TW201440921A - 砂模塑模方法及砂模塑模裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題為：在使發泡砂填充至模具的內腔並進行加熱、固化而得到塑模製品時，可將發泡砂之加熱、固化時所產生的水蒸氣及氣體從內腔順利地排出。解決手段為：將模具(2)予以鎖模來形成內腔(C)，並將發泡砂(S)填充至內腔(C)內。在對發泡砂(S)進行加熱、固化時，使鎖模力降低，一邊維持內腔(C)，一邊在模具(2)之間形成些許的間隙(L)。對發泡砂(S)進行加熱、固化時所產生的氣體及水蒸氣會從內腔(C)內通過間隙(L)順利地排出至外部，故可縮短發泡砂(S)的燒結時間。即使是固化後的黏合劑堆積在縫隙(16)的情況，亦可藉由間隙(L)，確實地將氣體及水蒸氣從內腔(C)內排出至外部。
Description
本發明係關於將發泡砂填充至模具中予以固化來塑模砂心等砂模之砂模塑模方法及砂模塑模裝置。
在鑄造引擎的汽缸體或汽缸頭等時，為了形成水套或進排氣口等的中空部，而使用崩壞性的砂心(砂模)。砂心係例如將以熱可塑性樹脂被覆之貝殼砂，藉由來自吹砂裝置之噴嘴的壓縮空氣吹入模具，填充至內腔內，並藉由加熱、固化來形成指定的形狀。
對此，有著使用「將水、水溶性黏合劑與骨材一起攪拌使其發泡的發泡砂」來進行砂心等砂模之塑模的技術。如此般，將發泡砂填充至模具的內腔來進行塑模時，在發泡砂的加熱、硬化(燒結)的過程中，藉由水分的蒸發及氣泡的熱膨脹等，內腔的內壓會提高，因此塑模製品係於表層部集合有水溶性黏合劑及骨材，形成緻密且高強度之硬化層，另一方面，於內部形成有密度低且脆弱的脆弱部。因此，藉由發泡砂所塑模的砂心，於鑄造時，
作為砂心可確保充分的強度，且鑄造後的崩壞性優異，可容易地從鑄造成品中除去。
發泡砂係在模具內加熱、硬化時，產生水蒸氣及氣體，因此有必要將水蒸氣及氣體順利地排出至模具內腔的外部。於是，於發泡砂之塑模用的模具，係設有用以排出水蒸氣及氣體的縫隙或是通路。且，於專利文獻1中，雖然不是給發泡砂用的，但是有記載於模具設置氣體排出孔，使貝殼砂在模具的內腔內予以燒結之時所產生的氣體，從模具內腔排出。
[專利文獻1]日本特開2002-192305
使用發泡砂來塑模砂模時，有著以下的問題。
為了縮短發泡砂的加熱、硬化時間(燒結時間)，如何將水蒸氣儘快地從模具的內腔排出是很重要的。但是，發泡砂在加熱、硬化的過程中，水蒸氣及氣體會一起與水溶性黏合劑從氣體排出用的縫隙、通路流出，因此，藉由重複地塑模會導致固化後的黏合劑堆積於氣體排出用的縫隙、通路，而阻礙水蒸氣及氣體的排出。若是水蒸氣及氣體之順利地排出受到阻礙時，會影響發泡砂的燒結時間，
而成為問題。
本發明係有鑑於上述問題點而研發者，其目的為：在使發泡砂填充至模具的內腔並進行加熱、硬化時，可將水蒸氣及氣體從內腔順利地排出，來縮短硬化時間。
為了解決上述課題，本發明係將黏合劑與骨材一起攪拌使其發泡後之發泡砂填充至模具的內腔，並進行加熱、固化而得到塑模製品的砂模塑模方法及砂模塑模裝置，其特徵為，將前述模具鎖模而形成前述內腔，並將發泡砂填充至該內腔內之後，稍微打開前述模具，一邊維持前述內腔並一邊在前述模具間設置間隙。
以下，本發明中將被認為是可申請專利之發明(以下有時稱為「可申請專利之發明」)的樣態予以示例數個，並針對該等進行說明。各型態係與申請專利範圍相同，以項作區分，並對各項加上編號，以因應必要而引用其他項之編號的形式來記載。這只是為了使可申請專利之發明容易理解，並不是用來將構成可申請專利之發明的構成要素的組合限定於以下各項所記載者。亦即，可申請專利之發明，係必須參考各項之記載，以及實施例之記載等而予以解釋，只要係符合該解釋者，不論是於各項的型態進一步
添加其他構成要素後的型態，或是從各項的型態刪除構成要素的型態，亦可成為可申請專利之發明的一型態者。又，以下的(1)至(4)的內容分別對應於申請專利範圍1至4。
(1)一種砂模塑模方法，係將黏合劑與骨材一起攪拌使其發泡後之發泡砂填充至模具的內腔，進行加熱、固化而得到塑模製品的砂模塑模方法，其特徵為：將前述模具鎖模而形成前述內腔，並將發泡砂填充至該內腔內之後，稍微打開前述模具，一邊維持前述內腔並一邊在前述模具間設置間隙。
(2)於(1)之中，使前述模具的鎖模力下降，藉由來自前述模具的反作用力而於前述模具間設置間隙。
(3)一種砂模塑模裝置，其特徵為具備：藉由鎖模而形成內腔的模具；使前述模具開閉的鎖模裝置；將黏合劑與骨材一起攪拌使其發泡後之發泡砂填充至前述內腔的填充裝置；對前述內腔內的發泡砂加熱的加熱裝置，前述鎖模裝置，係在將發泡砂填充至前述內腔內之後，稍微打開前述模具，一邊維持前述內腔並一邊在前述模具間設置間隙。
(4)於(3)之中，前述鎖模裝置，係使鎖模力下降，藉由來自前述模具的反作用力而於前述模具間形成間隙。
根據(1)及(3)的砂模塑模方法及裝置，在使發泡
砂於模具的內腔內加熱、硬化時，藉由在模具間設有微小的間隙，使水蒸氣及氣體從模具間的縫隙順利地排出至外部，故可縮短硬化時間。
即使是固化的黏合劑堆積於從模具的內腔排出水蒸氣及氣體的通路時，亦可藉由模具間的間隙將水蒸氣及氣體確實地從內腔排出至外部。
此時，由於模具間的間隙夠小，可維持內腔的形狀及尺寸，故不會影響塑模製品的尺寸精度。
又，根據(2)及(4)的砂模塑模方法及裝置，可因應來自模具的反作用力來調整模具間的間隙。
(5)於(4)之中，前述鎖模裝置，係藉由氣壓缸來進行前述模具的鎖模，將供給至前述氣壓缸之壓縮空氣的壓力降低，來使鎖模力下降。
根據本發明，在使發泡砂於模具的內腔內進行加熱、硬化時，可使水蒸氣及氣體通過模具間的間隙而從內腔順利地排出，可縮短硬化時間。
1‧‧‧砂模塑模裝置
2‧‧‧模具
C‧‧‧內腔
H‧‧‧加熱裝置
L‧‧‧間隙
S‧‧‧發泡砂
圖1為表示關於本發明之一實施型態之砂模塑模裝置的概略圖。
圖2為表示以圖1之砂模塑模裝置所進行之發泡砂之
塑模製程的圖。
圖3為表示圖1之砂模塑模裝置中，鎖模設定壓力與模具間之間隙之間關係的表格。
圖4為表示圖1之砂模塑模裝置中，鎖模設定壓力與模具間之間隙之間關係的圖表。
圖5為表示圖1之砂模塑模裝置中，鎖模設定壓力與塑模製品之好壞之間關係的表格。
圖6為表示發泡砂之組成的想像圖。
圖7為表示在模具的內腔內使發泡砂加熱、硬化之過程的說明圖。
以下，根據圖式針對本發明之一實施型態進行說明。
如圖1所示般，關於本實施型態的砂模塑模裝置(1)，係將發泡砂固化而塑模砂心(砂模)者，其具備：形成內腔(C)的模具(2)、將發泡砂(S)填充至模具(2)之內腔(C)的填充裝置(3)、進行模具(2)之開閉的鎖模裝置(4)。
本實施型態所使用的發泡砂(S)，係將骨材之砂與含有水玻璃(矽酸鈉)、水及界面活性劑的水溶性無機黏合劑予以混合、拌合後成為發泡狀態者。將構成發泡砂(S)之粒子之狀態的印象表示於圖6。圖6(A)係表示於砂之粒子(7)之表面吸附有泡(8)的狀態，圖6
(B)係將泡(8)的一部分擴大顯示。如圖6(B)所示般，發泡砂(S)，係將水玻璃水溶液(將水記為符號10、將水玻璃記為符號11)的表面以界面活性劑(9)覆蓋而形成泡(8)，該泡(8)透過界面活性劑(9)吸附於砂之粒子(7)的表面而成為發泡狀態，具有適度的黏性。在此，對於砂而言，水玻璃的莫耳比為1.0~3.0，重量比為0.4~3.0%，水的重量比為1.5~5.0%，界面活性劑的重量比為0.003~2.0%左右，藉此可得到具有適度黏性的發泡砂(S)。
參考圖1，模具(2)係具備藉由分模線(P)所分割之固定模(12)與可動模(13)，將固定模(12)與可動模(13)鎖模而形成內腔(C)。固定模(12)係固定於固定基底(14)。可動模(13)係固定於可移動之可動基底(15)，並與可動基底(15)一起移動來進行模具(2)的開閉。固定模(12)及可動模(13)，係藉由加熱器等加熱裝置(H)加熱至150℃~300℃左右，將填充於內腔(C)之發泡砂(S)的水分蒸發來使發泡砂(S)固化。模具(2)，亦可於內腔(C)內設有在加熱、硬化發泡砂(S)時，用以將氣體及水蒸氣排出至外部的縫隙(16)等之排出通路。
於模具(2)的固定模(12)及可動模(13)，分別設有脫模裝置(17)。脫模裝置(17)，係具備：設置成對內腔(C)內可進退移動之複數的押出銷(18)、連結於複數之押出銷(18)之基部的押出板
(19)、設置在固定基底(14)及可動基底(15)與押出板(19)之間的押出彈簧(20)。然後，藉由押出彈簧(20)的彈力，透過押出板(19)按壓複數之押出銷(18)，使押出銷(18)的前端部突出至內腔(C)內。於兩側的押出板(19)，分別安裝有前端部互相相對的後退銷(21)。然後，在關閉固定模(12)與可動模(13)時，該等之後退銷(21)的前端部互相抵接，使押出板(19)對抗押出彈簧(20)的彈力而移動，藉此使押出銷(18)從內腔(C)後退。這樣一來，押出銷(18)係連動於模具(2)的開閉，當模具(2)關閉時，從內腔(C)後退，當模具(2)打開時，突出至內腔(C)使塑模後的砂心脫模。
填充裝置(3)，係具備：將發泡砂(S)拌合並儲存之砂槽(22)、對砂槽(22)內之發泡砂(S)加壓的加壓機構(23)、將砂槽(22)連接於模具(2)之內腔(C)的填充口(24)。然後，將砂槽(22)設置在使固定模(12)與可動模(13)關閉鎖模後的模具(2)上，藉由加壓機構(23)來對砂槽(22)內的發泡砂(S)加壓，藉此使發泡砂(S)透過填充口(24)填充至模具(2)的內腔(C)內。
鎖模裝置(4)，係具備：驅動可動基底(15)之雙動氣壓缸(26)、將壓縮空氣供給至氣壓缸(26)的氣壓源(27)，切換從氣壓源(27)對氣壓缸(26)之壓縮空氣的供給而使可動基底(15)前進及後退
的切換閥(28)、將供給至氣壓缸(26)之壓縮空氣的壓力予以調整的壓力調整閥(29)、檢測出供給至氣壓缸(26)之壓縮空氣之壓力的壓力計(30)、控制切換閥(28)及壓力調整閥(29)之動作的控制裝置(31)。
控制裝置(31)，係控制切換閥(28)來切換壓縮空氣的供給，使雙動氣壓缸(26)的作動桿(26A)伸縮，藉此使可動基底(15)與可動模(13)一同進退移動來進行模具(2)的開閉。且，在鎖模時根據壓力計(30)的檢測壓力使壓力調整閥(29)動作，調整供給至氣壓缸(26)之壓縮空氣的壓力，藉此來調整鎖模力。如此一來，在模具(2)的內腔(C)內使發泡砂(S)加熱、硬化時，氣壓缸(26)會使鎖模力降低，並藉由內腔(C)內的壓力、脫模裝置(17)之押出彈簧(20)的彈力、及模具(2)的反曲等反作用力，使可動模(13)稍微後退，於固定模(12)與可動模(13)之間的分模線(P)形成微小的間隙(L)(參考圖2(C))，並可調整該間隙(L)。
接著，藉由砂模塑模裝置(1)，針對塑模砂心的步驟進行說明。
如圖2(A)所示般，以鎖模裝置(4)驅動可動模(13)使模具(2)關閉、鎖模並形成內腔(C)，且於模具(2)設置填充裝置(3)。此時，脫模裝置(17)的押出銷(18)，如上述般連動於鎖模而從內腔(C)後退。在將模具(2)藉由加熱裝置(H)預先加熱的狀態下，使
填充裝置(3)的加壓機構(23)動作，將砂槽(22)內的發泡砂(S)通過填充口(24)填充至加熱後之模具(2)的內腔(C)。將發泡砂(S)對內腔(C)的填充結束之後的狀態顯示於圖2(B)。填充至模具(2)之內腔(C)內的發泡砂(S)，藉由加熱使水分蒸發而硬化。
在此，針對填充至內腔(C)內之發泡砂(S)之加熱、硬化的過程，參考圖7進行說明。如圖7(A)所示般，在模具(2)的內腔(C)內，藉由加熱使發泡砂(S)的氣泡(8)膨脹，並使內腔(C)的內壓上升。然後，如圖7(B)所示般，氣泡(8)沿著模具(2)之內腔(C)的內壁移動，並通過藉由設在分模線(P)之縫隙(16)等所形成的通路而排出至外部。此時，組成發泡砂(S)的水玻璃(黏合劑)及骨材被按壓至內腔(C)的內壁側，使內腔(C)之內壁附近的水玻璃及骨材的密度變高。其結果，在內腔(C)內固化的砂心(W)，係形成為：在連接於內腔(C)之內壁的表層部，形成有「水玻璃及骨材之密度高且緻密的硬化層(33)」，且內部的密度降低，於中心部形成有容易崩壞的脆弱部(34)。
且，被按壓至內腔(C)之內壁側的水玻璃(黏合劑)，係與水蒸氣及氣體一同進入由縫隙(16)等所構成的通路而排放至外部。進入該通路的黏合劑，會硬化而固定黏著於通路。如此般，當固定黏著於通路的黏合劑堆積而堵塞通路時，會阻礙水蒸氣及氣體之順利地排
出，使燒結時間變長，成為塑模不良的原因。
本實施型態中，發泡砂(S)對模具(2)之內腔(C)的填充結束後，藉由鎖模裝置(4)的控制器(31)，根據壓力計(30)的檢測壓力，使壓力調整閥(29)動作，將供給至氣壓缸(26)之壓縮空氣的壓力，減壓至指定壓力來降低鎖模力。藉此，圖如2(C)所示般，藉由發泡砂(S)的加熱、硬化而上升之內腔(C)內的壓力，藉由脫模裝置(17)之押出彈簧(20)的彈力、及模具(2)之反曲的反作用力，使可動模(13)稍微後退，於固定模(12)及可動模(13)之間的分模線(P)形成有微小的間隙(L)。然後，在模具(2)之內腔(C)內，發泡砂(S)的加熱、硬化時所產生的氣體及水蒸氣會通過該微小的間隙(L)而順利地排出至外部。其結果，可促進發泡砂(S)的固化，並可縮短燒結時間。
此時，微小的間隙(L)，係指可使氣體及水蒸氣順利地排出之程度的些許間隙，可動模(13)的移動量亦只有一點點，故能維持內腔(C)的形狀及尺寸，對於塑模之砂心的形狀及尺寸精度沒有影響。且，藉由內腔(C)內的壓力、脫模裝置(17)之押出彈簧(20)的彈力、及模具(2)之反曲的反作用力，使可動模(13)稍微移動而在與固定模(12)之間形成微小的間隙(L)，故不論黏合劑在模具(2)之間之分模線(P)、或縫隙(16)的堆積量為何，都可確保一定的微小間隙(L)。其結果，可將發泡砂(S)之加熱、硬化時所產生的氣體
及水蒸氣確實地排出至外部，可縮短燒結時間而得到良好的塑模製品。
模具(2)之內腔(C)內的發泡砂(S)固化之後，藉由控制裝置(31)使切換閥(28)動作，切換對雙動氣壓缸(26)之壓縮空氣的供給，使可動基底(15)與可動模(13)一同後退來打開模具(2)，並取出塑模後的砂心。此時，隨著開模的連動使脫模裝置(17)之後退銷(21)的前端部分離，且藉由押出彈簧(20)的彈力來移動押出板(19)，使押出銷(18)突出於內腔(C)內而使塑模後的砂心脫模。
接著，於上述的步驟中，針對於模具(2)間的分模線(P)形成間隙(L)時(參考圖2(C))之供給至氣壓缸(26)的壓縮空氣的壓力、間隙(L)的大小、及塑模後的砂心之優劣的關係，參考圖3至圖5進行說明。
如圖3及圖4所示般，鎖模時對氣壓缸(26)供給之壓縮空氣的壓力為0.35MPa，對此，藉由使供給壓力降為0.15MPa、0.10MPa及0.05MPa，間隙(L)分別成為平均0.22mm、0.25mm及0.36mm。藉此，如圖5所示般，將供給壓力維持鎖模時的0.35MPa，不設置間隙(L)時，塑模製品之良品為60%，不良品為40%，對此，使供給壓力降為0.10MPa而設有間隙(L)的情況，良品為80%，不良品為20%，進一步使供給壓力降至0.05MPa而使間隙(L)增大的情況，可得到100%的良
品。
又，上述實施型態中，係使對鎖模裝置(4)之氣壓缸(26)供給之壓縮空氣的壓力(鎖模力)降低，並藉由模具(2)間的反作用力在固定模(12)與可動模(13)之間形成間隙(L)，但亦可直接控制可動模(13)的移動量，藉此來形成指定的間隙(L)。
2‧‧‧模具
3‧‧‧填充裝置
12‧‧‧固定模
13‧‧‧可動模
14‧‧‧固定基底
15‧‧‧可動基底
16‧‧‧縫隙
17‧‧‧脫模裝置
18‧‧‧押出銷
20‧‧‧押出彈簧
21‧‧‧後退銷
22‧‧‧砂槽
23‧‧‧加壓機構
24‧‧‧填充口
26A‧‧‧作動桿
C‧‧‧內腔
L‧‧‧間隙
P‧‧‧分模線
S‧‧‧發泡砂
Claims (4)
- 一種砂模塑模方法，係將黏合劑與骨材一起攪拌使其發泡後之發泡砂填充至模具的內腔，進行加熱、固化而得到塑模製品的砂模塑模方法，其特徵為：將前述模具鎖模而形成前述內腔，並將發泡砂填充至該內腔內之後，稍微打開前述模具，一邊維持前述內腔並一邊在前述模具間設置間隙。
- 如請求項1所述之砂模塑模方法，其中，使前述模具的鎖模力下降，藉由來自前述模具的反作用力而於前述模具間設置間隙。
- 一種砂模塑模裝置，其特徵為具備：藉由鎖模而形成內腔的模具；使前述模具開閉的鎖模裝置；將黏合劑與骨材一起攪拌使其發泡後之發泡砂填充至前述內腔的填充裝置；對前述內腔內的發泡砂加熱的加熱裝置，前述鎖模裝置，係在將發泡砂填充至前述內腔內之後，稍微打開前述模具，一邊維持前述內腔並一邊在前述模具間設置間隙。
- 如請求項3所述之砂模塑模裝置，其中前述鎖模裝置，係使鎖模力下降，藉由來自前述模具的反作用力而於前述模具間形成間隙。
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