JPS5950926A - 金属溶射による耐久性の優れた金型の製造法 - Google Patents

金属溶射による耐久性の優れた金型の製造法

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JPS5950926A
JPS5950926A JP16199882A JP16199882A JPS5950926A JP S5950926 A JPS5950926 A JP S5950926A JP 16199882 A JP16199882 A JP 16199882A JP 16199882 A JP16199882 A JP 16199882A JP S5950926 A JPS5950926 A JP S5950926A
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    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/20Making tools by operations not covered by a single other subclass

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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)

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】 本発明は、金1萬溶射方法を利用した特殊構造の金型及
びその製造法に関するもので、さらに詳しく述べると、
従来製品モデルを用意し、金m 溶射装置に用い又、モ
デルの夕i周に金属層を形成しだ降モデルを取外し、金
型を製造するノブ法は知られているが、未だ満足すべ外
金型を得るに至っていない。 その理由(・1、金属溶
剤による金属皮膜d、強度が低く、目一つ製造過程に於
て金型全体が熱のために盃みを生じ、一定精度のものを
得ることができなかったからである。
本発明は補強ピンを用いることにより、溶射金属層より
成る金型要部を補強(7、件だ金型製造の過程で常に歪
の発生を予防す2石手段を採用する等独創的技術により
、精度と耐久性にqれた金型を得ることを可能にしだ金
属溶剤による金型及びその9i1J法である7、 一般に用途の如何を間V[ず、また製法の如何を聞けず
金型の製作は困帷でを・す、時間をW シ、コストの高
いものである。 従って少后生産品用、又は試作品用の
金型に門しては、特に安価で短時間に製作でへる金型の
製法は大いに待望されている。 この要望に応える金型
製法の提案は幾つかある。 例えばZAS鋳造法による
もので、これは耐久性に劣りショツト数も少なく、精度
に於て劣る欠点はあるが、製作容易な点が喜ばれている
。 また金属溶射による前記金型製法は、複雑な形状の
ものを簡易に製作できる利点があるので、注目すべきも
のである。
こ−にその代表的な製法を述べると、木、樹脂、石膏等
でモデルを作っておき、その表面に#型剤を塗布し、そ
の上表面に普通亜鉛或は亜鉛合金等溶射に適した金属を
溶剤し、金属層を形成し、さらに必要に応じ低融点金属
の溶射又は樹脂をもって該亜鉛層の裏打ち補強、及び金
型枠体との7体化及び冷却水用パイプの埋設等の附加加
工を施した後、モデル自体を取り外し、かくして得られ
る金型面を研磨仕上げして完成するのである。  しか
し金属溶射に上る金属層、即ち金型の表面は強度が低く
、プラスチックの射出成型用金型として使用した場合で
も、金型面には300Ky/cd〜/!rOOKf廁程
度の圧力が及ぶため、金型の形状精度が保持されないと
か、クラックが発生するとか、特にパーティングライン
が欠損して多数のショットに耐えるととができないとい
う欠点は」けtけられない。 そこで改良方法としてご
く薄い(約/m/nt)ニッケル合金の溶射層を金型表
面に形成し、その背後に亜鉛合金溶射層を数nt/m4
4y層する方法も試みられた。 この方法は金型表面の
硬I(1が上昇するため、金型としての性能の向上が見
られたが、それとてもZAS鋳造金型やfM製の金型と
比較すると、その耐久性はかなり劣るのみならず、熱の
ため金型全体に歪を生じ精度の点で満足が得られないも
のである。
最近は多品種少量生産の傾向がまずます強まり、安価で
短時間につくれる々らば、耐久性については成程度犠性
にすることも止むを得ないとされるケースもある。 そ
れでも金属溶射方式で製作した上記金型では、実用性に
欠けるものとして採用されない。 メーカーの現状は小
量生産の場合でも、止むなく不必要なまでに永持ちする
鋼製金型を用いているというのが実態で、高価な金型の
コストを充分に消却できない場合もある。 本願発明者
は上記二・ソケル溶携十式金型に於て、溶射ニッケル層
を数十m/mの厚さにまで厚くすることも試みだが、思
はしい成果をあげることはできなかった、 その理由は
ニッケル合金の融点は170℃〜7200℃と高いため
、モデル自体の材質を耐熱性のものとする必要が生ずる
こと、及び一般の溶射装置(高温金属粒子を吹付−辣式
)では金属層力1数十・/・の厚さにいたるまでに、金
鵬粒子が累積収縮現象を起こし、金型自体が大きく歪み
を生じ、設計通りの金型を得ることが困難であり、まだ
常濡溶射装M(米国特許第8,901,441号)を用
いても、金属粒子が累積して層を形成する過程で貯熱作
用があり、オた高速度で粒子が次々と衝突するだめ、こ
れ75父゛プラスト作用を表し、全体として歪みを生じ
ることはまぬがれない。
また歪を除去することも困幡で、所望の精度が得雌いこ
とを経験している9 このように、金属溶射による金型
製造は、短時間で簡易に複雑な形状のものを製作できる
利点があるにもか\わらず、1#久性と精度に於て、満
足すべきものが得られないという障害のあることしよ遺
感ながらこれを認めざるを得ないものであった。
木la発明者Cよ、永年この金属溶射式金型の欠点を解
決すべく研究ケ続シ〕た結上、以下に述−(る手段によ
り、上述の欠点を解消することに成のである。
本発明金型の製造の4.v本的技雨思惣を要約して述べ
ると次のようになる。
(D 木、樹脂、石膏等加工の容易な材料で先づモデル
をつくる。
■ このモデルを基に、シリコンコ゛ムを用いてモデル
の反転型をつくる・ 〔■ 次にこの反転型を是に、乙O℃〜、2410℃で
融解する低融点金属で凝同後III 11t%が極めて
少ない合金(例えば賜、アンチ−eニー、ビスマス等)
を用い、精密鋳造法によりモデルと同形の鋳造物(第2
モデル・という)をつくる。
第2モデル体内に冷却水用パイプを組込むことが好オし
い。
■ この第2モデルの表面に硬金属(例えばニッケル合
金)より成るピンを適宜の手段で多数植設固定する。(
適宜ケ所にドリルで穴を穿ち硬金属ビンを挿入し接清剤
で固定する等の手段)。 ビンの直径は普通/m/m〜
3m1mのもの音用いる。このビンを植設置−7だ有刺
第2モデルにブラストをかけ、又はポンディング加工を
施こl−だ後、ピンと同−又は同種の硬金属を第2モデ
ル士に溶射する。この間@2モデルtj冷却される。 
かくて第2モデル上に溶射金属層を11ぞ成した後、さ
らKその上に珪砂と硅酸ソーダの混合物を投与し、これ
にCOp+のガヌを圧入するととにより該珪砂を固化し
、溶射金属層の補強部を形成する。
■ 以上の工程により得られたものを、炉の中に入れ低
融点金属の融解する湿度まで加熱し、該第2モデルを溶
解除去する。
C次に竿pモデルが除去された件1間に珪砂と硅酸ソー
ダ混合物を詰め、C01ガスを圧入してこれを固化し、
硬金属層の補強部を形成する。(この段階では硬金属溶
射層は、そのキャビティ部も背面部も珪砂の同化補強性
でリーンドイツチ状に挾持され、保形され2. )。
O次に、溶射金属層の背後の711砂補強部を崩壊除去
し、予じめ用意した鋳造金属を、該硅6Φ補強部が占め
ていた部分に済し込み、溶射層たへ層と一体化する。 
この場合適当なフワックス等を用いて両者の結合を良好
にし、寸だ補強部内に冷却水用パイプを埋設する。
鋳造金−の自然冷却後、今度や、1、キャビティ部分の
固化珪砂を崩壊除去し、さらに硬金属層から突出l〜で
いAピンの突出部分を切除する。
かくして牛」“るキャビテイ面を研磨[7、と\に金型
の完成を貼るのである(第7図)。
雄型の場合も上述の手順と同様に製作することができる
本発明は金型製作過程も困難で時間を必要い形状のもの
が容易に得られ、製作時間は従来製法の何十分の−に短
縮されるという特徴と共に、耐久性についてはピンによ
る硬金属層の補強効果により飛躍的な向上が達成され、
また金型製作過程に於て、珪砂層を利用することで歪の
発生を予防し、極めて優れた金型を得ることを可能にし
たものである。
本発明の変形方法として、耐熱性材質(例えば石膏)で
つくった最初のモデルにピンの直径の3倍程度の大きさ
の穴を穿っておき、ピンを挿入した後、低融点金属の溶
融液を該層に流し込んでピンを止着し、かくして得だも
のを有刺第2モデルとし、これにピンと同−又は同種の
硬金属を溶剤し、以後上述したと同様の手順で金型をつ
くる方法がある。
本発明の最も一般的な製法を図面について説明する。
tat  先づ加工容易な材質である木、わ、1脂(例
えばエポキシ樹脂)、石膏などによるモデル+11を用
意しく第1図)、このモデルを基にして耐熱性樹脂、例
えばシリコーンゴムにより精密な反転型(3)を作る。
 この場合第2図に示すように、基盤(4)上にモデル
(1)を買き、枠体(2)により該モデルを囲み、シリ
コーンゴムを枠体内に流し込むのである。
(bl  次に、この反転型(3)を用い、そのキャビ
ティ(la)及び枠(2a)内へ融点が乙θ℃〜21I
O℃の1民間点金属で鴎固後膨張が0−’/1000以
内の3冗乃至グ元合金、例えば錫合金、アンチモニー、
ビスマス等の中から選択したものを精密鋳造の方法でモ
デル+11と同形の鋳造型を作る。 この鋳造型を第2
モデ/I/(間とする。
第2モデルの内部に冷却水用パイプ(6)を埋設する。
(0)  低融点金属より成る第2モデ/l/へっは、
充分その精度を上げるため、研磨等の加工を施こした後
、基盤(7)上にスペーサーブロック(8)により固定
し、その表面に高融点の硬金属、例えばニッケル合金(
融点ざ00℃〜7200℃)より成るワイヤーの短片(
以下ピンという)(10)を多数植設する(第4図)、
ピンの植設は第2モデル(財)の適宜の位置にドリルで
穴を穿ち、この巾にピン(10)を挿入し、第2モデル
表面から適宜の長さくtoa)が突出し、下半身(]、
Ob)は穴の中に於て接着剤等で固着するのである。 
このピン(10)は金型の大小、用途により直径/〜3
 ns/m程度のものが用いられ、また植設する本数は
金型の性格により経験的に決定されるが、普通は、1c
4当り02.2本〜/木でよい。 またピンの材質は次
に述べる高硬度、溶射金属と同材質のものか同種のもの
が好ましいが、異質の金属でもよい。
((1)  かくして得られるピンを植設した有刺第2
モデル全体に対してブワストを施こし、まだは適宜のポ
ンディング加工を施した後ビン(1(支)と同−又は同
種の硬金属、例えばニッケル合金(N+30%、Zn4
’%、Cu66%)を金属溶射し、硬金属層(川を形成
する(第5図)。 この間第2モデルは冷却水で冷却さ
れることが好ましい。 この硬金属層(11)の形成に
続いて、枠(2b)を設け、該硬金属層のLにさらに珪
砂と硅酸ソーダの混合物を投与し2、これにCO2ガス
を圧入して珪砂を7体的に固化すると共に、硬金属層と
も一体化I7、該層の補強部(1→を形成する。
(pj  次に、かくしで得だ構成物1全体を炉中に於
て、低融点金属の融解するl黒度1で加熱することによ
り、前記第2モチ゛ル(へ1)を融解除去するのである
。 低融点金属とじて40七〜2/lO℃で融解する範
囲のものを選ぶのけ、この範囲の温度でtよ、他の11
〜成物に悪影響、損傷を何ら与えないからである。 第
2モデルが除去された後のキャビティには硬金属層中に
はソ半身を埋められた前記ピン(Hl)の(1rlt+
)部分が突出しているのが認と′)られ、また該キャビ
ティ内面、即ち硬金属層の而(9a)には、溶けた低融
点金属が薄膜状に付着し、且つ金属層の表層部僅かの深
さではあるが、溶射金属層特有の微細空隙(スポンジ状
空隙ン内に浸入して、メッキ効果を有することが認めら
れる。
(f)  かくして第λモデルが除去さJまたキャビテ
ィ内に、珪砂及び珪酸ソーダの混合物を詰めこれにCO
!のガスを圧入して珪砂を固化することにより、該キャ
ビティを珪砂補強体(12a)によって充填する(第6
図)。 この段階で、硬金属溶射M (II) l’、
t、その両面からサンドイッチ状に両補強部θ2) 、
 (1,2a)により挟圧された状態となるのである。
(g)  最後に該溶射硬金属層(11)の背後に形成
されていた珪砂補強部0→を崩壊除去し、この除去され
た珪砂塊に代え、予め用意した鋳造金属溶顯液を流し込
み、硬金属層(11)及び枠(2b)を7体的に結合す
る裏打ち補強体−を形成する。
このとき該補強体内に金型としての冷却水用パイプ(1
4)を埋設する(第7図)。
次に硬金属層のキャビティ内に形成された珪砂補強部(
12a)を崩壊除去し、除去した後に硬金属層に半身(
IQR)を埋没した情態で突出しているピン(10)の
突出部分(1(lb)を切除すると共に、キャビディ面
を研磨仕上げすることにより、liらかな金型面を有す
る金型が完成するのである。
かくして完成された本発明金型tよ、その主要部である
金型面を形成する硬金属層(11)は植設された硬金属
ピンで補強された溶射高金属層より成り、また第2モデ
ル融解除去時に、核硬金属層の而には(民間点金属によ
る薄膜が形成され、一部は該層の阪細な空隙に侵入しメ
ッキ全施したように々るから、こ)1.を研磨仕上げす
ると境面を得ることができるもので、耐久性と精度に優
れた金型である。
本発明金型製法は、結局上述した肖り、モデルの反転操
作を繰り返すもので、切削、電鋳等の作業が不要のため
、完成凍での時間kま周知の金型製法に比べ、何十分の
−で済み、印つモデルの形状を忠実に写し取るもので、
いわゆる金属溶射方式の金型製法の利点をその寸\具備
することは言うまでもなく、その上に前記の耐久性と歪
を有しない特徴を加えたものである。
今迄述べたのけ雌型であるが、出発モデルKII#型を
用意することKより上記と全く同じ手11j¥で雄型を
得ることができるのである。
次に本発明金型製法の手順を多少簡略化した変形実施例
について述べる。 これは出発モ、デル(11を不燃性
材料、例えば石膏で作り、先づこの石膏モチ/L/に高
融点硬金属ピン(]0)の直径の約3倍稈度の大へさの
穴(16)をドリル等を用いて所定数穿設する(第8図
)。 この穴の中に該ピンを挿入した後、前記低融点金
属の溶融液を穴に流し込んでピン(io)を止着し、が
くして得た有刺モデル(N)を第2モデルとして使−州
し、次にこの第2モデル全面、特にピンにプラストを施
こし、必要によシ離型剤を塗る等の前処理′?r−施し
た後、ピンと同−又は同種の硬金属を溶射して溶射金属
IF(II!を形成する。 その後に手順は上に述べた
紗木技術の場合と全く同じ工程を経て金型を完成する。
 この方法(,1,筒中々製品、例えば板状物品をつく
る場合等に目、大いに利用できるものである。
kお本発明に於て使用する低融点金属は、融解除去時こ
れを2g物で受け、再使用することができるもので、珪
砂についでも同様であるから経済的にも優れたものであ
る。
4 図面の商学なh(11明 第1図はモデル、第2図)ylモデルを置いた枠内にシ
リコン樹脂を注入した図、第3図はシIJコン枠l脂反
転型に精密的?h法により低1淘点金属を注入した図、
第4図は第、2−T:デルにピンを植設した図、第5図
は有個第2モデル[二面に硬金属溶射層を形成し、Aら
に珪砂補強部を形成した図、第6図は、砲金1層の−1
−丁両面に珪砂補強部を形成した図、第7図は完成1.
 ?、<金型の説明IM、$8図はモア″′μNを示す
図である。
符号説明 fll 、(l a) −−モチ)v、(21、lb)
 、 (2a)  −−−−・・枠、+31・・・・・
・反転型(シリコーンゴム) 、+41・・・・・・基
盤、(5)・・・・・・基台部、(6)・・・・・・冷
却水用パイプ、(7)・・・・・・甚ff1k、+81
・・・・・・ヌベーサーブロック、(9)・・・・・・
表面、(10)・・・・・・ピン、(+1)・・・・・
・(溶射)砂金R層、(12) 、 (12a)・・・
・・−補強部、0埠・・・・・・事打ち補強体、(14
)・・・・・・冷却水用パイプ、(16)・・・・・・
穴、06)・・・・・・止着金属、色a・・・・・・第
2モデル、(N)・・・・・・(変形)第2モ デ ル
 。
出願人  株式会社バンアートクヲフト代表取締役 浜
 村 益 三 代理人  弁理士  水 口 孝 − 第1 図 第2目 第3図 第4図 第13図 第6図 9n 第7図 畢δ図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 fl  モデルを糸にこれに硬度の高い金属を溶射して
    得られる金属層より成る金型原体に、前記硬金属と同−
    又は同種の金属より成る細線の短片又はビンを多数植設
    して得られる金型要部と、この金型要部の背部に適宜の
    鋳造金属を充填して形成される金型補強部とより成る金
    型本体がとれを収納する鋼製枠体と一体的に構成されて
    いることを特徴とする金属溶射による耐久性の優れた金
    型。 ムをもって該モデルの反転型をつくす、この反転型を基
    にして低融点で凝固後膨張の極めて少ない金属例えばア
    ンチモニー、錫、ビヌマス等を精密鋳造の手段によって
    前記モデルと同形の第2モデルをつくり、この第2モデ
    ル表面に高帛点の硬金属より成るビンを適宜長さモデル
    表面より突出しノζ状態で多数植設し、次にこの有刺第
    2モデルに対し、前記ビンと同−又は同種の金朔を溶射
    して所定の厚さの砲金1・べ層を形成し、且っ該溶射金
    属層の背面に硅砂を適宜手段で固塊化した補強部を形成
    し、かくして得た全体を加熱して紙片(点金属より成る
    第2モデルを融解除去し、さらに第2モデルを除去して
    生じた空間に硅砂等を詰め且つとハを固化して補強部を
    形成し、次に硬金属層背後の硅砂塊を崩壊除去し7、こ
    の部分に#造金属を充填して硬金属層上一体化し、才だ
    該硬金属層の内面の硅砂塊を崩壊除去し、核部に露出し
    だビンの突出部分を切除し、仕上加工を施こすことを特
    徴とする金属溶射による耐久性の優れた金型製造法。 (3)  モデル自体が耐熱性材質例えば面前より成り
    、これに硬金属より成るビンの直径の2〜3倍の大きさ
    の孔を多数穿ちこの孔K [6硬金属ピンを挿入し、所
    定の長さだけモデル表面から突出し7た状態で該六に1
    氏融点、金属溶融金属溶射による耐久性の優れた金!製
    造法。 (4)  切削、鋳造等の通常手段により製作された金
    型を全体の一部として有する特許請求の範囲第グン項第
    (的項紀祇の金属溶射による耐久性の優れた金型製造法
    。 (5)既融点全屈による第2モデル形成時、第2モデル
    内に冷却水用パイプを埋設する特許請求の範囲第U)項
    乃至第(勇項記戦の金属溶剤による耐久性の優れた金型
    製造法。 (6)  硬金属層の背面に椿迫金属による補強部を形
    成する過程に於て、補強部内に冷却水用パイプを埋設す
    る特Yl′請求の範、間第(力項乃芋第(3)項記載の
    金属溶射による耐久性の優れた金型製造法。
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JPS6161891B2 (ja) 1986-12-27

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