JPH06504089A - 金型とダイの製造法 - 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】 この発明は、金型（ｔｏｏｌ）とダイ（ｄｉｅ）の製造法に関する。

プラスチック工業において使用される金型とダイは、原模型（層ａｓｔｅｒ　ｐ ａｔｔｅｒｎ）からの複製法によって製造される場合が多い。典型的なこの種の 複製法には次の工程が含まれる。即ち、亜鉛のような低融点金属を原模型に噴霧 し、固化した金属を原模型から離型させた後、使用に供する。このような方法に よって得られる陰複製物（ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｒｅｐｌｉｅａ）は非常に好適な ものであり、微細部までも精密な複製を可能にする。

一方、金属の噴霧形成法に関する研究によって次のことが知られている。即ち、 液状霧化金属を用いる噴霧形成法によって、ダイ鋼を含む高融点金属製の大型で 緻密な製品が得られる。低融点金属を使用するときの利点は、粒径が微細で、巨 視的な分離がおこらず、機械的特性が良好であり、沈着物の単位ｋｇあたりのコ ストが低いことである。しかしながら、この方法は複製による工具鋼ダイの製造 にはそのまま適用できない。何故ならば、高融点金属の沈着過程中の高い内部応 力とその後の冷却過程によって著しい歪がもたらされるからである。このような 歪が発生するため、金属の圧搾と鍛造過程中の高圧に耐えるダイの製造法として はこの方法は価値がない。

噴霧形成法のその後の改良法は、同時噴霧ピーニング法であり、該方法によって 緻密な延性製品を製造する技術が知られている（英国特許第１６０５０３５号明 細書参照）。該特許明細書の記載内容もこの明細書の一部を成すものである。

この同時噴霧ピーニング法を利用することによって、噴霧形成法の他の利点を損 うことなく、製品中に発生する内部応力を抑制することができる。さらに、噴霧 沈着物は、高温下でのピーニング処理によって該沈着物に印加される機械的作用 によって、沈着蓄積時に連続的に緻密化され、また、特に高温時に噴霧形成され る沈着物に歪をもたらす引張り熱応力は、ピーニング作用による圧縮圧力によっ て打ち消される。印加されるピーニングショット（ｐｅｅｎｉｎｇ　５ｈｏｔ） の運動エネルギーを調整することによって、内部応力を抑制して高温沈着物［例 えば、工具鋼またはステライト（Ｓ　ｔｅｌｌｉｔｅ）等］の歪を消失させるこ とができ、これによって理論的には正確な複製物の製造が可能となる。

しかしながら、実際上は、この方法にも種々の問題点が残されている。同時噴霧 ピーニング法による沈着の開始に際しては、原模型の表面、または原模型上に沈 着される金属のスプラット（ｓｐｌａｔ）の最初の数滴に対しては、ピーニング ボールによる打撃が加えられる。原模型の材質が軟質材、例えば、木材、石膏ま たはポリマー等の場合、ピーニングボールの打撃によって、原模型が粉砕したり 、原模型に窪みが形成されたりする。該材質がプラスチックまたは木材の場合に は、工具鋼の高温スラブが原模型表面に衝撃を与えて該表面の破壊や炭化をもた らすので、この種の原模型は反復使用できなくなる。金属製または耐火材製の原 模型の場合には、このようなことは問題とならないが、製造コストが高くなると いう本質的な問題がある。さらにまた、次の様な問題が認められる場合がある。

即ち、スプラットの最初の数滴が非常に速く固化すると、陰複製物の最初に形成 される厚さ５０μｍの表面層が、わずかではあるが、多孔性になるので、ダイの 該表面は沈着物の他の部分に比べて軟らかくなる。このような望ましくない効果 は、高い熱伝導度を有する金属製原模型の場合に明確に認められる。

原模型を複製する別の周知法は電鋳法である。この方法は、優れた精密複製を可 能にするので、蓄音機用原盤の製造に利用されている。電鋳法においては、原模 型表面は電気鍍金によって複製される。従って、原模型表面が非電導性の場合に は、該表面にコロイドグラファイトの揮発性懸濁液を噴霧もしくは塗布するか、 または該表面に金を溶射することによって、原模型表面を電導性にしなければな らない。電気鍍金可能な金属塩溶液中においては、原模型表面は陰極となる。

原模型表面（陰極）に電着される金属は徐々に蓄積されて、電鋳シェルまたは電 鋳型を形成する。この工程を、電鋳型が所望の厚さになるまで続行し、表面に微 細部を有する原模型から電鋳型を離型させることによって、非常に正確な複製が おこなわれる。

しかしながら、電鋳法を金型とダイの製造に適用する場合には、次の様な問題が ある。即ち、（ｉ）肉厚の沈着品を製造する場合には、製造時間が長くなるだけ でな（、単位重量（ｋｇ）あたりの製造コストが比較的高くなる、（ｉｔ）限定 された組成の合金（工具鋼は含まない）のみしか電着できない、（迅）肉厚の電 普品は、電鋳される金型やダイに許容できない歪をもたらす内部応力を受ける、 等の問題である。金型やダイのなかには、歪のない肉薄の電鋳シェルを作製し、 該シェルを重合樹脂または可塑化セメントで裏打ちすることによって製造される もの、または、電鋳シェル内へ金属を注型することによって製造されるものがあ る。上記の最初の２つ問題は、高い応力や温度条件下で使用される金型やダイの 製造には不適であるという点で不利であり、また、第３の問題点は、固化過程中 に製品が実際上収縮するという点で好ましくない。

以上のように、電鋳法と噴霧沈着法はいずれも金型とダイの製造法としては不適 であり、また、両者は相互に相いれない特徴を有している。

本発明によれば、原模型から電鋳型を作製し、該電鋳型を充填することによって 、該原模型から金型またはダイを製造する方法において、該電鋳型へ溶融霧化金 属を噴霧し、噴霧された該溶融金属を、その沈着過程中において、熱間加工処理 または緻密化処理、好ましくはピーニング処理に付すことによって該電鋳型を充 填することを特徴とする金型またはダイの製造法が提供される。

相互に明らかに相客れない不適当な２種の技術を組合せることは予期しないこと であった。驚（べきことには、本発明によれば、電鋳法の全利点、即ち、微細な 部分を有する加工面が精密に仕上がるという利点が、同時噴霧ピーニング法の全 利点と組合され、この結果、いずれの合金（特に、高融点工具鋼）の使用も可能 となり、内部応力が抑制された高密度の熱間加工処理品が低コストで得られる。

特に驚くべきことには、各々の方法の不利益な点が、これらの方法の組合せによ って取り除かれる。電鋳法のコストと内部応力の問題は、薄いシェルのみを使用 することによって最小限にすることができる。また、同時噴霧ピーニング法の欠 点、即ち、金属基体上に噴霧形成される最初のスプラット層が幾分多孔性になる という欠点は、電鋳シェル（該シェルが硬質表面仕上げ材、例えば、硬質クロム 鍍金材から作製される場合には噴霧沈着物と結合した電鋳シェル）によって解消 される。さらにまた、原模型上に及ぼされるピーニング作用は、原模型の材質と し７て広範囲のもの、例えば、プラスチック、石膏および耐火材等の使用を可能 にする電鋒ンエルによって大幅に低減される。

電鋳型の充填は、所望の複製物の陰陽性や必要な精度に応じて、側部からおこな ってもよい。即ち、ある程度の精度の喪失が許容される場合には、原模型に面し た側部から電鋳型の充填をおこなってもよいが、より好ましくは、原模型から離 れた面から該充填をおこなう。充填材は電鋳型の材質と同一または異なっていて もよく、電鋳型の材質は、例えば、ニッケルまたはクロム等であってもよい。

原模型の材質は、例えば、プラスチック、木材または石膏等であってもよい。

電鋳型は硬質表面仕上げ材、例えば、クロム等から成る薄いシェル、例えば、厚 さが０．　１龍もしくはＱ、２５＋ａｍ〜１，０ＩＩ１１のシェルであってもよ い。所望の厚さに達したシェルは、通常は、原模型から離型させる。原模型の複 製物はゴム製の中間の陰型に鋳造可能な耐火材を充填することによって作製して もよい。該可鋳造性耐火材を乾燥後、熔くことによって、原模型の陽複製物を得 る。あるいは、可鋳造性耐火材を電鋳型に直接注型Ｉ５１、乾燥後、離型して焼 くことによって陽複製物を製造してもよい。プラスチック製の原模型を使用する 場合には、該複製物を、ステＬ／オリトゲラフイー（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇ ｒａｐｂｙ）によって、画板から直接的に製造するのが有利である。

電鋳／３−ルは陽複製物上に載置して支持してもよく、厚い沈着物、例えば、工 具鋼製沈着物は同時噴霧ピーニング法によって、シェルの内部に形成させてもよ い。この場合、シェルに歪が発生し、ないように、ピーニングの割合と速度を調 整するのが好ましい。ピーニングポールの速度または強度を増大させると、圧縮 応力が増大し、該速度または強度を低減させると、圧縮応力が低減する。一般的 には、圧縮応力は、ピーニング源に対して凸状の歪を引き起こすか、またはその 逆である。ピーニングの速度および／または強度の調整は、ピーニング処理に用 いるスリンガ−（ｓｌｉｎｇｅｒ）の速度を変化させるか、または、該スリンガ −へのピーニングボールの量を調節することによって容易におこなうことができ る。

噴霧とビーユング工程は、沈着物が、金型またはダイホルダーに適合するように 機械加工するのに十分な厚さになるまで続行するが、所望により、工具鋼沈着物 は、例えば、１０ｍｍの厚さになるまで該工程を続行してもよ（、また、廉価鋼 沈着物は、同時ピーニング処理を伴うか、または伴わない噴霧沈着法によって沈 着させてもよい。あるいは、金型またはダイを鋳鉄もしくは可塑化セメントによ って裏打ちすることによって、この種の噴霧−ピーニング沈着物の剛性や強度を 大幅に増大させてもよい。なお、熱膨張率のより低い金属マトリックス複合材が 金型または裏打ち材としてはより適切である場合がある。

勿論、原模型上に存在させた状態の電鋳型を、噴霧ピーニング法によって充填す ることも可能である。この場合、噴霧物に起因する高温によって原模型が損傷す る危険性がある。もっとも、原模型から金型またはダイを１個または数個製造す れば十分な場合には、このことは重要なことではない。

本発明を実施する別の方法は、硬質原模型を使用するものであって、該硬質原模 型は、前述のように、中間型としてゴム製または他の材質の型を使用し、例えば 、耐火材から鋳造して焼くことによって製造してもよい。耐火性原模型上に電鋳 型を形成させ、そのままの状態において、該電鋳型の背部に工具鋼を沈着させる 。この方法には３つの利点がある。第一に、同一の原模型を多数回使用できる。

第二に、電鋳型を工具鋼で補強する前に原模型から離型させる必要がないので、 該電鋳型は非常に薄（でき、製造の速度や材料コストの点で有利である。第三に 、電鋳型を非常に薄くできる結果として、噴霧沈着物の第一層に及ぼされる電鋳 型による望ましくない冷却効果は大幅に低減されるので、高い表面密度と硬度が 得られる。

好ましいことには、電鋳シェルの加工外部面が平滑になるために、原模型の精密 な複製が保証される。さらに好ましいことには、肌理の荒い内部面によって、該 シェルに対する５ＳＰ（同時噴霧ピーニング）沈着物の良好な付着性が保証され る。これらのことは、電着の可変因子を調整することによって達成される。

以ｒ、本発明を、添付図に基づ〈実施例によ−って説明する。実施例■およびＨ の態様をそれぞれ図１〜３および図４〜Ｇに模式的に示す。

図１は、原模型とその上に形成された電鋳型の縦断面図である。図２は、原模型 上に存在する電鋳型に工具鋼を充填した状態を示す縦断面図である。図３は、所 望のダイホルダー・の形態に切断加工処理によって整えた充填物の縦断面図であ る。

図４は、ステ１ノオリトグラフイー法によって形成されたプラスチック製原模型 上の薄いクロム沈着物の縦断面図である。図５は５、ゴム製の型に工具鋼のＳＳ Ｐ沈着材を噴霧させることによって製造された原模型の鋳造可能な耐火性複製物 上に形成された電鋳シェルの縦断面図である。図６は、ダイホルダーに適合する ように機械加工したシェルがＳＳＰ沈着物に付着した状態を示す縦断面図である 。

実施例ニ プラスチック製または高アルミナ耐火材製の原模型（対称波形を有する直径７５ ｍｍの型）（１）の上部に、コロイドグラファイトの薄膜層を噴霧形成させる。

原模型（１）のエツジと背部（２）には、電着から保護するために、保護塗料を 塗布する。グラファイト薄膜層上にクロムを電着させることによって電鋳型（３ ）（厚さ＝０、　２５ｍｍ）を形成させる。この場合、その後の噴霧沈着物に対 して良好な付着性を発揮するのに十分な肌理の荒さを電着物の背部に存在させる 。溶融微粒子状の工具鋼を、ワイヤ給電アーク噴霧ガン（ｗｉｒｅ−ｆｅｄ　ａ ｒｃ　５ｐｒａｙ　ｇｕｎ）を用いて、電着物の肌理の荒い背部に噴霧すると同 時に、ピーニング処理をおこなって充填物（４）を形成させた。ピーニング処理 された噴霧沈着物は電鋳型（３）の肌理の荒い背部面に密着するが、外形は正確 な所望の形態ではない。沈着物（３）および（４）を原模型（１）から離型させ た後、機械加工または研摩加工処理に付すことによって、図３に示すような所望 の形態を有するダイホルダー（５）を得る。

実施例■ ステレオリトグラフィー法によって作製される同一の原模型を利用することが多 くのダイには要求される。この場合には、原模型の損傷が回避されなければなら ないので、実施例Ｉとは幾分異なる技法を利用する。クロム製の電鋳シェル（６ ）（厚さ・０．　５ｍｍ）を、実施例Ｉの場合のように、原模型（７）上に形成 させる。

但し、この場合の原模型の材質はプラスチックである。シェル（６）を離型させ た後、図５に示す耐火性の陽複製物（８）上に適合載置させる。この複製物（８ ）は、原模型（７）から作製されるゴム製陰型を使用する耐火材の鋳造によって 製造される。該複製物（８）は乾燥し、焼いた後、使用に供する。複製物（８） は、原模型（７）の有する非常に微細な形態部をこれらの処理工程中に幾分失う かもしれないが、電鋳シェルの土台としては十分に機能する。工具鋼（９）を前 述のようにして、複製物（８）上に載置された電鋳シェル（６）の背部に噴霧す る。次いで、工具鋼（６）とこれに密着したシェル（６）を耐火性の土台、即ち 、複製体から脱離させた後、機械加工または研摩処理に付すことによって、図６ に示すような所望の形態を有するダイホルダー（１０）を得る。

上記の実施例工および■において、工具鋼製ダイは硬質クロムを用いて仕上げて もよい。電鋳シェルは、所望により、他の材質、例えば、Ｎｉ５ＦｅまたはＮｉ ／Ｃｒ等から製造してもよい。同様に、英国特許第１６０５０３５号明細書に記 載のようにして、いずれの硬質裏打ち金属または合金を同時噴霧ピーニング法に よって沈着させることができる。この種の金属や合金としては、炭素鋼、合金鋼 およびステライト等が例示される。上記の実施例工および■において重要な点は 、電鋳型の充填を溶融微粒子の噴霧沈着によっておこない、形成される沈着物を ピーニング処理による連続的な熱間加工によって緻密化させることである。

ｍ　便１　遣　本　会μ　４； 、、　ＰＣＴ／ＧＢ　９１１０１２羽 フロントページの続き （７２）発明者　マクジョー、ジョーゼフイギリス国スコツトランド、ニシンバ ラ・イーエイチ１３・０デイーエフ、ドレゴーン・０９２３９番 （７２）発明者　ロチエ、アレン・デニスイギリス国つェールズ、アバデア・シ ーエフ躬・８ピーテイー、クンデア、ベニフロ３番

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．原模型から電鋳型を作製し、該電鋳型を充填することによって、該原模型か ら金型またはダイを製造する方法において、該電鋳型へ溶融霧北金属を噴霧し、 噴霧された該溶融金属を、その沈着過程中において、熱間加工処理または緻密化 処理に付すことによって該電鋳型を充填することを特徴とする金型またはダイの 製造法。
2. ２．電鋳型の充填を、原模型に面した側部からおこなう請求項１記載の方法。
3. ３．電鋳型の充填を、原模型から離れた表面からおこなう請求項１記載の方法。
4. ４．電鋳型の充填を、原模型上に存在する間におこなう請求項３記載の方法。
5. ５．電鋳型を原模型の複製型上に載置し、これをピーニング処理中支持する請求 項１〜３いずれかに記載の方法。
6. ６．原模型の複製型の材質が耐火材である請求項５記載の方法。
7. ７．電鋳型の材質がニッケルまたはクロムである請求項１〜６いずれかに記載の 方法。
8. ８．電鋳型の厚さが０．１〜１．０ｍｍである請求項１〜７いずれかに記載の方 法。
9. ９．原模型の材質が木材、石膏またはポリマーである請求項１〜８いずれかに記 載の方法。
10. １０．原模型の材質が金属または耐火材である請求項１〜８いずれかに記載の方 法。
11. １１．電鋳型へ噴霧される金属の熱間加工処理または緻密化処理をピーニング処 理によっておこなう請求項１〜１０いずれかに記載の方法。
12. １２．請求項１〜１１いずれかに記載の方法によって製造される金型またはダイ 。