(57)【要約】【課題】耐磨耗性や耐食性に優れた雄型と雌型とからなる金型を比較的短時間で得ることができる積層金型の製造方法を提供することである。【解決手段】金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、そのプロファイルデータに基づいて金属板を所要形状に切断加工し、切断された金属板を積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作し、その後に積層により得られた雄型及び雌型の表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆する。これにより、雄型及び雌型の積層部の表面を平滑した摩耗性や耐食性に優れた金型を比較的短時間で得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、この等高線データに基づいて金属板を所定形状に切断加工し、この切断された金属板を前記等高線データに基づいて積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作する積層金型の製造方法において、前記切断された金属板の積層により得られた雄型および雌型の表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆したことを特徴とする積層金型の製造方法。
【請求項２】
金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、この等高線データに基づいて金属板を所定形状に切断加工し、この切断された金属板を前記等高線データに基づいて積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作し、その後前記積層された各金属板の段差部分に肉盛り溶接を行なう積層金型の製造方法において、前記肉盛り溶接部表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆したことを特徴とする積層金型の製造方法。
【請求項３】
金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、この等高線データに基づいて金属板を所定形状に切断加工し、この切断された金属板を前記等高線データに基づいて積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作し、その後前記積層された各金属板の段差部分に切削加工もしくは研削加工を行なう積層金型の製造方法において、前記切削加工もしくは研削加工部表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆したことを特徴とする積層金型の製造方法。
【請求項４】
金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、この等高線データに基づいて金属板を所定形状に切断加工し、この切断された金属板を前記等高線データに基づいて積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作し、その後前記積層された各金属板の段差部分に肉盛り溶接を行なった後、この表面に切削加工もしくは研削加工を行なう積層金型の製造方法において、前記切削加工もしくは研削加工部表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆したことを特徴とする積層金型の製造方法。
【請求項５】
金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、この等高線データに基づいて金属板を所定形状に切断加工し、この切断された金属板を前記等高線データに基づいて積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作し、その後前記積層された各金属板の段差部分にはんだ肉盛りを行なう積層金型の製造方法において、前記はんだ肉盛り部表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆したことを特徴とする積層金型の製造方法。
【請求項６】
金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、この等高線データに基づいて金属板を所定形状に切断加工し、この切断された金属板を前記等高線データに基づいて積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作し、その後前記積層された各金属板の段差部分に接着剤を塗布する積層金型の製造方法において、前記接着剤塗布部表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆したことを特徴とする積層金型の製造方法。
【請求項７】
耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料の溶射は、高速ガス炎溶射、プラズマ溶射、レーザ溶射または電気アーク溶射の何れか１つの方法であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の積層金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚の金属板を積層して金型の雄型と雌型を製造する積層金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プレス加工技術、鋳物、ダイキャスト技術、樹脂成形技術などの成形技術の分野では、金型を用いて被加工材料である金属や樹脂を所望の形状に成形する技術が広く用いられている。この加工技術分野では金型が必要とされる。従来の通常の金型は、主に金属ブロック又は鋳物からの切削加工や研削加工あるいは放電加工などによって製作されていた。
【０００３】
金属ブロックから金型を製作する場合には、切削などによる被加工材料の除去量が多いため加工に長時間を要し、また、鋳物では鋳造のための鋳型づくりに同じく長時間を要していた。そのため、一般に、金型は高価な生産材となり、そのコストを削減する様々な技術が開発されてきている。
【０００４】
コストの安価な金型を製造する技術として、複数枚の金属板を積層して金型の雄型と雌型とを高精度かつ比較的短時間で製造する技術が開発されている。そして、その後、工業界において種々の改良改善が創案され、板金プレス金型、鍛造金型、ダイカスト金型、鋳物金型、プラスチック金型などの簡便で安価な製造手段として実用化されている。
【０００５】
例えば、最近の技術開発の事例としては、３次元曲面形状部と強度部材やガイド機能部とを分け、３次元曲面形状部のみ積層構造とし、積層する金属板間に充填剤を充填し、所定の高さに加圧して金属板の板厚のバラツキによる誤差を吸収するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、片側にエッチング処理を施した金属材料製フィルムのエッチング処理面が下向きになるよう始点側リールと終点側リールを併設してゆるむことなく張り渡し、金属材料製フィルムを張力調整リンクのローラー部の上方と、水平にスライドする圧着ローラーの下方を通すことにより、水平な上面を保持したまま、金属材料製フィルムのエッチング処理面に向かって昇降する成形台に対し、金属材料製フィルムが傾斜した状態を維持し、始点側リールと終点側リールを固定したまま圧着ローラーをスライドさせて、金属材料製フィルムを昇降する成形台の所定の高さの上面に徐々に密着させるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
ところが、上述した従来の積層金型の製造方法では、積層される切断可能な金属板として、例えば低炭素鋼板やステンレス鋼などをレーザ切断や切削加工で切断加工した後に、切断された金属板を複数枚積層して金型を構成しているため、雄型及び雌型の積層部の表面に段差部分ができてしまうという問題がある。その段差部分は、成形される被加工材の表面に転写されるため、成形される部品が外装部品などのように表面の美麗さや精度が要求される場合には、積層部の段差部分を切削加工や研削加工あるいは溶接などによって解消するなどの手段が取られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１４５７号公報（図１）
【０００９】
【特許文献２】特開２００２−２１９７１４号公報（図１）
【００１０】
【特許文献３】特許第３１０１２７１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
これらの手段によれば、確かに金型積層部の段差部分を削除することができるが、積層板材として、切断可能な金属板、例えば低炭素鋼板やステンレス鋼などの比較的軟質な金属板を金型の積層構成部材としているため、金型表面の耐磨耗性や耐食性が無く、従来の積層金型の製造方法では、量産金型に用いるには寿命が短いという欠点があった。
【００１２】
本発明の目的は、耐磨耗性や耐食性に優れた雄型と雌型とからなる金型を比較的短時間で得ることができる積層金型の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層金型の製造方法は、金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、この等高線データに基づいて金属板を所定形状に切断加工し、この切断された金属板を前記等高線データに基づいて積層する工程を繰り返し行うことにより雄型と雌型とを製作する積層金型の製造方法において、前記切断された金属板の積層により得られた雄型及び雌型の表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆したことを特徴とする。
【００１４】
また、必要に応じて、積層により得られた雄型及び雌型の積層段差部分に肉盛り溶接、はんだ肉盛り、接着剤の塗布を行い、また、雄型及び雌型の積層段差部分の表面を切削もしくは研削を行い、その後に、その部分の表面に耐磨耗性あるいは耐食性に優れた材料を溶射によって被覆する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる積層金型の製造方法の工程図である。まず、金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データ、すなわち金型の形状データを読み出し（Ｓ１）、その金型形状データに基づいて切断加工装置により金属板を切断加工する（Ｓ２）。そして、切断加工された金属板を積層し（Ｓ３）、雄型と雌型の金型をそれぞれ製作し（Ｓ４）、その表面に摩耗性および耐食性の溶射材を溶射する（Ｓ５）。これにより、雄型及び雌型の積層部の表面を平滑でき摩耗性や耐食性に優れた金型を得ることができる。
【００１６】
図２は、第１の実施の形態で製作される金型１１の説明図である。金型１１を形成する複数個の金属板１２は、図示省略のコンピュータに格納された設計情報である金型の３次元ＣＡＤデータからの等高線データに基づいて切断加工装置で切断加工される。すなわち、切断加工装置は、金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データを読み出し、そのプロファイルデータに基づいて複数個の金属板１２を所要形状に切断加工する。図２では９個の金属板１２を切断加工した場合を示している。切断加工装置としては、レーザ切断加工装置、切削加工装置、ガス切断加工装置、放電加工装置などが使用される。
【００１７】
そして、切断された複数個の金属板１２を順次積層し金型１１を形成する。つまり、切断された金属板を積層する工程を繰り返し行い金型１１を製作する。図２では９個の金属板１２を積層して雄型の金型１１を形成した場合を示している。
【００１８】
金属板１２の種類は、板材として工業的に供給されるものであれば特に限定されるものでなく、また単一素材からなるものの他に、異種金属の組み合わせからなる複数の種類の板材を使用することも可能である。また、金属板１２としては、通常は低炭素鋼板やステンレス鋼板などが用いられる。さらに、金型の重量を軽くしたい場合にはアルミニウム合金などの板材も用いることができる。板厚の異なる金属板１２を使用可能することももちろん可能である。
【００１９】
積層された金属板１２は、図示は省略しているが、ボルト締め、溶接、スポット溶接などの結合手段や接合手段を用いて、金型１１の形状に結合される。このように、複数個の金属板１２を積層することにより目的とする形状の金型（雄型及び雌型）が造形されるが、この段階で得られた金型のプロファイルには、積層段差ａが存在している。そこで、積層により得られた金型１１に対し、溶射装置１３により積層段差ａ部分に溶射材料１４を溶射し、溶射材料１４からなる溶射皮膜１５で被覆する。これにより、金型１１の積層部の表面を平滑し摩耗性や耐食性に優れた金型１１としている。
【００２０】
ここで、溶射装置１３としては、高速ガス炎溶射装置、プラズマ溶射装置、レーザ溶射装置、電気アーク溶射装置などが選択され、高速ガス炎溶射、プラズマ溶射、レーザ溶射、電気アーク溶射をそれぞれ行う。また、溶射材料１４としては金型１１に耐磨耗性が要求される場合には、例えば硬質のタングステンカーバイドなどが選択され、溶射種別としては、高速ガス炎溶射が選択される。金型１１に耐食性が要求される場合には、溶射材料１４としては、例えばセラミックスであるアルミナ粉末などが選択され、溶射種別としては、プラズマ溶射が選択される。
【００２１】
溶射材料１４と溶射装置１３とは、それぞれ選択が可能であり、コストと被覆される溶射材料１４に要求される機能を考慮して最適な材料と溶射種別を選択することになる。溶射を実施する際に、積層により得られた金型１１の積層段差ａの部分に特に多めに溶射材料を溶射し被覆することにより積層段差ａを解消し、金型１１の表面が平滑になるようにする。
【００２２】
ここで、溶射により積層段差ａを平滑にする工程は、必ずしも全ての積層段差ａの全箇所に実施する必要はなく、図３に示すように、積層段差ａの表面を平滑にする部分には溶射を施して溶射皮膜１５で被覆し、積層段差ａの表面を平滑にする必要がない部分（溶射不要部分）１６には溶射皮膜１５を形成しないようにすることも可能である。溶射不要部分１６は、例えばプレス成形部品では表面性状が特に要求されない部分であり、その部分が溶射不要部分１６として選択されることになる。このように、溶射不要部分１６には溶射をしないことにより、溶射工程を短縮することができ、また、溶射材料１４の使用を節約することが可能となる。
【００２３】
以上の説明では、積層金型のうち、雄型の金型１１を製作することについて説明したが、雌型の金型１１を製作する場合も同様であることは言うまでもない。
【００２４】
第１の実施の形態によれば、金属板が積層されて形成された積層段差ａの部分に、溶射装置１３により摩耗性や耐食性の溶射材料１４を溶射し、溶射材料１４からなる溶射皮膜１５で被覆するので、金型１１の積層部の表面を平滑し摩耗性や耐食性に優れた金型１１とすることができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係わる積層金型の製造方法の工程図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、積層により得られた雄型及び雌型の積層段差部分に肉盛り溶接を行う行程Ｓ６を追加し、肉盛り溶接の後に溶射を施すようにしたものである。
【００２６】
まず、金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データ、すなわち金型の形状データを読み出し（Ｓ１）、その金型形状データに基づいて切断加工装置により金属板を切断加工する（Ｓ２）。そして、切断加工された金属板を積層し（Ｓ３）、雄型と雌型の金型をそれぞれ製作し（Ｓ４）、積層により得られた雄型及び雌型の積層段差部分に肉盛り溶接を行い（Ｓ６）、その後に、その表面に摩耗性および耐食性の溶射材を溶射する（Ｓ５）。これにより、雄型及び雌型の積層部の表面をより適正に平滑でき摩耗性や耐食性に優れた金型を得ることができる。
【００２７】
図５は、第２の実施の形態で製作される金型１１の説明図である。図２および図３に示した第１の実施の形態における金型１１と同一部分には同一符号を付し重複する説明は省略する。積層段差ａの表面を平滑にする部分には、金属板１２の積層段差にそれぞれ肉盛り溶接１７を施し、その後に溶射装置１３から溶射材料１４にて溶射を施し溶射皮膜１５を形成する。積層段差ａの表面を平滑にする必要がない溶射不要部分１６は、肉盛り溶接１７も行わない。
【００２８】
すなわち、積層される金属板１２に厚板の大きな材料を用いた場合には、積層段差ａの段差量が大きくなり、溶射によって積層段差ａを解消し平滑するには、大量に溶射を行わなければならない場合がある。このような場合には、溶射を実施する工程よりも前の工程において、積層により得られた金型１１の積層段差ａの部分を肉盛り溶接１７により予め積層段差ａを解消しておき、その後に溶射材料１４で被覆する。これにより、金型１１の表面がより適切に平滑となる。この場合、肉盛り溶接１７により積層段差ａを平滑にする工程は、必ずしも全ての積層段差ａの全箇所に実施する必要はなく、実用上は積層段差ａの量が大きい部分のみで充分である。なお、図５では、積層段差ａの表面を平滑にする部分のすべての積層段差ａに肉盛り溶接１７を施した場合を示している。
【００２９】
以上の説明では、金属板１２の積層段差ａに肉盛り溶接１７を施すようにしたが、肉盛り溶接に代えて、はんだ肉盛りや接着剤を塗布して予め積層段差ａを解消しておき、その後に溶射材料１４で溶射し被覆するようにしても良い。
【００３０】
第２の実施の形態によれば、金属板１２の積層段差ａに肉盛り溶接１７、はんだ肉盛り、接着剤の塗布を施すので、金属板１２の積層段差ａの段差量が大きい場合であっても、金型の積層部の表面を適正に平滑でき摩耗性や耐食性に優れた金型を得ることができる。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図６は本発明の第３の実施の形態に係わる積層金型の製造方法の工程図である。この第３の実施の形態は、図４に示した第２の実施の形態に対し、積層により得られた雄型及び雌型の積層段差部分に肉盛り溶接を行う行程Ｓ６に代えて、積層により得られた雄型及び雌型の積層段差部分の表面を切削もしくは研削する行程Ｓ７を設け、その後に溶射を施すようにしたものである。
【００３２】
まず、金型の３次元ＣＡＤデータから等高線データ、すなわち金型の形状データを読み出し（Ｓ１）、その金型形状データに基づいて切断加工装置により金属板を切断加工する（Ｓ２）。そして、切断加工された金属板を積層し（Ｓ３）、雄型と雌型の金型をそれぞれ製作し（Ｓ４）、積層により得られた雄型及び雌型の積層段差部分の表面を切削もしくは研削し（Ｓ７）、その後に、その表面に摩耗性および耐食性の溶射材を溶射する（Ｓ５）。
【００３３】
これにより、雄型及び雌型の積層部の表面をより適正に平滑でき摩耗性や耐食性に優れた金型を得ることができる。
【００３４】
図７は第３の実施の形態で製作される金型１１の説明図である。図５に示した第２の実施の形態における金型１１と同一部分には同一符号を付し重複する説明は省略する。積層段差ａの表面を平滑にする部分には、エンドミル１８などを用いた切削加工あるいはグラインダー１９などによる研削加工を施して、切削研削部２０を形成し積層段差ａを平滑にする。その後に溶射装置１３から溶射材料１４にて溶射を施し溶射皮膜１５を形成する。積層段差ａの表面を平滑にする必要がない溶射不要部分１６は、切削加工や研削加工を行わない。
【００３５】
以上の説明では、積層段差ａの表面に対して切削加工あるいは研削加工を施して積層段差ａを平滑にする場合について説明したが、第２の実施の形態のように積層段差ａに対して、肉盛り溶接、はんだ肉盛り、接着剤の塗布を施した後に切削加工や研削加工を行うようにしても良い。この場合は、さらに積層段差ａを平滑することができる。
【００３６】
第３の実施の形態によれば、切削加工や研削加工で積層段差ａを平滑にした後に、溶射材料１４を金型１１の表面に被覆するので、雄型及び雌型の積層部の表面をより適正に平滑でき摩耗性や耐食性に優れた金型を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の積層金型の製造方法では、積層により得られた雄型及び雌型の表面、特に積層段差部分に溶射を行うので、雄型及び雌型の積層部の表面を平滑した摩耗性や耐食性に優れた金型を比較的短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる積層金型の製造方法の工程図。
【図２】本発明の第１の実施の形態で製作される金型の一例の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態で製作される金型の他の一例の説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わる積層金型の製造方法の工程図。
【図５】本発明の第２の実施の形態で製作される金型の一例の説明図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係わる積層金型の製造方法の工程図。
【図７】本発明の第３の実施の形態で製作される金型の一例の説明図。
【符号の説明】
１１…金型、１２…金属板、１３…溶射装置、１４…溶射材料、１５…溶射皮膜、１６…溶射不要部分、１７…肉盛り溶接、１８…エンドミル、１９…グラインダー、２０…切削研削部
【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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