JP2879696B2 - 雌雄形状対の同時創成加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プレス成形用金型などに求められる雌雄一
対の形状を創成するための加工方法に関するもので、特
に、放電加工あるいは電解加工のように工具電極を用い
て加工する雌雄形状対の創成加工方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 金属板のプレス成形や肉厚の均一なプラスチック製品
の射出成形を行う場合などには、一定のクリアランスを
もって対向する雄型と雌型とからなる金型が用いられ
る。したがって、その金型には、互いに対応する雌雄一
対の形状を加工することが必要となっている。

そのような雌雄形状対を加工する場合、従来は主とし
て切削加工によって行うようにしていた。そして、雌型
のように切削加工が困難な形状については、形彫り放電
加工を用いるようにしていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、そのような加工方法では、雄型と雌型
とは別個に加工せざるを得ないので、金型などに要求さ
れる均一なクリアランスを得ることは極めて難しい。

また、形彫り放電加工によって雌型を加工する場合に
は、通常、工具電極として総形電極が用いられるが、そ
のような総形電極は製作に非常な手間やコストがかかる
という問題がある。形彫り放電加工法には、単純形状電
極を用いてNC放電加工機により加工する方法もあるが、
そのような方法では、放電加工時の放電面の面積が小さ
い場合が多いので、加工能率が低く、粗取り加工等の大
電流加工には適さない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、任意の形状で均一なクリアランスを
有する雌雄一対の三次元形状を効率よく創成することの
できる創成加工方法を得ることである。

また、本発明の他の目的は、雄形状と雌形状とを同時
に創成することのできる雌雄形状対の同時創成加工方法
を得ることである。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明では、形状が既知
である単純形状の雄型素材と雌型素材とを交互に工具電
極として用い、その電極によって他方の素材を加工する
ようにしている。

すなわち、あらかじめ形状が既知であるごく単純な形
状の雄形状用の素材と雌形状用の素材とを用意する。そ
して、それらの素材を互いに対向させ、まず、一方の素
材、例えば雄型側の素材を工具電極として、雌型側の素
材を放電加工あるいは電解加工によって加工する。その
加工は、そのときの雄型素材の形状、すなわちそのとき
の工具電極の形状で雌型の目標とする最終形状に干渉せ
ずに加工できるところまで行う。次いで、電極極性を反
転させ、前工程で加工された雌型素材を今度は工具電極
として、その電極により、それまで工具電極とされてい
た雄型素材を、その目標最終形状に干渉せずに加工でき
るところまで加工する。更に、電極極性を反転させ、加
工された雄型素材を工具電極として、再び雌型素材を同
様に加工する。このようにして、互いに加工し合うこと
を繰り返す。

（作用） このように、電極極性を反転させながら、一方の素材
を工具電極として他方の素材を加工することを交互に繰
り返していくと、やがて目標とする雌雄一対の形状に収
束する。すなわち、雌雄一対の形状が同時に創成され
る。したがって、そのクリアランスも均一に精度よく仕
上げられる。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

まず、単純化するために、第１図に実線で示されてい
るような矩形状の雄型素材１と雌型素材２とから、破線
で示されているような半円と半楕円とを組み合せた目標
最終形状を創成する二次元的な実施例について説明す
る。素材1,2の形状はあらかじめ既知であり、雄型及び
雌型の目標最終形状のクリアランスは均一なものとす
る。

このような雌雄形状対を創成加工するときには、その
素材1,2の一方を工具電極、他方を工作物として、その
工具電極により放電加工を行う。ここでは、最初に雄型
素材１を工具電極として、雌型素材２を加工するものと
する。

まず、雌型素材２を加工するのに必要な工具電極経
路、すなわち雄型素材１の移動経路を生成する。そのた
めに、第１図に示されているような、工具電極となる雄
型素材１の輪郭線上に原点を持つ移動座標系を考える。
ある時点での移動座標系の原点、すなわち雄型素材１の
輪郭線上の一点が、雌型の目標最終形状に干渉せずに動
くことのできる経路は、そのときの移動座標系で表した
雌型の目標形状である。したがって、移動座標系を雄型
素材１の輪郭線に沿って動かし、第２図に示されている
ようにそのときの移動座標系で雌型の目標形状群を表す
と、その目標形状群の包絡線PQR内の領域が、工具電極
である雄型素材１を雌型の目標形状に干渉せずに動かす
ことのできる領域となる。すなわち、その包絡線PQR
が、雌型素材２の加工用の工具電極経路となる。

そこで、雄型素材１と雌型素材２とを対向させ、この
ようにして生成された工具電極経路を用いて、その経路
を必ずたどるように工具電極である雄型素材１を移動さ
せ、雌型素材２を放電加工する。例えば第３図に示され
ているように雄型素材１をその工具電極経路PQRに沿っ
て移動させると、雌型素材２は移動させた雄型素材１の
包絡線に沿う形状に加工される。

このようにして、雌型素材２は、そのときの工具電極
である矩形の雄型素材１では雌型の目標形状に干渉せず
に加工できるところがなくなるまで加工され、第４図
（Ａ）に示されている形状に修正される。そのときの工
具電極経路を第５図（１）に示す。

次いで、電極極性を反転し、そのように形状修正され
た雌型素材２を工具電極として、逆に雄型素材１を放電
加工する。その場合には、上述の場合と同様に考えて、
改めて雄型素材１加工用の工具電極経路を生成する。そ
の経路は第６図（１）のようになる。そして、その工具
電極経路をたどるように雌型素材２を移動させ、雄型素
材１を加工する。すると、雄型素材１は第４図（Ｂ）に
示されている形状に修正される。

このようにして、そのときの工具電極である雌型素材
２では雄型の目標形状に干渉せずに加工できるところが
なくなるまで加工を行った後、再び電極極性を反転させ
て雄型素材１を工具電極とする。そして、同様にして生
成された第５図（２）の工具電極経路を用いて雄型素材
１を移動させ、その雄型素材１により工作物である雌型
素材２を放電加工する。それによって、雌型素材２は第
４図（Ｃ）に示されているように形状修正される。

以下、同様に工具電極経路を生成し、電極極性を切り
換えながら、素材1,2を交互に加工することを繰り返
す。第４図（Ｄ）は、第４図（Ｃ）の雌型素材２を工具
電極として、２回目の形状修正を行った後の雄型素材１
の形状を示すものである。また、第４図（Ｅ）は、第４
図（Ｄ）の雄型素材１を工具電極として雌型素材２の３
回目の形状修正を行った後の形状を示すものである。

このような加工のシミュレーションを行った結果、こ
の実施例の場合には、雄型、雌型とも４回の形状修正
で、第４図（Ｆ）に示されているように目標とする最終
形状に収束することが確認された。

第５図（３），（４）は３回目、４回目の雌型素材加
工用工具電極経路、すなわち雄型素材１の移動経路を示
すものであり、第６図（２），（３），（４）は２回
目、３回目、４回目の雄型素材加工用工具電極経路、す
なわち雌型素材２の移動経路を示すものである。第5,6
図から、加工が進むにつれて工具電極経路が一致してゆ
く様子が分かる。工具電極経路は雄型素材１と雌型素材
２との相対運動の経路を表しているので、上述のような
加工を繰り返して行えば、雌型素材加工用の工具電極経
路と雄型素材加工用の工具電極経路とは目標最終形状に
達した時点で互いに一致するはずである。したがって、
毎回の加工ごとに、例えば雄型素材１の形状修正の直後
に、その際の工具電極経路を前段の雌型素材２の形状修
正用工具電極経路と比較するということを行えば、その
形状誤差が許容範囲よりも小さくなったとき、目標形状
に収束したとみなすことができる。そこで、その状態に
達したところで加工を終了する。

以上の工程をフローチャートで表せば第７図のように
なる。

この加工方法は、素材1,2自体を工具電極として加工
してゆくものであるので、電極製作の必要がない。ま
た、雄型素材１と雌型素材２とが同時に同じ機械によっ
て加工されるので、そのクリアランスを均一に精度よく
仕上げることができる。したがって、この加工方法を金
型製作に適用すれば、形状創成から仕上げ、型合わせま
での工程を１台の放電加工機に行わせることが可能とな
る。すなわち、素材1,2を用意するのみで、金型製作の
全工程を一貫して全自動で行うことが可能となる。しか
も、CAD/CAMシステムと組み合せることによって、高能
率でフレキシブルな三次元形状の創成も可能となる。

また、この加工方法は、一対の素材の最初の形状が既
知でありさえすれば行うことができるので、薄板積層構
造を有する積層金型の段差除去に適用することができ
る。

積層金型は、第８図に示されているように、レーザ切
断して輪郭形成した多数枚の薄板3,3,…を積層し、拡散
接合して雄型素材４及び雌型素材５を形成した後、その
板厚に相当する表面の段差を除去することによって完成
されるものである。そのような積層金型によれば、冷却
水用の流路を自在に巡らすことができ、冷却効率の高い
金型とすることができるので、成形サイクルを短くする
ことができ、更に、成形品の精度を向上させることがで
きる等の利点がある。しかしながら、従来はその段差除
去を切削加工によって行うようにしていたので、容易に
加工することができるという積層金型の特徴が損なわれ
ていた。そのために、その除去工程の合理化が大きな課
題となっていた。

このような積層金型の段差除去は、上記実施例のよう
な雄雌形状対の同時創成放電加工法を適用することによ
って容易に行うことができる。

すなわち、その素材4,5の形状は、薄板の厚さ及びそ
の薄板をレーザ切断するときのNCプログラム等から既知
である。そこで、まず、雄型素材４の最初の形状及び雌
型素材５の目標最終形状（第８図破線）から、雄型素材
４を工具電極として雌型素材５を加工するのに必要な工
具電極経路を生成する。その工具電極経路は、上記実施
例の場合と同様に、雄型素材４の輪郭線上に原点を有す
る移動座標系を考えることによって求めることができ
る。次いで、その工具電極経路に沿って工具電極として
の雄型素材４を移動させ、雌型素材５の目標形状に干渉
することなく加工できるところまで雌型素材５を放電加
工して、その形状を修正する。第９図は、このようにし
て雌型素材５の形状修正を１回行った後の形状を示すも
のである。

次に、このように形状修正された雌型素材５を工具電
極として、雄型素材４を放電加工する。更に、その雄型
素材４を工具電極として、雌型素材５を加工する。この
ような加工を繰り返せば、雄型素材４及び雌型素材５の
形状は目標最終形状に近づいていく。第10図は、雄型素
材４及び雌型素材５をともに５回ずつ形状修正した後の
形状を示すものである。この実施例の場合には、形状修
正を19回行うことによって第11図に示されているような
形状に収束し、ほぼ目標の形状が得られることが確認さ
れた。

このように、本発明を適用することにより、積層金型
の段差除去が放電加工によって能率よく行われるように
なる。

なお、以上の実施例では、放電加工によって各素材を
加工するものとしているが、同種の材料同志の加工とな
るため、放電加工では電極消耗が大きい。そして、その
電極消耗が加工の進行とともに形状の誤差を蓄積させる
ので、実際の加工時にはある程度の加工誤差が生ずるこ
とは避けられない。そこで、この加工方法を電解加工に
よって行うことが考えられる。そのようにすれば、電極
消耗の問題は解消され、加工速度の面でも有利となる。

また、この加工方法は、金型製作のほか、対をなす機
械要素や構造部品の製作などにも用いることができる。

更に、雄型及び雌型間のクリアランスが均一な場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限られるものではな
い。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、雄
型素材と雌型素材との一方を工具電極として、他方の素
材を目標最終形状になるべく近くなるように加工した
後、電極極性を反転させ、加工された素材を工具電極と
して電極側であった素材を加工するということを繰り返
すようにしているので、工具電極を別途製作することな
く、目標形状の雌雄形状対を創成加工することができ
る。したがって、その加工コストを低減させることがで
きる。しかも、雄型と雌型とが同時に同じ機械で加工さ
れるので、クリアランスが均一となるようにして精度よ
く仕上げることができる。そして、それによって、雌雄
形状のすり合わせまでを同一の機械で行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法により加工される素材及びその
目標最終形状の一例を示す説明図、 第２図は、その方法において用いられる工具電極経路の
生成の考え方を説明するための説明図、 第３図は、その経路に沿って雄型素材を移動させること
により加工される雌型素材の状態を示す説明図、 第４図は、その方法に従って加工されていく雄型素材及
び雌型素材の形状を示す説明図、 第５図は、その方法により雌型素材を加工するための雄
型素材の移動経路を示すグラフ、 第６図は、その方法により雄型素材を加工するための雌
型素材の移動経路を示すグラフ、 第７図は、その方法を示すフローチャート、 第８図は、本発明の方法が適用される積層金型の素材及
びその目標最終形状を示す説明図、 第９〜11図は、第８図の素材が形状修正されていく状態
を示す説明図である。 １……雄型素材、２……雌型素材 ３……薄板、４……雄型素材 ５……雌型素材

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】形状が既知である単純形状の雄型素材及び
   雌型素材を用意し、 これらを対向させ、一方を工具電極、他方を工作物とし
   て、工作物側の素材をその目標最終形状に干渉せずに加
   工できるところまで加工し、 次いで、電極極性を反転させ、前工程で加工された工作
   物側の素材を工具電極として、電極側であった素材をそ
   の目標最終形状に干渉せずに加工できるところまで加工
   し、 再び電極極性を反転して、前工程で加工された素材を工
   具電極として他方の素材を加工することを繰り返し、 各素材を目標とする雌雄一対の形状に収束させることか
   らなる、 雌雄形状対の同時創成加工方法。
2. 【請求項２】前記雄型素材及び雌型素材を、輪郭切断さ
   れた多数枚の薄板を積層することによって形成すること
   を特徴とする、 請求項１記載の雌雄形状対の同時創成加工方法。
3. 【請求項３】前記加工を放電加工によって行うことを特
   徴とする、 請求項１又は２記載の雌雄形状対の同時創成加工方法。
4. 【請求項４】前記加工を電解加工によって行うことを特
   徴とする、 請求項１又は２記載の雌雄形状対の同時創成加工方法。