JPS5828029A - 繊維強化プラスチック製コイルバネおよびその製造方法 - Google Patents
繊維強化プラスチック製コイルバネおよびその製造方法Info
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- JPS5828029A JPS5828029A JP56124490A JP12449081A JPS5828029A JP S5828029 A JPS5828029 A JP S5828029A JP 56124490 A JP56124490 A JP 56124490A JP 12449081 A JP12449081 A JP 12449081A JP S5828029 A JPS5828029 A JP S5828029A
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- Japan
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- core wire
- coil spring
- fiber
- wound
- wire
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
- F16F1/366—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
- F16F1/3665—Wound springs
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Springs (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はtl&維強化プラスチック(FRP)?uコイ
ルバネに関する。
ルバネに関する。
近年、省資源、省エネルギーの観点から自動車や車両、
航空機等の輸送用機器を中心に車体の重量軽減の必要性
が高まっており、各種金属部品のFRP化が試みられて
おり、そのひとつにコイルバネがある。1〜かしながら
vRp製コイルバネは補強繊維の配向角度を最適角度に
均一に配向するのが困難であったり、補強繊維含有率を
十分に高めることが困難であったすして未だ実用化にた
えるものが力いのが現状である。本発明はこれらの問題
点を解決しようとするものである。
航空機等の輸送用機器を中心に車体の重量軽減の必要性
が高まっており、各種金属部品のFRP化が試みられて
おり、そのひとつにコイルバネがある。1〜かしながら
vRp製コイルバネは補強繊維の配向角度を最適角度に
均一に配向するのが困難であったり、補強繊維含有率を
十分に高めることが困難であったすして未だ実用化にた
えるものが力いのが現状である。本発明はこれらの問題
点を解決しようとするものである。
一般にコイルバネにおけるバネ定数には、荷重W (k
g )、たわみδ(擬)とした時に=W/δ。
g )、たわみδ(擬)とした時に=W/δ。
、=〈血!、W
羨vG
よ44G
、°、に一一一−(3)
64 n R” secα1lcos”aとなる。ここ
でg−:コイル素線径(Ill)、n:コイル巻数、2
R:有効コイル径(鵡)、α:ピッチ角、G:せん断弾
性係数(kg/悲−)である。
でg−:コイル素線径(Ill)、n:コイル巻数、2
R:有効コイル径(鵡)、α:ピッチ角、G:せん断弾
性係数(kg/悲−)である。
従ってバネ定数の等しいコイルバネを軽量化するために
は、コイル素線の材料のせん断弾性係数を大きくする必
要がある。コイルバネはすでに説明した様にそれを構成
する素線の材料のせん断弾性係数(G)よってその特性
が決定され、せん断弾性係数が大きい材料はどコイルバ
ネの材料としては望捷しい。従って異方性材料であるF
RPeコイルバネとする場合、補強繊維の配向角度は素
線の長さ方向に対し±15度〜±80度、一般的には±
45度付近とするのが最適である。又FRPは、FRP
を構成する補強繊維と樹脂との構成比率によって各種特
性値が異なり一般的には補強繊維分が高い程機械的諸特
性は向上し、補強繊維の体積含有率で70%前後が最適
とされている。従ってFRP素線の成形方法として、た
とえば引抜成形法では補強繊維の配向角度、含有率共に
十分な性能を発揮させるには不適当である。特開昭53
−127958号には編組状又は組みひも状に形成され
ている補強繊維に樹脂を含浸硬化させて製したFRP婚
コイルバネが開示されているがか\る方法では繊維の空
隙率が大きく繊維含有率を高めることは極めて困難であ
る。また特開昭55−164126号には補強繊維を軸
方向に並べた芯材の上に更に補強繊維を交互に(一層j
σに)θおよび18 (1’−〇の巻き角で繰り返l−
巻きつけてなるpRp製コピコイルバネ示されている0
との方法によればある程度繊維含有率を高くすることは
可能であるが補強繊維の層が別々に存在するため層間せ
ん断力が低下するとともに繰返し性態により層間II
111を起し易いという欠点がある。
は、コイル素線の材料のせん断弾性係数を大きくする必
要がある。コイルバネはすでに説明した様にそれを構成
する素線の材料のせん断弾性係数(G)よってその特性
が決定され、せん断弾性係数が大きい材料はどコイルバ
ネの材料としては望捷しい。従って異方性材料であるF
RPeコイルバネとする場合、補強繊維の配向角度は素
線の長さ方向に対し±15度〜±80度、一般的には±
45度付近とするのが最適である。又FRPは、FRP
を構成する補強繊維と樹脂との構成比率によって各種特
性値が異なり一般的には補強繊維分が高い程機械的諸特
性は向上し、補強繊維の体積含有率で70%前後が最適
とされている。従ってFRP素線の成形方法として、た
とえば引抜成形法では補強繊維の配向角度、含有率共に
十分な性能を発揮させるには不適当である。特開昭53
−127958号には編組状又は組みひも状に形成され
ている補強繊維に樹脂を含浸硬化させて製したFRP婚
コイルバネが開示されているがか\る方法では繊維の空
隙率が大きく繊維含有率を高めることは極めて困難であ
る。また特開昭55−164126号には補強繊維を軸
方向に並べた芯材の上に更に補強繊維を交互に(一層j
σに)θおよび18 (1’−〇の巻き角で繰り返l−
巻きつけてなるpRp製コピコイルバネ示されている0
との方法によればある程度繊維含有率を高くすることは
可能であるが補強繊維の層が別々に存在するため層間せ
ん断力が低下するとともに繰返し性態により層間II
111を起し易いという欠点がある。
本発明は上記のような欠点を解決し4i’d Mで従来
の鋼製コイルバネに匹適する特性を有1〜耐久性にすぐ
れたFRP製コイルバネを扶供することをl]的とする
。
の鋼製コイルバネに匹適する特性を有1〜耐久性にすぐ
れたFRP製コイルバネを扶供することをl]的とする
。
而して本発明は可撓性を有する芯線と、該芯線の軸方向
に±15°〜±80°の巻角度をもって同時にフィラメ
ントワインデングされた補強繊維層と、前記芯線と補強
iR維を結合する熱硬化性樹脂マトリクスからなること
を特徴とする繊維補強プラスチック製コイルバネならび
に張力によシ引き伸された芯線の外周に、熱硬化性樹脂
を含浸した補強繊維を、前記芯線の軸方向に15°〜±
80°の巻角度をもって芯線の両側から同時にフィラメ
ントワインデングして製した素線を、螺旋溝が設けられ
た成形型の螺旋溝に連続的に巻きとシ、ついで前記樹脂
を硬化させることを特徴とする繊維強化プラスチツク製
コイルバネの製造方法を要旨とするものである。
に±15°〜±80°の巻角度をもって同時にフィラメ
ントワインデングされた補強繊維層と、前記芯線と補強
iR維を結合する熱硬化性樹脂マトリクスからなること
を特徴とする繊維補強プラスチック製コイルバネならび
に張力によシ引き伸された芯線の外周に、熱硬化性樹脂
を含浸した補強繊維を、前記芯線の軸方向に15°〜±
80°の巻角度をもって芯線の両側から同時にフィラメ
ントワインデングして製した素線を、螺旋溝が設けられ
た成形型の螺旋溝に連続的に巻きとシ、ついで前記樹脂
を硬化させることを特徴とする繊維強化プラスチツク製
コイルバネの製造方法を要旨とするものである。
次に本発明を実施例を示した図面にもとすき詳細に説明
する。本発明になるFRP製コイルバネを示した第2図
において、可撓性のある芯線1を軸として補強繊維を±
15°〜±80°の巻角度をもって同時に巻回してなる
素線3をコイル状となし熱硬化性樹脂を含浸硬化せしめ
たものである。第3図は素線3外周面の補強繊維の配向
状況を示したもので杉綾模様を形成している。ここで可
撓性のある芯線としては軟鋼等の金属線や補強繊維と同
質のものが用いられるが、コイルバネの両端に5− 線が適している。次に補強繊維材としてはガラス繊維や
炭素繊維を初めとする無機質繊維や有機高弾性繊維(た
とえば米国デーポン社のKeylar■)などが単独又
は組合せて用いられる。素線3を構成する芯線と補強繊
維全結合させる熱硬化性樹脂としては不飽和ポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂やボリイ憂ド樹
脂などが使用条件や要求特性に応じ選択使用される。
する。本発明になるFRP製コイルバネを示した第2図
において、可撓性のある芯線1を軸として補強繊維を±
15°〜±80°の巻角度をもって同時に巻回してなる
素線3をコイル状となし熱硬化性樹脂を含浸硬化せしめ
たものである。第3図は素線3外周面の補強繊維の配向
状況を示したもので杉綾模様を形成している。ここで可
撓性のある芯線としては軟鋼等の金属線や補強繊維と同
質のものが用いられるが、コイルバネの両端に5− 線が適している。次に補強繊維材としてはガラス繊維や
炭素繊維を初めとする無機質繊維や有機高弾性繊維(た
とえば米国デーポン社のKeylar■)などが単独又
は組合せて用いられる。素線3を構成する芯線と補強繊
維全結合させる熱硬化性樹脂としては不飽和ポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂やボリイ憂ド樹
脂などが使用条件や要求特性に応じ選択使用される。
本発明に係るFRP製コイルバネの製造方法としては第
1図に示すように張力Fを加えて真直ぐに引き伸ばされ
た芯線1の軸方向に所定の巻角度をもって芯線1の両側
から同時に樹脂液を含浸させた補強繊維2.2′を張力
をかけながら巻回し素線3となし、ひき続き螺旋状に溝
を設けた成形型4の螺旋溝内に連続的に巻きとり、巻き
とった状態で樹脂を硬化させたのち、成形型4をはずす
ことによpFRPfiコイルバネが得られる。なお、第
1図においては補強繊維2は成形型4を芯線1の方向を
軸として回転することによって芯線1に6− 巻きつけるとともに、補強繊維の巻角度は成形型4の1
11+方向の回転速度W1と芯線方向の回転速度界との
組合せで規制しているが本発明の主旨を越えないかぎり
本実施例に限定されるものではない。
1図に示すように張力Fを加えて真直ぐに引き伸ばされ
た芯線1の軸方向に所定の巻角度をもって芯線1の両側
から同時に樹脂液を含浸させた補強繊維2.2′を張力
をかけながら巻回し素線3となし、ひき続き螺旋状に溝
を設けた成形型4の螺旋溝内に連続的に巻きとり、巻き
とった状態で樹脂を硬化させたのち、成形型4をはずす
ことによpFRPfiコイルバネが得られる。なお、第
1図においては補強繊維2は成形型4を芯線1の方向を
軸として回転することによって芯線1に6− 巻きつけるとともに、補強繊維の巻角度は成形型4の1
11+方向の回転速度W1と芯線方向の回転速度界との
組合せで規制しているが本発明の主旨を越えないかぎり
本実施例に限定されるものではない。
上記説明より明らかなごとく本発明にあっては張力を加
えられた芯線の両側から同時に補強繊維を巻きつけるこ
とにより補強jRiffの配向角度が一定に保たれると
ともに繊維含有率もF R,Pと(7ての特性が最大に
なる70%以上に達する素線が得られる。又、FRP層
にて被綺された素線は芯線に張力を与えて成形型の螺旋
f^゛;に巻きとり、硬化させることにより樹脂含有率
が正確に制御された所望のコイル形状を正確に得ること
が出来ると同時に連続的に製造することが可能となる。
えられた芯線の両側から同時に補強繊維を巻きつけるこ
とにより補強jRiffの配向角度が一定に保たれると
ともに繊維含有率もF R,Pと(7ての特性が最大に
なる70%以上に達する素線が得られる。又、FRP層
にて被綺された素線は芯線に張力を与えて成形型の螺旋
f^゛;に巻きとり、硬化させることにより樹脂含有率
が正確に制御された所望のコイル形状を正確に得ること
が出来ると同時に連続的に製造することが可能となる。
さらに本発明によれば、芯線に巻き付ける補強繊維をた
とえば+45度で巻き付ける場合、+45度で巻きつけ
る補強繊維量と一45度で巻きつける補強繊維量全同量
とすることも、重量を変えて巻くことも可能となる。し
たがってバネの受ける荷重の種類によってたとえば引張
荷重と圧縮荷重が均等にかかる場合は+45度と一45
度を同量に巻けばよい。圧縮荷重しか受けない場合には
一方の補強繊維量を減らすことも可能である。
とえば+45度で巻き付ける場合、+45度で巻きつけ
る補強繊維量と一45度で巻きつける補強繊維量全同量
とすることも、重量を変えて巻くことも可能となる。し
たがってバネの受ける荷重の種類によってたとえば引張
荷重と圧縮荷重が均等にかかる場合は+45度と一45
度を同量に巻けばよい。圧縮荷重しか受けない場合には
一方の補強繊維量を減らすことも可能である。
本発明に用いられる補強繊維の形態としてはストランド
又はロービングあるいはフィラメント全テープ状にした
ものであってもよく、樹脂を含浸する時期は芯線に補強
繊維を巻回しながらであってもよく成形型に巻きつけた
後であってもよい。
又はロービングあるいはフィラメント全テープ状にした
ものであってもよく、樹脂を含浸する時期は芯線に補強
繊維を巻回しながらであってもよく成形型に巻きつけた
後であってもよい。
また芯線に対する補強繊維の配向角度は±45°のとき
最も高いせん断弾性係数を有するコイルバネが得られる
が本発明によれば補強繊維の巻角度は自由に変史するこ
とが可能である。しかしながら±15°〜±80°の範
囲を越える場合には有用なコイルバネは得られない。ま
た心安に応じ芯線の形状をかえたり、成形型の形状ある
いは螺旋a〜の形状を変えて異形のコイルバネを製造す
ることもできる。
最も高いせん断弾性係数を有するコイルバネが得られる
が本発明によれば補強繊維の巻角度は自由に変史するこ
とが可能である。しかしながら±15°〜±80°の範
囲を越える場合には有用なコイルバネは得られない。ま
た心安に応じ芯線の形状をかえたり、成形型の形状ある
いは螺旋a〜の形状を変えて異形のコイルバネを製造す
ることもできる。
以上説明したように本発明のFRPjlJコイルバネは
素線の長手方向に対する補強繊維が常に一定角度をもっ
て配列されるとともに補強繊維含有率も高くすることが
できるので従来の鋼製コイルバすることが可能となる。
素線の長手方向に対する補強繊維が常に一定角度をもっ
て配列されるとともに補強繊維含有率も高くすることが
できるので従来の鋼製コイルバすることが可能となる。
実施例
芯線として外径1謁の軟鋼線の一端を回転自在に取つけ
他端全外径70賜の鉄棒の外周に半径−一。溝底ヶ有し
深うカニ 4 M 、”$7りE Wアを1 有する螺旋溝をピッチ角が聾0になるように設けた成形
型の下端に第1図に示したように固定する。
他端全外径70賜の鉄棒の外周に半径−一。溝底ヶ有し
深うカニ 4 M 、”$7りE Wアを1 有する螺旋溝をピッチ角が聾0になるように設けた成形
型の下端に第1図に示したように固定する。
次にエポキシ樹脂(シェル化学展エピコー)”828)
100部に硬化剤として無水メチルノ・イミツク酸覧 (]]ヨ立化成MHAC−P95部からなる液状樹脂を
含浸させた4 630 Texのガラス繊維ロービング
(富士ファイバーグラス社製FEP1025)を芯線の
両側から片側各60本づつ芯線に固定しつ 芯線には4k17.ロービングには1kg/布き力をか
けながら成形型の芯線方向の回転速度Weと軸方向の回
転速度WIの比をW・/W+ = 3.5として、成形
型に巻きとった後、成形型に巻きついた状態の9− 素線を150°Cで4時間加熱硬化させ冷却後脱型して
繊維が芯線に対し±45°の配向角度を有す12
’e=’E 4する素線径!
iIF@脇、コイル径祠rnrn 、 ピッチ角具0
をイイするコイルバネヲ得た。このコイルバネを高さ1
90シフ弘に切断したものは重+Ijニ1.4 k17
.砿遇11体積含有率70%、バネ定数に=6kg/W
を有していた。
100部に硬化剤として無水メチルノ・イミツク酸覧 (]]ヨ立化成MHAC−P95部からなる液状樹脂を
含浸させた4 630 Texのガラス繊維ロービング
(富士ファイバーグラス社製FEP1025)を芯線の
両側から片側各60本づつ芯線に固定しつ 芯線には4k17.ロービングには1kg/布き力をか
けながら成形型の芯線方向の回転速度Weと軸方向の回
転速度WIの比をW・/W+ = 3.5として、成形
型に巻きとった後、成形型に巻きついた状態の9− 素線を150°Cで4時間加熱硬化させ冷却後脱型して
繊維が芯線に対し±45°の配向角度を有す12
’e=’E 4する素線径!
iIF@脇、コイル径祠rnrn 、 ピッチ角具0
をイイするコイルバネヲ得た。このコイルバネを高さ1
90シフ弘に切断したものは重+Ijニ1.4 k17
.砿遇11体積含有率70%、バネ定数に=6kg/W
を有していた。
前記実施例全鋼シリコイルバネと比C8りする。理論的
には鋼のせん断弾性係数全8300 kg / 8!。
には鋼のせん断弾性係数全8300 kg / 8!。
FRPの比重izo、鋼の比重を7.8とすると、同一
バネ定数を有する鋼製コイルバネの重M k W 5F
RP製コイルバネの重量全WF、素線径を鋼製tis、
FRPMdP とすると(1)式において変数はd及び
が得られる。実施例において鋼製コイルバネ(重量2
kg)と同一バネ定数としたとき重量1.、lS5に5
Fのバネが得られ、理論値とほぼ一致する極めて軽量化
されたコイルバネを得ることができた。又、補強繊維の
配向角度及び繊維含有率の影響をみる− 10− ために配向角度±160、±45°、±60°とし、繊
維含有率を変化させたときのせん断弾性係数Gを第3図
に示す。配向角度±45°で繊維含有率が大きい程Gが
大きいことは明らかである。
バネ定数を有する鋼製コイルバネの重M k W 5F
RP製コイルバネの重量全WF、素線径を鋼製tis、
FRPMdP とすると(1)式において変数はd及び
が得られる。実施例において鋼製コイルバネ(重量2
kg)と同一バネ定数としたとき重量1.、lS5に5
Fのバネが得られ、理論値とほぼ一致する極めて軽量化
されたコイルバネを得ることができた。又、補強繊維の
配向角度及び繊維含有率の影響をみる− 10− ために配向角度±160、±45°、±60°とし、繊
維含有率を変化させたときのせん断弾性係数Gを第3図
に示す。配向角度±45°で繊維含有率が大きい程Gが
大きいことは明らかである。
図面はいずれも本発明の実施例を示すもので第1図はコ
イルバネの製造過程を示す概念図、第2図はコイルバネ
の側面図、第6図は素線の繊維配向状態を示す一部側面
図、第4図は補強繊維の配向角度ならびに含有率とせん
断弾性係数の関係を示す線図である。 符号の説明 1 芯線 2 補強繊維 6 素線 4 成形型 −11− 158−
イルバネの製造過程を示す概念図、第2図はコイルバネ
の側面図、第6図は素線の繊維配向状態を示す一部側面
図、第4図は補強繊維の配向角度ならびに含有率とせん
断弾性係数の関係を示す線図である。 符号の説明 1 芯線 2 補強繊維 6 素線 4 成形型 −11− 158−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、可撓性合有する芯線と、該芯線の軸方向に±15°
〜±80°の巻角度をもって同時にフィラメントワイン
デングされた補強繊維層と、前記芯線と補強繊維を結合
する熱硬化性樹脂マ) IJクスからなることを特徴と
する繊維強化プラスチツク製コイルバネ。 Z 張力によ、り引き伸された芯線の外周に、熱硬化性
樹脂を含浸した補強繊維を、前記芯線の軸方向に±15
°〜80°の巻角度をもって芯線の両側から同時にフィ
ラメントワインデングして製した素線を、螺旋溝が設け
られた成形型の螺旋溝に連続的に巻きとり、ついで前記
樹脂を硬化させることを特徴とする繊維強化プラスチツ
ク製コイルバネの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56124490A JPS597054B2 (ja) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | 繊維強化プラスチック製コイルバネおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56124490A JPS597054B2 (ja) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | 繊維強化プラスチック製コイルバネおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5828029A true JPS5828029A (ja) | 1983-02-18 |
JPS597054B2 JPS597054B2 (ja) | 1984-02-16 |
Family
ID=14886790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56124490A Expired JPS597054B2 (ja) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | 繊維強化プラスチック製コイルバネおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS597054B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04826U (ja) * | 1989-12-28 | 1992-01-07 | ||
CN100390369C (zh) * | 2006-04-19 | 2008-05-28 | 哈尔滨工业大学 | 纤维增强塑料钢绞线复合筋 |
JP2015086976A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 東洋炭素株式会社 | コイルバネ |
JP2017106502A (ja) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 株式会社Cfcデザイン | 炭素/炭素複合材製コイルスプリング |
CN107160710A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-09-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种复合材料矩形截面弹簧模具及利用该模具制备弹簧的方法 |
CN107923465A (zh) * | 2015-08-26 | 2018-04-17 | 日本发条株式会社 | 弹性部件用线材以及弹性部件 |
JP2018183985A (ja) * | 2017-04-26 | 2018-11-22 | ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company | 複合材部品に長さ方向の湾曲を付与する引抜成形システム |
-
1981
- 1981-08-07 JP JP56124490A patent/JPS597054B2/ja not_active Expired
Cited By (8)
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EP3343058A4 (en) * | 2015-08-26 | 2019-05-01 | NHK Spring Co., Ltd. | WIRE MATERIAL FOR ELASTIC ELEMENT AND ELASTIC ELEMENT |
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CN107160710A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-09-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种复合材料矩形截面弹簧模具及利用该模具制备弹簧的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS597054B2 (ja) | 1984-02-16 |
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