JP2005095918A - 積層金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層した金属板の先端まで強力に結合することで、結合強度を向上させ、金型の強度・剛性を高め、積層金型の活用範囲を拡大する。
【解決手段】 積層した積層ブロックを加圧装置に入れ、球状物体で埋め込み、その上から加圧板を弾性体で加圧することで熱膨張やろう材流出で寸法変化による加圧力の変化を少なくし、積層ブロック全面を静水圧的に加圧し、加熱炉に入れ適切な雰囲気で接着剤による結合や拡散結合あるいはろう付け結合後、ＮＣ加工機で段差を除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は板金プレス金型や樹脂成形金型において、複数の金属板を積層してなる積層金型の製造方法に関する。

積層金型は薄板を３次元ＣＡＤデータから金属板の厚さ毎のスライスデータによりレーザカッター等で形状を切断し、順次積層して３次元形状を形成することで短期間で安価な金型を製造できることを特徴としていた。しかし、製品形状が緩やかな傾斜部では、形状をＮＣ加工すると金属板の先端がナイフエッジ状になり、金属板の先端がダレて成形品に金属板の形状線が転写されて外観品質において見栄えに劣る。金型の細い凸形状等が金属板の結合力不足で剥離するなどの問題があった。また金属板の結合力不足で樹脂成形型においては、金属板間から冷却水が漏れたり金属板間に樹脂が侵入して成形不能となる問題があった。
特開２０００−３２９０３０

金属板の先端がダレる原因は金属板をろう付けするとき、金属板間にろう材を挟んで積層し、上下面から加圧して加熱した場合、緩やかな傾斜部では金属板の先端部は加圧力が不足し、空洞になったり、ろう材が厚い層になっていた。また、レーザカッターで切断したとき金属板にカエリが発生し、カエリ取りが不十分だと金属板の先端が浮き上がり、更に条件を悪くしていた。はんだのような軟らかいろう材が厚い層になると、成形品加工時にはみ出して金属板の先端がダレてワークに金属板の形状線が転写され、積層金型の適用範囲が限定されていた。

金属板の先端を確実に結合するには、金属板の先端まで確実に加圧することが必要である。また金属板の結合強度を向上させるには強度及び硬度の高いろう材によるろう付け、あるいは拡散接合とすることが望ましい。またレーザカッターで発生した金属板のカエリ取りを確実にすることは多大の工数を要するため、カエリ取りなしでも金属板の結合強度を確保したい。金属板の結合強度を向上することが積層金型の活用範囲を拡大するかぎとなる。

積層した金属板の先端まで確実に加圧するには、積層ブロックの形状に沿って均等に加圧力を伝える流体が望ましいが、流体ではシールが困難で更に高温に加熱するため使用できない。積層ブロックを型枠の中に入れ、流体に近い小径の球状物体で埋め込み、上から加圧することで、金属板の先端まで確実に加圧できる。球状物体として６００度Ｃ程度までのろう付けやアルミ材の拡散接合には鋼球を、それ以上の温度ではセラミック（碍子）やクロム合金球などの拡散接合されない材料を使用する。積層ブロックを乗せるベースプレートや加圧装置の側枠、締め付けボルト、加圧ボルトは拡散接合されないよう材質選定や表面処理をする。

金属板をレーザカッターで切断時発生するカエリについては、切断した金属板を反転してカエリを上向きにすることで解決できる。このため金属板はスライスデータに対し、対称な形状に切断する。形状が垂直部では、下側になる金属板をスライスデータより大き目に切断し、カエリの上に金属板が乗らないようにして段差切削時に製品形状に加工する。

積層ブロックを加圧して加熱炉で加熱する時、温度変化によって積層ブロックや加圧装置の構成部品の熱膨張で、加圧力が変化する。またろう付けの場合はろう材の流出によって積層ブロックが縮む。加圧力の変化を少なくするため、はんだのような溶融温度の低いろう材の場合は、バネを介して加圧する。拡散接合や溶融温度の高いろう材を使用する場合は、加圧装置の上部板から上方に薄肉パイプ状の外筒を突出させ、その上端に加圧ボルトを装着し、加圧ボルトと加圧板上面間に加圧棒を入れて加圧ボルトを締めて加圧する。外筒及び加圧棒の長さを長くし、加圧棒の材質を熱膨張係数によって選択することで、応力変形と熱膨張によって加圧力の変化を少なくする。

金属板の先端まで接合強度が向上すると、板金プレス加工では金型強度・剛性が向上することで、成形品の精度・外観品質も向上し、鋳物製金型に劣らない成形品が得られる。
また複雑な形状の削り出しや改造変更への対応もできる。プレス加工の自動化装置の内臓を必要としない金型では製品の生産量や外観品質に関係なく広く活用できるようになり、金型製作期間短縮に加え大きな効果となる。また樹脂成形加工用金型においても、一体ブロックから削り出した金型に相当する成形品が成形でき、型冷却性能向上で生産速度が向上し、金型製作期間短縮に加え大きな効果となる。

積層ブロックの各金属板の先端まで均等に加圧して、ろう付けあるいは拡散接合することで積層ブロックは鋳造品あるいは一体のブロックから削りだした金型素材に相当するものとなる。この積層ブロックを短期間に安価に製作可能である。

以下本発明の詳細を図面を参照に説明する。図１は本発明の積層金型の製造方法の中で積層ブロックの加圧方法を示す。３次元ＣＡＤデータから板厚毎のスライスデータでレーザカットした金属板をベースプレート２上に基準ピン１４を基準に積層された積層ブロック３を形成する。積層ブロック３を乗せたベースプレート２を下部板１上に置き、側枠４の下側を固定する。球状物体（セラミック球）５で積層ブロック３を埋め込み上面を平らにして加圧板６をセットし、側枠４の上に上部板７を固定する。加圧ボルト９を均等に締めて、加圧棒１０、加圧板６セラミック球５を介して積層ブロック３の全面を静水圧的に加圧し、真空・加熱炉で拡散接合する。積層ブロック３を結合後ＮＣ加工機でＮＣ加工データにより、製品形状１３に切削する。

上部板７には外筒８の下部が上部板７を貫通して固着してあり、外筒８の上部には雌ねじが加工され、加圧ボルト９を装着し、該加圧ボルト９によって外筒８の中に通した加圧棒１０を介して加圧板を加圧する。積層ブロック３を加熱するとき、熱膨張やろう材の流出で加圧力の変化を少なくするため、外筒８や加圧棒１０を長くし、加圧棒１０の熱膨張係数によって材質選定で熱膨張と応力変形を利用している。

図２は、はんだ等の溶融温度の低いろう材を用いたろう付けの結合の場合は、球状物体は鋼球５ａとし、加圧板６ａと上部板７ａの間にバネ１２を入れ加圧ボルト９ａで締め付ける。

図３の（ａ）は金属板をレーザカットするときスライスデータに対し対称の形状に切断し、カエリ取りをしないで反転して積層した例を示す。図３（ｂ）は従来の切断及び積層の方法で、カエリ取が不十分な場合は金属板にカエリ１１が乗り、金属板先端が浮き上がる。

図４は従来の加圧方法で、加圧装置１６，１７で加圧するが、積層ブロックを幾つかに分割しても、緩やかな傾斜部の金属板先端部Ａは金属板の片面は大気圧のため加圧力が不足し空洞が発生したり、ろう材の厚い層となる。また上部側と下部側では面圧の差が大きく、単位当たりの面圧差によってろう材の層厚が異なり、製品形状が変化する。

積層ブロックの加圧方法を示す断面図。（実施例１） 積層ブロックの加圧方法を示す断面図。（実施例２） 積層ブロックの部分断面図。（実施例３） 従来の積層ブロックの加圧方法を示す側面図。

符号の説明

１ 下部板
２、２ａ ベースプレート
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 積層ブロック
４ 側枠
５、５ａ 球状物体
６ 加圧板
７、７ａ 上部板
８ 外筒
９、９ａ 加圧ボルト
１０ 加圧棒
１１ カエリ
１２ バネ
１３ 製品形状

Claims (4)

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によりレーザカッターで切断した金属板をベースプレート上に基準ピンを基準に順次積層し、加圧装置の下部板上に積層された積層ブロックを置いて側枠を固定し、球状物体（セラミック球、鋼球あるいはクロム合金球等）によって積層ブロックを埋め込み、球状物体の上面を平らにならして加圧板をセット後、上部板を固定して加圧ボルトを均等に締め付けて静水圧的に加圧して加熱炉に入れ、真空状態で加熱して拡散接合により金属板を結合し、結合後形状部段差をＮＣ加工で除去する積層金型の製造方法。
2. 金属板積層時、金属板間にろう材を挟み順次積層して、大気圧あるいは真空状態でろう付けにより金属板を結合した請求項１記載の積層金型の製造方法。
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に対し、対称の形状にレーザカッターで切断した金属板を反転してベースプレート上に基準ピンを基準に順次積層し、積層ブロックを結合した請求項１、又は２記載の積層金型の製造方法。
4. 加圧板及び球状物体を介して積層ブロックを加圧するとき、上部板から上方に突出した外筒の上端に加圧ボルトを装着し、該加圧ボルトを締め付けて外筒の中に通した加圧棒を介して加圧板上面を加圧し、温度による積層ブロックの高さの変化に追従して加圧するよう外筒や加圧棒の応力変形や熱膨張を利用した請求項１、又は２記載の加圧装置
   

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