JPH0220366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 開示技術は放電加工等により本加工を行なつた
後に同一位置で焼入れ加工を行なう技術分野に属
する。

しかして、この発明は金型製作用ワークに対し
て型彫若しくは穿孔放電加工、又はワイヤカツト
放電加工、或にはボールエンドミドル工具等によ
るフライス加工等の本加工による所定形状の成形
加工を行なつた後、該成形加工の外周周縁部に対
して更に焼入れ加工を行ない、該ワーク成形加工
部の、主として外周周縁部の表層面及び／又は内
周面を硬化させるようにした金型の加工方法に関
する発明であり、特に、ワークセツト装置にセツ
トされた上記ワークを本加工用工具により該本加
工用工具とワークセツト装置間の、必要に応じサ
ーボ制御が可能なNC制御移動機構による相対的
な加工移動により所定本加工を行ない、次いで該
ワークをセツトしたままの状態で該本加工用工具
の動作を切換装置により該本加工用工具の軸芯と
同心的に配置可能に設けられた。又は、本加工用
工具と同心的に交互にセツト、及び退避の交替自
在に設けられた局部焼入れ装置に交替作動切換し
て、該局部焼入れ装置、例えばプラズマと冷却材
とにより引き続いて上記ワーク成形加工部の外周
周縁部の表層面及び／又は内周面を前記NC制御
移動機構により制御移動させながらプラズマジエ
ツト等により局部焼入れするようにした金型の加
工方法に関わる発明である。

〔従来の技術〕

周知の如く、各種工業製品に於て、例えば、プ
レス用金型等はフライス等の機械加工成形後にポ
ンチ、ダイ相互の夫々の全体、又は少なくとも
夫々の係合エツジ部を焼入れして係合磨耗、更に
は損傷を防止するようにされている。

しかしながら、ワークに対する穿孔、型彫等の
本加工後に焼入れ等熱処理をすると歪を生じて修
正再加工等を必要とすることが少なくないため、
そのような歪等の発生が少ない、例えば、所望エ
ツジ部に対する部分的、又は局部的熱処理をする
こと等が要請されていた。

又、放電加工等の電気加工等によれば、所定の
焼入れ処理済ワークに対して穿孔、型彫等の加工
が可能なため好都合であるが、成形加工の外周エ
ツジ部が電気加工作用により焼戻しされている場
合があり、このためエツジ部に対する部分的、又
は局部的焼入れ等の熱処理を行なうことを手軽に
可能とすることが要請されている。

そして、当該加工工程は放電加工、フライス加
工等の本加工によりワークを所定形状に成形加工
し、その後、次工程にて焼入れ等の熱処理、例え
ば成形加工の外周エツジ部の焼入れを行なうと言
う少なくとも２段工程が必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかして、一般に該焼入れ加工は、上記ワーク
を本加工による成形加工後に、例えば、放電加工
等の本加工装置のワークセツト装置から取り外
し、次工程のエツジ部等局部制御焼入れ装置に再
びセツトし、所定の局部制御焼入れ加工を行なう
ようにされている。

従つて、当然のことながら本加工装置から局部
制御焼入れ装置へ移転して再セツトする際に、ワ
ークの位置決め再現性が悪く、所定のエツジ部
を、或いは、エツジ部を所定幅のみ選択的に局部
制御焼入れすることができない等という欠点があ
つた。

そのため、エツジ部等の局部焼入れに高価な自
動制御手段等を導入したとしても、例えば、ワー
クセツトに熟練を要し、焼入れ作業中に於ても常
に煩瑣な加工管理が必要であるという難点があ
り、作業効率が悪く、加工精度も低いという不具
合さがあつた。

更に、自動制御された高価な本加工装置と局部
焼入れ装置との２機種を設置しなければならず、
多くの空間が占有されると共に、設備投資による
製品のコストアツプを招来するという不利点があ
つた。

この発明の目的は上述従来技術基づく成形加
工、焼入れ加工を２種類別工程にて行なうに伴う
種々の問題点を解決すべき技術課題とし、１つの
本加工用成形加工装置に焼入れ装置、特に成形加
工装置との共通部分を除く焼入れ治具装置を前記
成形加工用工具装置と交互にセツト、及び、退避
の交替自在に具備併設させて上述問題を解決し、
該本加工装置にワークをセツトしたままの状態で
焼入れ加工が引き続き行なわれるようにして機械
産業に於ける精密加工技術利用分野に益する優れ
た金型の加工方法を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段、作用〕

上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とす
るこの発明の構成は前述問題点を解決するため
に、本加工装置のワークセツト装置にワークをセ
ツトし、本加工装置に装着された本加工用工具を
稼働させ、予めプログラミングされたプログラム
によるNC（数値）制御によりサーボ移動機構の
駆動を行ない、該ワークセツト装置と該本加工用
工具とを相対移動させて所定に成形加工を行な
い、そして、該成形加工終了後に切換装置をして
上記本加工用工具から該加工用工具の軸芯と同心
状に、又は同心状に交替可能に設けられた局部焼
入れ装置に交替作動切換えさせ、上記ワークセツ
ト装置に上記ワークをセツトしたままの状態で上
記サーボ移動機構を上記プログラムにより再駆動
させて該ワークの加工済キヤビテイ、又は孔等の
外周周縁部の表層面及び／又は内周面を上記焼入
れ装置の例えばプラズマ等で引き続き焼入れする
ようにした技術的手段を講じたものである。

〔実施例〕

次に、この発明の一実施例を図面に基づいて説
明すれば以下の通りである。

１はこの発明の要旨をなす加工装置であり、図
示態様に於てはプレス成形用金型ダイの数値制御
ワイヤカツト放電加工と、その後にワイヤカツト
放電加工により切抜き等加工した成形加工の外周
周縁部の焼入れ加工を行なうものである。

しかして、該加工装置１はベースに設置された
ベースフレーム２にワークセツト装置３が載置さ
れていると共に前記ベースフレーム２からスタン
ド４が立設されており、該スタンド４には本加工
装置５、焼入れ装置６が併設され、更に、該両装
置５，６の下方に設けられた排液受漏斗７が桶８
を有して該スタンド４から延設されている。

そして、第２図に示すように上記ワークセツト
装置３はＸ軸モータ９に連係されたＸ軸変位テー
ブル１０と、Ｙ軸モータ１１に連係されたＹ軸変
位テーブル１２とが係合され、相対直交スライド
可能にされて上記ベースフレーム２に固設された
ベツド１３上に設置されており、又、該両モータ
９，１１はNCユニツト１４に接続されてデジタ
ル式のサーボ移動機構１４′を形成している。

更に、該Ｙ軸変位テーブル１２に固設されたテ
ーブル１５の上面に金型ダイのワーク１６がチヤ
ツク１７をして狭持されている。

一方、前記本加工装置５は、Ｚ軸方向に相対向
する上下アーム２０，２１を有するコの字状枠体
１９が、Ｚ軸方向摺動ベアリング１８を介して前
記スタンド４に保持されており、該枠体１９のＺ
軸方向の位置がモータ２３により調整設定される
ようになつている。

２７，２８は上記アーム２０，２１の先端部に
前記Ｚ軸方向に相対向して配置された一対の位置
決め用ダイスガイドで、本加工用工具としてのワ
イヤ電極３８を案内位置決めして、その間に於て
本加工のワイヤカツト放電加工部を形成する。

ワイヤ電極３８は、枠体１９内、又は、スタン
ド４に設けられた貯蔵ドラム２５から繰り出さ
れ、緊張用ブレーキローラ３１により繰り出しを
制動した状態で引き出し用キヤプスタンとピンチ
ローラ３２により前記ガイド２７，２８間を緊張
移動させ、他方の巻取ドラム２６により巻き取る
ようになつている。

２４，３０は案内ローラ、２９は上記本加工と
してのワイヤカツト放電加工電源の一方の端子に
ワイヤ電極を接続する通電ローラで、前記電源は
直流電源４０と、該直流電源４０の電圧をオン、
オフ時限制御装置２２によりオン、オフ制御する
電子スイツチング素子３９、或いは、更に必要に
応じ図示しない充放電間〓コンデンサを備え、他
方の端子が前記ワーク１６に接続されている。

６は本第１〜３図の実施例の場合、後述の如く
焼入熱処理用のプラズマ放電ノズルを兼用してい
るが、本加工としてのワイヤカツト放電加工に於
ては加工液、通常所定比抵抗の純水に近い水を噴
射する加工液噴射ノズルで必要ならば、ワーク１
６の下部にも設けられる。

ワーク１６の加工下孔１６′に挿通セツトした
ワイヤ電極３８を所定の速度で、好ましくは大き
なぶれを生ぜしめないようにして巻き取り移動さ
せると共に、ノズル６から加工液を前記下孔１
６′加工液を前記下孔１６′加工部へ噴射させた状
態とし、更に、制御装置２２を作動させてワーク
１６とワイヤ電極３８間に間欠的な電圧パルスを
印加した状態で、NC装置１４への所定セツトプ
ログラムによりモータ９，１１を作動させてワー
ク１６をワイヤ電極３８軸と直角な水平面方向に
所定の定速で、又はワイヤ電極３８とワーク１６
間の電圧を所定の一定値に保つサーボ制御により
送りを与えると、ワーク１６は糸鋸による切断加
工の態様で加工され、従つて、プログラムにより
ワーク１６に所定輪郭形状の加工送りを与えるよ
うに制御すれば、上記所定形状の成形切抜き、又
は切り出し加工が行なわれる。

そして、その成形加工の切断側面は、ワイヤカ
ツト放電加工の放電加工条件、主として加工電圧
パルス条件によつて決まる加工面粗さとなる。

尚、３３はワイヤカツト放電加工５と後述焼入
れ熱処理加工６の切換制御装置で、例えば、加工
電源電圧パルスの停止等の他にNC制御装置１４
の作動切換等も行なう。前記加工液噴射ノズルを
兼用する焼入れ装置６は、スタンド４から穿設さ
れたエルボブロツク４１により、回動、又は、移
動してワイヤ電極３８の加工部軸心に同心状に介
設、及び、所定側部への退避の制御動作自在に設
けられるが、上記の如く加工液噴射ノズルを兼用
している場合には、図示の如く装置６に同心状に
ワイヤ電極３８を貫通セツトさせる。

即ち、全く同心の場合には第３図に示すように
陰極等の中心電極棒４２の軸方向の孔をワイヤ電
極３８が貫通しており、該陰極棒４２が同心状に
絶縁性ケーシング４３に挿設されて設けられ、該
ケーシング４３には、プラズマ放電形成ガス導入
ポート４４と、先端にプラズマ放電噴射孔を形成
するリング状陽極ノズル４５が設けられている。

尚、該陰極棒４２、該陽極ノズル４５は上記切
換制御装置３３によつて切換えられたプラズマ及
び加工液制御装置３４によつて制御されるプラズ
マ電源制御装置３５を介して抵抗４６、及びワイ
ヤカツト放電加工電源２２，３９及び４０が兼用
することがある電源４７に接続されて両者間にプ
ラズマ放電を形成、又は停止させることができ
る。

５０，５１は陽極ノズル４５の周囲に同心状、
且つ、リング状にプラズマ冷却用及び焼入れ用
に、そしてワイヤカツト放電加工の際には加工液
噴射用として水ノズルを形成するノズルジヤケツ
ト、４９は陽極ノズル４５との間に設けられた噴
射液整流板で、上記ノズルジヤケツト５０，５１
の２つのポートには、夫々プラズマ及び加工液制
御装置３４によつて制御される電磁バルブ５２，
５３、送給ポンプ５４，５５を介装してタンク５
６，５７が接続されており、該タンク５６，５７
の少なくとも一方、例えばタンク５６にはワイヤ
カツト放電加工用の液５８が、又他方のタンク５
７には焼入れ用の冷却液、又はタンク５６と同一
の水５９が夫々貯留されている。

一方、上記ポート４４にプラズマ及び加工液制
御装置３４によつて制御される電磁バルブ６１を
介して接続された通路６０には、液化チツソボン
ベ６２と液化アルゴンボンベ６３とが逆止弁６
４，６５を介して並列接続されている。

尚、該アルゴンボンベ６３と該逆止弁６５との
間は固定、又は調整可能な絞り弁６６が介装され
て該両ボンベ６２，６３の流量比が２：１等適宜
の比率となるように調整されている。

更に、上記電磁バルブ５２，５３，６１が上記
制御装置３４と接続されていて、所定のプログラ
ム等目的に応じた開閉切換制御可能に設けられて
いる。

６７は前記ワーク１６のワイヤカツト放電加工
切断面であつて、加工条件に応じた微小凹凸梨地
面であり、６７ａはその成形加工の外周周縁部の
内周面、７２ｂは同外周周縁部の表層面でこれ等
は金型のエツジとなる部分である。

上述構成に於て、加工装置１の本加工装置５を
稼働させてワーク１６の成形加工を行なう場合
は、先ず、制御装置３３，３４によりワイヤ電極
３８に電圧パルスを供給し、プラズマ電極４２，
４５への通電を停止し、電磁バルブ５３，６１を
とじ、電磁バルブ５２を開き、キヤプスタン、及
びピンチローラ３２を駆動してワイヤ電極３８の
加工部更新供給を所定の緊張状態で開始維持させ
ると同時に、予めプログラミングされているNC
ユニツト１４をしてＸ軸モータ９、Ｙ軸モータ１
１を所定駆動させてＸ軸変位テーブル１０、Ｙ軸
変位テーブル１２をＸ―Ｙ動作させる。

すると、上記ワイヤ電極３８との間で加工液介
在の下に間欠的な放電が発生し、前述の如く、ワ
イヤカツト放電加工が進行し、上記ワーク１６を
加工し、所定の成形形状に切り抜き、又は切り出
しによる金型ダイを成形する。

しかして、上述工程、或いは更にセカンドカツ
ト等のワイヤカツト放電加工における仕上げワイ
ヤカツト放電加工を行なうことにより該ワーク１
６の金型成形加工が終了すると、手動、プログラ
ム等の設定切換により上記切換制御装置３３を介
して上記キヤプスタン３２を停止させてワイヤ電
極３８の巻き取り更新送りを停止し、電源４０、
及びスイツチング素子３９によるパルス通電を遮
断し、更に制御装置３４により、上記電磁バルブ
５２を閉じ、更には、上記電磁バルブ５３，６１
を開くと共に電源制御装置３５により電源４７を
通電可能状態にして焼入れ装置６への作動切換を
行なう。

そして、本加工用工具としてのワイヤ電極３８
は、タングステン等の耐熱材が使用されることも
あるが、通常は、銅、又は、銅―亜鉛合金等で、
耐熱性もなく、且つ、邪摩であるから、ガイド２
７の出口付近で切断され、その切断端部が、少な
くとも他方のガイド２８先端部位に来る位まで取
られる。

又、焼入れ装置６が加工液ノズルを兼用してい
ない場合は、この段階でワイヤ電極３８の軸芯部
位より側方等に退避していた装置６を制御装置３
３の制御指冷によりエルボブロツク４１を回動さ
せて装置６を図示状態位置にセツトせしめる。

そして、上述切換が終了した後スタートボタン
を押し、前記加工装置１を再び稼動させると焼入
れ装置６が作動して、上記ワーク１６に本加工と
してのワイヤカツト放電加工により成形加工され
た加工孔の外周周縁部の表層面のエツジ部６７ｂ
及び／又は内周面のエツジ部６７ａに対して放電
プラズマ噴射による加熱と冷却水噴射による冷却
焼入れが、上記エツジ部６７ａ，６７ｂの本加工
形状の外周周縁部に沿つて順次に進行して行なわ
れる。

即ち、ケーシング４３内には液化チツソボンベ
６２、液化アルゴンボンベ６３のチツソガス、ア
ルゴンガスが通路６０を通り、ポート４４から固
定絞り弁により、例えば、２：１の流量比率で噴
出供給されると同時に、上記電源４７が通電され
て陰極棒４２、陽極ノズル４５間で放電アークが
形成され、上記チツソガス、アルゴンガスが加熱
イオン化されて該陽極ノズル４５からプラズマ放
電アークが噴出して上記加工穴の外周周縁部の表
層面のエツジ部６７ｂ及び／又は内周面のエツジ
部６７ａを加熱させた後、上記冷却水５９の噴射
に曝すことにより急激に温度低下させて焼入れ加
工を行なう。

勿論、この間前記Ｘ、Ｙ変位テーブル１０，１
２は、上述焼入れ動作に際し前述本加工の成形加
工と形状の外周周縁部加工と同一のプログラム
に、所定微小寸法のオフセツト補正を加えたもの
として、或いは、更に焼入れ加工速度を装置６の
能力等に応じて補正セツトしてNCユニツト１４
によりＸ，Ｙ軸モータ９，１１が所定作動して相
対スライドし、上記ワーク１６の本加工としての
ワイヤカツト放電加工時の成形加工形状の外周周
縁部形状の追跡走査を上記陽極ノズル４５に対し
て正確に復元させる。焼入れ装置６による焼入れ
能力としては種々な程度が考えられるが、例え
ば、SK１１等の金型材で外周周縁部のエツジ部
より表層及び／又は内周面側へ幅約１〜２mm前後
で、深さ約0.5〜１mm前後程度が必要と考えられ
るが、この程度の焼入れ処理には、上記ワイヤカ
ツト放電加工の加工用電源、例えば、通常電圧約
100〜300V前後、電流約10A前後のパルス化、又
は、パルス前直流電源をそのまま使用することが
できる。

即ち、例えば、電源を200V、10Aとすると、
上記の幅、及び、深さのエツジ部を加熱焼入れす
るのには、加熱効率が約30％程度としても、焼入
れ加工速度、即ち、ノズル４５とワーク１６間の
相対的な焼入れ加工の形状走査移動速度を約150
mm／min適度とし得る加熱能力があることにな
り、これはワイヤカツト放電加工の加工速度、約
0.5〜60mm／minを充分カバーし得るものである
ことが分かる。

最も、電源容量が不足するならば予め付設すれ
ば良く、格別のことではない。

しかしながら、約200V前後という放電加工の
電源で電極４２、及び４５間に放電を発生させて
両者間にプラズマアークを発生させることは無理
であるから、即ち、電極４２として、例えば、約
1.6〜２mm／φのトリウム入りタングステン電極
や、希土類金属元素入り銅電極等の活性電極を用
い、電極４５に耐熱電極を用いて両者間の一番近
い間〓長が約1.5mmとしても、両電極間にプラズ
マアークの発生のための放電発生には、少なくと
も約2KV、又は、それ以上の高電圧を必要とす
るからである。

第４図に示す態様は、かかる場合の対応策の一
実施例電源を示したもので、６８は放電加工用、
又はワイヤカツト放電加工用直流電源、又はパル
ス電源で、６９は放電加工用電源としての出力端
子であつて、電源６８が直流電源の場合には端子
６９の出力側にパルス化回路が設けられる。

尚、電源６８は電流容量を２０Ａ（平均）程度
に増設したものであつても良い。

７０は電極４２，４５への出力と前記電源６８
との間に設けられた高電圧のプラズマ放電発生電
源で、電源６８との間にはリアクタンスフイル
タ、及び、整流器等の高電圧サージ防止回路７１
が設けられる。

７２は高電圧電源７０との間に設けられたプラ
ズマスタート制御スイツチ、７３は上記電源７０
と電源６８との間に必要に応じて設けられる安全
スイツチで、前記スイツチ７２の閉成後短い遅延
時間をおいて閉成される。

７４は電源６８、高電圧電源７０、及びスイツ
チ７２，７３のコントローラである。

図示実施例の場合は、高電圧電源７０として、
高圧直流電源７０ａと該電源７０ａによつて充電
される放電用コンデンサ７０ｂとからなる高圧放
電電源を用いた場合であるが、高圧高周波電源を
用いて、高周波放電によりプラズマを発生させる
ようにしても良い。

図示回路の場合、スイツチ７２，７３を開放し
て於て、コンデンサ７０ｂをコントローラ７４の
指令により高圧直流電源７０ａによつて所定電圧
に充電した充電を停止、スイツチ７２を閉じ、電
極４２，４５間でコンデンサ７０ｂ放電が生じた
ところで、コントローラ７４によりスイツチ７３
を閉じプラズマアークを発生噴射させる。

３６は、電極４２，４５間でコンデンサ７０ｂ
の高電圧放電が発生した時、プラズマアークが発
生し易いように電極４２，４５間を流れるチツ
ソ、及びアルゴン混合ガスを加熱するヒータで、
この場合、トーチ４３内に設けられており、３７
は前記ヒータ３６の加熱用電源で、制御装置３４
により、プラズマアークの少なくとも発生スター
ト時のみ所定の加熱が行なわれるよう制御されて
いる。

尚、この発明の実施態様は上述一実施例に限る
ものでないことは勿論であり、例えば、本加工
は、ワイヤカツト放電の場合に限らず、型彫形の
放電加工機を用いてNC制御により三次元形状の
型彫加工をする場合、即ち、棒状等の単純形状電
極を用いてNC3軸制御により穴又はキヤビテイ
を成形加工した場合とか、又は型電極を用いる穴
又はキヤビテイの成形加工で、NC制御で外形状
に応じた寄せ加工をした場合、或いはフライス盤
等に於てボールエンドミル工具等を用いて穴又は
キヤビテイをNCフライス成形加工をした場合等
にも実施可能なものであり、又、局部加熱手段と
しても、プラズマアークに代えてレーザによる加
熱とすることもできる。

〔発明の効果〕

以上、この発明によれば、金型の加工方法に於
て、基本的に同一加工装置により該加工装置にワ
ークが一度所定にクランプされたままの状態で本
加工の成形加工から後加工の焼入れ加工までを一
連動作でなすことができ、この上、制御プログラ
ムも実質同一のものが使用されるため、上記ワー
クの取り外し再セツト、交換プログラムの必要が
なく、作業効率が向上し、しかも、焼入れ加工に
対する該ワークの加工位置再現性が良く精度が著
しく向上し、何等熟練を要しないという優れた効
果が奏される。

又、１つの上記加工装置で成形加工と焼入れ加
工とがなされるので設備費が低減され、占有空間
が縮小され、そのため、製品にかかるコストを大
幅に下げることができるという効果も奏される。

更に、成形加工から焼入れ加工までが切換装置
により一連的に成されるので作業の引継ぎをスム
ースに行なうことができるというメリツトがあ
る。

又、焼入れ装置の局部加熱手段が本加工用工具
と同心状に配置され得るように構成され、焼入れ
加工時には成形加工の際に用いたNCプログラム
を利用して局部加熱手段を成形加工の形状の外周
周縁部に沿つて相対的に移動させるようにしたこ
とにより、成形加工後の金型の外周エツジ部を局
部的に正確に、且つ容易に焼入れ加工することが
できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すものであり、
第１図は実施例の概略側面図、第２図は第１図の
部分拡大模式断面図、第３図は第２図の符号６部
分の拡大模式断面図、第４図は電源回路図であ
る。 １……加工装置、３……ワークセツト装置、５
……本加工装置、６……加工液噴射ノズル兼焼入
れ装置、１６……ワーク、３３，３４……切換装
置、３８……本加工用工具、４５……プラズマ噴
射ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金型製作用ワークに対し本加工の所定成形加
   工を行なつた後に成形加工の外周周縁部の焼入れ
   加工を行なうようにした金型の加工方法に於て、
   本加工用工具の軸芯と同心状に配置可能に局部加
   熱手段を設け、ワークセツト装置にセツトされた
   ワークと本加工用工具との間に数値制御装置に予
   めプログラミングされた加工形状に関するプログ
   ラムによる相対的な移動を行なわせて所定金型形
   状の成形加工を行なつた後、該ワークセツト装置
   にワークをセツトした状態のままで上記局部加熱
   手段とワークとの間に上記成形加工の際に用いた
   前記加工形状に関するプログラムを利用して上記
   成形加工の外周周縁部に沿つた相対的な移動を行
   わせることにより、上記成形加工の外周周縁部に
   対して加熱焼入れを行なうようにしたことを特徴
   とする金型の加工方法。