JPH0153323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は、主としてプレス加工に用いられる雄
型および雌型よりなる金型対の製造方法に関す
る。

(2) 従来の技術 従来、この種金型対を製造する場合には、合成
樹脂または石膏により雄形および雌形模型を別個
に作製し、次いでそれらの模型にそれぞれ倣つて
雄型および雌型の金型素材を研削してワーク成形
部を形成し、その後ワーク成形部に仕上げ加工を
施している。

(3) 発明が解決しようとする問題点 金属を研削する倣い研削加工においては、加工
時間が長くなり、その上、仕上げおよび型合わせ
加工に多くの時間と工数を要し、製造費が非常に
高くつくという問題がある。

本発明は上記問題に鑑み、製造が容易で、しか
も型合わせ精度の良好な金型を得ることのできる
経済的な前記製造方法を提供することを目的とす
る。

Ｂ 発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明は、雌型および雄型よりなり、各型のワ
ーク成形部を金属焼結層より構成した金型対の製
造方法であつて、 焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとを混練し
た可塑性物を一方の金型素材に貼着して該一方の
型の前記ワーク成形部を成形する工程と；前記可
塑性物の周りに囲いを設け、次いで該可塑性物の
表面をセラミツク粉末で覆い、その後そのセラミ
ツク粉末の上に通気性バツクアツプを形成する工
程と；前記可塑性物中の前記合成樹脂バインダを
熱分解すると共に前記金属粉末を焼結して前記金
属焼結層を得る工程と；より前記一方の型を作製
し、 また他方の型の金型素材に前記可塑性物を貼着
し、該可塑性物を、完成後の前記一方の型の前記
ワーク成形部により、成形すべきワークと略同じ
厚さを有する可撓シート状物を押圧して、該他方
の型の前記ワーク成形部を成形する工程と；前記
可塑性物の周りに囲いを設け、次いで該可塑性物
の表面をセラミツク粉末で覆い、その後そのセラ
ミツク粉末の上に通気性バツクアツプを形成する
工程と；前記可塑性物中の前記合成樹脂バインダ
を熱分解すると共に前記金属粉末を焼結して前記
金属焼結層を得る工程と；より前記他方の型を作
製することを特徴とする。

(2) 作用 雄型および雌型のワーク成形部を金属焼結層よ
り構成するので、それらの仕上げ加工時間および
工数を大幅に減少させることができる。また完成
済みの一方の型を押型としてそのまま利用して、
他方の型のワーク成形部を成形するので、両型の
型合わせ精度が極めて良好である。

また上記焼結に際しては上記バツクアツプによ
り、ワーク成形部からの熱分解ガスの排出を阻害
することなく金属焼結層の膨張を抑制することが
できて、その寸法精度を向上させることができ
る。しかも金属焼結層とバツクアツプ間の溶着は
セラミツク粉末により阻止されるので、金属焼結
層の面粗度を悪化させる虞れはない。

(3) 実施例 第１図は本発明により得られたプレス用金型対
１を示し、その金型対１は雄型としての上下動可
能なパンチ２と、それと協働して、ワークＷを成
形する雌型としての固定のダイス３とよりなる。
パンチ２およびダイス３のワーク成形部２ａ，３
ａは以下に述べる手法により得られる金属焼結層
S₁，S₂より形成される。

可塑性物の製造 Ni自溶性合金粉80部と、Mo粉砕粉20部とを
Ｖ−ブレンダにより十分に混合して混合粉を得
る。

四フツ化エチレン樹脂エマルジヨンとアクリ
ル樹脂エマルジヨンを１：１に混合して合成樹
脂バインダを得る。

上記混合粉100部に対し合成樹脂バインダ３
部を添加して卓上ニーダにより十分に混練し、
この混練物を100〜150℃に加熱して合成樹脂バ
インダ中の水分を蒸発させる。得られた混練物
の性状は、合成樹脂バインダにより粘結されて
無数の団塊状を呈する。

上記混練物を80〜100℃に加熱してロール機
に複数回通しシート状可塑性物を得る。この場
合ロール機のロールを混練物と同程度に加熱す
るとシート成形作業が容易に行われる。得られ
たシート状可塑性物は常温において適度は可撓
性と引裂き強度を有する。

パンチの製造 第２図ａに示すように、金型素材としてのパ
ンチ素材２ｏは鋳鉄（JIS FC30材）より鋳造
されたもので、そのワーク成形部２ａを形成す
るベース面４は完成されたパンチ２におけるワ
ーク成形部２ａ外面（鎖線示）よりも５〜20mm
低くなるように成形されている。パンチ素材２
ｏは鋳放しのまま使用されるもので、その黒皮
を持つベース面４には清掃後アクリル樹脂接着
剤を塗布する。

第２図ｂに示すように、ベース面４にシート
状可塑性物Ｐを貼着してワーク成形部２ａを粗
造りする。この場合所定厚さを得るためにはシ
ート状可塑性物を積層する。またベース面４と
シート状可塑性物Ｐ相互間の密着性を良好にす
るため、シート状可塑性物Ｐ外面を突き棒等に
より突き固める。この場合パンチ素材２ｏを80
〜100℃に加熱しておくと、前記シート状可塑
性物Ｐの貼着および突き固め作業が容易に行わ
れる。

熱可塑化温度が100〜130℃以上で常温では固
体の合成樹脂、例えばアクリル樹脂をトリクロ
ロエチレン、エチルメチルケトン等の有機溶剤
に固形分10〜40％程度となるように溶解してア
クリル樹脂液を調製する。このアクリル樹脂液
を前記可塑性物Ｐに、はけ塗り、流込み等の手
段で塗布してNi自溶性合金−Mo粉末間の気孔
に含浸し保形性を向上させる。

第２図ｃに示すように、可塑性物Ｐを常温か
ら有機溶剤の蒸発温度まで加熱し、これを半硬
化する。この半硬化した可塑性物ＰはNi自溶
性合金−Mo粉末と、合成樹脂バインダ中の四
フツ化エチレン樹脂およびアクリル樹脂と、樹
脂液中のアクリル樹脂とよりなり、常温では見
掛け上固体で、保形性が良好であり、砥石、や
すり、サンドペーパー等により研削加工を施す
ことができる。

次いで、半硬化した可塑性物に前記手法によ
り研削加工を施してワーク成形部２ａの形状お
よび厚さを仕上げる。

第２図ｄに示すように、パンチ素材２ｏに囲
い５を取付けて可塑性物Ｐの周りを囲み、可塑
性物Ｐの表面をセラミツク粉末で覆い、その上
に直径0.75mmの鋼球６を載せてバツクアツプを
行う。このバツクアツプは鋼球６の重さにより
後述するNi自溶性合金−Mo粉末の焼結時焼結
層S₁の寸法変化、即ち膨脹を熱抑制するもので
ある。

次いで、上記パンチ素材２ｏを真空焼結炉７
に設置して第３図に示す加熱一冷却条件で有機
物質の分解と金属粉末の焼結を行う。キヤリヤ
ガスは窒素ガスまたは還元性の強い水素ガスが
用いられる。

(A) 第１加熱ゾーン（第３図Ａ） この加熱ゾーンＡは常温から650℃までで
あり、昇温速度は10〜20℃／分である。この
加熱ゾーンＡは先ず水分が蒸発し、次いで合
成樹脂バインダ中の四フツ化エチレン樹脂、
アクリル樹脂および後で含浸されたアクリル
樹脂が分解してガス化する。これら合成樹脂
は300〜400℃でガス化するが、熱伝導を考慮
して600〜650℃に90分間均熱保持して殆どの
有機物質を除去し、Ni自溶性合金−Mo粉末
層を残置する。この有機物質のガス化を真空
焼結炉７の真空度の変化により説明すると、
常温では1Torrであるが、650℃で90分間均
熱保持したときは最高2Torrに真空度が低下
する。これは主として有機物質の分解ガスの
生成による。そして90分を経過した後は真空
度は再び1Torrに上昇するもので、これは真
空焼結炉７内より分解ガスが除去されたこと
を意味する。

(B) 第２加熱ゾーン（第３図Ｂ） この加熱ゾーンＢは900〜1000℃の範囲で
あり、Ni自溶性合金−Mo粉末層をNi自溶性
合金の固相線（1010〜1020℃）以下の温度、
例えば950℃に30分間均熱保持して固相焼結
処理を施し、これを仮焼結する。第１加熱ゾ
ーンＡからの昇温速度は10〜20℃／分であ
る。

真空焼結炉７内のNi自溶性合金−Mo粉末
層は、その表面から加熱されて昇温するの
で、層全体が均一温度に達するまでは所定の
加熱時間が必要である。若し焼結温度である
1000〜1200℃にいきなり加熱するとNi自溶
性合金−Mo粉末層の表面部分とベース面に
接する部分との間に温度差ができて、気孔率
のばらつきが多くなり均一な焼結層が得られ
ないだけでなく、焼結後クラツク等の欠陥を
生じ易くなる。

第２加熱ゾーンＢでは未分解の有機物質が
完全にガス化して除去される。このガス化等
により真空焼結炉７内の真空度は一時的に
4Torrに低下するが30分経過後には1Torrに
復帰する。

(C) 第３加熱ゾーン（第３図Ｃ） この加熱ゾーンは、Ni自溶性合金粉の固
相線（1010〜1020℃）直下から液相線（1075
〜1085℃）を越える温度、即ち1000〜1200℃
の範囲であり、Ni自溶性合金−Mo仮焼結層
を、例えば液相線を越える温度である1100〜
1180℃、好ましくは1120℃に120分間恒温保
持してNi自溶性合金の溶融により液相焼結
処理を施し焼結層S₁を形成する。この場合
Ni自溶性合金の流動はMoの存在により妨げ
られ、したがつて形状維持性が良い。第２加
熱ゾーンＢからの昇温速度は15〜20℃／分で
あり、Ni自溶性合金−Mo仮焼結層は第２加
熱ゾーンＢで既に高温加熱されているので、
第３加熱ゾーンＣまでの昇温時間は僅かであ
る。この第３加熱ゾーンＣの保持時間が不充
分であると焼結が完全に行われず、焼結層S₁
に欠陥を生ずる。

上記のように焼結温度を1120℃に選定する
理由は、その温度が鋳鉄よりなるパンチ素材
２ｏの共晶温度以下であるからである。パン
チ素材２ｏが鋳鋼等の鋼系であれば焼結温度
は1160℃が良い。その理由は焼結温度が1200
℃程度となると、焼結層S₁の寸法変化が大き
くなり、また炉温制御が容易でなく、その上
炉内温度がばらつくといつた不具合があり、
これらの不具合を除去するための作業温度と
しては1160℃が適当であるからである。

(D) 冷却ゾーン（第３図Ｄ） この冷却ゾーンＤは、前記焼結温度から略
800℃までの１次冷却ゾーンD₁と、略800℃
から略400℃までの２次冷却ゾーンD₂と、略
400℃から常温までの３次冷却ゾーンD₃とに
分けられる。

１次冷却ゾーンD₁は、焼結層S₁の高温下
における安定域であり、この冷却ゾーンD₁
ではできるだけ熱的な刺激を避け、同時に冷
却効率を考慮して最高２℃／分程度のゆつく
りした速度で冷却する。この冷却ゾーンD₁
で急冷が行われると焼結層S₁にクラツクが多
発する。

２次冷却ゾーンD₂では、パンチ素材２ｏ
の線膨脹（12.5×10^-6／℃）とAr₁変態にお
ける寸法変化を吸収するために最高３℃／分
程度のゆつくりした速度で冷却する。この場
合焼結層S₁の線収縮は14.6×10^-6／℃である
が、多孔質であるためパンチ素材２ｏの収縮
に追随する。この冷却ゾーンD₂で急冷が行
われると焼結層S₁にクラツクが多発する。

３次冷却ゾーンD₃では、水、油等の液冷
以外のガス冷却（空冷を含む）により焼結層
S₁およびパンチ素材２ｏの温度を常温まで冷
却する。

而して前記焼結処理に際して、合成樹脂バ
インダの熱分解により生成されるガスは、前
記セラミツク粉末相互間の気孔や、鋼球６等
よりなる通気性バツクアツプを通して排出除
去されるので、残留ガスによる金属焼結体S₁
の腐食といつた不具合を生じる虞れはない。
また上記バツクアツプは、自重により金属焼
結層S₁の膨張を抑制して、その寸法精度を向
上させることができる。しかも金属焼結層S₁
とバツクアツプ間の溶着は前記セラミツク粉
末により阻止されるので、金属焼結層S₁の面
粗度を悪化させる虞れはない。

かくして、第２図ｅに示すように上記加熱
−冷却処理を経て、ワーク成形部２ａをNi
自溶性合金−Moよりなる焼結層S₁によつて
形成されたパンチ２が得られる。

上記焼結層S₁はパンチ素材２ｏとの溶着性
が良好で、クラツク等の欠陥の発生がなく、
また寸法変化も±０〜２mm以内と精度が良
く、簡単な仕上が加工を施すことより直ちに
プレス作業に使用することができる。

ダイスの製造 第４図ａに示すように、金型素材としてのダ
イス素材３ｏを鋳鉄（JIS FC30材）より鋳造
する。ダイス素材３ｏは鋳放しのまま使用され
るもので、その黒皮を持つベース面８には清掃
後アクリル樹脂接着剤を塗布する。

第４図ｂに示すように、ベース面８に前記同
様のシート状可塑性物Ｐを貼着する。

第４図ｃに示すように、可塑性物Ｐを、成形
すべきワークＷと同じ厚さを有する可撓性シー
ト状物Swで覆い、そのシート状物Swを介して
前記パンチ２により可塑性物Ｐを押圧し、ワー
クＷの厚さを見込んでワーク成形部３ａを成形
する。

第４図ｄに示すように、シート状物Swを外
し、ダイス素材３ｏに囲い９を取付けて可塑性
物Ｐの周りを囲み、可塑性物Ｐの表面をセラミ
ツク粉末で覆い、その上に前記同様の直径0.75
mmの鋼球６を載せてバツクアツプを行う。

次いで上記ダイス素材３ｏを真空焼結炉７に
設置して前記同様に有機物質の分解と金属粉末
の焼結を行い焼結層S₂を得る。

第４図ｅに示すように、前記各工程を経てワ
ーク成形部３ａをNi自溶性合金−Moよりなる
焼結層S₂によつて形成されたダイス３を得る。

前記各工程を経て得られたパンチ２およびダ
イス３における焼結層S₁，S₂の表面硬度はロツ
クウエル硬さＢスケールにおいて20程度であ
り、この程度の硬度を持てば通常のプレス作業
では何等問題を生じないが、作業内容によつて
は焼結層S₁，S₂の一部に高圧が作用することが
あり、この場合その高圧作用部分が多孔質であ
るため座屈するおそれがある。

このような不具合に対処するためには、焼結
層S₁，S₂の高圧作用部分にCu，Ni自溶性合金
等の低融点金属を溶浸させる、またはエポキシ
樹脂等の合成樹脂を含浸−硬化させて気孔を埋
め高圧作用部分の硬度を著しく高くして、座屈
強度を向上させることが必要である。

上記のように低融点金属の溶浸処理を施され
た金型対はトリミング用に、また合成樹脂の含
浸−硬化処理を施された金型対は折曲げ用に最
適である。

なお、前記実施例においてはパンチ２を先に
製造し、それをダイス３の製造に当り押型模型
として用いたが、ダイス３を先に製造し、その
ダイス３をパンチ２の押型模型として用いるよ
うにしてもよい。

また、先に製造されるパンチ２またはダイス
３のワーク成形部２ａまたは３ａを成形する場
合、押型模型により可塑性物Ｐを押圧するよう
にしてもよい。

Ｃ 発明の効果 以上のように本発明は、雌型および雄型よりな
り、各型のワーク成形部を金属焼結層より構成し
た金型対の製造方法であつて、焼結性金属粉末と
合成樹脂バインダとを混練した可塑性物を一方の
型の金型素材に貼着して該一方の型の前記ワーク
成形部を成形する工程と；前記可塑性物の周りに
囲いを設け、次いで該可塑性物の表面をセラミツ
ク粉末で覆い、その後そのセラミツク粉末の上に
通気性バツクアツプを形成する工程と；前記可塑
性物中の前記合成樹脂バインダを熱分解すると共
に前記金属粉末を焼結して前記金属焼結層を得る
工程と；より前記一方の型を作製し、また他方の
型の金型素材に前記可塑性物を貼着し、該可塑性
物を、完成後の前記一方の型の前記ワーク成形部
により、成形すべきワークと略同じ厚さを有する
可撓性シート状物を介し押圧して、該他方の型の
前記ワーク成形部を成形する工程と；前記可塑性
物の周りに囲いを設け、次いで該可塑性物の表面
をセラミツク粉末で覆い、その後そのセラミツク
粉末粉末の上に通気性バツクアツプを形成する工
程と；前記可塑性物中の前記合成樹脂バインダを
熱分解すると共に前記金属粉末を焼結して前記金
属焼結層を得る工程と；より前記他方の型を作製
するようにしたので、雄、雌型の各ワーク成形部
が金属焼結層より構成されて、それらの仕上げ加
工時間および工数を大幅に減少させることがで
き、したがつて金型対を短時間のうちに容易に製
造してその製造費を大幅に低減することができ
る。

また特に完成後の一方の型を、他方の型のワー
ク成形部を成形する際の押型模型としてそのまま
利用することができるから、両型の型合わせ精度
を高める上で極めて有利であり、しかも該他方の
型のワーク成形部を成形する為の押型模型を特別
に用意する必要はないから、それだけ製造工程が
簡素化されコストダウンに大いに寄与し得る。

さらに上記焼結に際しては上記通気性バツクア
ツプにより、ワーク成形部からの熱分解の排出を
阻害することなく金属焼結層の膨張を抑制するこ
とができて、その寸法精度を向上させることがで
き、しかも金属焼結層とバツクアツプ間の溶着は
セラミツク粉末により阻止されるから、該バツク
アツプが金属焼結層の面粗度を悪化させる虞れは
なく、以上の結果、ワーク成形部の成形精度を一
層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は金型対の断面図、第２図はａ乃至ｅはパンチの
製造工程説明図、第３図は焼結工程における温度
と時間の関係を示すグラフ、第４図ａ乃至ｅはダ
イスの製造工程説明図である。 Ｐ……可塑性物、S₁，S₂……焼結層、Sw……
可撓性シート状物、１……金型対、２……雄型と
してのパンチ、２ａ，３ａ……ワーク成形部、３
……雌型としてのダイス、２ｏ，３ｏ……金型素
材としてのパンチ素材、ダイス素材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 雄型２および雌型３よりなり、各型２，３の
   ワーク成形部２ａ，３ａを金属焼結層より構成し
   た金型対の製造方法であつて、 焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとを混練し
   た可塑性物Ｐを一方の型２の金型素材２₀に貼着
   して該一方の型２の前記ワーク成形部２ａを成形
   する工程と；前記可塑性物Ｐの周りに囲い５を設
   け、次いで該可塑性物Ｐの表面をセラミツク粉末
   で覆い、その後そのセラミツク粉末の上に通気性
   バツクアツプ６を形成する工程と；前記可塑性物
   Ｐ中の前記合成樹脂バインダを熱分解すると共に
   前記金属粉末を焼結して前記金属焼結層S₁を得る
   工程と；より前記一方の型２を作製し、 また他方の型３の金型素材３₀に前記可塑性物
   Ｐを貼着し、該可塑性物Ｐを、完成後の前記一方
   の型２の前記ワーク成形部２ａにより、成形すべ
   きワークＷと略同じ厚さを有する可撓性シート状
   物Swを介し押圧して、該他方の型３の前記ワー
   ク成形部３ａを成形する工程と；前記可塑性物Ｐ
   の周りに囲い９を設け、次いで該可塑性物Ｐの表
   面をセラミツク粉末で覆い、その後そのセラミツ
   ク粉末の上に通気性バツクアツプ６を形成する工
   程と；前記可塑性物Ｐ中の前記合成樹脂バインダ
   を熱分解すると共に前記金属粉末を焼結して前記
   金属焼結層S₂を得る工程と；より前記他方の型３
   を作製することを特徴とする、金型対の製造方
   法。