JP7009247B2

JP7009247B2 - 金型改造方法

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Publication number: JP7009247B2
Application number: JP2018018852A
Authority: JP
Inventors: 信也西田
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: JP2019136708A

Description

本発明は、金型改造方法、特に、要求される成形品の形状変更に伴い不足部分を補って金型を部分的に改造する金型改造方法に関する。

例えば、自動車産業におけるプレス工程では、例えば鋼板を金型で加圧して、パネルなどの成形品を成形する。成形品の形状が変更されれば、金型の形状も変更しなければならない。成形品の形状変更に伴う金型の形状変更が金型全体に対して部分的である場合には、金型を部分的に改造することもある。金型の形状変更のうち、改造前の金型から不要部分を除去する場合には、改造前の金型の不要部分を例えば機械加工によって除去すればよい。しかしながら、改造後の金型形状を得るために改造前の金型の材料が不足している場合には、単に機械加工を施しても所望の形状にならない。そのため、このように金型の不足部分を補う改造の場合には、金型の材料そのものが不足している部分に肉盛溶接で材料を足し、その後、足された材料部分を機械加工して所望の形状を得ている。このような金型の肉盛・切削加工方法としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。

特許第２８３８６５７号公報

しかしながら、改造後の金型に必要な材料を改造前の金型に足す肉盛溶接は、高い溶接技術が要求されると共に、過大な作業時間を必要とする。また、高い溶接技術をもってしても、肉盛部分に巣が生じたり、肉盛した材料の過不足が生じたりしてしまい、結果として、肉盛品質不良によるやり直し作業や更なる修正作業が発生するという課題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、要求される成形品の形状変更に伴い不足部分を補うようにして金型を部分的に改造する場合に、肉盛溶接を必要としない金型改造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１に記載の金型改造方法は、
要求される成形品の形状変更に伴い不足部分を補って前記成形品用の金型を部分的に改造する金型改造方法において、改造前の金型データ及び要求される改造後の金型データの差分データに基づき、金属粉末焼結系の３Ｄプリンタで前記不足部分に該当する金型部品を形成する部品形成工程と、前記金型部品を前記改造前の金型の前記不足部分に取付けて固定する部品取付工程と、を備えたことを特徴とする。

「焼結」は、周知のように、融点よりも低い温度で金属粉末を焼き固めることであるから、焼結と「溶融」は異なる概念である。しかしながら、金属粉末の焼結は、粉末粒子の溶融結合によるものであり、金属粉末を用いた３Ｄプリンタには、レーザ溶融法や電子ビーム溶融法を用いたものがあるので、本明細書で使用される「焼結」は、選択的溶融を包含するものとする。

この構成によれば、金属粉末焼結系の３Ｄプリンタで形成された金型部品を改造前の金型の不足部分に取付けて固定するだけで金型材料の不足部分を補うことができるので、肉盛溶接を必要とせず、従って肉盛溶接に伴う種々の課題を回避することができる。また、改造前の金型データ及び改造後の金型データの差分データに基づいて不足部分に該当する金型部品を形成することにより、金型部品取付後の金型に対する修正作業をなくす又は軽減することが可能となり、その分だけ、金型改造作業に伴う時間を短縮化したりコストを低廉化したりすることができる。

請求項２に記載の金型改造方法は、請求項１に記載の金型改造方法において、前記部品形成工程では、前記不足部分に該当する金型部品を複数の分割部品として前記３Ｄプリンタで形成し、前記部品取付工程では、前記複数の分割部品を前記金型部品として前記改造前の金型の前記不足部分に取付けて固定することを特徴とする。

この構成によれば、金型の不足部分に該当する金型部品を複数の分割部品として３Ｄプリンタで形成し、それら複数の分割部品を金型の不足部分に該当する金型部品として改造前の金型に取付けて固定することで金型材料の不足部分を補うことができる。そのため、金型の不足部分に該当する金型部品を１つの部品として３Ｄプリンタで形成できないような場合であっても、それを複数に分割することによって各々を３Ｄプリンタで形成することが可能となり、従ってそれらによって金型材料の不足部分を補うことができるので、結果的に肉盛溶接を必要とせず、肉盛溶接に伴う種々の課題を回避することができる。

請求項３に記載の金型改造方法は、請求項１又は２に記載の金型改造方法において、前記部品取付工程では、溶接、締結、嵌合、接着剤による接着の何れか１つ以上で前記金型部品を前記改造前の金型に固定することを特徴とする。

この構成によれば、溶接、締結、嵌合、接着剤による接着といった比較的簡易な方法で金型材料の不足部分を補う金型部品を改造前の金型に固定することで、金型改造作業に伴う時間を短縮化したりコストを低廉化したりすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、肉盛溶接を必要とせず、従って肉盛溶接に伴う種々の課題を回避することができると共に、金型材料の不足部分を補う金型部品取付後の金型に対する修正作業をなくす又は軽減することが可能となり、その分だけ、金型改造作業に伴う時間を短縮化したりコストを低廉化したりすることができる。

本発明の金型改造方法の一実施の形態を示すシステム構成図である。改造対象となる金型の一例を示す斜視図である。図２の金型の不足部分を補う金型部品及び分割部品の斜視図である。図３の金型部品又は分割部品を溶接によって固定する場合の説明図である。図３の金型部品又は分割部品を締結によって固定する場合の説明図である。図３の金型部品又は分割部品を嵌合によって固定する場合の説明図である。図３の金型部品又は分割部品を接着剤による接着によって固定する場合の説明図である。金型部品又は分割部品の他の例を示す説明図である。

以下に、本発明の金型改造方法の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この実施の形態の金型改造方法のシステム構成図である。この実施の形態の金型改造方法は、主として、改造前の金型の不足部分を補って金型を部分的に改造することを目的とする。そのため、この実施の形態の金型改造方法では、金属粉末焼結系（選択的溶融を含む）の３Ｄプリンタ２を使用する。金属粉末焼結系の３Ｄプリンタ２としては、例えばレーザ焼結法、直接金属レーザ焼結法、レーザ溶融法、電子ビーム溶融法などに基づく３Ｄプリンタが実用に供されており、レーザや電子ビームを金属粉末に照射して選択的に層状に焼結（溶融）し、それを積層することによって成形品を三次元的に形成する。これらの３Ｄプリンタでは、例えばレーザや電子ビームのエネルギーが大きいほど、一般に、成形品の成形精度や表面性状に優れる。この実施の形態では、どのような金属粉末焼結系の３Ｄプリンタも採用可能であるが、後述するように、金型には高速度鋼や工具鋼などが金型材料として用いられるので、これらの金属の粉末を焼結して成形品を製造できるものが好適に使用される。

この実施の形態の３Ｄプリンタ２は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）システム４と接続されている。ＣＡＤシステム４は、コンピュータを用いて設計を行うツールであるが、物品の主として寸法データを処理したり、或いはその寸法データを用いて物品の画像を処理したりすることも効率的に行うことができる。この実施の形態の金型改造方法は、改造前の金型の不足部分を補うようにして金型を部分的に改造することを前提としているので、ＣＡＤシステム４には、改造前の金型のデータ及び要求される改造後の金型のデータが入力又は記憶されており、この実施の形態では、改造前の金型のデータと改造後の金型のデータの差分データを金型肉盛用部品３Ｄデータとして３Ｄプリンタ２に入力する。なお、ＣＡＤシステム４からデータを入力する代わりに、他のデータ入力方法、例えばＣＡＤデータ入力手段によって金型肉盛用部品３Ｄデータを３Ｄプリンタ２に直接的に入力してもよい。

この実施の形態では、「肉盛」は、金型材料の不足部分を補う（不足している金型材料を足す）ことを意味する。改造前の金型のデータと改造後の金型のデータの差分データは、改造後の金型に対する改造前の金型の不足部分からなり、それが、改造前の金型に肉盛すべき、つまり金型材料の不足部分を補うべき金型肉盛用部品の３Ｄデータとなる。そのため、３Ｄプリンタ２では、改造前の金型の材料と同等又は類似する金型肉盛用金属粉末を供給することにより、金型肉盛用部品３Ｄデータに応じた金型肉盛用金型部品が形成される。金型には、一般的に、高速度鋼や工具鋼、或いは高速度工具鋼などが用いられるので、これらの金属粉末を金型肉盛用金属粉末として供給する。なお、後述するように、金型肉盛用金型部品は、金型材料の不足部分全体を複数に分割した金型肉盛用分割部品としてもよい。

このようにして３Ｄプリンタ２で形成された金型肉盛用金型部品を改造前の金型に取付けて固定する。金型肉盛用金型部品の改造前金型への固定は、後述するように、例えば溶接、締結、嵌合、接着剤による接着が挙げられる。なお、金型肉盛用金型部品を複数の金型肉盛用分割部品に分割する場合、それらの金型肉盛用分割部品を金型肉盛用金型部品に組立ててから改造前金型に取付固定してもよいし、個々の金型肉盛用分割部品を個別に改造前金型に取付固定してもよいし、両者を組合せるようにして改造前金型への取付固定を行ってもよい。

図２は、この実施の形態で改造される金型の一例を示す斜視図であり、実線は改造前の金型（データ）Ｍｂ、二点鎖線は改造後の金型（データ）Ｍａを示している。両者の差分データからなる金型肉盛用部品３Ｄデータ、つまり金型肉盛用金型部品の全体構成は、二点鎖線と実線とで囲まれた外形線である。この金型肉盛用金型部品の中間部の二点鎖線が、６つに分割された金型肉盛用分割部品を示している。従って、金型肉盛用部品３Ｄデータに応じた金型肉盛用金型部品１０は図３（Ａ）のようになり、それを複数に分割した金型肉盛用分割部品１０－１～１０－６は図３（Ｂ）のようになる。

金型肉盛用金型部品１０又は金型肉盛用分割部品１０－１～１０－６（以下、これらをまとめて金型部品１０と示す）を改造前の金型Ｍｂに取付固定した後の追加加工（修正作業など）は、例えば３Ｄプリンタ２による金型部品１０の成形精度や表面性状から、必要に応じて行うことができる。いうまでもなく、金型改造作業全体のコストや作業時間の観点からは、金型部品取付固定後の追加加工のないことが理想であるが、この種の追加加工は、肉盛溶接と異なり、例えばマシニングセンターやＮＣフライス盤などを用いて、改造後の金型ＭａのＣＡＤデータなどに従い、比較的容易に行うことが可能である。従って、金型部品取付後の金型の追加加工については任意とする。また、同様の理由により、金型部品取付前の改造前の金型Ｍｂに対する追加加工も任意とする。

図４～図７は、改造前の金型Ｍｂへの金型部品の固定方法の説明図であり、何れも改造後の金型Ｍａに対する不足部分は同じである。図４は、金型部品１０を溶接によって改造前の金型Ｍｂに固定した場合の説明図である。例えばプレス工程用の金型では、金型の表面（成形品の成形に関与する面）が成形品に接触するので、ビードなどの溶接痕が金型の表面に突出しないことが望まれる。この例では、図示した金型は例えばプレス工程の下型として上方から鋼板が押し付けられる。そのため、この例では、金型部品１０と改造前の金型Ｍｂの接触面の上端部双方に開先１２を形成し、溶接強度を向上すると共に、溶接痕が金型の表面に突出しないようにした。なお、金型の表面に突出してしまった溶接痕は、グラインダーなどを用いて手作業で除去してもよいし、ＮＣフライス盤などによって機械加工で除去してもよい。何れも、肉盛溶接に比べれば、遥かに軽度な作業であり、しかも熟練を要しない。

図５は、金型部品１０を締結によって改造前の金型Ｍｂに固定した場合の説明図である。図４と比較して分かるように、改造前の金型Ｍｂの不足部分を補う金型部品１０は、図の二点鎖線より上部だけである（以下、この部分を本体部１０ａと示す）。しかしながら、この例の場合、金型部品の図示上面は金型の表面として成形品の成形に関与するため、金型部品１０を改造前の金型Ｍｂに締結するための構造を本体部１０ａに形成することが困難である。そのため、金型部品１０の本体部１０ａを図示下方まで延長して埋設部１０ｂを設けると共に、この埋設部１０ｂから、成形品の成形に関与しない図示左方に向けて延長部１０ｃを伸長し、この延長部１０ｃに締結具、具体的には皿小ネジ１２を挿入し、改造前の金型１０ｂに螺合し締付けて、金型部品１０を改造前の金型１０ｂに固定する構成とした。なお、改造前の金型Ｍｂには、埋設部１０ｂ及び延長部１０ｃが緊密に嵌入する凹部１６を、例えば機械加工により予め形成した。

図６は、金型部品１０を嵌合によって改造前の金型Ｍｂに固定した場合の説明図である。この例では、金型部品１０の本体部１０ａを図示下方に延長して嵌入部１０ｄを形成すると共に、改造前の金型Ｍｂには、その嵌入部１０ｄが緊密に嵌入する嵌合穴部１８を形成し、金型部品１０の嵌入部１０ｄを改造前の金型Ｍｂの嵌合穴部１８に緊密に嵌合して両者を固定した。嵌入部１０ｄと嵌合穴部１８の嵌合には、例えば締まり嵌めなどが適用される。

図７は、金型部品１０を接着剤による接着によって改造前の金型Ｍｂに固定した場合の説明図である。この例では、金型部品１０の本体部１０ａの図示下面及び図示右面に接着剤を塗布し、その接着剤が固化した接着層２０によって金型部品１０を改造前の金型Ｍｂに固定した。接着剤による接着層２０は、接着剤の広がり面と直交する方向の力、つまり圧縮力には強いが、接着剤の広がり面と平行な方向の力、つまり剪断力にはやや弱い。前述のように、この金型では、上方から鋼板が押し付けられるので、特に金型部品１０の本体部１０ａの図示下面が接着される改造前の金型Ｍｂの接着面は、プレス工程の加圧力（圧縮力）を垂直に受ける面となり、従って金型部品１０を接着剤による接着で改造前の金型Ｍｂに確実に固定することができる。

これらの金型部品固定方法からも類察されるように、３Ｄプリンタ２で形成する金型部品１０は、必ずしも、成形品の形状変更に伴う改造前の金型Ｍｂの不足部分そのものでなくても差し支えない。例えば、図８（Ａ）に示すように、二点鎖線で示す改造後の金型Ｍａに対して、実線で示す改造前の金型Ｍｂの金型材料の不足部分Ｘと不要部分Ｙとが隣接するような場合、図８（Ｂ）に示すように、例えば金型部品取付固定前、つまり改造前の金型Ｍｂの不要部分Ｙを、例えば不要部分Ｙよりも大きく予め除去しておき、除去された不要部分Ｙを含む不足部分Ｘの金型部品１０を３Ｄプリンタ２で形成し、それを除去された金型不要部分Ｙと一緒に金型材料の不足部分Ｘに取付固定することも可能である。このようにすれば、例えば不足部分Ｘの取付固定後に不要部分Ｙを除去するといった手間もなく、不足部分Ｘの追加と不要部分Ｙの除去を同時に行って完成形に導くこともできる。

このように、この実施の形態の金型改造方法では、金属粉末焼結系の３Ｄプリンタ２で形成された金型部品１０を改造前の金型Ｍｂの不足部分に取付けて固定するだけで金型材料の不足部分を補うことができるので、肉盛溶接を必要とせず、従って肉盛溶接に伴う種々の課題を回避することができる。また、改造前の金型データ及び改造後の金型データの差分データに基づいて不足部分に該当する金型部品１０を形成することにより、金型部品取付後の金型に対する修正作業をなくす又は軽減することが可能となり、その分だけ、金型改造作業に伴う時間を短縮化したりコストを低廉化したりすることができる。

また、改造前の金型Ｍｂの不足部分に該当する金型部品１０を複数の分割部品１０－１～１０－６として３Ｄプリンタ２で形成し、それら複数の分割部品１０－１～１０－６を金型の不足部分に該当する金型部品１０として改造前の金型Ｍｂに取付けて固定することで金型材料の不足部分を補うことができる。そのため、金型の不足部分に該当する金型部品１０を１つの部品として３Ｄプリンタ２で形成できないような場合であっても、それを複数に分割することによって各々を３Ｄプリンタ２で形成することが可能となり、従ってそれらによって金型材料の不足部分を補うことができるので、結果的に肉盛溶接を必要とせず、肉盛溶接に伴う種々の課題を回避することができる。

また、溶接、締結、嵌合、接着剤による接着といった比較的簡易な方法で金型材料の不足部分を補う金型部品１０を改造前の金型Ｍｂに固定することで、金型改造作業に伴う時間を短縮化したりコストを低廉化したりすることができる。

本発明が上記していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当とされる特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。

２３Ｄプリンタ
１０金型肉盛用金型部品（金型肉盛用分割部品、金型部品）
１０－１～１０－６金型肉盛用分割部品（金型部品）
Ｍｂ改造前の金型
Ｍａ改造後の金型

Claims

要求される成形品の形状変更に伴い不足部分を補って前記成形品用の金型を部分的に改造する金型改造方法において、
改造前の金型データ及び要求される改造後の金型データの差分データに基づき、金属粉末焼結系の３Ｄプリンタで前記不足部分に該当する金型部品を形成する部品形成工程と、
前記金型部品を前記改造前の金型の前記不足部分に取付けて固定する部品取付工程と、を備えたことを特徴とする金型改造方法。
前記部品形成工程では、前記不足部分に該当する金型部品を複数の分割部品として前記３Ｄプリンタで形成し、
前記部品取付工程では、前記複数の分割部品を前記金型部品として前記改造前の金型の前記不足部分に取付けて固定することを特徴とする請求項１に記載の金型改造方法。
前記部品取付工程では、溶接、締結、嵌合、接着剤による接着の何れか１つ以上で前記金型部品を前記改造前の金型に固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の金型改造方法。