、長さ１０００ｍｍの棒状に成形した。このとき
も図１と同様の制御機構を用いた。両端部のリード設定
値は５０．０ｍｍとし、中央部のリードを両端部より２
％小さく設定した。成形直後のリードを実施例１と同様
にＸ線により測定したところ、設定に対し、±０．５ｍ
ｍの範囲に十分に納まっていた。

【００１８】（実施例３）実施例１と同様の合金粉末に
バインダーとして熱可塑性の樹脂であるパラフィン、Ｐ
ＢＭＡ（ポリブチルメタクリレート），ＥＶＡ（エチレ
ン・酢酸ビニル共重合体）、ＤＢＰ（フタル酸ブチル）
を添加し加熱混練機により混練し、ペレット状に成形し
た。このペレットを、実施例１と同様にダイス部にピン
回転装置を接続して押出成形した。但し、熱可塑性のバ
インダーを使用しているため押出直後は冷風により成形
体を連続的に冷却した（冷風はダイスにも当るようにし
た）。直径φ２ｍｍの螺旋状孔を有する外径φ１３ｍ
ｍ、長さ７５０ｍｍの棒状に成形した。このときリード
の設定値は５８．４ｍｍとした。この押出成形体をＸ線
装置により撮影し、内部の螺旋孔リード寸法を測定した
ところ、リードは５８．２〜５８．６ｍｍの範囲内であ
った。

【００１９】一方、比較例として冷風冷却を付加しなか
った成形体も同様にＸ線装置によりリードを測定したと
ころ成形体のリードは５７．７〜５９．５ｍｍの範囲で
あり、約３％のばらつき範囲となった。さらに、上記冷
風冷却した成形体をＶ型溝付きトレイ上に置載し、脱脂
・焼結を行ったところ、両端部に比べ中央部の収縮率が
３．５％小さくなっていた。そこで、成形時のこの収縮
率の差を考慮し、両端から中央部に徐々にリードが小さ
くなり、中央部で両端との差が３．５％となるようにコ
ントローラ８にプログラムして成形を行い、これを焼結
した。その結果焼結後のリードは４５．９〜４６．３ｍ
ｍとなり目標とする４６．２ｍｍに対し、±０．７％以
内となった。

【００２０】（実施例４）重量比でＣ３．０％、Ｓｉ
０．２８％、Ｍｎ０．３１％、Ｃｒ４．１％、Ｗ９．９
％、Ｍｏ８．１％、Ｖ８．０％、Ｃｏ８．５％残部Ｆｅ
および不可避不純物からなる粉末を水アトマイズ法によ
り製造した。アトマイズ時の平均粒径は２０μｍであっ
た。この粉末をアトライターにより平均粒径１０μｍま
で粉砕した。この粉末に対し平均粒径１．０μｍのＴｉ
Ｎ粉末を９％、平均粒径１．５μｍのＶＣ粉末を１％、
黒鉛粉末を０．１８％添加混合した。この粉末に実施例
１と同様の有機バインダー、可塑剤、分散剤、水を加え
ヘンシェルミキサーを用いて混合した後、加圧混練機に
より混練した。このコンパウンドを実施例１と同様にス
クリュー式の押出成形機および押出成形機ダイス部に接
続されたピン回転装置により螺旋状孔を有する棒状に成
形した。成形体の外径はφ１５ｍｍ、孔径はφ２．２ｍ
ｍ、長さは８００ｍｍとした。リードは焼結時の収縮率
の差を考慮して、両端部のリード６２．４ｍｍに対し中
央部が１％小さい６１．８ｍｍとなるよう制御プログラ
ムを設定して成形を行った。

【００２１】成形直後に図４で示すように９０℃の熱水
を満たしたボックス１４内を通過させ成形体を硬化させ
た。この成形体をＸ線により透過撮影し内部の螺旋孔の
リードを測定した。この結果を図９に示す。この成形体
を脱脂、焼結したところ図１１に示すようにリードは５
０．７±０．５ｍｍの範囲に収まっていた。成形体を加
熱しない場合には成形体、焼結体それぞれのリードは図
１０、図１２のようにばらつきが大きい。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、粉末にバ
インダーを加え、混練したコンパウンドをダイスから押
し出すとともにピンにより螺旋状孔を成形する押出成形
方法において、成形後の変形を抑制でき、螺旋状孔のリ
ード精度が良好な成形体が得られる。したがって、この
成形体を焼結すれば、螺旋状孔のリード精度が良好な螺
旋状孔を有する長尺棒材が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造ひ装置の１例を説明する図であ
る。

【図２】本発明の装置における加熱装置の１例を説明す
る図である。

【図３】本発明の装置における冷却装置の１例を説明す
る図である。

【図４】本発明の装置における加熱または冷却装置とし
て加熱、冷却ボックスを用いた１例を説明する図であ
る。

【図５】本発明による成形体の螺旋状孔のリードの分布
の例を説明する図である。

【図６】従来製法による成形体の螺旋状孔のリードの分
布の例を説明する図である。

【図７】本発明による図５の成形体を焼結した時の螺旋
状孔のリード分布の例を説明する図である。

【図８】従来製法による図６の成形体を焼結した時の螺
旋状孔のリードの分布の例を説明する図である。

【図９】本発明による成形体の螺旋状孔のリード分布の
例を説明する図である。

【図１０】従来製法による成形体の螺旋状孔のリード分
布の例を説明する図である。

【図１１】本発明による図９の成形体を焼結した時の螺
旋状孔のリードの分布の例を説明する図である。

【図１２】従来製法による図１０の成形体を焼結した時
の螺旋状孔のリードの分布の例を説明する図である。

【符号の説明】

１螺旋状ピン、２ダイス、３シャフト、４ピン
駆動用モータ、５コンベア、６コンベア駆動用モー
タ、７速度センサ、８コントローラ、９押出成形
体、１０シリンダ、１１螺旋状孔、１２送風フー
ド、１３注水ノズル、１４温度制御ボックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予備的に合金化されもしくは混合される
ことにより、最終製品の組成に対応させた粉末に有機バ
インダーを加えて混練したコンパウンドを、ダイスおよ
び該ダイス開口内に設けた螺旋状のピンとで形成される
押出開口から押し出して、螺旋状孔を有する被押出材と
し、これを脱脂・焼結して螺旋状孔を有する棒材を製造
する方法において、前記ダイスの後方で前記被押出材を
硬化させる処理を施すことを特徴とする螺旋状孔を有す
る棒材の製造方法。
【請求項２】用いる有機バインダーが熱可塑性樹脂、
熱硬化性樹脂および熱ゲル化性樹脂の少なくとも一種で
あり、押出直後の被押出材を冷却または加熱することに
よリ硬化させる請求項１の螺旋状孔を有する棒材の製造
方法。
【請求項３】螺旋状孔のリードは端部に比し中央部を
小さくする請求項１または２の螺旋状孔を有する棒材の
製造方法。
【請求項４】予備的に合金化されもしくは混合するこ
とにより、最終製品の組成に対応させた粉末に有機バイ
ンダーを加えて混練したコンパウンドを、ダイスおよび
該ダイスの押出開口内に設けた螺旋状のピンとで形成さ
れる押出開口から、螺旋状孔を有する被押出材を押し出
しする棒材の製造装置において、前記ダイスの後方に加
熱あるいは冷却装置を設けたことを特徴とする螺旋状孔
を有する棒材の製造装置。