JP6402300B2 - 3d金属造形機を用いた三次元抜き型の製造方法 - Google Patents
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Description
具体的には、本発明は、3D造形機(3Dプリンタ)を用いて、基台と刃付けが完成していない3D刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を造形することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型の製造方法に関する。
また、具体的には、3D造形機(3Dプリンタ)を用いて基台上に刃付けが完成していない3D刃が造形された三次元抜き型の中間品を作成することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型の製造方法に関する。
この種の三次元抜き型は、エンドミル等の3D金属加工機により、図9(A)に示す金属製厚板90を切削することにより製造される。図9(B)に、3D刃91が切削加工された三次元抜き型9を示す。ここで、3D刃91は、刃91の高さは、部位によって異なるように形成される。
なお、金属製厚板90として焼入れが可能なステンレス鋼が用いられる。金属製厚板90に3D刃91を形成される前に、金属製厚板90の焼入れが行われる。
図9(C)に3D刃91の使用形態を示す。図9(C)において、平板プレス機7は上定盤72と下定盤71とを備えている。下定盤72に3D刃91が取り付けられ、上定盤73に3D刃91を受けるための部材(受け部材92)が取り付けられている。上定盤73が下降することで三次元の打ち抜き対象93の打ち抜きが行われる。
また、図9(C)に示した受け部材92を作成することも容易でないという問題もある。
また、本発明の他の目的は、3D造形機(3Dプリンタ)を用いて基台上に刃付けが完成していない3D刃が造形された三次元抜き型の中間品を作成することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型を提供することである。
(1)
基台に3D刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
3D金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台と刃付けが完成していない3D刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を造形する工程、および、
3D金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない3D刃について刃付けを完成させる工程、
を有し、
前記中間品を造形する工程と前記3D刃について刃付けを完成させる工程との間に、前記中間品の焼入れを行い、または、前記3D刃について刃付けを完成させる工程の後に、前記3D刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。
本発明において、「3D金属造形機」は、3Dプリンタである。また、「3D刃」とは、刃の高さ(刃先の基台底面からの高さ)が、刃の部位により異なるように形成した刃である。
本発明において、「3D金属加工機」は、たとえばルータやエンドミルである。
上記の(1)の発明において、中間品の造形において使用される金属(通常、粉末)は、焼入れ可能な金属である。この金属として、マルテンサイト系ステンレス鋼材料を使用することができる。焼入れ温度は、典型的には1,000℃前後である。また、焼入れ後の中間品についての冷却では、サブゼロ処理(零下冷却)を行うことができる。
また、中間品の造形に使用される金属として、高周波加熱に対応した磁性体材料を使用することができる。この場合、磁性体材料として、ヒステリシス損が大きい金属(たとえば、マルテンサイト系ステンレス鋼)を使用することができる。
前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする(1)に記載の三次元抜き型の製造方法。
上記の(2)における焼き戻しにより、刃先の脆弱さが解消される。
基台に3D刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
3D金属加工機を用いて、前記基台を切削加工する工程、
3D金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台上に刃付けが完成していない3D刃を造形することで、三次元抜き型の中間品を作成する工程、および、
3D金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない3D刃について刃付けを完成させる工程、
を有し、
前記中間品を作成する工程と前記3D刃について刃付けを行う工程との間、
または、
前記3D刃について刃付けを完成させる工程の後に、
前記少なくとも前記3D刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。
この製造方法では、基台を別途用意しておき、当該基台に所望の金属を3D造形することで、抜き型用切断刃全体を3D造形する場合と比べて、抜き型用切断刃の製造時間を短縮することができる。
上記の(3)の発明において、3D刃の造形に使用される金属(通常、粉末)は、焼入れ可能な金属である。この金属として、マルテンサイト系ステンレス鋼材料を使用することができる。
また、基台に使用される金属(板材)、または3D刃の造形に使用される金属として、高周波加熱に対応した磁性体材料を使用することができる。この場合、磁性体材料として、ヒステリシス損が大きい金属(たとえば、マルテンサイト系ステンレス鋼)を使用することができる。
なお、基台に使用される金属として、焼入れに適さない材料(たとえば、オーステナイト系、フェライト系のステンレス鋼材料)を使用することもできる。
前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする(3)に記載の三次元抜き型の製造方法。
また、また、上記の(3),(4)の発明では、3D造形機(3Dプリンタ)を用いて、基台上に刃付けが完成していない3D刃が造形された三次元抜き型の中間品を作成することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型が提供される。
工程S11では、3D金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、図1(C)に示すような基台11Aと刃付けが完成していない3D刃12Aとが一体に造形された、三次元抜き型の中間品13Aを作成する。
なお、図1(A),(B)は、3D刃12Aの造形途中品1301,1302を示している。
焼入れ可能な金属は、典型的にはマルテンサイト系のステンレス鋼である。マルテンサイト系のステンレス鋼として、たとえば、JIS(日本工業規格:Japanes Industrial Standards)のSUS400系のステンレス鋼(たとえば、sus440C・SUS420J2)を使用することができる。
焼入れ温度は、材料により異なるがステンレススチールでは、たとえば図3(A)に示すように、中間品13Bを1,050℃に加熱した後に、たとえば500℃程度まで急速冷却し(図示しない)、中間品13Cを作成する。
図3(A)において、基台は符号11Cで示され、3D刃は符号12Cで示される。
図3(B)では、中間品13Cを零下70℃程度まで冷却しているが、冷却温度はこれには限定されない。なお、サブゼロ処理は本発明では必須ではなく、たとえば、冷却ための最終温度は常温であってもよい。このようにして、中間品13Dが作成される。図3(B)において、基台は符号11Dで示され、3D刃は符号12Dで示される。
工程S13では、以上のようにして、中間品13Bは、中間品13Eが作成される。すなわち、刃付けが完成した3D刃12Bは、焼入れ・焼き戻しがされた3D刃12Eとなる。
上記した焼入れ・焼き戻しの処理は、中間品13Aを造形する工程S11と3D刃12について刃付けを完成させる工程S12との間に行うこともできる。
以上のようにして、図5に示すような、基台11と、3D刃12とが一体に造形された三次元抜き型1が製造される。
図6(A)では、平盤プレス機7は上定盤71と下定盤72とからなる。
下定盤72に三次元抜き型1が設けられ、上定盤71に受け部材8が取り付けられている。
受け部81は、3D金属造形機(3Dプリンタ)を用いて金属により形成することができる。また、受け部81だけでなく、受け部材8全体を3D金属造形機(3Dプリンタ)を用いて形成することができる。
三次元抜き型1の下には、高周波過熱装置6が設けられている。この高周波過熱装置6により、三次元抜き型1が加熱され、打ち抜き対象Mがプレス成形されると同時に、三次元抜き型1により三次元の打ち抜き対象の打ち抜きが行われる。
図7(A)は、金属厚板からなる基台21Aを示している。
本実施形態では、3D金属造形機を用いて、基台21A上に、焼入れ可能な金属により、刃付けが完成していない3D刃を形成し、三次元抜き型の中間品を造形する(工程S21)。
基台21Aとして、磁性体ステンレス鋼を使用することができる。
第1実施形態と同様、3D金属造形機は3Dプリンタである。また、3D刃22Aに使用される、焼入れ可能な金属は、第1実施形態において説明したマルテンサイト系のステンレス鋼を使用することができる。
三次元抜き型2の使用形態は、第1実施形態における三次元抜き型1の使用形態と同じであるので説明は省略する。
6 高周波過熱装置
7 平盤プレス機
8 受け部材
11,21 基台
12,22 3D刃
11A,21A 基台
12A,22A 刃付け完成前の3D刃
12B 刃付け完成後の3D刃
12C 焼入れにおける加熱後の3D刃
12D サブゼロ冷却後の3D刃
12E 焼戻し後の3D刃
13A 刃付け完成前の三次元抜き型
13B 刃付け完成後の三次元抜き型
13C 焼入れにおける加熱後の三次元抜き型
13D サブゼロ冷却後の三次元抜き型
13E 焼戻し後の三次元抜き型
71 上定盤
72 下定盤
81 受け部
1301,1302,2301 造形途中品
M 打ち抜き対象
Claims (4)
- 基台に3D刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
3D金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台と刃付けが完成していない3D刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を造形する工程、および、
3D金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない3D刃について刃付けを完成させる工程、
を有し、
前記三次元抜き型の中間品を造形する工程と前記3D刃について刃付けを完成させる工程との間に、前記三次元抜き型の中間品の焼入れを行い、または、前記3D刃について刃付けを完成させる工程の後に、前記3D刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。 - 前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする請求項1に記載の三次元抜き型の製造方法。
- 基台に3D刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
3D金属加工機を用いて、前記基台を切削加工する工程、
3D金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台上に刃付けが完成していない3D刃を造形することで、三次元抜き型の中間品を作成する工程、および、
3D金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない3D刃について刃付けを完成させる工程、
を有し、
前記三次元抜き型の中間品を作成する工程と前記3D刃について刃付けを行う工程との間、
または、
前記3D刃について刃付けを完成させる工程の後に、
前記少なくとも前記3D刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。 - 前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする請求項3に記載の三次元抜き型の製造方法。
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