JP4523144B2

JP4523144B2 - Mold manufacturing method

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Publication number: JP4523144B2
Application number: JP2000345190A
Authority: JP
Inventors: 繁光中林; 理伊藤; 善行藤川; 昭雄川瀬
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2020-11-13
Also published as: JP2002144017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型の製造方法に関し、固液共存状態の金属を用いて簡易に金型を作製する金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金型は使用しているうちに劣化するものであり、いずれは使用できなくなる。
このように金型が寿命になると新規に同じ金型を作製しなければならない。
【０００３】
このとき機械加工、又は放電加工で金型を作製することが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金型を機械加工、又は放電加工で作製すると費用が高くなり、また作製時間も長いという欠点がある。
【０００５】
更に、金型の加工に必要な図面やＮＣデータなども用意しなければならない。
つまり同じ金型があり、その金型で鋳造して作られた製品が存在する場合においても、その製品をモデルとして利用することはできないのである。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、作製費用の安価な金型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金型の製造方法は、固液共存状態の金属中にモデルの少なくとも一部を入れ、該金属を凝固させてモデルを取り出すことにより、金型を作製することを特徴とする。
【０００８】
モデルを金属中に入れる際、金属が固液共存状態となっているため、容易に入れることが可能である。また、固液共存状態の金属中にモデルを入れた後、該金属を凝固させることで、モデルの一部の形状が凝固された金属に転写されることになり、該モデルを取り外せば、前記モデルの一部と同一の形状の製品を作製するための金型ができあがることになる。
【０００９】
この場合、固液共存状態の金属中にモデルの少なくとも一部を入れて、該金属を凝固させるだけでよいため、金型を製造するための工程が簡単であり、金型を安価に製造することができる。
【００１０】
そして、前記製造方法の具体的な手法としては、上面に開口部をもつ容器に溶融金属を充填する工程と、冷却部材を前記溶融金属中に浸漬し、前記冷却部材で前記溶融金属を撹拌しながら固液共存状態になるまで冷却する工程と、固液共存状態になった前記溶融金属にモデルの少なくとも一部を入れる工程とを有するようにすればよい。
【００１１】
また、製造される金型が上型及び下型を有する場合においては、固液共存状態の溶融金属中にモデルの一部を入れて上型を作製する上型作製工程と、別の固液共存状態の溶融金属中にモデルの前記一部以外の部分を入れて下型を作製する下型作製工程とを含むようにすればよい。
【００１２】
前記金属としてアルミニウム合金を用いれば、アルミニウムの溶解温度が比較的低いので溶解処理が容易である。
【００１３】
前記容器の上端部に設けられた切り欠き部を介して余分な前記溶融金属及び前記固液共存状態の金属を外部に排出することができる。
【００１４】
前記モデルは既存金型により鋳造した製品を用いることもできる。
【００１５】
その場合、前記モデルには、前記溶融金属が凝固するときの収縮量と同じ厚みにコーティング剤を塗布しておくと、完成した金型の寸法精度が向上して好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金型の製造方法を鋳造用金型の製造方法に適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図２０を参照しながら説明する。
【００１７】
まず、第１の実施の形態に係る金型の製造方法は、例えば図１〜図３に示すように、溶融金属１０ａを固液共存状態とし、その後、固液共存状態の金属１０ｂ中にモデル１２を適当な深さまで押圧して入れ、該モデル１２を取り出すことによって、該モデル１２の一部と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型１４を作製するものである。
【００１８】
ここで、固液共存状態とは金属（一般には合金）を半融状態にしたもの、又は金属溶湯を冷却、撹拌して半凝固状態にしたものをいい、金属を加熱し直接的に半融状態にしたものと、一度完全に溶解した後に冷却して半凝固状態にしたものの両方を指す。
【００１９】
次に、第１の実施の形態に係る金型の製造方法の具体的手法について図４のフローチャートも参照しながら説明する。
【００２０】
まず、図４のステップＳ１において、モデル１２を用意する。作製しようとする金型１４と同様のキャビティ形状の金型により製造した製品がある場合は、該製品をそのまま前記モデル１２として採用することができる。
【００２１】
前記モデル１２の材料は溶融金属１０ａより融点が高いか、又は同じ金属である必要がある。この実施の形態では、例えば鉄やアルミニウムなどを材料として使用している。
【００２２】
次に、ステップＳ２において、コーティング処理工程に入る。この工程では、図５に示すように、前記モデル１２の全面にコーティング材１６を被覆（溶射、結晶形成、塗布等を含む）する。前記コーティング材１６は、主コーティング材１６ａおよびキラコ（雲母の粉末）１６ｂとに区別される。
【００２３】
まず、最初に主コーティング材１６ａを被覆する。通常、主コーティング材１６ａを被覆した状態では面粗度が１００〜２００Ｓ程度であり、やや粗い面になっている。図５においては、模式的に三角の突起で示されている。そこで、次にキラコ１６ｂを被覆する。キラコ１６ｂを被覆すると面粗度が３０Ｓ以下になり、滑らかな面が得られる。ただし、面粗度が要求されない場合はキラコ１６ｂの被覆を省略してもよい。
【００２４】
前記主コーティング材１６ａは、カオリン、滑石、アルミナ、ジルコニアなどの粉末を５％ぐらいの水ガラスによって適当な濃度に溶いて用いる。これに、２％ぐらいのホウ酸を加えるとよい。また、セラミック系コーティング材などを用いてもよい。
【００２５】
モデル１２の構成材料とコーティング材１６との熱膨張率の差が大きい場合は、固液共存状態の金属１０ｂ中にモデル１２を入れた際に、その温度変化によってコーティング材１６が剥離するおそれがある。そこで、コーティング材１６にモデル１２の構成材料からなる粉末を添加することにより、モデル１２の構成材料とコーティング材１６との熱膨張率の差を小さくすることができ、上述のような剥離現象を防止することが可能となる。また、図５に示すように、前記コーティング材１６の厚みｔは固液共存状態の金属１０ｂが凝固したときに収縮する収縮量に相当する厚みにしておくことが望ましい。該収縮量は前記溶融金属１０ａ（又は固液共存状態の金属１０ｂ）の物性とモデル１２の形状から求めておくことができる。この処理により固液共存状態の金属１０ｂが凝固した後に所望寸法の金型１４が得られる。
【００２６】
コーティング材１６は、表面に生ずるきらい（鋳物に発生する欠陥でブローホールの一種）のような欠陥や、冷却速度の調整にも有効である。
【００２７】
ところで、モデル１２として製品を用いない場合、あるいはモデル１２としての製品がない場合は、砂型で新規に前記モデル１２を作製するようにしてもよい。この場合は、予め前記収縮量に相当する厚み分だけ大きい寸法の砂型を作製すれば、上述のようなコーティング材１６の被覆処理を省略することができる。
【００２８】
次に、ステップＳ３において、溶融金属１０ａの充填処理を行う。この処理は、図１に示すように、容器１８に合金を溶解してなる溶融金属１０ａを充填することにより行われる。溶融金属１０ａの温度設定は、後述する固液共存状態温度より高く、かつ、なるべくその温度に近いことが望ましい。本発明に係る第１乃至第３の実施の形態では、アルミニウム合金ＡＣ２Ｂ（JIS H 5202）を溶解させた溶融金属１０ａを用い、温度を６４０℃程度とした。
【００２９】
前記溶融金属１０ａにアルミニウム合金ＡＣ２Ｂを用いるのは、金型を作製する上で、鋳鉄、銅、黄銅などに比べて溶融温度が低いため取り扱い上の利点があるからである。亜鉛などの溶融温度が低すぎる金属では金型として溶損してしまう。
【００３０】
また、アルミニウムは、熱伝導性がよいため鋳造時にキュアータイムが短く、また、鋳造時に短時間で溶融金属が凝固するため、素材の組織が緻密で機械的性質がよいという利点もある。
【００３１】
なお、容器１８は、図６に示すように、底板２０と、４枚の側板２２ａ〜２２ｄにて構成されているが、これら底板２０並びに４枚の側板２２ａ〜２２ｄはそれぞれ分割できるようになっている。
【００３２】
次に、ステップＳ４において、固液共存状態の金属１０ｂの生成工程に入る。
この工程は、容器１８内に充填された溶融金属１０ａを冷却することによって、該溶融金属１０ａを固液共存状態にする。図１は、溶融金属１０ａの冷却過程を示している。
【００３３】
図１に示す冷し金（冷却部材）２４は、前記溶融金属１０ａによって溶けない物質、例えば、銅やステンレス等により構成されている。該冷し金２４の外形は円柱状に設定されるとともに、下方に向かって抜き勾配を有している。
【００３４】
前記冷し金２４は比較的低速で回転しながら前記溶融金属１０ａ中に浸漬され、溶融金属１０ａを冷却しながら撹拌することができるようになっている。このとき、急激に温度が下がりすぎることがないように、前記容器１８のまわりにヒータ（図示せず）を備えるなどの措置を施すとよい。
【００３５】
そして、前記溶融金属１０ａの温度が固液共存状態の温度まで下がったとき、前記冷し金２４を引き上げる。この固液共存状態の温度は、金型の製作時にモデル１２が溶けることがなく、かつ、モデル１２の形状を転写することができる温度を設定する。つまり、温度が高すぎるとモデル１２が溶けてしまい、低すぎるとモデル１２の転写が悪くなるのでその中間温度を設定する。アルミニウム合金ＡＣ２Ｂの場合では５８５℃程度が望ましい。
【００３６】
次に、ステップＳ５において、モデル１２の挿入工程に入る。図２に示すように前記モデル１２を固液共存状態の金属１０ｂ中に押圧して、該モデルの一部を固液共存状態の金属１０ｂ中に入れる。このとき、モデル１２を前記固液共存状態の金属１０ｂに浸漬させる深さは、金型１４として必要な部分まで浸漬させればよい。
【００３７】
固液共存状態の金属１０ｂは適度な粘性があり、押圧するときに不必要に浸漬しすぎることはなく扱いやすい。
【００３８】
次に、ステップＳ６において、固液共存状態の金属１０ｂの凝固処理工程に入る。この工程は、固液共存状態となっている金属１０ｂの温度を室温まで冷却し凝固させることにより行われる。なお、固液共存状態の金属１０ｂが完全に凝固していなくても、キャビティ形状が維持できる状態になるまで凝固すれば次のステップに移ってもよい。
【００３９】
そして、ステップＳ７において、金型１４の取出し工程に入る。この工程は、容器１８を底板２０と４枚の側板２２ａ〜２２ｄを分離して、凝固状態の金属１０ｃを取り出し、更に、モデル１２を抜き取ることによって行われる。この段階で、モデル１２の一部の外形形状がキャビティ形状として転写された凝固状態の金属１０ｃによる金型１４が得られる。
【００４０】
ところで、製造される金型１４が上型及び下型を有する場合においては、上述の工程を経て例えば上型を作製し、更に、同様の工程を経て下型を作製する。下型の作製においては、固液共存状態とされた金属１０ｂ中に前記モデル１２の前記一部以外の部分を入れることによって作製することができる。
【００４１】
このように、第１の実施の形態に係る金型の製造方法においては、固液共存状態の金属１０ｂ中にモデル１２を適当な深さまで押圧して入れて、該モデル１２の一部と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型１４を作製するようにしたので、特別な器具がなくても固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２としての製品あるいは砂型モデルを押圧して入れることで簡易に、かつ、安価に金型を製造することができる。
【００４２】
ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、上述のコーティング処理においてコーティング材１６の効果を見たものである。この実験例で用いた実験用モデルを図７に示す。また、実験例の結果を図８〜図１０に示す。
【００４３】
図７に示すように、実験用モデルは幅がＡ、長さがＢ、そして比較的低い高さである直方体に、長さがＣで比較的低い高さの凸部を有する形状になっている。
この実験用モデルでは、幅Ａは８０．４ｍｍ、長さＢは１３１．０ｍｍ、長さＣは８１．０ｍｍに設定した。この実験用モデルを本発明に適用して金型及び最終製品である素材を製作した。
【００４４】
図８は、幅Ａ部分の寸法の測定値であり、各棒グラフは左から順に、実験用モデルの寸法、コーティング材１６を被覆後の寸法、作製した金型の寸法、鋳造時の金型の寸法、及び最終製品である素材の寸法を示している。同様に、図９は長さＢ部分の寸法の測定値であり、図１０は長さＣ部分の寸法の測定値である。
【００４５】
図８について説明すると、幅Ａ部分においては、実験用モデルに対してコーティング材１６を被覆した後の寸法は１ｍｍ大きくなっている。従って、
８０．４＋１．０＝８１．４［ｍｍ］
になる。
【００４６】
そして、作製した金型は０．６ｍｍだけ収縮する。さらに、その金型を用いて素材を作製する場合、鋳造時は０．２ｍｍだけ伸びて、完成した素材は０．６ｍｍ収縮する。従って、素材の幅Ａ部分の寸法はコーティング材１６を被覆後の寸法から見て微少幅ｄＡ＝１．０ｍｍだけ収縮しており、
８１．４−ｄＡ＝８０．４［ｍｍ］
である。
【００４７】
また、収縮率は、
ｄＡ／８０．４＝１２．４×１０^-3
である。
【００４８】
図９は、長さＢに関する結果であり、棒グラフの意味と並び順は図８と同じである。長さＢに関しては実験用モデルに対して、コーティング材１６を被覆した後の寸法は１．３ｍｍ大きくなっている。従って、
１３１．０＋１．３＝１３２．３［ｍｍ］
である。素材の長さＢ部分の寸法はコーティング材１６を被覆後の寸法から見て微少幅ｄＢ＝１．２ｍｍだけ収縮しており、
１３２．３−ｄＢ＝１３１．１［ｍｍ］
である。従って収縮率は、
ｄＢ／１３１．１＝９．２×１０^-3
である。
【００４９】
図１０は、長さＣに関する結果であり、棒グラフの意味と並び順は図８と同じである。長さＢに関しては実験用モデルに対して、コーティング材１６を被覆した後の寸法は１．２ｍｍ大きくなっている。従って、
８１．０＋１．２＝８２．２［ｍｍ］
である。素材の長さＢ部分の寸法はコーティング材１６を被覆後の寸法から見て微少幅ｄＣ＝１．０ｍｍだけ収縮しており、
８２．２−ｄＣ＝８１．２［ｍｍ］
である。従って収縮率は、
ｄＣ／８１．２＝１２．３×１０^-3
である。
【００５０】
以上の結果から、モデル１２の全長により収縮率が異なることが分かる。また、モデル１２の全長が長いほど収縮率が少なく、短いほど収縮率が大きい傾向にある。実際に本発明に適用する場合には上記ｄＡ、ｄＢ、ｄＣなどを参照し、それに適応するコーティング材１６の厚みｔを決定すればよい。
【００５１】
ただし、本実験例は固液共存状態の金属１０ｂの温度及び鋳造時の溶湯温度はそれぞれ実験用の所定温度において行ったものであり、適用上の温度の違いや、モデル１２の熱膨張率なども考慮して値を決定することが望ましい。
【００５２】
なお、モデル１２の両端にコーティング材１６を被覆する場合は、必要とされる縮み代を２等分として両面にそれぞれ被覆するとよい。
【００５３】
次に、第２の実施の形態例に係る金型の製造方法について図１１Ａ〜図１９を参照しながら説明する。
【００５４】
第２の実施の形態に係る金型の製造方法は、基本的には、上述した第１の実施の形態に係る金型の製造方法とほぼ同じであるが、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように上型１４Ａ及び下型１４Ｂを作製する場合であって、特に、下型１４Ｂを作製する際に、図１２に示すように、モデル１２の一部に上型１４Ａを構成する凝固状態の金属１０ｃが固定された状態で行うことを特徴とするものである。
【００５５】
具体的には、図１３に示すように、まず、ステップＳ１０１においてモデル１２を用意し、次のステップＳ１０２においてモデル１２の表面にコーティング材１６を被覆する。これらの処理は、上述したステップＳ１及びステップＳ２とほぼ同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
次に、ステップＳ１０３において、固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２を押圧して入れるための治具３０（図１４及び図１５参照）にモデル１２を固定する。この治具３０は、中央に孔３２を有し、下面３４ａが平坦とされた取付け板３４と、モデル１２を取付け板３４に固定するための取付け具３６ａ及び３６ｂと、この治具３０を運搬するために該取付け板３４に固着された取手３８とを有して構成されている。
【００５７】
前記取付け板３４の中央に設けられた孔３２の開口形状は、モデル１２の投影形状（最も投影面積の大きい形状）と同じ形状を有しており、前記モデル１２を孔３２内に挿入し、該取付け板３４の下面３４ａから下方に向かってモデル１２の一部を露出させた状態で取付け板３４に固定した際、該モデル１２は、取付け板３４との間にほとんど隙間のない状態で固定されることとなる。図１４および図１５に示す例では、取付け板３４の下面３４ａが例えばモデル１２を２分する位置にくるように位置決めして固定するようにしている。この場合、モデル１２の一部は、取付け板３４の下面３４ａより下方に向かって抜き勾配状となる。
【００５８】
前記取付け具３６ａ及び３６ｂは、取付け板３４にモデル１２を取り付けるためのものであり、前記取付け板３４の上面３４ｂと前記モデル１２の側面などに接して設けられている。
【００５９】
前記ステップＳ１０３でのモデル１２の取付け工程が終了した段階で、次のステップＳ１０４に進み、溶融金属１０ａの充填処理工程に入る。この工程は、上述したステップＳ３と同様に、図１６に示すように容器４０に前記溶融金属１０ａを充填することにより行われる。
【００６０】
特に、この第２の実施の形態に係る金型の製造方法において使用される容器４０は、図１６に示すように、第１の実施の形態で使用される容器１８とほぼ同様に、底板４２と４枚の側板４４ａ〜４４ｄとで構成されているが、側板（例えば４４ａ及び４４ｂ）の上端部にそれぞれ複数の切欠き（切り欠き部）４６が形成されている点で異なる。これら切欠き４６の作用については後述する。
【００６１】
次に、ステップＳ１０５において、固液共存状態の金属１０ｂの生成工程に入る。この工程は、上述したステップＳ４とほぼ同じであり、容器４０内に充填された溶融金属１０ａを冷却することによって、該金属１０ａを固液共存状態にする。
【００６２】
次に、ステップＳ１０６において、モデル１２の挿入工程に入る。この工程は、モデル１２が固定された治具３０を取手３８を使用して容器４０の上方まで運搬し、モデル１２の一部を下方に向けた状態で、かつ、治具３０で容器４０の開口を閉塞するようにして、該治具３０を容器４０上に載置する（図１７参照）。
【００６３】
このとき、前記固液共存状態の金属１０ｂのうち余分な容積分は前記容器４０の上端部に配設される前記切欠き４６から溢れ出て排出される。また、金属１０ｂは固液共存状態であり粘性が大きい。従って、金属１０ｂの液面は切欠き４６の下端部まで下がることはなく、治具３０の取付け板３４との間に完全に充満されたままである。これにより、金属１０ｂの上面は波打つことなく平坦な面が得られることとなる。
【００６４】
上述の例では、容器４０の上端部に切欠き４６を設けた例を示したが、前記切欠き４６の代わりに、あるいは切欠き４６と共に、取付け板３４の適当な位置に排出孔（図示せず）を設けてもよい。
【００６５】
また、前記切欠き４６や前記排出孔等がない場合でも、固液共存状態の金属１０ｂが前記容器４０から溢れ出ないように予め溶融金属１０ａの量を算出して容器４０に充填するようにしてもよい。
【００６６】
なお、取付け板３４と容器４０との間に、治具３０を容器４０に搬送案内するための図示しないガイドレールを例えば鉛直方向に沿って設ければ、治具３０を容器４０上に載置する際に、揺れを伴うことなく、かつ、モデル１２の一部を金属１０ｂ中にほぼ垂直方向に向けて押圧することができる。
【００６７】
次に、ステップＳ１０７において、固液共存状態の金属１０ｂの凝固処理工程に入り、前記金属１０ｂの温度を室温まで冷却し凝固させる。
【００６８】
そして、ステップＳ１０８において、金型（上型１４Ａ）の取出し工程に入る。この工程は、容器４０を底板４２と４枚の側板４４ａ〜４４ｄを分離して、凝固状態の金属１０ｃを取り出す。この段階で、凝固状態の金属１０ｃ中にモデル１２の一部が埋め込まれた状態、即ち、上型１４Ａ（又は下型１４Ｂ）の完成直前の状態となる。
【００６９】
次に、下型１４Ｂをまだ作製していなければステップＳ１０９を介してステップＳ１１０以降の下型作製工程に入る。この下型作製工程では、まず、ステップＳ１１０において金型１４から前記取付け板３４、前記取付け具３６ａ及び３６ｂを取り除く。
【００７０】
そして、ステップＳ１１１において、ボルト穴加工工程に入る。この工程は、図１８に示すように前記上型１４Ａと前記モデル１２とを締結するためにボルト穴５０ａ及び５０ｂを機械加工により削孔する。該ボルト穴５０ａ及び５０ｂは前記モデル１２にまで到達する深さまでとする。
【００７１】
上型１４Ａ及び下型１４Ｂの作製終了後は、該ボルト穴５０ａ及び５０ｂは鋳造時の湯口として兼用することができる。湯口を別に設ける場合で、該ボルト穴５０ａ及び５０ｂが不要であれば金型作製後に溶接などで塞げばよい。
【００７２】
次に、ステップＳ１１２に進み、図１９に示すように前記ボルト穴５０ａ及び５０ｂにタップ加工を施して、ボルト５２ａ及び５２ｂを挿入する。これにより、前記上型１４Ａと前記モデル１２とは堅固に締結される。更に、把持しやすいように前記上型１４Ａを把持具６０で把持しておく。
【００７３】
なお、これらのボルト５２ａ及び５２ｂ並びにボルト穴５０ａ及び５０ｂは２つである必要はなく、モデル１２の形状により１つにしてもよいし３つ以上にしてもよい。
【００７４】
次に、ステップＳ１０４に戻り、今度は図１６の容器４０と同様の構造を有する容器７０（図１２参照）に溶融金属１０ａを充填する。該容器７０の上方開口部の幅及び奥行きは、上型作製工程に用いた前記容器４０の上方開口部の幅及び奥行きより前記容器４０の板厚の２倍以上小さい寸法になっている。もちろん、容器７０として容器４０と同様のサイズを有する容器を使用してもよい。また、該容器７０の上端部には、前記切欠き４６と同形状の複数の切欠き７２が形成されている。
【００７５】
次に、ステップＳ１０５において、溶融金属１０ａを固液共存状態にする。その後、ステップＳ１０６において、図１２に示すように前記上型１４Ａを前記把持具６０を使用して容器７０上に運搬し、モデル１２の一部以外の部分を下方に向けた状態で、かつ、上型１４Ａで容器７０の開口を閉塞するようにして、該上型１４Ａを容器７０上に載置する。
【００７６】
次に、ステップＳ１０７において固液共存状態の金属１０ｂの凝固処理を行い、次のステップＳ１０８において金型１４の取出し処理を行う。これらの処理は上述した処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
このようにして、下型１４Ｂ（凝固状態の金属１０ｃによる下型）の作製が終了するため、ステップＳ１０９を介してステップＳ１１３に進み前記上型１４Ａと該下型１４Ｂ並びに前記モデル１２を分離すれば、図１１Ａに示すようにモデル１２の一部の外形形状がキャビティ形状として転写された金属１０ｃによる上型１４Ａと、図１１Ｂに示すようにモデル１２の一部以外の部分の外形形状がキャビティ形状として転写された凝固状態の金属１０ｃによる下型１４Ｂが得られる。
【００７８】
このように、第２の実施の形態に係る金型の製造方法においては、固液共存状態の金属１０ｂ中に治具３０を用いてモデル１２を適当な深さまで押圧して入れて、該モデル１２と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型（上型１４Ａ及び下型１４Ｂ）を作製するようにしたので、固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２としての製品あるいは砂型モデルを押圧して入れることで簡易に、かつ、安価に金型を製造することができる。
【００７９】
また、治具３０を用いたことでモデル１２を安定して固液共存状態の金属１０ｂに押圧することにより、上型１４Ａの上端面を平坦な面に仕上げることができる。また、上端面が平坦とされた上型１４Ａの凝固状態の金属１０ｃとモデル１２を固定した状態で下型１４Ｂも作製するようにしたので下型１４Ｂの上端面も平坦な面に仕上げることができる。
【００８０】
更に、前記上型１４Ａには締結のための前記ボルト穴５０ａ及び５０ｂが削孔されているので該ボルト穴５０ａ及び５０ｂを鋳造の注湯工程において湯口として兼用することができる。
【００８１】
次に、第３の実施の形態に係る金型の製造方法について図２０を参照しながら説明する。
【００８２】
第３の実施の形態に係る金型の製造方法は、基本的には上述した第２の実施の形態に係る金型の製造方法とほぼ同じであるが、特に、治具３０を上型作製工程だけでなく下型作製工程においても使用することを特徴とするものである。
【００８３】
具体的には、ステップＳ２０１のモデル１２を用意する工程から始めるが、図２０におけるステップＳ２０１からステップＳ２０７までは前記第２の実施の形態例の前記ステップＳ１０１から前記ステップＳ１０７までと同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００８４】
ステップＳ２０７で前記固液共存状態の金属１０ｂが凝固した段階で、ステップＳ２０８に進み、金型（上型１４Ａ）の取出し工程に入る。この工程は、容器４０を底板４２と４枚の側板４４ａ〜４４ｄを分離して、凝固状態の金属１０ｃを取り出し、更に、モデル１２も凝固状態の金属１０ｃから取り出す。
【００８５】
その後、ステップＳ２０９を介して下型作製工程に入り、まず、ステップＳ２１０においてモデル１２から前記取付け板３４、前記取付け具３６ａ及び３６ｂを取り除く。
【００８６】
ここで、ステップＳ２０３に戻り、治具３０に再度モデル１２を固定する。このとき、モデル１２は上型作製工程において固定した向きと逆向きに固定する。
即ち、ステップＳ２０６で固液共存状態の金属１０ｂに押圧した部分を上方向にし、押圧しなかった他の部分を下にして組み立てる。
【００８７】
前記ステップＳ２０３でのモデル１２の取付けが終了した段階で、再び次のステップＳ２０４に進み、溶融金属１０ａの充填処理工程に入る。
【００８８】
その後のステップＳ２０４〜ステップＳ２０８の工程は上型作製工程で行った処理と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
ステップＳ２０８の金型（下型１４Ｂ）の取出し工程を終えると、モデル１２の一部の外形形状がキャビティ形状として転写された上型１４Ａと下型１４Ｂが得られる。
【００９０】
このように、第３の実施の形態に係る金型の製造方法においても、固液共存状態の金属１０ｂ中に治具３０を用いてモデル１２を適当な深さまで押圧して入れ、該モデル１２と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型（上型１４Ａ及び下型１４Ｂ）を作製するようにしたので、固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２としての製品あるいは砂型モデル１２を押圧して入れることで簡易に、かつ、安価に金型を製造することができる。
【００９１】
また、治具３０を用いたことでモデル１２を安定して固液共存金属に押圧することができるとともに、上型１４Ａ及び下型１４Ｂの各上端面を平坦な面に仕上げることができる。
【００９２】
更に、上型作製工程と下型作製工程で同じ治具３０を用いることができるので上型１４Ａにボルト穴を削孔する必要がなく、工程の簡略化を図ることができる。
【００９３】
上述の各実施の形態例では溶融金属１０ａとしてアルミニウム合金を用いたが、アルミニウム合金以外の金属（例えば鉄、銅）などを用いてもよい。
【００９４】
なお、この発明に係る金型の製造方法は、上述の実施の形態例に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る金型の製造方法によれば、固液共存状態の溶融金属中にモデルの一部を入れて、該金属を凝固させて金型を作製している。
このため、機械加工や放電加工を行わないで金型を製造できるという効果が達成される。
【００９６】
また、製造される金型が上型及び下型を有する場合においては、上型作製工程と、別の固液共存状態の溶融金属中にモデルの前記一部以外の部分を入れて下型を作製する下型作製工程とを含むようにしている。このため、上型と下型を個別に製造できるという効果が達成される。
【００９７】
また、下型作製工程では、前記固液共存状態になった前記溶融金属に前記モデルの前記一部以外の部分を入れる際に、前記モデルの一部に前記上型を構成する金属が固定された状態で行うようにしている。このため、前記上型が押圧する器具を兼ねることができるという効果が達成される。
【００９８】
また、本発明に係る金型の製造方法によれば、モデルは既存金型により鋳造した製品を用いることもできるので、専用のモデルを作製する必要がない。
【００９９】
また、製品を用いたモデルを使用する場合には、前記溶融金属が凝固するときの収縮量と同じ厚みにコーティング材を塗布しているので、金型の寸法精度が向上するという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融金属を固液共存状態まで冷却する工程の説明図である。
【図２】溶融金属にモデルを入れる工程の説明図である。
【図３】作製した金型を表す図である。
【図４】第１の実施の形態の金型製造方法におけるフローチャートである。
【図５】モデル表面に被覆したコーティング材の説明図である。
【図６】第１の実施の形態で用いる容器の斜視図である。
【図７】実験例で用いた実験用モデルの説明図である。
【図８】実験用モデルの幅Ａ部分に関する実験結果の説明図である。
【図９】実験用モデルの長さＢ部分に関する実験結果の説明図である。
【図１０】実験用モデルの長さＣ部分に関する実験結果の説明図である。
【図１１】作製した上型と下型を表す図である。
【図１２】下型を作製する工程における溶融金属にモデルを入れる工程の説明図である。
【図１３】第２の実施の形態の金型製造方法におけるフローチャートである。
【図１４】モデルを押圧するための治具の側面を表す図である。
【図１５】モデルを押圧するための治具の断面を表す図である。
【図１６】第２の実施の形態及び第３の実施の形態で用いる容器の斜視図である。
【図１７】治具を用いて固液共存状態の金属にモデルを入れる工程の説明図である。
【図１８】モデルにボルト穴の加工を施す説明図である。
【図１９】上型を把持具で把持した状態を表す説明図である。
【図２０】第３の実施の形態の金型製造方法におけるフローチャートである。
【符号の説明】
１０ａ…溶融金属１０ｂ…固液共存状態の金属
１０ｃ…凝固状態の金属１２…モデル
１４Ａ…金型（上型）１４Ｂ…下型
１８…容器（第１の実施の形態）２４…冷し金（冷却部材）
３０…治具３４…取付け板
３６ａ、３６ｂ…取付け具３８…取手
４０…容器（第２の実施の形態及び第３の実施の形態）
４６…切欠き（切り欠き部）５０ａ、５０ｂ…ボルト穴
５２ａ、５２ｂ…ボルト６０…把持具
７０…容器（第３の実施の形態における下型作製用）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mold manufacturing method, and more particularly to a mold manufacturing method in which a mold is easily manufactured using a metal in a solid-liquid coexistence state.
[0002]
[Prior art]
The mold deteriorates while it is in use, and will eventually become unusable.
Thus, when the mold reaches the end of its life, a new same mold must be produced.
[0003]
At this time, it is common to produce a die by machining or electric discharge machining.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the mold is produced by machining or electric discharge machining, there are disadvantages that the cost is high and the production time is long.
[0005]
In addition, drawings and NC data necessary for machining the mold must be prepared.
In other words, even if there is the same mold and there is a product made by casting with that mold, the product cannot be used as a model.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a mold manufacturing method that is inexpensive to manufacture.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The mold manufacturing method according to the present invention is characterized in that a mold is manufactured by placing at least a part of a model in a metal in a solid-liquid coexistence state, solidifying the metal, and taking out the model.
[0008]
When putting the model in the metal, the metal is in a solid-liquid coexistence state, so it can be put in easily. In addition, after putting the model in the solid-liquid coexisting metal, solidifying the metal, part of the model will be transferred to the solidified metal, if the model is removed, A mold for producing a product having the same shape as a part of the model is completed.
[0009]
In this case, it is only necessary to solidify the metal by putting at least a part of the model in the metal in the solid-liquid coexistence state, so the process for manufacturing the mold is simple, and the mold is manufactured at low cost. be able to.
[0010]
As a specific method of the manufacturing method, a step of filling a molten metal in a container having an opening on the upper surface, a cooling member is immersed in the molten metal, and the molten metal is stirred by the cooling member. However, it is sufficient to have a step of cooling to a solid-liquid coexistence state and a step of putting at least a part of the model into the molten metal in a solid-liquid coexistence state.
[0011]
In addition, when the mold to be manufactured has an upper mold and a lower mold, an upper mold manufacturing process in which a part of the model is put into a molten metal in a solid-liquid coexisting state and an upper mold is manufactured; A lower mold manufacturing step of manufacturing a lower mold by putting a part other than the part of the model into the coexisting molten metal may be included.
[0012]
If an aluminum alloy is used as the metal, the melting treatment is easy because the melting temperature of aluminum is relatively low.
[0013]
Excess molten metal and solid-liquid coexisting metal can be discharged to the outside through a notch provided in the upper end of the container.
[0014]
The model can also be a product cast with an existing mold.
[0015]
In that case, if the coating agent is applied to the model in the same thickness as the contraction amount when the molten metal solidifies, it is preferable to improve the dimensional accuracy of the completed mold.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, several embodiments in which the method for producing a mold according to the present invention is applied to the method for producing a casting mold will be described with reference to FIGS.
[0017]
First, in the mold manufacturing method according to the first embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, for example, the molten metal 10a is brought into a solid-liquid coexistence state, and then the model is incorporated into the metal 10b in the solid-liquid coexistence state. A mold 14 for manufacturing a product having the same outer shape as a part of the model 12 is manufactured by pressing the 12 to an appropriate depth and taking out the model 12.
[0018]
Here, the solid-liquid coexistence state means a metal (generally an alloy) in a semi-molten state, or a metal melt cooled and stirred to a semi-solid state, and the metal is heated and directly melted. It refers to both those that have been brought into a state and those that have been once completely dissolved and then cooled to a semi-solid state.
[0019]
Next, a specific method of the mold manufacturing method according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0020]
First, in step S1 in FIG. 4, a model 12 is prepared. When there is a product manufactured by a cavity-shaped mold similar to the mold 14 to be manufactured, the product can be used as the model 12 as it is.
[0021]
The material of the model 12 needs to have a higher melting point than the molten metal 10a or the same metal. In this embodiment, for example, iron or aluminum is used as a material.
[0022]
Next, in step S2, the coating process is started. In this step, as shown in FIG. 5, the entire surface of the model 12 is coated with a coating material 16 (including thermal spraying, crystal formation, application, etc.). The coating material 16 is classified into a main coating material 16a and a sparkle (mica powder) 16b.
[0023]
First, the main coating material 16a is first coated. Usually, in the state where the main coating material 16a is covered, the surface roughness is about 100 to 200S, which is a slightly rough surface. In FIG. 5, it is schematically shown as a triangular protrusion. Therefore, next, the glitter 16b is covered. When the Kirako 16b is covered, the surface roughness becomes 30S or less, and a smooth surface is obtained. However, when the surface roughness is not required, the covering of the glitter 16b may be omitted.
[0024]
As the main coating material 16a, a powder of kaolin, talc, alumina, zirconia or the like is used by dissolving it at an appropriate concentration with about 5% water glass. To this, about 2% boric acid should be added. Further, a ceramic coating material or the like may be used.
[0025]
When the difference in the coefficient of thermal expansion between the constituent material of the model 12 and the coating material 16 is large, when the model 12 is placed in the metal 10b in the solid-liquid coexistence state, the coating material 16 may be peeled off due to the temperature change. is there. Therefore, by adding the powder made of the constituent material of the model 12 to the coating material 16, the difference in the coefficient of thermal expansion between the constituent material of the model 12 and the coating material 16 can be reduced. It becomes possible to prevent. Further, as shown in FIG. 5, the thickness t of the coating material 16 is preferably set to a thickness corresponding to the amount of contraction that contracts when the solid-liquid coexisting metal 10b is solidified. The amount of shrinkage can be determined from the physical properties of the molten metal 10a (or the solid-liquid coexisting metal 10b) and the shape of the model 12. By this treatment, a metal mold 14 having a desired size is obtained after the solid-liquid coexisting metal 10b is solidified.
[0026]
The coating material 16 is also effective in adjusting the cooling rate and defects such as glaring on the surface (defects that occur in the casting and a kind of blowhole).
[0027]
By the way, when a product is not used as the model 12 or when there is no product as the model 12, the model 12 may be newly produced with a sand mold. In this case, if a sand mold having a size larger by the thickness corresponding to the shrinkage is prepared in advance, the coating process of the coating material 16 as described above can be omitted.
[0028]
Next, in step S3, a filling process of the molten metal 10a is performed. As shown in FIG. 1, this process is performed by filling the container 18 with a molten metal 10a formed by melting an alloy. The temperature setting of the molten metal 10a is preferably higher than a solid-liquid coexistence state temperature described later and as close to that temperature as possible. In the first to third embodiments according to the present invention, the molten metal 10a in which the aluminum alloy AC2B (JIS H 5202) is dissolved is used, and the temperature is set to about 640 ° C.
[0029]
The reason why the aluminum alloy AC2B is used for the molten metal 10a is that it has an advantage in handling because a melting temperature is lower than that of cast iron, copper, brass or the like in producing a mold. If the melting temperature is too low, such as zinc, it will melt as a mold.
[0030]
Aluminum also has the advantage that the curing time is short during casting because it has good thermal conductivity, and the molten metal solidifies in a short time during casting, so that the structure of the material is dense and mechanical properties are good.
[0031]
As shown in FIG. 6, the container 18 includes a bottom plate 20 and four side plates 22a to 22d. The bottom plate 20 and the four side plates 22a to 22d can be divided. ing.
[0032]
Next, in step S4, the solid-liquid coexisting state of the metal 10b is entered.
In this step, the molten metal 10a filled in the container 18 is cooled to bring the molten metal 10a into a solid-liquid coexistence state. FIG. 1 shows a cooling process of the molten metal 10a.
[0033]
The cooling metal (cooling member) 24 shown in FIG. 1 is made of a material that is not melted by the molten metal 10a, such as copper or stainless steel. The outer shape of the cooling metal 24 is set in a cylindrical shape and has a draft angle downward.
[0034]
The cooling metal 24 is immersed in the molten metal 10a while rotating at a relatively low speed so that the molten metal 10a can be stirred while being cooled. At this time, it is preferable to take measures such as providing a heater (not shown) around the container 18 so that the temperature does not drop too rapidly.
[0035]
And when the temperature of the molten metal 10a falls to the temperature of a solid-liquid coexistence state, the said cooling metal 24 is pulled up. The temperature of the solid-liquid coexistence state is set to a temperature at which the model 12 is not melted when the mold is manufactured and the shape of the model 12 can be transferred. That is, if the temperature is too high, the model 12 is melted, and if it is too low, the transfer of the model 12 is deteriorated, so the intermediate temperature is set. In the case of aluminum alloy AC2B, about 585 ° C. is desirable.
[0036]
Next, in step S5, the model 12 insertion process starts. As shown in FIG. 2, the model 12 is pressed into the solid-liquid coexisting metal 10b, and a part of the model is put into the solid-liquid coexisting metal 10b. At this time, the depth at which the model 12 is immersed in the solid-liquid coexisting metal 10b may be immersed to a necessary portion as the mold 14.
[0037]
The solid-liquid coexisting metal 10b has an appropriate viscosity and is easy to handle without being excessively immersed when pressed.
[0038]
Next, in step S6, the solid-liquid coexisting state of the metal 10b is entered. This step is performed by cooling the metal 10b in a solid-liquid coexistence state to room temperature and solidifying it. Even if the solid-liquid coexisting metal 10b is not completely solidified, it may proceed to the next step as long as it solidifies until the cavity shape can be maintained.
[0039]
In step S7, the mold 14 is taken out. This process is performed by separating the container 18 from the bottom plate 20 and the four side plates 22a to 22d, taking out the solidified metal 10c, and further taking out the model 12. At this stage, a mold 14 made of a solidified metal 10c in which a part of the outer shape of the model 12 is transferred as a cavity shape is obtained.
[0040]
By the way, when the metal mold 14 to be manufactured has an upper mold and a lower mold, for example, an upper mold is manufactured through the above-described steps, and a lower mold is manufactured through the same steps. The lower mold can be manufactured by putting a part other than the part of the model 12 in the metal 10b in a solid-liquid coexistence state.
[0041]
As described above, in the mold manufacturing method according to the first embodiment, the model 12 is pressed to an appropriate depth into the solid-liquid coexisting metal 10b, and is identical to a part of the model 12 Since the metal mold 14 for producing the product having the outer shape is manufactured, the product as the model 12 or the sand mold model is pressed into the metal 10b in the solid-liquid coexistence state without any special equipment. Thus, the mold can be manufactured easily and inexpensively.
[0042]
Here, one experimental example is shown. In this experimental example, the effect of the coating material 16 was observed in the above-described coating process. The experimental model used in this experimental example is shown in FIG. Moreover, the result of an experiment example is shown in FIGS.
[0043]
As shown in FIG. 7, the experimental model has a rectangular parallelepiped having a width of A, a length of B, and a relatively low height, and a convex portion having a length of C and a relatively low height. Yes.
In this experimental model, the width A was set to 80.4 mm, the length B was set to 131.0 mm, and the length C was set to 81.0 mm. This experimental model was applied to the present invention to produce a mold and a material as a final product.
[0044]
FIG. 8 is a measurement value of the dimension of the width A portion, and each bar graph in order from the left is the dimension of the experimental model, the dimension after coating the coating material 16, the dimension of the manufactured mold, and the mold at the time of casting. The dimensions and the dimensions of the material that is the final product are shown. Similarly, FIG. 9 shows measured values of the dimension of the length B portion, and FIG. 10 shows measured values of the dimension of the length C portion.
[0045]
Referring to FIG. 8, in the width A portion, the dimension after coating the coating material 16 on the experimental model is 1 mm larger. Therefore,
80.4 + 1.0 = 81.4 [mm]
become.
[0046]
The produced mold shrinks by 0.6 mm. Further, when a material is produced using the mold, the material is expanded by 0.2 mm during casting, and the completed material is contracted by 0.6 mm. Therefore, the dimension of the width A portion of the material is contracted by a minute width dA = 1.0 mm when viewed from the dimension after coating the coating material 16.
81.4−dA = 80.4 [mm]
It is.
[0047]
The shrinkage rate is
dA / 80.4 = 12.4 × 10^-3
It is.
[0048]
FIG. 9 shows the result regarding the length B, and the meaning and arrangement order of the bar graph are the same as those in FIG. Regarding the length B, the dimension after coating the coating material 16 is 1.3 mm larger than the experimental model. Therefore,
131.0 + 1.3 = 132.3 [mm]
It is. The dimension of the length B portion of the material is contracted by a minute width dB = 1.2 mm when viewed from the dimension after coating the coating material 16,
132.3-dB = 131.1 [mm]
It is. Therefore, the shrinkage rate is
dB / 131.1 = 9.2 × 10^-3
It is.
[0049]
FIG. 10 shows the result relating to the length C, and the meaning and arrangement order of the bar graph are the same as those in FIG. Regarding the length B, the dimension after coating the coating material 16 is 1.2 mm larger than the experimental model. Therefore,
81.0 + 1.2 = 82.2 [mm]
It is. The dimension of the length B portion of the material is contracted by a minute width dC = 1.0 mm when viewed from the dimension after coating the coating material 16,
82.2−dC = 81.2 [mm]
It is. Therefore, the shrinkage rate is
dC / 81.2 = 12.3 × 10^-3
It is.
[0050]
From the above results, it can be seen that the contraction rate differs depending on the total length of the model 12. Further, the contraction rate tends to decrease as the overall length of the model 12 increases, and the contraction rate tends to increase as the model 12 decreases. When actually applied to the present invention, the above-mentioned dA, dB, dC, etc. may be referred to and the thickness t of the coating material 16 to be applied to it may be determined.
[0051]
However, in this experimental example, the temperature of the metal 10b coexisting with the solid and the liquid and the temperature of the molten metal at the time of casting were each set at a predetermined temperature for the experiment. It is desirable to determine the value in consideration of the above.
[0052]
In addition, when coating the coating material 16 on both ends of the model 12, it is preferable to cover the both sides by dividing the necessary shrinkage into two equal parts.
[0053]
Next, a method for manufacturing a mold according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11A to 19.
[0054]
The mold manufacturing method according to the second embodiment is basically the same as the mold manufacturing method according to the first embodiment described above, but as shown in FIGS. 11A and 11B. The upper mold 14A and the lower mold 14B are manufactured, and particularly when the lower mold 14B is manufactured, as shown in FIG. 12, the solid state metal constituting the upper mold 14A in a part of the model 12 10c is performed in a fixed state.
[0055]
Specifically, as shown in FIG. 13, first, the model 12 is prepared in step S101, and the coating material 16 is coated on the surface of the model 12 in the next step S102. Since these processes are almost the same as Step S1 and Step S2 described above, detailed description thereof is omitted.
[0056]
Next, in step S103, the model 12 is fixed to a jig 30 (see FIGS. 14 and 15) for pressing the model 12 into the metal 10b in the solid-liquid coexistence state. The jig 30 has a hole 32 in the center and a flat bottom plate 34a, fixtures 36a and 36b for fixing the model 12 to the mounting plate 34, and the jig 30. For this purpose, a handle 38 fixed to the mounting plate 34 is provided.
[0057]
The opening shape of the hole 32 provided in the center of the mounting plate 34 has the same shape as the projected shape of the model 12 (the shape having the largest projected area), and the model 12 is inserted into the hole 32, When the model 12 is fixed to the mounting plate 34 with a part of the model 12 exposed downward from the lower surface 34a of the mounting plate 34, the model 12 is fixed with almost no gap between the model 12 and the mounting plate 34. Will be. In the example shown in FIG. 14 and FIG. 15, the lower surface 34 a of the mounting plate 34 is positioned and fixed so that, for example, the model 12 is divided into two. In this case, a part of the model 12 has a draft shape downward from the lower surface 34 a of the mounting plate 34.
[0058]
The attachments 36a and 36b are for attaching the model 12 to the attachment plate 34, and are provided in contact with the upper surface 34b of the attachment plate 34, the side surface of the model 12, and the like.
[0059]
When the attaching process of the model 12 in the step S103 is completed, the process proceeds to the next step S104, and the molten metal 10a filling process is started. This step is carried out by filling the container 40 with the molten metal 10a as shown in FIG. 16, as in step S3 described above.
[0060]
In particular, the container 40 used in the mold manufacturing method according to the second embodiment is substantially similar to the container 18 used in the first embodiment, as shown in FIG. And four side plates 44a to 44d, which are different in that a plurality of notches (notches) 46 are formed at the upper ends of the side plates (for example, 44a and 44b). The operation of these notches 46 will be described later.
[0061]
Next, in step S105, the solid-liquid coexisting state of the metal 10b is entered. This process is substantially the same as step S4 described above, and the molten metal 10a filled in the container 40 is cooled to bring the metal 10a into a solid-liquid coexistence state.
[0062]
Next, in step S106, the process of inserting the model 12 is entered. In this process, the jig 30 to which the model 12 is fixed is transported to the upper side of the container 40 using the handle 38, and a part of the model 12 is directed downward, and The jig 30 is placed on the container 40 so as to close the opening (see FIG. 17).
[0063]
At this time, the excess volume of the solid-liquid coexisting metal 10b overflows and is discharged from the notch 46 provided at the upper end of the container 40. The metal 10b is in a solid-liquid coexistence state and has a high viscosity. Therefore, the liquid level of the metal 10b does not drop to the lower end portion of the notch 46, and remains completely filled with the mounting plate 34 of the jig 30. Thereby, a flat surface is obtained without undulating the upper surface of the metal 10b.
[0064]
In the above example, the notch 46 is provided at the upper end of the container 40. However, instead of the notch 46 or together with the notch 46, a discharge hole (not shown) is provided at an appropriate position on the mounting plate 34. May be provided.
[0065]
Further, even when the notch 46, the discharge hole, etc. are not provided, the amount of the molten metal 10a is calculated in advance so that the solid-liquid coexisting metal 10b does not overflow from the container 40, and the container 40 is filled. May be.
[0066]
If a guide rail (not shown) for conveying and guiding the jig 30 to the container 40 is provided between the mounting plate 34 and the container 40, for example, along the vertical direction, the jig 30 is placed on the container 40. In doing so, a part of the model 12 can be pressed into the metal 10b substantially vertically without shaking.
[0067]
Next, in step S107, the solid-liquid coexisting state of the metal 10b is entered, and the temperature of the metal 10b is cooled to room temperature and solidified.
[0068]
In step S108, the mold (upper mold 14A) is taken out. In this step, the container 40 is separated from the bottom plate 42 and the four side plates 44a to 44d, and the solidified metal 10c is taken out. At this stage, a state in which a part of the model 12 is embedded in the solidified metal 10c, that is, a state immediately before completion of the upper die 14A (or the lower die 14B) is obtained.
[0069]
Next, if the lower mold 14B has not yet been manufactured, the process proceeds to step S110 and subsequent lower mold manufacturing steps via step S109. In this lower mold manufacturing process, first, the mounting plate 34 and the mounting tools 36a and 36b are removed from the mold 14 in step S110.
[0070]
In step S111, the bolt hole machining process is started. In this step, the bolt holes 50a and 50b are machined to fasten the upper mold 14A and the model 12 as shown in FIG. The bolt holes 50a and 50b have a depth reaching the model 12.
[0071]
After the production of the upper mold 14A and the lower mold 14B is completed, the bolt holes 50a and 50b can be used as a gate for casting. In the case where a gate is provided separately, if the bolt holes 50a and 50b are not necessary, they may be closed by welding or the like after the mold is manufactured.
[0072]
In step S112, the bolt holes 50a and 50b are tapped as shown in FIG. 19, and the bolts 52a and 52b are inserted. Thereby, the upper mold 14A and the model 12 are firmly fastened. Further, the upper mold 14A is held by the holding tool 60 so as to be easily held.
[0073]
The bolts 52a and 52b and the bolt holes 50a and 50b do not have to be two, and may be one or three or more depending on the shape of the model 12.
[0074]
Next, the process returns to step S104, and this time, a molten metal 10a is filled into a container 70 (see FIG. 12) having the same structure as the container 40 of FIG. The width and depth of the upper opening of the container 70 are smaller than the width and depth of the upper opening of the container 40 used in the upper mold manufacturing process by at least twice the plate thickness of the container 40. Of course, a container having the same size as the container 40 may be used as the container 70. A plurality of notches 72 having the same shape as the notches 46 are formed at the upper end of the container 70.
[0075]
Next, in step S105, the molten metal 10a is brought into a solid-liquid coexistence state. Thereafter, in step S106, as shown in FIG. 12, the upper mold 14A is transported onto the container 70 using the gripping tool 60, and a portion other than a part of the model 12 is directed downward, and The upper mold 14A is placed on the container 70 so that the opening of the container 70 is closed with the upper mold 14A.
[0076]
Next, solidification processing of the metal 10b in the solid-liquid coexistence state is performed in step S107, and the mold 14 is removed in the next step S108. Since these processes are the same as those described above, detailed description thereof is omitted.
[0077]
In this way, since the production of the lower mold 14B (lower mold made of the solid metal 10c) is completed, the process proceeds to step S113 via step S109, and the upper mold 14A, the lower mold 14B, and the model 12 are separated. For example, as shown in FIG. 11A, the upper die 14A is formed by a metal 10c in which a part of the outer shape of the model 12 is transferred as a cavity shape, and the outer shape of a part other than the part of the model 12 is a cavity as shown in FIG. A lower die 14B is obtained from the solidified metal 10c transferred as a shape.
[0078]
As described above, in the mold manufacturing method according to the second embodiment, the model 12 is pressed to an appropriate depth using the jig 30 into the metal 10b in the solid-liquid coexistence state, and the model Since the molds (upper mold 14A and lower mold 14B) for producing a product having the same outer shape as that of No. 12 are produced, the product as the model 12 or the sand mold model is added to the metal 10b in the solid-liquid coexistence state. By pressing it in, the mold can be manufactured easily and inexpensively.
[0079]
Further, by using the jig 30 to stably press the model 12 against the metal 10b in the solid-liquid coexistence state, the upper end surface of the upper die 14A can be finished to a flat surface. In addition, since the lower mold 14B is manufactured with the solidified metal 10c and the model 12 of the upper mold 14A having a flat upper end surface, the upper end surface of the lower mold 14B can be finished to a flat surface. it can.
[0080]
Further, since the upper mold 14A has the bolt holes 50a and 50b for fastening, the bolt holes 50a and 50b can be used as pouring gates in the casting process of casting.
[0081]
Next, the manufacturing method of the metal mold | die which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated, referring FIG.
[0082]
The mold manufacturing method according to the third embodiment is basically the same as the mold manufacturing method according to the second embodiment described above. It is characterized by being used not only in the process but also in the lower mold manufacturing process.
[0083]
Specifically, the process starts with the step of preparing the model 12 in step S201, but steps S201 to S207 in FIG. 20 are the same as steps S101 to S107 in the second embodiment. Detailed description thereof will be omitted.
[0084]
In step S207, at the stage where the solid-liquid coexisting metal 10b is solidified, the process proceeds to step S208, and the mold (upper mold 14A) is taken out. In this step, the container 40 is separated from the bottom plate 42 and the four side plates 44a to 44d, the solidified metal 10c is taken out, and the model 12 is also taken out from the solidified metal 10c.
[0085]
Thereafter, the lower mold manufacturing process is entered through step S209. First, in step S210, the mounting plate 34 and the mounting tools 36a and 36b are removed from the model 12.
[0086]
Here, returning to step S203, the model 12 is fixed to the jig 30 again. At this time, the model 12 is fixed in a direction opposite to the direction fixed in the upper mold manufacturing process.
That is, in step S206, the part pressed against the metal 10b in the solid-liquid coexistence state is set upward, and the other part not pressed is set down.
[0087]
When the attachment of the model 12 in step S203 is completed, the process proceeds again to the next step S204, and the molten metal 10a filling process is started.
[0088]
Subsequent steps S204 to S208 are the same as the processes performed in the upper mold manufacturing process, and thus detailed description thereof is omitted.
[0089]
When the removal process of the mold (lower mold 14B) in step S208 is completed, an upper mold 14A and a lower mold 14B in which a part of the outer shape of the model 12 is transferred as a cavity shape are obtained.
[0090]
As described above, also in the mold manufacturing method according to the third embodiment, the model 12 is pressed into an appropriate depth using the jig 30 into the metal 10b in the solid-liquid coexistence state. Since the molds (the upper mold 14A and the lower mold 14B) for producing a product having the same outer shape as that of the model 12 are manufactured, the product as the model 12 or the sand mold model 12 is attached to the metal 10b in the solid-liquid coexistence state. By pressing it in, the mold can be manufactured easily and inexpensively.
[0091]
Further, by using the jig 30, the model 12 can be stably pressed against the solid-liquid coexisting metal, and each upper end surface of the upper die 14A and the lower die 14B can be finished to a flat surface.
[0092]
Furthermore, since the same jig 30 can be used in the upper mold manufacturing process and the lower mold manufacturing process, it is not necessary to drill bolt holes in the upper mold 14A, and the process can be simplified.
[0093]
In each of the above-described embodiments, an aluminum alloy is used as the molten metal 10a, but a metal other than the aluminum alloy (for example, iron or copper) may be used.
[0094]
In addition, the manufacturing method of the metal mold | die which concerns on this invention is not restricted to the above-mentioned embodiment, Of course, various structures can be taken, without deviating from the summary of this invention.
[0095]
【The invention's effect】
As described above, according to the mold manufacturing method of the present invention, a part of a model is placed in a molten metal coexisting with a solid and liquid, and the metal is solidified to produce a mold.
For this reason, the effect that a metal mold can be manufactured without performing machining or electric discharge machining is achieved.
[0096]
In addition, in the case where the mold to be manufactured has an upper mold and a lower mold, the lower mold is formed by putting a part other than the part of the model into the molten metal in the state of coexisting with the upper mold production process. And a lower mold manufacturing step to be manufactured. For this reason, the effect that an upper mold | type and a lower mold | type can be manufactured separately is achieved.
[0097]
Further, in the lower mold manufacturing process, when a portion other than the part of the model is put into the molten metal in the solid-liquid coexistence state, the metal constituting the upper mold is fixed to a part of the model. I try to do in the state. For this reason, the effect that the said upper mold | type can also serve as the instrument pressed is achieved.
[0098]
In addition, according to the mold manufacturing method of the present invention, since a model can be a product cast with an existing mold, there is no need to prepare a dedicated model.
[0099]
In addition, when using a model using a product, the coating material is applied to the same thickness as the shrinkage when the molten metal solidifies, so that the effect of improving the dimensional accuracy of the mold is achieved. The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a process for cooling molten metal to a solid-liquid coexistence state.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a process of putting a model in molten metal.
FIG. 3 is a view showing a manufactured mold.
FIG. 4 is a flowchart in the mold manufacturing method of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a coating material coated on a model surface.
FIG. 6 is a perspective view of a container used in the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram of an experimental model used in an experimental example.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an experimental result regarding a width A portion of the experimental model.
FIG. 9 is an explanatory diagram of an experimental result regarding a length B portion of the experimental model.
FIG. 10 is an explanatory diagram of an experimental result regarding a length C portion of the experimental model.
FIG. 11 is a view showing the produced upper mold and lower mold.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a process of putting a model into the molten metal in the process of manufacturing the lower mold.
FIG. 13 is a flowchart in the mold manufacturing method of the second embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating a side surface of a jig for pressing a model.
FIG. 15 is a diagram illustrating a cross section of a jig for pressing a model.
FIG. 16 is a perspective view of a container used in the second embodiment and the third embodiment.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a process of putting a model in a metal in a solid-liquid coexistence state using a jig.
FIG. 18 is an explanatory diagram for processing a bolt hole in a model.
FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating a state in which the upper mold is gripped by a gripping tool.
FIG. 20 is a flowchart in the mold manufacturing method of the third embodiment.
[Explanation of symbols]
10a ... Molten metal 10b ... Metal in solid-liquid coexistence state
10c ... Metal in solid state 12 ... Model
14A ... Mold (upper mold) 14B ... Lower mold
18 ... Container (first embodiment) 24 ... Cooling metal (cooling member)
30 ... Jig 34 ... Mounting plate
36a, 36b ... fixture 38 ... handle
40 ... container (second embodiment and third embodiment)
46 ... Notches (notches) 50a, 50b ... Bolt holes
52a, 52b ... bolt 60 ... gripping tool
70... Container (for producing the lower mold in the third embodiment)

Claims

A mold is prepared by putting at least a part of a model in a metal in a solid-liquid coexistence state, solidifying the metal and taking out the model ,
The method for producing a mold, wherein the coating material is applied to the model in the same thickness as the contraction amount when the molten metal solidifies .

In the manufacturing method of the metal mold according to claim 1,
Filling a molten metal into a container having an opening on the upper surface;
A step of immersing a cooling member in the molten metal and cooling the molten metal with the cooling member to a solid-liquid coexistence state while stirring,
And a step of putting at least a part of the model into the molten metal in a solid-liquid coexistence state.

In the case where the mold to be manufactured has an upper mold and a lower mold,
An upper mold manufacturing process in which a part of a model is put into a molten metal in a solid-liquid coexisting state to manufacture an upper mold,
Look including a lower mold fabricating step of fabricating the lower mold put portion other than said portion of the model to the molten metal with another solid-liquid coexisting state,
The mold manufacturing method , wherein the model is prepared by applying a coating material to the same thickness as the shrinkage when the molten metal solidifies .

In the manufacturing method of the metal mold according to any one of claims 1 to 3,
A method for producing a mold, wherein an aluminum alloy is used as the metal.

In the manufacturing method of the metal mold according to any one of claims 2 to 4,
The manufacturing method of the metal mold | die characterized by discharging the said molten metal and the metal of the said solid-liquid coexistence state outside through the notch provided in the upper end part of the said container.

In the manufacturing method of the metal mold according to any one of claims 1 to 5,
A mold manufacturing method, wherein the model uses a product cast from an existing mold.