(57)【要約】【課題】鋳物の代わる３次元形状を有するプレス金型用素材を短期間で安価に製作できる積層金型構造とその製造方法を提供する。【解決手段】３次元ＣＡＤデータから金属板の厚さ毎のスライスデータで切断された製品形状線及び基準穴、締め付け用ボルト穴、溶接用穴を加工した金属板を基準ピンを基準に順次積層した積層金型において、積層金属板として３〜３０ｍｍ程度の厚板を用い、溶接用穴は隣接する大面積側の金属板に小面積側の金属板の製品形状切断線の内側に１〜数個加工し、雄型においては形状先端側、雌型はダイフェース側の金属板から積層する毎にボルト締め又は加圧状態で溶接用穴から溶接して結合させ、雄型又は雌型形成後に余肉を切削・研磨して形状を仕上げる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元ＣＡＤデータから水平方向に積層する金属板の厚さ毎のスライスデータで切断された製品形状切断線及び基準穴、締め付け用ボルト穴、溶接用穴等を加工した金属板を基準ピンを基準に順次積層した積層金型において、積層金属板として３〜３０ｍｍ程度の厚板を用い、溶接用穴は隣接する大面積側の金属板に小面積側の金属板の製品形状切断線の内側に１〜数個加工し、雄型においては形状先端側、雌型ではダイフェース側の金属板から積層する毎にボルト締め又は加圧状態で溶接用穴から溶接して結合させ、雄型又は雌型形成後に余肉を切削・研磨して形状を仕上げしたプレス用積層金型の構造及びその製造方法。
【請求項２】
３次元ＣＡＤデータから金属板を垂直に立てて横方向に積層する金属板の板厚ごとのスライスデータで切断された製品形状切断線及び底面、位置決め基準、締め付けボルト穴、溶接用穴等を加工した厚板の金属板を、金型の中央付近の金属板の接合面で２分し、雄型においては端部側から、雌型においては中央側から底面及び位置決め基準を基準に金属板を積層するごとにボルト締め又はクランプ状態で溶接用穴から溶接し、２分した積層ブロックの中央合わせ部をボルト締めあるいはボルト締めと溶接で結合して積層ブロックを形成後、余肉を切削・研磨して形状を仕上げしたプレス用積層金型の構造及びその製造方法。
【請求項３】
３次元ＣＡＤデータから積層板を垂直に立てて横方向に積層する金属板の板厚ごとのスライスデータで切断された製品形状切断線及び底面、結合ピン穴等を加工した金属板を両端にねじ穴を有する１〜複数の結合ピンに通し、積層金属板間にはんだを挟んで順次積層し、両端に厚板の押さえ板を添え結合ピンを介してボルト締め後、加圧・加熱してはんだと結合ピンで結合し、押さえ板を除き積層ブロックを取り付けるホルダーに合わせ、底面及び両端面を平面加工して結合ピンねじ穴を用いて積層ブロックをホルダーに取り付け、余肉を切削・研磨したプレス用積層金型の構造及びその製造方法。
【請求項４】
雌型は水平方向に金属板を積層した請求項１記載の積層金型の構造及びその製造法で、雄型は金属板を垂直に立てて横方向積層した請求項２又は３記載の積層金型の構造及びその製造法で１組のプレス金型を構成した積層金型。
【請求項５】
３次元ＣＡＤデータから１〜数ｍｍ毎のスライスデータの面積差によって積層後の余肉の切削量が最小となり、かつ積層金属板の先端強度・剛性を保つよう積層金属板の板厚を選定したことを特徴とした請求項１乃至４記載のプレス用積層金型の構造及びその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主にプレス金型の製作期間の短縮を目的に、複数の金属板を積層してなる積層金型に厚板の金属板を用い、主に溶接により金属板の結合をした後、形状部を切削・研磨加工して仕上げたプレス用積層金型構造とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
３次元形状を有するプレス金型は鋳物でラフな形状を形成し、切削・研磨加工によって仕上げていた。金型製作の中で鋳物の製作は金型設計・フルモールド製作・鋳型製作・鋳込み等の工程を要し、金型製作期間の大きな割合を占めており、金型製作期間短縮のネックであり、コスト面でも低減が困難であった。
【０００３】
前述のような実情に対し、３次元ＣＡＤデータから板厚毎のスライスデータにより金属板を切断し、順次積層して積層金型を製作する技術が実用化されてきた。この技術によれば、金型の製作期間は大幅に短縮され、コスト面でも有利であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薄板を積層して形状を形成するには多大な数量の金属板の積層が必要であり、薄板でも積層による段差は解消できず、仕上げ加工を施したり、対象製品を限定する必要がある。また金属板間の結合力が弱いと、弾性変形による製品の寸法低下や積層部の剥離などの問題がある。
【０００５】
上記に対し、特願２０００−１１６２３１では１〜５ｍｍの金属板で積層し、段差部にすみ肉溶接をしてその後切削・研磨加工して形状を仕上げる方法が開示されている。当方法では金属板の形状線に沿ってすみ肉溶接する量は膨大なもので、金型製作期間短縮のネックとなる。また溶接による熱歪は避けられず、この熱歪の解決も困難な問題である。更にすみ肉溶接部の切削・研磨加工が必要であり、溶接部と素材部の硬度の変化で表面精度が確保しにくい。
本発明はこのような実情を鑑みてなされたもので、積層金型の問題点を解決したプレス用積層金型構造とその製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために本発明では以下の手段を講じる。鋳物を素材とする金型では鋳物の製作期間がネックとなるため、鋳物に代わる素材を積層によって製作する。形状部の仕上げを機械加工ですることを前提とすれば、積層する金属板は厚くでき、積層枚数が大幅に削減できる。積層枚数が少なくなれば切断・積層・溶接の時間は積層枚数に応じて短縮できる。
【０００７】
金属板の結合は溶接またはボルト締めと溶接による。溶接は隣接する金属板の大面積側の金属板に小面積側の切断線近くに１〜数個の溶接用穴を加工して、１枚積層毎にボルト締め又はクランプして溶接する。金属板を水平方向に積層した場合、切削加工で部分的に金属板が薄くなる場合は、金属板を垂直に立てて横方向に積層することで上下方向の剛性を高めることができる。この場合、雌型のダイフェース及びダイアール部の金属板接合部が成形品に現れ問題になる場合は、雌型は水平方向に金属板を積層したものと組み合わせも可能である。金属板を厚くすることで金属板の剛性が向上し、溶接による結合で十分な強度を確保でき、必要に応じ形状部に硬質クロームメッキ等を施すことによって耐久性の問題も解決できる。
【０００８】
積層後の余肉の切削量を少なくするため、金属板の板厚は製品形状によって３次元ＣＡＤデータから１〜数ｍｍ毎のスライスデータの面積差の少ない部分は厚い板を使用し、面積差の大きい部分には薄い板を選択する。加工する製品の要求表面品質によって金属板の切断線は製品形状より余肉を付け全面切削したり、逆に段差を残して切削量を少なくすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る厚板金属板を用いた積層金型の構造とその製造方法の実施形態について図面を参照に説明する。
図１（ａ）（（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ結合部矢視図）（ｃ）の実施の形態は金属板の板厚が６ｍｍ程度以下の場合は図１（ｂ）の製品形状切断線３、溶接用穴４、４ａ、４ｂ、基準穴５、ボルト締め付け穴６をレーザカッターで１度に加工する。６ｍｍを超える金属板は予め基準穴５、ボルト締め付け穴６は機械加工し、基準穴を基準に製品形状切断線３、溶接用穴４をガスカットする。図１（ａ）は厚板金属板１１を用いて雄型１０の積層完了時を示す断面図である。形状先端側の金属板から積層し、２枚目より積層する毎に基準穴５に基準ピンを通して、ボルト締め又はクランプして、溶接用穴４、４ａ、４ｂから溶接して結合し、雄型の積層部を形成する。図１（ｂ）のように溶接用穴は隣接する金属板の形状切断線３の内側に１〜数個加工している。積層後、必要に応じ底面の平面加工・取り付け基準・取り付けねじ穴を加工し、余肉２を切削・研磨して形状を仕上げる。
【００１０】
図１（ｃ）の雌型においてはダイフェース側から積層し、２枚目より雄型と同様に積層する毎に基準穴５に基準ピンを通して、ボルト締め又はクランプして、溶接用穴４ｃから溶接して結合し、雌型２０の積層部を形成する。積層後、底面の平面加工・取り付け基準・取り付けねじ穴を加工し、余肉２を切削・研磨して形状を仕上げる。
【００１１】
図２（ａ）（ｂ）の実施の形態は金属板１２を垂直に立てて横方向に積層した例で、図２（ｂ）に示す金型の中央部付近の金属板接合部８で２分し、図２（ａ  ）の端部側の金属板１２及び１３から底面とキー溝５ａを基準に積層毎にボルト締めし、溶接用穴４ｄから溶接する。図２（ａ）に示す２分した積層ブロック形成後、中央接合部の金属板を適宜面取りし、締め付けボルト９で締め付け後溶接して積層ブロックを結合する。図２（ｂ）は積層後、底面の平面加工・取り付け基準・取り付けねじ穴を加工し、余肉２を切削・研磨して形状を仕上げ、ホルダー３２に組み付けたものを示す。
【００１２】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）の実施の形態は、図３（ａ）に示すように、製品形状の変化が大きい場合、金属板の板厚を３〜５ｍｍ程度のものを用い、金属板を１〜複数の結合ピン３３に通し、各金属板間にはんだ３１を挟んで積層し、積層ブロックの両端に押さえ板３４、３５を添えて結合ピン部をボルト締め後、加圧・加熱して雄型積層ブロック１０ｄを結合する。結合後底面ＥとＣ、Ｄ面を平面加工し、Ｂ寸法を図３（ｂ）のホルダー３６のＢに嵌るようにする。図３（ｃ）に示すように、ホルダー３６に雄型積層ブロック１０ｄを組み込み結合ピン部をボルト締め後余肉２を切削・研磨して製品形状１ｆを仕上げる。
【００１３】
図４の実施の形態は、雌型２０ａは金属板を水平方向に積層し、雄型１０ｅは金属板を垂直に立てて横方向に積層したものを組み合わせて１組の、積層金型を構成したものを示す。ダイフェース４１、ダイアール４２は１枚の金属板４３に加工されている。
【００１４】
図５に示す実施形態は余肉の切削量を最小にし、余肉切削後に金属板先端の強度・剛性を保つ板厚選択をした例で、１ｍｍピッチのスライスデータの面積差とデータ線の間隔によって金属板の接合面を選択し、板厚を決めたものを示す。図６に最適板厚選択のフローチャートを示す。
【００１５】
図７（ａ）は加工する製品の表面品質を高く要求する場合は金属板の形状切断線３ｄを製品形状線１ｄの外側にシフトして余肉２の加工後に形状部に段差が残らないようにしたものを示す。図７（ｂ）は表面品質が低い製品や部位によっては形状切断線３ｅを製品形状線１ｅの内側にシフトして余肉２の加工量を少なくした例を示す。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので下記に記載されるような効果がある。
【００１７】
製品の３次元ＣＡＤデータが入力されると、金型設計とは関係なくスライスデータを作成し、積層金型に着手できる。従来に比べ数倍〜数十倍の厚板を用いることで金属板の切断・積層・結合の積層工程の時間とコストが削減でき、鋳物に代わる素材が短期間で安価に製作できる。
【００１８】
厚板を用いても最適板厚選択や、製品形状の部位によって金属板の切断線をシフトして後工程での切削加工の時間と費用を軽減できる。厚板の金属板を溶接で結合することで、十分な剛性が確保可能で、表面品質の高い製品に対しては、金属板の段差を残さない加工で対応でき、部分的に埋金構造や表面処理を施すことで耐久性に対しても鋳物製に劣らないプレス金型が得られ、積層金型は少量生産や簡易型というイメージから、広い範囲に活用可能となり、優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属板に厚板を用い、金属板を水平方向に積層した積層金型構造の断面図。
【図２】金属板を垂直に立てて横方向に積層した積層金型の雄型の断面図。
【図３】金属板を垂直に立てて横方向に積層した積層金型の雄型の断面図。
【図４】雌型は金属板を水平方向に、雄型は金属板を垂直に立てて横方向に積層して１組の積層金型を構成した断面図。
【図５】最適板厚を選択した雄型の側面図。
【図６】最適板厚選択のフローチャート。
【図７】製品表面品質によって製品形状線に対し、金属板切断線のシフトの例。
【符号の説明】
１  製品形状線
２  余肉
３  製品形状切断線
４  溶接用穴
５  基準穴
５ａ  キー溝
６  締め付けボルト穴
７  キー
８  金属板接合面
９  締め付けボルト
１０  雄型積層ブロック
２０  雌型積層ブロック
３１  はんだ
３３  結合ピン
３６  ホルダー
【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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