JP2005095919A

JP2005095919A - 積層金型の製造方法

Info

Publication number: JP2005095919A
Application number: JP2003331210A
Authority: JP
Inventors: Hisao Yamazaki; 久男山崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】金属板の積層基準精度向上と積層ブロックの結合時の加圧力を均一化し、積層金型の精度及び強度を高め、積層金型の活用範囲を拡大する。
【解決手段】積層する金属板の形状部の外側左右に余肉を設け、該余肉部に基準ピン穴を最下部金属板から最上部金属板まで貫通し、形状部と余肉部を細いブリッジで繋ぎ、要加圧部上にブリッジを通し、ブリッジを膨らまし加圧余肉を設けた金属板とする。金属板を順次積層後、加圧して接着、ろう付けあるいは拡散接合により積層ブロックを結合後、余肉、ブリッジを荒取りし、ＮＣ加工機で製品形状に切削する。
【選択図】図１

Description

本発明は板金プレス金型や樹脂成形金型において、複数の金属板を積層してなる積層金型の製造方法に関する。

積層金型は薄板を３次元ＣＡＤデータから金属板の厚さ毎のスライスデータによりレーザカッター等で形状を切断し、順次積層して３次元形状を形成することで短期間で安価な金型を製造できることを特徴としていた。しかし、多数の切断された金属板を正確に位置決めして積層するには２本の基準ピン間を大きくすることが望ましく、雄型の下側の基準ピン間は大きくできるが、形状が小さくなるに従って基準ピンを内側に変換する必要がある。また形状が島状に別れると多数の基準ピンが必要で、基準ピンへ金属板を通しにくくなったり、基準ピンが傾斜して形状精度が低下する問題があった。
特開２０００−３２９０３０

レーザカットしてもカエリは必ず発生し、該カエリは積層時に下側の金属板上に乗り、形状が緩やかな傾斜部では金属板先端が浮き上がり、加圧しても空洞はなくならず、金型強度低下の要因である。形状が垂直部ではカエリが重なり、金属板が盛り上がって積層ブロックの精度を低下させるため多大な工数を掛けてでも除去する必要がある。金属板のカエリ取りや清掃時に積層順ミス（順番の誤りあるいは間を抜かした積層もれ）をすることがあり、積層後にミスが判明し作業に大きな支障を生じることがあった。

金属板を積層した積層ブロックを結合する場合、積層ブロックを幾つかの部分に分割しても、形状の傾斜部は金属板の先端まで加圧ができず、結合強度が不足する問題があった。雄型の先端部は局部的な加圧となり、下部側の金属板との面積差が大きく、単位面積の圧力差は接着剤やろう材の層厚の差となり形状精度や積層ブロックの全体高さにも影響があった。また、基準ピン部はその周辺部より積層方向の剛性が高くなり、静的形状が正確でも成形品に表面傷が発生することがあり、積層金型の適用範囲が限定されていた。

前述の積層金型の問題点を解決すべき課題として、金属板の形状大きさによって基準ピンの位置を変換することをなくし、島状の形状も本体側の形状と同一基準とすることが望ましい。基準ピン部とその周辺部では積層方向の金型剛性が異なるため、基準ピンを形状部以外の位置に移すことも必要である。

レーザカット後のカエリ取りは付加価値を生まない作業で、積層金型の短期間に、安価に製作できる長所を低下させるものである。カエリ取りは金属板を反転して処理後、再度反転するためエッジを損傷したり、腰折れなどの不具合を発生することがある。また、作業途中での金属板の積層順ミスを誘発する要因でもあり、カエリ取りをしなくても積層ブロックの精度と強度を確保する手段が必要である。更に積層順ミスも防止する手段が望まれる。

積層ブロック結合時、製品形状が緩やかな傾斜部での金属板先端部の加圧力不足や金属板の面積変化で、接着剤やろう材の層厚の差が発生するのは単純な製造方法では避けられない。製品形状に応じた複雑な加圧冶具などを製作していては積層金型のメリットがなくなる。製品形状のまま加圧したのでは不具合となる部分に最小限の余肉等を設け、積層ブロック結合後に除去して金型強度と精度を確保し、積層金型の適用範囲を拡大することが重要課題である。

金属板を正確に積層するには雌型のように雄型も基準ピンを最下部の金属板から最上部の金属板まで同一位置にして貫通させる。このため形状の外側の左右に余肉を設け、該余肉部に基準ピン穴を加工し、形状部と余肉部を細いブリッジで繋ぐ。島状になる形状もブリッジで繋げば正確に位置決めできる。余肉部やブリッジ部は積層ブロック結合後、ガスカットあるいは機械加工で荒取りし、ＮＣ加工で製品形状に切削すれば解決できる。

金属板のカエリは必ず下側に発生し、積層した形状は階段状乃至垂直である。このため金属板を反転し、カエリを上向きにすれば階段状の部分は解決する。製品形状が垂直部は下側の金属板を少しずつ大きめにしてカエリが重ならないようにし、製品形状より大きい部分はＮＣ加工で切削する。後述の余肉部の垂直部は金属板を１枚毎に１ｍｍ程度小さくなるようにレーザカットし、小さな階段状が繰り返されるよう５〜１０枚毎に元の寸法に戻しては該切断法を繰り返して切断し、カエリの重なりを積層ブロックの精度に影響ない程度にする。金属板を反転するため、スライスデータに対し対称の形状にレーザカットしておく。積層順ミス防止については、雄型は製品形状に支障のない余肉部やブリッジ部に、雌型は外辺に積層後に斜め直線状の溝となる切欠きを１枚毎に位置をずらしてレーザカット時に加工しておく。積層時、この切欠きの直線状態をチェックすれば積層順ミスを容易に防止できる。

積層ブロックを結合するときの加圧については、緩やかな傾斜部や島状の形状部の上にブリッジを通し、必要に応じブリッジを膨らまして加圧余肉を設ける。雄型の先端部は加圧面を確保するため、数枚下の金属板から垂直状に同一形状にして積層ブロック結合後に機械加工で不要部を除去する。また左右の余肉で加圧装置の傾き防止すると共に積層ブロック上部と下部の金属板の単位面積の圧力差を少なくできる。余肉部やブリッジ部の除去を容易にするため、適宜分離箇所に剥離材を金属板間に入れる。

金属板の製品形状外側の左右に余肉を設け、該余肉部に最下部の金属板から最上部の金属板まで同一位置に基準ピンを貫通させ、形状部と余肉部をブリッジで繋ぐことで、正確に位置決めが可能となり、積層ブロックの精度が向上し、ＮＣ加工での切削代を少なくできる。また、基準ピン位置を製品形状部外にすることで、基準ピン部とその周辺部の積層方向の剛性差による成形品の表面傷の問題も解決できる。

金属板のカエリ取りを不要にすることは、製作期間の短縮やコスト削減のほか、金属板のエッジの損傷や腰折れ、積層順ミスの不具合防止にもなり、積層金型製造の大きな不具合要因が解消できる。積層順ミスについても切欠きの斜め直線状態をチェックしながら積層すれば従来は判明困難であった積層もれを容易に確実に防止できる。

前述の形状部と余肉部を繋ぐブリッジを緩やかな傾斜部や島状の形状部の上を通し、押さえが不十分と予想される部分はブリッジを膨らまして加圧余肉を設けること。また、雄型の先端部は加圧面を確保するため、数枚下の金属板から垂直状に同一形状にして積層ブロックを加圧して結合することで、積層ブロックの強度が向上し、切削が容易になり、金型強度も向上するので積層金型の適用範囲を拡大できる。

金属板に余肉を設け、基準ピン穴を最下部の金属板から最上部までの金属板まで貫通させ、形状部と余肉部をブリッジで繋ぐことで金属板の正確な位置決めができる。金属板のカエリ取りを不要にすることで、積層金型製造の大きな不具合要因を解消できる。また加圧においてもブリッジや加圧余肉で加圧でき、左右の余肉で加圧装置の傾き防止すると共に単位面積の圧力差を少なくでき積層ブロックの強度と精度を向上できる。

図１は金属板をレーザカットした平面図で、（ａ）は上部、（ｂ）は中部、（ｃ）は下部の代表例を示す。（ａ）において、左右の余肉５，５ａと形状１１ａ及び加圧余肉１２ａをブリッジ４で繋ぐ。左右の余肉部には基準ピン穴８及び長穴の８ａを設ける。余肉部の１辺に切欠９を１枚毎に少しづつ位置をずらし、積層後に図２の切欠９に示すように斜め直線状の溝になるよう加工する。図１の（ｂ）は形状１１ｂが島状に分離したものをブリッジ４繋ぐ。その他は（ａ）に準ずる。（ｃ）は形状１１ｃが一体部分を示す。

図２はベースプレート１上に基準ピン３を立て、金属板２を積層したものである。島状の形状及び本体側の上部は製品形状１１によらず、垂直状になるよう同一形状に金属板を切断し、加圧面を広くし、島状の形状部の上はブリッジを膨らまして加圧余肉１２ａを設けている。積層ブロックの上下面及び余肉５やブリッジ４の除去を容易にするため、部分的に金属板間に剥離材６を入れている。

図３は垂直な余肉部の金属板をカエリ取りなしで積層する方法で、金属板の切断線を上側になるに連れて内側に入れ、カエリ１３が金属板の上に乗るのを少なくしている。５枚目で元に戻し小さな階段状が繰り返すようにした例を示す。

切断した金属板の代表部位の平面図。（実施例１）図１のＡ−Ａの積層ブロック断面図。（実施例１）積層ブロック部分断面図。（実施例２）

符号の説明

１ベースプレート
２、２ａ、２ｂ、２ｃ金属板
３基準ピン
４ブリッジ
５、５ａ余肉
８、８ａ基準ピン穴
９切欠
１１製品形状
１２加圧余肉

Claims

３次元ＣＡＤデータから金属板の厚さ毎のスライスデータによりレーザカッターで形状線及び位置決めピン穴を切断した金属板をベースプレート上に基準ピンを基準に順次積層する積層金型の金属板位置決めにおいて、雄型では金属板の形状線の外側の左右に余肉を設け、該余肉部に基準ピン穴を加工し、形状部と余肉部は細いブリッジで繋いだ金属板を積層し、加圧して金属板を接着、ろう付けあるいは拡散接合で結合後、余肉部及びブリッジ部を荒取りで除去し、ＮＣ加工機で製品形状に切削した積層金型の製造方法。
雄型においては余肉部あるいはブリッジ部、雌型には外辺に、金属板を順次積層したとき凹形状が斜め直線状となるよう金属板に切り欠きを設けた請求項１記載の積層金型の製造方法。
金属板の形状部はスライスデータに対し対称に切断し、余肉部形状が垂直状になる箇所は、該余肉部の金属板を１枚毎に１ｍｍ程度小さくなるようにレーザカットし、小さな階段状が繰り返されるよう５〜１０枚毎に元の寸法に戻しては該切断法を繰り返して切断した金属板を反転して順次積層した請求項１または２記載の積層金型の製造方法。
雄型の形状先端部は製品形状によらず、余肉を付けて垂直状にし、製品形状の緩やかな傾斜部や島状形状部の要加圧部上にブリッジを通し、部分的にブリッジを膨らまして加圧範囲を広げた請求項１乃至３記載の積層金型の製造方法。