CN101623755B

CN101623755B - 用于复杂铸件的内部清理的方法和系统

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Publication number: CN101623755B
Application number: CN2009101401588A
Authority: CN
Inventors: T·P·纽科姆
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: US20100006253A1; US8708032B2; US20120152485A1; US8186419B2; DE102009031349A1; CN101623755A; DE102009031349B4

Abstract

本发明涉及用于复杂铸件的内部清理的方法和系统。提供一种除芯方法和系统。这种方法包括的步骤是，提供具有布置在内部通道中的型芯材料的铸件；提供配置成选择性地振动铸件且选择性地旋转铸件的除芯装置；将铸件固定在除芯装置中；将一些弹丸引入铸件的内部通道之中；使铸件振动；以及使铸件旋转。还提供一种除芯装置，其配置成选择性地沿着第一轴线振动铸件，围绕第二轴线旋转铸件以及围绕第三轴线旋转铸件。

Description

用于复杂铸件的内部清理的方法和系统

技术领域

本发明涉及铸件的除芯，并且尤其涉及一种用于从发动机铸件的内部通道清理型芯砂的方法和装置。

背景技术

在用于形成例如用于内燃机缸体的铸件的精密砂型铸造工艺中，由树脂粘结的砂芯组装成消耗性模制包装(expendable moldpackage)。这些砂芯限定出铸件的内表面和外表面。通常，树脂涂覆的铸型砂被吹入型芯盒中并且被固化从而形成消耗性模制包装。在共有的美国专利No.6,615,901中示出且描述了一种典型的模制包装，其内容通过引用全部并入本文。

在浇铸熔融金属例如铝或铸铁以形成铸件之后，必须去除砂芯，这在工艺中称为″除芯(decoring)″。通常采用除芯机来从铸件中去除砂芯材料。在将铸件装入除芯机之前，通常会对铸件进行预处理。预处理可包括对铸件进行高能冲击，例如，使用气锤等等。这个冲击使内部型芯破裂，使得在铸件的内部通道之内发生至少有限量的型芯运动。除芯机利用型芯的有限运动来促使型芯进一步破裂成可流动的型砂。

一种典型的除芯机可采用摇动原理来进一步粉碎砂芯并且从除芯机向外输送型芯材料。一种采用摇动原理的已知除芯机是Swingmaster^TM除芯机，由奥地利的Fill Gesellschaft m.b.h.制造并且在北美洲由在俄亥俄州的哥伦比亚的Rimrock公司经销。在奥地利专利No.003791中描述了这种Swingmaster^TM除芯机，其通过引用并入本文。Swingmaster^TM除芯机具有两个不平衡型轴，它们在转动方向上产生直接力，引起铸件的正弦振动。通过使铸件承受具有足够振幅的正弦振动并且同时使铸件围绕水平轴线旋转从而使型芯破裂，Swingmaster^TM除芯机就从铸件中去除型芯。除芯机引起的铸件的围绕水平轴线的旋转可进一步使得自由流动的型砂和型芯材料从铸件的内部通道脱落。一旦去除了自由流动的型砂和型芯材料，剩余的型芯材料就能在通道内更自由地运动，加快了型芯的粉碎以及从铸件的最终去除。由此可以使显著量的型芯破裂并且从铸件的内部通道去除。

这种典型的除芯机和工艺没有去除个别砂粒，这些个别砂粒会附着在铸件壁上，归因于称作″机械粘砂″和″粘砂″的现象。通常通过后续工艺实现复杂铸件的内部通道中的附着材料的去除。附着材料的去除是通过下列方法中的至少一个实现的：表面冲击法例如喷丸处理等；磨损法例如研磨、振动介质清理、刷清、凿刻等；冲刷法例如高速水喷射等；以及高能机械冲击例如电弧/水下工艺等。这些方法中的每一个都不合需要地增大了除芯工艺的成本和复杂性。

仍然需要一种成本效率合算的方法和系统来从铝铸件和铁铸件的狭窄通道中去除型芯砂和其他杂质。理想地，这种方法和系统会使清理复杂铸件的可靠性最大化。

发明内容

根据本发明，惊奇地发现了一种成本效率合算的方法和系统来从铸件的狭窄通道中去除型芯砂和其它杂质，并且使清理复杂铸件的可靠性最大化。

在一个实施例中，一种用于对具有内部通道的铸件除芯的方法，包括以下步骤：提供具有布置在内部通道中的型芯材料的铸件；提供配置成选择性地使铸件振动且选择性地使铸件旋转的除芯装置；将铸件固定在除芯装置中；将一些弹丸引入铸件的内部通道之中；使铸件振动；以及使铸件旋转。因此，通过铸件的振动和旋转促使弹丸冲击内部通道的表面从而从那里去除型芯材料。通过铸件的旋转促使型芯材料和弹丸离开铸件的内部通道。

在另外的实施例中，一种用于对具有内部通道的铸件除芯的系统，包括除芯装置和弹丸配送器。除芯装置配置成选择性地使铸件振动且选择性地使铸件旋转。弹丸配送器与铸件相连通并且适于向铸件的内部通道传送一些弹丸。

在另一实施例中，一种用于具有内部通道的铸件的除芯装置，包括带有机架布置在其上的固定底座。转子可旋转地与机架相连。用于牢固地保持铸件的夹紧组件与该转子相连。第一电机与该夹紧组件相连并且配置成沿着第一轴线选择性地使铸件振动。第二电机与该转子相连并且配置成围绕第二轴线选择性地使该铸件旋转。第三电机布置在该夹紧组件上并且配置成围绕第三轴线选择性地使该铸件旋转。

附图说明

通过下列详细说明，本发明的上述优点以及其它优点对本领域技术人员来说会更明白，尤其是在根据下文描述的附图考虑时。

图1是根据本发明的一种实施例的除芯系统的侧视图；以及

图2是根据本发明的另一种实施例的除芯系统的侧视图。

具体实施方式

下列描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本发明、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记代表相同或相应的部件和特征。在所公开的方法方面，所示步骤的顺序本质上是示例性的，并且因此不是必需或关键的。

在图1中，本发明的除芯系统2包括用于清理具有至少一个内部通道10的铸件8的除芯装置4和弹丸配送器6。内部通道10可以是复杂内部通道，例如，形成通过铸件8的内部的弯曲通路。弹丸配送器6与铸件8相连通并且适于按要求向铸件8的内部通道10传送一些弹丸12。除芯装置4被配置成沿着第一轴线A选择性地使铸件8振动。第一轴线A可基本上与铸件8选择性地旋转所围绕的第二轴线X相平行。在特定实施例中，第一轴线A和第二轴线X可基本上相同。尽管可以选择多种适当的第一轴线A和第二轴线X，但理想地，第一轴线A和第二轴线X基本上相对于其上支撑着除芯装置4的底板呈水平。

本领域中已知的一种适当的除芯装置4是Swingmaster^TM除芯机，如上文所述。一个熟练技工会按要求选择另一种适当的除芯装置。在特定实施例中，除芯装置4包括带有机架16布置在其上的固定底座14。机架16与转子18相连。转子18选择性地围绕第二轴线X可旋转。转子18与夹紧组件20相连。夹紧组件被配置成选择性地且牢固地保持铸件8。作为一个非限制性的例子，夹紧组件20可包括与一对氯丁橡胶夹具相连的伺服电机。也可以采用其它适当的夹紧组件20结构。

除芯装置4可包括第一电机22和第二电机24。第一电机22可与夹紧组件20相连并且配置成沿着第一轴线A选择性地使铸件8振动。这个振动基本上可以是正弦振动，例如沿着第一轴线A的方向。这个振动可以由例如第一电机22通过齿轮和弹性皮带所驱动的并联的反向转动的、不平衡轴引起。铸件8的振动可以例如约等于25Hz的除芯频率和约等于300m/sec²的加速度进行。也可以选择其它适当的用于引起振动的措施、除芯频率、加速度等类似参数。

第二电机24可与转子18相连并且配置成围绕第二轴线X选择性地旋转铸件8。铸件8的旋转可以例如从约-90度到约+180度进行。采用的旋转可以使形成在铸件8中的内部通道10的原始朝上的开口基本上朝下。由此通过由第二电机24引起的铸件8的旋转使型芯材料和弹丸的排出方便。一个熟练技工会根据需要选择铸件8围绕第二轴线X的适当的旋转角度。

参照图2，除芯装置4可包括第三电机26。第三电机26配置成围绕第三轴线Z选择性地使铸件旋转。作为非限制性例子，第三电机26布置在除芯装置4的夹紧组件20上。根据需要，第三电机26可布置在除芯装置4上的适于围绕第三轴线Z选择性地旋转铸件8的另一位置。在特定实施例中，第三电机26被配置成在除芯装置的操作过程中选择性地使铸件8倾斜，使之与由轴线Z和X所形成的平面成一定角度，从而最优化铸件8的内部通道10的清理。

重新参照图1，根据本发明的弹丸配送器6可以是手动装置和自动装置例如机械手中的一种。弹丸配送器6可配置成根据一个或多个可编程的自动子程序将弹丸12引入铸件8的内部通道10之中。弹丸12可由金属材料形成，并且在特定实施例中，由含铁材料制成。熟练技工将认识到，也可以选择其它适当的弹丸12的材料。

在一个例子中，弹丸配送器6包括料斗28。料斗28被配置成在弹丸12送入铸件8的内部通道10之前保存弹丸12。弹丸配送器6还可包括与料斗28相连通的至少一个导管30。这至少一个导管30可配置成根据需要向铸件8的内部通道10重力供给弹丸12。还可以使用弹丸流量控制装置(未示出)来调节弹丸12的流动。

在又一实施例中，除芯系统2可包括分离装置32。分离装置32大体上布置在夹紧组件20和铸件8的下面。分离装置32配置成在除芯装置4的操作期间从离开铸件8的内部通道10的型芯材料中分离出弹丸12。作为一个非限制性例子，分离装置32可包括配置成从型芯材料中分离出弹丸12的筛子(未示出)。为了便于从基本上粉碎的型芯材料中分离，弹丸12的直径尺寸可约等于0.5mm，在特定实施例中，直径可约等于1mm，并且在大多数特定实施例中，平均直径约等于2mm。也可以采用其它适当的弹丸平均尺寸。

在另一非限制性例子中，分离装置32包括配置成用磁力从型芯材料分离出弹丸12的磁铁。当弹丸12由非常受磁场影响的材料形成的时候，可以采用磁铁。例如，当弹丸12由含铁材料例如钢形成的时候，可以采用磁铁。磁铁可布置在接收皮带(未示出)的下面并且适于在由皮带输送型芯材料至处理设备或回收设备(未示出)时吸引弹丸12到皮带。在处理了型芯材料之后可以增大磁铁12与皮带之间的距离，或者替换性地，在电磁铁情况下转向，从而使弹丸12恰当地从皮带移除并且通过例如返回料斗28进行再利用。

本发明还包括一种用于对具有内部通道10的铸件8除芯的方法。该方法首先包括的步骤是，提供具有布置在内部通道10中的型芯材料的铸件8，提供配置成沿着第一轴线A选择性地振动铸件8且围绕第二轴线X选择性地旋转铸件8的除芯装置4。然后将铸件8固定在除芯装置4中，例如用夹紧组件20。

在将铸件8固定在除芯装置4中之后，将一些弹丸12引入铸件8。弹丸12可以通过铸件8中内部通道10的通常朝上设置的开口引入。然后沿着第一轴线A振动铸件8并且围绕第二轴线X旋转铸件8，从而使弹丸12冲击内部通道10的壁。这个振动使布置在内部通道10内的型芯材料粉碎且流体化。由于夹紧组件20的摇动和振动作用，弹丸12一直反复地弹跳并且以足够大的能量冲击内部通道10从而进行使任何附着的型芯材料破裂和从那里去除任何附着的型芯材料(例如砂粒)中的至少一者。由此弹丸12最小化了对附加工艺的需要，比如喷丸等等。

应当认识到，当铸件8旋转时，会使布置在内部通道10中的型芯材料离开内部通道，通常是在重力作用下。在铸件8旋转时，型芯材料和用过的弹丸12可被注入分离装置32中，用于根据需要进行分离、再利用和处理中的至少一者。还应当理解，铸件8围绕第二轴线X的旋转可有助于内部通道10的更好清理。为了通过使弹丸12从所有方向进行冲击来进一步促进内部通道10的清理，本发明的方法还可包括围绕第三轴线Z旋转铸件的步骤。

本发明的方法还包括预处理铸件8以在将铸件8固定在除芯装置4中之前促使型芯材料破裂的步骤。例如，预处理可包括在分离型芯裂化锤位置处高能冲击铸件，例如用气锤。在铸件8固定在除芯装置4中之后，但在引入弹丸12之前，还可以根据需要对铸件8进行预振动和预旋转中的至少一者，从而进一步破裂和粉碎布置在内部通道10中的型芯材料。

在又一实施例中，本发明的方法包括从型芯材料中分离弹丸12的步骤。分离步骤在从铸件8的内部通道10排出型芯材料和弹丸12之后进行。分离步骤包括弹丸12的磁性分离，如上所述，如果弹丸12由含铁材料形成。通过将分离的弹丸12重新引回铸件8的内部通道10对弹丸12进行再利用，用于对内部通道10的更进一步清理。

应当认识到，本发明的除芯系统2和方法成本低廉，其消除了对附加的后处理步骤例如喷丸等的需要。惊奇地发现，本发明的除芯系统2和方法在从用于发动机缸体的铸件8的狭窄且复杂的内部通道10去除型芯砂及其它杂质方面非常有效。因此，除芯系统2和方法最大化了铸件8的清理可靠性。

尽管为了说明本发明示出了一些代表性实施例和细节，但是，对本领域技术人员来说，在不脱离附上的权利要求所进一步描述的本发明范围的情况下，可以很明显地做出各种变化。

Claims

1.一种用于对具有内部通道的铸件除芯的方法，包括以下步骤：

提供具有布置在内部通道中的型芯材料的铸件；

提供配置成选择性地使所述铸件振动和选择性地使所述铸件旋转的除芯装置；

将所述铸件固定在所述除芯装置中；

将一些弹丸引入所述铸件的内部通道之中；

使所述铸件沿着第一轴线振动；以及

使所述铸件围绕第二轴线和第三轴线旋转，其中，通过所述铸件的振动和旋转促使所述弹丸冲击所述内部通道的表面从而从那里去除所述型芯材料，

其中，在除芯装置的操作过程中选择性地使铸件倾斜，使之与由第三轴线和第二轴线所形成的平面成一定角度。

2.如权利要求1所述的方法，还包括预处理所述铸件以在将所述铸件固定在所述除芯装置中之前使所述型芯材料开始破裂的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，还包括在引入所述一些弹丸之前，使所述铸件进行振动和旋转中的至少一者的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其中，第二轴线为大致水平轴线。

5.如权利要求4所述的方法，其中，第一轴线是基本上平行于第二轴线的大致水平轴线。

6.如权利要求1所述的方法，还包括在从所述铸件的内部通道排出所述型芯材料和弹丸之后从所述型芯材料中分离所述弹丸的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述弹丸由含铁材料形成。

8.如权利要求7所述的方法，其中，从所述型芯材料分离所述弹丸的步骤包括磁性分离。

9.如权利要求6所述的方法，还包括通过将分离的所述弹丸重新引回到所述铸件的内部通道对所述弹丸进行再利用的步骤。

10.如权利要求1所述的方法，其中，引入所述弹丸的步骤通过手动装置和自动装置中的一者进行。

11.一种用于对具有内部通道的铸件除芯的系统，包括：

除芯装置，其配置成选择性地使铸件振动和选择性地使铸件旋转；和

弹丸配送器，其与所述铸件相连通并且适于向所述铸件的内部通道传送弹丸，

其中，所述铸件沿着第一轴线振动、围绕第二轴线旋转，并且其中，所述除芯装置还配置成围绕第三轴线选择性地使所述铸件旋转，

其中，该除芯装置被配置成在除芯装置的操作过程中选择性地使铸件倾斜，使之与由第三轴线和第二轴线所形成的平面成一定角度。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述除芯装置包括带有机架布置在其上的固定底座，该机架与可围绕第二轴线旋转的转子相连，该转子与用于选择性且牢固地保持所述铸件和沿着第一轴线选择性地振动的夹紧组件相连。

13.如权利要求12所述的系统，还包括第一电机和第二电机，第一电机与所述夹紧组件相连并且配置成沿着第一轴线选择性地振动所述铸件，第二电机与所述转子相连并且配置成围绕第二轴线选择性地旋转所述夹紧组件。

14.如权利要求13所述的系统，还包括布置在所述夹紧组件上的第三电机，第三电机配置成围绕第三轴线选择性地旋转所述铸件。

15.如权利要求11所述的系统，其中，所述弹丸配送器包括用于在所述弹丸送入所述铸件的内部通道之前保存所述弹丸的料斗。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述弹丸配送器包括与所述料斗连通的至少一个导管，用于向所述铸件的内部通道重力供给弹丸。

17.如权利要求11所述的系统，还包括与所述除芯装置相连通且配置成从离开所述铸件的内部通道的型芯材料中分离出所述弹丸的分离装置。

18.一种用于具有内部通道的铸件的除芯装置，该除芯装置包括：

带有机架布置在其上的固定底座；

可旋转地与所述机架相连的转子；

与所述转子相连的用于牢固地保持所述铸件的夹紧组件；

第一电机，其与所述夹紧组件相连并且配置成沿着第一轴线选择性地振动所述铸件；

第二电机，其与所述转子相连并且配置成围绕第二轴线选择性地旋转所述铸件；以及

第三电机，其布置在所述夹紧组件上并且配置成围绕第三轴线选择性地旋转所述铸件，第三电机被配置成在除芯装置的操作过程中选择性地使铸件倾斜，使之与由第三轴线和第二轴线所形成的平面成一定角度。