CN101337262A - 型芯组操纵器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及型芯组操纵器和方法。具体地，本发明涉及一种将至少一个型芯组沉入模具型腔内的机器，它包括多个夹具(502)连接于机器(504)的机架(800)。每个夹具(502)包括：含从动齿轮(712)的驱动部分(704)；连接于驱动部分(704)并具有带中心线的狭长形状的轴部(506)；以及连接于轴部(506)与驱动轴(704)相对的一端的头部(508)。所述头部(508)延伸超过轴部(506)的外部尺寸。至少一个致动器(718)连接于至少一个驱动轴(716)，所述驱动轴(716)包括至少一个驱动齿轮(714)。所述驱动齿轮(714)与夹具(504)的从动齿轮(712)啮合，从而使致动器(718)的运动依次传至驱动轴(716)、驱动齿轮(714)、从动齿轮(712)，最后被传至夹具(504)，以使夹具(504)绕中心线转动。本发明还包括在构造模具期间操纵一个或多个型芯组的方法以及操纵型芯组而将其放入形成于模具中的模具型腔的方法。

Description

型芯组操纵器和方法

发明领域

本发明涉及一种浇铸设备和工艺，包括但不局限于型芯组操纵方法和设备。

发明背景

内燃机包括具有多个汽缸的曲柄箱。汽缸包括活塞，由于燃烧作用引起的活塞的往复运动被传递通过曲柄轴而产生内燃机的输出转矩。通常，内燃机曲柄箱是由铸造金属制成的，并包括一体地形成于其内的通道，这些通道用来将各种流体从内燃机的一个位置传至另一位置。一般经过内燃机中的通道的流体包括冷却液、空气、燃料、油等。

已知制造内燃机部件的方法包括在金属外浇铸部件。典型的内燃机部件被浇铸成其内形成有一个或多个内部通道，并随后一般使用各种加工作业来完成。浇铸部件一般通过将熔融金属灌入模具而形成。模具具有当熔融金属凝固时形成部件理想外部形状的内表面。内部特征一般由型芯构成，所述型芯典型地基本由沙或其它适宜材料制成并在灌入熔融金属前已被放入模具。

典型的型芯包括被组装成型芯组的一个或多个互锁部分。型芯组被放入半模中，在半模中是已加工成形的组件的内型腔。操纵型芯组以将其放入半模是一项精细的操作，主要因为型芯组的易碎性。

在典型的制造环境中，一个模具中可形成一个以上的内型腔，以在每次金属浇灌作业中浇铸多个内燃机部件。这表示在执行浇灌作业前，一个模具可容纳多个型芯组。通常，型芯组在模具放入期间会受到损坏，造成相对高的材料废弃率。这个和其它的问题可以如下方式避免。

发明概述

多个夹具连接于机器的机架。每个夹具包括：含从动齿轮的驱动部分；连接于驱动部分并具有带中心线的狭长形状的轴部；以及连接于轴部与驱动部分相对的一端的头部。头部延伸过轴部的外部尺寸。至少一个致动器通过至少一个连杆连接于至少一个驱动轴，所述致动器包括至少一个驱动齿轮。至少一个驱动尺寸与夹具的从动齿轮啮合，以使致动器的运动依次传递至驱动轴、至驱动齿轮、至从动齿轮，最后传递至夹具从而使夹具围绕中心线转动。

附图简述

图1是具有设置于其中的三个型芯组的半模的外形图。

图2是咬合于型芯组的一组已知的夹具的横截面图。

图3是具有凹口的已知型芯组的外形图。

图4是根据本发明的、具有较浅凹口的改良型芯组的的外形图。

图5和图6是根据本发明的、当夹具咬合和脱离型芯组时夹具的横截面图。

图7是根据本发明的、夹具的驱动机构的分解外形图。

图8是根据本发明的、被设置成使用夹具咬合住多个型芯组的机器的外形图。

图9是根据本发明的、用来操纵型芯组的方法的流程图。

较佳实施例的说明

下面描述一种操纵型芯组以将其放入用于浇铸具有内部通道的金属部件的模具型腔的设备和方法。一种已知型芯组操纵设备示出于图1-图3以供比较。

作为部分组装的模具组件(未示出)的一部分的半模100示出于图1中。半模100被图示为具有设置在半模100的型腔104内的三个型芯组102。半模100是模具组件的下半部。模具组件的上半部(未示出)一般被置于半模100上以完成和密封诸型芯组102周围的型腔104，从而准备浇铸。当组装模具组件时，通过形成在半模100中的型腔口106灌入熔融金属。填满型腔口106的液态金属流过配给通道108，通过熔渣过滤器110，并流入型腔104以包围模具通道102并填满型腔104。

多个坑112被形成于半模100中，在设置于半模100中的每个型芯组102之间和周围。多个坑112中的每一个在浇灌作业过程中被填满熔融金属。在模具组件中的金属凝固后留下的大约重达75磅(43公斤)的金属部分不属于制造的部件并且在精加工作业阶段被除去。在金属部分已被除去后留下的金属条(slug)一般可回收。理想的是使铸造作业期间灌入每个模具组件的金属的量最小化，同样理想的是使制造的部件中不使用的金属的量最小化。填满多个坑112的每一个的、不为部件使用的金属的量取决于坑112的大小和体积。

典型使用的深坑112的大小足以容纳夹具200，当操纵各型芯组102和将其放入半模100或在其它作业期间，所述夹具200咬合住该型芯组102。每个夹具200典型地连接于浇铸机202，并能相对于机器202作枢转运动。夹具200一般从结构上成对地使用，藉此每组夹具200反作用地咬合住一部分型芯组102，如图2中横截面图所示。夹具200的对置结构是避免将剪切负载施加于所咬合的型芯组102截面所必须的，否则会损坏易碎的型芯组102。即使这样，还是经常观察到由夹具施加于型芯组的压缩负载会造成型芯组的损坏和断裂，这增加了制造过程中的废品率。

图2的横截面用实线示出处于咬合位置的每个夹具200，并用虚线示出例如当型芯组102已被置于半模100的型腔104中并且机器202向上撤回时处于脱开位置的夹具200。每个夹具200具有头部204，所述头部204在型芯组102的凹口部分206咬合型芯组102，所述凹口206沿型芯组102位于下侧的区域形成，而型芯组102靠在半模100上。

图3示出典型型芯组102的外观图。型芯组102从底表面300视角或从当型芯组102下降至型腔104时半模100变得可见的视角来示出。型芯组102具有共同高度但当型芯组沉入其中时具有接触半模100的型腔104的底表面的不同结构的多个腿部302。腿部302的长度确定在部件已模制和凝结后沿型芯组102的底表面300的金属厚度。设置用来容纳夹具200的多个凹口部分206也是可见的。图中示出在型芯组102中有四个凹口部分206，然而对于较大的型芯组可采用其它的数目。这四个凹口部分206因为前述原因被设置成两个对置的对。在已在型芯组102周围形成部件后，四个凹口区206中的每一个被填满凝固的金属并为部件增加不必要的重量。理想的是减少所制造部件中的这种“累赘”。迄今为止讨论的问题和其它问题可以如下方式有利地避免。

图4中示出改良的型芯组402的外形图。型芯组402包括与图3所示型芯组102的腿部302相同的腿部404。腿部404从型芯组402的底表面405凸起。型芯组402还包括多个凹口部分406，它们至少部分地在底表面405周围延伸以形成多个凹陷408。相比一般的凹口部分206，本实施例的凹口部分406较佳地较少和较浅，以减少成品部分中不必要的金属的量。

图5和图6示出在使用安装于浇铸机504的改良夹具502将改良型芯组402沉入改良的半模500过程的详细横截面图。改良夹具502包括一端连接于机器504的长轴506，并具有另一端连接于轴506并从中侧向凸出的头部508。夹具502有利地能相对机器504转动至少90°，并由于其不枢转，它与型芯组402咬合和脱开所需要的空间有利地较小。

在将型芯组402沉入半模500的过程中，夹具502转动以使头部508沿朝向型芯组402的方向从轴506凸起。处于该位置的型芯组402位于至少一部分夹具502的周围，夹具502的轴至少部分地设置在凹口部分406的一个中，并且夹具502的头部508在型芯组402的底表面405与凹陷408形成接触。

在型芯组402已沉入半模500后，通过绕轴506的主轴线转动以使头部502移动并离开其相应的凹口406，头部502脱离型芯组402。在夹具502已转过90°或者头部508足以绕过凹口406之后，机器504抬升夹具502并将其拉出半模500。相比图2所示的枢转夹具200，夹具502咬合住型芯组402所需占用的体积较小，因此形成在半模500中的多个坑512显著地较小并且比之前描述的坑112具有更小的体积。由于这显著减少了在完成浇铸作业后必须被除去的金属的量，这种更小的体积是有利的，并且减少了需要回收的废料。另外，施加于型芯组402上的压力小显著地减少制造过程中部件的废品率。

图7示出可用来操作各夹具502并被包括在机器504中的驱动机构700的概略分解组件图。夹具502包括夹具部分702和驱动部分704。如上所述，夹具部分702包括轴506和头508并且从机器504凸出。驱动部分包括第一止动件706，所述第一止动件706同轴地连接于轴506与头508相对的一端。轴承708同轴地与第一止动件706相连，并且第二止动件710同轴地与轴承708相连。圆形齿轮或小齿轮712连接于第二止动件710。小齿轮712中形成有沿其周缘设置的多个齿，并且被构造成与形成在直齿轮或齿条714中的齿啮合。当机器504被完全组装并工作时，小齿轮712与齿条714啮合。

齿条714连接于驱动轴716。驱动轴716可操作地连接于致动器718，所述致动器718能够使轴716相对夹具502往复移动。致动器718可以是能够实现选择运动的任何种类致动器。例如，致动器718可以是液压或气压缸、电动机或线性螺线管等。由于齿条714和小齿轮712之间的啮合，轴716的往复运动使夹具502转动。

图8示出机器504的一部分的一个实施例的外形图。机器504包括具有安装于此的四个套筒802的机架800。每个套筒802形成一个开口804，所述开口804可滑动地啮合于一立柱(未示出)，从而允许机器504在工作时沿任一方向有选择地沿立柱移动。设备板806连接于机架800。在板806上安装有不同的部件，并充当连接各致动器和在机器504工作期间所使用的其它部件(未示出)的平台。机器504的这个实施例被配置成在任一时间处理三个型芯组。因此，许多连接在板806上的部件一般被设置为三组，然而也可使用其它配置。

板806包括三组夹具808。每组夹具808包括各自包围三个型芯组810中的一个的三个夹具。在机器504工作期间，从一个至三个的型芯组的任何地方咬入三个垫区810中的一个或多个。每个型芯组可通过如前所述与三个相应夹具808的啮合而保持在机器504上。

还有额外的特征或部件连接于板806以利于型芯组的保持和对齐。多个固定器812连接于板806。每个固定器812包括销，所述销可选择地伸出或缩回以将设置在垫区810中的型芯组推离每个垫区810并在运输时紧靠相应夹具808以保证稳定性。在所示实施例中，每个垫区810对应一个固定器812，总共三个固定器812，然而也可使用更多的固定器812。

多个对齐立柱814连接于板806。对齐立柱814被设置成与被传送至各夹具808和垫区810的每个型芯组对齐。在每个垫区810设置两组对齐立柱814，并且所述对齐立柱814被设置在板806的外周缘附近。在机器504工作期间，当一个或多个型芯组啮合于一组或多组夹具808时，每个对齐立柱814可接触和/或靠近各型芯组。其它部件，例如致动器(未示出)或连杆(未示出)也可连接或联接于板806。这些其它部件被构造成有选择地控制夹具808、固定器812的运动和/或机架800的运动。

本发明可以其它特定形式来实施而不脱离其精神或实质特征。所述实施例在所有方面均被认为仅仅是示例而不是限定。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由前面的说明来确定。落在权利要求书的意义和等效范围内的所有变化均被涵盖在其范围内。

Claims (11)

1.一种将至少一个型芯组沉入模具型腔内的机器，所述机器包括：

可沿两个方向移动的机架，其中多个夹具连接于所述机架，其中每个夹具包括：

包括从动齿轮的驱动部分；

具有带中心线的狭长形状的轴部，其中所述轴部连接于驱动部分；以及

连接于轴部与驱动部分相对的远端的头部，所述头部延伸超过轴部的外部尺寸；

通过至少一个连杆连接于至少一个驱动轴的至少一个致动器，其中每个连杆包括至少一个驱动齿轮；

其中至少一个驱动齿轮与至少一个夹具的从动齿轮啮合，以使致动器的运动被传至驱动轴，所述驱动轴的运动被传至驱动齿轮，所述驱动齿轮的运动被传至从动齿轮，而所述从动齿轮的运动被传至夹具；并且其中所述夹具的运动是绕中心线的转动。

2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述机器定义用来接受型芯组的至少一个垫区，并且对于每个垫区，有三个夹具连接于机器。

3.如权利要求2所述的机器，其特征在于，还包括可操作地联接于机架并设置在至少一个垫区的周缘附近的至少一个对齐立柱。

4.如权利要求2所述的机器，其特征在于，还包括至少一个可操作地联接于机架的固定器，其中所述至少一个固定器包括有选择地伸出以将型芯组推向多个夹具的一个或多个头部的往复销。

5.一种在构造模具期间操纵一个或多个型芯组的方法，包括步骤：

准备要放入模具型腔的型芯组；

将型芯组对齐在运输表面上；

将具有接受表面的机器定位在型芯组上；

降低机器至型芯组上，以使所述型芯组位于所述接受表面附近；

将安装于机器的两个或多个夹具设置在型芯组的各凹口中，每个夹具具有带中心线的长轴；

使两个或多个夹具的每一个绕其中心线转动，从而使设置在每个夹具的一端上的头部位于型芯组的下面。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

在型芯组由两个或多个夹具啮合的同时抬高机器；

将机器移至模具型腔上的新位置；

将机器降低至模具型腔上方，以使所述型芯组被置于模具型腔内；

使两个或多个夹具转动，以使所述夹具的各头部不再位于型芯组下面；

抬高机器以使其离开模具型腔，将型芯组留在模具型腔中。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

启用具有往复安装的销的固定器，从而使所述销伸出以将型芯组推向两个或多个夹具的头部；以及

有选择地缩回销。

8.一种操纵型芯组而将其放入形成于模具中的模具型腔的方法，包括步骤：

使型芯组啮合于浇铸机，其中所述浇铸机具有从中凸出的多个夹具，每个夹具包括具有中心线的长轴和设置在长轴远端上的头，其中所述头沿侧向从长轴凸出，并且每个夹具较为有利地能够相对浇铸机转动至少90°；

其中使型芯组与浇铸机啮合的步骤是通过沿第一方向转动每个夹具，从而使每个头沿朝向型芯组的方向在中心线周围移动，直到每个头位于型芯组下面而完成的；

使型腔脱离浇铸机；

其中使型腔脱离浇铸机的步骤是通过沿与第一转动方向相反的第二方向绕中心线转动每个夹具，以使每个头沿离开型芯组的方向在中心线周围移动，直到每个头能够完全穿过型芯组而完成的。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，沿第一和第二方向转动每个夹具的步骤是通过启用致动器完成的，其中所述致动器联接于具有齿条的驱动轴，每个夹具包括与齿条啮合的小齿轮，并且致动器使驱动轴往复移动，由此齿条使小齿轮转动。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

在型芯组由两个或多个夹具啮合的同时，抬高浇铸机；

将浇铸机移动至模具型腔之上的新位置；

将浇铸机降低至模具型腔上方，以使型芯组被置于模具型腔内；以及

抬高浇铸机以使其离开模具型腔。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

当型芯组啮合于浇铸机时，启用具有交替地安装的销的固定器，从而使所述销伸出以将型芯组推向每个头；以及

有选择地缩回销。

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