JP2002001457A - 積層金型の構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法精度が高く、積層方向の剛性があり、滑
らかな表面で耐久性のあ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板厚毎
のスライスデータで切断された金属板を順次積層した積
層金型において、３次元曲面形状部と強度部材やガイド
機能部を分け、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。ま
た、３次元CADデータに対し、凸型は表皮板の板厚だけ
内側に、凹型は外側にシフトして金属板を切断した積層
金型で凹型表皮板材、製品加工材、凸型表皮板材を重ね
て成形し、凸型及び凹型に表皮板を固着した金型構造及
びその表皮版の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は板金プレス金型やプ
ラスチック成形金型において、複数の金属板を積層して
なる積層金型構造とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】３次元曲面形状を有する金型の製作は鋳物
や鋼材のブロックを３次元加工機械で切削後、研磨仕上
げしていたが、金型製作費用がかさみ、製作に長期間を
要する問題があった。また、プラスチック成形金型にお
いては冷却水孔やエアー抜き孔を機械加工で加工せざる
を得ないが、その経路や断面形状は制限され、十分な効
果を発揮できないものがあった。

【０００３】積層金型は３次元ＣＡＤデータとレーザ切
断加工のシステム化により効率的に金属板を切断して、
これを順次積層することで安価で短期間に金型を製作で
きることから試作型や少量生産型に採用されるようにな
った（特開平９―１５０２２８）、（特願２０００−０
６０１７２）、（特願２０００−０６０２１５）。しか
し、積層金型には精度面や耐久性等において下記のよう
な問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】積層金型においては高
精度を要する、あるいは微細な形状を有する要精度部の
成形には積層する金属板の板厚の面から積層構造では不
適切である。また、積層する金属板の板厚のバラツキに
よって多数の金属板を積層するうちに積層方向の寸法精
度に誤差を生じる。切断した金属板の平面的に細長い部
分は成形時の加工材の移動による側面方向の力に弱く変
形し易い。加工材と金型材が同質の場合は材料が成形さ
れるときダイアール部が焼き付きを生じたり、早期磨耗
する不具合がある。積層によって形状を形成するため斜
面部では階段状となり加工品によっては階段状をならす
必要が生じ、製作費の増加となる。

【０００５】積層する金属板の平坦度や厚さの不均一か
ら生じる金属板間の僅かな隙間や金属板の表面の凹凸に
よって積層方向の剛性が低下して、製品の寸法精度低下
やプレス成形の押し切り具合を判定しにくい問題があ
る。また大物部品の成形型でパンチホルダー、ダイホル
ダー、ブランクホルダーを１枚の厚鋼板上に直接積層を
すると、積層量が多く前記の剛性低下が顕著であり、製
作費も増大する。

【０００６】従来の鋳物や鋼材のブロックを３次元機械
加工で加工するプラスチック成形金型においては冷却水
孔の加工が制限され型冷却時間が長くなり生産性が低下
することで、生産量によっては複数の金型を必要とする
場合がある。また、所定のエアー抜き孔を加工するには
多大の機械加工工数を要することがある。

【０００７】本発明はこのような実情を鑑みてなされた
もので、積層金型の長所を損なうことなく、高精度・高
剛性で耐久性があり、プラスチック成形型では冷却性の
よいまた、エアー抜き孔の加工が容易な安価で短期間で
製造できる積層金型構造とその製造方法を提供する。

【０００８】

【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。積層構造では成形
困難な要精度部は切削加工や放電加工等で加工された金
属ブロックを部分的に埋金構造とする。積層する金属板
の板厚のバラツキは避けることはできないもので、この
バラツキを補正することが必要である。金属板の板厚を
計算上より薄めのものを使用して、金属板間に充填剤を
塗布したものを一定数積層する毎に狙いの積層高さに加
圧して精度を確保する。あるいは金属板の板厚は計算上
のもとし、積層高さを計測し、誤差が一定量に達すると
誤差分だけ板厚を加味した金属板を使用することで精度
を補正する。

【０００９】形状によって金属板が細長く切断され側面
方向の力に弱い点は隣接する金属板どうしを固着するこ
とで強度を向上させる。又は表皮板で形状部を覆うこと
で側面方向の力に対応すると共にダイアール部の焼き付
き対策や早期磨耗の防止になり、積層による階段状の段
差も解消できる。更に表皮板に硬質クローム鍍金等の表
面処理をして焼き付きの防止や金型の耐久性をより向上
させることができる。またプラスチック成形型では金属
板と表皮板間に低溶融金属を充填して空気層をなくし、
熱伝導をよくして冷却効果を向上させる。表皮板は外周
を積層金属板に溶接したり、内部に接着剤を充填して接
着する。また、必要に応じ表皮板に穴をあけ、栓溶接又
はカシメあるいはスタッドボルトを溶接し、該スタット
ボルトを積層金属板を貫通させてネジで固定する。

【００１０】金属板間の隙間や金属板の表面の凹凸によ
る積層方向の剛性低下に対しては、金属板間に充填剤を
充填して金属板間の空気層を埋めて剛性の向上を図る。
また３次元曲面形状部と強度部材やガイド機能等の汎用
部に分け、ホルダー部は鋳物あるいは製缶加工材で構成
し、３次元曲面形状部のみ積層にすることで積層量を少
なくし前記の剛性低下の減少と金型の製作費の削減を図
る。更にパンチホルダーとダイホルダーの相対する位置
にマーキングパンチを立設して加工材の適当な位置にプ
レス成形が確実に押し切られるとマーキングされるよう
にして押し切りの判定を容易にする。

【００１１】鋳物や鋼材のブロックを切削加工した金型
では冷却水孔やエアー抜き孔の加工も機械加工のため、
その経路や断面形状は制限されるが、積層金型において
は積層する金属板に冷却水孔やエアー抜き孔をデータで
指示することで任意の経路に任意の断面形状に形成で
き、ヒートサイクルタイムを短縮して生産性の高い成形
型を提供できる。反面、積層金型では冷却水の漏洩や内
部が錆易いため防錆塗料を圧入して対応する。エアー抜
きについては積層部に空洞を形成し外部の吸引口に連通
して真空チャンバー構造とする。該真空チャンバーと型
形状部に加工したエアー抜き孔を連通する。

【００１２】積層金属板の積層方法において、積層部を
いくつかのブロックに分割し、各ブロック毎に位置決め
積層、接着溶接してブロックを構成する。各ブロックの
高さを計測し、狙いの寸法との誤差をブロックの積層
時、ブロック間に充填剤又はシムプレートによって補正
する製造方法もある。

【００１３】表皮板の製造方法は積層する金属板の切断
をＣＡＤデータに対し予め表皮板の板厚だけ凸型は内側
に凹型は外側にシフトして切断した金属板で積層した積
層金型で、凸型表皮板材・製品加工材又は製品加工材と
同板厚の軟質材・凹型表皮板材を下から順に重ねて成形
することで簡単に表皮板を加工できる。加圧力や金型強
度の面で一度に３枚を成形できない場合は、前記３枚の
材料を加熱して高温状態で成形するか、凹型表皮板材を
成形後その内側になるように製品加工材を重ねて成形
し、更にその内側に凸型表皮板材を重ねて順次成形す
る。成形した表皮板は金属板の形状に被せて固着する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図１は本発明の板金プレス金型の実施例で、３
次元曲面形状部のみ積層構造とし、他の強度部材やガイ
ド機能部は鋳物製としている。パンチホルダー１上に凸
型の金属板１１を、ダイホルダー２上に凹型の金属板１
２を、ブランクホルダー３上にはブランクホルダー用の
金属板１３をそれぞれ積層している。

【００１５】積層構造では成形困難な要精度部は部分的
に切削加工や放電加工等で加工した金属ブロックの埋金
５、６を埋めこむ。

【００１６】図１の金属板の積層において、金属板１
１、１２、１３の板厚のバラツキを補正するため金属板
間に充填剤１１ａ、１２ａ、１３ａを塗布して積層し、
加圧して所定の高さ精度にした積層構造を示す。

【００１７】図２の実施例は金属板１１ｂを積層して積
層高さを測定し、所定の高さに対して積層高さの誤差が
０、１ｍｍに達すると板厚の異なる金属板１１ｃで補正
している。

【００１８】図３の実施例では積層金属板は３次元ＣＡ
Ｄデータより表皮板２４、２５、２６の板厚分シフトし
て切断したもので、該金属板２１、２２、２３を積層し
その形状部に表皮板２４、２５、２６を固着し、金属板
と表皮板間に低溶融金属としてハンダ３１、３２を充填
したものを示す。表皮板２４、２５、２６には硬質クロ
ーム鍍金処理をして金属板２１、２２、２３に溶接して
固着する。固着力を強化するため、必要に応じ表皮板に
穴をあけ金属板と栓溶接したり、カシメピン４５で積層
板にカシメあるいは積層板を貫通したスタッドボルト２
９の一端を表皮板に溶接し、他端をパンチホルダー１側
からネジ止めしている。

【００１９】図１に示すように加工品に支障ない個所等
に、パンチホルダー１及びダイホルダー２からマーキン
グパンチ５ａ、６ａを立設し、プレス成形が確実に押し
切られたときマーキングされるようシムで高さ調整され
たマーキングパンチ５ａ、６ａを設けた例を示す。

【００２０】図４の凸型は冷却水孔の構造を示す。積層
する金属板３１に形状切断時に冷却水孔もデータ化して
加工しておけば３５（３６は異なる断面の冷却水孔)の
ように任意の経路に任意の形状の冷却水孔が形成でき
る。図４の凹型はエアー抜き孔の構造を示す。冷却水孔
と同様に金属板に加工したものを積層して、多数のエア
ー抜き孔３９を真空チャンバー３８に集め排気口３７か
らエアーを吸引する。冷却水孔及びエアー抜き孔は必要
に応じて凸型・凹型共に加工可能である。

【００２１】図５は凸型の冷却水孔内面に防錆塗料の塗
布方法で、図（ａ）のように金型を反転して製品３０を
加圧した状態で防錆塗料３５ａをポンプ４０で注入し、
排水口３４から塗料が溢れ出ると排水口を塞ぎ、ポンプ
４０で加圧する。加圧して１〜１０分間後加圧をやめ、
図（ｂ）のように再度凸型を反転してポンプ４０を取り
外し、排水口３４を解放して防錆塗料を流出させる。流
出が終わると、給水口３３から低圧の圧縮空気を送り、
余分な塗料を排出する。

【００２２】図６は金属板の積層方法で、（ａ）は凸型
の積層部を３ブロック１１ｄ、１１ｅ、１１ｆに分割
し、金属板間に充填剤を塗布して基準ピン接合時の基準
穴４２を有する基準ピン４１に嵌入し、積層・加圧を繰
り返し、積層後溶接固定してブロック１１ｄ、１１ｅ、
１１ｆを製作する。該ブロック１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ
の高さを計測し、狙いの値との誤差をブロック１１ｄ、
１１ｅ、１１ｆを（ｂ）のように積み重ねるとき各ブロ
ック間に充填剤とシムプレート４４で補正している。パ
ンチホルダー１及び各ブロック間には位置決めピン４３
を嵌入している。

【００２３】図７は板金プレス金型の表皮板の製造方法
を示す。３次元ＣＡＤデータより表皮板の板厚だけ凸型
は内側にシフトして切断した金属板２１、２３と、凹型
は外側にシフトして切断した金属板２２を積層した積層
金型に、下から凸型表皮板材２４ａ・製品加工材２０ａ
・凹型表皮板材２５ａの順に重ねてプレス成形する。凸
型表皮板は分割点に沿って切断し、図３のように表皮板
２４は金属板２１に、表皮板２６は金属板２３に、表皮
板２５は金属板２２に溶接する。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載されるような効果がある。

【００２５】積層構造では成形できない微細な形状も機
械加工した金属ブロックを部分的に埋金にした積層金型
とすることで成形できる。

【００２６】積層する金属板の板厚にバラツキがあって
も金属板間の充填剤の厚さ調整、又は積層高さを計測し
誤差分を加味した板厚の金属板を積層することで精度の
高い積層金型を加工できる。

【００２７】積層して形成した形状部に表皮板を貼り付
けることで、側面方向の力に対する剛性が向上し、かつ
ダイアール部の焼き付きやアール部の早期磨耗が防止で
きる。また、表皮板に表面処理を施すことで成形性が向
上すると共に金型の耐久性も向上する。プラスチック成
形のおいては積層による階段状の段段のない滑らかな表
面の製品が加工できる。

【００２８】積層する金属板間に充填剤を充填すること
で積層方向の剛性が高まり、精度の高い製品が成形でき
る。また３次元曲面形状部と強度部材やガイド機能部に
分け、３次元曲面形状部のみ積層構造とすることで積層
部を減らし、剛性の低下を少なくすると共に金型製作費
を削減できる。またプレス加工においてはマーキングの
有無で容易に押し切り状態が確認できる。

【００２９】プラスチック成形金型においては積層金型
にすることで冷却水孔の経路や形状が自在に加工でき、
型形状部を均一に短時間で冷却できるので製品の不良が
少なく、また生産タクトが向上し、大量生産においても
少ない金型数で対応できる。エアー抜き孔の加工も機械
加工に比べ安価に効率のよいものができる。

【００３０】表皮板の製作において、積層した自分の金
型で表皮板を成形できるので精度の高い表皮板が小コス
トで短時間で成形できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層金型構造を示す断面図。

【図２】積層金型構造を示す部分断面図。

【図３】表皮板を固着した積層金型構造を示す部分断面
図。

【図４】冷却水孔、エアー抜き孔を有する積層金型構造
を示す断面図。

【図５】冷却水孔の防錆塗料塗布方法を示す断面図。

【図６】積層金型の積層方法を示す断面図。

【図７】表皮板の製造方法を示す断面図。

【符号の説明】

１、７ パンチホルダー ２、８ ダイホルダー ３ ブランクホルダー ４ ガイド 埋金 ５ａ、６ａ マーキングパンチ １１、２１、３１ 凸型積層板 １１ａ、１２ａ、１３ａ 充填剤 １２、２２、３２ 凹型積層板 ２０、３０ 製品 ２６ 表皮板 ２７、２８ ハンダ ２９ スタッドボルト ３５、３６ 冷却水孔 ３８ 真空チャンバー ３９ エアー抜き孔 ４１ 基準ピン ４４ シムプレート ４５ カシメピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 久男 広島市西区己斐中３丁目34番21号 (72)発明者 穴山 敏文 広島県安芸郡府中町柳ケ丘41番６号 Ｆターム(参考） 4E050 JA01 JB10 JC01 JC02 JC03 JD03 JD06 4F202 AJ02 CA30 CB01 CD16 CD30

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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金属板を順次積層した積
   層金型において、３次元曲面形状部と強度部材やガイド
   機能等の汎用部に分け、３次元曲面形状部のみ積層構造
   としたことを特徴とした積層金型構造。
2. 【請求項２】 要精度部は機械加工した金属ブロックを
   埋金構造とした請求項１記載の積層金型構造。
3. 【請求項３】 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金属板を順次積層した積
   層金型において、金属板間に充填剤を充填して加圧し、
   金属板厚さのバラツキを補正したことを特徴とした積層
   金型構造。
4. 【請求項４】 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金属板を順次積層した積
   層金型において、金属板の積層高さの誤差が一定量に達
   すると板厚の異なる金属板で積層高さを補正したことを
   特徴とした積層金型構造。
5. 【請求項５】 ３次元ＣＡＤデータに対し、凸型は表皮
   板の板厚だけ内側に凹型は外側にシフトして金属板を切
   断して積層を成し、形状部に表皮板を固着したことを特
   徴とした積層金型構造。
6. 【請求項６】 表皮板に表面処理を施した請求項５記載
   の積層金型構造。
7. 【請求項７】 積層した金属板と表皮板間に低溶融金属
   又は接着剤を充填した請求項５又は６記載の積層金型構
   造。
8. 【請求項８】 表皮板をカシメピンによるカシメ又はス
   タッドボルトとの溶接により機械的に金属板あるいはホ
   ルダー部に結合した積層型構造
9. 【請求項９】 ダイホルダーとパンチホルダーの相対す
   る位置にマーキングパンチを立設し、加工材の適当な位
   置に製品を加圧して確実に加圧されたときマーキングが
   成されるよう高さ設定されたマーキング手段を有する請
   求項１乃至８記載の積層金型構造。
10. 【請求項１０】 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金属板を順次積層した
    積層金型において、積層する金属板に冷却水孔が連なり
    任意の経路に凹凸によって冷却面積を大きくした断面形
    状の冷却水孔を加工した積層金型構造。
11. 【請求項１１】 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金属板を順次積層した
    積層金型において、積層部に形成した空洞を外部の吸引
    口に連通させ、該空洞から型形状面部は小さくて途中か
    ら流量抵抗の少ない大きさのエアー抜き孔を連通させた
    積層金型構造。
12. 【請求項１２】 冷却水孔に防錆塗料を注入し、加圧後
    内部に残った防錆塗料を抜き取った積層金型の冷却水孔
    の処理方法。
13. 【請求項１３】 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金属板を順次積層した
    積層金型において、積層部をいくつかのブロックに分
    け、積層金属板に面方向の基準ピン穴を設け、該基準ピ
    ン穴に基準ピン接合基準穴を有し、かつ高さ方向の基準
    高さともなる基準ピンを嵌入し積層、接着溶接して固定
    化したブロックを構成し、各ブロックの高さ精度を計測
    してその誤差をブロック間の接合時に充填剤又はシムプ
    レートで補正する積層金型の製造方法。
14. 【請求項１４】 ３次元ＣＡＤデータに対し、凸型は表
    皮板の板厚だけ内側に凹型は外側にシフトして金属板を
    切断して積層を成した積層金型に、凸型表皮板材、製品
    加工材、凹型表皮板材を下から順に重ねて成形、あるい
    は一枚ずつ凹型表皮板材、製品加工材、凸型表皮板材の
    順に加えて成形した表皮板の製造方法。