JPH01192494A - レーザービームによる抜き金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザービームを用いて被加工物の切断ま
たは穴あけを行い、抜き金型を製作する方法の改良に係
り、特に製作された抜き金型の刃部の硬度と耐久性を高
めるための抜き金型の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は従来の方法によりレーザービームを用いて穴あ
け加工され製作された抜き金型の被加工部の拡大断面図
である０図において、２は図示しないレーザー発振器か
ら射出されたレーザービーム、３は集光レンズ、４は金
型となる被加工物である。

従来のレーザービームを用いた加工方法では、アシスト
ガスに酸素を使用し、被加工個所に集光レンズ３で集光
したレーザービーム２の焦点を当て、高エネルギー密度
のレーザービームを集光して、その極小部分を加熱し、
被加工物である金属等の材料を瞬時に溶融または気化さ
せてアシストガスにより吹き飛ばし除去することにより
切断。

穴あけ等の加工が行われ、抜き金型が製造されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のレーザービームによる加工法は以上のようであり
、レーザービームの高エネルギー密度を微小部分に集中
して行うので、加工部以外の部分にはあまり熱影響を及
ぼさず、短時間に加工を完了することができるという利
点があるが、そのため、加工にともなう熱影響が周囲に
及ぶ範囲が極めて小さく、加熱されて急速に冷却される
ことによる焼入れ効果により硬化した硬化層５は第６図
に示すように狭い範囲にしか生じない。特に、加工開始
点である第６図の上部の硬化層５ａの厚さは極めて薄い
。第７図は加工開始点である上部硬化層５ａの付近の切
断面からの距離に対する材料のビ・ソカース硬度の分布
を示す。第８図は同様に下部の硬化層５ｂの付近の硬度
分布を示す。第７図に示すように一上部硬化層５ａの厚
さは約０゜０５■ｌであり、極めて薄い。

この第６図上部の上部硬化層５ａの部分は、抜き金型の
刃となって使用されるが、この部分の硬化層５ａの厚さ
が非常に薄いため、抜き型として使用したとき、李耗が
大きく、抜き金型の寿命は５００〜１０００回パンチ程
度であり、また、使用にともなう摩耗のため短期間で硬
度不足となるため、この抜き金型で抜いた製品にダレが
発生しやすいなどの課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされ
たもので、切断工程前に簡単な手段で焼入れ工程を加え
ることにより、抜き金型の刃部となる切断面上部の硬化
層の厚さを増加させることにより、摩耗が少なく耐久性
のある抜き金型を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るレーザービームによる抜き金型の製造方
法は、まず、アシストガスとして不活性ガスを用い、切
断プログラムによって切断予定位置の近傍範囲を非集中
照射して焼入れに必要な温度に加熱した後放熱させて焼
入れ硬化させ、次にアシストガスを酸素に切り替えると
ともにレーザービームの焦点を被加工物の切断位置に設
定して集中照射し切断加工を行うものである。

［作用コ この発明におけるレーザービームによる抜き金型の製造
方法では、まず、アシストガスとして不活性ガスを用い
、切断プログラムによって切断予定位置の近傍範囲を非
集中照射するので、簡単に切断予定位置の近傍範囲を加
熱でき、アシストガスが不活性ガスであるから酸化など
の化学変化は生じることはなく、加熱終了とともに急激
に放熱して焼入れ効果により加熱範囲は硬化する。次に
アシストガスを酸素に切り替えるとともに、レーザービ
ームの焦点と被加工物の切断位置に設定して集中照射す
ると、その点はレーザービームの高エネルギー密度によ
って急速に切断される。以上の工程によって切断位置近
傍に厚い硬化層が得られる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は焼入れ工程中、第２図は切断開始時、第３図は切断
完了時の加工状態を示す模式図である０図において、２
は図示しないレーザー発振器から出射されたレーザービ
ーム、３はレーザービームを集光するためのレンズ、４
は加工されて抜き金型となるべき被加工物、５は切断に
よって得られた硬化層、７は焼入れによって得られた硬
化層、９はレーザービームの集光焦点である。

通常、レーザービームによる切断加工は、レーザービー
ムの集光焦点を被加工物の切断予定位置に設定し、アシ
ストガスに酸素（０２）を用いて行うが、この発明によ
る加工方法においては、その切断加工に先立って、まず
、アシストガスにはアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）の
ような不活性ガスを用い、切断と同じ加ニブログラムを
用いて第１図に示すように、レーザービーム２がレンズ
３で集光され焦点に集光する焦点の少し上方の位置に被
加工物４の表面が位置するように、集光レンズ３または
被加工物４を設定して関係位置を定め、切断プログラム
によって進行させてレーザービームを照射する。なお、
被加工物４の表面の位置をレーザービームの焦点の位置
より少し下方の位置として焦点を外してもよい、焦点を
外したレーザービームの照射によって、照射範囲は比較
的ゆるやかに加熱される。照射範囲が焼き入れ温度にな
るようにして切断プログラムによって進行させる。この
焼入れのための加熱は切断プログラムによって進行させ
るので、特別のプログラムは必要なく簡単に行うことが
できる。

照射範囲は、加熱後冷却による焼入れ効果によって抜き
金型の刃部に必要な厚さの硬化層７が得られる範囲、例
えば約１諷■の径または幅の範囲とする。このようにし
てレーザービームを被加工物４の表面に照射すれば、レ
ーザビームは集中していないので、エネルギー密度はあ
まり高くなく、被加工物４は急激に加熱されない。そこ
で、被照射部分の温度が上昇して焼入れ効果かえられる
温度に達した後放冷すれば、熱は被加工物４の体内伝導
及びアシストガスによって持ち去られて放散し、温度は
急激に降下するので被加熱範囲は硬化する。その後、ア
シストガスを不活性ガスから酸素に切り替えると共に、
集光レンズ３または被加工物４を図の上下方向に移動さ
せ、第２図に示すように、レーザービームの焦点りを被
加工物４の表面に一致させて切断プログラムによって進
行させ、極小部分に集中したレーザービーム２の高密度
エネルギーによって瞬時に切断加工をする。

前述の非集中レーザービームによって被加工物４を加熱
しているときは、アシストガスとして不活性ガスを用い
て吹きつけているので、被加工物４が加熱されても、酸
化等の化学変化を生じることは防止される。また、レー
ザービームを集中させて被加工物を切断するときは、ア
シストガスとして酸素を使用して吹きつけているので、
加熱されて溶融した被加工物４の極小部分の排除が促進
され、極めて短時間に切断加工を完了することができる
。

加工が完了した状態では、第３図に示すように、被加工
物４の切断面４ａに沿ってレーザビームによる加熱切断
の熱によって加熱され冷却されて硬化した薄い硬化層５
が形成されると共に、切断加工が開始される部分である
被加工物４の図の上部には、前述の非集中レーザービー
ムによる加熱によって焼入れ硬化層７が形成されている
。

第９図は加工工程を示す模式図である。（１）抜き金型
となるべき被加工物に、（２）非集中レーザービームを
照射して加熱、冷却して焼入れ硬化させ、（３）集中レ
ーザービームによって切断して、（４）切り抜く。

第４図は第３図の被加工物４の図の上部表面近くの部分
の硬度（ＨＶ）を示し、切断面４ａから図の右方または
左方、すなわち、被加工物４の内部へ０．４龍以上の厚
さで硬化層７が形成されていることがわかる。この硬化
層７は第１図に示すレーザービームの非集中照射加熱に
よって得られた焼入れ硬化層である。

第５図は第３図の被加工物４の図の下部表面近くの部分
の硬度（ＨＶ）を示し、切断にともなう硬化層５ｂが従
来と同様に０．２■−近くの厚さで形成されている。

以上のようにして加工され製作された抜き金型は、図の
上部を抜き型の刃の部分として使用されるが、この刃に
なる部分に焼入れによって得られた十分な厚さの硬化層
７が形成されているため、摩耗が少なく、寿命の長い金
型が得られる。

なお、切断プログラムを利用しながら、上記実施例では
、Ｚ軸制御をしてレーザービーム集光系または被加工物
４を図の上下方向にずらして設定し、ビーム焦点位置を
外して照射することにより焼入れを行う方法を説明した
が、第１０図に示すビームスキャナ一方式を用いてビー
ムを図の左右方向に振らせたり、第１１図に示すインテ
グレーションミラ一方式を用いて焼入れ範囲をむらなく
加熱して理想的な温度とした後、冷却して硬化層が得ら
れるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、切断と同じプログラ
ムを用いて、非集中レーザービームによる切断位置近傍
の焼入れを行った後に、切断位置にレーザービームの焦
点を当てて切断加工をするので、短時間で安価に製作で
き、摩耗が少なく寿命の長い抜き金型が得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図はこの発明の一実施例を示し、第１図
は焼入れ加熱時の模式断面図、第２図は切断開始時の模
式断面図、第３図は切断完了時の模式断面図、第４図は
上部表面付近の硬度を示すグラフ、第５図は下部表面付
近の硬度を示すグラフである。第６図乃至第８図は従来
例を示し、第６図は切断完了時の模式断面図、第７図は
上部表面付近の硬度を示すグラフ、第８図は下部表面付
近の硬度を示すグラフである。第９図は加工工程を示す
模式図、第１０図はビームスキャナ一方式の説明図、第
１１図はインテグレーションミラ一方式の説明図である
。 図において、２はレーザービーム、３は集光レンズ、４
は被加工物、５は切断にともなう硬化層、７は焼入れ硬
化層、９はレーザービームの焦点である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. まず、アシストガスとして不活性ガスを用い、切断プロ
   グラムを用いて切断予定位置の近傍範囲を非集中レーザ
   ービーム照射して該範囲を焼入れ温度に加熱した後放熱
   させて焼入れ硬化させ、次に、前記アシストガスを酸素
   に切替えるとともにレーザービームの焦点を被加工物の
   切断位置に設定して集中照射し切断加工を行うことを特
   徴とするレーザービームによる抜き金型の製造方法。