JPH03128134A - 超塑性合金材料によるプレス金型の製造方法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、薄板のプレス成形に使用される簡易金型の
製造方法に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 一般に、絞り成形等の如き薄板材のプレス成形において
は全経費に占める金型コストの割合は非常に大きく、特
に少量生産の場合には金型コストが極めて重要な問題と
なっていた。そのため、従来から少量生産用として「寿
命が短いがコストは安い」と言う所謂“簡易金型”の研
究がなされている。

これまで検討されてきた簡易金型の代表的なものとして
“Ｚｎ系合金の鋳造品”が知られているが、この系統の
簡易金型では製作のために木型や砂型を作る必要があり
、また鋳造のまでは寸法精度が十分でないので仕上げ加
工を要するなど、多くの問題点があった。

そのため、最近、超塑性合金を型材として用いる超塑性
合金製簡易金型に注目が寄せられるようになってきてい
る。この超塑性合金製簡易金型は、型材として超塑性合
金を使用すると共に、加熱によって超塑性状態としたこ
の超塑性合金材に造形用のモデルを押し込んでその形状
を転写し製造されるものであり、製作工程が比較的単純
である上、モデルの微細形状まで正確に転写できるので
仕上げ加工が不要になるなど、その便益は非常に大きい
と期待されている。

ところが、このような超塑性合金製プレス金型にも実際
上次のような問題が指摘された。

即ち、例えば絞り成形型としての適用を考慮した場合、
絞り成形型では上型と下型の整合性が特に重要である上
、両者の型面の形状は単純な雌雄の関係ではなくてプレ
ス成形素材たる薄板の厚み分だけ異なるように型彫りが
なされている必要がある。そのため、モデル面の転写に
よって絞り成形型を製作する場合には転写モデルが上下
２組必要であって、コスト的にそれほど有利とはならな
かったのである。

そこで、超塑性合金製簡易金型に指摘される上記問題の
解決策として、 ａ）既に存在する板材製品又は何らかの別方法で製作し
た板材製品を準備し、その上下面の形状を超塑性合金製
ブロック等に直接転写する方法（特開昭５８−２９５３
３号、特開昭５８−１１０１６７号）。

ｂ）モデル型を用いて３枚重ねの超塑性板を液圧成形し
、その外側２枚を成形型の上下面とする方法（特開昭６
０−１３０４２７号）。

Ｃ）成形型の一方をモデルとして使用し、それを超塑性
合金板を介して超塑性合金ブロックに押し込む方法（特
願昭６３−２７９５号、特願昭６３−８９５３０号）。

等の各手段が提案された。

しかしながら、前記ａ）の方法ではモデルとする既存の
製品が必要であり、その製品が無い場合には製品製作の
ために別の金型が必要となって簡易金型製作の意味が無
くなるとの問題があり、また前記ｂ）の方法によると上
下型面の精度自体は良好なものとなるが、上下型はあく
までも板材にて構成されているため薄板のプレス成形型
としては強度的に問題があった。更に、前記Ｃ）の方法
では、金型製作時にモデルと超塑性合金ブロック間に介
在させる超塑性合金板がどうしても局部的に伸ばされて
しまい、絞り用金型に必要なプレス成形素材の厚み分に
相当する上下型のクリアランスを正確に確保することが
できないと言う問題が見つかった。

このようなことから、本発明の目的は、従来の超塑性合
金性簡易金型に指摘される前述の問題点を解消し、優れ
た型面精度を有すると共に強度的にも十分満足できるこ
とは勿論、上下型間に所定のクリアランスが精度良く確
保された簡易金型を煩雑な工程を要しないでコスト安く
提供し得る手段を確立することに置かれた。

く課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的を達成すべく各種観点からの数
多くの実験・研究を繰り返したが、その結果、「超塑性
合金性簡易金型を製作する際に、モデル型として型面に
予め“上下型間に必要なクリアランス”に相当する厚さ
のコーティングを施したポンチとブランクホルダーを用
いると、前述した幾つかの問題は全て効果的に解決され
てしまう」との新しい知見を得ることができた。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 「超塑性発現温度下の超塑性合金材料にモデル型を押し
込んで金型を製造する方法において、前記モデル型とし
て上型のポンチ部とブランクホルダー部とを一体とし、
かつその型面にプレス成形素材に対して必要なクリアラ
ンスに相当する厚さのコーティングを施したものを使用
することにより、型面精度や上下型間クリアランス精度
の良好な簡易金型を簡単かつ安価に製造し得るようにし
た点」 に特徴を有している。

ここで、モデル型として使用するポンチ部は、板材成形
に直接使用する成形型でもあり、その材質や加工方法は
成形に適するものであれば特に制約はない。

なお、上型にコーティングする材料としては、使用する
超塑性材料の超塑性発現温度において溶けたり破壊した
りすることがなく、かつ金型造形に必要な圧力に耐える
ことができるものであればその種類が格別に制限される
ものではないが、上型への均一塗布が容易で、しかも金
型造形終了後には上型から簡単に剥がすことのできる水
溶性セラミックス接着剤等が好ましいと言える。

また、コーテイング材を上型にコーティングする手段も
所定の厚みで均一にコーティングできるものであれば格
別な制限はなく、刷毛塗りやスプレー塗布等の何れの方
法を採用しても良い。

続いて、本発明を具体例に基づいて更に詳しく説明する
。

さて、第１図は本発明に従って円錐台波絞り品用成形金
型を製作するための造形用モデル型ベースを示している
が、第１図に例示される造形用モデル型ベースは、低炭
素鋼で製作されたポンチｌ及びブランクホルダー２を固
定板３とポルト４により一体に締結したものである。な
お、この造形用モデル型ベースは、次工程で簡易プレス
金型が製造された後は固定板３が取り外されてプレス成
形上型として使用される。

このような造形用モデル型ベースが準備されると、次に
、第２図に示す如くその型面にプレス成形素材の板厚を
考慮した厚みのコーティング５が施されて“造形用モデ
ル型”とされる。ところで、上記“プレス成形素材の板
厚を考慮した厚み”はプレス成形素材の板厚通りに設定
するのが好ましいが、実際的には該板厚の８０〜１２０
％に相当する範囲内の値であれば格別な問題を生じない
。

ただ、前記コーティング厚がプレス成形素材の実際板厚
の８０％を下回った場合には製作された金型でプレス成
形を行う際にプレス成形素材が“しごき”を受は破損し
易くなり、一方、コーティング厚がプレス成形素材の実
際板厚の１２０％を上回った場合には製作された金型で
所定の正確な形状のプレス成形品を得ることが困難とな
るので注意を要する。

次いで、このように構成されたモデル型は、従来試みら
れていた超塑性合金製簡易金型の製作手順におけると同
様、第３図で示すように、下型保持枠６内に収められて
超塑性を発現する温度状態下に置かれた超塑性合金製ブ
ロック７に押し込まれ、その表面形状を超塑性合金製ブ
ロック７に転写する。そして、この転写によって造形用
モデル型面の形状が超塑性合金製ブロック７に正確に写
し取られ、簡易金型（下型）が形成される。なお、図示
しなかったが、前記下型保持枠６には加熱装置が組み込
まれており、転写作業に際して超塑性合金製ブロック７
を超塑性発現温度に加熱保持できるように図られている
。

板材のプレス成形に当っては、上述のような手順で製造
された簡易金型（転写成形後の超塑性合金製ブロック）
が下型とされ、一方、コーティング５が剥がされると共
に固定板３も取り外されてポンチ１とブランクホルダー
２とに分割された造形用モデル型は、ポンチ１とブラン
クホルダー２とをそれぞれプレスラムに取付けて上型と
される。

この場合、造形用モデル型を構成していたポンチ及びブ
ランクホルダーの型面（上型面）に施されていたコーテ
ィング５が剥がされて下型と相対することとなるので、
両型面間にはプレス成形素材板に相当する正確なクリア
ランスが形成されることとなる。

そして、この上下型によって構成されるプレス成形型に
より通常の方法通りに薄板のプレス成形が行われるので
、プレス成形素材が“しごき”を受けて破損したり、局
部的な減肉部を生じることもなく正確な寸法・精度のプ
レス成形品を得ることが可能となる。

次に、実施例によって本発明を更に具体的に説明する。

〈実施例〉 この実施例では、底部に直径１０ｍｍ中のエンボスを有
すると共に、内径１００　ｖｒｓ中、深さ２０ｎ。

板厚０　、８　ａｍの第４図に略示したような円錐台形
状波絞り品を成形するための金型を製造した。

該金型の製造に当っては、まず低炭素鋼製のポンチ及び
ブランクホルダー、そしてこれらの固定板をそれぞれ製
作し、これを第１図に示すように組み立てて上型に相当
するモデル型ベースを用意した。

次いで、このモデル型ベースの型面に水溶性のセラミッ
クス接着剤を適度に希釈したものをスプレーして塗布し
、１１１厚のコーティング層を形成して造形用モデル型
を作成した。なお、コーテイング層の形成に当っては、
渦電流式の膜厚計によりコーティング厚を測定しながら
所定厚になるまで数度にわたる重ね塗りを行った。また
、曲率を有する部分はコーティングが厚くなりがちであ
ったので、砥石による部分的な研磨で厚み修正を実施し
た。

一方、第３図で示したように下型保持枠に収容したＺｎ
−４０ｗｔ、χＭ金合金ら成る超塑性合金製ブロック（
直径：１６８＊ｎφ、厚さ：３６．４ｍｍ）を準備した
。

なお、この下型保持枠は加熱装置としてパイプ状のヒー
ターが組み込まれたものであり、収容した超塑性合金製
ブロックを所定温度に加熱・保持し得るようになってい
る。

そこで、下型保持枠に収容した超塑性合金製ブロックを
約２６０℃に加熱・保持し、この状態で前記造形用モデ
ル型を平均圧力１．８ｋｇ／ｎｕ１１で押し込んでモデ
ル型面を超塑性合金製ブロックに転写することで下金型
の造形を行った。この時の所要時間は約０．７５時間で
あった。

第５図はこの方法で造形された下型（ダイス〉の断面プ
ロフィールを示したものであるが、例えば第５図中にお
ける矢印部の曲率半径（Ｒｄ）は、該部分に相当する上
型では１０１ｍであるのに対して造形された下型では９
１ｍとなっており、所定のクリアランスが確保されてい
ることが確認できた。

上述のようにして下型を造形した後、造形モデル型より
固定盤を取り外し、更にコーティングを剥がして（割っ
て剥がす）から、第６図に示すように、ポンチ１．ブラ
ンクホルダー２を各々アダプタプレート８，９を介して
プレス本体のインナーラム１０．アウターラム１１に取
付けた。また、下型については、超塑性合金製の下金型
７′が一体となった下型保持枠６　（造形した下金型７
′は下型保持枠６の溝への充満等により固定されている
）から破損を避けるためにヒーターを取り外し、これを
プレス本体のベツド１１へ取付けた。

そして、このように構成されたプレス成形装置で板厚：
０．８ｍの軟鋼板（１７０ｍｍφ）を成形したところ、
成形１枚目から所定通りの正確な寸法の製品を得ること
ができた。

〈発明の効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、造形後に機械
加工を要することなく型全面で一定のクリアランスを確
保した簡易金型が簡単・容易に製造でき、成形の初期か
ら完全なプレス成形が行えて成形歩留りを顕著に向上で
きるようになるなど、産業上極めて有用な効果がもたら
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、造形用モデル型ベースの１例を示した概略図
である。 第２図は、本発明に係る造形用モデル型の１例を示した
概略図である。 第３図は、簡易金型製作時に準備した“下型保持枠に収
容した超塑性合金材”の概略説明図である。 第４図は、実施例で製作された成形品の概略図である。 第５図は、実施例で製造された下型断面プロフィールを
示した概略図である。 第６図は、実施例でのプレス成形方法の説明図である。 図面において、 １・・・ポンチ、　　　　２・・・ブランクホルダー３
・・・固定板、　　　　４・・・ボルト。 ５・・・コーティング、　　６・・・下型保持枠。 ７・・・超塑性合金製ブロック。 ７′・・・造形した超塑性合金製の下金型。 ８・・・ポンチ用アダプタープレート。 ９・・・アダプタープレート。 １０・・・プレスインナーラム。 １１・・・プレスアウターラム。 １２・・・プレスベツド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超塑性発現温度下の超塑性合金材料にモデル型を押し込
   んで金型を製造する方法において、前記モデル型として
   上型のポンチ部とブランクホルダー部とを一体とし、か
   つその型面にプレス成形素材に対して必要なクリアラン
   スに相当する厚さのコーティングを施したものを使用す
   ることを特徴とする、超塑性合金材料によるプレス金型
   の製造方法。