JPS6123566A - 鋳型および鋳造装置 - Google Patents

鋳型および鋳造装置

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JPS6123566A
JPS6123566A JP21278984A JP21278984A JPS6123566A JP S6123566 A JPS6123566 A JP S6123566A JP 21278984 A JP21278984 A JP 21278984A JP 21278984 A JP21278984 A JP 21278984A JP S6123566 A JPS6123566 A JP S6123566A
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runner
cavity
chamber
cavities
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ジヨージ デイー・チヤンドレイ
リチヤード エル・シヤーキイ
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Hitchiner Manufacturing Co Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本出願は同一出願人による1978年10月2日付米国
特許出願第947,621号の一部継続出願であシ、本
願発明は通気性鋳型に於ける金属鋳造に係わる。
米国特許第3,863,706号及び第3,900,0
64号に開示されている技術は既に数年来商業的成功裡
に実用化されているが、発明者は当初採用の予    
   j定であった耐高温セラミック鋳型ではなく低温
結合砂粒タイプの通気性鋳型と前記技術を併用すること
にいくつかの問題がおることを発見した。
この問題は砂粒などの粒子を少量の無機または有機の熱
または化学硬化樹脂などと一緒に結合した例、tばクロ
ニング・タイプのような低温結合砂粒シェルモールドが
セラミック鋳型に比較して製造コストは安いが鋳造空洞
部の内面が比較的柔軟であることと、低温結合材でおる
だけに特に鉄系金属の場合湯の温度以下の温度で急速に
破損することの2つの重大な欠点を持つことから起こる
第1の欠点については上記特許の開示技術に於いて1本
の長い垂直な中央押し湯口に湯を押し上げてから上下に
間隔を保つ湯道を介して複数鋳型空洞部へ流入させるの
に高い真空度が要求され、このような高い真空度条件下
では熔融金属が低温結合砂粒鋳型の柔軟な成形面に進入
して鋳造物の品質を受容し難い程度まで低下させること
が少なくない・ 第2の欠点については、低温結合砂粒鋳型が破損するま
での時間は鉄系金属と併用する際には秒で測る程度であ
シ、上記特許の鋳凰に於いて鋳造物を凝固させるのに必
要な時間は、低温結合砂粒鋳型ならば鋳型空洞部内の熔
融金属が充分に#固するまでに鋳型が破損してしまうよ
うな時間であることが多い。
このような問題があるため、多くの場合、特に鉄系金属
部品の鋳造に際しては上記特許の技術と低温結合砂粒鋳
型を併用することは不可能でsb、従って良質の鋳造物
を得るにははるかに高価なセラミ、り・シェルモールド
を使用せざるを得ない。
そこで本発明の主要目的は、比較的短かい時間サイクル
内に且つ比較的低い真空度で使用でき、金属鋳造を容易
にする新規の非可撓性、自立性。
通気性の低温結合砂粒鋳型及びこれと併用するための装
置を提供することにある。
本発明の別の目的は、相互に離れた鋳造金属部品又は鋳
造金属部品群の自動的な分離を提供することでおる。
本発明の他の目的は、金属部品の従来よシも経済的な鋳
造を可能にする新規の、比較的簡単で安価な、非可撓性
、自立性2通気性の、複数空洞部を有する低温結合砂粒
鋳型、及びこれと併用するための装置を提供することに
ある。
本発明のさらに他の目的は金属鋳造に際して使用し易い
新規の通気性鋳型及びこれを支持する装置を提供するこ
とにある。
本発明の重要な特徴の1つとして発明者は湯道が極めて
細いか、または湯道の一部がIQ、11以下、好ましく
は12.7+w+以下の最大幅または最大直径を有する
1個以上の鋳造空洞部を具備する非可撓性、自立性の低
温結合砂粒鋳型を使用すれば、鋳型に減圧を作用させる
ことによって鋳型空洞部を熔融金属で満たすと、鋳型は
加熱されず、周囲温度下にあるから、比較的狭い湯道部
分内の細い湯が迅速に、但し下方に配置された容器内の
熔融金属によって与えられる熱によって再び融解する前
の短時間であるが凝固することを発見した。
発明者はこのような短時間の湯道凝固を利用すれば鋳型
空洞部内の湯が未だ完全に凝固できなくても狭い湯道部
分内の凝固金属が再び融解し、鋳型空洞部内の湯が再び
容器へ流れ落ちる前に鋳型を下方の容器内湯面から速や
かに引上げることができることを発見した。
1093℃またはそれ以上の温度で鋳造される例えば鉄
系金属のような高融点金属の場合、狭い湯道内に最初の
凝固が起こった後速やかに鋳型を下方の湯面から抜上け
ることによシ、鋳型内に高熱が導入されるのを防止し、
鋳型空洞部内の鋳造物が凝固するに充分な長さに鋳戯の
破損時間が延ひることを発見した。この仁とは鋳造サイ
クル時間を著しく短縮することをも可能にし、これによ
って製造コストが軽減される。
例えば内側寸法が12.7m以下の比較的小さい空洞を
有する鋳型では、鋳型空洞部及び狭い湯道またはその一
部の近傍に於ける熔融金属の充填及び凝固が破損前に鋳
型を抜出せる程度に迅速に行われる。比較的大きい空洞
部の場合、少くとも凝固に収縮が伴なわない金属なら破
損前に鋳型を抜        )上げることができる
ように複数の狭い湯道を採用することで鋳型空洞部への
充填を迅速化すればよい。
凝固に収縮が伴ない、鋳型が破損する前に本発明の狭い
湯道部分を通して充填できない内側寸法が例えば12.
7m以上の大きい鋳型空洞部である場合には1個以上の
垂直湯道と鋳型空洞部との間に行止シ押し湯を採用して
、鋳型を下方の湯面から抜上げた後も行止シ押し湯及び
成形空洞内の金属の少くとも一部が融解状態を持続して
鋳型空洞部へ流入するように構成する。
本発明の複数空洞鋳型を利用する場合、湯道下端が互い
に間隔を保っているから、複数の分離された鋳造金属部
品または部品群が自動的に得られるO 本発明にて使用するような通常の非可撓性、自立性の低
温結合砂粒鋳型の場合、許容最長浸漬時間、すなわち、
湯道の狭窄部分で凝固した金属が再び融解するかまたは
鋳型が破損し始めるまで鋳型を湯面と接触させ得る時間
が主として下方の容器内熔融金属を維持しなければなら
ない温度によって規定されることを発見した。
1093℃以上の温度で鋳造される例えば鋳鉄や鋼のよ
うな鉄系金属の場合、前記時間は比較的短かく、最(長
くて約30秒であるから、浸漬時間は約5乃至15秒程
度が望ましいことが判明した。また、鋳造空洞面への侵
入を防止するため、鉄系熔融金属を容器内湯面から約1
52.4ないし203.2■を超えない高さまで鋳造空
洞部内へ押し上げるのに約−689ないし−2067k
Pmg(9444ないし8066 kP纂&)程度の減
圧を利用するにとどめねばなら冷い。銅、アルミニウム
及びこれらの合金のように低融点金属ならば時間をもつ
と長くシ、鋳型空洞部の高さも鉄系よシ高くすることが
許される・ 本発明の新規な非可撓性、自立性1通気性の低温結合砂
粒鋳型は上下に間隔を保つ上下両面を接続する側面を有
し、それぞれが単数または複数部品を成形するための単
数または複数の鋳型空洞部を鋳型分割面を横切って上下
両面間に広がるように形成し、このような鋳型空洞部を
概ね水平な平面内に、好ましくは縦横に分布・されて水
平方向に互いに間隔を保つように形成することができる
各鋳型空洞部は最大幅または最大直径が19.1m以下
、好ましくは約12.7mまたはそれ以下の少くとも1
本の湯道またはその部分を有し、各湯道の開口下端は鋳
型下面で終る垂直部分を具備する。
数個取鋳型の場合、湯道の垂直部分は分離平面に対して
概ね垂直であシ、開口端は互いに間隔を保って水平平面
内に分布されている。
壁厚が約12.7m以下の鋳造物ならば狭い湯道を成形
空洞に近く配置し、ほかに太い中央垂直湯道を設ければ
よい、壁厚がもっと大きい大型鋳造物ならば、収縮の問
題がない限シ複数の狭い湯道部分を採用すればよい。さ
もなければ狭い垂直部分を有する単数または複数の湯道
と単数または複数の成形空洞との間に行止シ押し湯を介
在させればよい。
本発明の非可撓性、自立性1通気性の鋳型を利用する際
には本発明の装置は熔融金属を収納する容器のほかに、
開口底を有するチェンバであって、その外周壁が鋳型上
面との間にだけシーリング効果を達成し、前記鋳型の側
面及び底面が前記外周壁よ)も下方へ延びているチェン
バを含む。前記チェンバ及び前記容器を相対移動自在に
支持し、前記湯道の開口下端を前記容器内の湯面下に浸
漬させる駆動手段を設ける。前記湯道の開口下端と共に
前記チェンバを前記容器内の湯面下に浸漬させた後、前
記チェンバ内の圧力を相対変化させることによシ前記鋳
鳳に湯を満たす真空手段を設ける。この点では本発明を
セラミック鋳型をも含む他のタイプの通気鋳型に応用す
ることができる。
本発明は以上の説明から明らかなように極めて簡単でし
かも経済的な技術を利用して特に鉄系金属の良質鋳造物
を製造することを可能にし、生産コストの著しい軽減を
実現した。
以下添付図面に従って好ましい実施例を詳述しながら本
発明の構成要件及び目的をさらに明確にする。
第1図から明らかなように、本発明の装置は、台座12
に支柱14を取付け、駆動ピストン−シリンダ16によ
って上下に摺動させ得るように前記支柱14に水平アー
ム18を取付けて成る。熔融金属を収納する容器22の
上方に位置するアーム18の自由端から垂下する支持部
材19に詳しくは後述するチェンバ20を取付ける。
第3図及び第4図に於いて、クロニング(aronin
g )シェルモールドと呼ばれる本発明の非可撓性、自
立性2通気性の低温結合砂粒鋳型は、砂粒またはこれと
等価の粒子及び少量の、通常約5%の無機または有機の
熱硬化または化学硬化合成樹脂またはこれと等価の低温
結合材を材料とし、当業者に公知の技術及び設備により
、即ち、さらさらした砂粒と結合材の混合物を、分割面
を形成する金属のベース・プレートに載置されている加
熱された金属型半体上に配分し、この金属型半体上で硬
化させて非可撓性、自立性のシェル・モールド半休を得
、これを金属型半休及びペース・プレートから取外すこ
とによって作成する。
第4図に示すように、鋳型30は上下2つのシェル半休
から成シ、水平な鋳型分割面29に沿って両半体を接着
することによシ一体的な使い捨ての非可撓性、自立性の
鋳型30とする。鋳型30は鋳型分割面29とほぼ平行
な、上下に間隔を保つ上面31及び下面33の間を垂直
に広がる周側面32を具備する。面31.33は加熱さ
れた金属型の不規則な外形に従って厚さがほぼ一様とな
るように形成されるので不規則で1かつ粗い外面を有す
る。
鋳型30を支持すると共に上面31に減圧を作用させる
ため、詳しくは後述するが、チェンバ20に対するシー
リングが好適な切れ目のない水平平坦なシール面部分3
8が周縁に形成されるように前記上面の外縁を可塑状態
に於いて例えばプレス加工で成形する。
第3図及び第4図に示すように上下両面間に鋳型分割面
29を横切りて広がる複数の単一部品用鋳塁空洞部を設
ける。第4図には2つのこのような鋳型空洞部(mol
d amマ5ttes)を図示した。詳しくは後述する
ように複数部品(multipl@part)用鋳型空
洞部を設けることも可能である。商業的な規模では上記
鋳型空洞部の数が6乃至20であシ、第3図には17個
を図示しである。このような単一または複数部品用鋳型
空洞部を鋳型30の周縁に囲まれた水平部分内に配分し
、鋳型30の縦横方向に広がると共に上下面31.33
間にも広がるように形成する。鋳型空洞部34は概ね水
平面内で互いに間隔を保ち、それぞれが鋳型分割面29
を横切って広がっている。各鋳型空洞部34は鋳型分割
面29に対して概ね垂直にこの分割面の下側から垂下し
、その開口下端が縦横いずれの方向にも互いに間隔を保
つ垂直な湯道35を有し、この湯道は鋳型30の下面3
3に於ける前記分割面29と平行な概ね水平な平面で終
結する。
上述のように各湯道35が本発明に独自な所期の機能を
果すためには少くともその湯道の一部の少くとも1つの
方向の寸法が19.1■またはそれ以下、好ましくは1
2.7mまたはそれ以下の比較的狭い寸法でなければな
らない。この狭い湯道またはその一部が垂直で且つ円形
断面を呈すれば好都合であるが、円形以外の断面形状を
採用することも可能である。
第1図、第2図及び第5図から明らかなように、チェン
バ20に鋳型30を保持すると共に、適当な弁26及び
ホース28を介して真空ポンプ24から上面31に減圧
を作用させるための独自の支持機能を行うのがチェンバ
20である。第2図に示すように、チェンバ上壁44は
支柱19の下端に接続されておシ、必要に応じてチェン
バ20の内部及び鋳型30の上面31に減圧を作用させ
るための真空ホース28を接続した出入口58を具備す
る。チェンバ20はまた、このチェンバ20の内部を限
定するため上壁44の外周から垂下する外周壁40によ
って限定される開口底を具備する。特に第2図、第4図
及び第5図から明らかなように、外周壁40の下端には
鋳型30の周縁を囲み、鋳型空洞部を含む水平部分と概
ね同じ広がシを有する水平なシール面38と共働する水
平シール面42を形成し、鋳型30の周側面32の一部
及び底面33がチェンバ20よシも下方へ広がるように
構成することができる。
使用に際してはチェンバ20を第1図のように    
   j上昇位置に設定し、手動または自動で鋳型30
の周縁シール面38をチェンバ20のシール面42に尚
接させる。ここで弁26゛を操作することにょシ鋳型3
0をチェンバ2oに固定する唯一の保持力を提供すると
共に、チェンバ出入口58からチェンバ20の内部、さ
らには鋳型3oの錆層空洞部を含む鋳造領域と同じ広が
シを有し、シール面38に囲まれた上面31全体に好ま
しくは約−689ないし−2067kPag (944
41にイし8066kPam )の減圧を作用させる。
次いで駆動用ピストン−シリンダ16を操作することに
より鋳型3oを保持しているチェンバ2゜を容器22に
むかって降下させ、すべての垂直湯道の開口下端が容器
22内の熔融金属液面6oよシも下方へ来るまで鋳型3
oの下面33を降下させる。
鋳型30の上面31に減圧が作用すると熔融金属が湯道
内へ上昇し、すべての鋳型空洞部に同時に充満する。
以上に詳述した本発明の鋳型では容器内へ沈めた後、鋳
型空洞部が満たされ、各湯道の少くとも一部に存在する
金属が凝固したら直ちに駆動用ピストン−シリンダ16
を操作してチェンバ20及び鋳型30を上昇させれば、
凝固部分よシも下方の、即ち、湯道下端付近に残留する
熔融金属部分が容器22へ流れ落ち、第6図に図示する
ような分離された金属部品が鋳型30内に残る。湯道の
細い部分にて凝固した金属は栓のように働き、この凝固
金属が下にある溶融金属との接触によって再び溶解する
前に鋳型を引上げるわけである。
チェンバ20の第4図のように非作用位置へ上昇させた
ら弁26を操作して真空ポンプ24を遮断し、新しい鋳
型と交換できるように鋳型3oを解放する。
次いで第6図のように湯道金属64の短かい部分が付随
している分離された金属部品62を分解された鋳型30
から公知の態様で取出せばよい。
第7図乃至第10図には複数部品用鋳型空洞部及び複数
垂直湯道を有する鋳型を図示しである。
即ち、第7図及び第8図には既に述べたように構成され
、上面67及び下面69の間に広がシ且つ周側面71よ
シも内側に位置する複数の複数部品鋳造空洞部を有する
複数空洞部鋳型65の一部を図示してあり、ここでは前
記複数の複数部品鋳型空洞部のうちの1つだけを図解し
た。
各複数部品鋳型空洞部はいずれも中央行止シ押し湯78
に接続する水平押し湯層77.79をそれぞれ具備する
2つの部品鋳型空洞部73.75を含み、前記中央行止
シ湯78は狭い垂直湯道80に接続している。押し湯層
77.79及び行止シ押し湯78の形状及び大きさは鋳
造物の形状及び大きさに従って設定すればよい。垂直湯
道80の横断方向寸法は本発明の方法に照らして口径約
6.4ないし12.7mとする。場合によっては複数の
垂直湯道を必要とすることもあシ得る。
第7図及び第8図に図示するような鋳型は例えば鋳型空
洞部の寸法が12.7■以上となるような大型部品を成
形する場合特に有用である。なぜなら、このように構成
しないと、特に鉄系金属の場合に鋳型空洞部内の湯が完
全に凝固しないうちに鋳型が破損することが考えられる
からでおる。凝固に収縮を伴なう金属の場合、行止シ押
し湯は鋳型空洞部内の湯が凝固する過程で給湯源として
作用する。
使用に際しては上述のように鋳世65に湯を充填し、湯
が鋳型空洞部73,75及び行止夛押し湯78に充満し
、垂直湯道80内で凝固したら直ちに容器内の湯から鋳
型を離脱させる。但し、鋳型65を容器内の湯から離脱
させた後も、鋳型空洞部73,7Bに於ける金属凝固に
伴なう収縮を補償するため押し湯層77.79を介して
鋳造孔73.75への給湯を持続するに充分な時間に亘
シ行止シ押し湯78内の金属は熔融状態のままである。
このように構成したから鋳込みサイクルが短縮され、従
って鋳型の尚早な破損を防止するととができる。凝固が
完了すると、分解された鋳型65内に押し湯層と、行止
シ押し湯及び垂直湯道の一部とに対応する金属片の付着
した分離された金属部品群が残る・         
            )第9図には上面82及び下
面83の間に、第9図に2つだけを図示した複数の鋳型
空洞部84を有する複数鋳型空洞鋳型81を示してあシ
、前記複数の鋳型空洞部84はこれら鋳型空洞部84を
垂直湯道85に接続する本発明独自の狭い水平湯道部分
86を有する中央垂直湯道85の周シに集まっている。
この構成は約12,7mmまたはそれ以下の厚さの部品
を鋳造するのに好適である。即ち、鋳型空洞部84でも
狭い水平湯道部分86でも即座に凝固が起こシ、鋳W8
1を下方の湯面から引上げると垂直湯道85から湯が流
れ落ちて分離された鋳造部品が得られる。
第10図に示す複数鋳造空洞鋳型90は上面92及び下
面94間に複数の鋳型空洞部95を有し、各鋳造空洞は
比較的大きい鋳造空洞95を迅速に充満させる一方、垂
直湯道内の金属が凝固したら鋳型が破損する前にいち早
く鋳型を取出せるように2本の狭い湯道97,98を具
備する。この鋳型は1本の狭い垂直湯道では鋳型が破損
する前に充満させることができないような大きい部品用
空洞部を有する鋳型で収縮補償を必要としない金属を鋳
造する場合に好適である。
本発明の趣旨を逸脱することなく、特許請求の範囲内で
上記実施例以外の態様でも本発明の鋳型及び装置を実施
できることは当業者にとって明白であろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の鋳型及び装置を一部断面で示す簡単な
側面図でおシ、第2図は第1図図示装置のチェンバ部分
を示す詳細な断面図であシ、第3図は第1図図示装置の
平面図であシ、第4図は第3図図示鋳型を一部断面で示
す詳細な側面図であ)、第5図は本発明装置のチェンバ
に取付けた第3図及び第4図図示の鋳型をその下面が下
方に位置する容器内の湯面下に没した状態で示す詳細な
一部断面図であシ、第6図は本発明の鋳型で鋳造された
金属部品の断面図であ)、第7図は第1図図示鋳型の改
良構成を一部断面で示す詳細な側面図であシ、第8図は
第7図8−8線に沿って第7図図示鋳型を一部断面で示
す詳細な平面図であシ、第9図は第1図図示鋳型のさら
に別の改良構成をm=部断面で示す詳細な側面′図であ
シ、第1O図は第1図図示鋳型の第9図図示構成とも異
なる改良構成を一部断面で示す詳細な側面図である。 16・・・駆動用ピストン−シリンダ、20・・・チェ
ンバ、22・・・熔融金属容器、24・・・真空ポンプ
、29・・・鋳型分割面、30・・・鋳型、34・・・
鋳型空洞部、35・・・湯道、65.81.90・・・
鋳型、73.75,84.95・・・鋳型空洞部、80
゜85.97.98・・・湯道。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、上下に間隔を保つ上下面を接続する側面を有し、上
    下両面間に概ね水平域を占め且つ水平方向に互いに間隔
    を保つ複数の鋳型空洞部を有し、前記鋳型空洞部が最大
    幅が19.1mmの部分を含む湯道を具備し、前記湯道
    が前記空洞部を起点とし、その開口下端が互いに間隔を
    保ち、前記鋳型の下面に於ける概ね水平な平面を終点と
    することを特徴とする非可撓性、自立性、通気性の低温
    結合砂粒鋳型。 2、前記上下両面間の水平な分割面をも具備し、前記湯
    道の一部が前記分割面に概ね垂直であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の鋳型。 3、前記鋳型空洞部が前記分割面を横切って広がり、鋳
    型の縦横両方向に配分されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項または第2項に記載の鋳型。 4、前記鋳型空洞部が前記湯道と各部品用鋳型空洞部と
    の間に行止り押し湯を含むことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項から第3項までのいずれか1項に記載の鋳型
    。 5、前記鋳造空洞部のそれぞれが12.7mm以上の内
    側寸法を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    から第4項までのいずれか1項に記載の鋳型。 6、前記鋳型空洞部が少くとも2つの部品用鋳型空洞部
    及び前記部品用鋳型空洞部と前記湯道とを接続する行止
    り押し湯を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    から第5項までのいずれか1項に記載の鋳型。 7、前記部品用鋳型空洞部のそれぞれが12.7mm以
    上の内側寸法を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項から第6項までのいずれか1項に記載の鋳型。 8、前記鋳型がその上面の周りに水平な周縁シール面を
    有することを特徴とする特許請求の範囲第1項から第7
    項までのいずれか1項に記載の鋳型。 9、鋳造装置が下記要素(イ)〜(ホ): (イ)上下に間隔を保つ上下両面を接続する側面を有し
    、上下両面間に広がる少くとも1つの鋳型空洞部を有し
    、該鋳型空洞部が最大幅19.1mmの部分を含む湯道
    を具備し、前記鋳型空洞部を起点とし、開口下端が鋳型
    下面を終点とする非可撓性、自立性、通気性の前記鋳型
    、 (ロ)熔融金属を収納する容器、 (ハ)開口底を有するチエンバであって、その外周壁が
    前記鋳型の上面との間にだけシーリング効果を達成し、
    前記鋳型の側面及び底面が前記外周壁よりも下方へ延び
    ているチエンバ、 (ニ)相対移動自在に前記チエンバ及び前記容器を支持
    し、前記湯道の開口下端を前記容器内の湯面下へ沈める
    駆動手段、 (ホ)前記湯道の開口下端と共に前記チエンバを前記容
    器内の湯面下へ沈めた後、前記チエンバ内の圧力を相対
    変化させることによって前記鋳型に湯を満たす真空発生
    装置、 を含んで成ることを特徴とする鋳造装置。 10、前記鋳型が概ね水平な域に水平方向に互いに間隔
    を保つ複数の鋳型空洞部を有し、前記鋳型空洞部が各空
    洞部を起点とし、開口下端が互いに間隔を保ち前記鋳型
    の下面を終点とすることを特徴とする特許請求の範囲第
    9項に記載の鋳造装置。 11、前記圧力を相対変化させる前記真空発生装置が前
    記チエンバによる前記鋳型に対する独自の支持効果を提
    供することを特徴とする特許請求の範囲第9項または第
    10項に記載の鋳造装置。
JP21278984A 1978-10-02 1984-10-12 鋳型および鋳造装置 Granted JPS6123566A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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US94762178A 1978-10-02 1978-10-02
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