JP2006035269A - 金属材料の射出装置と射出制御方法 - Google Patents

金属材料の射出装置と射出制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】射出制御の設定や監視が容易であり安定かつ高精度な射出制御装置と射出制御方法を提供する。
【解決手段】金属材料A1を溶融して溶融材料Bにする加熱筒17と、該加熱筒17の先端に取り付けられ金型10に接続されるノズル15と、前記溶融材料Bを押圧して前記ノズル15を介して前記金型10へ射出するプランジャ20とを有する金属材料Bの射出装置の射出制御方法において、前記金属材料A1を前記加熱筒17内へ供給し、前記金属材料A1を前の金属材料A2に当接させた位置を射出開始位置値として記憶・格納し、該射出開始位置値からのプランジャの移動量と該移動量の設定値とに基づいてプランジャ20の前進速度を切り換える。
【選択図】図1

Description

本発明は、マグネシウムやアルミニウム等の金属材料を射出成形する射出装置とその射出制御方法に関する。
従来、マグネシウムやアルミニウム等の金属材料の成形方法として、溶融金属を加圧下で金型内に射出充填して成形品を得るダイカスト法や、ペレット状の金属材料を射出スクリュによって融解して金型に充填するチクソモールド法が知られている。しかしながら、ダイカスト法は、金属材料を予め溶解するための溶解炉が必要であるので、コストが高くなったり溶解炉中に酸化物が堆積する等の問題がある。一方、チクソモールド法は、ペレット状の金属材料の取り扱いが煩雑であったり、射出スクリュを使用するため金属材料の安定した溶解が困難であるという問題がある。
このような問題を解消する技術が特許文献1に記載されている。特許文献1の技術は、軽金属材料を短棒材料として1個ずつ射出シリンダに補給する材料供給装置と、先に補給した短棒材料から順に融解する射出シリンダ及びその加熱装置と、未溶融の短棒材料を累進的に前進させることによって融解した短棒材料を射出する押し込み棒部材、または射出油圧ピストンロッドとを備える軽金属射出成形機の射出装置に関するものである。この射出装置において、押し込み棒部材は、油圧駆動装置である第1の駆動装置と、電動駆動装置である第2の駆動装置とによって駆動され、また、射出油圧ピストンロッドは、1個の射出油圧シリンダによって駆動される。
前記特許文献1に記載の射出装置にあっては、軽金属材料が数ショット分以上に相当する容積すなわち長さを有するので、1ショット射出する毎に消費して短縮された軽金属材料の押し込み量を一定にするため、押し込み棒部材の突出し量を第2の駆動装置によってショット毎に累進的に調整しなければならない。
そのため、前記特許文献1に提案された射出装置は、第2の駆動装置が必要になるとともに、その制御装置をも備えねばならず、射出装置のコストが高くなるのみならず、第2の駆動装置を作動させる時間が成形サイクル時間を遅延させる要因となる。また、軽金属材料の供給が数ショット毎に行われるのでショット毎の成形サイクル時間が不均等になるとともに、射出シリンダに供給されて貯留する軽金属材料の量がショット毎に変化する結果、成形品の品質がばらつくこととなる。
上記の問題を解決する射出装置として、本願の図1に示す射出装置が提案されている。この射出装置は、金属材料を溶融して溶融材料にする加熱筒と、該加熱筒の先端に取付けられ金型に接続されるノズルと、前記溶融材料を押圧して前記ノズルを介して前記金型へ射出するプランジャとを有し、さらに、前記加熱筒へ成形品に応じた長さの金属材料を成形サイクル毎に供給する材料供給筒と、前記加熱筒と前記材料供給筒との間に設けられ金属材料の外周を切削するダイスと、前記加熱筒の後部における前記ダイス近傍に設けられ加熱筒の内部を脱気する吸引装置とを備えるものである。この射出装置は、このように構成されているので特許文献1の射出装置における問題点は解決されるが、次に記載する課題が残存する。
すなわち、金属材料の容積は成形品の容積と同一となるようにするため、金属材料の長さは所定の許容幅に規定されている。そして、その金属材料は定ストロークで射出されるので、加熱筒内に供給された新しい金属材料が前の成形サイクルで供給されて前方に位置する前の金属材料に当接した位置である射出開始位置は、前記金属材料の長さの所定許容寸法以上に成形サイクル毎に変化しないはずである。それにも拘わらず、実際は、前記射出開始位置は前記金属材料の長さの数%の範囲で変動するのである。この理由としては、金属材料の長さの精度不足、溶融材料の溶融状態の不均一、金型温度の変動、プランジャの駆動力と前進速度の変動等が挙げられ、これらが複合して作用した結果である。
ところで、プランジャの前進速度を切り換えるプランジャ位置の設定は、プラスチックの射出成形機等において慣用されるようなプランジャ(スクリュ)の絶対位置に基づいて行われていた。このような制御方法を射出開始位置が変動する金属材料の射出制御に適用すると、プランジャの前進速度を切り換えるプランジャ位置が射出開始位置の変動に連動することになり、極めて不安定な射出制御になる。この問題を回避するには、射出開始位置の変動に対応させて位置設定値を手動で修正するか、演算処理により自動的に位置設定値を修正するようにしなければならず、煩雑で困難な設定操作を余儀なくされた。また、射出制御結果を表示し制御状況を監視するためのプランジャ前進速度のグラフ表示は、横軸をプランジャの位置としていたので、射出開始位置の変動に伴いグラフの起点も変動し、極めて監視し難いものであった。
特開2003−211260号公報
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、射出制御の設定や監視が容易であり安定かつ高精度な射出制御を実施することができる射出制御装置と射出制御方法を提供することを目的とする。
すなわち、請求項1の発明は、金属材料を溶融して溶融材料にする加熱筒と、該加熱筒の先端に取り付けられ金型に接続されるノズルと、前記溶融材料を押圧して前記ノズルを介して前記金型へ射出するプランジャとを有する金属材料の射出装置において、前記金属材料が前記加熱筒内へ供給された後、前記金属材料が前の金属材料に当接した位置を射出開始位置値として記憶・格納する記憶部を有し、該射出開始位置値からのプランジャの移動量と該移動量の設定値とに基づいて前記プランジャの前進速度を切り換える制御装置を備える金属材料の射出装置に係る。
請求項2の発明は、金属材料を溶融して溶融材料にする加熱筒と、該加熱筒の先端に取り付けられ金型に接続されるノズルと、前記溶融材料を押圧して前記ノズルを介して前記金型へ射出するプランジャとを有する金属材料の射出装置の射出制御方法において、前記金属材料を前記加熱筒内へ供給し、前記金属材料を前の金属材料に当接させた位置を射出開始位置値として記憶・格納し、該射出開始位置値からのプランジャの移動量と該移動量の設定値とに基づいて前記プランジャの前進速度を切り換える金属材料の射出装置の射出制御方法に係る。
請求項3の発明は、請求項2において、射出工程の制御において演算処理に用いられる前記プランジャの移動量の設定値は、前記プランジャの前進限度位置を基準にした射出開始位置値から前記プランジャの移動量の設定値を減算して求めた位置設定値である金属材料の射出装置の射出制御方法に係る。
請求項4の発明は、請求項2または3において、前記プランジャの前進速度の切り換え制御の状況を監視するため、該プランジャの前進速度を切り換える制御装置の表示部に前記プランジャの前進速度をグラフ表示するに際し、横軸を前記プランジャの移動量とし縦軸を該プランジャの前進速度とするとともに、前記射出開始位置値をグラフの表示開始点として固定的に表示する金属材料の射出装置の射出制御方法に係る。
請求項5の発明は、請求項4において、前記プランジャの前進速度のグラフ表示は、前記横軸を前記プランジャの移動量と該プランジャの位置とから択一的に選択して表示する金属材料の射出装置の射出制御方法に係る。
請求項1の発明は、金属材料を溶融して溶融材料にする加熱筒と、該加熱筒の先端に取り付けられ金型に接続されるノズルと、前記溶融材料を押圧して前記ノズルを介して前記金型へ射出するプランジャとを有する金属材料の射出装置において、前記金属材料が前記加熱筒内へ供給された後、前記金属材料が前の金属材料に当接した位置を射出開始位置値として記憶・格納する記憶部を有し、該射出開始位置値からのプランジャの移動量と該移動量の設定値とに基づいて前記プランジャの前進速度を切り換える制御装置を備える金属材料の射出装置であるから、射出制御の設定や監視が容易であり安定かつ高精度な射出制御を実施する射出装置とすることができる。
請求項2の発明は、金属材料を溶融して溶融材料にする加熱筒と、該加熱筒の先端に取り付けられ金型に接続されるノズルと、前記溶融材料を押圧して前記ノズルを介して前記金型へ射出するプランジャとを有する金属材料の射出装置の射出制御方法において、前記金属材料を前記加熱筒内へ供給し、前記金属材料を前の金属材料に当接させた位置を射出開始位置値として記憶・格納し、該射出開始位置値からのプランジャの移動量と該移動量の設定値とに基づいて前記プランジャの前進速度を切り換える金属材料の射出装置の射出制御方法であるから、射出制御の設定や監視が容易であり安定かつ高精度な射出制御を実施することができる。
請求項3の発明は、請求項2において、射出工程の制御において演算処理に用いられる前記プランジャの移動量の設定値は、前記プランジャの前進限度位置を基準にした射出開始位置値から前記プランジャの移動量の設定値を減算して求めた位置設定値であるから、従来の制御装置を有効に利用しコストを抑えて高精度な射出制御を実施することができる。
請求項4の発明は、請求項2または3において、前記プランジャの前進速度の切り換え制御の状況を監視するため、該プランジャの前進速度を切り換える制御装置の表示部に前記プランジャの前進速度をグラフ表示するに際し、横軸を前記プランジャの移動量とし縦軸を該プランジャの前進速度とするとともに、前記射出開始位置値をグラフの表示開始点として固定的に表示するから、成形サイクル毎の射出制御の監視を効果的かつ容易に行うことができる。
請求項5の発明は、請求項4において、前記プランジャの前進速度のグラフ表示は、前記横軸を前記プランジャの移動量とし前記縦軸を該プランジャの前進速度としたものと、前記横軸を前記プランジャの位置とし前記縦軸を該プランジャの前進速度としたものとから択一的に選択して表示するから、成形サイクル毎の射出制御の監視を効果的かつ容易に行うことができるとともに、成形サイクル毎の射出開始位置値の変動状況とそれに伴う射出制御の状況を確認することができる。
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明を実施する射出装置をその制御装置のブロック図とともに示す要部断面図、図2は本発明の制御方法を示す流れ図、図3は本発明によるプランジャの前進速度を2成形サイクルにわたり表示したグラフ、図4は従来の技術によるプランジャの前進速度を2成形サイクルにわたり表示したグラフである。
射出装置1は、図1に示すように、可動型11と固定型12からなる金型10と、固定型12の挿入口13に挿入されたノズル15と、ノズル15を前端面にダイス18を後端面にしてヒータ16を外周面に有する加熱筒17と、加熱筒17の中心穴と同軸に設けられマグネシウムやアルミニウム等の金属材料A1を加熱筒17へ供給する材料供給筒19と、材料供給筒19を貫通し加熱筒17の中心穴の中間位置まで前後進移動して金属材料A1を押圧するプランジャ20と、プランジャ20を前後進駆動する駆動装置21と、プランジャ20の位置を検出してその信号を制御装置31に伝送する位置検出器22と、駆動装置21の駆動力を検出してその信号を制御装置31に伝送する力検出器23とからなる。なお、駆動装置21は、高速かつ高圧が容易に得られるアキュムレータを備えたシリンダからなる油圧式のものが好適に用いられるが、サーボモータやボールねじ等からなる電気―機械式のものであってもよい。駆動装置21が油圧式であれば、力検出器23は油圧センサとなる。また、駆動装置21が電気―機械式であれば、力検出器23はロードセルや電流検出器が好適に用いられる。
制御装置31は、マイクロプロセッサによって構成され、速度設定群24と、移動量設定群25と、位置設定群26と、入出力部27と、液晶パネル等からなる表示部28と、記憶部29と、前記全ての群および部と接続される演算処理部30とからなる。この制御装置31は、射出装置1のみならず図示しない型締装置等も含めた成形機の作動全般をコントロールするシーケンス制御はもとより、加熱筒17のヒータ16の温度制御、駆動装置21や型締装置等のアクチュエータの速度、力、および位置等を総合的に制御する。
次に図2に基づいて、本発明の作動を説明する。図1における射出装置1は、材料供給筒19へ投入された新たな金属材料A1を、駆動装置21のプランジャ20により押圧・前進させて加熱筒17の中心穴内へダイス18を介して押し込む(S1)。加熱筒17内には、すでに前成形サイクルで押し込まれて前方に位置する前の金属材料A2があり、プランジャ20を前進させて金属材料A1の前端面を前の金属材料A2の後端面に当接させる(S2)。
この当接状態は次のようにして検出される。金属材料A1の容積は、可動型11と固定型12からなる金型10が型合わせして形成されるキャビティCの容積すなわち成形品の容積と同一になるよう準備される。ただし、図1に示す金型10はスプルおよびランナを有しないが、スプルおよびランナを有する金型の場合は、金属材料の容積はそれらの容積を成形品の容積に加えたものとなる。このように金属材料A1の容積が金型10に応じて決定され、金属材料A1の直径はダイス18の内径で確定されているので、金属材料A1の容積は金属材料A1の長さに反映される。また、前の金属材料A2の一部またはそれ以前の金属材料は、加熱筒17内でヒータ16により溶融され溶融材料Bとなって加熱筒17内の前方に貯留されている。プランジャ20は、この溶融材料Bが成形品の容積に応じた量だけ射出されるように駆動装置21によって前進駆動される。したがって、金属材料A1の前端面が前の金属材料A2の後端面に当接した位置すなわち溶融材料Bの射出開始位置は、成形品に固有の位置となる。プランジャ20がこの固有の位置を中心とした所定の範囲内にあることが位置検出器22と制御装置31によって検出され、さらに駆動装置21の駆動力が上昇して所定値に達したことを力検出器23と制御装置31によって検出することにより金属材料A1と前の金属材料A2との当接が確認されるのである(S3)。
そして、前記射出開始位置は、制御装置31の記憶部29に射出開始位置値M0として記憶し格納される(S4)。その後、制御装置31は、駆動装置21へ信号を出力してプランジャ20を高速で前進駆動させ、溶融材料Bを金型10の湯口14を介してキャビティCへ射出・充填する射出工程を実行する(S5)。キャビティCへ射出・充填された溶融材料Bは冷却され固化して成形品となる。成形品は可動型11が固定型12から離隔して開いた金型10から取り出され、成形サイクルが終了する。
射出工程は、図3に示すように、速度設定群24の各設定値(ここではV1,V2,V3)と、速度設定群24の各設定値Vnを順次切り換える移動量設定群25の各設定値(ここではM1,M2)とにより予め設定されるプログラムに基づいて実行される。すなわち、プランジャ20の射出開始位置値M0からの移動量が移動量設定群25の各設定値Mnを越えたか否かが演算処理部30によって判断される(S6)。その結果、前記射出開始位置値M0からの移動量が移動量設定群25の各設定値Mnを越えないときは、現行の速度設定群24の設定値による速度制御が続行される。また、プランジャ20の射出開始位置値M0からの移動量が移動量設定群25の各設定値Mnを越えたときは、プランジャ20の前進速度が、速度設定群24の各設定値Vnのうちから移動量設定群25の各設定値Mnに対応した速度である次の設定値Vnに切り換えて変更される(S7)。このように、プランジャ20の速度をプランジャ20の移動量とその設定値に基づいて切り換えるので、高精度の射出制御を簡単かつ容易な設定によって実施することができる。
射出工程の制御を、図3に基づいて、さらに詳細に説明する。プランジャ20は、射出開始すると、速度設定群24のうちから選択された速度設定値V1に基づいて射出開始位置値M0から前進する。前進するプランジャ20の移動量は、常に位置検出器22により検出され、制御装置31に取り込まれて演算処理される。プランジャ20の移動量は移動量設定群25の設定値Mnと直接比較演算して制御することが簡単で一般的であるが、本発明の最良の実施形態である他の方法について説明する。
射出工程の制御において演算処理に用いられるプランジャ20の移動量の設定値は、移動量設定群25の設定値Mnではなく、プランジャ20の前進限度位置を基準にした射出開始位置値M0から移動量設定群25の設定値Mnを減算して求められるものであり、プランジャ20の前進限度位置を基準にした位置設定群26に相当するものである。この実施例では、位置設定群26が各設定値P1,P2を有する。ここで、射出開始位置値M0は成形サイクル毎に変動し、移動量設定群25の設定値Mnは成形サイクル毎に変動しないので、移動量の設定値としての位置設定群26は成形サイクル毎に変動する。したがって、移動量の設定値としての位置設定群26は、射出開始位置が制御装置31の記憶部29に射出開始位置値M0として記憶され格納されるときに、成形サイクル毎に書き換えられる。
このようにすることにより、プランジャ20の移動量の設定値が移動量設定群25から位置設定群26に置き換えられることとなり、位置設定群26に基づいて射出工程を制御している汎用の制御装置のソフトウエアを大幅に変更することなく有効に利用して本発明を実施することができる。
こうして、プランジャ20の移動量が移動量設定値M1に到達すると、速度設定値はV1からV2に切り換えられる。以下同様にして、プランジャ20の移動量が移動量設定値M2に到達すると、速度設定値はV2からV3に切り換えられる。所望の速度段数がさらに多い場合も、同様な切換制御がなされる。
図3のグラフは、上記のような射出制御によるプランジャ20の前進速度を2成形サイクルにわたり表示部28に表示したものであり、横軸をプランジャ20の移動量にし縦軸をプランジャ20の前進速度としている。射出開始位置値M0は、グラフの右側に表示開始点として固定的に設けられる。そのため、プランジャ20の前進速度における成形サイクル毎のトレンドは常に同じ位置から始まり、さらにプランジャ20の前進速度の変化する位置である移動量の設定値Mnも変動しない。そこで、各成形サイクルのトレンドを重ねて表示した場合、成形条件が全て固定的であるため、成形サイクル毎の変動した射出制御結果のみが異なったトレンドとして表示され認識することができるので、射出制御の監視を効果的かつ容易に行うことができる。
図4に示すグラフは、上記のような射出制御によるプランジャ20の前進速度を2成形サイクルにわたり表示部28に表示したものであり、横軸をプランジャ20の位置にし縦軸をプランジャ20の前進速度としている。射出開始位置値M0は、グラフの右側に表示開始点として該射出開始位置値M0の値に応じた位置に表示される。また、プランジャ20の前進速度の変化する位置は、射出開始位置値M0の変動に連動して略同じ距離変動して表示される。このような表示により、成形サイクル毎の射出開始位置値M0の変動状況とそれに伴う射出制御の状況を対比させて確認することができる。
そのため、前記プランジャの前進速度のグラフ表示を、図3及び図4に示すように、横軸をプランジャ20の移動量とし縦軸をプランジャ20の前進速度としたものと、横軸をプランジャ20の位置とし縦軸をプランジャ20の前進速度としたものとを入出力部27における設定操作によって択一的に選択して表示部28に表示するようにしている。
なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
本発明を実施する射出装置をその制御装置のブロック図とともに示す要部断面図である。 本発明の制御方法を示す流れ図である。 本発明によるプランジャの前進速度を2成形サイクルにわたり表示したグラフである。 従来の技術によるプランジャの前進速度を2成形サイクルにわたり表示したグラフである。
符号の説明
1 射出装置
10 金型
15 ノズル
17 加熱筒
20 プランジャ
24 速度設定群
25 移動量設定群
26 位置設定群
28 表示部
29 記憶部
31 制御装置
A1 金属材料
A2 前の金属材料
B 溶融材料
C キャビティ
M0 射出開始位置値

Claims (5)

  1. 金属材料を溶融して溶融材料にする加熱筒と、該加熱筒の先端に取り付けられ金型に接続されるノズルと、前記溶融材料を押圧して前記ノズルを介して前記金型へ射出するプランジャとを有する金属材料の射出装置において、
    前記金属材料が前記加熱筒内へ供給された後、前記金属材料が前の金属材料に当接した位置を射出開始位置値として記憶・格納する記憶部を有し、該射出開始位置値からのプランジャの移動量と該移動量の設定値とに基づいて前記プランジャの前進速度を切り換える制御装置を備えることを特徴とする金属材料の射出装置。
  2. 金属材料を溶融して溶融材料にする加熱筒と、該加熱筒の先端に取り付けられ金型に接続されるノズルと、前記溶融材料を押圧して前記ノズルを介して前記金型へ射出するプランジャとを有する金属材料の射出装置の射出制御方法において、
    前記金属材料を前記加熱筒内へ供給し、前記金属材料を前の金属材料に当接させた位置を射出開始位置値として記憶・格納し、該射出開始位置値からのプランジャの移動量と該移動量の設定値とに基づいて前記プランジャの前進速度を切り換えることを特徴とする金属材料の射出装置の射出制御方法。
  3. 射出工程の制御において演算処理に用いられる前記プランジャの移動量の設定値は、前記プランジャの前進限度位置を基準にした射出開始位置値から前記プランジャの移動量の設定値を減算して求めた位置設定値である請求項2に記載の金属材料の射出装置の射出制御方法。
  4. 前記プランジャの前進速度の切り換え制御の状況を監視するため、該プランジャの前進速度を切り換える制御装置の表示部に前記プランジャの前進速度をグラフ表示するに際し、横軸を前記プランジャの移動量とし縦軸を該プランジャの前進速度とするとともに、前記射出開始位置値をグラフの表示開始点として固定的に表示する請求項2または3に記載の金属材料の射出装置の射出制御方法。
  5. 前記プランジャの前進速度のグラフ表示は、前記横軸を前記プランジャの移動量と該プランジャの位置とから択一的に選択して表示する請求項4に記載の金属材料の射出装置の射出制御方法。
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