CN103934414A - 用于砂芯排气的方法以及相关系统和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于砂芯排气的方法以及相关系统和设备。公开了用于在铸造工艺期间降低例如砂型铸件芯包的芯内的气压以便减少气泡缺陷的方法、系统和设备。一些实施例可以包含模具，其被构造成接收熔融金属以形成例如发动机缸体铸件的金属铸件。模具可以包含被构造成产生金属铸件内的空腔的模具芯。系统还可以包括填注装置，其被构造用于递送熔融金属到用于形成金属铸件的模具内。模具芯可以包括对于已知通常导致气泡缺陷的某些气体可渗透的材料。系统可以还包括真空，其构造成耦联模具以便降低模具的可渗透部分内的气压，以便减少铸件内的气泡缺陷的发生。

Description

用于砂芯排气的方法以及相关系统和设备

技术领域

本公开涉及用于降低芯内气压和用于使用包括这种气压降低的工艺来制造发动机缸体和其他铸件的方法、设备和系统。更具体地但非排他地，本公开涉及用于从芯包排气以降低芯气压并因而减少气体进入模具空腔内的熔融金属中的方法、设备和系统。

背景技术

通常使用砂型铸造工艺来制造内燃发动机缸体。这样的工艺通常包括使用模具包，模具包由限定发动机缸体铸件的表面的多个砂芯或模具段组装而成。之后熔融金属被浇灌到在模具包内形成的开口内，一旦被冷却，所述熔融金属就形成发动机缸体。

不幸的是，通常由于在模具和/或模具材料内存在气体而导致在由这种砂型铸造工艺形成的发动机缸体铸件中的缺陷。这样的气体能够导致在铸件内形成气泡，这会导致铸件的缺陷并最终导致铸件报废。例如，当水套芯开始被浸没在熔融金属中时，芯中某些气体的压力会比金属的头压以更快的速率上升。因此，气体会形成并从水套芯和/或模具的其他部分内被引入金属中。

因此，本发明人已经确定了需要提供用于制造发动机缸体和其他铸件的方法、系统和设备，其通过例如防止或至少降低模具内的气压来防止或至少减少气泡缺陷导致的报废和/或其他问题从而克服现有技术的前述限制和/或其他限制中的一个或更多个。

发明内容

本文公开了用于制造发动机缸体和其他铸件的方法、系统和设备，其包括降低例如砂型铸造模具的模具内的气压以便减少气泡缺陷。

在用于降低用于制造金属铸件的至少部分可渗透的模具内的气压的方法的一些实施方式中，可以提供包括例如水套芯的模具芯的模具，该模具芯被构造成在金属铸件内产生空腔。模具芯可以包括对于在铸造工艺期间被引入模具内的气体来说可渗透的材料。熔融金属可以被引入到模具内以形成金属铸件，例如发动机缸体铸件。在将熔融金属引入到模具内的步骤期间，真空可以被施加到模具的可渗透部分，以便降低模具的可渗透部分内的气压。

在一些实施方式中，施加真空的步骤可以包括施加真空至在模具内形成的导管。在一些实施方式中，可以使用多个这样的导管。一个或更多个导管可以延伸到模具内并且可以终止于模具的已知特别易受压力累积影响的部分内或该部分附近，该部分例如是具有边界芯头区域的芯，所述芯例如包括发动机缸体模具的水套芯。在一些实施方式中，导管可以延伸到模具内并且在非常靠近这种所需部位的周界边缘处终止，例如在距水套芯大约10mm之内终止。在另一些实施例中，一个或更多个导管可以一直延伸到模具的需要压力降低的部分内。

在一些实施例和实施方式中，施加的真空可以在大约-0.2psi和大约-1.0psi之间。在一些这样的实施例和实施方式中，真空可以在大约-0.4psi和大约-0.6psi之间。

模具可以还包括真空板，其被构造成邻近模具定位以便将真空施加至所述模具内的一个或更多个选定部位。真空板可以包括一个或更多个真空端口。真空端口可以流体连接于一个或更多个导管。导管可以延伸到模具内并且可以流体连接于包括可渗透材料（例如砂材料）的模具内的一个或更多个所需部位。在一些实施例和实施方式中，导管可以延伸到模具内并且终止于模具内的所需可渗透部位附近。在一些实施例和实施方式中，导管可以终止于模具内的这种所需部位。在另一些实施例和实施方式中，真空可以被直接施加到中间导管内的模具的所需可渗透部位。也可以提供一个或更多个真空歧管以便有助于真空与一个或更多个真空端口的耦联。

在根据本公开的方法的另一实施方式中，即在用于制造发动机缸体的方法中，可以提供包括水套芯的模具，该水套芯被构造成在发动机缸体铸件内产生水套空腔。水套芯可以包括对于在铸造工艺期间被引入水套芯内的气体来说可渗透的砂材料。真空歧管可以联接到多个真空端口。至少一个真空端口可以流体连接于延伸到模具内的导管。一个或更多个导管可以终止于水套芯附近。

例如通过将熔融金属浇注或泵送到模具内而可以将熔融金属递送到模具内，以便例如形成发动机缸体铸件。在将熔融金属递送到模具内的步骤期间，真空可以被施加到真空歧管以便降低水套芯内的气压。在施加真空至真空歧管的步骤期间，多个真空端口可以位于邻近模具定位的真空板内。真空板可以进一步包含多个模具端口，其流体连接于真空端口且邻近模具定位，以使得施加到真空端口的真空将被施加到模具内的一个或更多个部位。

用于制造金属铸件的系统的实施例可以包括被构造用于接收熔融金属以形成金属铸件的模具。模具可以包括模具芯，所述模具芯被构造成在例如发动机缸体铸件的金属铸件内产生空腔。模具芯可以包括例如被构造成在发动机缸体铸件内产生水套空腔的水套芯。

系统可以进一步包括填注装置，其被构造用于递送（例如浇注或泵送）熔融金属到模具内以形成金属铸件。在这样的实施例中，模具芯可以包含对于在使用填注装置递送熔融金属到模具内的工艺期间被引入到模具内的气体来说可渗透的材料。在一些实施例中，填注装置可以包括机器人，例如机器人浇注系统。

系统还可以包括真空，其被构造成被耦联于模具以便降低模具的可渗透部分内的气压。也可以提供被构造成被耦联至真空的真空板。真空板可以包括一个或更多个真空端口，其被构造成有助于真空与模具的耦联。一个或更多个真空端口可以流体连接于一个或更多个导管。导管可以延伸到模具内，并且在一些实施例中可以终止在模具内且邻近模具的所需可渗透部分。例如，在模具芯包括被构造成在发动机缸体铸件内产生水套空腔的水套芯的实施例中，一个或更多个导管可以延伸到模具内并且可以终止于水套芯附近。在一些实施例中，导管可以终止在模具内距水套芯在大约10mm之内但不延伸到水套芯内。但是可以想到另一些实施例和实施方式，其中一个或更多个导管进入并终止于水套芯内和/或模具中的一个或更多个其他所需部位内。

在一些实施例中，系统还可以包括盖芯（cover core）和/或板芯（slab core）。板芯可以邻近盖芯定位，并且模具芯可以邻近板芯定位。在包括真空板的实施例中，真空板也可以邻近板芯定位，使得板芯位于模具芯和真空板之间。

本发明还包括下列方案。

1. 一种用于降低用于制造金属铸件的至少部分可渗透的模具内的气压的方法，所述方法包括以下步骤：

提供模具，其中所述模具包括模具芯，所述模具芯被构造成产生金属铸件内的空腔，其中所述模具芯包括对于在铸造工艺期间被引入到所述模具内的气体来说可渗透的材料；

递送熔融金属到所述模具内以形成金属铸件；以及

在递送所述熔融金属到所述模具内的步骤期间施加真空到所述模具的可渗透部分，以降低所述模具的所述可渗透部分内的气压。

2. 根据方案1所述的方法，其中，所述金属铸件包括发动机缸体。

3. 根据方案2所述的方法，其中，所述模具芯包括水套芯。

4. 根据方案3所述的方法，其中，施加真空的步骤包括：施加真空至在所述模具内形成的导管。

5. 根据方案4所述的方法，其中，所述导管延伸到所述模具内并且终止于所述水套芯附近。

6. 根据方案5所述的方法，其中，所述导管延伸到所述模具内并且终止在距所述水套芯大约10mm之内。

7. 根据方案6所述的方法，其中，所述模具还包括真空板，所述真空板包括真空端口，其中所述真空端口被流体连接到所述导管。

8. 根据方案7所述的方法，其中，施加真空到所述模具的可渗透部分的步骤包括：联接真空歧管至所述真空端口。

9. 根据方案1所述的方法，其中，所述模具芯包括砂材料。

10. 一种用于制造发动机缸体的方法，所述方法包括以下步骤：

提供模具，其中所述模具包括水套芯，所述水套芯被构造成产生发动机缸体铸件内的水套空腔，其中所述水套芯包括砂材料，所述砂材料对于在铸造工艺期间被引入到所述水套芯内的气体来说是可渗透的；

联接真空歧管至多个真空端口，其中所述真空端口中的至少一个被流体连接到延伸至所述模具内的导管，并且其中所述导管终止于所述水套芯附近；

递送熔融金属到所述模具内以形成发动机缸体铸件；以及

在递送所述熔融金属到所述模具内的步骤期间施加真空到所述真空歧管，以降低所述水套芯内的气压。

11. 根据方案10所述的方法，其中，所述多个真空端口位于真空板内，并且其中在施加真空至所述真空歧管的步骤期间所述真空板邻近所述模具定位。

12. 一种用于制造金属铸件的系统，包括：

模具，所述模具被构造成接收熔融金属以形成金属铸件，其中所述模具包括模具芯，并且其中所述模具芯被构造成产生所述金属铸件内的空腔；

填注装置，所述填注装置被构造用于递送熔融金属到用于形成所述金属铸件的所述模具内，其中所述模具芯包括对于在用所述填注装置递送所述熔融金属到所述模具内的工艺期间被引入到所述模具内的气体来说可渗透的材料；以及

真空，所述真空被构造成被耦联到所述模具以便降低所述模具的可渗透部分内的气压。

13. 根据方案12所述的系统，其中，所述模具还包括：

盖芯；和

板芯，所述板芯邻近所述盖芯定位，其中所述模具芯邻近所述板芯定位。

14. 根据方案12所述的系统，其中，所述系统被构造用于制造发动机缸体。

15. 根据方案14所述的系统，其中，所述模具芯包括被构造成在发动机缸体铸件内产生水套空腔的水套芯。

16. 根据方案12所述的系统，还包括被构造成与所述真空联接的真空板。

17. 根据方案16所述的系统，其中，所述真空板包括至少一个真空端口，所述真空端口构造成有助于所述真空与所述模具的耦联。

18. 根据方案17所述的系统，其中，所述真空端口被流体连接到延伸至所述模具内的导管。

19. 根据方案18所述的系统，其中，所述模具芯包括水套芯，所述水套芯被构造成产生发动机缸体铸件内的水套空腔，并且其中所述导管延伸到所述模具内并且终止于所述水套芯附近。

20. 根据方案19所述的系统，其中，所述导管延伸到所述模具内并且终止在距所述水套芯大约10mm之内。

附图说明

描述了本公开的非限制性且非详尽的实施例，包括参考附图的本公开的各种实施例，附图中：

图1示出了用于制造金属铸件的系统的一种实施例的透视图，该系统包括用于降低铸件模具的一个或更多个部分内的气压的真空。

图2示出了图1所示的系统的盖芯的实施例的上部透视图。

图3示出了图2的盖芯的下部透视图。

图4示出了图1所示的系统的板芯的实施例的上部透视图。

图5示出了图4的板芯的下部透视图，并且进一步示出了相邻水套芯的实施例。

图6示出了板芯和相邻水套芯的实施例的截面图。

图7示出了包括八个真空端口的真空板的实施例的透视立体图。

图8示出了用于制造金属铸件的系统的一种实施例的某些部件的截面图，该系统包括用于降低铸件模具的一个或更多个部分内的气压的真空。

具体实施方式

下文提供了符合本公开的各种实施例和实施方式的设备、系统和方法的详细描述。虽然描述了多个实施例和实施方式，但是应该理解的是，公开内容不限于所公开的任意特定实施例和/或实施方式，而是涵盖大量替代物、改型和等价物。此外，虽然在下文的描述中提出了大量特定细节以便提供对本文公开的实施例的全面理解，但是在没有这些细节中的一些或全部的情况下能够实践一些实施例。类似地，在没有下文公开的步骤中的一些或全部的情况下能够实践一些实施方式。而且，为了清楚起见，现有技术中公知的某些技术材料没有被具体描述以避免不必要地模糊本公开。

通过参考附图将最佳地理解本公开的实施例，其中相同的部件由相同的附图标记指代。将容易地理解，如本文附图中大体描述和图释的，所公开实施例的部件可以被设置且设计成各种各样的不同构造。因此，本公开的系统和方法的实施例的下述具体描述不试图限制所要求保护的本公开的范围，而是仅代表本公开的可能性实施例。此外，除非另有声明，否则不必要以任意特定次序或甚至顺序地执行方法的步骤，所述步骤也不必要仅执行一次。

本文公开的方法、系统和设备的实施例可以被用于降低或消除用于制造金属铸件的至少部分可渗透模具（例如发动机缸体的铸造模具）或者模具的至少部分可渗透部分中的气压。因此，这样的方法、系统和设备可以减少或者消除气泡缺陷，以减少或者消除精密砂型铸件中的气泡废料，例如水套芯气泡废料。通过提供这样的改进，一些实施例也可以允许消除制造期间的某些检测步骤，例如用于质量控制的对发动机缸体的X射线检测。事实上，可以想到，可以使用根据本文提供的教义构造的一些系统，而完全省去X射线检测。

现在参考附图，在图1中以100示出用于制造金属铸件的系统的一个实施例。系统100包括框架110、盖芯120、头部甲板（head deck）板芯130、水套芯140（图1中不可见）和真空板150。如本领域普通技术人员将意识到的，本领域公知的系统100的各种其他部件没有被具体描述以避免不必要地模糊本公开。

在一些实施例中，框架110可以是诸如机器人浇注系统的机器人系统的一部分。在另一些实施例中，系统100可以包含一个或更多个这样的机器人系统，其在一些实施例中可以结合框架110操作而不是作为框架110的一部分。一些实施例可以是诸如固定的自动化系统、翻转装置等等的另一装置或者系统的一部分。

盖芯120、板芯130以及一个或更多个其他芯（例如水套芯140（图4中被示出并与其结合在下文被描述））可以一起构成模具。换言之，在一些实施例中，用于制造金属铸件的系统的模具可以根据需要包含盖芯、板芯、水套芯以及一个或更多个其他芯。在一些实施例中，术语“模具芯”可以指代可以构成模具的各种单独芯中的一个。

如图1中所示，板芯130可以邻近盖芯120定位。并且，如图4中所示，水套芯140可以邻近板芯130定位。如下文更具体描述的，在一些实施例中，可以在模具的一个或更多个部分内形成一个或更多个导管，其被构造用于施加真空至模具内或模具上的一个或更多个所需部位。

例如，一个或更多个导管可以形成在板芯130和/或盖芯120内，如下文更具体描述的。在一些实施例中，这样的导管可以终止于模具的另一片或部分附近，例如终止于水套芯140附近。在包括用于制造金属铸件的至少部分可渗透模具的实施例中，邻近例如具有边界芯头区域的一个或更多个芯（例如发动机缸体模具的水套芯）布置一个或更多个导管可以降低在向这些导管施加真空之后在相邻水套芯内的气压累积。在一些实施例中，真空可以被施加到板芯内的水套腿状芯头（leg print）之间。

在一些实施例中，系统可以进一步包含填注装置，其被构造用于递送（例如浇注或泵送）熔融金属到用于形成金属铸件的模具内。在这样的实施例中，模具可以包含对于在使用填注装置递送熔融金属到模具内的工艺期间被引入到模具内的气体来说可渗透的材料。在一些实施例中，填注装置可以包含机器人，例如机器人浇注系统。

图2示出了图1所示的系统100的盖芯120的实施例的上部透视图。图3示出了盖芯120的下部透视图。如这些附图中所示的，盖芯120包括八个导管122。如通过观察和比较图2和图3能够看出的，每个导管122一直延伸而贯穿盖芯120。导管122也可以位于引射管道124的相反两侧上。更具体地，两个导管122邻近四个引射管道124中的每个的相反两端定位。通过形成导管122以使得它们一直延伸而贯穿盖芯120，真空可以被施加到盖芯120下方的模具内的一个或更多个部位，如下文所述的。

图4示出了系统100的头部甲板板芯130的实施例的上部透视图。图5示出了系统100的头部甲板板芯130的下部透视图，并且进一步示出了相邻水套芯140的实施例。如这些附图中所示的，板芯130包括多个导管132。导管132被构造成在盖芯120邻近系统100内的板芯130定位时邻近盖芯120内的导管122定位。更具体地，导管132被构造成对齐于盖芯120的导管122以便形成延长导管，每个延长导管均由延伸通过盖芯的导管122和在板芯130内形成的导管132构成。

在一些实施例中，多个配件或接头可以被用于确保施加到导管122的真空被有效地传递到导管132。然而，在另一些实施例中，导管122和132可以简单地彼此相邻地定位，而不需任何这样的配件或接头。

不同于导管122，导管132并不一直延伸而贯穿板芯130。而是，导管132包含终止于水套芯140附近的盲孔。在一些实施例中，一个或更多个导管132可以在板芯130内例如距水套芯140在大约10mm的距离处终止。在一些实施例中，一个或更多个导管132可以终止在板芯130内的两个水套腿状芯头之间。但是，可以想到另一些实施例，其中导管132或其他导管终止于水套芯140内和/或模具内的其他所需部位内。

如图6的截面图所示的，导管132终止于水套芯140的水套腿状芯头142和水套腿状芯头144之间。在另一些实施例中，一个或更多个导管可以延伸到模具内并且可以终止于模具的已知特别易受压力累积影响和/或具有边界芯头区域的另一部分附近或该另一部分内。本文公开的各种实施例可以特别适用于具有高的金属接触表面积与芯头面积比的任意芯。

系统100还包括被构造成与真空耦联的真空板150。被施加到真空板150或者到在模具内和/或邻近模具的一个或更多个其他区域的真空可以在大约-0.2psi和大约-1.0psi之间。在一些这样的实施例和实施方式中，真空可以在大约-0.4psi和大约-0.6psi之间。可以想到施加更大真空的其他实施例。在一些实施例中，真空的强度可以取决于被使用的材料和/或限定导管的材料和/或相邻材料的可渗透性。

图7示出了包括八个真空端口151的真空板150的实施例的透视立体图。真空端口151可以被构造成有助于真空与模具的一个或更多个部分的耦联。例如，如图8的截面图所示，真空板150可以包括对应于并联接于每个真空端口151的多个真空配件153。真空配件153可以以任意适当方式被联接于真空板150，例如通过螺纹联接、摩擦配合、卡配合、卡口连接、套圈和夹子等等。在另一些实施例中，真空配件153可以与真空板150一体成形。

每个真空端口151限定到在真空板150内形成的导管152的开口。在每个导管152的与真空端口151一端相反的一端，形成模具端口154，所述模具端口被构造成流体联接于模具的一个或更多个部分，包括盖芯120、板芯130和水套芯140。

因此，在所示实施例中的每个导管152流体联接于对应导管122，导管122继而流体联接于对应导管132。这样，当真空被施加到真空配件153和/或直接施加到真空端口151时，导管122和132内的压力降低。因为模具的一个或更多个部分是至少部分可渗透的，因此这种压力降低可以被传递到模具的相邻可渗透部分，以便降低模具内的一个或更多个具体区域内的气压，以便防止或至少减少在被传递到模具内的熔融金属中的气体形成。

在一些实施例中，每个真空配件153可以被联接于单个真空歧管。替代性地，可以使用多个真空歧管。或者，如本领域普通技术人员将意识到的，一个或更多个真空配件153和/或真空端口151可以被单独地耦联到真空。

关于附图中所示的实施例，被施加到真空配件153和/或真空端口151的真空降低与由导管122、132和152限定的整条导管相邻的水套芯140内的气压。如上所述，这种降低的压力防止或至少减少了在由模具/芯材料制造的精密砂型铸件中的气泡形成和因此的气泡废料。

图8示出了用于制造金属铸件的系统100的某些部件的截面图。图8示出了在真空板150内形成的导管152。每个导管152被流体连接于盖芯120内的相邻导管122。如上所述，每个导管122可以被流体连接于对应导管132。这样，真空板150有助于施加真空到包括盖芯120、板芯130和水套芯140的模具，该真空可以被施加到模具内的一个或更多个所需区域以便降低在模具的已知易受这样的气泡形成影响的一个或更多个区域内的气压且因而降低其气泡形成。然而可以想到，一些实施例可以省除真空板150而是在模具内或模具附近的一个或更多个位置处直接施加真空。

已经参考各种实施例描述了前述申请文件。然而，本领域的一个普通技术人员将意识到在不背离本公开的范围的情况下能够做出各种改进和修改。例如，取决于具体应用或考虑到与系统操作相关联的任何数量的成本因素，可以以替代性方式实施各种操作性步骤以及用于执行操作性步骤的部件。因此，任何一个或更多个步骤可以被删除、修改或与其他步骤结合。进一步，本公开被看作是说明性的而不是限制性意义的，并且所有这样的改型试图被包括在本公开的范围内。类似地，已经参考各种实施例在上文描述了益处、其他优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可以导致任何益处、优点或解决方案会出现或更加明显的任意元素不被看作是关键的、所需的或必要特征或元素。

本领域的技术人员将意识到，在不背离本发明的蕴含原理的情况下，可以对上述实施例的细节做出各种修改。因此，应该仅通过所附权利要求书来确定本发明的范围。

Claims (10)

1. 一种用于降低用于制造金属铸件的至少部分可渗透的模具内的气压的方法，所述方法包括以下步骤：

提供模具，其中所述模具包括模具芯，所述模具芯被构造成产生金属铸件内的空腔，其中所述模具芯包括对于在铸造工艺期间被引入到所述模具内的气体来说可渗透的材料；

递送熔融金属到所述模具内以形成金属铸件；以及

在递送所述熔融金属到所述模具内的步骤期间施加真空到所述模具的可渗透部分，以降低所述模具的所述可渗透部分内的气压。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属铸件包括发动机缸体。

3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述模具芯包括水套芯。

4. 根据权利要求3所述的方法，其中，施加真空的步骤包括：施加真空至在所述模具内形成的导管。

5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述导管延伸到所述模具内并且终止于所述水套芯附近。

6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述导管延伸到所述模具内并且终止在距所述水套芯大约10mm之内。

7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述模具还包括真空板，所述真空板包括真空端口，其中所述真空端口被流体连接到所述导管。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中，施加真空到所述模具的可渗透部分的步骤包括：联接真空歧管至所述真空端口。

9. 一种用于制造发动机缸体的方法，所述方法包括以下步骤：

提供模具，其中所述模具包括水套芯，所述水套芯被构造成产生发动机缸体铸件内的水套空腔，其中所述水套芯包括砂材料，所述砂材料对于在铸造工艺期间被引入到所述水套芯内的气体来说是可渗透的；

联接真空歧管至多个真空端口，其中所述真空端口中的至少一个被流体连接到延伸至所述模具内的导管，并且其中所述导管终止于所述水套芯附近；

递送熔融金属到所述模具内以形成发动机缸体铸件；以及

在递送所述熔融金属到所述模具内的步骤期间施加真空到所述真空歧管，以降低所述水套芯内的气压。

10. 一种用于制造金属铸件的系统，包括：

模具，所述模具被构造成接收熔融金属以形成金属铸件，其中所述模具包括模具芯，并且其中所述模具芯被构造成产生所述金属铸件内的空腔；

填注装置，所述填注装置被构造用于递送熔融金属到用于形成所述金属铸件的所述模具内，其中所述模具芯包括对于在用所述填注装置递送所述熔融金属到所述模具内的工艺期间被引入到所述模具内的气体来说可渗透的材料；以及

真空，所述真空被构造成被耦联到所述模具以便降低所述模具的可渗透部分内的气压。