JPH0137231B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、簡易金型の製造方法に係り、特に
亜鉛合金から成る型本体と、型本体をプレス機械
等に取付けるための鉄製取付けフランジとを含む
簡易金型の製造方法に関する。 亜鉛合金から成る簡易金型は、亜鉛合金（我国
ではZAS、MAK等の商品名で市販されており、
例えば第１表に示すような組成を持つものが一般
的に使用されている）が比較的低温（例えば380
℃）で溶融するため、所望の形状に容易に鋳造す
ることができ、ある程度の繰返し再生使用も可能
であり、合金表面が滑らかで加工材料の滑りが良
好でであるという利点を有することから、鉄製の
型の代用として、金属薄板の曲げ型、絞り型、あ
るいはゴム、皮、プラスチツクなどの軽作業の型
等に使用されている。

【表】 この簡易金型は、従来、薄板材料等に直接作用
する型部と、型部をプレス機械等に取付けるため
の取付フランジとが一体構造として鋳造されてい
るが、この方法によれば直接加工作用を行なわな
い取付フランジにも高価な亜鉛合金が用いられる
こととなる他、亜鉛合金は金型用材料として一般
に用いられる炭素工具鋼や鋳鉄などに比べて剛性
が低いために、鋳鉄等に比べてフランジの厚さを
大きくする必要が生じ、必然的に金型のコストが
高くなるという欠点があつた。 また、このような方法で製造される簡易金型は
鋳造の都度取付フランジの仕上げ加工が必要であ
るため、金型の製作に長時間を要し、更に型部へ
の疵等を避けるために細心の注意を払つて加工し
なければならないなどの種々の問題を含んでい
た。 本考案者らは、かねてよりこれらの問題を克服
すべく鋭意研究を重ねて来た。その結果、この金
型を亜鉛合金から成る型本体と鉄製の環状取付部
材とから成る二体構造にするという基本思想に到
達し、更にこの二体構造の金型を環状取付部材の
内側に亜鉛合金を鋳込むことによつて製作すると
いうアイデアを得た。しかし試作してみたところ
亜鉛合金は凝固の際に収縮するための型本体が環
状取付部材から離脱してしまい、または型本体が
環状取付部材に対して相対移動して、金型として
使用し得ないことが判明した。 本発明は、このような亜鉛合金の凝固収縮に基
づく問題の解決を図るべく研究した結果その解決
手段を得て完成するに到つたものであり、その目
的とするところは、金型の取付けフランジを亜鉛
合金製の型本体とは別体の鋼製リングで構成する
とともに両者を一体化して金型を製作し、以て高
価な亜鉛合金の使用量が少なく、加工作業も容易
な簡易金型の製造方法を提供することにある。 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。 第１図Ｅは、この発明に従つて製造された金型
の具体的な一例としての絞り加工用ポンチを示す
ものである。図においてポンチ１０はポンチ本体
１２と、これを取巻くように設けられて取付けフ
ランジを構成する鋼製リング１４とで形成されて
いる。鋼製リング１４には取付けボルトを通すた
めのボルト穴１６が、その全周適数個所に設けら
れ、またその内周側には内向きのフランジ部１８
が突設されて、このフランジ部１８に、円環状の
係合凹部２０がフランジ部１８と同心に設けられ
ている。本体１２は、亜鉛合金部分２１と本体１
２の上端部分を構成する低融点合金部分２３の二
つの材料部分から成つており、また構造的には薄
板加工に与える型部２２と、これから外向きに延
び出すフランジ部２４とで構成されている。そし
てフランジ部２４には係合凸部２６が形成されて
これが前記係合凹部２０に係合させられている。
係合凹部２０の側面２８と、これに対面する係合
凸部２６の側面３０との間には、後に詳述するよ
うに本体１２を構成する亜鉛合金部分２１の凝固
収縮に基づく圧力が作用しており、これによつて
ポンチ本体１２と鋼製リング１４とが強く締結さ
れている。 次に、このような構成のポンチ１０を製造する
手順について、第１図Ａ乃至Ｅに基づいて具体的
に説明する。 先ず第１図Ａに示されるように、低融点合金の
ポンチ３２とダイス３４とが用意される。ここに
言う低融点合金とは、Bi、Pb、Sn、Cd、In等の
低融点金属の２元以上の合金であり且つ凝固する
際に膨張する性質を有するもののことである。こ
のような性質を有するものの具体的な例として
は、Biを主成分として含むものがあげられるが
本方法の目的に対してはこのうち主にBiとSnと
で組成され、機械的性質に優れたものが好適であ
る。その組成及び各特性を第２表として示した。

【表】 この低融点合金製のポンチ３２及びダイス３４
は鋳型に低融点合金溶湯を注いで鋳造されるが、
その際、鋳型としては、合金の融点、従つて溶湯
の温度が低い（例えば138℃）ために、合成樹脂
製のものを用いることができる。合成樹脂材とし
ては合金の溶湯温度に耐え得るものであれば、熱
可塑性、熱硬化性樹脂を問わず各種のものが使用
可能であるが、このうち、主にパテ用として市販
されているエポキシ樹脂（以下エポキシパテとい
う）が特に好適である。即ち、このエポキシパテ
を用いる場合には、鋳型の型面への盛肉、切削を
現場で容易且つ自在に為すことができ、ポンチ３
２、ダイス３４の形状、寸法を任意に調整するこ
とができるのである。 こうして形成された合成樹脂製鋳型に低融点合
金の溶湯を流し込んで冷却させれば上記のポンチ
３２及びダイス３４が得られる。尚、ポンチ３２
は合成樹脂製鋳型の上に内向きのフランジ部３６
を備えた鋼製リング３８を載せてその開口から合
金溶湯を流し込み、更にこれを固化させて得られ
るが、その凝固時に低融点合金が膨張するため型
本体４０の型部４２及びフランジ部４４の外周面
がリング３８の内周面に押付けられて両者が一体
化される。ここで形成された低融点合金製のポン
チ３２及びダイス３４は鋼板の厚さが２mm以下で
あれば小量（200個程度）の製品加工用プレス金
型としてそのまま使用可能であるが、鋼板の肉厚
が厚い場合又は大量生産のためには続いて亜鉛合
金製の金型が製作される。その際、上記ポンチ３
２とダイス３４とで鋼板４６をプレス加工して得
られた鋼製品４８（第１図Ｂ参照）がそのまま亜
鉛合金製金型の鋳造用鋳型として利用される。即
ち、鋼製品４８の凹面を上側にして更にその上に
先に詳述した形状に予め加工された鋼製リング１
４を載せて万力と適宜の手段で固定し、その開口
から亜鉛合金溶湯２１ａを流し込めば、製品４８
の凹面が鋳型面となつてこれに倣つた形状のポン
チ（亜鉛合金部分２１）が、また製品の凸面を鋳
型面として用いればその凸面に倣つた形状のダイ
スが夫々鋳造される。つまり、製品４８をマスタ
としてその肉厚に等しい隙間を形成するポンチと
ダイスとが得られるのである。尚、亜鉛合金は第
１図Ｃに誇張して示されるように凝固時に収縮を
伴うが、この収縮力は亜鉛合金部分２１と鋼製リ
ング１４とを締結する力としてそのまま利用され
る。即ち、鋼製リング１４のフランジ部１８には
前述した構成の係合凹部２０が形成されており、
亜鉛合金溶湯を鋼製リング１４の上面に達するま
で流し込めば係合凹部２０に流れ込んだ亜鉛合金
は凝固収縮に伴つて係合凹部２０の側面２８に強
く押付けられ、これによつて亜鉛合金部分２１と
鋼製リング１４とが強く締結される。尚、その
際、亜鉛合金部分２１の上端面が鋼製リング１４
の上端面から下がつた状態に、またフランジ部５
２外周面とこれに対面する鋼製リング１４の内周
面との間に隙間が生ずる状態となる。 そこで次に、第２図に示されるように、両面が
平坦に仕上げられ（場合によつては仕上げ不要）
且つ外周部に切欠５４を備えた円板状の鋼製蓋５
６を鋼製リング１４の中央開口を塞ぐようにして
固定し、次いで前記と同様の低融点合金溶湯２３
ａを、蓋５６の切欠５４を注湯口として湯面が蓋
５６の下面に密着し、その一部が切欠５４へ盛上
つた状態となるまで注ぐ。注がれた溶湯２３ａは
亜鉛合金の凝固に伴う収縮によつて亜鉛合金部分
２１と鋼製リング１４との間に生じた隙間を埋
め、更に鋳型としての鋼製品４８と亜鉛合金部分
２１との隙間に流入しようとするが、前述のよう
に、亜鉛合金部分２１の係合凸部２６の側面３０
は鋼製リング１４の係合凹部２０の側面２８に強
く密着しているためシール効果を有し、低融点合
金の溶湯２３ａはこれより先へ侵入する恐れがな
く、後になつて型部２２の表面から低融点合金層
を除去する手間を省き得る。尚この低融点合金の
注湯は、先に注湯された亜鉛合金が固つた後直ち
に行なうことができ、亜鉛合金が十分冷えるまで
待つ必要はない。亜鉛合金の熱膨張係数は鋼の２
倍強であるから、冷却に伴つて亜鉛合金部分２１
と鋼製リング１４との隙間が増大する傾向がある
が、反面、低融点合金溶湯２３ａは前述のように
凝固に伴つて膨張するため、上記隙間の増大はこ
の凝固膨張によつて補われ、型本体１２と鋼製リ
ング１４とは強固に結合されるのである。亜鉛合
金と低融点合金とは共に時効性を有するため、注
湯後一定時間放置することが必要であるが、これ
を両合金について並行的に行なうことは型製作の
時間を短縮する上で有効である。 尚、亜鉛合金製のポンチ１０及びダイスの型面
は、亜鉛合金の収縮によつて多小寸法が変化する
が、前記１次プレス加工製品としての鋼製品４８
の寸法を、亜鉛合金の収縮量を予め見込んで決定
しておけば特に問題はない。その製品の寸法の調
整は、鋼製品４８を機械加工し、或いはエポキシ
樹脂製の第１次鋳型の寸法を調整して為されるも
のであり、その際にもエポキシ樹脂の良好な作業
性、盛肉、切削の自在性が有利に働く。 低融点合金の注湯後一定時間放置した後、蓋５
６を取外し、切欠５４に盛上つて凝固した部分を
削り取れば、ここに亜鉛合金製ポンチ１０の鋳造
が完了する。取付け面となるポンチ本体１２の上
端面は、鋼製蓋５６が予め平滑に仕上げられてい
るから特に切削等の仕上げ加工は必要でなく、ま
たポンチ型部２２の表面も鋼製品４８の表面に倣
つた状態とされているから、鋳型に砂型を用いる
場合と異なつて表面肌も良く、仕上げ加工は不要
又は極めて簡単である。 このように、上記方法は亜鉛合金の収縮性を逆
に利用して両者を円周方向の全周に渡つて係合さ
せるとともに、亜鉛合金の収縮に伴つて鋼製リン
グ１４とポンチ本体の亜鉛合金部分２１との間に
生じた隙間を低融点合金で埋めるという手段を採
用することによつて両者の相対的なずれを防止し
強固な結合を可能とするものであり、ここにおい
て金型を亜鉛合金製の型本体及び鋼製リングの二
体構造で構成することが可能となつて高価な亜鉛
合金の使用量を節減し得るのである。 また、亜鉛合金の収縮に伴つて生じる隙間に埋
込まれた低融点金属は、凝固時に収縮することな
く注湯時の平坦性を凝固後においても維持するか
ら、従来の亜鉛合金製の金型のように、収縮量を
予め見込んで注湯し且つ凝固後に切削加工等をし
て平坦性を出すなどの作業をする必要がない。し
かも、取付け用のボルト穴等は鋳造に先立つて予
め鋼製リング１４に形成しておくことが可能であ
るから、鋳造後における機械加工は極めて簡単に
なるとともに、その機械加工の際に加工面を傷つ
けたりするなど、従来の製造方法に生じていた不
具合が解消される。 更に、取付フランジを鋼製リング１４で構成し
得ることによつて取付フランジの剛性が高められ
プレス加工の際にも金型がプレス機械にしつかり
と固定されて加工精度も高められる。 また、金型の本体を構成する亜鉛合金、低融点
合金はいずれも低い温度で容易に溶融させて再生
使用が可能であり、更に鋼製リング１４も繰返し
使用が可能であるから形状の異なるごとに別途新
しい材料で金型を製作する場合と異なつて材料に
無駄を生じず、その分だけ金型コストが低減され
る。 これらの他に、上記方法は金型鋳造の基礎とな
る第１次鋳型を合成樹脂で製作することが可能で
あるという特長を有している。これは亜鉛合金製
の金型鋳造に先立つて先ず低融点合金製の第１次
金型を製作するという着想によつて可能とされた
ものであるが、この鋳型の寸法の調整は現場で且
つ自在に行ない得るものであるから、試作を繰返
して最終鋳型の寸法を決定する際にも所要時間が
大巾に短縮され、且つその作業も容易であるとい
う利点を有している。また上記方法はその他に、
第１次鋼製品を亜鉛合金鋳造用鋳型として使用す
ることにより、雄型、雌型のいずれをも正しい寸
法で同時に製作し得るなど種々優れた利点を有し
ているのである。 尚、本発明は、その一例示として示した上記方
法の他、種々異なつた態様で実施可能である。 例えばポンチ本体と鋼製リングとを係合させる
係合凹部と係合凸部はこれらを反対の側に設けて
も良く、この場合においても相対面する一対の側
面間に亜鉛合金の凝固収縮に伴う圧力が発生して
両者を締結する。その他、係合部は必ずしもフラ
ンジ部の全周に渡つて設けなくても一定間隔で適
数個所に設けても良く、或いは第３図に示される
ポンチ５８のようにこれら係合部更にはフランジ
部自体を省略することも可能である。この場合に
は金型の構造が簡素となる利点を生ずるが、亜鉛
合金の収縮に伴う上記締結力は発生しない。しか
しながら、低融点合金溶湯２３ａをその後流し込
むことによつて、亜鉛合金部分２１の収縮によつ
て生じた隙間が埋められ、且つ低融点合金は凝固
時に膨張して体積を増すため金型本体６２が鋼製
リング６４に対して相対移動することはない。更
に、亜鉛合金部分２１の内部に、ボルト６０をそ
の脚部が上方の隙間に突出する状態で予め埋込ん
だ後低融点合金溶湯２３ａを注湯すれば、その凝
固とともに両者が締結され、型本体６２が鋼製リ
ング６４から離脱することが防止される。尚、低
融点合金注湯の際に、溶湯２３ａが亜鉛合金部分
２１と鋼製リング６４との隙間から外部へと漏出
するおそれがあるが、これは低融点合金注湯に先
立つて、前述したエポキシパテ、或いは油粘土な
どを亜鉛合金部分２１の外周部に生じた隙間につ
めておくことによつて防止される。但し油粘土を
用いる場合には亜鉛合金部分２１が一定温度まで
冷えるまで待つことが必要である。 以上詳記したように、本発明に係る簡易金型の
製造方法は、型本体が亜鉛合金から成り、該型本
体をプレス機械等に取付けるための取付フランジ
が鉄から成る簡易金型を製造する方法であつて、
(イ)鋳型の上面に、中央開口を備えた平板状の鋼製
リングを、該鋳型のキヤビテイの開口を囲む状態
で固定する工程と、(ロ)該鋼製リングの前記中央開
口から亜鉛合金の溶湯を、湯面が該鋼製リングの
下面より高くかつ上面より低くなる量だけ注いで
凝固させる工程と、(ハ)前記鋼製リングの前記中央
開口を、注湯口を備えかつ下面が平面である蓋で
覆う工程と、(ニ)前記注湯口から凝固時に膨張する
性質を有する低融点合金の溶湯を、湯面が前記蓋
の下面に密着し、一部が該注湯口へ盛上がるまで
注いで凝固させる工程と、(ホ)前記蓋を取外し、前
記注湯口へ盛上がつて凝固した部分を除去する工
程と、を含むことを特徴とするものである。 かかる金型製造方法は、金型の本体と取付けフ
ランジとを夫々別材料で形成し得て高価な亜鉛合
金の使用量を少なくし得るとともに、機械による
仕上げ加工が容易であり、更に型本体及び取付フ
ランジの材料の繰返し使用が可能であることから
材料の無駄を生じることがないなど、種々の優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ乃至Ｅは本発明の実施例である金型製
造方法の各工程を示す図であり、第２図は第１図
Ｄにおける鋼製蓋の平面図であり、第３図は、本
発明に従つて製造される簡易金型の他の態様を示
す要部断面図である。 １０，５８：ポンチ、１２，６２：ポンチ本
体、１４，６４：鋼製リング、２１：亜鉛合金部
分、２３：低融点合金部分、４８：鋼製品（鋳
型）、５４：切欠（注湯口）、５６：鋼製蓋。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 型本体が亜鉛合金から成り、該型本体をプレ
   ス機械等に取付けるための取付フランジが鉄から
   成る簡易金型を製造する方法であつて、 鋳型の上面に、中央開口を備えた平板状の鋼製
   リングを、該鋳型のキヤビテイの開口を囲む状態
   で固定する工程と、 該鋼製リングの前記中央開口から亜鉛合金の溶
   湯を、湯面が該鋼製リングの下面より高くかつ上
   面より低くなる量だけ注いで凝固させる工程と、 前記鋼製リングの前記中央開口を、注湯口を備
   えかつ下面が平面である蓋で覆う工程と、 前記注湯口から凝固時に膨張する性質を有する
   低融点合金の溶湯を、湯面が前記蓋の下面に密着
   し、一部が該注湯口へ盛上がるまで注いで凝固さ
   せる工程と、 前記蓋を取外し、前記注湯口へ盛上がつて凝固
   した部分を除去する工程と を含むことを特徴とする簡易金型の製造方法。