(57)【要約】【課題】  簡便で速かに、そして大型サイズの金型まで、よりハイクオリティーの金型を製作することができる金型製作装置と金型を製作する方法を提供すること。【解決手段】  ダイセットと、金型の型枠と、加熱部と、加圧プランジャーと、グラファイト保温板及び圧力調節部と、を含む。また、製作方法は、金型鋼に多数個のスリットを形成して、スリットが形成された金型鋼を液相と固相が混在された半溶融状態になるように加熱して、半溶融状態の金型鋼を金型の型枠に加圧充填させた後、金型の型枠に充填された金型鋼を冷却させることを含む。
2005520691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下側が開口されて、金型として製造される金型鋼が収容される収容部が形成されたダイセットと、
前記金型の形象に対応される形象を有して、前記ダイセット収容部の開口された上側を密閉して脱着可能に装着された金型の型枠と、
前記収容部に収容された金型鋼が液相と固相が混在された半溶融状態に変換されるように前記金型鋼を加熱する手段と、
前記収容部の下側開口面を通じて上下移動可能に設置されて、前記加熱手段によって半溶融状態で加熱された金型鋼が前記金型の型枠に充填されるように前記半溶融状態の金型鋼を上方に加圧する加圧プランジャーと、
前記加圧プランジャーが前記金型鋼を加圧する時、前記セラミックス型枠の周りを真空状態に作って前記金型鋼の充填效率を向上させるための圧力調節部と、及び
前記収容部に収容される金型鋼と前記金型の型枠との間に左右移動可能に設置されて、前記加熱時に前記収容された金型鋼の上部に配置されて加熱される金型鋼の上部を保温して、前記充填時には前記半溶融状態の金型鋼の進行方向から離脱するように移動可能に設置されたグラファイト保温板と、を含むことを特徴とする、
金型製作装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記ダイセットの収容部の周りに設置されて前記収容部に収容された金型鋼を加熱するための誘導加熱用コイルと、該誘導加熱用コイルの作動及び加熱温度を制御する制御部とを含んで、前記誘導加熱用コイルはダイセットの収容部に収容された金型鋼の大きさによって高周波または中周波コイルに交換することができるように入れ替え可能に設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の金型製作装置。
【請求項３】
前記金型の型枠は型枠構造体の内部に、形成される金型形象の輪郭線と大体的に一致する冷却パイプライン、塩またはＺｎ合金であるＺａｍａｋラインで構成された群から選択された冷却配線を含むことを特徴とする、請求項１に記載の金型製作装置。
【請求項４】
前記金型鋼は環棒であることを特徴とする、請求項１に記載の金型製作装置。
【請求項５】
前記金型鋼は環棒の曲面に長さ方向に多数個のスリットが形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の金型製作装置。
【請求項６】
前記多数個のスリットは前記環棒の軸線を中心にお互いに対称をなすことを特徴とする、請求項５に記載の金型製作装置。
【請求項７】
前記請求項１の金型製作装置を利用して金型を製作する方法であって、
(１)前記収容部内に金型鋼を挿入して前記グラファイト保温板を前記収容部内に収容された金型鋼の上部に配置する、金型鋼装入段階と、
(２)前記金型の型枠を前記収容部の上側を密閉するように装着する段階と、
(３)前記収容部内の固形金属物が液相と固相とが混在された半溶融状態になるように前記金属物を加熱する段階と、
(４)前記保温板を前記半溶融状態の金型鋼の進行方向から離脱させて、前記半溶融状態の金属物を加圧して前記金型の型枠に充填させる、半溶融金型鋼充填段階と、及び
(５)前記金型の型枠に充填された金型鋼を冷却させる段階と、を含むことを特徴とする、
金型製作方法。
【請求項８】
前記冷却段階での冷却は前記型枠を前記ダイセットから分離して別に冷却させて、前記新しい金型鋼及び新しい金型の型枠を利用して新しい金型製作工程を始める反復工程であることを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項９】
前記金型鋼は環棒であることを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項１０】
前記段階(３)の加熱は誘導加熱によるものであることを特徴とする、請求項９に記載の金型製作方法。
【請求項１１】
前記金型鋼は直径が１５０ＰＨＩ以下であり、前記段階(３)の加熱は高周波間接誘導加熱であることを特徴とする、請求項１０に記載の金型製作方法。
【請求項１２】
前記金型鋼は直径が１００ＰＨＩ以上であり、前記段階(３)の加熱は中周波直接誘導加熱であることを特徴とする、請求項１０に記載の金型製作方法。
【請求項１３】
前記金型鋼は前記環棒の曲面に長さ方向に多数個のスリットが形成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の金型製作方法。
【請求項１４】
前記多数個のスリットは前記環棒の軸線を中心にお互いに対称をなすことを特徴とする、請求項１３に記載の金型製作方法。
【請求項１５】
前記段階(３)の加熱は、１２００乃至１５４０℃の温度で１乃至１２０分間加熱することを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項１６】
前記段階(４)で、前記半溶融状態の金型鋼の液相の割合は１乃至９０％であり、適用される圧力は３乃至５００ＭＰａであって、前記加圧の速度は０．１乃至１０ｍ／ｓであることを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項１７】
前記加熱段階、前記充填段階及び前記冷却段階は真空雰囲気または、アルゴン、窒素及び水素の中から選択された何れか一つのガス雰囲気で行われることを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項１８】
前記段階(５)の冷却は４０℃／ｓ以下の冷却速度で行われることを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項１９】
前記冷却段階後に焼鈍処理または焼きいれの後、焼鈍処理の段階をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項２０】
前記金型の型枠は、マスターパターン形成の段階と前記マスターパターンに対応するようにセラミックススラリーで形成された型枠の形成段階を通じて形成されたセラミックス型枠であることを特徴とする、請求項７に記載の金型製作方法。
【請求項２１】
前記マスターパターンの形成段階と型枠形成段階との間にシリコンモールド形成段階を含み、金型の大量生産を可能にすることを特徴とする、請求項２０に記載の金型製作方法。
【請求項２２】
金型製作方法であって、
金型鋼に多数個のスリットを形成して、
前記スリットが形成された金型鋼を液相と固相が混在された半溶融状態になるように加熱して、
前記半溶融状態の金型鋼を金型の型枠に加圧充填させた後、前記金型の型枠に充填された金型鋼を冷却させることを含むことを特徴とする、
金型製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工産品の各種部品及び製品の生産に必須に使用される各種金型を製作する装置及び方法に関し、特に、半溶融快速造形法(Semisolid rapid tooling:ＳＲＴ)を利用して金型を製作する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、産業の発達とともに製品に対する消費者らの欲求が多様になっている。これによって製品のライフサイクルが短くなっているし、消費者らの趣向に合わせて製品の形象も複雑な曲面を有する場合が多い。これによってこのような製品らを生産するための金型も複雑な形象を有するようになる。
【０００３】
このように複雑で多様な形象の製品らは、通常射出金型、ブローイング金型、ダイキャスト金型、及びプレス金型などのような金型を通じて製造されて、この金型らは機械切削加工及び放電加工などを通じて製作される。
【０００４】
ところが、このような機械切削加工などのような金型製作技法は、複雑な形象の金型を円滑で正確に加工するため、金型の形象をさらに效率的にモデリング(modeling)する技法が必要であり、併せて、例えば金型加工時に工具の干渉現象のような問題点が発生されないように、金型加工による工具経路計画及び加工条件らを上述されたモデリング情報からあらかじめ算定しなければならない。
【０００５】
したがって、最近のように製品のライフサイクルが短くなって製品の形象が複雑で多様になる成り行きに照らして見る時、金型の製作に所要される時間が長くて製品の短いライフサイクルを追い掛けるのが難しいだけでなく、金型製作に多い費用が所要されて製品の価格競争力が低下される要因になっている。
【０００６】
本発明者は、上述した問題点を勘案して大韓民国特許出願第２６８６０４号で金型をより迅速で安く製作することができる"半溶融金属成形法を利用した金型製作方法及びその装置"を開示したことがある。開示された方法及び装置によれば、金属粉末を液相と固相が混合した半溶融状態で加熱した後、これを金型の型枠に加圧充填させて、冷却させることで金型を製作するようになる。このような方法及び装置によれば、金型製作時に金型加工による工具経路計画及び加工条件らのような事項を考慮しなくても良いので、金型の開発及び製作に所要される時間と費用が大きく節減されることができる。
【０００７】
ところが、上述した特許第２６８６０４号の場合は、金型材料として使用される粉末金属の価格が高価であり、手に入れるにも難しいだけでなく、材料を適正割合で混合することも易しくない。また、粉末金属を使用すれば、粉末金属が充填されるグラファイトダイセットの大きさが大きくなるしかなくて、装置全体の大きさが大きくなるようになる。また、半溶融状態の粉末金属を上下両側で加圧する場合、適切な圧力で加圧することが難しくて、また、型枠がグラファイトダイセットの内部に設置されれば型枠の入れ替えが難しくて多くの時間が所要される。
【０００８】
本出願人は上述した特許第２６８６０４号の短所らを改善した"半溶融金属成形法を利用した金型製作装置及び方法"を大韓民国特許第３２０４９４号に開示した。特許第３２０４９４号によると、棒鋼形態の金型鋼を加熱して半溶融状態で作った後、金型の型枠に加圧充填させて冷却させて金型を製作するようになる。このような方法及び装置によれば金型鋼材で比較的低価でありながら需給が容易な棒鋼を使用することで根本的に費用節減がなされるだけでなく、装置が小型化されて、及び工程制御が容易になる。
【０００９】
しかし、上述した特許第３２０４９４号に記載した技術は相変らず改善の余地がある。まず、金型鋼の表面部と中心部が均一な半溶融状態になるようにすることは技術的に容易でない。加熱された金型鋼の表面部と中心部との間には温度偏差があるものと決まっていて、このような温度偏差が大きい場合に全体的に均一な半溶融状態が得られなくなる。したがって、加熱中に表面部と中心部との間の温度偏差が大きい大型金型鋼は使用するのに制約があって、これは結局製作することができる金型のサイズを制限する。さらに、半溶融状態の金型鋼を利用する金型製作工程で最も重要に考慮されなければならない技術的事項は、加熱される金型鋼の上部部位の温度制御である。金型鋼の上部部位は型枠に充填される時一番先に型枠と接触される部位として製作される金型の品質に決定的な影響を及ぼすからである。しかし、特許第３２０４９４号に記載した技術は輻射及び対流によって加熱される金型鋼の上部部位で生ずる熱損失を捨ておくことでその部位の温度が相対的に低くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような点を勘案して成されたものであり、簡便で速かに、そして大型サイズの金型まで、よりハイクオリティーの金型を製作することができる金型製作装置を提供することにその目的がある。
【００１１】
本発明の他の目的は、金型を製作する方法を提供すること、そして特に、上述した装置を利用する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した本発明の装置は、上下側が開口されて、金型で製造される金型鋼が収容される収容部が形成されたダイセットと、金型の形象に対応される形象を有して、ダイセット収容部の開口された上側を密閉して脱着可能になるように装着された金型の型枠と、収容部に収容された金型鋼が液相と固相が混在された半溶融状態に変換されるように金型鋼を加熱する手段と、収容部の下側開口面を通じて上下移動可能に設置されて、加熱手段によって半溶融状態で加熱された金型鋼が金型の型枠に充填されるように半溶融状態の金型鋼を上方に加圧する加圧プランジャーと、該加圧プランジャーが金型鋼を加圧する時にセラミックス型枠の周りを真空状態に作って、金型鋼の充填效率を向上させるための圧力調節部と、及び収容部に収容される金型鋼と金型の型枠との間で左右移動可能に設置されて、加熱時に収容された金型鋼の上部に配置されて加熱される金型鋼の上部を保温して、充填時には半溶融状態の金型鋼の進行方向から離脱するように移動するグラファイト保温板と、を含む。
【００１３】
ここで加熱手段は、ダイセットの収容部周りに設置されて収容部に収容された金型鋼を加熱するための誘導加熱用コイルと、該誘導加熱用コイルの作動及び加熱温度を制御する制御部と、を含んで、前記誘導加熱用コイルはダイセットの収容部に収容された金型鋼の大きさによって高周波または中周波コイルに交換することができるように入れ替え可能に設置される。
【００１４】
金型の型枠は型枠構造体の内部に、形成される金型形象の輪郭線と大体的に一致する、冷却パイプライン、塩またはＺｎ合金であるＺａｍａｋラインで構成された群から選択された冷却配線を含む。
【００１５】
金型鋼は環棒であり、環棒の曲面に長さ方向に多数個のスリットが形成される。多数個のスリットは環棒の軸線を中心にお互いに対称をなす。
【００１６】
前記金型製作装置を利用して金型を製作する本発明の金型製作方法は、(１)収容部内に金型鋼を挿入してグラファイト保温板を収容部内に収容された金型鋼の上部に配置する、金型鋼装入(charging)段階と、(２)金型の型枠を収容部の上側を密閉するように装着する段階と、(３)収容部内の固形金属物が液相と固相が混在された半溶融状態になるように金属物を加熱する段階と、(４)保温板を半溶融状態の金型鋼の進行方向から離脱させて半溶融状態の金属物を加圧して金型の型枠に充填させる、半溶融金型鋼充填段階と、及び(５)金型の型枠に充填された金型鋼を冷却させる段階と、を含む。
【００１７】
ここで冷却段階での冷却は型枠をダイセットから分離して別に冷却させて、新しい金型鋼及び新しい金型の型枠を利用して新しい金型製作工程を始める反復工程であることがある。
【００１８】
段階(３)の加熱は誘導加熱で行う。金型鋼は環棒として、直径が１５０ＰＨＩ以下である場合、高周波間接誘導加熱を利用して、直径が１００ＰＨＩ以上である場合、中周波直接誘導加熱を利用することができる。この場合、金型鋼は環棒の曲面に長さ方向に多数個のスリットが形成される。多数個のスリットは環棒の軸線を中心にお互いに対称をなす。
【００１９】
段階(３)の加熱は、１２００乃至１５４０℃の温度で１乃至１２０分間加熱する。
【００２０】
段階(４)で、半溶融状態の金型鋼の液相の割合は１乃至９０％であり、適用される圧力は３乃至５００ＭＰａであって、加圧の速度は０．１乃至１０ｍ／ｓである。
【００２１】
加熱段階、充填段階及び前記冷却段階は真空雰囲気または、アルゴン、窒素及び水素のうちから選択された何れか一つのガス雰囲気で行われる。
【００２２】
段階(５)の冷却は４０℃／ｓ以下の冷却速度で行われる。
【００２３】
冷却段階後に、焼鈍処理または焼入れの後、焼鈍処理段階をさらに含むことができる。
【００２４】
金型の型枠は、マスターパターン形成段階とマスターパターンに対応するようにセラミックススラリーに形成された型枠の形成段階を通じて形成されたセラミックス型枠であることがある。この場合、マスターパターンの形成段階と型枠形成段階との間にシリコンモールド形成段階を含んで金型の大量生産ができるようにする。
【００２５】
また、本発明の金型製作方法は、金型鋼に多数個のスリットを形成して、スリットが形成された金型鋼を液相と固相が混在された半溶融状態になるように加熱して、半溶融状態の金型鋼を金型の型枠に加圧充填させた後、金型の型枠に充填された金型鋼を冷却させることを含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、粉末金属の代わりに金型鋼、特に、金型鋼で半溶融快速造形法を適用するので、原資材の需給が容易であり、価格が安い。また、金型鋼を使用するので、粉末金属を使用する場合に比べてグラファイトダイセットの大きさが小さくて、装置が小型化されることができる。また、型枠がグラファイトダイセットの外部に設置されるので、型枠を迅速且つ容易に入れ替ることができる。
また、半溶融状態の金属を一側のみから加圧するから、加圧力の制御が容易である。
また、金型鋼に多数個のスリットを形成することで大型サイズの金型鋼でもより迅速で反復的に、均一な半溶融状態に作ることができる。したがって、大型サイズの金型も安く生産することができる。また、金型の形象に一致する均一冷却配線を金型の型枠に形成することで曲面が多い現代の金型製作工程でより效率的な均一冷却が具現されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施例による金型製作装置を概略的に示した断面図である。
図示されたように、本発明の一実施例による金型製作装置は、例えばダイセット１０、型枠２０、加熱部、保温部７０、加圧プランジャー４１及び圧力調節部を含んでいる。
【００２９】
ダイセット１０は、例えばグラファイトダイセットであり、固定板６１の下面に固定されているし、上下側が開口された収容部１１を形成する、例えばグラファイトまたはアルミナ材質のスリーブ１２と、該スリーブ１２の外部を取り囲むセラミックス材質の断熱材１３及びフェライト材保護膜１４を有している(図２参照)。収容部１１の開口された上側に一致する固定板６１には収容部１１の一部をなす貫通孔５７が形成されている。収容部１１内には金型で製作される金型鋼８０、望ましくは金型鋼が装入される。
【００３０】
固定板６１の上側には、例えばセラミックスまたはグラファイト材質の金型の型枠２０が装着されている。前記型枠２０は収容部１１の開口された上側を密閉して脱着可能に装着される。型枠の収容部１１に接する面には金型の形象をなす充填部２１が形成されている。このような、型枠２０は製造される金型と等しい大きさと形象を有するマスターパターンまたはモックアップ(mock-up)から作られる。
【００３１】
加熱部はダイセット１０のスリーブ１２を囲むように設置された誘導加熱コイル３１と、該コイル３１の作動及び加熱温度を制御する制御部(図示せず)を有する。望ましくは、前記コイル３１はフェライト保護膜１４とともに入れ替え可能に設置されている。このようにコイル３１が入れ替え可能に設置されれば、収容部１１に収容される金型鋼８０の大きさによって高周波、中周波または低周波誘導加熱用のコイルを選択的に設置することができる。
【００３２】
加圧プランジャー４１は、その上端が収容部１１の内部に位置されて収容部１１の下側を密閉しているし、シリンダ４２によって上下に移動されることができる。
【００３３】
保温部７０は、収容部に収容される金型鋼８０と型枠との間にシリンダ７２によって左右移動可能に設置されるグラファイト保温板７１を有する。したがって、グラファイト保温板７１は加熱時に収容された金型鋼の上部に配置されて加熱される金型鋼の上部を保温して、充填時には充填のために進行する半溶融状態で加熱された金型鋼の進行方向から離脱するようになる。グラファイト保温板７１は望ましくは装入された金型鋼と１乃至１０ｃｍの間隔を有する。また、グラファイト保温板７１の厚さは望ましくは、１乃至２０ｃｍである。このように加熱される金型鋼の上部にグラファイト保温板を配置すれば、輻射及び対流によって生じる熱損失を防止するだけではなく、グラファイトの発熱で金型鋼の上部部位の温度をさらに高くすることができるようになる。また、金型鋼の大きさによってグラファイト保温板の厚さ及びグラファイト保温板と金型鋼との間隔を調節して金型鋼上部部位の温度を制御することができる。
【００３４】
圧力調節部は、型枠２０と、固定板６１と、ダイセット１０と、加圧プランジャー４１を収容する真空チャンバ５１と、該真空チャンバ５１の上下側で真空チャンバを密閉する密閉板５２、５３、及び真空ポンプ５４と、を含んでいる。
【００３５】
上側密閉板５３は装置の上部に設置された昇降シリンダ６２によって上下移動されて、昇降シリンダ６２の下端には型枠２０を把持して固定板６１に装着及び分離するための把持部６３が設置されている。
【００３６】
また、図７ａ及び７ｂから分かるように、金型の型枠は型枠構造体の内部に、大体的に形成される金型の形象をなす輪郭線２３と大体的に一致する冷却配線２２を有する。前記冷却配線２２は冷却パイプライン、塩またはＺｎ合金であるＺａｍａｋラインで構成された群から選択されることができる。これは、図６ａ及び６ｂに示した既存の型枠２００が形成される金型の形象をなす輪郭線２０３とは構わずに直線形態の冷却配線２０２を有することとは異なり、図７ａ及び７ｂに示された本発明の金型の型枠２０は形成される金型の輪郭線２３と一致する均一冷却配線２２を有することで、曲面が多い現代の金型製作でより效率的な均一冷却がなされることができる。
【００３７】
本発明の一実施例による金型製作装置を利用した金型製作方法を説明する。
【００３８】
まず、図５ａ及び５ｂを参照してマスターパターンから金型の型枠２０を形成する過程に対して説明する。
【００３９】
セラミックス型枠の場合、図５ａのように、まず、ラピットプロトタイピング(Rapid Prototype)装置またはＣＮＣ装置を利用してマスターパターン１やモックアップを形成する。この時、マスターパターンやモックアップは後続工程時の熱的影響による収縮や膨脹率を考慮して加工されなければならない。それから、鋳型箱のようなフレーム(molding box)(図示せず)内部にマスターパターン１を位置させて、スラリー(slurry)形態のセラミックスをフレーム内部に注いで固化させる。これによってマスターパターン１の形象と反転された形象を有するセラミックス材質になったセラミックス材質の金型の型枠２０が形成される。グラファイトでなされた金型の型枠である場合はＣＮＣ装置などを利用して直接加工される。
【００４０】
また、図５ｂを参照すると、マスターパターン１は図５ａの場合と異なり対象物の形象が両側面上に陰刻された状態で形成されて、このようなマスターパターン１'を鋳型フレームを利用して多数のシリコンゴムモールド２を形成する。次に、それぞれのシリコンゴムモールド２を利用して多数の金型の型枠２０'を形成する。図５ｂの場合、シリコンゴムモールド２が簡便な方式で大量生産されることができるから、等しい形象の金型を多数製作しようとする場合に有利である。
【００４１】
図４ａ乃至４ｃを参照して、金型鋼８０を準備して、金型鋼に多数個のスリット８１を形成する段階に対して説明する。
【００４２】
金型鋼８０は、例えば望ましくは棒鋼であり、最も望ましくは、４０ＰＨＩ以上の直径を有する環棒である。金型鋼は重力鋳造または連続鋳造の鋳造工程後、圧延または鍛造工程で製造する。また、環棒の製造工程は応力除去及び溶体化のための熱処理工程を含むことができるし、上述したすべての工程らは連続的に行うことができる。この場合、環棒は微細構造結晶粒の大きさが０．５乃至３００μｍであるのが望ましい。前記環棒を金型として製造される大きさで切断形成して、また、曲面に多数個のスリット８１を形成する。スリット８１は、使用される環棒の直径によって適切な数のスリット８１を形成して、環棒の曲面をのこぎりで切って形成することができる。スリットら８１は、望ましくは、軸線方向(長さ方向)に形成して、また、軸線(Ａ−Ａ')を中心に大体的に対称をなす構造で形成する。スリット８１の深さは環棒の大きさによって２乃至１０ｃｍ範囲で調節することができる。このように環棒に多数個のスリット８１を形成することで後続する誘導加熱段階で誘導された電流が金型鋼の中心部まで流れることができるようになる。したがって、試片の中心部も表面部とほとんど同時に加熱されることで、金型鋼の表面部と中心部との間の温度偏差が最小化されることができる。
【００４３】
続いて、本発明の装置を利用して金型を製作する方法を図１乃至図３を参照して説明する。ダイセット１０の収容部１１内に金型として製作される金型鋼８０を装入する。装入段階は金型鋼８０を収容部１１に挿入して、グラファイト保温板を金型鋼の上部に配置することを含む。金型鋼の挿入において、まず金型鋼８０が加圧プランジャー４１の上面に置かれて、金型鋼８０が置かれる時または置かれた後に加圧プランジャー４１は金型鋼８０が収容部１１の中央に位置されるように移動する。
【００４４】
金型鋼８０が収容部１１に収容されてからは、グラファイト保温板７１を金型鋼の上部に位置させる。上述のような保温板はグラファイト板である。継いでに、金型の型枠２０が把持部６３に把持された状態でシリンダ６２が降りて金型の型枠２０を固定板６１の上側に装着する。装着された金型の型枠２０は把持部６３が設置されたシリンダ６２のロッドによって下方に支持される。
【００４５】
それから、圧力調節部の真空ポンプ５４を作動させて収容部１１内を含むチャンバ(図示せず)内の空気をすべて除去して真空状態にする。
【００４６】
収容部１１内部が真空状態になってからは、収容部１１内に収容された金型鋼８０が固相と液相が混在された半溶融状態になるように金型鋼８０を加熱する。この場合、収容部１１の内部が真空状態なので、金型鋼８０が加熱途中酸化される現象が発生されない。真空の代りに収容部を含むチャンバ内部をアルゴン、窒素または水素などのガス雰囲気状態にすることもできる。
【００４７】
適用できる加熱方式として、高周波、中周波及び低周波の直接または間接誘導加熱が挙げられる。この際、金型鋼８０の大きさにかかわらず金型鋼８０が均一に溶融されることができるようにおおよそ金型鋼８０の直径が１５０ＰＨＩ以下である場合には、高周波間接誘導加熱を利用して、１００ＰＨＩ以上である場合には、中周波直接誘導加熱を利用する。望ましくは、金型鋼の直径が１５０ＰＨＩ以下である場合、高周波間接誘導加熱方式を利用して、スリーブ１２をグラファイト材質で形成する。また、望ましくは金型鋼の直径が１００ＰＨＩである場合、中周波直接誘導加熱方式を利用して、スリーブ１２をアルミナ材質で形成して、最も望ましくは金型鋼８０にスリット８１を多数個形成する。
【００４８】
誘導加熱は加熱しようとする金型鋼の周りに強力な磁場を形成させて、前記磁場によって試片に誘導される誘導電流によって加熱する方式である。誘導電流は金型鋼の表面に沿って流れながら発熱するようになる。
【００４９】
本発明の金型鋼には、図４ａ乃至４ｃで示したように、多数個のスリット８１が形成された状態なので、スリット８１に沿って中心部まで流れることができるようになる。したがって、表面部のみで集中的に発熱して金型鋼の表面部と中心部との間の温度偏差が大きい既存の方法とは異なり、本発明のスリット８１が形成された金型鋼は温度偏差がほとんどなくなって、より速かに均一な半溶融状態に到達されることができるようになる。また、本発明の金型製作方法では、金型鋼の上部温度制御が重要である。金型鋼の上部は型枠に最初に、直接接触する部分として成形時に成形品の性能を左右する最大の要素であるためである。よって、金型鋼の上部に一般金属より発熱量が高いグラファイトになった保温板を配置して輻射及び対流などで抜け出る熱を遮断してグラファイトの発熱によって上部温度をさらに高めることができるようになる。
【００５０】
上述したように金型鋼を加熱して固相と液相が混在された半溶融状態に作る。この際、半溶融状態の金型鋼８０が微細で均一な組職を有するように制御部にあらかじめ設定された加熱パターンとして加熱速度及び温度維持時間を制御する。温度範囲は望ましくは、１２００乃至１５４０℃であり、維持時間は望ましくは、１乃至１２０分である。
【００５１】
このような加熱段階の途中、金型鋼８０の液相の割合がおおよそ１乃至９０％、望ましくは、５乃至４０％に到逹すれば、保温板７１を半溶融金型鋼の進行方向から離脱移動させた後、加圧プランジャー４１を前進させて半溶融状態の金属８０を型枠の充填部２１に加圧して充填させる。
【００５２】
図面符号８０'は充填された半溶融状態の金型鋼を示す。ここで、プランジャー４１の前進速度は０．１乃至１０ｍ／ｓ、加圧力は３乃至５００ＭＰａである。また、充填時のセラミックス型枠の場合は温度が２５乃至５００℃であり、グラファイト型枠の場合は１００乃至７００℃であるのが望ましい。
【００５３】
最終的に型枠２０の充填部２１に充填された金型鋼８０を冷却させることで所定形象の金型を得ることができる。冷却速度はおおよそ４０℃／ｓ以下の速度で行うことが望ましい。
【００５４】
このように冷却後には焼鈍処理または焼きいれの後に焼鈍処理を行うことができる。焼鈍処理は４５０乃至６５０℃の温度で１乃至１８０分間行われて、焼きいれは８００乃至９５０℃の温度で１乃至３０分間行われることが望ましい。
【００５５】
仮に、等しい形象の金型をいくつか製作しようとする場合には図５ｂに示されたような方法を利用して多数の金型の型枠２０を製作する。それから、型枠２０の充填部２１に半溶融された金型鋼８０が充填された後、シリンダ６２を上昇させて型枠２０を把持部６３から分離して別に冷却させて、新しい金型鋼８０を収容部１１に収容して新しい型枠２０を把持部６３に把持させて固定板６１の上側に装着させることによって金型を連続的に速かに製作することができる。
【００５６】
以上では本発明を特定の望ましい実施例に対して図示して説明した。しかし、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者なら、以下の特許請求範囲に記載した本発明の技術的思想の要旨を脱しない範囲内でいくらでも多様に変更実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例による金型製作装置を示した断面図。
【図２】図１の主要部分を拡大して示したものであり、本発明の一実施例による金型製作方法を説明するための金型製作装置の作動状態図。
【図３】同じく、図１の主要部分を拡大して示したものであり、本発明の一実施例による金型製作方法を説明するための金型製作装置の作動状態図。
【図４ａ】本発明の一実施例によるスリットが形成された環棒形態の金型鋼を示した図。
【図４ｂ】本発明の一実施例によるスリットが形成された環棒形態の金型鋼を示した図。
【図４ｃ】本発明の一実施例によるスリットが形成された環棒形態の金型鋼を示した図。
【図５ａ】図１乃至図３に示された金型の型枠に対する製造方法をそれぞれ示した工程図。
【図５ｂ】図１乃至図３に示された金型の型枠に対する製造方法をそれぞれ示した工程図。
【図６ａ】従来金型の型枠を示した図。
【図６ｂ】従来金型の型枠を示した図。
【図７ａ】本発明の一実施例による金型の型枠を示した図。
【図７ｂ】本発明の一実施例による金型の型枠を示した図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【国際調査報告】
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