JP7514377B1 - Manufacturing method of additionally processed parts - Google Patents

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Abstract

【課題】指向性エネルギー堆積法によって部材に付加加工を施すことで成形される付加加工部材の割れを抑制する。【解決手段】付加加工部材の製造方法は、部材21上に、部材よりも高い硬度又は線膨張係数を有する第1材料2211を供給するとともにレーザ181を照射することによって第1材料を溶融し、部材上に第1層221を積層する第1積層工程と、第1層上に、第1材料よりも高い硬度又は線膨張係数を有する第2材料2221を供給するとともにレーザ181を照射することによって第2材料2221を溶融し、第1層上に第2層222を積層する第2積層工程と、を備える。【選択図】図5[Problem] To suppress cracking of a processed member formed by applying additional processing to a member by directed energy deposition. [Solution] A method for manufacturing a processed member includes a first lamination step of supplying a first material 2211 having a higher hardness or linear expansion coefficient than the member 21 and melting the first material by irradiating with a laser 181 to laminate a first layer 221 on the member, and a second lamination step of supplying a second material 2221 having a higher hardness or linear expansion coefficient than the first material on the first layer and melting the second material 2221 by irradiating with a laser 181 to laminate a second layer 222 on the first layer. [Selected Figure] Figure 5

Description

本発明は、付加加工部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing additionally processed components.

工具の割れを抑制する手段として、複数の層で構成される複合材料を用いることが知られている。このような複合材料は、例えば特許文献1に開示される。 As a means of suppressing cracking of tools, it is known to use a composite material composed of multiple layers. Such a composite material is disclosed, for example, in Patent Document 1.

特許文献1は、セラミック粉末と金属の混合比が異なる複数層で構成された複合部材を開示する。複数の層は、硬度の高い高硬度層と、硬度の低い低硬度層とを交互に積層して成形される。このような複合部材を型に付与し、所定の形状を有する工具を成形する。この工具によれば、高硬度層に割れが発生しても、低硬度層において割れの進展が抑制される。 Patent Document 1 discloses a composite member made up of multiple layers with different mixture ratios of ceramic powder and metal. The multiple layers are formed by alternately stacking high-hardness layers and low-hardness layers. Such a composite member is applied to a mold to form a tool having a predetermined shape. With this tool, even if a crack occurs in the high-hardness layer, the crack is prevented from progressing in the low-hardness layer.

特開2016-108668号公報JP 2016-108668 A

特許文献1は、高硬度層及び低硬度層の成形方法の一例として、指向性エネルギー堆積法を挙げている。指向性エネルギー堆積法では、材料粉末をレーザによって溶融し、材料粉末で構成される層を成形する。特許文献1では、指向性エネルギー堆積法によって成形された高硬度層及び低硬度層を有する複合部材を工具の素材に利用する。一方、指向性エネルギー堆積法は、工具の母体となる部材の表面に所定の厚さ、形状の付加加工層を成形する付加加工にも用いられる。 Patent Document 1 lists directed energy deposition as an example of a method for forming high and low hardness layers. In directed energy deposition, a material powder is melted by a laser to form a layer composed of the material powder. In Patent Document 1, a composite member having a high and low hardness layer formed by directed energy deposition is used as a tool material. Meanwhile, directed energy deposition is also used in additive processing, which forms an additive processing layer of a specified thickness and shape on the surface of the base material of the tool.

付加加工が施された付加加工部材では、経年により付加加工層が摩耗することがある。この場合、古い付加加工層を除去した後、新たな付加加工層を部材上に積層し、摩耗した付加加工層を修復することがある。ここで、指向性エネルギー堆積法では、付加加工層を部材上に積層する際にレーザによって部材及び材料粉末を溶融させる。このレーザの熱により、部材の材質が変化し、部材が硬化することがある。工具に用いられる付加加工部材では、付加加工層は高い硬度の材料が用いられる。このような場合、指向性エネルギー堆積法によって付加加工層が修復された付加加工部材では、硬化した部材の表面上に硬い付加加工層が設けられる。一般に、高い硬度の材料は靭性が低く、膨張及び収縮しにくい。その結果、修復された付加加工部材を冷却する時に、部材の熱収縮量と、付加加工層の熱収縮量との間に差分が生じることで、付加加工層に割れ又は変形等が生じる可能性がある。 In additively processed components that have been subjected to additive processing, the additive processing layer may wear over time. In this case, the old additive processing layer may be removed, and a new additive processing layer may be laminated on the component to repair the worn additive processing layer. Here, in the directed energy deposition method, a laser is used to melt the component and the material powder when the additive processing layer is laminated on the component. The heat of this laser may change the material of the component and harden the component. In additively processed components used in tools, a material with high hardness is used for the additive processing layer. In such cases, in additively processed components whose additive processing layer has been repaired by directed energy deposition, a hard additive processing layer is provided on the surface of the hardened component. Generally, materials with high hardness have low toughness and are difficult to expand and contract. As a result, when the repaired additively processed component is cooled, a difference occurs between the amount of thermal contraction of the component and the amount of thermal contraction of the additive processing layer, which may cause cracks or deformation in the additive processing layer.

本発明は、指向性エネルギー堆積法によって部材に付加加工を施すことで成形される付加加工部材の割れを抑制することを目的とする。 The present invention aims to suppress cracking of processed components formed by applying additional processing to components using directed energy deposition.

本発明の付加加工部材の製造方法は、
部材上に、前記部材よりも高い硬度又は線膨張係数を有する第1材料を供給するとともにレーザを照射することによって前記第1材料を溶融し、前記部材上に第1層を積層する第1積層工程と、
前記第1層上に、前記第1材料よりも高い硬度又は線膨張係数を有する第2材料を供給するとともにレーザを照射することによって前記第2材料を溶融し、前記第1層上に第2層を積層する第2積層工程と、を備える。
The method for producing an additively processed member of the present invention comprises the steps of:
a first lamination step of supplying a first material having a hardness or a linear expansion coefficient higher than that of the member onto the member and irradiating the first material with a laser to melt the first material and laminate a first layer on the member;
and a second lamination process for supplying a second material having a higher hardness or linear expansion coefficient than the first material onto the first layer and melting the second material by irradiating it with a laser, thereby laminating a second layer on the first layer.

上記の付加加工部材の製造方法では、部材と、第2材料で構成された第2層との間に、部材及び第2層の中間の硬度又は線膨張係数を有する第1層が設けられる。第1層は、部材に第1層及び第2層が積層された後、部材が冷却された際の、部材と第2層との熱収縮量の差分を吸収する。したがって、上記の付加加工部材の製造方法によれば、指向性エネルギー堆積法によって部材に付加加工を施すことで成形される付加加工部材の割れを抑制することができる。 In the manufacturing method of the additively processed member described above, a first layer having a hardness or linear expansion coefficient intermediate between the member and the second layer is provided between the member and the second layer made of the second material. The first layer absorbs the difference in the amount of thermal contraction between the member and the second layer when the member is cooled after the first and second layers are laminated on the member. Therefore, according to the manufacturing method of the additively processed member described above, it is possible to suppress cracking of the additively processed member formed by applying additive processing to the member using directed energy deposition.

本発明の付加加工部材の製造方法によれば、指向性エネルギー堆積法によって部材に付加加工を施すことで成形される付加加工部材の割れを抑制することができる。 The manufacturing method of the additively processed component of the present invention can suppress cracking of the additively processed component formed by applying additive processing to the component using the directed energy deposition method.

図1は、付加加工部材の製造方法に用いられる工作機械の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a machine tool used in a method for manufacturing an additionally processed member. 図2は、付加加工部材の製造方法のフローチャートである。FIG. 2 is a flow chart of a method for manufacturing an additionally processed member. 図3は、除去工程を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the removing step. 図4は、第1積層工程を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the first lamination step. 図5は、第2積層工程を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the second lamination step.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

<工作機械>
図1は、付加加工部材の製造方法に用いられる工作機械の概略図である。図中(A)を参照して、工作機械1は、部材の付加加工(AM)と、部材の除去加工(SM)とが可能なAM/SMハイブリッド工作機械である。工作機械1は、SM加工の機能として、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。工作機械1は、コンピュータによる数値制御によって、部材の加工のための各種動作が自動化されたNC(Numerically Control)工作機械である。本明細書においては、工作機械1の左右方向(幅方向)に平行で、水平方向に延びる軸を「Z軸」といい、前後方向(奥行き方向)に平行で、水平方向に延びる軸を「Y軸」といい、鉛直方向に延びる軸を「X軸」という。
<Machine tools>
FIG. 1 is a schematic diagram of a machine tool used in a manufacturing method for additively processed members. Referring to FIG. 1 (A), the machine tool 1 is an AM/SM hybrid machine tool capable of additive machining (AM) and subtractive machining (SM) of members. The machine tool 1 has a turning function using a fixed tool and a milling function using a rotating tool as SM processing functions. The machine tool 1 is a numerically controlled (NC) machine tool in which various operations for machining members are automated by numerical control by a computer. In this specification, an axis that is parallel to the left-right direction (width direction) of the machine tool 1 and extends horizontally is referred to as the "Z axis", an axis that is parallel to the front-rear direction (depth direction) and extends horizontally is referred to as the "Y axis", and an axis that extends vertically is referred to as the "X axis".

工作機械1は、ベッド11と、第1主軸台12と、第2主軸台13と、工具主軸14とを備える。 The machine tool 1 includes a bed 11, a first headstock 12, a second headstock 13, and a tool spindle 14.

ベッド11は、第1主軸台12、第2主軸台13及び工具主軸14を支持するためのベースである。ベッド11は、工場等の床面に設置される。第1主軸台12、第2主軸台13及び工具主軸14は、スプラッシュガードにより区画形成された加工エリア内に設けられる。加工エリアは、密閉される。 The bed 11 is a base for supporting the first headstock 12, the second headstock 13, and the tool spindle 14. The bed 11 is installed on the floor of a factory or the like. The first headstock 12, the second headstock 13, and the tool spindle 14 are provided in a machining area defined by a splash guard. The machining area is sealed.

第1主軸台12及び第2主軸台13は、Z軸方向において、互いに対向して設けられる。第1主軸台12は、部材21を保持したり、回転させたりする第1ワーク主軸121を含む。第1ワーク主軸121は、Z軸に平行な中心軸A121を中心に回転可能に設けられる。第2主軸台13も同様に、部材21を保持したり、回転させたりする第2ワーク主軸131を含む。第2主軸台13は、各種の送り機構、案内機構及びモータ等により、Z軸方向に移動可能に設けられる。第2ワーク主軸131は、Z軸に平行な中心軸A131を中心に回転可能に設けられる。中心軸A121及び中心軸A131は、同一直線上に位置する。第1ワーク主軸121及び第2ワーク主軸131にはそれぞれ、部材21を着脱可能に把持するためのチャックが設けられる。 The first headstock 12 and the second headstock 13 are arranged opposite each other in the Z-axis direction. The first headstock 12 includes a first work spindle 121 that holds and rotates the member 21. The first work spindle 121 is arranged to be rotatable around a central axis A121 parallel to the Z-axis. Similarly, the second headstock 13 includes a second work spindle 131 that holds and rotates the member 21. The second headstock 13 is arranged to be movable in the Z-axis direction by various feed mechanisms, guide mechanisms, motors, etc. The second work spindle 131 is arranged to be rotatable around a central axis A131 parallel to the Z-axis. The central axes A121 and A131 are located on the same straight line. The first work spindle 121 and the second work spindle 131 are each provided with a chuck for detachably holding the member 21.

部材21は、円筒形状を有する。ただし、部材21の形状は特に限定されない。部材21は、中実構造であってもよいし、中空構造であってもよい。部材21は、第1ワーク主軸121及び第2ワーク主軸131に取り付けられた状態で、第1ワーク主軸121の中心軸A121(A131)の延長線と一致する中心軸を有する。部材21の中心軸方向における一方端が第1ワーク主軸121のチャックにより把持され、他方端が第2ワーク主軸131のチャックにより把持される。第1ワーク主軸121及び第2ワーク主軸131は、互いに同期して回転することにより、部材21が中心軸A121(A131)周りに回転する。 The member 21 has a cylindrical shape. However, the shape of the member 21 is not particularly limited. The member 21 may have a solid structure or a hollow structure. When the member 21 is attached to the first work spindle 121 and the second work spindle 131, the member 21 has a central axis that coincides with an extension of the central axis A121 (A131) of the first work spindle 121. One end of the member 21 in the central axis direction is held by the chuck of the first work spindle 121, and the other end is held by the chuck of the second work spindle 131. The first work spindle 121 and the second work spindle 131 rotate synchronously with each other, causing the member 21 to rotate around the central axis A121 (A131).

工具主軸14は、取り付けられた工具をX軸-Z軸平面に含まれる中心軸を中心に回転可能に構成される。工具主軸14は、図示しないコラム等によりベッド11上に支持される。工具主軸14は、コラム等に設けられた各種の送り機構、案内機構及びモータ等により、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に移動可能に設けられる。このような構成により、工具主軸14は、3次元的に移動する。工具主軸14は更に、Y軸に平行な旋回中心軸周りに旋回可能に設けられる(B軸旋回)。 The tool spindle 14 is configured so that the attached tool can rotate around a central axis included in the X-axis-Z-axis plane. The tool spindle 14 is supported on the bed 11 by a column or the like (not shown). The tool spindle 14 is provided so that it can move in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions by various feed mechanisms, guide mechanisms, motors, etc. provided on the column or the like. With this configuration, the tool spindle 14 moves three-dimensionally. The tool spindle 14 is further provided so that it can rotate around a central axis of rotation parallel to the Y axis (B-axis rotation).

工作機械1は更に、付加加工用ヘッド15を備える。付加加工用ヘッド15は、部材21に対して材料を供給するとともにレーザを照射する。すなわち、付加加工用ヘッド15は、部材21に対し指向性エネルギー堆積法による付加加工を行う。 The machine tool 1 further includes an additional processing head 15. The additional processing head 15 supplies material to the member 21 and irradiates the member 21 with a laser. In other words, the additional processing head 15 performs additional processing on the member 21 by the directed energy deposition method.

付加加工用ヘッド15は、工具主軸14に着脱可能に構成される。工具主軸14が、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に移動することによって、付加加工用ヘッド15もX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に移動する。更に、工具主軸14が、旋回中心軸(B軸)周りに旋回することによって、付加加工用ヘッド15も工具主軸14と一体となってB軸周りに旋回する。 The additional processing head 15 is configured to be detachable from the tool spindle 14. As the tool spindle 14 moves in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the additional processing head 15 also moves in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Furthermore, as the tool spindle 14 rotates around the central axis of rotation (axis B), the additional processing head 15 also rotates together with the tool spindle 14 around axis B.

工作機械1は更に、制御装置16を備える。制御装置16は、工作機械1を制御する。制御装置16は、CPU、RAM、ROM等を含むコンピュータから構成される。制御装置16は、記録媒体に格納されたコンピュータプログラムを実行することで、工作機械1の各部の動作を制御する。 The machine tool 1 further includes a control device 16. The control device 16 controls the machine tool 1. The control device 16 is composed of a computer including a CPU, RAM, ROM, etc. The control device 16 controls the operation of each part of the machine tool 1 by executing a computer program stored in a recording medium.

図中(B)を参照して、工作機械1は更に、パウダーフィーダ17と、レーザ発振装置18と、ケーブル19とを備える。 Referring to (B) in the figure, the machine tool 1 further includes a powder feeder 17, a laser oscillator 18, and a cable 19.

パウダーフィーダ17は、付加加工に用いられる材料粉末を、加工位置に供給する。図示はしないが、パウダーフィーダ17は、パウダーホッパーと、混合部とを含む。パウダーホッパーは、付加加工に用いられる材料粉末を収容するための密閉空間を形成する。混合部は、パウダーホッパーに収容された材料粉末と、材料のキャリア用のガスとを混合する。なお、本実施形態では材料は粉末状である場合について説明するが、材料はワイヤ状であってもよい。 The powder feeder 17 supplies the material powder used in the additional processing to the processing position. Although not shown, the powder feeder 17 includes a powder hopper and a mixing section. The powder hopper forms an enclosed space for storing the material powder used in the additional processing. The mixing section mixes the material powder stored in the powder hopper with a gas that carries the material. Note that, although the material is in powder form in this embodiment, the material may be in wire form.

レーザ発振装置18は、付加加工に用いられるレーザ181を発振する。ケーブル19は、レーザ発振装置18から付加加工用ヘッド15に向けてレーザを導くための光ファイバーと、パウダーフィーダ17から付加加工用ヘッド15に向けて材料粉末を導くための配管と、空気の流路となるエア配管と、不活性ガスの流路となるガス配管と、冷媒の流路となる冷却配管と、電気配線と、これらを収容する管部材とから構成される。 The laser oscillator 18 emits a laser 181 used for additional processing. The cable 19 is composed of an optical fiber for guiding the laser from the laser oscillator 18 to the additional processing head 15, a pipe for guiding the material powder from the powder feeder 17 to the additional processing head 15, an air pipe as an air flow path, a gas pipe as an inert gas flow path, a cooling pipe as a refrigerant flow path, electrical wiring, and a tube member that houses these.

<付加加工部材の製造方法>
続いて、本実施形態の付加加工部材の製造方法について説明する。本実施形態では、付加加工部材の製造方法によって、ダイカッターの付加加工層を修復する場合について説明する。
<Method of manufacturing additionally processed member>
Next, a method for manufacturing an additively processed member according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, a case in which an additively processed layer of a die cutter is repaired by the method for manufacturing an additively processed member will be described.

図2は、付加加工部材の製造方法のフローチャートである。付加加工部材の製造方法は、実行される順に、除去工程S11と、第1積層工程S12と、第2積層工程S13と、冷却工程S14とを備える。各工程(処理)は、制御装置が各種プログラムを実行することで実行される。 Figure 2 is a flow chart of the method for manufacturing an additionally processed component. The method for manufacturing an additionally processed component includes, in order of execution, a removal process S11, a first lamination process S12, a second lamination process S13, and a cooling process S14. Each process (process) is performed by the control device executing various programs.

図3は、除去工程を説明するための図である。図中(A)は、ダイカットロールの構成の概略図である。除去工程S11では、部材21に予め施されている付加加工層20を除去する。具体的には、まずダイカッター2を準備する。ダイカッター2は、対となるアンビルロール3とともにダイカットロールを構成する。ダイカッター2は、円筒形状を有する部材21の表面に付加加工層20が設けられて構成される。付加加工層20は、刃部201と、摺動部202とを含む。刃部201は、ダイカッター2の刃を構成する。図中では、刃部201が四角形状を有する場合を示すが、刃部201の形状は特に限定されない。刃部201は、ダイカッターで加工する製品の形状に応じた形状を有する。摺動部202は、部材21の両端部に設けられる。摺動部202は、アンビルロール3に押し付けられ、ダイカッター2が回転することでアンビルロール3と摺動する。 Figure 3 is a diagram for explaining the removal process. In the figure, (A) is a schematic diagram of the configuration of the die cut roll. In the removal process S11, the additional processing layer 20 previously applied to the member 21 is removed. Specifically, first, the die cutter 2 is prepared. The die cutter 2 constitutes a die cut roll together with the anvil roll 3 that is paired with it. The die cutter 2 is constituted by providing the additional processing layer 20 on the surface of the member 21 having a cylindrical shape. The additional processing layer 20 includes a blade portion 201 and a sliding portion 202. The blade portion 201 constitutes the blade of the die cutter 2. In the figure, the blade portion 201 is shown to have a square shape, but the shape of the blade portion 201 is not particularly limited. The blade portion 201 has a shape according to the shape of the product to be processed by the die cutter. The sliding portion 202 is provided at both ends of the member 21. The sliding portion 202 is pressed against the anvil roll 3, and slides against the anvil roll 3 as the die cutter 2 rotates.

図中(B)は、ダイカッターの一部をダイカッターの中心軸を含む面で切断した断面図である。本実施形態では予め設けられている付加加工層20は高速度鋼で構成される。付加加工層20は、後述の第2層と同じ材料で構成される。ただし、付加加工層20の材料は特に限定されない。付加加工層20は、第2層と異なる材料で構成されてもよい。部材21に予め付加加工層20を付す方法は、特に限定されない。付加加工層20は、例えば指向性エネルギー堆積法で成形されてもよいし、指向性エネルギー堆積法以外の方法で成形されてもよい。付加加工層20は、例えばパウダーベッド法で成形された層を、切削加工して成形されてもよい。 In the figure, (B) is a cross-sectional view of a part of the die cutter cut by a plane including the central axis of the die cutter. In this embodiment, the pre-formed additional processing layer 20 is made of high-speed steel. The additional processing layer 20 is made of the same material as the second layer described below. However, the material of the additional processing layer 20 is not particularly limited. The additional processing layer 20 may be made of a material different from that of the second layer. The method of pre-forming the additional processing layer 20 on the member 21 is not particularly limited. The additional processing layer 20 may be formed, for example, by a directed energy deposition method, or may be formed by a method other than the directed energy deposition method. The additional processing layer 20 may be formed by cutting a layer formed, for example, by a powder bed method.

ダイカッターの摺動部202は、経年により摩耗する。摺動部202の摩耗量が所定以上となると、摺動部202の修復が必要となる。そこで、除去工程S11では、ダイカッターの摺動部202を、例えば切削加工、研削加工等により除去する。除去工程S11が終了すると、摺動部202が設けられていた部分は、部材21の表面がむき出しの状態となる。なお、部材21の材質は、特に限定されない。部材21は、例えば鋼である。より具体的には、部材21は例えば炭素鋼である。部材21の組織は、熱処理により変化する。部材21の硬度又は線膨張係数は、熱処理により変化する。要するに、部材21は、熱処理により相変態が生じ得る材料で構成される。 The sliding part 202 of the die cutter wears over time. When the amount of wear of the sliding part 202 reaches a certain level or more, the sliding part 202 needs to be repaired. Therefore, in the removal process S11, the sliding part 202 of the die cutter is removed by, for example, cutting or grinding. When the removal process S11 is completed, the surface of the member 21 is exposed in the portion where the sliding part 202 was provided. The material of the member 21 is not particularly limited. The member 21 is, for example, steel. More specifically, the member 21 is, for example, carbon steel. The structure of the member 21 changes due to heat treatment. The hardness or linear expansion coefficient of the member 21 changes due to heat treatment. In short, the member 21 is made of a material that can undergo phase transformation due to heat treatment.

図4は、第1積層工程を説明するための断面図である。第1積層工程S12では、指向性エネルギー堆積法により部材21上に第1層221を積層する。第1層は、部材21において上述したダイカッターの摺動部202に対応する位置に設けられる。具体的には、図中(A)を参照して、第1積層工程S12では、部材21の表面に対し、パウダーフィーダ17から粉末状の第1材料2211を供給するとともにレーザ181を照射する。レーザ181は、部材21及び第1材料2211の両方を溶融させる。部材21に対しレーザ181を照射すると、部材21が溶融し、部材21の表面にメルトプール211が形成される。溶融した第1材料2211は、メルトプール211と重なるように広がる。これにより、図中(B)を参照して、部材21の表面上に第1材料で構成される第1層221が積層される。 Figure 4 is a cross-sectional view for explaining the first lamination step. In the first lamination step S12, the first layer 221 is laminated on the member 21 by the directed energy deposition method. The first layer is provided on the member 21 at a position corresponding to the sliding part 202 of the die cutter described above. Specifically, referring to (A) in the figure, in the first lamination step S12, the surface of the member 21 is supplied with the powdered first material 2211 from the powder feeder 17 and irradiated with the laser 181. The laser 181 melts both the member 21 and the first material 2211. When the laser 181 is irradiated to the member 21, the member 21 melts and a melt pool 211 is formed on the surface of the member 21. The molten first material 2211 spreads so as to overlap with the melt pool 211. As a result, referring to (B) in the figure, the first layer 221 made of the first material is laminated on the surface of the member 21.

第1材料2211は、部材21よりも高い硬度又は線膨張係数を有する。すなわち、第1層221は、部材21よりも高い硬度又は線膨張係数を有する。ここで言う、部材21の硬度及び線膨張係数は、レーザが照射される前の硬度及び線膨張係数である。この条件を満たせば、第1材料2211は特に限定されない。第1材料2211は、例えばステンレス鋼である。 The first material 2211 has a higher hardness or linear expansion coefficient than the member 21. That is, the first layer 221 has a higher hardness or linear expansion coefficient than the member 21. The hardness and linear expansion coefficient of the member 21 referred to here are the hardness and linear expansion coefficient before the laser is irradiated. As long as this condition is satisfied, the first material 2211 is not particularly limited. The first material 2211 is, for example, stainless steel.

図5は、第2積層工程を説明するための図である。第2積層工程S13では、指向性エネルギー堆積法により第1層221上に第2層222を積層する。第2層222は、第1層221が設けられる位置、すなわちダイカッターの摺動部202に対応する位置に設けられる。第2層222は、ダイカッターの最外表に設けられる。すなわち、第2層222は、実質的にダイカッターの摺動部として機能する。 Figure 5 is a diagram for explaining the second lamination step. In the second lamination step S13, the second layer 222 is laminated on the first layer 221 by directed energy deposition. The second layer 222 is provided at the position where the first layer 221 is provided, i.e., at the position corresponding to the sliding part 202 of the die cutter. The second layer 222 is provided on the outermost surface of the die cutter. In other words, the second layer 222 essentially functions as the sliding part of the die cutter.

具体的には、図中(A)を参照して、積層された第1層221の表面に対し、パウダーフィーダ17から粉末状の第2材料2221を供給するとともにレーザ181を照射する。レーザ181は、第1層221及び第2材料2221の両方を溶融させる。第1層221に対しレーザ181を照射すると、第1層が溶融し、第1層の表面にメルトプール2212が形成される。溶融した第2材料2221は、メルトプール2212と重なるように広がる。これにより、図中(B)を参照して、第1層221の表面上に第2材料で構成される第2層222が積層される。 Specifically, referring to (A) in the figure, a powdered second material 2221 is supplied from a powder feeder 17 to the surface of the laminated first layer 221, and a laser 181 is irradiated to the surface. The laser 181 melts both the first layer 221 and the second material 2221. When the laser 181 is irradiated to the first layer 221, the first layer melts and a melt pool 2212 is formed on the surface of the first layer. The molten second material 2221 spreads so as to overlap with the melt pool 2212. As a result, referring to (B) in the figure, a second layer 222 made of the second material is laminated on the surface of the first layer 221.

第2材料2221は、第1材料2211よりも高い硬度又は線膨張係数を有する。すなわち、第2層222は、第1層221よりも高い硬度又は線膨張係数を有する。この条件を満たせば、第2材料2221は特に限定されない。第2材料2221は、例えば高速度鋼である。好ましくは、第2材料2221は、ビッカース硬さで600Hv以上の硬度を有する。 The second material 2221 has a higher hardness or linear expansion coefficient than the first material 2211. That is, the second layer 222 has a higher hardness or linear expansion coefficient than the first layer 221. As long as this condition is satisfied, the second material 2221 is not particularly limited. The second material 2221 is, for example, high speed steel. Preferably, the second material 2221 has a Vickers hardness of 600 Hv or more.

冷却工程S14では、第1層221及び第2層222が積層された部材21を冷却する。冷却方法は特に限定されない。冷却方法は、自然冷却でもよいし、冷却媒体を使用してもよい。冷却工程S14が終了すると、部材21に第1層221及び第2層222が積層された付加加工部材が製造される。すなわち、予め設けられていた付加加工層20が、新たな付加加工層22に換えられ、ダイカットロールの修復が完了する。 In the cooling step S14, the member 21 on which the first layer 221 and the second layer 222 are laminated is cooled. The cooling method is not particularly limited. The cooling method may be natural cooling or may use a cooling medium. When the cooling step S14 is completed, an additionally processed member is manufactured in which the first layer 221 and the second layer 222 are laminated on the member 21. In other words, the previously provided additionally processed layer 20 is replaced with a new additionally processed layer 22, and the repair of the die-cut roll is completed.

上述したように、本実施形態の付加加工部材の製造方法では、部材21と、第2材料で構成された第2層222との間に、第1材料で構成される第1層221が設けられる。第1材料は、第2材料と部材との中間の硬度又は線膨張係数を有する。そのため、第1層221は、冷却工程において、部材21の熱収縮量と第2層222の熱収縮量との差分を吸収する。したがって、上述の付加加工部材の製造方法によれば、指向性エネルギー堆積法によって部材に付加加工を施すことで成形される付加加工部材の割れを抑制することができる。 As described above, in the manufacturing method of the additively processed member of this embodiment, the first layer 221 made of the first material is provided between the member 21 and the second layer 222 made of the second material. The first material has a hardness or linear expansion coefficient intermediate between that of the second material and the member. Therefore, the first layer 221 absorbs the difference between the amount of thermal contraction of the member 21 and the amount of thermal contraction of the second layer 222 in the cooling process. Therefore, according to the manufacturing method of the additively processed member described above, it is possible to suppress cracking of the additively processed member formed by applying additive processing to the member by the directed energy deposition method.

特に、上述の付加加工部材の製造方法は、レーザの熱によって硬度又は線膨張係数が変化するような部材を用いる場合に有効である。すなわち、製品(上述の実施形態ではダイカッター)の付加加工層を、指向性エネルギー堆積法を用いて修復する場合、レーザの熱によって部材に熱処理が施され、部材の硬度又は線膨張係数が変化することがある。例えば、部材が鉄又は鉄を主成分とする合金で構成される場合、レーザの熱によって部材の少なくとも一部が焼入れされることがある。このような場合、高い硬度の部材表面に第2層を直接的に積層すると、靭性の低い材料の上に靭性の低い材料が設けられることになる。その結果、高い硬度の第2層の熱収縮量を、部材が吸収しにくくなり、第2層に割れが生じやすい。これに対し、上述の付加加工部材の製造方法では、部材21と第2層222との間に第1層221が設けられ、部材21の熱収縮量と第2層222との熱収縮量の差分を吸収する。したがって、上述の付加加工部材の製造方法は、レーザの熱によって硬度又は線膨張係数が変化するような部材21を用いる場合に特に有効である。 In particular, the above-mentioned manufacturing method for the additionally processed member is effective when using a member whose hardness or linear expansion coefficient changes due to the heat of the laser. That is, when the additionally processed layer of the product (the die cutter in the above-mentioned embodiment) is repaired using the directed energy deposition method, the member is heat-treated by the heat of the laser, and the hardness or linear expansion coefficient of the member may change. For example, when the member is made of iron or an alloy mainly composed of iron, at least a part of the member may be hardened by the heat of the laser. In such a case, if the second layer is directly laminated on the surface of a member with high hardness, a material with low toughness is provided on a material with low toughness. As a result, the member is less likely to absorb the amount of thermal contraction of the second layer with high hardness, and the second layer is more likely to crack. In contrast, in the above-mentioned manufacturing method for the additionally processed member, the first layer 221 is provided between the member 21 and the second layer 222, and the difference in the amount of thermal contraction between the member 21 and the second layer 222 is absorbed. Therefore, the manufacturing method for the additively processed component described above is particularly effective when using a component 21 whose hardness or linear expansion coefficient changes due to the heat of the laser.

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。 The above-described embodiments are illustrative in all respects and are not restrictive. Those skilled in the art may make appropriate modifications and variations. The scope of the present invention is defined by the claims, not the above-described embodiments. Furthermore, the scope of the present invention includes modifications from the embodiments within the scope of the claims and the scope equivalent thereto.

例えば、上述の実施形態では、加工対象の製品がダイカッターである場合について説明した。しかしながら、製品はダイカッターに限定されない。製品は、指向性エネルギー堆積法を用いて部材に付加加工層を積層する製品であればよい。 For example, in the above embodiment, the product to be processed is a die cutter. However, the product is not limited to a die cutter. The product may be any product in which an additive processing layer is laminated onto a component using directed energy deposition.

また、上述の実施形態では、予め付加加工層が積層されている製品において、付加加工層を修復する場合について説明した。しかしながら、付加加工層を予め部材に積層する際に、本発明の付加加工部材の製造方法を適用してもよい。すなわち、新品の製品を製造する際に、本発明の付加加工部材の製造方法によって付加加工層を成形してもよい。 In the above embodiment, a case has been described in which an additional processing layer is repaired in a product on which the additional processing layer has already been laminated. However, the manufacturing method of the additional processing member of the present invention may be applied when the additional processing layer is laminated on the member in advance. In other words, when manufacturing a new product, the additional processing layer may be formed by the manufacturing method of the additional processing member of the present invention.

また、上述の実施形態では、第1層及び第2層がそれぞれ1層である場合について説明した。しかしながら、第1層は複数積層されてもよい。第2層は複数積層されてもよい。第1層又は第2層が複数積層されることで、付加加工層の厚みを調整できる。第1層及び第2層の厚みは、製品の仕様に応じて適宜設定されればよい。 In the above embodiment, the first layer and the second layer are each a single layer. However, multiple first layers may be stacked. Multiple second layers may be stacked. By stacking multiple first layers or multiple second layers, the thickness of the additional processing layer can be adjusted. The thickness of the first layer and the second layer may be set appropriately according to the product specifications.

第1層が複数積層される場合、複数の第1層はそれぞれ、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。複数の第1層の一部が同じ材料で構成されていてもよい。第1層が複数積層される場合、積層方向の上側に積層される第1層ほど高い硬度又は線膨張係数を有していてもよい。第1層が複数積層される場合、第2層に近い第1層ほど高い硬度又は線膨張係数を有していてもよい。第1層が複数積層される場合、積層方向の上側に積層される上第1層は、上第1層の1つ下に設けられる下第1層の硬度又は線膨張係数以上の硬度又は線膨張係数を有していてもよい。第1層が複数積層される場合、積層方向において最も上層に設けられる最上層第1層は、最も下層に設けられる最下層第1層よりも高い硬度又は線膨張係数を有していてもよい。 When a plurality of first layers are stacked, each of the plurality of first layers may be made of the same material or different materials. A portion of the plurality of first layers may be made of the same material. When a plurality of first layers are stacked, the first layer stacked on the upper side in the stacking direction may have a higher hardness or linear expansion coefficient. When a plurality of first layers are stacked, the first layer closer to the second layer may have a higher hardness or linear expansion coefficient. When a plurality of first layers are stacked, the upper first layer stacked on the upper side in the stacking direction may have a hardness or linear expansion coefficient equal to or higher than the hardness or linear expansion coefficient of the lower first layer provided one layer below the upper first layer. When a plurality of first layers are stacked, the uppermost first layer provided at the top in the stacking direction may have a higher hardness or linear expansion coefficient than the lowermost first layer provided at the bottom.

また、上述の実施形態では、付加加工部材の製造方法が除去工程及び冷却工程を備える場合について説明した。しかしながら、付加加工部材の製造方法は、これらの工程を備えていなくてもよい。すなわち、予め付加加工層が積層されていない部材に対し、本発明の付加加工部材の製造方法を適用してもよい。また、別の場所で予め積層された付加加工層を除去した部材に対し、本発明の付加加工部材の製造方法を適用してもよい。また、強制的に冷却する必要がない製品の場合、冷却工程は省略してもよい。更に言えば、付加加工部材の製造方法は、第1積層工程及び第2積層工程に加え、他の工程を備えていてもよい。他の工程は、表面処理工程、研削工程等である。 In the above embodiment, the manufacturing method of the additionally processed member includes a removing step and a cooling step. However, the manufacturing method of the additionally processed member does not have to include these steps. That is, the manufacturing method of the additionally processed member of the present invention may be applied to a member on which no additional processing layer has been laminated in advance. The manufacturing method of the additionally processed member of the present invention may be applied to a member from which an additional processing layer that has been laminated in advance at a different location has been removed. In addition, in the case of a product that does not require forced cooling, the cooling step may be omitted. Furthermore, the manufacturing method of the additionally processed member may include other steps in addition to the first lamination step and the second lamination step. The other steps are a surface treatment step, a grinding step, etc.

また、上述の実施形態では、第2層が付加加工部材の最外表に設けられる場合について説明した。しかしながら、第2層は付加加工部材の最外表に設けられなくてもよい。付加加工部材は、第2層上に積層された第3層を含んでいてもよい。第3層の材料は、特に限定されない。 In the above embodiment, the second layer is provided on the outermost surface of the additionally processed member. However, the second layer does not have to be provided on the outermost surface of the additionally processed member. The additionally processed member may include a third layer laminated on the second layer. There is no particular limitation on the material of the third layer.

1 :工作機械
11 :ベッド
12 :第1主軸台
13 :第2主軸台
14 :工具主軸
15 :付加加工用ヘッド
16 :制御装置
17 :パウダーフィーダ
18 :レーザ発振装置
181 :レーザ
19 :ケーブル
2 :ダイカッター
20,22:付加加工層
221 :第1層
2211 :第1材料
222 :第2層
2221 :第2材料
201 :刃部
202 :摺動部
21 :部材
211,2221:メルトプール
3 :アンビルロール
1: Machine tool 11: Bed 12: First headstock 13: Second headstock 14: Tool spindle 15: Additional processing head 16: Control device 17: Powder feeder 18: Laser oscillator 181: Laser 19: Cable 2: Die cutter 20, 22: Additional processing layer 221: First layer 2211: First material 222: Second layer 2221: Second material 201: Blade portion 202: Sliding portion 21: Member 211, 2221: Melt pool 3: Anvil roll

Claims (6)

予め施されている付加加工層が除去された部材上に、前記部材よりも高い硬度又は線膨張係数を有する第1材料を供給するとともにレーザを照射することによって前記第1材料及び前記部材の一部を溶融し、前記部材上に第1層を積層する第1積層工程と、
前記第1層上に、前記第1材料よりも高い硬度又は線膨張係数を有する第2材料を供給するとともにレーザを照射することによって前記第2材料を溶融し、前記第1層上に第2層を積層する第2積層工程と、を備え、
前記付加加工層は、前記部材上に設けられるとともに前記第2材料で構成され、
前記第1積層工程において、前記部材は前記レーザの熱により硬度又は線膨張係数が変化する、付加加工部材の製造方法。
a first lamination step of supplying a first material having a hardness or linear expansion coefficient higher than that of a member from which a previously applied additional processing layer has been removed , and irradiating a laser to melt the first material and a part of the member , thereby laminating a first layer on the member;
a second lamination step of supplying a second material having a hardness or a linear expansion coefficient higher than that of the first material onto the first layer and melting the second material by irradiating the second material with a laser, and laminating a second layer on the first layer ;
the additive processing layer is provided on the member and is made of the second material;
A method for manufacturing an additively processed member , wherein in the first lamination step, the hardness or linear expansion coefficient of the member is changed by the heat of the laser.
請求項1に記載の付加加工部材の製造方法であって、
前記付加加工部材の製造方法は更に、
前記部材上に予め積層されている付加加工層を除去する除去工程を備え、
前記第1積層工程では、
前記除去工程において前記付加加工層が除去された前記部材上に前記第1層を積層する、付加加工部材の製造方法。
A method for producing an additively processed member according to claim 1,
The method for producing the additively processed member further comprises:
A removal step of removing an additive processing layer that has been laminated on the member in advance,
In the first lamination step,
A method for manufacturing an additively processed member, comprising laminating the first layer on the member from which the additively processed layer has been removed in the removing step.
請求項1に記載の付加加工部材の製造方法であって、
前記第1積層工程では、前記部材上に、前記第1層を少なくとも1層積層する、又は、 前記第2積層工程では、前記第1層上に、前記第2層を少なくとも1層積層する、付加加工部材の製造方法。
A method for producing an additively processed member according to claim 1,
A method for manufacturing an additively processed member, wherein in the first lamination step, at least one first layer is laminated on the member, or in the second lamination step, at least one second layer is laminated on the first layer.
請求項1に記載の付加加工部材の製造方法であって、
前記第2材料は、ビッカース硬さで600Hv以上の硬度を有する、付加加工部材の製造方法。
A method for producing an additively processed member according to claim 1,
The second material has a Vickers hardness of 600 Hv or more.
請求項1に記載の付加加工部材の製造方法であって、
前記部材の製造方法は更に、
前記第2層が積層された前記部材を冷却する冷却工程を備える、付加加工部材の製造方法。
A method for producing an additively processed member according to claim 1,
The method for manufacturing the component further comprises:
A method for manufacturing an additively processed member, comprising a cooling step of cooling the member on which the second layer is laminated.
請求項1に記載の付加加工部材の製造方法であって、
前記第1積層工程では、
前記部材上に、硬度又は線膨張係数が異なる複数の前記第1層をそれぞれ積層し、
前記複数の第1層において、積層方向の上側に積層される前記第1層ほど高い硬度又は線膨張係数を有する、付加加工部材の製造方法。
A method for producing an additively processed member according to claim 1,
In the first lamination step,
A plurality of the first layers each having a different hardness or linear expansion coefficient are laminated on the member;
A method for manufacturing an additively processed member, wherein the first layers stacked on the upper side in a stacking direction have a higher hardness or linear expansion coefficient among the plurality of first layers.
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