JPH0985748A

JPH0985748A - 金型およびその金型の製造方法

Info

Publication number: JPH0985748A
Application number: JP24624795A
Authority: JP
Inventors: Takao Manabe; 鍋鷹男真; Zenichi Mochizuki; 月善一望
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】強度を確保しながら安価に短い加工時間で製
作できる高精度の金型を提供する。【解決手段】鋳造または鍛造により成形される鉄系材
料からなる金型本体２と、この金型本体２のキャビティ
下地面３の表面に接合されたアルミ合金、亜鉛合金など
の高快削性合金層４とからなり、高快削性合金層４の表
面に機械加工によってキャビティ面５が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック成形
用に用いられる金型およびその金型を製造する方法に係
り、特に、鉄を主体の材料としながら、被削性に優れ加
工の容易な金型およびその金型の加工時間を短縮するこ
とのできる製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチック成形に使用される金
型は、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼、工具鋼など
の鋼材を素材にこれに機械加工をして製作されていた。
これらの鋼材は、難削性の材料であるため機械加工に非
常な時間がかかる反面、製作した金型は長い寿命を保つ
ため、大量生産に適している。

【０００３】最近では、成形品の種類の多様化を背景と
して、多品種少量生産に適した金型への要望が強まり、
加工性の良好なアルミ合金、亜鉛合金を材質とした金型
が製作されている。これらの金型材料は、鋼材に較べて
被削性が良好で、機械加工にかかる時間を大幅に短縮し
て低コストで製作できる利点があり、成形品の激しいモ
デルチェンジに対応することができる。

【０００４】一方、加工方法の観点からは、機械加工以
外に、精密鋳造による金型の製造も行なわれている。精
密鋳造によって金型を製作する場合、キャビティ面の表
面に巣やピンホールなどの鋳造欠陥が発生すると良好な
キャビティの面精度が得られないため、金型本体を鋳造
したのち、キャビティ面を機械加工により仕上げる方法
が採られている。

【０００５】アルミ合金、亜鉛合金製の鋳造金型は、鋳
造性および転写性に優れてた性質を有しており低コスト
で製作できる長所がある反面、機械的性質が脆弱という
欠点があり、この問題を解決するため、様々な改良が試
みられている。従来からなされてきた主な先行技術に
は、ＡｌあるいはＣｕ又はＴｉあるいはＢｅなどの添加
によつて合金成分を変えて強度向上を図ろうとするもの
がある。

【０００６】また、本出願人は、亜鉛合金製の金型の強
度を向上させるために、鋼材製心材を内蔵させて複合強
化した金型を提案している（特公平６−８５９９４号公
報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この複合強化した金型
は、鋼材製心材の周囲に亜鉛合金を鋳ぐるみ、その亜鉛
合金の鋳造性、転写性の良さを活かすとともに、鋼材製
心材により亜鉛合金の脆弱性を補おうとするものである
が、亜鉛合金が主体であるため製作費が高価となる欠点
があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、強度を確保しながら安価で高精
度の金型を提供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、短い製作期間
で安価に高精度の金型を製作できる金型の製造方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による金型は、鉄系材料からなる金型本体
と、この金型本体のキャビティ下地面の表面に接合され
た高快削性合金層とからなり、前記高快削性合金層の表
面にキャビティ面が形成されていることを特徴とするも
のである。

【００１１】また、前記の目的を達成するために、本発
明による金型製造方法は、鉄系材料からなる金型素材に
よりキャビティ下地面を有する金型本体を成形する第１
の工程と、金型本体のキャビティ下地面の表面に高快削
性合金層を接合する第２の工程と、前記高快削性合金層
の表面にキャビティ面を機械加工する第３の工程とから
なることを特徴とする。

【００１２】前記第１工程は、精密鋳造または型鍛造に
より金型本体を成形される。

【００１３】前記第２工程は、高快削性合金層を肉盛り
溶接し鉄系母材に冶金的に接合される。

【００１４】また、前記第２工程は、金型本体を鋳型内
に設置し、中子を介してキャビティ下地面の表面上に形
成した隙間に高快削性合金溶湯を注湯し、高快削合金層
を鉄系母材に接合するようにしてもよい。

【００１５】前記高快削性合金としてはアルミ合金、ま
たは亜鉛合金、銅合金が好適である。

【００１６】このような本発明の金型では、金型本体
は、鉄系材料で製作されるので、金型の強度を確保でき
るととともに、熱膨張係数も小さく成形時の変形が少な
く、また、キャビティ面が切削性の良好な合金層で形成
されるので、精度の良いキャビティ面を創成することが
できる。

【００１７】また、この金型の製造は、キャビティ面を
切削性の良い合金層を機械加工するので、加工が容易
で、しかも短時間で行なえる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による金型およびそ
の金型の製造方法の一実施形態について添付の図面を参
照して説明する。図３は、本発明の製造方法により製作
した金型を示す。この金型１は、鉄系材料、例えば、ダ
クタイル鋳鉄を素材とする金型本体２を有している。こ
の金型本体２には、後述する合金層４を接合するキャビ
ティ下地面３が形成されており、このキャビティ下地面
３の表面には、高快削性の合金であるＣｕ−Ｚｎ系合金
を材質とする合金層４が数ｍｍの厚さで形成されてい
る。成形品の外形に精密に対応するキャビティ面５は機
械加工により合金層４の表面に加工されているものであ
る。

【００１９】次に、図３の金型１を製造する工程につい
て説明する。

【００２０】先ず、図１は、金型本体２を精密鋳造法に
より鋳造する工程を示す図である。鋳造用金型は、上型
６と下型７とからなり、この上型６と下型７とから金型
本体２の形状に対応するキャビティが形成されている。
金型本体２の素材であるダクタイル鋳鉄の溶湯８は、１
３５０℃に保持されてトリベ９を用いて注湯し、湯道１
０を通してキャビティに充填して金型本体２が鋳造され
る。この金型本体２の形成は、鋳造の他、鍛造により行
なうようにしてもよい。鍛造による場合、金型本体２の
素材は、鍛造に適した炭素鋼や、合金鋼が用いられる。

【００２１】なお、金型本体２では、次の工程で肉盛り
されるため、そのキャビティ下地面３の精度は最終的な
金型のキャビティ面５（図３参照）の仕上げ精度よりも
マイナス２ｍｍからマイナス４ｍｍ程度の範囲内になる
ように鋳造される。

【００２２】次いで、図２に示すように、金型本体２の
キャビティ下地面３の表面に例えば、プラズマ・トラン
スファード・アーク溶接により、金型本体２と、タング
ステン電極との間に発生させたプラズマアーク１１中
に、Ｃｕ−Ｚｎ系合金粉末を供給して溶融し、金型本体
２の母材表面に溶着させてＣｕ−Ｚｎ系合金層４を一定
の厚さで肉盛りする。この肉盛りの厚さは、前記の仕上
げ精度のマイナス部分に次段の機械加工での切削代を加
えた厚さとする。このプラズマ・トランスファード・ア
ーク溶接の溶接条件は、溶接電流１８０アンペア、溶接
電圧４９ボルト、溶接速度５５ｍｍ／ｍｉｎで行なっ
た。なお、溶接により合金層４を肉盛りする加工法とし
ては、プラズマ・トランスファード・アーク溶接に限ら
ず、その他の肉盛り溶接法、例えば、被覆アーク溶接、
ティグ溶接などで行なってもよい。

【００２３】最後の工程では、金型本体２のＣｕ−Ｚｎ
系合金層４を切削して、キャビティ面５を加工する。こ
のＣｕ−Ｚｎ系合金層４は、母材である鋳鉄に較べて被
削性が高いため、同じ切削加工を鋳鉄材料で行なう場合
と較べて約５倍の効率で加工することができた。また、
プラズマ・トランスファード・アーク溶接により肉盛り
を行なったため、ダクタイル鋳鉄の母材と、Ｃｕ−Ｚｎ
系合金層との境界では、Ｃｕ−Ｚｎ系合金層４が緻密な
母材表面に強固に溶着する良好な境界面が得られるた
め、割れなどの発生もなく、強度的にも十分なものにな
る。

【００２４】このようにして製造した金型１は、従来の
鉄系材料を素材に機械加工だけで製作したものに較べて
製作コストを約半分に低減することができた。さらに、
金型本体２は、鋳鉄で製作されているので、アルミニウ
ム合金、亜鉛合金、銅合金を主体とするものに較べて、
熱膨張係数が小さく、長時間の成形工程を経ても変形が
少ない利点がある。

【００２５】次に、図４は、本発明の製造方法の他の実
施形態を説明する図である。この製造方法の第２実施形
態は、図１において鋳造した金型本体２に高快削性の合
金層４を鋳造により拡散接合するようにしたものであ
る。ここでは、金型本体２のキャビティ下地面３に対向
する中子１２を挿入する。この中子１２とキャビティ下
地面３の表面との間には合金層４を形成するための隙間
（２〜４ｍｍ）ができるようになっている。高快削性合
金としては、亜鉛合金を用い、この亜鉛合金溶湯１３を
トリベ９から前記の隙間に注湯して金型本体母材に亜鉛
合金層４を拡散接合することができる。

【００２６】次に、亜鉛合金層４を切削してキャビティ
面５を加工するのは、第１実施形態と同様であるが、亜
鉛合金層４の場合、母材である鋳鉄に較べて被削性が高
いため、同じ切削加工を鋳鉄材料で行なう場合と比べて
約４倍の効率で加工することができた。

【００２７】以上、本発明について、実施形態を挙げて
説明したが、本発明では、合金層の素材としては、切削
性の良好な銅合金を用いても、実施形態と同様の効果を
挙げることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載した発明によれば、この金型は、鉄系材料から
なる金型本体と、この金型本体のキャビティ下地面の表
面に接合された高快削性合金層とからなり、前記高快削
性合金層の表面にキャビティ面が形成されているので、
金型本体は、鉄系材料で製作される金型本体により、金
型の強度を確保できるととともに、熱膨張係数も小さく
成形時の変形が少なく、また、キャビティ面が切削性の
良好な合金層で形成されるので、精度の良いキャビティ
面を創成することができる。

【００２９】また、請求項３に記載した発明の金型製造
方法によれば、鉄系材料からなる金型素材によりキャビ
ティ下地面を有する金型本体を成形する第１の工程と、
金型本体のキャビティ下地面の表面に高快削性合金層を
接合する第２の工程と、前記高快削性合金層の表面にキ
ャビティ面を機械加工する第３の工程とからなり、切削
性の良い合金層を機械加工してキャビティ面を製作する
ので、加工が容易で、しかも短時間で行なえ、特に、多
品種少量生産向きの金型を安価に提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による金型の製造工程のうち、鋳造によ
る金型本体を成形する工程を示す断面図。

【図２】図１の金型を製造する工程のうち、肉盛り溶接
により高快削性合金層を形成する工程を示す断面図。

【図３】機械加工を経てキャビティ面が加工された金型
の断面図。

【図４】こう高快削性合金層を鋳造により金型本体母材
に接合する他の実施形態の説明図。

【符号の説明】

１金型２金型本体３キャビティ下地面４高快削性合金層５キャビティ面６上型７下型９トリベ１２中子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系材料からなる金型本体と、この金型本体のキャビティ下地面の表面に接合された高
快削性合金層とからなり、前記高快削性合金層の表面にキャビティ面が形成されて
いることを特徴とする金型。
【請求項２】前記高快削性合金はアルミ合金、または亜
鉛合金、銅合金であることを特徴とする請求項１に記載
の金型。
【請求項３】鉄系材料からなる金型素材によりキャビテ
ィ下地面を有する金型本体を成形する第１の工程と、金型本体のキャビティ下地面の表面に高快削性合金層を
接合する第２の工程と、前記高快削性合金層の表面にキャビティ面を機械加工す
る第３の工程とからなることを特徴とする金型の製造方
法。
【請求項４】前記第１工程は、精密鋳造または型鍛造に
より金型本体を成形することを特徴とする請求項３に記
載の金型の製造方法。
【請求項５】前記第２工程は、高快削性合金層を肉盛り
溶接し鉄系母材に冶金的に接合することを特徴とする請
求項３に記載の金型の製造方法。
【請求項６】前記第２工程は、金型本体を鋳型内に設置
し、中子を介してキャビティ下地面の表面上に形成した
隙間に高快削性合金溶湯を注湯し、高快削合金層を鉄系
母材に接合することを特徴とする請求項３に記載の金型
の製造方法。