三次元レーザー加工機を用いた積層板金金型の設計法・加工法に関する基礎研究

• Project/Area Number: 23917010
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 工学Ⅰ(機械系)
• Research Institution: Matsue National College of Technology
• Principal Investigator: 内村 和弘 松江工業高等専門学校, 実践教育支援センター, 技術専門職員
• Project Period (FY): 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: 3次元レーザー加工機 / 簡易積層金型 / 3次元CAD設計

Research Abstract

3次元レーザー加工機を用いた小ロット低コストを目的とした積層による簡易金型の設計法、製作法に関する基礎研究を行った。以下に研究方法、結果について報告する。
○3次元CADによる積層金型の設計法、曲げパラメーターの検討
3次元CAD用い、曲げ、絞り形状に関する金型の設計法を検討した。何れも上型、下型を同時に設計、板厚を検討し分割を行う手順で設計した。分割方法は、分割面を作成しパターン化カット、分割化を行った。本研究で使用したCADにおいては分割と同時に保存が可能である。この手法により設計時間の大幅な短縮が可能になる。
曲げパラメーターについては既存の金型と同形状を作成し比較実験を行った。面の粗さ等からくる誤差は微小なものであり、ある程度の精度は保証できるものと思われる。
○3次元形状の金型による曲げ、絞り加工の実践、耐久試験の実施
曲げ加工用には既存の形状と3次曲面の積層金型、絞り加工の金型を試作し加工実験を行った。耐久試験においてはSS材の金型により500回の加工を行った。微小の摩耗は認められたが金型自体の変形やズレは認められず十分な強度が確認できた。
○工具鋼による焼き入れ効果の実験、検証
SKD11、SKD3、SS材について焼き入れ効果について実験を行った。窒素を使用しレーザー光をディフユーザーし照射した実験と2度切りを行った実験を行い顕微鏡観察により検証した。焼き入れ効果は認められたが、完全な焼き入れ面を作る事は出来なかった。
まとめ
3次元レーザー加工機による積層金型を試作、実験を行った。加工時間は1枚当たり2分程度、材料費も安価であり小ロット低コスト製品への活用の可能性を確認できた。問題点としてはレーザー加工特有の切断面の粗さからくる傷や精度であるが追加工が必要になる場合においては特に問題にならないと考えられる。焼き入れ加工、効果に関しては完全な結果を得ることができなかったが今後の課題として取り組む予定である。