JP3097400B2 - 真空鋳造法とその装置 - Google Patents

真空鋳造法とその装置

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JP3097400B2
JP3097400B2 JP05179345A JP17934593A JP3097400B2 JP 3097400 B2 JP3097400 B2 JP 3097400B2 JP 05179345 A JP05179345 A JP 05179345A JP 17934593 A JP17934593 A JP 17934593A JP 3097400 B2 JP3097400 B2 JP 3097400B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/06Vacuum casting, i.e. making use of vacuum to fill the mould

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳型内に形成されたキ
ャビティ内が所定減圧度に達した後に、ゲート部材によ
り湯口部を開放し、溶湯通路および溶湯リザーバ内に溜
められている溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳
造法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】これに関する技術が、本出願人によって
提案されており(特願平4−309534号)、その装
置の概要が図10に表されている。従来の真空鋳造法で
は、型締めされた金型50が、図10に示されるよう
に、気密炉59にセットされると、前記気密炉59内が
加圧装置(図示されていない)によって加圧され、貯湯
槽59rに貯留されている溶湯がストーク58を通って
ゲートスリーブ52の内部にまで押し上げられる。そし
て、所定レベルまで溶湯が到達した状態で気密炉59内
の圧力が一定に保持される。また、前記気密炉59内の
加圧とほぼ同時に、前記キャビティ56の内部が真空ポ
ンプ(図示されていない)によって減圧される。そし
て、前記キャビティ56の内部圧力が所定の減圧度にま
で達すると、ゲートスリーブ52が上昇して湯口部56
aが開放され、ストーク58およびゲートスリーブ52
に溜められている溶湯が前記キャビティ56に流入す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記真空
鋳造法では、ゲートスリーブ52の内部が大気に開放さ
れているため、溶湯がキャビティ56に流入する際に、
前記ゲートスリーブ52内の湯面が大きく低下する。こ
れは気密炉59内の圧力とゲートスリーブ52内の圧力
との差圧が一定であるのに対して、溶湯の動きによる圧
損が発生するためである。したがって、キャビティ56
にゲートスリーブ52内の空気が吸引されないようにす
るためには、ゲートスリーブ52内の湯面レベルを高め
に設定する必要がある。即ち、前記ゲートスリーブ52
内に、多量の溶湯を溜める必要がある。このため、鋳造
のサイクルが伸び、また、鋳造前の湯温低下が大きいと
いう問題がある。さらに、ゲートスリーブ52を高くす
る必要があるために、鋳造装置が大型化するという問題
もある。本発明の技術的課題は、溶湯がキャビティ56
に流入する際に、ゲートスリーブ52内の湯面低下を抑
制できるようにすることにより、ゲートスリーブ52内
に溜める溶湯量を従来よりも少なくしようとするもので
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
工程を有する真空鋳造法および以下の各部構造を有する
真空鋳造装置によって解決される。即ち、請求項1に記
載された真空鋳造法は、鋳型内に形成されたキャビティ
の湯口部をゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設
けられた溶湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路
により導いて、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビ
ティのレベルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減
圧度に達した後に、前記ゲート部材により前記湯口部を
開放して前記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜め
られている溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造
法において、前記貯湯槽から溶湯通路を介して前記溶湯
リザーバに溶湯を導く際には、その溶湯リザーバの内部
を大気開放し、また、前記ゲート部材により前記湯口部
を開放して溶湯を前記キャビティに流入させる際には、
その溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する。請求項
2に記載された真空鋳造装置は、鋳型内に形成されたキ
ャビティの湯口部をゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連
通して設けられた溶湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその
溶湯通路により導いて、前記溶湯リザーバ内の湯面を前
記キャビティのレベルよりも高くし、前記キャビティ内
が所定減圧度に達した後に、前記ゲート部材により前記
湯口部を開放して前記溶湯通路および前記溶湯リザーバ
内に溜められている溶湯を前記キャビティに流入させる
真空鋳造装置において、前記溶湯リザーバの内部と外部
とを連通させる排気通路と、前記排気通路を開閉する大
気開放弁とを有している。請求項3に記載された真空鋳
造法は、請求項1に記載された真空鋳造法において、前
記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルより
も高い位置に保持した状態で、その溶湯リザーバの上部
に収納された挿入部材を下降させ、湯面より上の空間容
積を減少させた後、前記溶湯リザーバの内部を気密状態
に保持する。請求項4に記載された真空鋳造法は、請求
項1に記載された真空鋳造法において、前記溶湯リザー
バ内の湯面を所定のレベルに保持した状態で、その溶湯
リザーバの上部に収納された挿入部材を下降させて、湯
面より上の空間容積を減少させた後、前記溶湯リザーバ
の内部を気密状態に保持し、さらに、前記挿入部材を上
昇させて、湯面を前記キャビティのレベルよりも高くな
る位置まで引き上げる。請求項5に記載された真空鋳造
装置は、鋳型内に形成されたキャビティの湯口部をゲー
ト部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶湯リ
ザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導いて、
前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよ
りも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達した後
に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前記溶
湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている溶湯
を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置において、
前記溶湯リザーバに対して上方からシールされた状態で
挿入されて、その溶湯リザーバの内部を上下方向に摺動
できる挿入部材と、前記挿入部材の内部に形成されて、
前記溶湯リザーバの内部と外部とを連通させる排気通路
と、前記排気通路を開閉する大気開放弁とを有してい
る。請求項6に記載された真空鋳造法は、請求項1に記
載された真空鋳造法において、前記溶湯リザーバ内の湯
面を前記キャビティのレベルよりも高くなる位置に保持
した状態で、その湯面近傍の溶湯を凝固させ、この凝固
層によって排気通路を塞ぐことにより、前記溶湯リザー
バの内部を気密状態に保持する。請求項7に記載された
真空鋳造法は、請求項6に記載された真空鋳造法におい
て、前記溶湯リザーバの内部で、かつ、前記キャビティ
のレベルよりも高い所定位置に位置決めされている栓部
材に接触するまで、湯面を上昇させる工程と、湯面近傍
の溶湯を前記栓部材によって冷却して凝固させることに
より、前記栓部材に形成されている排気通路を塞ぎ、前
記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する工程とを有
している。請求項8に記載された真空鋳造装置は、鋳型
内に形成されたキャビティの湯口部をゲート部材で閉鎖
し、溶湯通路に連通して設けられた溶湯リザーバに貯湯
槽内の溶湯をその溶湯通路により導いて、前記溶湯リザ
ーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよりも高くし、
前記キャビティ内が所定減圧度に達した後に、前記ゲー
ト部材により前記湯口部を開放して前記溶湯通路および
前記溶湯リザーバ内に溜められている溶湯を前記キャビ
ティに流入させる真空鋳造装置において、前記溶湯リザ
ーバの内部に収納された状態で、前記キャビティのレベ
ルよりも高い所定位置に位置決めされている栓部材と、
前記栓部材の内部に形成されて、前記溶湯リザーバの内
部と外部とを連通させる排気通路とを有している。請求
項9に記載された真空鋳造法は、請求項1に記載された
真空鋳造法において、前記貯湯槽から溶湯通路を介して
前記溶湯リザーバに供給された溶湯の湯面のレベルを、
前記湯口部の高さよりも〔鋳込み容積〕÷〔溶湯リザー
バの断面積〕+(50mm〜150mm) だけ高くする。
【0005】
【作用】請求項1に記載された発明によると、溶湯を溶
湯リザーバに導く際には、その溶湯リザーバの内部が大
気に開放されため、内部の空気が良好に排出されて、溶
湯がスムーズに前記溶湯リザーバの内部に供給される。
さらに、ゲート部材により湯口部を開放して溶湯をキャ
ビティに流入させる際には、前記溶湯リザーバの内部は
気密状態に保持されるため、その溶湯リザーバから溶湯
が流出し難くなり、溶湯リザーバの内部における湯面低
下が抑制される。このため、予め溶湯リザーバに溜めて
おく溶湯量を従来より少なくしても、キャビティに溶湯
リザーバ内の空気が吸引されることはない。請求項2に
記載された発明によると、溶湯リザーバの内部と外部と
を連通させる排気通路の開閉タイミングを大気開放弁に
よって制御することにより、請求項1に記載された発明
を実施することができる。請求項3に記載された発明に
よると、溶湯リザーバに収納された挿入部材を下降さ
せ、湯面より上の空間容積を減少させた後、前記溶湯リ
ザーバの内部が気密状態に保持される。このため、溶湯
リザーバの内部に残留している空気の膨張による影響が
少なくなり、請求項1に記載された発明よりも、湯面の
低下が抑制される。請求項4に記載された発明による
と、湯面より上の空間容積を減少させた後、溶湯リザー
バ内が気密状態に保持され、さらに、挿入部材が上昇し
て溶湯リザーバ内の湯面が所定位置まで引き上げられ
る。このため、請求項2に記載された発明と同様な効果
が得られるとともに、湯面を希望する位置に設定するこ
とができる。請求項5に記載された発明によると、挿入
部材を上下摺動させるタイミング及び排気通路を大気開
放弁によって開閉するタイミングを制御することによ
り、請求項1、請求項2および請求項3に記載された発
明を実施することができる。請求項6に記載された発明
によると、溶湯の凝固層によって溶湯リザーバの内部が
気密状態に保持されるため、請求項1に記載された発明
と同様に、溶湯リザーバの内部で湯面低下が抑制され
る。さらに、湯面に浮遊する泡や不純物等も溶湯と共に
凝固するために、溶湯がキャビティに流入する際に、不
純物等が溶湯の流れに巻き込まれることがない。このた
め、製品の品質が向上し、また、溶湯リザーバ内の掃除
も容易になる。請求項7に記載された発明によると、請
求項6に記載された発明と同様な効果が得られるととも
に、栓部材の位置で湯面が位置決めされるために、湯面
の高さを検出したり制御するための機構が必要なくな
る。請求項8に記載された発明によると、溶湯を栓部材
の位置まで供給することにより、請求項6、請求項7に
記載された発明を実施することができる。請求項9に記
載された発明によると、鋳込み容積を確保するのに必要
なレベルよりも50mm以上高く湯面を設定したことによ
り、溶湯リザーバ内の空気がキャビティに吸引されるこ
とがなくなる。また、鋳込み容積を確保するのに必要な
レベルよりも余分な高さが150mm 以下であるために、鋳
造サイクルを伸ばす必要がなくなり、また、鋳造前の湯
温低下に起因する不具合も生じない。
【0006】
【実施例】以下、図1、図2に基づいて本発明の第一実
施例を説明する。図1は、本実施例に係る真空鋳造装置
の要部断面図を表している。この真空鋳造装置は上型1
2と下型14とから構成される金型10を備えており、
その上型12と下型14とが係合された状態で前記金型
10の内部には中央にキャビティ16が形成される。さ
らに前記キャビティ16には、その中心部に溶湯の供給
口である湯口部16aが設けられている。前記下型14
の中央には、上方に広がるテーパ面を有する貫通孔14
kが形成されており、この貫通孔14kに漏斗状のスト
ーク18が上方から挿通される。そして、前記ストーク
18の上部が貫通孔14kのテーパ面と係合することに
より、前記ストーク18は下型14にセットされる。さ
らに、前記ストーク18の上部外周面と、前記貫通孔1
4kの壁面との間には、Oリング18rが設けられてお
り、ストーク18と貫通孔14kとの間の気密性が確保
されている。
【0007】一方、前記上型12の中央には、縦方向に
小径開孔12aが形成されており、その小径開孔12a
の上にリング状の段差12dを介して大径開孔12bが
同軸に形成されている。ここで、前記小径開孔12aの
内径は、前記下型14の貫通孔14kの上端部の内径に
等しく設定されており、型締めがされた状態で小径開孔
12aと貫通孔14kとは同軸に保持される。前記上型
12の両開孔12a,12bの内部には、ゲート機構2
0が収納されている。前記ゲート機構20は、前記スト
ーク18から前記キャビティ16に至る溶湯通路18t
を開閉するための機構であり、略円筒形のゲートスリー
ブ22と、このゲートスリーブ22を軸方向に移動させ
るための移動シリンダ24、および前記ゲートスリーブ
22の内部に挿入される円柱形の挿入部材26とから構
成されている。
【0008】前記ゲートスリーブ22は、その先端部2
2s(図中 下部)が肉厚に成形された筒状部材であ
り、図1に示されるように、先端面が前記ストーク18
の上端面と全体的に当接することにより、そのストーク
18内の溶湯通路18tをキャビティ16から遮断す
る。そして、この状態で、ゲートスリーブ22の内部が
溶湯通路18tと連通し、溶湯通路18tから導かれた
溶湯がゲートスリーブ22の内部に溜められるようにな
る。また、前記ゲートスリーブ22の先端部22sの外
径は、上型12の小径開孔12aの内径にほぼ等しく設
定されており、前記小径開孔12aの内部を上下方向に
摺動できるようになっている。なお、前記先端部22s
の外周面と前記小径開孔12aとの間には、Oリング1
2rが設けられており、ゲートスリーブ22と上型12
との間の気密性が確保されている。さらに、ゲートスリ
ーブ22の上部外周面には鍔22fが固定されており、
この鍔22fが上型12の段差12dの上に固定された
移動シリンダ24に収納されて、この移動シリンダ24
の内部をピストンロッドのように軸方向に移動できるよ
うになっている。この構造によって、前記移動シリンダ
24が作動されると、前記ゲートスリーブ22は小径開
孔12a内を上下方向に摺動して、前記ストーク18か
ら前記キャビティ16に至る溶湯通路18tを開閉す
る。即ち、前記ゲートスリーブ22が本発明のゲート部
材に相当し、そのゲートスリーブ22の内部が本発明の
溶湯リザーバに相当する。
【0009】前記ゲートスリーブ22の内部、即ち、溶
湯リザーバに挿入される挿入部材26は円柱形をしてお
り、その外周面とゲートスリーブ22の内壁面の間には
シール材26rが配設されている。ここで前記挿入部材
26は、図示されていない昇降装置に連結されており、
この昇降装置が作動することにより、その挿入部材26
はゲートスリーブ22の内部を上下方向に摺動できるよ
うになっている。また、前記挿入部材26の内部には、
ゲートスリーブ22内の空気を外部に排出するための排
気通路26hが軸方向に形成されており、この排気通路
26hの端部(上端)に大気開放弁26zが接続されて
いる。そして、前記大気開放弁26zが制御盤28から
信号により開放されると、ゲートスリーブ22の内部が
外部と連通する。逆に、前記大気開放弁26zが閉鎖さ
れた状態でゲートスリーブ22の内部が気密状態に保持
される。さらに、前記挿入部材26の先端には、一対の
溶湯検出用の電極26eが所定寸法だけ突出した状態で
固定されており、各電極26eから導かれた配線が前記
制御盤28の制御回路(図示されていない)に接続され
ている。ここで、前記制御回路は、両電極26eの間が
溶湯によって電気的に接続されると、前記昇降装置を停
止させる信号を出力する。
【0010】前記上型12と下型14との係合により形
成されたキャビティ16は、上型12と下型14との見
切り面に生じた隙間13を介し、上型12の内部に形成
された減圧通路12e、内部空間12kと連通してい
る。さらに、前記内部空間12kは減圧口12f、真空
配管(図示されていない)を介して真空ポンプ(図示さ
れていない)に接続されている。なお、前記キャビティ
16の気密性を確保するために、上型12と下型14と
の見切り面の縁部分には耐熱ゴム製のOリング13aが
設けられている。この構造により、前記ゲートスリーブ
22がキャビティ16の湯口部16aを閉鎖した状態で
前記真空ポンプが動作すると、キャビティ16の内部が
規定の減圧度にまで減圧される。さらに、前記上型12
の内部空間12kには、鋳造後に製品を上型12から外
すための押し出し機構15が組み込まれている。
【0011】前記金型10の下方には、溶湯を貯留する
気密炉19が設置されている。前記気密炉19は、気密
容器19cと、この気密容器19cの内部で溶湯を貯留
する貯湯槽19rとから構成されており、前記気密容器
19cに加圧装置(図示されていない)からの配管19
pが接続されている。そして、前記気密炉19に対して
前記金型10が予め決められたようにセットされた状態
で、前記ストーク18の先端は貯湯槽19rに溜められ
た溶湯に浸漬される。さらに、この状態で、前記加圧装
置から高圧気体が配管19pを介して気密炉19に供給
されると、貯湯槽19r内の溶湯には気体の圧力が加わ
り、溶湯の一部は貯湯槽19rからストーク18および
ゲートスリーブ22の内部にまで押し上げられる。ここ
で、前記気体の圧力は、溶湯を押し上げる高さに基づい
て設定される。
【0012】次に、図2を参照してこの真空鋳造装置の
動作を説明する。先ず、金型10が型締めされて、その
金型10が気密炉19にセットされる。この時、前記キ
ャビティ16の湯口部16aは、図2(a)に示される
ように、ゲート機構20のゲートスリーブ22によって
閉鎖されている。また、挿入部材26の大気開放弁26
zは開放されており、ゲートスリーブ22の内部は大気
に開放されている。次に、気密炉19内が加圧装置によ
って加圧されて、貯湯槽19rに貯留されている溶湯が
ストーク18を通ってゲートスリーブ22の内部にまで
押し上げられる。そして、所定レベルまで溶湯が到達し
た状態で気密炉19内の圧力が一定に保持される。ここ
で、溶湯をゲートスリーブ22の内部に導く際には、そ
のゲートスリーブ22の内部が大気開放弁26zによっ
て大気に開放されるため、内部の空気が良好に排出され
て、溶湯がスムーズにゲートスリーブ22に供給され
る。また、気密炉19内の加圧とほぼ同時に、前記キャ
ビティ16の内部が真空ポンプにより減圧される。ここ
で、キャビティ16の内部が減圧される際に、ストーク
18とゲートスリーブ22の内部には溶湯が満たされて
いるために、ストーク18の上端面とゲートスリーブ2
2の先端面との間に生じた微小隙間が溶湯でシールさ
れ、前記キャビティ16の内部の減圧度が向上する。
【0013】次に、昇降装置が作動されて、挿入部材2
6がゲートスリーブ22の内部を下降する。そして、挿
入部材26の先端に固定された両電極26eが、図2
(b)に示されるように、溶湯に浸漬されると、両電極
26eの間が電気的に接続されて、前記制御盤28は昇
降装置を停止させる信号を出力する。これによって、挿
入部材26は、その先端の両電極26eが溶湯に浸漬さ
れた位置に保持される。そして、この状態で、挿入部材
26の大気開放弁26zが閉鎖されることにより、ゲー
トスリーブ22の内部が最小の空間で気密状態に保持さ
れる。このようにして、キャビティ16の内部圧力が所
定の減圧度にまで達すると、駆動シリンダ24が作動さ
れてゲートスリーブ22が上昇し、図2(c)に示され
るように、前記キャビティ16の湯口部16aが開放さ
れる。これによって、ストーク18およびゲートスリー
ブ22に溜められていた溶湯が前記キャビティ16の内
部に吸引されながら流入する。この時、溶湯の流動に伴
う圧損分だけゲートスリーブ22内の湯面が低下しよう
とするが、ゲートスリーブ22の内部が気密状態に保持
されており、さらに、内部空間の容積も最小に保持され
ているため、湯面の低下が抑制される。このため、ゲー
トスリーブ22内の湯面を従来の鋳造方法のように高く
しなくても、キャビティ16にゲートスリーブ22内の
空気等が巻き込まれることはない。
【0014】このようにしてキャビティ16の内部に溶
湯62が充填されると、再び駆動シリンダ24が作動さ
れてゲートスリーブ22が下降し、キャビティ16の湯
口部16aが再び閉鎖される。次に、挿入部材26の大
気開放弁26zが開放されて、ゲートスリーブ22の内
部が大気に開放され、ゲートスリーブ22およびストー
ク18に溜められていた溶湯が貯湯槽19rに戻され
る。なお、本実施例においては、湯面の検出に電極26
eを使用したが電磁式や静電容量式等の手段を採用する
ことも可能である。
【0015】図3は、本発明の第二実施例に係る真空鋳
造装置の要部断面図、図4は、前記真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。本実施例に係る真空鋳造装置
は、第一実施例に係る真空鋳造装置にストローク設定器
29を増設し、ゲートスリーブ22に対する挿入部材2
6の挿入量を、常に、一定にできるようにしたものであ
る。したがって、その他の構造は第一実施例に係る真空
鋳造装置の構造と同様である。前記ストローク設定器2
9は、上型12の規定位置に設置された近接スイッチ2
9kと、挿入部材26の上端部に固定された作動突起2
9xとから構成されており、前記近接スイッチ29kの
動作信号が制御盤28の制御回路(図示されていない)
に入力される。
【0016】次に、図4を参照して本実施例に係る真空
鋳造装置の動作を説明する。先ず、金型10が型締めさ
れて、その金型10が気密炉19に予め決められたよう
にセットされる。この時、前記キャビティ16の湯口部
16aは、図4(a)に示されるように、ゲート機構2
0のゲートスリーブ22によって閉鎖されている。ま
た、挿入部材26の大気開放弁26zは開放されてお
り、ゲートスリーブ22の内部は外部と連通している。
次に、気密炉19内が加圧装置によって加圧されて、貯
湯槽19rに貯留されている溶湯がストーク18を通っ
てゲートスリーブ22の内部にまで押し上げられる。そ
して、所定レベルまで溶湯が到達した状態で気密炉19
内の圧力が一定に保持される。また、気密炉19内の加
圧とほぼ同時に、前記キャビティ16の内部が真空ポン
プにより減圧される。ここで、キャビティ16の内部が
減圧される際に、ストーク18とゲートスリーブ22の
内部には溶湯が満たされているために、ストーク18の
上端面とゲートスリーブ22の先端面との間に生じた微
小隙間が溶湯でシールされ、前記キャビティ16の内部
の減圧度が向上する。
【0017】次に、昇降装置が作動されて、挿入部材2
6は、その上端部に固定された作動突起29xが近接ス
イッチ29kよりも低くなる位置までゲートスリーブ2
2内を下降する。そして、図4(b)に示されるよう
に、前記挿入部材26の両電極26eが溶湯に浸漬され
る位置で昇降装置が停止し、挿入部材26はその位置に
保持される。さらに、この状態で、挿入部材26の大気
開放弁26zが閉鎖されて、ゲートスリーブ22の内部
が気密状態に保たれる。次に、再び昇降装置が作動され
て、図4(c)に示されるように、前記挿入部材26は
その作動突起29xが近接スイッチ29kと等しい高さ
になるまで上昇する。ここで、挿入部材26の大気開放
弁26zは閉鎖されているために、湯面は挿入部材26
の上昇に引かれて上昇し、所定位置に保持される。次
に、ゲート機構20の駆動シリンダ24が作動されてゲ
ートスリーブ22が上昇し、前記キャビティ16の湯口
部16aが開放される。これによって、ストーク18お
よびゲートスリーブ22に溜められていた溶湯が前記キ
ャビティ16の内部に流入する。このように本実施例に
よると、第一実施例に示された真空鋳造法と同様な効果
が得られるとともに、ゲートスリーブ22の内部の湯面
を希望する位置に設定することができる。このため、前
記気密炉19内の加圧制御の精度を厳密に行う必要がな
くなる。なお、本実施例のストローク設定器29には近
接スイッチ29kが使用されたが、挿入部材26の位置
を計測する方法でも可能なことはいうまでもない。
【0018】図5は、本発明の第三実施例に係る真空鋳
造装置の要部断面図、図6は、前記真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。本実施例に係る真空鋳造装置
は、第一、第二実施例に係る真空鋳造装置のゲート機構
20の構造を改造したものである。本実施例に係る真空
鋳造装置のゲート機構30は、円筒形のゲートスリーブ
32と、このゲートスリーブ32を軸方向に移動させる
ための移動シリンダ(図示されていない)、および前記
ゲートスリーブ32の内部に挿入されている円柱形の栓
部材36とから構成されている。前記ゲートスリーブ3
2は、その外径が上型12の開孔12aの内径にほぼ等
しく設定されており、前記開孔12aの内部を上下方向
に摺動できるようになっている。そして、図5に示され
るように、ゲートスリーブ32が下限位置でその先端面
がストーク18の上端面と全体的に当接することによ
り、前記ストーク18の内部の溶湯通路18tがキャビ
ティ16から遮断される。なお、ゲートスリーブ32の
外周面と前記開孔12aとの間には、Oリング12rが
設けられており、ゲートスリーブ32と上型12との間
のシールが確保されている。
【0019】前記ゲートスリーブ32に挿入される栓部
材36は円柱形をした部材であり、その下側の中央に円
錐面を有する凹部36hが形成されている。さらに、円
錐の頂点に相当する凹部36hの中心には、外部に連通
する貫通孔(図示されていない)が形成されており、こ
の貫通孔に押し出しピン36pが挿通されている。ま
た、前記栓部材36は、図示されていない固定装置に取
り付けられており、所定の高さに位置決めされている。
したがって、前記ゲートスリーブ32が上型12の開孔
12aの内部を上下方向に摺動すると、前記栓部材36
はゲートスリーブ32に対して上下方向に相対移動をす
る。なお、前記栓部材36の外周面とゲートスリーブ3
2の内壁面の間にはシール材36rが配設されており、
両者36,32間のシールが確保されている。即ち、前
記栓部材36の貫通孔が本発明の排気通路に相当する。
【0020】次に、図6を参照して本実施例に係る真空
鋳造装置の動作を説明する。先ず、金型10が型締めさ
れて、その金型10が気密炉19に予め決められたよう
にセットされる。この時、前記キャビティ16の湯口部
16aはゲート機構30のゲートスリーブ32によって
閉鎖されている。また、ゲートスリーブ32の内部は栓
部材36の貫通孔により大気に開放されている。次に、
気密炉19内が加圧装置によって加圧される。これによ
って、貯湯槽19rに貯留されている溶湯がストーク1
8を通ってゲートスリーブ32の内部にまで押し上げら
れ、図6(a)に示されるように、栓部材36の凹部3
6hの位置まで溶湯が到達する。そして、この状態で、
気密炉19内の圧力が一定に保持される。さらに、前記
栓部材36に接触した溶湯はこの栓部材36によって冷
却される。また、前記気密炉19内の加圧とほぼ同時
に、前記キャビティ16の内部が真空ポンプにより減圧
される。ここで、キャビティ16の内部が減圧される際
に、ストーク18とゲートスリーブ32の内部には溶湯
が満たされているために、ストーク18の上端面とゲー
トスリーブ32の先端面との間に生じた微小隙間が溶湯
でシールされ、前記キャビティ16の内部の減圧度が向
上する。
【0021】このようにして、キャビティ16の内部が
所定の減圧度まで減圧され、さらに、図6(b)に示さ
れるように、栓部材36の近傍の溶湯が凝固して栓部材
36の貫通孔が塞がれた状態で、ゲートスリーブ32が
上昇して前記キャビティ16の湯口部16aが開放され
る。これによって、ストーク18およびゲートスリーブ
22に溜められていた溶湯が前記キャビティ16の内部
に流入する。このように、溶湯が前記キャビティ16の
内部に流入する際に、ゲートスリーブ32内は溶湯の凝
固層によって気密状態に保持されているために、液面の
低下がほとんどない。また、湯面に浮遊する泡や不純物
等も溶湯と共に凝固するために、不純物等が溶湯の流れ
に巻き込まれることがない。このようにして、キャビテ
ィ16の内部の溶湯が凝固すると、図6(c)に示され
るように、型開きが行われて製品が取り出される。さら
に、ゲートスリーブ32の内部に残留した凝固層は押し
出しピン36pによって押し出されて除去される。
【0022】本実施例の場合、前記栓部材36に強制冷
却手段を設けることで、より良好な効果を得ることがで
きる。さらに、図7に示されるように、押し出しピン3
6pを栓部材36から突き出してセットすることで、凝
固層を安定して生成させることができ、また、キャビテ
ィ16に溶湯が流入する際に、ゲートスリーブ32内の
凝固層が栓部材36の凹部36hから外れ難くなる。
【0023】図8は、本発明の第四実施例に係る真空鋳
造装置の要部断面図を表している。本実施例に係る真空
鋳造装置は、キャビティ16に溶湯が流れ込むタイミン
グで、気密炉19の内部圧力を瞬間的に上昇させて、ゲ
ートチップ46(第一実施例〜第三実施例のゲートスリ
ーブ22に相当する)内の湯面を上昇させるようにし、
湯面低下を抑制しようとするものである。前記真空鋳造
装置は上型12と下型14とから構成される金型10を
備えており、その上型12と下型14とが係合された状
態で前記金型10の内部には中央にキャビティ16が形
成される。さらに前記キャビティ16には、その中央に
溶湯の供給口である湯口部16aが設けられており、こ
の湯口部16aが後記するゲートチップ46およびシャ
ットピン47によって開閉される。前記下型14の中央
には縦方向に溶湯通路114kが形成されており、その
下型14が定盤15の上に載置された状態で、前記溶湯
通路114kの下端には予め定盤15にセットされたス
トーク18が接続される。
【0024】一方、前記上型12の中央には、縦方向に
開孔12aが形成されており、前記開孔12aにゲート
機構40のゲートチップ46が収納されている。前記ゲ
ートチップ46は上面に蓋が設けられた円筒形の部材で
あり、その外径が上型12の開孔12aの内径とほぼ等
しく、また、その内径が下型14の溶湯通路114kの
径とほぼ等しく設定されている。さらに、前記ゲートチ
ップ46は、図示されていない昇降機構に連結されてお
り、その昇降機構の作動により前記開孔12aの内部を
上下方向に摺動できるようになっている。そして、前記
ゲートチップ46が下限位置にある状態で、そのゲート
チップ46の先端面が前記下型14の表面と溶湯通路1
14kを囲んだ状態で当接し、前記溶湯通路114kが
キャビティ16から遮断される。前記ゲートチップ46
の上面の蓋の部分には排気通路46tが形成されてお
り、この排気通路46tの端部に大気開放弁(図示され
ていない)が接続されている。これによって、大気開放
弁が開放されるとゲートチップ46の内部は外部と連通
する。逆に、大気開放弁が閉鎖されるとゲートチップ4
6の内部は気密状態に保持される。さらに、前記排気通
路46tには、ゲートチップ46の内部圧力を検出する
ためのチップ内圧センサ46pが設けられており、この
チップ内圧センサ46pの出力信号が制御盤28の制御
回路に入力される。
【0025】前記上型12と下型14との係合により形
成されたキャビティ16は、上型12と下型14との見
切り面に生じた隙間13を介し、上型12の内部に形成
された減圧通路12e、内部空間12kと連通してい
る。さらに、前記内部空間12kは減圧口12f、真空
配管(図示されていない)を介して真空ポンプ(図示さ
れていない)に接続されている。この構造により、前記
ゲートチップ46がキャビティ16の湯口部16aを閉
鎖した状態で前記真空ポンプが動作すると、キャビティ
16の内部が規定の減圧度にまで減圧される。
【0026】前記金型10を載置する定盤15の下方に
は、溶湯を貯留する気密炉19が設置されている。前記
気密炉19は、気密容器19cと、この気密容器19c
の内部で溶湯を貯留する貯湯槽19rとから構成されて
おり、前記気密容器19cに加圧装置(図示されていな
い)からの配管19pが接続されている。前記気密炉1
9に対して前記定盤15がセットされると、前記気密炉
19は密閉状態に保持される。さらに、前記ストーク1
8の先端は貯湯槽19rの溶湯に浸漬される。そして、
前記加圧装置から高圧気体が配管19pを介して気密炉
19に供給されることにより、貯湯槽19r内の溶湯に
は気体の圧力が加わり、溶湯の一部は貯湯槽19rから
ストーク18、溶湯通路114kおよびゲートチップ4
6の内部に押し上げられる。ここで、気密炉19には内
部圧力を検出するための炉内圧センサ49が設けられて
おり、前記炉内圧センサ49の出力信号が制御盤28の
制御回路に入力される。
【0027】次に、前記真空鋳造装置の動作を説明す
る。先ず、金型10が型締めされて、その金型10と定
盤15とが気密炉19に対してセットされる。この時、
前記キャビティ16の湯口部16aはゲートチップ46
によって閉鎖されている。さらに、前記ゲートチップ4
6の排気通路46tに設けられた大気開放弁は開放され
て、ゲートチップ46の内部は外部と連通している。次
に、気密炉19内が加圧装置によって加圧されて、貯湯
槽19rに貯留されている溶湯がストーク18を通って
ゲートチップ46の内部にまで押し上げられる。ここ
で、前記ゲートチップ46の内部の湯面高さXは、 X=〔鋳込み容積〕÷〔ゲートチップの溶湯貯留部の断
面積〕+Y の値に設定される。ここでYの値は、ゲートチップ46
の内部の空気が巻き込まないために必要な最小レベル
( 50mm )から、鋳造サイクルが伸びず、また、湯温が
大きく低下しない範囲の最大レベル( 150mm)の間で選
択される。また、気密炉19内の加圧とほぼ同時に、前
記キャビティ16の内部が真空ポンプにより減圧され
る。ここで、キャビティ16の内部が減圧される際に、
ストーク18、溶湯通路114kおよびゲートチップ4
6の内部には溶湯が満たされているために、下型14の
表面とゲートチップ46の先端面との間に生じた微小隙
間が溶湯でシールされ、前記キャビティ16の内部の減
圧度が向上する。
【0028】次に、ゲートチップ46の排気通路46t
に接続されている大気開放弁が閉鎖されて、前記ゲート
チップ46の内部が気密状態に保持される。そして、こ
の状態で、昇降機構が作動されてゲートチップ46が上
昇し、キャビティ16の湯口部16aが開放される。こ
れによって、ストーク18およびゲートチップ46に溜
められていた溶湯が前記キャビティ16の内部に流入す
る。この時、ゲートチップ46の上昇に同期して、図9
(b)のK点に示されるように、前記気密炉19の内部
圧力が瞬間的に上昇するために、ゲートチップ46内の
湯面の低下が抑制される。このため、図9(a)に示さ
れるように、ゲートチップ46の内部では、溶湯が前記
キャビティ16の内部に流入する際の圧力変化がほとん
ど生じない。
【0029】
【発明の効果】本発明によると、溶湯がキャビティ内に
流入する際、溶湯リザーバ内の湯面低下が抑制されるた
め、溶湯リザーバに溜めておく溶湯量を従来よりも少な
くできる。このため鋳造サイクルを短くでき、また、鋳
造前の湯温低下も抑制される。さらに、ゲート部材を高
くする必要もなくなり、真空鋳造装置がコンパクト化す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。
【図2】本発明の第一実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。
【図3】本発明の第二実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。
【図4】本発明の第二実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。
【図5】本発明の第三実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。
【図6】本発明の第三実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。
【図7】本発明の第三実施例に係る真空鋳造装置の作動
状況を表す断面図である。
【図8】本発明の第四実施例に係る真空鋳造装置の要部
断面図である。
【図9】ゲートチップ内の圧力変化と気密炉内の圧力変
化を表すグラフである。
【図10】従来の真空鋳造装置の要部断面図である。
【符号の説明】
10 金型(鋳型) 12 上型 14 下型 16 キャビティ 16a 湯口部 18 ストーク 18t 溶湯通路 19 気密炉 22 ゲートスリーブ(ゲート部材) ゲートスリーブの内部(溶湯リザーバ) 26 挿入部材 26h 排気通路 26z 大気開放弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 魚住 稔 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−198969(JP,A) 特開 平5−192759(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 18/06

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
    ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
    湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
    て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
    ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
    た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
    記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
    溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造法におい
    て、 前記貯湯槽から溶湯通路を介して前記溶湯リザーバに溶
    湯を導く際には、その溶湯リザーバの内部を大気開放
    し、また、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して
    溶湯を前記キャビティに流入させる際には、その溶湯リ
    ザーバの内部を気密状態に保持することを特徴とする真
    空鋳造法。
  2. 【請求項2】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
    ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
    湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
    て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
    ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
    た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
    記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
    溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置におい
    て、 前記溶湯リザーバの内部と外部とを連通させる排気通路
    と、 前記排気通路を開閉する大気開放弁と、 を有することを特徴とする真空鋳造装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載された真空鋳造法におい
    て、 前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよ
    りも高い位置に保持した状態で、その溶湯リザーバの上
    部に収納された挿入部材を下降させ、湯面より上の空間
    容積を減少させた後、前記溶湯リザーバの内部を気密状
    態に保持することを特徴とする真空鋳造法。
  4. 【請求項4】請求項1に記載された真空鋳造法におい
    て、 前記溶湯リザーバ内の湯面を所定のレベルに保持した状
    態で、その溶湯リザーバの上部に収納された挿入部材を
    下降させて、湯面より上の空間容積を減少させた後、前
    記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持し、さらに、前
    記挿入部材を上昇させて、湯面を前記キャビティのレベ
    ルよりも高くなる位置まで引き上げることを特徴とする
    真空鋳造法。
  5. 【請求項5】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
    ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
    湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
    て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
    ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
    た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
    記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
    溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置におい
    て、 前記溶湯リザーバに対して上方からシールされた状態で
    挿入されて、その溶湯リザーバの内部を上下方向に摺動
    できる挿入部材と、 前記挿入部材の内部に形成されて、前記溶湯リザーバの
    内部と外部とを連通させる排気通路と、 前記排気通路を開閉する大気開放弁と、 を有することを特徴とする真空鋳造装置。
  6. 【請求項6】請求項1に記載された真空鋳造法におい
    て、 前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベルよ
    りも高くなる位置に保持した状態で、その湯面近傍の溶
    湯を凝固させ、この凝固層によって排気通路を塞ぐこと
    により、前記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する
    ことを特徴とする真空鋳造法。
  7. 【請求項7】請求項6に記載された真空鋳造法におい
    て、 前記溶湯リザーバの内部で、かつ、前記キャビティのレ
    ベルよりも高い所定位置に位置決めされている栓部材に
    接触するまで、湯面を上昇させる工程と、 湯面近傍の溶湯を前記栓部材によって冷却して凝固させ
    ることにより、前記栓部材に形成されている排気通路を
    塞ぎ、前記溶湯リザーバの内部を気密状態に保持する工
    程と、 を有することを特徴とする真空鋳造法。
  8. 【請求項8】鋳型内に形成されたキャビティの湯口部を
    ゲート部材で閉鎖し、溶湯通路に連通して設けられた溶
    湯リザーバに貯湯槽内の溶湯をその溶湯通路により導い
    て、前記溶湯リザーバ内の湯面を前記キャビティのレベ
    ルよりも高くし、前記キャビティ内が所定減圧度に達し
    た後に、前記ゲート部材により前記湯口部を開放して前
    記溶湯通路および前記溶湯リザーバ内に溜められている
    溶湯を前記キャビティに流入させる真空鋳造装置におい
    て、 前記溶湯リザーバの内部に収納された状態で、前記キャ
    ビティのレベルよりも高い所定位置に位置決めされてい
    る栓部材と、 前記栓部材の内部に形成されて、前記溶湯リザーバの内
    部と外部とを連通させる排気通路と、 を有することを特徴とする真空鋳造装置。
  9. 【請求項9】請求項1に記載された真空鋳造法におい
    て、 前記貯湯槽から溶湯通路を介して前記溶湯リザーバに供
    給された溶湯の湯面のレベルを、前記湯口部の高さより
    も〔鋳込み容積〕÷〔溶湯リザーバの断面積〕+(50mm
    〜150mm) だけ高くすることを特徴とする真空鋳造法。
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