KR100756828B1

KR100756828B1 - 금형의 제조 방법 및 그 제조 장치

Info

Publication number: KR100756828B1
Application number: KR1020017015994A
Authority: KR
Inventors: 미야모토유타카; 기쿠치노리히코
Original assignee: 기쿠치 프레스 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2007-09-07
Also published as: JP3838424B2; US20040163792A1; US6953077B2; CA2378801A1; HK1050656A1; US20030010465A1; WO2001089734A1; CN1202924C; CN1380840A; CA2378801C; KR20020026876A; US7108044B2

Abstract

금형 소재를 기계 가공하여 금형을 제조하기 위한 방법 및 장치이다. 주형 모델(15)을 근거로 하여 주조함으로써, 금형 소재(20)를 가공 마진을 가진 형상으로 제조한다. 이 후, 금형 소재(20)의 형상을 측정기(16)에 의해 측정하고, 측정 데이터 및 측정 데이터에 근거하여 생성되는 엔벌로우프 모델(M2)이 컴퓨터(12)의 기억 장치(12A)에 축적된다. 이 후, 표시 장치(12C)에 금형 설계 데이터에 근거하는 금형 모델(M1)과 엔벌로우프 모델(M2)을 표시하고, 엔벌로우프 모델(M2)을 상호 직교하는 XYZ의 3축의 방향으로 각각 직선 이동시키는 동시에 이 3축 주위로 회전시키고, 금형 모델(M1)의 제품 성형면(M1B)에 엔벌로우프 모델(M2)의 제품 성형면(M2B)을 근접시킨다. 이것에 의해, 금형 소재(20) 제품 성형면(20B)의 가공량이 저감되는 상태를 찾아, 컴퓨터(12)에 의해 제어되는 금형 가공기(18)로써 금형 소재(20)의 기준면(20A) 및 제품 성형면(20B)을 절삭 가공한다.

금형 소재, 주형 모델, 금형 설계 데이터, 표시 장치, 절삭 가공

Description

금형의 제조 방법 및 그 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING MOLD}

본 발명은, 주조(鑄造)로 제조된 금형 소재(素材)를 기계 가공함으로써 금형을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이며, 예를 들면, 프레스 가공용의 금형이나 사출 성형용의 금형, 기타 금형의 제조에 이용할 수 있다.

종래로부터, 주물(鑄物)을 소재로 하는, 예를 들면 프레스 가공용의 금형의 제조 시에는, 주조된 금형용의 소재를 금형으로 마무리하기 위해, 장시간의 절삭 가공 등의 기계 가공을 필요로 하고 있었다.

결국, 금형의 소재인 금형 소재를 주조한 후에 기계 가공하여 이 금형 소재가 금형으로 마무리되지만, 금형 소재의 주조 시에는, 금형 소재의 기반이 되는 주형(鑄型) 모델을 수작업으로 제조하는 일이 많은 것에 기인할 뿐만 아니라, 주조 자체의 정밀도가 낮은 것에 기인하여, 기계 가공용의 가공 마진(margin)에 큰 여유를 갖게 하고 있었다. 즉, 모델의 정밀도나 주조 변형의 양을 예측하면, 안전 측면을 고려하는 경우에는 가공 마진이 크게 되고, 또한 주조 시에 주물이 크게 수축하기 때문에, 절삭 마진이 부족한 것을 예방하는 것이 필요하였다.

이 결과로서, 금형 소재의 기반이 되는 주형 모델의 쓸모없는 부위가 많아짐에 따라, 필요 이상으로 금형 소재의 가공 마진이 크게 되는 경향이 있었다.

이것에 대해 최근의 사회 정세로부터 금형 산업은, 금형으로부터 성형되는 제품 형상의 복잡화, 금형의 저가격화 및 납기 단축화의 요구에 응답하는 것이 필요하게 되었다.

따라서, 금형 소재의 기계 가공 시간을 단축하기 위해서, 가공 마진을 삭감하는 것이 고려되지만, 주형 모델을 수작업으로 만드는 대신에 수치 제어 가공기 등을 사용하여 제조했다고 하여도, 주물을 금형 소재로 하는 경우에는 고정밀도를 기대할 수 없으며, 그 결과, 가공 마진을 충분히 삭감할 수 없고, 이에 따라 기계 가공 시간을 단축할 수 없었다.

본 발명은 상기 사실을 고려하여, 금형 소재의 주조 후의 기계 가공 시간을 단축할 수 있는 금형의 제조 방법 및 그 제조 장치를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명에 따른 금형의 제조 방법은, 주조에 의해 금형 소재를 제조하는 공정과, 이 금형 소재의 형상을 측정기로 측정하여 측정 데이터를 얻는 공정과, 이 측정 데이터에 근거하여 금형 소재의 제품 성형면(成形面)의 가공량을 저감하도록, 금형 소재의 기준면 및 제품 성형면을 금형 가공기에 의해 가공하여 금형을 제조하는 공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 이 금형의 제조 방법에서는, 주조로 금형 소재를 제조한 후, 우선 처음에 이 금형 소재의 형상을 측정한다. 이어서, 이것에 의해 얻은 측정 데이터에 근거하여 금형 소재의 제품 성형면의 가공량을 저감하도록, 금형 소재의 기준면 및 제품 성형면을 금형 가공기에 의해 가공하여 금형을 제조한다.

금형의 제품 성형면은, 금속판 등의 피가공 재료가 소정의 형상으로 성형되는 면이기 때문에 복잡한 형상으로 형성되고, 이 때문에, 금형 소재의 제품 성형면도 복잡한 형상으로 되어 있다. 본 발명에서는 이 금형 소재의 제품 성형면의 가공량을 저감하도록, 금형 소재의 기준면 및 제품 성형면을 금형 가공기에 의해 가공하여 금형을 제조하기 때문에, 금형 소재로부터 금형을 기계 가공에 의해 제조할 때, 그 가공 시간을 단축할 수 있으며, 가공 작업을 효율적으로 실행할 수 있기 때문에, 금형의 저가격화, 납기 단축화에 대응할 수 있다.

또한, 이와 같이 금형 소재의 제품 성형면의 가공량을 저감하도록 하면, 역으로 금형 소재의 기준면의 가공 마진이 크게 되는 일도 있지만, 일반적으로 평면 형상으로 된 이 기준면은 금형 가공기의 큰 커터(cutter)로 기계 가공할 수 있기 때문에, 전체적으로 가공 시간이 길어지거나, 가공비가 증가하는 것은 아니다.

금형 소재의 기준면 및 제품 성형면을 금형 가공기에 의해 가공할 때에는, 우선 기준면을 가공하고, 이 가공 완료된 기준면을 금형 가공기에서의 금형 소재의 지지면으로 해서 제품 성형면을 가공한다.

이것에 의하면, 제품 성형면을 가공할 때에는, 가공 완료된 기준면을 금형 가공기에서의 지지면으로 하기 때문에, 금형 가공기의 테이블에 기준면을 지지 고정시켜 가공할 수 있게 되고, 안정된 가공으로 제품 성형면을 고정밀도로 기계 가공할 수 있다.

또한, 금형 가공기에 의해 제품 성형면을 가공할 때에는, 이 제품 성형면의 어느 부분을 몇 번의 횟수만큼 가공할지를 결정하고 나서, 제품 성형면을 가공한다.

이것에 의하면, 예를 들면, 제품 성형면 중에서도 가공 마진이 많게 되어 있는 부분만을 2회 기계 가공하고, 가공 마진이 적은 부분은 1회만의 기계 가공으로 마무리하는 것이 가능하게 된다. 결국, 제품 성형면 전체에 걸쳐 금형 가공기의 커터를 이동시켜서 어느 부분이 돌출되어 있는지를 검출하면서 여러 번 기계 가공할 필요가 없게 되어, 금형 소재가 가공되지 않고 단순히 커터만이 이동하고 있는 에어 커터(air cutter)의 시간도 삭감할 수 있다.

이상의 금형 제조 방법은, 금형 소재의 형상을 측정기로 측정하는 공정과, 이 측정에 의해 얻은 데이터에 근거하여 금형 소재의 기준면, 제품 성형면을 금형 가공기로 가공하는 공정을, 서로 독립한 작업 공정으로서도 실시할 수 있지만, 컴퓨터를 사용하는 비독립의 작업 공정으로서도 실시할 수 있다.

컴퓨터를 사용하는 비독립 작업 공정으로 할 경우에는, 측정기로 얻은 측정 데이터는 컴퓨터로 보내지고, 이 측정 데이터와 컴퓨터에 기억되어 있던 금형 설계 데이터에 근거하여 컴퓨터가 금형 가공기로 금형 소재의 제품 성형면을 가공할 때의 가공량을 저감하는 연산을 실행한 후, 컴퓨터로 금형 가공기를 제어하여 금형 소재를 가공한다.

컴퓨터에 의해, 금형 가공기로 금형 소재의 제품 성형면을 가공할 때의 가공량을 저감하는 연산을 실행하기 위해서는, 컴퓨터의 표시 수단에, 측정기로부터의 측정 데이터에 근거하여 작성되는 금형 소재의 엔벌로우프(envelope) 모델과, 금형 설계 데이터에 근거하여 작성되는 금형 모델을 표시하고, 이 표시 수단에 있어서, 엔벌로우프 모델을 상호 직교하는 3축의 방향으로 각각 이동시키는 동시에 이 3축 주위로 회전시킴으로써, 금형 모델에 이 엔벌로우프 모델을 근접시켜, 이 근접 시에 있어서 컴퓨터에 의해 제품 성형면의 가공량을 저감하는 연산을 실행하도록 한다.

여기서, 금형 모델에 엔벌로우프 모델을 근접시키는 것이라는 것은, 엔벌로우프 모델의 안쪽에 금형 모델의 전체 부분을 넣는 동시에, 금형 모델의 제품 성형면에 엔벌로우프의 제품 성형면을 근접시키는 것이다. 이것에 의해 금형 모델과 엔벌로우프 모델과의 위치 관계로부터, 제품 성형면의 가공량을 저감하는 연산을 컴퓨터에 의해 확실하고 또한 고정밀도로 실행할 수 있게 된다.

또한, 금형 소재를 제조하기 위해 이용하는 주형 모델을 주형 모델 가공기로 제조하고, 이 주형 모델 가공기가 상기 컴퓨터로부터의 데이터를 받아서 주형 모델을 제조하도록 되어 있는 경우에는, 컴퓨터에 금형 소재를 주조로 제조할 때에 생기는 변형의 예상량을 기억시켜 두고, 이 예상량을 포함한 데이터를 주형 모델 가공기에 보내도록 해도 좋다.

이것에 의하면, 주형 모델은, 금형 소재를 주조로 제조할 때에 생기는 변형의 예상량을 포함한 형상, 치수로서 주형 모델 가공기에 의해 형성되는 것으로 되어, 주형 모델로부터 형성되는 금형 소재를, 주조 변형이 생겨도 정확하게 형성할 수 있다.

이와 같이 컴퓨터에 주조 변형의 예상량을 기억시켜 두는 경우에는, 이 예상량을, 측정기로 측정된 금형 소재에 대한 측정 데이터로써 재설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 예상량을 재설정하도록 하면, 주조에 의해 실제로 제조된 금형 소재의 형상, 치수에 근거하여 예상량을 더욱 정확한 데이터로 재기록할 수 있어, 다음번의 금형 소재의 제조를 더욱 정확하게 실행할 수 있다.

이상 설명한 금형의 제조 방법을 컴퓨터를 이용하여 실시하는 경우에는, 이 컴퓨터는 1대라도 좋고, 데이터 전달이 이루어지는 여러 대라도 좋다.

본 발명에 따른 금형의 제조 장치는, 이상 설명한 금형의 제조 방법을 컴퓨터를 사용하여 실시하기 위한 장치이다.

구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 금형의 제조 장치는,
주조로 제조된 금형 소재의 형상을 측정하는 측정기와, 이 측정기로부터의 측정 데이터가 입력되는 컴퓨터와, 이 컴퓨터로 제어되어 금형 소재를 가공하고, 이 금형 소재로부터 금형을 제조하는 금형 가공기를 구비하고,

컴퓨터는, 상기 측정 데이터 및 금형 설계 데이터를 기억하는 기억 수단과, 이것들의 측정 데이터 및 금형 설계 데이터에 근거하여, 금형 소재의 제품 성형면의 가공량을 저감하도록, 금형 소재의 기준면 및 제품 성형면을 금형 가공기로 가공시키는 데이터를 연산하는 연산 수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 한다.

그리고, 연산 수단은, 금형 가공기로 먼저 기준면을 가공시키고 나서, 이 가공 완료된 기준면을 금형 가공기에서의 금형 소재의 지지면으로 해서 제품 성형면을 금형 가공기로 가공시키는 데이터를 연산한다.

또한, 기억 수단에는 금형 가공기의 가공 능력 데이터가 기억되고, 연산 수단은, 이 가공 능력 데이터에 근거하여, 금형 가공기에 의해 제품 성형면의 어느 부분을 몇 번의 횟수만큼 가공할지를 연산하고 나서, 금형 가공기로 상기 제품 성형면을 가공시킨다.

더욱이, 컴퓨터는, 측정기로 얻은 측정 데이터에 근거하여 작성되는 금형 소재의 엔벌로우프 모델 및 금형 설계 데이터에 근거하여 작성되는 금형 모델을 나타내는 표시 수단과, 이 표시 수단에 있어서, 엔벌로우프 모델을 상호 직교하는 3축의 방향으로 각각 이동시키는 동시에 이 3축 주위로 회전시킴으로써, 금형 모델에 이 엔벌로우프 모델을 근접시키는 조작 수단을 구비하고, 이 근접에 의해 제품 성형면의 가공량을 저감하는 연산이 상기 연산 수단에서 이루어진다.

여기서 말하는 금형 모델에 엔벌로우프 모델을 근접시키는 것이라는 것은, 엔벌로우프 모델의 안쪽에 금형 모델의 전체 부분을 넣는 동시에, 금형 모델의 제품 성형면에 엔벌로우프의 제품 성형면을 근접시키는 것이다.

본 발명에 따른 금형의 제조 장치가 금형 소재를 제조하기 위해 사용되는 주형 모델을 제조하기 위한 주형 모델 가공기를 구비하고 있는 경우에는, 상기 기억 수단에 금형 소재의 주조 시의 변형 예상량이 기억되고, 주형 모델 가공기에는 이 예상량을 포함한 데이터가 보내져, 이 데이터에 근거하여 주형 모델이 주형 모델 가공기에 의해 제조된다.

기억 수단에 기억되어 있는 상기 예상량은, 측정기로써 측정되는 금형 소재의 형상에 대한 측정 데이터에 근거하여 재설정 가능하게 하는 것이 바람직하다. 기억 수단에 기억되는 예상량이 측정기에 의한 측정 데이터로 재설정 가능하다면, 전술한 바와 같이, 다음번의 금형 소재의 제조를 더욱 정확하게 실행할 수 있다.

이상에 있어서, 컴퓨터의 기억 수단은, 자기(磁氣) 디스크, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광(光) 디스크(CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD 등), 광자기 디스크(MO 등), 반도체 메모리, 자기 테이프 등에 의한 기억 장치 중 어느 것이라도 좋고, 또한, 이것들 중 2개 이상을 조합시킨 것도 좋다.

또한, 조작 수단은, 키보드, 마우스, 트랙 볼, 조이 스틱(joy stick) 등에 의한 조작 장치 중 어느 것이라도 좋고, 또한 이것들 중 2개 이상을 조합한 것이라도 좋다.

더욱이, 표시 수단은, 눈으로 볼 수 있는 화면인 디스플레이 장치, 인쇄 장치 등의 표시 장치로도 좋지만, 전술한 바와 같이, 금형 모델에 이 엔벌로우프 모델을 근접시키는 것을 눈으로 볼 수 있는 것인 것이 기대되기 때문에, 화면인 디스플레이 장치로 하는 것이 바람직하다.

이상의 금형 제조 장치에 있어서의 컴퓨터는 1대라도 좋고, 데이터 전달이 이루어지는 여러 대라도 좋다.

또한, 본 발명에 따른 금형의 제조 방법 및 그 제조 장치를 적용할 수 있는 금형의 일례(一例)는, 프레스 가공용의 프레스 금형이지만, 이것 이외에 사출 성형용, 압출 성형용, 인발(引拔) 성형용, 블로(blow) 성형용 등의 금형을 제조하기 위해서도 적용할 수 있다.

더욱이, 금형의 정확한 높이 치수가 필요한 경우에는, 높이 치수에 맞추어 기준면의 가공량을 설정하는 것으로 되지만, 금형 소재의 기준면을 금형 모델의 기준면과 단순히 평행한 평면으로 하는 것만으로도 좋은 것이라면, 기준면을 그와 같이 가공해도 좋다. 이 경우에는, 기준면의 가공량도 저감할 수 있게 된다.

또한, 금형 소재의 형상을 측정하는 측정기는, 모아레(moire)를 활용한 촬상식(撮像式)의 비접촉 형식의 것이라도 좋고, 비접촉의 레이저 방식이나 스테레오 방식의 것이라도 좋고, 또한 금형 소재에 접촉하여 측정하는 형식의 것이라도 좋다.

또한, 금형 소재의 기계 가공은, 절삭 가공이라도 좋고, 연삭 가공 등이라도 좋으며, 이것들을 조합한 것이라도 좋다. 더욱이, 금형 소재를 가공하는 커터로서는 엔드 밀(end mill) 등이 고려되고, 금형 가공기로서는 머시닝 센터(machining center) 등을 채용하는 것이 고려된다. 금형 가공기가 수치 제어 공작 기계이면, 금형 소재의 기계 가공을 컴퓨터로부터의 데이터를 이용하여 정확하고 또한 효율적으로 실행할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 금형의 제조 방법에 적용되는 금형 제조 지원 시스템의 구성도.

도 2는, 프레스 금형 장치의 구조를 나타내는 단면도.

도 3은, 프레스 금형 장치의 하부 금형용의 금형 소재를 나타내는 사시도.

도 4는, 엔벌로우프 모델과 금형 모델과의 위치 관계를 나타내는 도면.

도 5는, 스캐닝 측정 모델과 금형 모델과의 위치 관계를 나타내는 도면.

본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서, 첨부 도면에 따라 이것을 설명한다.

본 발명의 한 실시형태에 따른 금형의 제조 방법을 실행하기 위한 금형 제조 지원 시스템의 구성 및 순서를 도면에 근거하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 컴퓨터 지원에 의한 설계, 제조(CAD/CAM)의 소프트웨어가 탑재되어 금형 제조 지원 시스템(10)의 중핵 부분을 구성하는 컴퓨터(12)는, 주형 모델(15)을 제조하기 위한 수치 제어(NC) 공작 기계인 주형 모델 가공기(14)와 접속되어 있으며, 이 컴퓨터(12)로부터 송출된 금형 설계 데이터에 근거하여 이 가공기(14)에 의해 주형 모델(15)이 가공된다. 이 주형 모델(15)은, 주조로 제조되는 프레스 금형용의 금형 소재(20)와 대응하는 형상으로 형성되지만, 컴퓨터(12)에 기억되어 있는 주조에 의한 변형을 예상한 예상량을 포함하는 데이터가 주형 모델 가공기(14)에 보내지기 때문에, 주형 모델(15)을 이용한 주조로 제조되는 금형 소재(20)는, 금형 소재(20)의 제조 후에 수행되는 후가공(後加工)인 절삭 가공이 가능한 가공 마진을 남겨두는 형상, 치수가 되도록 형성된다. 또한, 주형 모델(15)은 수작업으로 제조하여도 좋다.

그리고, 이 컴퓨터(12)에는, 금형 소재(20)의 형상을 측정하기 위한 측정기(16)도 접속되어 있다. 이 측정기(16)로서는, 예를 들면, 카메라의 방향을 6축 제어할 수 있는 모아레를 활용한 촬상식으로서 다점(多点)을 동시에 처리할 수 있는 화상 처리형의 3차원 측정기를 채용할 수 있다. 또한, 컴퓨터(12)에는, 자동 추적 지령(automatic tracking command)을 이 측정기(16)에 부여하는 기능을 가진 형상 측정 지원 시스템 소프트웨어가 탑재되어 있어, 효율적인 형상 측정이 가능하게 되어 있다.

여기서, 이 측정기(16)로써 측정된 금형 소재(20)의 측정 데이터는 측정점군(測定点群)으로 되고, 이 측정점군을 따라 가상적으로 형성되는 3차원 도형 모델인 도 4의 엔벌로우프 모델(M2)과 함께, 측정 데이터는 이 측정기(16)로부터 컴퓨터(12)에 보내진다.

더욱이, 이 컴퓨터(12)에는, 금형 소재(20)를 가공하기 위한 NC 공작 기계인 금형 가공기(18)도 접속되어 있으며, 측정기(16)로 측정한 측정 데이터에 근거하여 이 금형 가공기(18)에 의해 금형 소재(20)를 가공할 수 있도록 되어 있다.

컴퓨터(12)는, 기억 장치(12A)와 조작 장치(12B)와 표시 장치(12C)와 연산 장치(12D)를 구비하고 있다. 기억 장치(12A)에는, 전술한 소프트웨어, 금형 설계 데이터 및 주조 변형 예상량의 데이터 이외에, 금형 가공기(18)의 가공 능력 데이터나, 금형 설계 데이터와 측정기(16)로부터의 측정 데이터에 근거하여 금형 소재(20)를 절삭 가공하는 가공량을 연산하기 위해 필요한 소프트웨어와 그 연산용 데이터도 기억되고, 또한 주형 모델 가공기(14)를 구동시키는 소프트웨어와 측정기(16)로부터의 측정 데이터에 근거하여 금형 가공기(18)로 금형 소재(20)를 금형으로 마무리하기 위한 소프트웨어 등의 지금부터 설명하는 금형 제조 방법을 실시하기 위해 필요한 소프트웨어 및 데이터도 기억되어 있다. 연산 장치(12D)는, 조작 장치(12B)로부터의 지시 신호에 근거하여 기억 장치(12A)에 기억되어 있는 소프트웨어의 실행 및 기억 장치(12A)에 기억되어 있는 데이터에 근거하여 연산 처리를 실행한다. 표시 장치(12C)는 눈으로 볼 수 있는 화면인 디스플레이 장치이며, 연산 장치(12D)에 의한 연산 처리의 결과를 표시한다.

이상에 의해, 본 실시형태의 금형 제조 장치로 되어 있는 금형 제조 지원 시스템(10)은, 컴퓨터(12), 주형 모델 가공기(14), 측정기(16) 및 금형 가공기(18)로 구성되어 있으며, 주형 모델 가공기(14), 측정기(16) 및 금형 가공기(18)는 컴퓨터(12)에 의해 제어되어 구동된다.

본 실시형태의 금형 소재(20)는, 기계 가공인 절삭 가공이 이루어짐으로써 마무리되어 금형으로 되지만, 이 금형을 구비하여 형성되는 프레스 가공용 금형 장치로서는, 프레스 가공기 내에 있어서, 도 2에 나타내는 상부 측에 상부 금형(22)이 배치되는 동시에 하부 측에 하부 금형(24)이 배치되며, 이 상부 금형(22)과의 사이에 피가공재인 금속판(P)을 끼워 장착하는 로우 홀더(lower holder)(26)가, 스프링(28)에 지지되면서 이들 상하 금형의 사이에 배치되도록 하는 구조가, 일례로서 고려된다. 상부 금형(22)이 2점 쇄선과 같이 하강하면, 상부 금형(22)과 로우 홀더(26)와의 사이에서 끼워 지지된 금속판(P)이 상부 금형(22)과 하부 금형(24)에 의해 프레스 가공되어서, 제품으로 성형된다.

그리고, 이들 상부 금형(22), 하부 금형(24) 및 로우 홀더(26) 등의 금형을 제조할 때에, 본 실시형태의 제조 방법이 이용되며, 예를 들면, 하부 금형(24)용의 금형 소재(20)가 주조되어서, 도 3에 나타낸 바와 같이 형성된다.

이어서, 본 실시형태에 따른 금형의 제조 방법의 순서를 이하에서 설명한다.

우선, 컴퓨터(12)의 기억 장치(12A)로부터 송출된 금형 설계 데이터에 근거하여 주형 모델 가공기(14)가 발포 수지의 소재를 절삭 가공함으로써, 금형 소재(20)와 대응하는 주형 모델(15)을 절삭하여 만든다. 이어서, 이 절삭 가공된 주형 모델(15)을 근거로 하여, 예를 들면, 로스트 왁스(lost wax)법에 의한 주조 작업을 실행함으로써, 도 3에 나타내는 금형의 소재가 되는 금형 소재(20)를 가공 마진을 가진 형태로 제조한다.

이 후, 이 금형 소재(20)의 형상을 측정기(16)에 의해 측정하고, 이 측정 결과인 측정 데이터 및 이 측정 데이터에 근거하여 생성되는 엔벌로우프 모델(M2)이 컴퓨터(12)의 기억 장치(12A)에 저장된다.

또한, 금형 소재(20)의 형상 측정 종료 후에, 금형 가공기(18)에 의해 금형 소재(20)의 기준면(20A) 및 제품 성형면(20B)을 절삭 가공할 뿐만 아니라, 이들 면 이외의 금형 소재(20)의 기타 부분의 표면(20C)도 절삭 가공한다.

이 때, 우선 금형 설계 데이터 및 측정 데이터를 컴퓨터(12)의 기억 장치(12A)로부터 판독하여, 도 4에 나타낸 바와 같이, 금형 설계 데이터에 근거하는 3차원 도형 모델인 금형 모델(M1)과, 측정 데이터에 근거하는 3차원 도형 모델인 엔벌로우프 모델(M2)과의 위치 관계를 조작원이 눈으로 볼 수 있게 되도록, 컴퓨터(12)의 디스플레이 장치인 표시 장치(12C) 상에 표시한다.

이 표시된 상태에서, 조작 장치(12B)의 조작에 의해, 측정 데이터에 근거하여 작성된 금형 소재(20)의 엔벌로우프 모델(M2)을 상호 직교하는 XYZ의 3축의 방향에 각각 직선 이동시키는 동시에, 이 XYZ의 3축 주위로 회전시킨다. 단, 엔벌로우프 모델(M2)을 소프트웨어에 의해 자동으로 직선 이동 및 회전시키는 것도 가능하다.

그리고, 엔벌로우프 모델(M2)을 직선 이동 및 회전시킴으로써, 엔벌로우프 모델(M2)의 안쪽에 금형 모델(M1)의 전체 부분을 넣는 동시에, 도 5에 나타낸 바와 같이, 금형 모델(M1)에 엔벌로우프 모델(M2)을 근접시킴으로써, 즉, 금형 모델(M1)의 제품 성형면(M1B)에 엔벌로우프 모델(M2)의 제품 성형면(M2B)을 근접시킴으로써, 금형 소재(20)의 제품 성형면(20B)의 가공량이 최소로 되어 가공량이 저감되는 상태를 찾는다.

제품 성형면(20B)의 가공량이 최소로 되는 상태가 찾아지면, 이어서 이 상태에서 조작 장치(12B)로부터의 지시 신호로 엔벌로우프 모델(M2)의 위치를 고정하고, 이 때의 엔벌로우프 모델(M2)을 금형 모델(M1)의 좌표축에 변환한 데이터를 구하여, 이 구해진 데이터의 3차원 도형 모델을 스캐닝 측정 모델(M3)로 한다.

이 스캐닝 측정 모델(M3)과 금형 모델(M1)과의 사이의 간극(間隙)의 크기로부터, 연산 장치(12D)에 의해 금형 소재(20)의 기준면(20A) 및 제품 성형면(20B) 등의 각각의 부분의 절삭량을 얻음으로써, 금형 소재(20)의 절삭 부분의 체적을 산출하여 구하고, 이 체적을 금형 소재(20)의 총절삭량으로 한다.

또한, 이 총절삭량의 데이터에 근거하여 컴퓨터(12)의 연산 장치(12D)가, 기억 장치(12A)에 기억되어 있는 금형 가공기(18)의 가공 능력 데이터에 근거하여, 금형 가공기(18)의 커터의 지름, 회전수, 절삭량 및 이송 속도 등을 연산할 뿐만 아니라, 제품 성형면(20B)을 절삭 가공할 때에 있어서, 제품 성형면(20B) 안의 어느 부분을 몇 번의 횟수로 절삭 가공할지를 연산한다. 즉, 제품 성형면(20B)의 가공량을 저감할 수 있는 데이터가, 기억 장치(12A)에 기억되어 있는 데이터로부터 연산 장치(12D)에 의해 연산된다.

이 후, 금형 소재(20)의 기준면(20A), 제품 성형면(20B) 및 기타 부분의 표면(20C)을 금형 가공기(18)로 각각 절삭 가공하지만, 이 때 우선, 기준면(20A)의 위치와 금형 모델(M1)의 지지면(M1A)의 위치를 가상의 금형 가공기의 정반(定盤) 위치로부터 치수 표시하는 기준면 가공지시 도면이, 스캐닝 측정 모델(M3)을 이용하여 컴퓨터(12)의 연산 장치(12D)에서 생성되고, 이 기준면 가공지시 도면이 금형 가공기(18)에 출력되어, 이 금형 가공기(18)에서 큰 평면인 기준면(20A)이 최초로 절삭 가공된다.

또한, 기준면(20A)의 절삭 가공이 종료되고 기타 부분의 표면(20C)도 절삭 가공한 후, 가공 완료된 이 기준면을 지지면으로 해서 금형 가공기(18)의 테이블에 지지 고정하여 금형 소재(20)의 제품 성형면(20B)을 절삭 가공한다.

이 때에 전술한 총절삭량의 데이터로부터의 연산 결과에 근거하여, 금형 가공기(18)의 커터 지름, 회전수, 절삭량, 이송 속도 등이 선정되는 동시에, 제품 성형면(20B)의 소정의 부분이 소정의 횟수만큼 가공됨으로써, 가공량을 저감하면서 제품 성형면(20B) 전체의 가공이 종료된다.

이어서, 본 실시형태에 따른 금형의 제조 방법의 작용을 이하에 설명한다.

본 실시형태에서는, 컴퓨터(12)의 기억 장치(12A)에 축적되어 있는 금형 소재(20)의 형상을 측정한 측정 데이터에 근거하여, 금형 소재(20)의 엔벌로우프 모델(M2)이 작성되고, 표시 장치(12C)에 있어서, 이 엔벌로우프 모델(M2)을 상호 직교하는 XYZ의 3축 방향으로 각각 직선 이동 가능하게 하는 동시에 이 3축 주위로 회전 가능하게 하였다. 이것에 의해, 금형 설계 데이터에 근거하여 작성되는 금형모델(M1)에 이 엔벌로우프 모델(M2)을 근접시키는 형상으로, 이들의 데이터를 비교할 수 있도록 되었다.

이 결과로서, 표시 장치(12C)에 있어서, 확실하고 고정밀도로 금형 설계 데이터에 근거하는 금형 모델(M1)과 금형 소재(20)와의 위치 관계를 결정할 수 있으며, 가공에 시간이 걸리는 제품 성형면(20B)의 가공량을 저감하는 것이 가능하게 되었다.

또한, 금형 가공기(18)에 의해 금형 소재(20)의 기준면(20A) 및 제품 성형면(20B)을 절삭 가공할 때에, 먼저 금형 소재(20)의 기준면(20A)을 절삭 가공하고, 이 가공 완료된 기준면(20A)을 금형 가공기(18)에서의 지지면으로 해서 제품 성형면(20B)을 절삭 가공하도록 하였다. 이 때문에, 제품 성형면(20B)을 가공할 때에 가공 완료된 기준면(20A)을 지지면으로 해서 금형 가공기(18)의 테이블에 고정할 수 있으므로, 금형 소재(20)가 안정되어 테이블에 고정되어서, 제품 성형면(20B)을 더욱 고정밀도로 확실하게 가공할 수 있게 되었다.

더욱이, 제품 성형면(20B)을 절삭 가공할 때에, 어느 부분을 몇 번의 횟수만큼 절삭 가공할지를 연산 장치(12D)로 연산하도록 하였기 때문에, 제품 성형면(20B) 중에서도 가공 마진이 많게 되어 있는 부분만을, 예를 들면 2회 절삭 가공하고, 가공 마진이 적은 부분은 1회만의 절삭 가공으로 마무리하는 것이 가능하게 되었다.

결국, 종래와 같이 제품 성형면(20B) 전체에 걸쳐서 절삭 공구 등의 커터를 이동하여 어느 부분이 돌출하고 있는지를 검출하면서 여러 번 절삭 가공할 필요가 없어지고, 금형 소재가 가공되지 않고 단순히 공구만이 이동하고 있는 에어 커트(air cut)를 위한 시간도 삭감하는 것이 가능하게 되었다.

이상으로부터, 금형 소재(20)의 기준면(20A) 및 제품 성형면(20B)을 가공할 때에, 프레스 가공용 금형으로서 금속판 등의 프레스 가공되는 소재를 제품으로 성형하기 위한 면으로서 일반적으로 복잡한 표면 형상으로 된 제품 성형면(20B)의 가공 마진이 삭감되어서, 가공량이 저감되게 된다.

이 때문에, 저정밀도인 주물을 소재로 한 경우라도, 제품 성형면(20B)의 가공량이 저감되어서 절삭 가공 시간을 단축할 수 있게 되고, 제품 형상의 복잡화, 금형의 저가격화 및 납기 단축화에 대응할 수 있도록 되었다.

또한, 본 실시형태의 경우, 기준면(20A)의 가공 마진이 역으로 크게 되는 경우도 있지만, 일반적으로 평면 형상으로 되는 기준면(20A)은 큰 커터에 의해 절삭 가공 가능하게 되므로, 기준면(20A)의 가공 시에 절삭 가공 시간이 크게 증대하는 것은 아니다.

이어서, 본 실시형태에 따른 금형의 제조 방법 및 그 제조 장치에 의한 절삭 시간의 단축 효과를 설명한다.

종래에, 금형 소재를 기계 가공인 절삭 가공을 할 때에는, 거친 가공(rough machining), 중간 마무리 가공(semi-finishing machining), 마무리 가공(finishing machining) 등의 여러 단계의 가공이 필요하였다. 그리고, 제품 성형면과 마찬가지의 형상을 가진 피절삭재를 거친 가공으로 절삭 가공하는 조건으로서, 종래는 직경 50mm의 커터를 사용하여 10mm의 절삭량으로 회전수를 800rpm으로 하였을 때에, 이송 속도가 0.4m/분으로 되어 있었다.

이것에 대하여, 본 실시형태의 제조 방법을 채용함으로써, 제품 성형면의 가공량이 저감되는 것에 따라 절삭량을 4mm로 하고, 직경 50mm의 커터를 사용하여 회전수를 1400rpm으로 하였을 때에는, 1.05m/분이라는 이송 속도의 조건이 얻어지고, 거친 가공의 절삭 속도는 2.6배로 높아졌다.

더욱이, 이 가공 조건에서 금형 소재 전체의 절삭 시간은, 종래와 비교하여 약 32% 단축된다고 추정되며, 시험적으로 로우 홀더를 제조하였을 때의 가공 시간은 약 10시간 단축되었다.

한편, 본 실시형태의 제조 방법을 채용하는 것에 따라 거친 가공을 폐지하고, 중간 마무리 가공용의 커터로 이송 속도를 떨어뜨려서 3mm의 절삭량으로 가공하였던 바, 종래의 중간 마무리 가공에 있어서의 0.2mm의 절삭량에서는 회전수가 2000rpm으로 되는 것에 대하여 1800rpm으로 되고, 또한 이송 속도는 종래의 2m/분에 대하여 1.45m/분의 조건이 얻어졌다.

결국, 절삭 속도가 종래에 대하여 약 0.7배로 되어 중간 마무리 가공의 절삭 속도는 늦어졌다고 하지만, 거친 가공을 폐지한 만큼의 시간으로 상쇄되며, 시험적으로 로우 홀더를 제조하였을 때의 가공 시간은 약 13시간을 단축할 수 있어, 대폭적인 효율의 향상이 가능하게 되었다.

이어서, 본 실시형태에 따른 금형의 제조 방법을 이용하여 금형 소재(20)를 주조할 때에 있어서의 변형량의 분석에 대하여 설명한다. 이 변형은, 금형 소재를 주조로 제조할 때에 수축 등의 형상으로 발생한다.

도 1에 나타낸 주형 모델(15)을 제조하기 위해 컴퓨터(12)의 기억 장치(12A)에 보존되어 있는 주조 변형 예상량과, 측정기(16)에 의한 측정으로 얻은 측정 데이터에 근거하는 금형 소재(20)의 실제 치수를 비교한다. 이것에 의해, 다음번의 금형 소재(20)의 제조를 실행할 때에 주조 변형 예상량을 정정해야할 것인지 아닌지의 여부를 본 금형 제조 지원 시스템(10)의 조작원이 판단하는 동시에, 주조 변형 예상량과 금형 소재(20)의 실제 치수 사이의 차(差)를 분석하는 것이 가능하게 된다.

결국, 실제의 주조 변형량과 주조 변형 예상량 사이의 차분(差分)으로부터, 기억 장치(12A)에 기억되어 있던 주조 변형 예상량이 적정한지 아닌지의 여부가 분석되고, 다음번의 금형 소재(20)의 제조 시에 있어서, 주조 변형 예상량을 재설정할 수 있도록 된다.

이 재설정된 주조 변형 예상량은 기억 장치(12A)에 보존되고, 다음번의 금형 소재(20)를 제조하기 위한 용도로 주형 모델(15)을 제조할 때에, 주조 변형 예상량의 데이터가 주형 모델 가공기(18)에 보내짐으로써, 이 예상량을 포함한 형상, 치수로서 주형 모델(15)이 제조된다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 금형의 제조 방법 및 그 제조 장치는, 프레스 가공 등에 이용하는 금형을 제조하는 데에 적절하다.

Claims

주조에 의해 금형 소재를 제조하는 공정과,

상기 금형 소재의 형상을 측정기로 측정하여 측정 데이터를 얻는 공정과,

상기 측정 데이터를 컴퓨터로 송신하는 공정과,

상기 컴퓨터의 표시 수단에, 상기 측정 데이터에 근거하여 작성되는 상기 금형 소재의 엔벌로우프 모델(envelope model)과, 상기 컴퓨터의 기억 수단에 기억되어 있는 금형 설계 데이터에 근거하여 작성되는 금형 모델을 표시하고, 상기 표시 수단에서, 상기 엔벌로우프 모델의 안쪽에 상기 금형 모델의 전체 부분을 넣고, 상기 엔벌로우프 모델을 상호 직교하는 3축의 방향으로 각각 이동시킴과 더불어, 상기 3축 주위로 회전시킴으로써, 상기 금형 모델의 제품 성형면에 상기 엔벌로우프 모델의 제품 성형면을 근접시키는 공정과,

상기 근접시킬 때에, 상기 컴퓨터의 연산 수단에 의해, 금형 가공기로 먼저 상기 금형 소재의 기준면을 가공하고, 가공이 완료된 기준면을 상기 금형 가공기에서의 상기 금형 소재의 지지면으로 하면서, 상기 금형 소재의 제품 성형면의 어느 부분을 몇 번의 횟수만큼 상기 금형 가공기로 가공할 것인가에 대한 가공 데이터를, 상기 컴퓨터의 기억 수단에 기억되어 있는 상기 금형 가공기의 가공 능력 데이터에 근거하여 연산하는 공정과,

상기 컴퓨터로써 상기 금형 가공기를 상기 가공 데이터에 의해 제어하여 상기 금형 소재의 상기 기준면을 가공하는 공정과,

상기 컴퓨터로써 상기 금형 가공기를 상기 가공 데이터에 의해 제어하여 상기 금형 소재의 상기 제품 성형면을 가공하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금형의 제조 방법.
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제1항에 있어서, 상기 컴퓨터에는 상기 금형 소재를 주조로 제조할 때에 생기는 변형의 예상량이 기억되고, 상기 예상량을 포함한 데이터를, 상기 금형 소재를 제조하기 위해 이용하는 주형 모델을 제조하기 위한 주형 모델 가공기로 보냄으로써, 상기 주형 모델을 제조하는 것을 특징으로 하는 금형의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 컴퓨터에 기억되어 있는 상기 예상량을 상기 측정 데이터로 재설정하는 것을 특징으로 하는 금형의 제조 방법.
주조로 제조된 금형 소재의 형상을 측정하는 측정기와, 상기 측정기로부터의 측정 데이터가 입력되는 컴퓨터와, 상기 컴퓨터로 제어되어서 상기 금형 소재를 가공하고, 상기 금형 소재로부터 금형을 제조하는 금형 가공기를 구비하고,

상기 컴퓨터는,

상기 측정 데이터, 금형 설계 데이터 및 상기 금형 가공기의 가공 능력 데이터를 기억하는 기억 수단과,

상기 측정 데이터에 근거하여 작성되는 상기 금형 소재의 엔벌로우프 모델 및 상기 금형 설계 데이터에 근거하여 작성되는 금형 모델을 표시하는 표시 수단과,

상기 표시 수단에서, 상기 엔벌로우프 모델의 안쪽에 상기 금형 모델의 전체 부분을 넣고, 상기 엔벌로우프 모델을 상호 직교하는 3축의 방향으로 각각 이동시킴과 더불어, 상기 3축 주위로 회전시킴으로써, 상기 금형 모델의 제품 성형면에 상기 엔벌로우프 모델의 제품 성형면을 근접시키는 조작 수단과,

상기 근접시킬 때에 상기 금형 가공기로 먼저 상기 금형 소재의 기준면을 가공하고, 가공이 완료된 기준면을 상기 금형 가공기에서의 상기 금형 소재의 지지면으로 하면서, 상기 금형 소재의 제품 성형면의 어느 부분을 몇 번의 횟수만큼 상기 금형 가공기로 가공할 것인가에 대한 가공 데이터를, 상기 가공 능력 데이터에 근거하여 연산하는 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 금형의 제조 장치.
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제9항에 있어서, 상기 금형 소재를 제조하기 위해 사용하는 주형 모델을 제조하기 위한 주형 모델 가공기를 구비하고, 상기 기억 수단에는 상기 금형 소재의 주조 시의 변형 예상량이 기억되고, 상기 주형 모델 가공기에는 상기 예상량을 포함한 데이터가 보내지고, 상기 데이터에 근거하여 상기 주형 모델이 상기 주형 모델 가공기에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 금형의 제조 장치.
제14항에 있어서, 상기 기억 장치에 기억되어 있는 상기 예상량은, 상기 측정 데이터에 근거하여 재설정 가능한 것을 특징으로 하는 금형의 제조 장치.
제9항에 있어서, 상기 금형 가공기는, 수치 제어 공작 기계인 것을 특징으로 하는 금형의 제조 장치.