JPH0342129A

JPH0342129A - 金型の製造方法

Info

Publication number: JPH0342129A
Application number: JP17410389A
Authority: JP
Inventors: Takeo Nakagawa; 威雄中川; Tatsuya Tomioka; 達也富岡; Tokio Amamiya; 雨宮　時雄
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-02-22
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2810706B2

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）本発明は金型の製造方法に関し、更に詳しくは、内面（
型面）を構成する材料のみを任意に選択することができ
る金型を、極めて簡単に製造する方法に関する。

（従来の技術）粉末冶金の分野またはプラスチックスの成形分野には各
種の金型が使用されている。そして、般に、金型用型材
には、切削性、研削性などの機械加工性が優れていて精
密加工が可能な材料であること、型の内面の鏡面仕上げ
加工が良好に行なえる材料であること、硬度が大きく耐
摩耗性、靭性などの機械的特性が優れている材料である
こと、更には寸法の経年変化が小さく、耐食性も優れ、
かつ市場性の大きい材料であること、などの性質が要求
される。現在では、例えば、３５５Ｃｍ材。

析出硬化系のステンレスｍ、５ＫＤＩＩ系または５ＫＤ
Ｉ２系の焼入鋼などが広く用いられている。

現在、金型の製作は概ね次のようにして行なわれている
。すなわち、先ず上記したような鋼種の素材ブロックを
選定し、これに対し機械加工を施して所定形状の型とす
る。ついで、得られた型に焼入、焼戻しを行ない型面に
ガス窒化処理、ＰＶＤ処理のような表面処理を施して表
面硬化せしめ、その後、表面を鏡面に仕上げている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記した金型用型材はいずれもその硬度
が大きく、その素材ブロックの切削加工は非常に困難で
ある。また、鏡面仕上げ加工も、作業者の高度の熟練や
慎重かつ長時間の作業を必要とする。このため、一般に
、金型の製作における生産性は低くならざるを得ず、そ
の結果、製作された金型は極めて高価なものとなってし
まう。

型材として軟質の材料を用いれば、金型の製作工程にお
ける上記した問題は解〆肖されるが、しかし、得られた
金型は、使用時における変形、摩耗が激しく、工業的に
不適格なものになる。

ところで、金型の機能について考えると、金型にとって
は、その内面（型面）が硬質で耐摩耗性等の性質に優れ
ている材料で構成されていればよく、その他の個所は、
金型を確実に型据するために、その機械的固定手段によ
る型据力に耐えうる程度の強度ならびに靭性を備えた材
料で構成されていればよいことになる。

しかしながら、現在までのところ、上記したようなハイ
ブリッド形式の金型は知られていない。

本発明は内面とその他の個所における別種の必要機能を
兼備している金型を簡単に製造する方法の提供を目的と
する。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するために、本発明においては、軟
質で低融点の金属または合金から成る材料の素材ブロッ
クに機械加工を施して、外表面が目的造形物と同一形状
をしているダミー型を造形する工程（以下、第１工程と
いう）；前記ダミー型の外表面に前記材料より硬質で高
融点の無機材料の粉末をプラズマ溶射することにより溶
射被覆層を形成して被覆ダミー型を造形する工程（以下
第２工程という）；前記被覆ダミー型の内部から前記ダ
ミー型を除去してその内面に前記ダミー型の外面形状が
転写されている中空型を造形する工程（以下、第３工程
という）、および、前記中空型を型容器内に配置し、前
記中空型の外表面と前記型容器との間に型材料を充填し
て前記中空型と前記型材料を一体化する工程（以下、第
４工程という）、を備えていることを特徴とする金型の
製造方法が提供される。

（作用）第１工程では目的造形物と同一形状をしたダミー型か成
形加工で製造されるが、その際に用いる素材ブロックは
軟質の材料から成るため、切削。

研削等の機械加工は極めて容易である。そのため、ダミ
ー型の外面形状を精密に造形することかできるようにな
る。

第２工ｆ呈において、タ′ミー型の外表面にプラズマ、
８射によって形成された溶射彼覆苦は、ダミー型の構成
材料よりも硬質の無機材料から成る溶射層であるため、
その溶射層におけるダミー型の外表面との界面、すなわ
ち溶射層の内面は硬質材料で構成されることになる。こ
の場合、溶射被覆層の形成にはプラズマ溶射法が適用さ
れるので、無機材料としては、難削性の材料、例えばセ
ラミックスや超硬合金のようなものであっても使用する
ことができるようになる。

第３工程においては、第２工程で得られた被覆ダミー型
からその内部を構成するダミー型のみが除去されるので
、硬質の溶射被覆層から成る中空型が得られる。そして
この中空型の内面は除去されたダミー型の外表面が転写
された面になっている。

第４工程においては、前記中空型を所定の型容器の中に
配置し、両者間に型材料を充填して全体を一体化するの
で、この型材料として強度および、靭１±に浸れた材料
を用いれば、中空型の内面すなわあ型面は硬質（オ料か
ら成り、他の型据用の部分は靭性の高いｔ、１科から成
るハイブリッドの一体物が得られる。

なお、必要により、この一体物を型容器から脱型すれば
、内面は目的造形物と同一の外表面をしていて、その他
の個所は靭性材料から戊る金型が得られる。

（実施例）以下に、添付図面に基づいて本発明方法を更に詳細に説
明する。

まず、第１工程においては、第１図に示したように、仮
想線で示した素材ブロックｌを例えばバイトのような工
作治具２を用いて切削加工することにより、ダミー型３
が造形される。ここで、ダミー型３の形状は目的造形物
と同一の形状になっている。

素材ブロックｌの材料としては、軟質で低融点の金属ま
たは合金が用いられる。例えば、銅、アルミニウムなど
は、被削性も良好で表面の精密加工ができるので好適で
ある。また、素材ブロックｌの材料として、衝撃力のよ
うな外力を加えると簡単に破砕してしまうような材料、
例えば、セラミックス材を用いてもよい。更には、低融
点の金属もしくは合金の粉末や、上記したセラミックス
材の粉末に所定量の低融点または脆性なバインダを配合
し、それを例えばプレス成形して製造した複合材料は好
適である。

ついで、第２工程においては、第２図（ａ）に示したよ
うに、所定の外面形状に加工されたダミー型３の該外表
面に、プラズマトーチ４から無機材料粉末の溶融ビード
５を溶射して溶射被覆層６を形成して、被覆ダミー型７
が造形される。

この場合、ダミー型３とプラズマトーチ４の電極がそれ
ぞれプラズマ電源装置に接続され、両者間にプラズマ柱
を発生させ、ここに無機材料の粉末を供給することによ
り、溶融ビード５が形成される。

用いる無機材料としては、プラズマで溶融して溶融ビー
ドを形成し、かつダミー型３の構成材料よりも硬質でか
つ高融点の材料であり、例えば、前記した各種の鋼材や
セラミックスをあげることができる。

また、プラズマトーチ４としては、プラズマ溶射法やプ
ラズマ溶接法で従来から使用されているものであればよ
い。

なお、この工程では、溶射被覆層６の厚み、形状に関す
るデータを予めコンピュータ制御装置に記憶または演算
せしめておき、このデータに基づいて、プラズマトーチ
４もしくはダミー型３のいずれか一方または双方を相対
移動させながら、プラズマトーチ４からダミー型３の表
面に溶融ビード５を溶射せしめることもできる。

なお、ダミー型３が前記した複合材料で構成されている
場合は、第２工程の溶射時にダミー型３の外表面に溶射
される高温の溶融ビートによって複合材料中のバインダ
成分が熱分解して気化し、その結果、溶射被覆層６にブ
ローを生ずることがあるので、このような問題を解消す
るために、溶射時には、第２図（ｂ）に示したようにダ
ミー型３の内部に孔３ａを穿設し、この孔３ａからフィ
ルタ３ｃを介して真空ポンプなどの吸引機器３ｂを用い
て吸引処理を施すことが好ましい。このようにすれば、
ダミー型３から発生するガス成分は内部の孔３ａから吸
引され、溶射被覆層６にブローの発生は起こらなくなる
。

第３工程においては、第２工程で造形された被覆ダミー
型７からダミー型３を除去する。

ダミー型の除去に関しては、ダミー型３の構成材料は溶
射被覆層６の構成材料よりも低融点であるので、被覆ダ
ミー型７を外部から加熱して、内部のダミー型の構成材
料のみを溶融し、しかるのちに、第３図に示したように
、その融液を流去すればよい。また、ダミー型３の構成
材料のみを適当な酸液で溶解せしめ、その溶解液を流去
してもよい。

かくして、内部が中空で、内面はダミー型３の外面形状
が転写され、シェルは溶射被覆層６から成る中空型８が
得られる。

第４工程においては、第３工程で得られた中空型８を、
第４図に示したように、所定材料から成る型容器９の中
に配置し、この型容器９と中空型８の外表面との間の空
間に型材料ＩＯを充填したのち全体が一体化される。

型材料１０としては、この部分で全体の金型が型据され
るので、強度、靭性等の高い材料であることが好ましく
、例えば、炭素鋼をはじめとする、構造用鋼、熱間ダイ
ス鋼または超耐熱合金、セラミックスなど、使用条件に
応じて材料を幅広く選定することができる。中空型８と
型材料ｌＯを一体化する方法としては、例えば型材料１
０の溶湯の鋳込み、または、型材料１０の粉末を充填し
たのち、全体に高温静水圧成形（ＨＩＰ）を施す方７去
をあげることができる。これらのうち、ＨＩＰは両者を
強固に一体化できるので好適である。

最後に、第５工程においては、中空型８と型材料１０を
一体化したのちに、その一体物を型容器９から脱型する
。かくして、第５図に示したように、本発明の金型１）
が得られる。

この金型１）においては、中空型８の内面はダミー型の
外面形状が転写されている硬質な面であり、中空型８の
外側の型材料１０は靭性に優れた材料となっていて、こ
の両者は強固に一体化している。

（発明の効果）以上の説明で明らかなように、本発明方法においては、
切削性、研削性が良好で表面の精密加工が可能な軟質材
料でダミー型を造形し、その外表面に硬質な無機材料の
プラズマ溶射層を形成して溶射層の内面に前記ダミー型
の外面形状を転写せしめるので、その型面は硬質、耐摩
耗性、熱変形小などの性質を備えることができる。また
、この中空型以外の部分は靭性の高い材料で構成される
ため、金型固定手段による型据も確実に行なうことがで
きる。

更には、溶射被覆層の形成はプラズマ溶射で行なわれる
ため、広範囲な無機材料を用いることができ、金型の内
面構成材料の選択の自由度は増し、用途分野を拡大する
ことができるのみならず、ダミー型の造形が容易である
ことからして、極めて簡単に必要型面の金型を製造する
ことができ、粉末成形用金型、各種の熱間または冷間ダ
イスの製造に適用してその工業的価値は極めて大である
。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明方法の各工程例を示す図で、
第１図はダミー型を造形する第１工程の概略図、第２図
は被覆ダミー型を造形する第２工程の概略図、第３図は
中空型と造形する第３工程の概略図、第４図は中空型と
型材料を一体化する第４工程の概略図、第５図は得られ
た金型の断面図である。ｌ・・・軟質・低融点素材ブロック、２・・・工作治具
、３・・・ダミー型、４・・・プラズマトーチ、５・・
・溶融ビード、６・・・溶射被覆層、７・・・被覆ダミ
ー型、８・・・中空型、９・・・型容器、１０・・・型
材料、１）・・・金型。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軟質で低融点の金属もしくは合金または脆性材料
から成る素材ブロックに成形加工を施して、外表面が目
的造形物と同一形状をしているダミー型を造形する工程
；前記ダミー型の外表面に前記材料より硬質で高融点の
無機材料の粉末をプラズマ溶射することにより溶射被覆
層を形成して被覆ダミー型を造形する工程；前記被覆ダ
ミー型の内部から前記ダミー型を除去してその内面に前
記ダミー型の外面形状が転写されている中空型を造形す
る工程；および、前記中空型を型容器内に配置し、前記
中空型の外表面と前記型容器との間に型材料を充填して
前記中空型と前記型材料を一体化する工程；を備えてい
ることを特徴とする金型の製造方法。
（２）前記ダミー型の除去が、外部からの加熱によるダ
ミー型材料の溶融除去または酸液による溶解除去である
請求項１記載の金型の製造方法。
（３）前記一体化の工程が、高温静水圧成形で行なわれ
る請求項１記載の金型の製造方法。