JPH05193025A - 複合形成工具の製作方法 - Google Patents

複合形成工具の製作方法

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JPH05193025A
JPH05193025A JP4147815A JP14781592A JPH05193025A JP H05193025 A JPH05193025 A JP H05193025A JP 4147815 A JP4147815 A JP 4147815A JP 14781592 A JP14781592 A JP 14781592A JP H05193025 A JPH05193025 A JP H05193025A
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Gary J Jacaruso
ジェイ.ジャカルソ ゲイリー
Philip J Ramey
ジェイ.レイミー フィリップ
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C33/00Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 改善された寸法精度を持つ複合製品を生産す
るために使用される複合形成工具を製作する方法を提供
する。 【構成】 複合形成工具は、次のステップによって製作
される。第1に、複合形成工具支持ヘッダ10が、所望
工具の輪郭に従って成形される。第2に、支持ヘッダに
適合するように輪郭を取られた、成形可能な材料の間隔
材14が、連続面を持つ支持構造を作るようにそれらの
ヘッダ間に置かれる。第3に、未硬化層の複合積層が、
支持構造の輪郭面上に積層される。最後に、その複合積
層が硬化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合形成工具に係り、
特に、複合形成工具の製作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複合物から製作される形成工具は、木や
金属などの、より伝統的な材料から作られる形成工具よ
りも幾つかの利点を有する。第1に、複合形成工具は軽
量であって、より一層容易に取り扱うことができる。第
2に、複合形成工具は、高温硬化サイクル中に生ずる複
合製品の熱膨張に適合する。このことは、形成工具によ
って生産される製品の寸法精度を改善する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】複合形成工具の製作
は、多くの時間を要するとともに高価なプロセスであ
る。現時点の方法は、木または他の成形可能な材料か
ら、生産される製品のマスターモデルをつくる段階を有
する。その後、そのマスターモデルは、硬化プロセス中
に要求される高温に耐えられ得る鋳造可能な材料から作
られたツーリングスプラッシュの使用を伴う中間段階プ
ロセスを介して、合成材から作られた作業マスターを製
作するために使用される。その後、その作業マスター
は、形成工具を製作するために使用される。各ステップ
に含まれる許容差の付加的性質によって、複合形成工具
の寸法に従って生産される製品の寸法精度は、かなり悪
化される。
【0004】複合形成工具製作の代替方法が、Kundinge
r他のUSP4,578,303に開示されている。こ
の方法は、複合材から作られた格子支持構造を使用する
ものである。各リブすなわちヘッダは所望の形状に切断
され、一連のリブが形成工具に望ましい輪郭面を作り出
す。幾層かの積層がその上に置かれ、形成工具の硬化中
に支持構造に結合される。この方法は、上述した現時点
の方法以上の利点を有するが、その使用を限定する幾つ
かの欠点を有している。第1の欠点は、支持リブの夫々
を切断する時間的に厳しいプロセスにある。第2の欠点
は、格子支持構造の採用による重量増加である。さら
に、硬化プロセス中の積層層のくぼみを避けるために、
それらのリブを密接に離して空間配置する必要がある。
そのため、必要なリブ数を倍増しなければならず、工具
の重量が増大することになる。
【0005】本発明の目的は、改善された複合形成工具
製作方法を提供することにある。
【0006】本発明の他の目的は、改善された寸法精度
を持つ複合製品を生産するために使用される複合形成工
具を提供することにある。
【0007】本発明のさらに他の目的は、安価に実施で
きる複合形成工具製作方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る複合形成工
具は、次のステップによって製作される。第1に、複合
形成工具支持ヘッダが、所望工具の輪郭に従って成形さ
れる。第2に、支持ヘッダに適合するように輪郭を取ら
れた、成形可能な材料の間隔材が、連続面を持つ支持構
造を作るようにそれらのヘッダ間に置かれる。第3に、
未硬化層の複合積層が、支持構造の輪郭面上に積層され
る。最後に、その複合積層が硬化される。
【0009】
【作用】この方法では、支持構造は、ヘッダによって確
定された連続面輪郭を与えられる。その支持構造の連続
性によって、積層の硬化中に支持ヘッダ間の空隙に積層
がくぼみ込んだり、破損する可能性が除去される。
【0010】さらに、形成工具は、積層を積層する前
に、成形可能な材料の一部分を取り除き空洞を形成する
ことによって、または、付加的な成形可能な材料を支持
構造の表面に固定して突起部を形成することによって、
付加的輪郭付けを行うことができる。
【0011】さらに、一層高い寸法精度が必要とされる
場合には、積層が硬化後に所望の寸法精度に機械加工さ
れる。
【0012】所望形状の複雑さに依存する、必要とされ
るヘッダ数は、硬化プロセス中の支持として間隔材を使
用することによって最小化される。この支持ヘッダ数の
最小化によって、製作される複合工具の重量が最小化さ
れる。硬化後に間隔材を取り除くことによって形成工具
の重さがさらに低減される。
【0013】成形可能な材料としては、ポリエチレンあ
わがある。この材料は、硬化中に積層に対して充分な構
造的支持を与え、商業的に入手可能な溶剤を用いて、硬
化後にポリエチレンあわを溶解させることによって容易
に除去可能であるという付加的利点を有する。
【0014】さらにまた、そのポリエチレンあわブロッ
クをヘッダの形状に適合させる輪郭付け方法は、ホット
ワイヤ輪郭法によって実行され得る。ホットワイヤ輪郭
法は、導電性ワイヤを隣接するヘッダ間に延ばすこと、
そのワイヤをポリエチレンあわの溶解温度よりも大きな
温度まで加熱するに充分な電流を、そのワイヤに通電す
ること、そして型板としてヘッダを用いて、ホットワイ
ヤがそれらのヘッダの輪郭端上を通るにつれて、余分な
ポリエチレンあわを切り取ることから成る。
【0015】本発明は、複合形成工具の製作に特に有用
であるか、複合構造が用いられる他の用途にも等しく適
用される。
【0016】
【実施例】図1を参照する。図1において、支持構造8
は、複数個の支持ヘッダ10と、成形可能な材料からな
る複数個の間隔材14から構成されている。支持構造8
の形状は、生産されるべき複合製品の所望形状によって
決まってくる。
【0017】支持構造8の製作は、次のようにして行わ
れる。初めに、複数個の支持ヘッダ10が、所望のモー
ルド輪郭に切断すなわち形づくられる早期硬化複合材料
シートから形成される。それらの支持ヘッダ10用の複
合材料は、適当に硬くかつ不感熱性のものでなければな
らない。それらの支持ヘッダ10に輪郭を与える便利な
方法は、複合製品の工学的青写真設計データから決めら
れる基切断に従って、複合材料シートを切断することに
ある。それらの支持ヘッダ10の厚みは、生産される複
合形成工具の寸法によって決まってくる。代表的には4
分の1インチ厚の複合材料がそれらの支持ヘッダを形成
するために使用される。複合形成工具にうねが付けられ
た支持構造を形成するために、それらの支持ヘッダ10
は適切に配置されて整列させられている。必要とされる
支持ヘッダ10の数と隣接する支持ヘッダ10間の適切
な間隔は、所望される形状の複雑性と生産される工具の
長さによって決められる。図1に示される如く、支持ヘ
ッダ10の適切な配置を保つための方法は、ここでは、
基部を用いることが示唆されているが、ねじ切り棒によ
ってそれらの支持ヘッダ10を接続するなどして、支持
ヘッダ10を整列させる他の方法も使用可能である。
【0018】第2のステップは、隣接する支持ヘッダ間
に間隔材14を配置し、固定させることにある。それら
間隔材14の成形は、それら支持ヘッダ間にそれらの間
隔材14を配置する前かまたは配置に引き続いて実施さ
れる。間隔材14を支持ヘッダ10に固定させること
は、間隔材14を支持ヘッダ10にボンディング結合さ
せるか、それら間隔材14と支持ヘッダ10にねじ切り
棒を貫通させるか、または、その他の好適な方法によっ
て行うことができる。間隔材14の一部分を取り除いて
空洞20をつくるとか、付加材を表面に固定して突起部
をつくるなどの付加的な成形が、複合製品の表面特徴を
補償するために行われ得る。それら支持ヘッダ10と結
合しているそれらの間隔材14は、次に形成される積層
に対して連続的な支持面を提供し、硬化過程中に支持ヘ
ッダ10間でそれらの積層がくぼんだり、破損したりし
ないようにする。
【0019】それらの間隔材14に用いる好適な材料
は、ポリエチレンあわであるが、別な材料もまた適用可
能であることは、当業者にとって明らかである。ポリエ
チレンあわは、軽量で、成形が容易で、積層及び硬化の
圧力に耐えられる充分な濃度にあるという利点を有す
る。さらに、ポリエチレンあわは、大底の未硬化複合と
関連する樹脂と接触して、減成を受けるが、その減成
は、プロセスに問題を起こさせるほど重大ではない。ポ
リエチレンあわの欠点は、ある高温硬化中に使用される
と、一層大きく減成することである。
【0020】間隔材14を支持ヘッダ10の輪郭に成形
するための本方法は、ホットワイヤ輪郭法であり、その
方法は、特に、間隔材14に用いる成形可能な材料とし
て、ポリエチレンあわが使用されるときに適用可能であ
る。この手順においては、隣接する支持ヘッダ10間に
導電性ワイヤが伸ばされ、そのワイヤの温度を間隔材1
4に用いられる材料の熔融温度よりも高くするのに充分
な大きさの電流が、そのワイヤ中を流される。その後、
そのワイヤは支持ヘッダの輪郭を成した端部15に沿っ
て移動させられ、間隔材14の余剰材料を切り取る。こ
の方法では、それらの支持ヘッダ10の輪郭を成した端
部15が型板として使用され、隣接する支持ヘッダ10
の標準輪郭が得られる。
【0021】間隔材14成形の代替方法は、余剰材料を
切り取り、その後ザンドをかけるか機械加工により残り
の材料を支持ヘッダ10の輪郭にする。
【0022】最終ステップは、未硬化複合材料の積層1
6を、図2及び図3に示される如く、支持構造8の輪郭
を成した面17上に直接積層させること、並びに積層1
6の材料に必要な温度で、それらの積層を硬化すること
である。積層16が一度硬化されると、所望する場合に
は、複合工具の重量を低減させるために、間隔材を除去
しても良い。
【0023】最終ステップの代替案は、複雑な形状に対
して与えられ、それは次のステップから成る。第1に、
室温硬化(RTV)複合材の積層16が、支持構造8上
に直接積層される。次に、不浸透性膜(図示せず)が、
その装置全体に置かれ、積層16を支持構造8の形状に
適合させるために、真空引きが行われる。最後に、安定
化されて、真空が取り除かれるまで、それらの積層16
は室温で硬化される。必要な場合には、それらの積層1
6は、その後、より高い温度で後処理される。
【0024】上述の代替ステップを使用する場合には、
間隔材14が、室温硬化の後でかつ高温硬化前に、除去
され得る。間隔材14の材料として、ポリエチレンあわ
または類似の材料を使用することの利点は、商業的に利
用可能な溶剤を用いてそれらの間隔材を溶解することに
よってその材料を除去し得ることにある。高温硬化する
前に間隔材14を除去することで、高温硬化中に間隔材
14がヒートシンクをつくる可能性を取り除くことがで
きる。
【0025】一層精密な複合工具を製造したい場合に
は、積層16の最上部層を硬化後に機械加工し、さらな
る形状の正確さを与えることができる。欠陥を滑らかに
するために、その表面の機械加工後に、ゲル被膜層でそ
の表面を覆っても良い。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、改善された寸法精度を
持つ複合製品を生産するために使用される複合形成工具
を製作する方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、積層層を積層する前の支持構造の斜視
図である。
【図2】図2は、ポリエチレンあわを溶解させる前の複
合形成工具の斜視図である。
【図3】図3は、図2の線3−3に沿って切り取られた
断面図である。
【符号の説明】
8…支持構造 10…支持ヘッダ 12…基部 14…間隔材 15…端部 16…積層 17…表面 20…空洞

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)適切に堅く、不感熱性の複合材を
    適切な寸法に成形することによって、該複合材から支持
    ヘッダを製作すること、 (b)隣接するヘッダ間に、連続的支持構造面を形成す
    るようヘッダの輪郭に適合するように成形された成形可
    能な材料の間隔材を取り付けること、 (c)複合材の積層を上記支持構造上に積層すること、 (d)上記積層を硬化すること、の各ステップを有する
    複合形成工具の製作方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、上記間
    隔材が硬化された構造から除去されることを特徴とする
    方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の方法において、上記複
    合積層が、硬化後に機械加工可能な材料であり、上記表
    面を機械加工する付加ステップが硬化の後に行われるこ
    とを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の方法において、上記成
    形可能な間隔材が、上記成形可能な間隔材をヘッダの側
    部に結合することによって、それらのヘッダ間に取り付
    けられていることを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の方法において、上記成
    形可能な間隔材が、上記ヘッダと成形可能な間隔材を通
    過するねじ切り棒を用いて、上記ヘッダ間に取り付けら
    れていることを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の方法において、上記間
    隔材が、 (a)導電性ワイヤを隣接するヘッダ間に延ばすこと、 (b)ワイヤの温度を、上記間隔材の熔融温度よりも大
    きな温度まで上昇させるのに充分な大きさの電流をワイ
    ヤに通電すること、 (c)上記ヘッダの輪郭端部に沿って上記ワイヤを移動
    させること、によって成形されることを特徴とする方
    法。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の方法において、上記間
    隔材が、余分な部分を切り取り、残りの間隔材をヘッダ
    の輪郭に研磨または機械加工することによって成形され
    ることを特徴とする方法。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の方法において、間隔材
    の一部分が、積層を形成する前に除去され、その結果空
    洞を形成することを特徴とする方法。
  9. 【請求項9】 請求項1に記載の方法において、付加的
    間隔材が、上記支持構造面に固定され、その結果突起部
    を形成することを特徴とする方法。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載の方法において、上記
    積層が室温硬化複合材から構成され、上記間隔材がポリ
    エチレンあわから構成され、ステップ(d)の代わりに、 (a)上記支持構造及び積層を非浸透膜で包囲し、上記
    積層を上記支持構造の輪郭に適合させるために真空を用
    い、 (b)安定化されるまで、上記積層を室温で硬化させ、 (c)適切な溶剤でポリエチレンあわを溶解させること
    によって、ポリエチレンあわを硬化した構造から除去す
    るステップが実行されることを特徴とする方法。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載の方法において、上
    記複合積層が、硬化後に機械加工可能な材料であり、上
    記表面を機械加工する付加ステップが硬化の後に行われ
    ることを特徴とする方法。
  12. 【請求項12】 請求項10に記載の方法において、上
    記成形可能な間隔材が、上記成形可能な間隔材をヘッダ
    の側部に結合することによって、それらのヘッダ間に取
    り付けられていることを特徴とする方法。
  13. 【請求項13】 請求項10に記載の方法において、上
    記成形可能な間隔材が、上記ヘッダと成形可能な間隔材
    を通過するねじ切り棒を用いて、上記ヘッダ間に取り付
    けられていることを特徴とする方法。
  14. 【請求項14】 請求項3に記載の方法において、上記
    間隔材が、 (a)導電性ワイヤを隣接するヘッダ間に延ばすこと、 (b)ワイヤの温度を、上記間隔材の熔融温度よりも大
    きな温度まで上昇させるのに充分な大きさの電流をワイ
    ヤに通電すること、 (c)上記ヘッダの輪郭端部に沿って上記ワイヤを移動
    させること、によって成形されることを特徴とする方
    法。
  15. 【請求項15】 請求項10に記載の方法において、上
    記間隔材が、余分な部分を切り取り、残りの間隔材をヘ
    ッダの輪郭に研磨または機械加工することによって成形
    されることを特徴とする方法。
  16. 【請求項16】 請求項10に記載の方法において、間
    隔材の一部分が、積層を形成する前に除去され、その結
    果空洞を形成することを特徴とする方法。
  17. 【請求項17】 請求項10に記載の方法において、付
    加的間隔材が、上記支持構造面に固定され、その結果突
    起部を形成することを特徴とする方法。
  18. 【請求項18】 請求項10に記載の方法において、上
    記積層が、間隔材が除去された後に、さらに硬化される
    ことを特徴とする方法。
JP4147815A 1991-07-01 1992-06-09 複合形成工具の製作方法 Pending JPH05193025A (ja)

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EP (1) EP0521813B1 (ja)
JP (1) JPH05193025A (ja)
CA (1) CA2069125A1 (ja)
DE (1) DE69202206T2 (ja)

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