JP2001501254A - ネットシェープを備えたダイ及びモールド、及び同左の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粉末状金属からダイ又はモールドを製造する方法が開示されている。該方法は、モールド又はダイの凹部形状を形成するための所望の形状のひな形４を提供する工程と、キャニスタ１０を提供する工程と、前記ひな形を該キャニスタ内に配置し、選択された粉末状金属６をキャニスタに充填する工程と、前記キャニスタと粉末状金属とを熱間静水圧プレスして圧密化された緻密な成形体を作る工程と、前記成形体を面に沿って切断して、前記ひな形の取り外しを可能にすることによって、形成された最大密度に緻密化された粉末状金属製のダイ又はモールド内に所望のダイ又はモールド凹部を提供する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ネットシェープを備えたダイ及びモールド、及び同左の製造方法 各位： 我々、米国市民であり、ペンシルヴァニア １５１２９ ライブラリー スタ ンリー・ストリート ２８４５（2845 Stanley Street，Library，Pennsylvania 15129）及び、オハイオ ４５４３４ ビーヴァー・クリーク タラ・ドライブ ２８２５（2825 Tara Drive，Beaver Creek，Ohio 45434）に各々、在住のク リフォード・エム・ビューグル(Clifford M．Bugle)及びカール・エイ・ロンバ ード(Carl A．Lombard)は、ネットシェープを備えたダイ及びモールド、及び同 左の製造方法 に於いて或る新規で有用な改良を発明した。その明細書を以下に示 す。発明の背景 ： 本発明は、粉末状金属から直接作られるダイ及びモールドの製造に関する。本 発明に依れば、前記ダイは、所望のダイ凹部の形状を有する特別に形成されたひ な形をキャニスタ内に載置し、そのひな形をキャニスタ内部の適当な位置に固定 することによって作られる。次に、前記ひな形とキャニスタの間の空隙を、選択 された粉末状金属によって充填し、脱気及び密封する。次に、熱間静水圧プレス （ＨＩＰ）を使用して前記粉末状金属を最大密度まで圧密化する。成形体を適当 な平面に沿って分離すると、前記ひな形の取り外しが可能となり、前記圧密化さ れた粉末状金属中に形成された所望のダイ凹部が現われる。 ダイ製造に関する現状の技術は、ダイのインゴットを鋳込み成形する工程を含 み、このインゴットは、圧延又は鍛造又は圧延と鍛造の双方を用いて寸法縮小し なければならない。これらの工程は、材料の大きな歩留まりロスと、その微小構 造の粗さによる理想よりも低い機械的特性とをもたらす。圧延又は鋳造の次には 、前記ダイに凹部を機械加工しなければならない。これは非常に時間がかかると ともに多大な労力を必要とするプロセスであり、これによってコストが多大とな り、材料ロスも増加する。発明の要旨 ： 本発明は、ダイカスト法、射出成形法等と言った成形部品の製造に使用するた めのダイ及びモールドを製造する方法に関する。この方法は、完成されたモール ド又はダイの凹部形状を決めるための所望の形状のひな形を提供する工程と、前 記ひな形をキャニスタ内に配置する工程と、内部に置かれたひな形を包囲するよ うに選択された粉末状金属でキャニスタの内部を充填する工程と、熱と圧力を加 えることによってキャニスタと粉末状金属を熱間静水圧プレスして、ひな形を包 囲している粉末状金属を圧密化及び高密度化する工程と、ひな形を取り外すため にキャニスタ及び高密化金属を平面に沿って切断し、これによって、高密度化さ れた金属の断面内に所望形状のダイ又はモールドの凹部を提供する工程、とを有 する。図面の簡単な説明 ： 図中、 図１は、キャニスタの中心線に沿った断面図であって、本発明に依り、ひな形 とキャニスタとの間の空隙が粉末によって充填された状態のひな形を図示してい る、 図２は、熱間静水圧プレス後の図１のキャニスタの図であって、その切断線を 示している、 図３は、図１及び２のひな形を除去した状態のダイを示す図、そして 図４は、分離後の圧密化されたダイの斜視図であって、本発明の方法に於いて 使用されるひな形並びに離型プレートを示す。好適実施例の詳細説明 ： 図１に示す本発明の方法は、古典的な機械加工技術に依るスチール製ひな形４ の形成工程を含む。このひな形は、完成されたダイの内部に形成されるべき所望 の凹部の寸法と形状のものである。前記ひな形は、仮付け溶接によってキャニス タ８の底部に固定される。酸化イットリウムのコーティングがひな形４の表面に 施される。別の作業として、キャニスタの充填／脱気用チューブ１と上部２と中 央部とが互いに溶接される。次に、このアセンブリはキャニスタの底部８に溶接 される。 次に、所望のダイ材料の粉末が、充填／真空排気筒状部１の開口部７からキャ ニスタ内に導入される。この例における粉体６は、Ｍ４工具鋼であり、これがひ な形 とキャニスタの内面との間の空隙を満たす。充填／真空排気筒状部１を介して空 気がキャニスタから脱気され、充填／真空排気筒状部１は溶接して閉じられる。 次に、ひな形と粉末を含むキャニスタは、１５，０００ＰＳＩの圧力で、５時間 にわたっで華氏２１７５度で熱間静水圧プレスされる。このプロセスは粉末を圧 密化し、ひな形の周囲に固い成形体を形成する。 ひな形を取り外すために、圧密化されたキャニスタは図２に示すように帯鋸に よって切断される。成形体からひな形の両半分を取り外すと、図３に示されるよ うに、所望のダイ凹部が現われる。 本発明の現時点に於ける一つの好適実施例が図４に図示されている。この実施 例に於いては、ひな形１２の両半分の間に離型用プレート１１が配設されている 。離型用プレート１１は、たとえば１／２インチ厚の炭素鋼で良い。離型用プレ ートは、ひな形１２と一体でも、或いは、ひな形１２にピン止め又は仮付け溶接 しても良い。ひな形は、離型用プレートの厚みを許容するべく、離型用プレート の各側面よりもわずかに大きく形成されている。組み付けられたひな形と離型用 プレートには、窒化ほう素等の離型剤がコーティングされ、その後、キャニスタ １３内に配置される。ひな形／離型プレートをキャニスタの内部に取り付けるの には仮付け溶接又は機械式連結手段が使用される。次に、キャニスタは充填用チ ューブを組み込んだ状態で溶接で閉鎖される。この例では、充填用チューブを介 してＨ１３粉末がキャニスタ内に導入され、次に、キャニスタの脱気及び密封を 行う。１５，０００ＰＳＩの圧力で５時間、華氏２１７５度にて熱間静水圧プレ スすると、前記粉末が固形状に圧密化する。 ひな形の取り外しは、キャニスタの縁部を切断又は穿孔して離型用プレートの 縁部を露出させることによって達成される。次に、ダイの両半分が、ひな形と離 型プレートから分離される。その後、このひな形アセンブリを使用して追加のダ イ又はモールドを作ることができる。 上述した記載が現時点に於いて好適なアプローチではあるが、これには多数の バリエーションが存在し、それらはいずれも当業者にとって明白であろう。これ らのバリエーションとしては、但しそれに限定されるものではないが、ダイに使 用される粉末材料の変更がある。もちろん、この選択は、最終製品としてのダイ 又はモー ルドに要求される特性によって決定されるであろう。工具鋼、ニッケル合金、コ バルト合金、および銅合金として一般的に分類される典型的な材料は使用可能で ある。次に、その使用れる合金に対して、圧密化のパラメータが選択される。 また、ひな形を製造するのに使用される技術には、鍛造、鋳造、又は選択層焼 結（英語で“selected layer sintering”）が含まれる。また、本発明によって 製造されたダイを用いて事前に作られた部品を使用することも可能である。 ここでは、前記圧密化工程中に於いて粉体がひな形に接着することを防止する 離型コーティングとして作用するように、酸化イットリウムをひな形に塗布して おく。その他の離型剤又は拡散バリアを選択しても同様に効果的である。これら には、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化珪素、酸化マグネシウム、 酸化チタン、酸化トリウム、炭化チタン、窒化チタン及び窒化ほう素が含まれる 。或いは、ひな形を酸化又は窒化環境内で熱処理することによって、ひな形状に 離型層を形成することも可能であろう。 以上、本発明の特定の実施例を詳述したが、当業者に於いては、本開示の全体 が教示する内容に照らして、これらの詳細に対し種々の変形及び代替が展開可能 であることが理解されるであろう。ここに記載された現時点に於いて好適な実施 形態は、例示的なものに過ぎず、添付の請求範囲の全領域とそのすべての均等物 とに対して付与されるべき本発明の範囲に関して限定を加えるものではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月９日（１９９８．６．９） 【補正内容】 １１．粉末状金属を最大密度まで熱間静水圧プレスすることによって製造され、 前記熱間静水圧プレス操作中にその内部に形成された所望の形状のダイ凹部を有 する一組のダイからなる再使用可能なダイ又はモールド。 １２．前記粉末状金属は、工具鋼、ニッケル合金、コバルト合金及び銅合金で構 成されたグループから選択される一つである請求項１１のダイ又はモールド。 １３．前記粉末状金属は、Ｍ４工具鋼である請求項１１のダイ又はモールド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 以下の工程を有するダイ及びモールドの製造方法、 ダイ又はモールドの凹部を形成するための所望の形状を有するひな形を提供す る工程、 中空の内部を有するキャニスタを提供する工程、 前記ひな形をキャニスタの前記中空内部に配置する工程、 前記キャニスタに、その内部に置かれた前記ひな形を包囲するように粉末状金 属を充填する工程、 前記キャニスタを熱間静水圧プレスして前記粉末状金属を圧密化及び高密度化 する工程、及び 前記圧密化され高密度化された粉末状金属を切断してひな形の取り外しを可能 にし、これによってダイ又はモールド凹部が提供される工程。 ２． 前記キャニスタの充填工程後に前記キャニスタから空気を脱気する工程と 、前記脱気工程との後で、前記熱間静水圧プレス工程の前に、溶接等によって前 記キャニスタを密封する工程を含む請求項１の方法。 ３． 前記配置工程の前に、前記ひな形の周囲に平坦なプレートを提供する工程 を含み、前記プレートは、前記ひな形から前記キャニスタまで外側に延出し、こ れによって、前記プレス工程の後に前記プレートによって離型用のラインが形成 される請求項１の方法。 ４． 前記熱間静水圧プレス工程中に前記金属粉末が前記ひな形に接着すること を防止するための離型剤を前記ひな形にコーティングする工程を含む請求項１の 方法。 ５． 前記離型剤は、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム 、二酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化トリウム、炭化チタン、窒 化チタン及び窒化ほう素で構成されたグループから選択される一つである請求項 ４の方 法。 ６． 前記離型剤は、前記ひな形を酸化又は窒化雰囲気中に於いて熱処理するこ とによって形成される請求項４の方法。 ７． 前記熱間静水圧プレス工程は、約１５，０００ＰＳＩの圧力、約華氏２１ ７５度の温度で約５時間行われる請求項１の方法。 ８． 前記粉末状金属は、工具鋼、ニッケル合金、コバルト合金及び銅合金で構 成されたグループから選択される一つを有する、ダイ材料用に用いられる粉末状 金属である請求項１の方法。 ９． 以下の工程を有するダイ及びモールドの製造方法、 ダイ又はモールドの凹部を形成するための所望の形状を有するひな形を提供す る工程、 中空の内部を有するキャニスタを提供する工程、 前記ひな形をキャニスタの前記中空内部に載置し、ひな形をキャニスタに固定 する工程、 前記ひな形を酸化イットリウムの層で被覆する工程、 前記ひな形とキャニスタの内面との間の空隙を充填するために、前記キャニス タに粉末状のＭ４工具鋼を充填する工程、 前記キャニスタから空気を脱気する工程、 前記脱気されたキャニスタを溶接によって密封する工程、 前記キャニスタとその中に含まれる粉体とを１５，０００ＰＳＩの圧力と華氏 ２１７５度の温度で５時間にわたって熱間静水圧プレスすることによって、前記 Ｍ４工具鋼の粉末を圧密化及び高密度化する工程、及び 前記圧密化され高密度化された粉末状金属を切断してそこから前記ひな形を取 り外し、ダイ又はモールドの凹部を提供する工程。 １０．前記配置工程の前に、前記ひな形の周囲に平坦なプレートを提供する工程 を含み、前記プレートは、前記ひな形から前記キャニスタまで外側に延出し、こ れによって、前記プレス工程後に前記プレートによって離型用のラインが形成さ れる請求項９の方法。 １１．粉末状金属を熱間静水圧プレスすることによって製造され、前記熱間静水 圧プレス操作中にその内部に形成された所望の形状のダイ凹部を有する一組のダ イからなるダイ又はモールド。 １２．前記粉末状金属は、工具鋼、ニッケル合金、コバルト合金及び銅合金で構 成されたグループから選択される一つである請求項１１のダイ又はモールド。 １３．前記粉末状金属は、Ｍ４工具鋼である請求項１１のダイ又はモールド。