JP3696283B2 - 鋳造成形における余剰材の切り離し方法と該方法に用いる鋳造装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、鋳造成形されたワークに連続する不要な余剰材をワークから切り離す方法と、これに用いる鋳造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鋳造装置から取出したワークには、鋳造材料が湯口や湯道で凝固した不要な余剰材が一体につながっているため、例えば特開平5−57423号公報に示される切り離し方法と装置とが提案されている。
この技術は、鋳造成形したワークを載置するパレットと、該パレットを移送する環状の搬送路と、該搬送路中に配設されるカッターとを備え、複数のパレットを搬送路にてカッターへ順次移送して、パレット上のワークから余剰材をカッターにて連続的に効率よく切り落しできるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の切断は、鋳造工程ののちに、別途の切断工程で専用の切断装置を用いて行なわれるため、作業が繁雑で仕掛りコストやランニングコストが高いものとなり、また切断装置がかなり大掛りとなって多大なスペースを専有するなどの不具合がある。
【0004】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、別途の切断工程を省略して、作業性と経済性とに優れた余剰材の切り離し方法と、この方法に用いる鋳造装置とを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の余剰材の切り離し方法は、固定型及び可動型とからなる成形型の型閉じによって成形型内にキャビティを画成するとともに該キャビティの上部に固定型と可動型の上面へ開口する湯口を連設し、該湯口を通して溶融した鋳造材料を前記キャビティへ注湯して前記湯口の開口部まで充填し、該湯口に充填された鋳造材料の温度を温度測定器にて測定し、前記キャビティ内に成形されるワークと該ワークに連続する余剰材との境界部を、鋳造材料の半凝固状態で成形型に設けたカッターにて切断することを特徴とし、より具体的には、注湯ステップ、冷却ステップ、切断ステップ、離型ステップ、取出しステップ、型閉じステップからなり、前記注湯ステップでは、前記固定型と前記可動型とが閉じ合わせ状態にあるとともに、前記カッターとカッター受とが、カッターの半円形状の切刃とカッター受の半円形状の歯受部とが前記連接部で突き合わせされて切刃と歯受部とが連接部の円形の周壁を構成しており、前記閉じ合わせが制御装置で確認されると、該制御装置の指令によって溶融した鋳造材料が注湯機から前記湯口を通して前記キャビティへ注湯されて行き、湯口の開口部まで充填され、前記温度測定器により湯口内の鋳造材料の温度を測定し、前記冷却ステップでは、温度測定器によって連接部近傍である湯口内の鋳造材料の温度を継続的に測定し、この温度測定によって連接部内の鋳造材料温度を推し測り、連接部内の鋳造材料が半凝固域のうちの切断に適した所望の固さになったことを確認し、前記切断ステップでは、制御装置からの指令によってカッターを、前記境界部の直径分のストロークスライドさせて境界部を切断し、前記ワークと前記余剰材とを上下に分離するとともに、カッター受をカッターのスライドによって押し込み、前記離型ステップでは、固定型側の突出しピンと前記カッターとを前記スライド方向と同方向にスライドさせ、可動型側では、可動型と可動型側の突出しピンとを、固定型側の突出しピン及びカッターと同期させながら前記スライド方向と同方向にスライドさせ、固定型側の突出しピンにより、上下に切断されたワークと余剰材とを固定型から突き離して、ワークと余剰材とを可動型と一体に固定型から引き離し、前記取出しステップでは、可動型側の突出しピンを相対的に前記スライド方向と反対方向へスライドさせ、ワークと余剰材とを可動型から突き離し、可動型からワークと余剰材とを取出し、前記型閉じステップでは、取出し後の固定型と可動型とのキャビティや湯口を構成する凹部を清掃して離型剤を塗布したのち、固定型と前記可動型とを閉じ合わせるとともに、カッターの切刃とカッター受の歯受部とを連接部で突き合わせることを特徴としている。
【0006】
また、上述の方法に用いる本発明の鋳造装置は、固定型及び可動型との型閉じ時に成形型内に画成されるキャビティと、該キャビティの上部に連設部を介して連設する固定型と可動型の上面へ開口する湯口と、該湯口に充填された鋳造材料の温度を測定する温度測定器と、該温度測定器による測定により湯口に充填された鋳造材料が半凝固状態であることが確認された場合に、前記キャビティ内に注湯されて成形されるワークと該ワークに連続する前記湯口内の余剰材とをワークと余剰材との境界部で切断する、成形型に設けたカッターとを備えることを特徴とし、より具体的には、前記型閉じ時に半円形状の切刃と半円形状の歯受部とを突き合わせて前記連接部の円形の周壁を構成するとともにワークと余剰材とを境界部で切断する時にスライドする前記カッター及びカッター受けと、離型時に、上下に切断されたワークと余剰材とを固定型から突き離す固定型側の突出しピンと、取出し時に、切断されたワークと余剰材とを可動型から突き離して可動型から取出す可動型側の突出しピンとを設けたことを特徴としている。
【0007】
【作用】
ワークと余剰材との境界部の切断は、成形工程中に手順のひとつとして行なわれるので、専用の切断装置を用いた切断工程が不要となる。複数のワークを同時に一体成形する場合には、ワーク間をつなぐ湯道内の余剰材の境界部も切断するとよい。カッターによる切断中は、成形型が治具の代りとなってワークをガタ付きなく保持する。また、鋳造材料が完全凝固する前の溶融部分と凝固部分とが混在した半凝固域で切断すると、鋳造材料の組織が軟らかく応力が小さいためにカッターや動力源にかかる負荷が少なくて済み、切断時間が短縮されると共にワークの切断面も綺麗に仕上がる。
【0008】
鋳造材料の半凝固域は材料成分によって異なり、この材料成分が純金属,鉄及び合金の場合の半凝固域を、図14乃至図16で説明する。図14に熱分析曲線図で示す純金属では、高温の点aと低温の点bとの間に純金属の融点となる凝固温度Pがあり、この凝固温度Pは純金属の潜熱によって始点cから終点dまでの一定時間保持されることが示されており、純金属は、凝固温度P以上で溶融状態に、また凝固温度P以下で凝固状態となり、凝固が始まる始点cから凝固を完了する終点dの間が、固液の共存する半凝固域となる。
【0009】
図15は鉄−炭素の平衡状態図を、また図16はアルミニウム−シリコン合金の平衡状態図をそれぞれ示し、鉄またはアルミニウム−シリコン合金の鋳造材料は、液相線よりも高い温度域で溶融状態に、また固相線よりも低い温度域で凝固状態となり、液相線と固相線とに挟まれた斜線部分が、固液の共存する半凝固域となる。鋳造材料の半凝固域は、上述の三例から、材料成分によって範囲が異なることが分る。また半凝固域のうち、凝固温度の始点側や半凝固域の高温側では、鋳造材料が流動的で軟らかく、凝固温度の終点側や半凝固域の低温側では、鋳造材料が凝固に近い固いものとなる。従って、半凝固域での境界部の切断は、鋳造材料に合わせて、切断に好ましい所望の固さを選択して行なわれる。
【0010】
半凝固域における所望の固さは、成形型に温度測定器を取付けて鋳造材料を直接測定することによって容易に掌握することができ、ワークと余剰材とを負荷の少ない状態で確実に切り離しできるようになる。
【0011】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図1乃至図13に基づいて説明する。図中、図1〜図10は鋳造装置を用いた鋳造ステップ図、図11は図1の要部拡大図、図12はカッター及びカッター受の斜視図、図13は成形されたワークの平面図である。また、図1〜図10に示す鋳造ステップのうち、図1は注湯ステップの断面正面図、図2は図1のII−II断面図、図3は切断ステップの断面正面図、図4は図3のIV−IV断面図、図5は離型ステップの断面正面図、図6は図5のVI−VI断面図、図7は取出しステップの断面正面図、図8は図7のVIII−VIII断面図、図9は型閉じステップの断面正面図、図10は図9のX−X断面図である。
【0012】
鋳造装置1は、固定型2及び可動型3とからなる成形型4と、該成形型4の型閉じによって固定型2及び可動型3の凹みを突き合わせして画成されるキャビティ5と、成型後のワーク6をキャビティ5から取出しするための複数の突出しピン7,8と、固定型2及び可動型3を閉じ合わせする際に、これら突出しピン7,8を初期位置へリセットするための戻しピン9,10と、成型後のワーク6から不要な余剰材11を切り離しするための板状のカッター12及びカッター受13と、可動型3側の後退限を規制する当て板14と、鋳造材料の温度を測定する温度測定器15と、駆動源となる流体シリンダ等のアクチュエータ16,17及びこれらを全体的に制御する制御装置18とを持っている。
【0013】
キャビティ5の上部には、固定型2と可動型3の上面へ開口するホッパ状の湯口19が連設され、鋳造材料を高温に溶融した溶湯が、この湯口19を通してキャビティ5へ供給されて行く。固定型2には、上述の温度測定器15が湯口19のテーパ面へ突出して設けられており、湯口19に充填される鋳造材料の温度をこの温度測定器15にて測定するようにしている。
【0014】
固定型2と可動型3の上下部には、押出しピン7,8とカッター12及びカッター受13とが、それぞれ対となって横方向に対向して内挿され、またキャビティ5を挟んだ両側には、それぞれ対でなる戻しピン9,10が位相をズラせて横方向に内挿されている。突出しピン7,8は、先端7a,8aをキャビティ5や湯口19へ面一に臨ませて配設され、また戻しピン9,10は、先端9a,10aを他方の固定型2と可動型3の突合せ面に当接させて配設されており、これらピン7〜10の基端側は、固定型2と可動型3の外側に配設された押出し板20,21に連結されている。
【0015】
カッター12とカッター受13は、固定型2と可動型3にキャビティ5と湯口19との間の連接部22へ開口して設けられた段状のガイド孔2a,3aに収容され、先端の切刃12aと歯受部13aとを連接部22で突き合わせさせている。切刃12aと歯受部13aは、それぞれ連接部22を半切した半円形状に形成されており、上述の突き合わせ時には、ガイド孔2a,3aの開口を塞いで、連接部22の周壁を構成するようになっている。
【0016】
カッター12の基端側は固定型2の外側面へ突出し、更に固定型2側の押出し板20を貫通して、アクチュエータ16の前端に固着された押出し板23に連結されている。またカッター12が、可動型3方向へスライドして湯口19の余剰材11を切り離す際には、先端の切刃12aが可動型3のガイド孔3aへ進入するようになっているが、カッター12が上述の切断以外に固定型2のガイド孔2a内へ位置していると、ガイド孔3aが空隙のままとなって鋳造材料が入り込んでしまうため、ガイド孔3aに上述のカッター受13をスライド可能に設けたもので、このカッター受13は、基端側を可動型3に固定された連結板24から押出し板21の厚さ分を突出させてセットされている。
【0017】
前記当て板14には、可動型3と反対側にアクチュエータ17が伸縮可能に突設されており、可動型3は、このアクチュエータ17に2枚の連結板24,25と複数の連結ボルト26とを介して横方向へ移動可能に連結されている。温度測定器15とアクチュエータ16,17は、別途に配設された制御装置18に連結されており、温度測定器15の温度測定やアクチュエータ16,17の作動のほか、図示しない注湯機がこの制御装置18にて自動制御される。
【0018】
次に、上述のように構成される本実施例の作動を説明する。
図1及び図2の注湯ステップでは、両アクチュエータ16,17が縮小していて、固定型2と可動型3とが閉じ合わせ状態にあり、両型2,3内にキャビティ5が画成される。戻しピン9,10の先端9a,10aは、互いに他方の固定型2と可動型3の突合せ面に当接しており、押出し板20,21を介して連結された突出しピン7,8の先端7a,8aをキャビティ5や湯口19へ面一に臨ませている。
【0019】
カッター12とカッター受13とは、切刃12aと歯受部13aとが連接部22で突き合わせされるように位置しており、切刃12aと歯受部13aとが連接部22の円形の周壁を構成している。固定型2と可動型3との閉じ合わせが制御装置18で確認されると、該制御装置18が注湯機に作動を指令し、溶融した鋳造材料が注湯機から湯口19を通してキャビティ5へ注湯されて行き、湯口19の開口部まで充填される。湯口19に突出させた温度測定器15の先端15aは鋳造材料に浸り、湯口19内の鋳造材料の温度を直接測定する。
【0020】
図1及び図2の注湯ステップから図3及び図4の切断ステップまでの間は、キャビティ5内の鋳造材料がワーク6として凝固するまでの冷却ステップとなる。この冷却ステップ中は、温度測定器15によって連接部22の近傍である湯口19内の鋳造材料の温度が継続的に測定されていて、この温度測定によって連接部22内の鋳造材料温度を推し測り、連接部22内の鋳造材料が半凝固域のうちの切断に適した所望の固さになったことを確認して冷却ステップを終える。この時点でのキャビティ5内のワーク6と、湯口19内の余剰材11と、キャビティ5と湯口19とに挟まれた連接部22内の境界部27とは、いずれも半凝固状態となっている。
【0021】
図3及び図4の切断ステップでは、制御装置18からの指令によって固定型2側のアクチュエータ16が伸長し、先端の押出し板23を介して、カッター12を図3及び図4の右方向へスライドする。カッター12は、カッター受13をガイド孔3aへ押し込みながら、境界部27の直径分のストロークをスライドさせて境界部27を切断し、ワーク6と余剰材11とを上下に分離する。この切断ステップでは、固定型2と可動型3とが治具の役目を担ってカッター12による切断をガタ付きなく保持する。カッター12が境界部27の切断を終えた時点では、固定型2側の2枚の押出し板20,23が略当接状態となっている。
【0022】
図5及び図6に示す離型ステップでは、固定型2側のアクチュエータ16が更に伸長し、2枚の押出し板20,23を介して、突出しピン7,7とカッター12とが図5及び図6の右方向へスライドする。一方可動型3側では、制御装置18からの指令を受けたアクチュエータ17が、突出しピン7,7のスライドと同時に伸長を開始し、可動型3と突出しピン8,8とを、突出しピン7及びカッター12と同期させながら図5及び図6の右方向へスライドして行く。
【0023】
固定型2側の突出しピン7,7は、上下に切断されたワーク6と余剰材11とを固定型2から突き離し、ワーク6と余剰材11とは、アクチュエータ17の伸長に伴って、可動型3と一体に固定型2から引き離されて行く。固定型2側のアクチュエータ16は、2枚の押出し板20,23が、固定型2の外側面へ当接した時点で伸長を停止し、可動型3側では、押出し板21が当て板14に当接して、突出しピン8,8の後退限が規制される。
【0024】
図7及び図8に示す取出しステップでは、可動型3側のアクチュエータ17が伸長を継続し、可動型3が図7及び図8の右方向へ連続移動することにより、突出しピン8,8が相対的に左方向へスライドして、ワーク6と余剰材11とを可動型3から突き離し、可動型3からワーク6と余剰材11とが取出しされる。取出し後の固定型2と可動型3は、キャビティ5や湯口19を構成する凹部をエアブロー等で清掃して離型剤を塗布したのち、上述の成形と逆の手順によって、図9及び図10の型閉じステップに示すように突き合わせされる。
【0025】
図13は、複数のワークを同時に一体成形する場合の他の実施例を示し、これら実施例では鋳造装置を省略している。
【0027】
図13に示す実施例では、6つのワーク40が、成形型の湯口で凝固した棒状の余剰材41,42にて連結されており、各ワーク40は、横方向の余剰材42との境界部43を鋳造装置のカッターによって切断される。
【0028】
尚、カッターによる境界部の切断は、支軸を始点とする回動或いは回転によってもかまわない。またこの切断は、少なくとも、鋳造材料の半凝固域からワークを成形型から取出しするまでの間に行なうことにより、成形工程中に余剰材の切り離しを含むことができるので、別途の切断工程を省略して、作業性と経済性を高めることができる。
【0029】
鋳造材料の半凝固域は、冷却時間を管理して知るようにしてもよいが、本実施例のように、温度測定器を用いることにより、半凝固域のうちの所望の固さで切断することができるようになる。鋳造材料の温度測定は、切断される境界部を直接測定することが好ましいが、境界部の半凝固域は、成形型へ充填された鋳造材料の他の箇所を測定しても知ることができる。
【0030】
【発明の効果】
本発明は以上のように、キャビティで成形されるワークと湯口や湯道で成形される余剰材との境界部を、鋳造材料の半凝固状態からワークを成形型から取出すまでの間に、成形型に設けたカッターで切断することにより、成形工程中に余剰材の切り離しが行なえるので、専用の切断装置を用いた別途の切断工程を省略できて、作業性と経済性とを高められると共に、切断装置の専用スペースが不要となる。またカッターによる切断中は、成形型が治具の代りとなってワークをガタ付きなく保持するので、専用の治具が不要となり、作業性と経済性とを一層高めることができる。
【0031】
更に、カッターによる切断を、鋳造材料が完全凝固する前の溶融部分と凝固部分とが混在する半凝固域で切断すると、鋳造材料の応力が小さいためにカッターや動力源にかかる負荷が少なくて済み、切断時間の短縮が図れると共にカッターや動力源の耐久性を高めることができ、更にワークの切断面も綺麗に仕上げることができる。
【0032】
また、成形型に温度測定器を取付けて、鋳造材料を直接測定することによって、境界部の鋳造材料が半凝固状態となったことを容易に掌握できるので、ワークと余剰材とを負荷の少ない状態で確実に切り離しできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す鋳造装置を用いた注湯ステップの断面正面図
【図2】図1のII−II断面図
【図3】図1,2の注湯ステップに続く切断ステップの断面正面図
【図4】図3のIV−IV断面図
【図5】図3,4の切断ステップに続く離型ステップの断面正面図
【図6】図5のVI−VI断面図
【図7】図5,6の離型ステップにつづく取出しステップの断面正面図
【図8】図7のVIII−VIII断面図
【図9】図7,8の取出しステップに続く型閉じステップの断面正面図
【図10】図9のX−X断面図
【図11】図1の要部拡大図
【図12】図1〜図11の実施例に用いたカッターとカッター受の斜視図
【図13】本発明の他の実施例を示すワークの平面図
【図14】純金属の熱分析曲線図
【図15】鉄−炭素の平衡状態図
【図16】アルミニウム−シリコン合金の平衡状態図
【符号の説明】
1…鋳造装置、2…固定型、2a…カッター12を収容するガイド孔、3…可動型、3a…カッター受13を収容するガイド孔、4…固定型2と可動型3とからなる成形型、5…キャビティ、6…ワーク、7,8…突出しピン、7a,8a…突出しピン7,8の先端、9,10…戻しピン、9a,10a…戻しピン9,10の先端、11…余剰材、12…カッター、12a…カッター12の切刃、13…カッター受、13a…カッター受13の歯受部、14…当て板、15…温度測定器、16,17…アクチュエータ、18…制御装置、19…湯口、20,21,23…押出し板、22…連接部、24,25…連結板、27…カッター12にて切断されるワーク6と余剰材11との境界部、40…ワーク、41,42…余剰材、43…ワーク40と余剰材42との境界部
Claims (4)
- 固定型及び可動型とからなる成形型の型閉じによって成形型内にキャビティを画成するとともに該キャビティの上部に固定型と可動型の上面へ開口する湯口を連設し、該湯口を通して溶融した鋳造材料を前記キャビティへ注湯して前記湯口の開口部まで充填し、該湯口に充填された鋳造材料の温度を温度測定器にて測定し、前記キャビティ内に成形されるワークと該ワークに連続する余剰材との境界部を、鋳造材料の半凝固状態で成形型に設けたカッターにて切断することを特徴とする鋳造成形における余剰材の切り離し方法。
- 注湯ステップ、冷却ステップ、切断ステップ、離型ステップ、取出しステップ、型閉じステップからなり、
前記注湯ステップでは、前記固定型と前記可動型とが閉じ合わせ状態にあるとともに、前記カッターとカッター受とが、カッターの半円形状の切刃とカッター受の半円形状の歯受部とが前記連接部で突き合わせされて切刃と歯受部とが連接部の円形の周壁を構成しており、前記閉じ合わせが制御装置で確認されると、該制御装置の指令によって溶融した鋳造材料が注湯機から前記湯口を通して前記キャビティへ注湯されて行き、湯口の開口部まで充填され、前記温度測定器により湯口内の鋳造材料の温度を測定し、
前記冷却ステップでは、温度測定器によって連接部近傍である湯口内の鋳造材料の温度を継続的に測定し、この温度測定によって連接部内の鋳造材料温度を推し測り、連接部内の鋳造材料が半凝固域のうちの切断に適した所望の固さになったことを確認し、前記切断ステップでは、制御装置からの指令によってカッターを、前記境界部の直径分のストロークスライドさせて境界部を切断し、前記ワークと前記余剰材とを上下に分離するとともに、カッター受をカッターのスライドによって押し込み、
前記離型ステップでは、固定型側の突出しピンと前記カッターとを前記スライド方向と同方向にスライドさせ、可動型側では、可動型と可動型側の突出しピンとを、固定型側の突出しピン及びカッターと同期させながら前記スライド方向と同方向にスライドさせ、固定型側の突出しピンにより、上下に切断されたワークと余剰材とを固定型から突き離して、ワークと余剰材とを可動型と一体に固定型から引き離し、
前記取出しステップでは、可動型側の突出しピンを相対的に前記スライド方向と反対方向へスライドさせ、ワークと余剰材とを可動型から突き離し、可動型からワークと余剰材とを取出し、
前記型閉じステップでは、取出し後の固定型と可動型とのキャビティや湯口を構成する凹部を清掃して離型剤を塗布したのち、固定型と前記可動型とを閉じ合わせるとともに、カッターの切刃とカッター受の歯受部とを連接部で突き合わせることを特徴とする請求項1記載の鋳造成形における余剰材の切り離し方法。 - 固定型及び可動型との型閉じ時に成形型内に画成されるキャビティと、該キャビティの上部に連設部を介して連設する固定型と可動型の上面へ開口する湯口と、該湯口に充填された鋳造材料の温度を測定する温度測定器と、該温度測定器による測定により湯口に充填された鋳造材料が半凝固状態であることが確認された場合に、前記キャビティ内に注湯されて成形されるワークと該ワークに連続する前記湯口内の余剰材とをワークと余剰材との境界部で切断する、成形型に設けたカッターとを備えることを特徴とする鋳造装置。
- 前記型閉じ時に半円形状の切刃と半円形状の歯受部とを突き合わせて前記連接部の円形の周壁を構成するとともにワークと余剰材とを境界部で切断する時にスライドする前記カッター及びカッター受けと、離型時に、上下に切断されたワークと余剰材とを固定型から突き離す固定型側の突出しピンと、取出し時に、切断されたワークと余剰材とを可動型から突き離して可動型から取出す可動型側の突出しピンとを設けたことを特徴とする請求項3記載の鋳造装置。
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