CN100439008C - 铸型组装设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了用于砂型铸造发动机缸体的铸型组装设备，该铸型组装设备包括用于在组装型组中固定就位浇铸的缸径衬层的磁体，其中磁体减小组装型组中缸径衬层的不期望的移动。

Description

铸型组装设备和方法
技术领域
本发明涉及铸型组装设备，尤其是用于砂型铸造发动机缸体的铸型组装设备。
背景技术
在铝内燃机发动机组的砂型铸造过程中，形成发动机组的内外表面的多个树脂砂芯组成成一次性的铸型组件。典型地，各砂芯由向芯盒吹树脂覆膜砂并在其中干燥树脂覆膜砂而形成。就位浇铸缸径衬层通常用在这样的铸造中。
通常，在制造带有就位浇铸的衬层的铝缸体的过程中，铸型组装方法包括将基芯(base core)定位在适合的表面上和组合或堆置单个铸型原件以形成备铸件部分如侧部、底部、水冷套、凸轮孔和曲轴箱。缸径衬层被定位在筒芯部件上，以便金属浇注到铸型后衬层嵌在铸件中。根据发动机的设计可以有其它的芯。工业中应用各种设计的缸筒芯。它们包括单个的缸筒芯、“V”形配对的缸筒芯、缸筒-板状芯和整体的缸筒曲轴箱芯。通常优选缸筒-板状芯和整体的缸筒曲轴箱芯，因为它们在铸型组装中提供更精确的对衬层的定位。
发动机组铸件必须以某种方式机加工以在其它事情中确保气缸内孔(由定位在缸筒芯的筒形部件上的缸径衬层形成)具有均匀的缸径衬层壁厚，和其它的关键缸体部件被精确地加工。这需要铸件中衬层彼此之间被精确定位。在铸型组装过程中缸径衬层达到期望的最终位置的难易度和一致性成为重要的考虑内容。
在缸筒板状芯中，通过将缸径衬层滑动地放在筒芯部件上，缸径衬层被定位在筒芯部件上。可替代地，衬层可以被放置在造芯工具内并向衬层吹送芯砂形成筒芯部件。浇注前，倒置缸筒板状芯以组装型组。在倒置组件的过程中可能出现不期望的缸径衬层相对于板状芯的移动。
解决上述问题的一种方法披露在美国专利US5365997中.在US5365997专利中，内径斜面被引入到缸径衬层的设计中以减小缸径衬层的不期望的位移。解决上述问题的另一个方法被美国专利US5730200披露.在US5730200中，在组装型组中膨胀心轴用在中空的缸筒芯内部以相对于缸筒芯固定缸径衬层.
希望制造这样的铸型组装设备，它在组装型组中定位就位浇铸的用于砂型铸造发动机缸组的缸径衬层，其中铸型组装设备减小型组组装中缸径衬层的不期望的移动.
发明内容
与本发明一致，令人惊奇地发现了一种铸型组装设备，在组装型组的过程中该铸型组装设备固定用于砂型铸造发动机缸体、就位浇铸的缸径衬层，其中在组装型组时此铸型组装设备减小缸径衬层的不期望的移动.
在一个实例中，铸型组装设备包括适于可松开地连接到缸筒板状芯的操作装置；和用于产生磁场的装置，以向着缸筒板状芯的内表面吸引置于缸筒板状芯的筒芯部件上的缸径衬层.
在另一个实例中，铸型组装设备包括可松开地连接到缸筒板状芯的操作装置，缸筒板状芯具有内表面、外表面和多个从内表面向外伸出的筒芯部件，各筒芯部件具有置于其上的缸径衬层；和置于操作装置和缸筒板状芯之间的至少一个磁体，该至少一个磁体向着缸筒板状芯的内表面吸引各筒芯部件的缸径衬层。
本发明也提供了组装型组的方法。
在一个实例中，组装型组的方法包括提供具有内表面、外表面和从内表面向外伸出的多个筒芯部件的缸筒板状芯的步骤；在缸筒板状芯的各筒芯部件上定位铅框缸径衬层；提供适于可松开地连接到缸筒板状芯的操作装置；提供至少一个磁体；和在缸筒板状芯和操作装置之间定位此至少一个磁体，其中磁体产生的磁场向着缸筒板状芯的内表面吸引各筒芯部件的缸径衬层以在组装型组中的缸筒板状芯的过程中影响缸径衬层的移动.
附图说明
参照附图考虑下面详述的优选实施例，熟悉本领域的人员将容易理解本发明的上述和其它的优点，附图中：
图1是包含三个筒芯部件的缸筒板状芯的透视图；
图2是包含置于备筒芯部件上的缸径衬层的图1所示的缸筒板状芯的透视图；
图3是根据本发明的实施例在发动机组型组中安装缸筒板状芯的过程中的单个筒芯部件和缸径衬层的截面图；
图4是安装缸筒板状芯后用于形成发动机组铸件的缸体型组的部分截面图；
图5是图4所示的缸体型组的缸径衬层和筒芯部件的部分截面图的放大图.
具体实施方式
下面的详述和附图描述和图解了本发明的代表性实例.描述和附图起到使熟悉本领域的人员能够实现和利用本发明的作用，和不打算以任何方式限定本发明的保护范围.为了解释的需要，但不起到限定作用，用于六缸V型发动机的型组被说明.可以理解，本发明能够用在具有如所需的多个或较少的气缸和不同的气缸配制的发动机型组上.
图1显示了缸筒板状芯10，其适合与其它的型芯如基芯和曲轴箱芯组装形成图4所示的缸体型组12。典型的缸体型组已在共同拥有的美国专利US6615901B2中显示和描述，这里作为参考引用.应当说明的是，US6615901B2所显示和描述的型组包括整体的缸筒曲轴箱芯(IBCC)，而此处所显示和描述的本发明的实例包括具有置于其上的筒芯部件的缸筒板状芯.
在所示的实例中，缸筒板状芯10由树脂砂制造.可以使用传统的制芯方法如苯酚尿烷树脂的冷芯盒方法或呋喃树脂的热芯盒方法制造树脂砂芯，其中铸造用原砂和树脂粘结剂的混合物被吹入芯盒并分别用一种起催化作用的气体或加热使粘结剂固化。铸造用原砂可以包括石英砂、锆砂、熔融石英和其它原砂。铸造后，缸筒板状芯10的内表面14形成发动机组(未示出)的外表面的一部分。
具有外表面18的筒芯部件16从缸筒板状芯10的内表面14向外伸出并终止于一自由端.筒芯部件16是略具锥形的气缸.筒芯部件16在穿过各缸筒芯16的纵轴L的公共平面上成一条直线排列以形成筒芯部件16的线性排列.在各筒芯部件16的自由端形成芯头20.在所示的实例中，芯头20具有基本上圆形横截面.但是，可以理解，可以使用其它的横截面形状.芯头20适于与形成在曲轴箱芯40上的相应的芯座21(如图4所示)匹配以促进缸体型组12的适合的组装.如果希望可以使用其它形状和配制的芯座。另外，尽管显示了凹入的芯头，可以理解也可以使用凸出的芯头.
图2显示了图1所示的缸筒板状芯10，其包含置于各筒芯部件16上的金属缸径衬层22.缸径衬层22具有中空的、有基本上均匀的直径的内部空腔以适于接收其中的筒芯部件16.缸径衬层22形成铸造发动机组的各气缸的气缸壁.缸径衬层22可以通过机加工或浇注铁水材料制造.典型地，缸径衬层22用在铝发动机组中并且缸径衬层22由铸铁形成.但是，可以理解，如希望，其它的磁性材料可以用于缸径衬层22和其它的材料可以用于发动机组.
在图3中，显示了从图1和2所示位置倒置和在组装缸体型组12前的缸筒板状芯10的单个的筒芯部件16和缸径衬层22.注明的是，组装成缸体型组时不需要完全倒置缸筒板状芯10.孔隙24形成在缸筒板状芯10中，在邻近缸径衬层22的一端的外表面26上.U形磁体30的第一端28置于孔隙24中.可以使用任何传统的磁体，如稀土永磁体或电磁体。另外，尽管显示了一个磁体30，可以认识到，如果需要可以使用多个磁体。可以进一步认识到，为了引导磁场，在磁体30和缸筒板状芯10之间可以施加合适构造、形状和材料的中间零件，伸入孔隙24.可以使用任何传统的磁体形状。
磁体30的第二端32与操作装置34连接。正如这里所用，操作装置34为组装设备、机器人末端执行器等，其可以是手动或自动的.操作装置34用在本领域以协助在缸体型组12中组装和定位缸筒板状芯10.操作装置34与缸筒板状芯10可松开地连接.如果希望可以使用任何传统的可松开连接装置，如嵌入缸筒板状芯10的凹入部件中的相对连接的履带板或膨胀心轴。
图4显示了缸体型组12的部分视图.缸体型组12包括带有与其邻接的侧芯44的曲轴箱芯40.水冷套芯46邻近缸筒板状芯10的筒芯部件16和在缸筒部件16之间放置.谷芯48放置在相应的缸筒板状芯10之间.如果需要可以包含其它的芯如基芯(未示出).图5显示了图4所示的缸体型组12的缸径衬层22和筒芯部件16的放大图.注明的是，缸径衬层22相对于曲轴箱芯40安装.也可以认识到，本发明可以用在缸径衬层22没有相对曲轴箱芯40安装的构造上.
现在将描述将包括缸径衬层22的缸筒板状芯20组装为缸型组12.组装过程的步骤本质上是示例性的，由此步骤的顺序不是必需或严格的.根据本领域公知的方法形成缸筒板状芯10.形成后，缸筒板状芯10被放置在图1所示的位置中.将任一个缸径衬层22放置在各缸筒板状芯10的筒芯部件16上.缸筒板状芯10就为组装成缸体型组12做好准备.
为了在缸体型组12中组装缸筒板状芯10，缸筒板状芯10必须从图1和2所示的位置倒置.但是，在倒置位置缸径衬层22容易移位或从筒芯部件16滑离.为了抵消这种倾向，将磁体30嵌入到缸筒板状芯10中形成的孔隙24中.将磁体30充分靠近缸筒缸径衬层22放置以使缸筒缸径衬层22被磁体30产生的磁场作用.磁场向着缸筒板状芯10的内表面14吸引缸径衬层22.这减小了缸径衬层22的移动，如筒芯部件16的移位或滑离。另外，缸筒缸径衬层22被引导与缸筒板状芯10的内表面14接触，带来缸径衬层22抵靠内表面14平直排列。这就促进对缸径衬层22进行造当的中心定位以组装成缸体型组12。
可以认识到，如果当邻近缸筒板状芯10的外表面26放置时磁体39产生的磁场足以作用到缸径衬层22，孔隙24可以被省略.相反，如果需要孔隙24可以穿透缸筒板状芯10的整个厚度.在所示的实例中，磁体30被操作装置34支撑。当操作装置34与缸筒板状芯10连接时，磁体30邻近缸径衬层22定位。可以认识到，使用其它装置使磁体30就位不会脱离本发明的保护范围和精神.
然后，为了组装缸体型组12将连接的缸筒板状芯10、磁体30和操作装置34倒置.然后将缸筒板状芯10组装成缸体型组12.一旦根据期望将缸筒板状芯10定位在缸体型组12中，操作装置34被从缸筒板状芯10除去并沿缸径衬层22的中心线的平行方向从缸筒板状芯10开始被收回.用操作装置34将磁体30从缸径衬层22移开使缸径衬层22从磁体30产生的磁场中被释放.现在可以完成缸体型组12的进一步的组装和发动机组的铸造.可替代地，在从缸筒板状芯10释放操作装置34前，磁体30可以被从孔隙24收回.
从前面的描述，本领域的普通技术人员可以容易地确定本发明的基本特征，并且在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下，对本发明作出各种改变和改进以使其适应各种用途和情况.

Claims (20)

1.一种铸型组装设备，包括：
适于可松开地连接到缸筒板状芯的操作装置；和
产生磁场的装置，该磁场向着缸筒板状芯的内表面吸引置于缸筒板状芯的筒芯部件上的缸径衬层。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于产生磁场的装置是置于所述操作装置和缸筒板状芯之间的磁体。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于磁体适于被放置于形成在缸筒板状芯中的孔隙中。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于磁体连接到所述的操作装置上。
5.如权利要求2所述的设备，其特征在于磁体是电磁铁。
6.如权利要求2所述的设备，其特征在于磁体是稀土永磁体。
7.如权利要求2所述的设备，其中：
该缸筒板状芯具有内表面、外表面和多个从内表面向外伸出的筒芯部件，各筒芯部件具有置于其上的缸径衬层；并且
所述磁体向着缸筒板状芯的内表面吸引各筒芯部件的缸径衬层。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述磁体适于被放置在形成在缸筒板状芯中的孔隙中。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述磁体连接到所述操作装置上。
10.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述磁体是电磁铁。
11.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述磁体是稀土永磁体。
12.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述磁体为U形。
13.一种组装型组的方法，此方法包括以下步骤：
提供具有内表面、外表面和多个从内表面向外伸出的筒芯部件的缸筒板状芯；
将缸径衬层定位在缸筒板状芯的各筒芯部件上；
提供适于可松开地连接到缸筒板状芯的操作装置；
提供至少一个磁体；和
在缸筒板状芯和操作装置之间定位该至少一个磁体，其中此磁体产生的磁场向着缸筒板状芯的内表面吸引各筒芯部件的缸径衬层以在组装型组中的缸筒板状芯过程中影响缸径衬层的移动。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在形成在缸筒板状芯的外表面中的孔隙中定位该至少一个磁体的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于该磁体连接到操作装置上。
16.如权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
在型组中定位缸筒板状芯；
从缸筒板状芯释放操作装置；和
从缸筒板状芯移开该至少一个磁体和操作装置以从该至少一个磁体产生的磁场中释放该缸径衬层。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于该至少一个磁体是电磁体。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于该至少一个磁体是稀土磁体。
19.如权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
提供多个磁体；和
靠近缸筒板状芯的各筒芯部件定位其中一个磁体，其中该磁体产生的磁场向着缸筒板状芯的内表面吸引各筒芯部件的缸径衬层以在组装型组中的缸筒板状芯过程中影响缸径衬层的移动。
20.如权利要求13所述的方法，其中缸径衬层被组装为缸筒板状芯的加工装置和缸筒板状芯的筒芯部件形成在缸径衬层中。
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