JP3784539B2 - 金型の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス加工や射出成型加工、その他の加工に用いられる金属製の型すなわち金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金型の製造にあたっては、まず、鋳造によって型素材が成型される。その後、型素材に仕上げ加工が施され、製品加工に適した金型が提供される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
鋳造にあたっては、金型の発泡樹脂モデルが成形され、その発泡樹脂モデルが砂型に埋め込まれる。その砂型に溶融鋳鉄が流し込まれると、発泡樹脂モデルが焼き出され、砂型内のキャビティが溶融鋳鉄で満たされる。砂型内の鋳鉄が冷えると、型素材ができあがる。このように型素材の鋳造加工には多大な工程が必要とされ、結果的に金型製作のためのリードタイムは長くなってしまう。
【０００４】
また、仕上げ加工には例えばプレストリム加工用のエッジ（打ち抜き刃）仕上げ加工が含まれる。このエッジ仕上げ加工では、例えば特開平８−５７５５９号公報に本出願人が提案するように、溶接トーチが取り付けられたＮＣ加工機のテーブル上に型素材が設置される。溶接トーチを用いて型素材のエッジに溶着ビードの肉盛加工が施される。そのエッジで溶着ビードが研摩加工され、打ち抜き刃に仕上げられる。脆い鋳鉄に代わって硬い打ち抜き刃が形成されるのである。しかしながら、このエッジ仕上げ加工では、成型された型素材をＮＣ加工機のテーブル上に持ち上げなければならない。特に、自動車の外板といった大型部品の製造に用いられる型素材は重く、型素材を運搬するだけでも多大な労力が必要とされてしまう。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、金型製作のリードタイムを短縮することができる金型の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、型素材の運搬頻度を極力低減することができる金型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、金型の形状を表現する形状データに基づいて、溶着ビードを用いて金型を造形する工程を備えることを特徴とする金型の製造方法が提供される。
【０００７】
かかる金型の製造方法によれば、鋳造を経ずに金型を製作することが可能となる。したがって、鋳造に必要とされる多大な工程を省略することができ、結果的に金型製作のためのリードタイムを短縮することができる。しかも、溶着ビードは、一般に、鋳造に用いられる鋳鉄に比べて強いことから、金型の薄肉化ひいては金型材料の節約や金型の軽量化に寄与することができる。
【０００８】
特に、前記金型は、後工程で仕上げ加工が施される型素材として造形されてもよい。例えば、後工程の仕上げ加工で金型に鋭利なエッジを形成する必要がある場合には、従来の肉盛工程といった付加的加工を実施することなく、溶着ビードを用いて硬いエッジを形成することが可能となる。
【０００９】
前記溶着ビードは、ＮＣ加工機に取り付けられた溶接トーチから供給される溶加材によって形成されればよい。ＮＣ加工機に供給されるＮＣデータを用いて溶接トーチを移動させることにより、比較的高い精度で金型や型素材を製作することができる。しかも、前記型素材として金型を造形した場合には、溶接トーチに代えて切削工具や研磨工具をＮＣ加工機に取り付ければ、造形された型素材をわざわざ他の加工機に移し替えることなく最終的な仕上げ加工を型素材に施すことが可能となる。
【００１０】
造形にあたっては、ＮＣ加工機のテーブル上で形成された溶着ビード上に溶加材が連続的に積み重ねられていく。このように溶加材を積み重ねていくことによって、溶加材によって立体的かつ一体的に金型や型素材を造形することが可能となる。
【００１１】
金型の設計にあたっては、金型の形状データを生成する工程と、生成された形状データに基づいて、金型を等高線に沿った積層体に分割する工程と、得られた積層体の形状データに基づいて、溶接トーチの移動経路を作成する工程とが提供されればよい。溶接トーチは、各積層体ごとに移動経路を移動しながら溶加材を供給していく。供給された溶加材は溶着ビードを形成する。積層体の積み重ねは溶着ビードの積み重ねに相当し、その結果、立体的な金型や型素材が造形されることとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
図１は金型造形を実施可能なＮＣ（数値制御）加工機１０を示す。このＮＣ加工機１０は、工場などの床面に設置されたベッド１１と、このベッド１１上に設置されて任意の水平面内で前後方向すなわちｘ軸方向に往復移動可能なテーブル１２とを備える。テーブル１２の移動は、例えば駆動モータやボールネジが組み合わされた駆動機構（図示せず）によって位置決め可能に制御される。
【００１４】
同じく床面には、ベッド１１およびテーブル１２を跨ぐ門型のフレーム１３が固定される。このフレーム１３には、水平な姿勢を保ちつつ垂直方向すなわちｚ軸方向に往復移動可能な可動フレーム１４が装着される。可動フレーム１４の移動は、フレーム１３の２つの脚部内に組み込まれた例えば駆動モータやボールネジが組み合わされた駆動機構（図示せず）によって位置決め可能に制御される。
【００１５】
可動フレーム１４には溶接トーチ１５が支持される。この溶接トーチ１５は、その垂直姿勢を保ちつつ、可動フレーム１４に沿って任意の水平面内で横方向すなわちｙ軸方向に往復移動することができる。溶接トーチ１５の移動は、可動フレーム１４内に組み込まれた例えば駆動モータやボールネジが組み合わされた駆動機構（図示せず）によって位置決め可能に制御される。このＮＣ加工機１０に設定される三次元空間ｘｙｚにおける溶接トーチ１５の位置は、ベッド１１に対するテーブル１２のｘ軸方向移動、フレーム１３に対する可動フレーム１４のｚ軸方向移動、および可動フレーム１４に対する溶接トーチ１５のｙ軸方向移動の組み合わせによって規定されることとなる。
【００１６】
溶接トーチ１５には、ワイヤリール（図示せず）から溶加ワイヤ１６が供給される。溶接トーチ１５は、溶接電源（図示せず）から供給される電流、電圧を利用して、供給されてくる溶加ワイヤ１６を溶融させる。溶融された溶加ワイヤ１６は、溶加材としてテーブル１２に向かって供給される。テーブル１２上で冷やされた溶加材は溶着ビードを形成する。
【００１７】
前述した溶接トーチ１５の空間的な位置や溶接トーチ１５の動作は、ＮＣコントローラおよび溶接電源インターフェースを備えるスイッチボード１７によって制御される。ＮＣコントローラは、例えばＣＡＤ／ＣＡＭ（コンピュータ支援設計製造）システム１８から供給されるＮＣデータに基づき、ベッド１１に対するテーブル１２のｘ軸方向移動、フレーム１３に対する可動フレーム１４のｚ軸方向移動、および可動フレーム１４に対する溶接トーチ１５のｙ軸方向移動を生起させる。これらの移動の組に合わせによって、予め設定された移動経路に沿って前述の三次元空間ｘｙｚ内で溶接トーチ１５は移動することとなる。溶接電源インターフェースは、同様に、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム１８から供給される溶接データに基づき、予め設定された溶接電圧といった溶接条件に従って溶接トーチ１５を作動させる。
【００１８】
いま、図２に示されるように、自動車の車体を構成する外板２０をプレス加工によって成型する場合を考える。このプレス加工では、金型の雄型２１および雌型（図示せず）によって１枚の金属製板材が挟み込まれる。この挟み込みは、金型の成型面２２に沿って板材を変形させる。同時に、成型面２２周囲のエッジ２２ａが板材から外板２０を打ち抜く。
【００１９】
雄型２１すなわち金型は、例えば図３に示されるように、本発明に係る金型の製造方法によって造形された型素材２３に仕上げ加工が施されて製作される。仕上げ加工によって、図２に示されるように、成型面２２が研摩形成されるとともに、成型面２２の周囲にエッジ２２ａが形成される。エッジ２２ａは、プレス加工時に板材から外板２０を打ち抜く打ち抜き刃の役目を果たす。
【００２０】
ここで、型素材２３は、図４に示されるように、ＮＣ加工機１０に取り付けられた溶接トーチ１５から供給される溶加材２４によって形成される。供給された溶加材２４は、ＮＣ加工機１０のテーブル１２上で冷却されて溶着ビード２５を形成する。こうして形成される溶着ビード２５上に溶加材２４は連続的に積み重ねられていく。その結果、図３に示される型素材２３が造形されることとなる。このように鋳造を経ずに型素材２３を製作することによって、鋳造に必要とされる多大な工程を省略することができ、結果的に金型製作のためのリードタイムを短縮することが可能となる。しかも、一般に、溶着ビード２５は鋳鉄よりも硬いことから、金型２１の薄肉化ひいては金型材料の節約や金型２１の軽量化に寄与することができる。
【００２１】
型素材２３が造形されると、ＮＣ加工機１０では、溶接トーチ１５に代えて切削工具や研摩工具が取り付けられる。こうした切削工具や研摩工具を用いて、成型面２２やエッジ２２ａが切削形成され研摩形成される。したがって、造形された型素材２３をわざわざ他の加工機に移し替えることなく最終的な仕上げ加工を施すことが可能となる。型素材２３は溶着ビードによって形成されることから、仕上げ加工によって得られたエッジ２２ａは硬く、刃こぼれを起こし難い。しかも、型素材を鋳造によって成型する場合に必要とされる肉盛等は不要となる。
【００２２】
雄型２１は例えばＣＡＤ／ＣＡＭシステム１８によって設計されればよい。このＣＡＤ／ＣＡＭシステム１８によれば、製品としての外板２０に関する三次元形状データに基づいて、その外板２０を成型する雄型２１の三次元形状データが算出される。この三次元形状データは例えばソリッドモデルとして雄型２１を表現する。
【００２３】
三次元形状データで表現される雄型２１は、図５に示されるように、複数の等高線２６によって区切られた積層体２７ａ〜２７ｊに分割される。等高線２６同士の間隔は、溶接トーチ１５から供給される溶加材２４の厚み等を考慮して等間隔に設定されればよい。こうして各積層体２７ａ〜２７ｊの三次元形状データが得られると、各積層体２７ａ〜２７ｊごとに溶接トーチ１５の移動経路が作成される。例えば図６には積層体２７ｇの移動経路２８が示される。
【００２４】
型素材２３の造形にあたっては、まず、最下層の積層体２７ａについて作成された移動経路に沿って溶接トーチ１５が移動する。この移動に伴う溶加材の供給によって最下層の積層体２７ａが溶着ビードで造形される。続いて、その積層体２７ａに重ねられる第２積層体２７ｂについて作成された移動経路に沿って溶接トーチ１５が移動する。移動に伴って溶加材が供給されると、例えば図４に示されるように、その溶加材２４は、積層体２７ａを形成する溶着ビード２５上に重ねられていく。この重なりによって２つの積層体２７ａ、２７ｂが一体的に造形されることとなる。こうした作業が繰り返され、最終的に、図３に示される立体的な型素材２３ができあがる。積層体２７ａ〜２７ｊの積み重ねは溶着ビード２５の積み重ねに相当することとなる。
【００２５】
なお、前述した実施形態では、本発明に係る製造方法によって型素材２３が造形されたが、溶着ビードによる造形によって高い精度で金型２１を造形することができれば、本発明に係る製造方法によって直接に金型２１を造形するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、溶着ビードを用いて金型や型素材を造形するので、従来の鋳造に比べて金型製作の工程を簡略化することができ、その結果、金型製作のリードタイムは短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＮＣ（数値制御）加工機の全体構成を示す図である。
【図２】 車体の外板および金型（雄型）を示す斜視図である。
【図３】 型素材を示す斜視図である。
【図４】 溶着ビード上に積み重ねられる溶加材を示す図である。
【図５】 金型の分割によって得られる積層体を示す図である。
【図６】 積層体ごとに作成される溶接トーチの移動経路の一具体例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＮＣ（数値制御）加工機、１２ テーブル、１５ 溶接トーチ、１８ 金型の形状データを生成するＣＡＤ／ＣＡＭ（コンピュータ支援設計製造）システム、２１ 金型、２３ 型素材、２４ 溶加材、２５ 溶着ビード、２６ 等高線、２７ａ〜２７ｊ 積層体、２８ 移動経路。

Claims (4)

1. 金型の形状を表現する形状データに基づいて、連続的に溶加材を積み重ねて一体的な溶着ビードで立体的な型素材を造形する工程と、前記型素材に仕上げ加工を施す工程とを備えることを特徴とする金型の製造方法。
2. 請求項１に記載の金型の製造方法において、前記溶加材は、ＮＣ加工機に取り付けられた溶接トーチから供給されることを特徴とする金型の製造方法。
3. 請求項２に記載の金型の製造方法において、前記型素材の造形は前記ＮＣ加工機のテーブル上で実施されることを特徴とする金型の製造方法。
4. 請求項１に記載の金型の製造方法において、前記形状データを生成する工程と、生成された形状データに基づいて、前記金型を等高線に沿った積層体に分割する工程と、得られた積層体の形状データに基づいて、前記溶加材を供給する溶接トーチの移動経路を作成する工程とを備えることを特徴とする金型の製造方法。

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