本實用新型涉及一種用于制備在金屬鑄造中所使用的模具的裝置。具體地，該裝置包括垂直分開式高壓造型機、冒口系統(tǒng)和至少一個機械臂。

背景技術(shù)：

在典型的鑄造工藝中，熔融金屬被倒入到預(yù)先成型的模腔內(nèi)，該模腔限定鑄件的形狀。然而，當金屬凝固時其收縮，從而導致縮孔，這進而導致在最終鑄件中不可接受的瑕疵。這是鑄造行業(yè)中眾所周知的問題，并且通常通過使用冒口套筒或冒口來處理，其中所述冒口套筒或冒口在模具形成過程中一體成型于模具中。每一冒口套筒提供額外的(通常是封閉的)與模腔連通的容積或腔體，從而熔融金屬也進入到冒口套筒中。在凝固期間，冒口套筒內(nèi)的熔融金屬流回到模腔內(nèi)以補償鑄件的收縮。在冒口套筒腔體內(nèi)的金屬比模腔內(nèi)的金屬更久地保持熔融狀態(tài)很重要，因此，冒口套筒被制造為高隔熱或通常更發(fā)熱，從而在與熔融金屬接觸時產(chǎn)生額外的熱量以延緩凝固。

為滿足生產(chǎn)率需要，對于小鑄件(例如，汽車零部件)的大量長期制造，自動濕砂造型線已經(jīng)變得越發(fā)流行。使用雙面模板(安裝在相對兩側(cè)具有上下砂型圖案的圖案板)的自動水平分開式模具線每小時能夠制造達到100-180個模具。垂直分開式造型機(例如DISA Industries A/S制造的DISAMATIC(RTM)無箱造型機)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的每小時達450-550個模具的速度。在DISAMATIC(RTM)機器中，分開式模型被安裝到液壓操作擠壓活塞的端部上，另一半安裝到擺動板，由于其可以移動和擺動離開模具而被如此稱呼。垂直分開式造型能夠制造堅硬、剛性的無箱濕砂模具，其尤其適合球鐵鑄件。在這種應(yīng)用中，典型地在2-4巴的壓力下吹砂，并且之后以10-12kPa的擠壓壓力壓實砂，且在某些高要求應(yīng)用中使用15kPa的最大壓力。

水平制造的鑄件在供給方案上具有較大的靈活性，這是因為可獲得很多現(xiàn)有的應(yīng)用技術(shù)，從而使得給出對整個模板區(qū)域的可能的通道以允許在所需位置(be placed as and where required)設(shè)置冒口。垂直制造的鑄件在保證對分離的部分進行充分供給上具有更大的挑戰(zhàn)，這是由于供給典型地受限于放置在模具結(jié)合線上的頂部和側(cè)部冒口，從而使得對分離的更重的部分進行供給非常困難。

WO2012/172154(Componenta Oyj)描述了一種在用于金屬鑄造的模具的沖壓機中的裝置，包括：承載第一模具的擠壓板；用于操作擠壓板和制成模胚的可水平移動活塞；砂供給系統(tǒng)；承載第二模具的擺動板，該擺動板構(gòu)造成可在水平方向上移動到釋放位置并且進一步向上樞轉(zhuǎn)到側(cè)向位置，其特征在于冒口元件插入構(gòu)造，其中一個或多個冒口元件構(gòu)造成連接到第二模具，當在操作期間，承載第二模具的擺動板樞轉(zhuǎn)到側(cè)向位置。沒有提供關(guān)于冒口元件的性質(zhì)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種用于制備一系列金屬鑄件的模具的可選或改進的裝置

根據(jù)本實用新型的第一方面，提供一種制造模胚的裝置，包括：

垂直分開式造型機，所述垂直分開式造型機包括承載第一模具的擠壓板、承載第二模具的擺動板、和可水平移動的活塞，其中所述擺動板可在水平位置(側(cè)向)和垂直(釋放)位置之間樞轉(zhuǎn)，所述可水平移動的活塞操作擠壓板；

連接到第二模具的至少一個冒口系統(tǒng)；以及

第一機械臂，用于當擺動板處于其水平(側(cè)向)位置時將冒口系統(tǒng)放置在第二模具上，

其特征在于：所述至少一個冒口系統(tǒng)包括冒口套筒和冒口元件，所述冒口元件具有用于安裝在第二模具上的第一端、容納冒口套筒的相對的第二端、以及在第一端和第二端之間并由側(cè)壁限定的孔，所述冒口元件在使用中可逆地壓縮，從而減少所述第一端和所述第二端之間的距離。

當擺動板處于其側(cè)向位置，即擺動板為水平并且孔的軸線(穿過冒口元件的孔的軸線)為垂直時，第一機械臂將一個或多個冒口系統(tǒng)放置在第二模具上(在擺動板上)。擺動板之后樞轉(zhuǎn)到其釋放位置，即擺動板為垂直的而孔的軸線為水平的。擠壓板沿水平孔軸線提供一力以引起冒口元件的壓縮；冒口元件的變形防止冒口套筒受到損壞。

一個或多個機械臂

第一機械臂的使用避免了手動將冒口系統(tǒng)放置在第二模具上的需要因此為安全的。進一步地，機械臂的使用允許以更大的精度和速度放置冒口系統(tǒng)。第一機械臂可以包括拾取并傳送冒口系統(tǒng)的至少一個夾持器。

單個冒口系統(tǒng)可能足夠?qū)﹁T件進行供給(feed)，在這種情況下，單個冒口系統(tǒng)連接到第二模具。更常見地是多個冒口系統(tǒng)連接到第二模具。在一個實施例中，第一機械臂被構(gòu)造成將多個冒口系統(tǒng)依次(一次一個)放置在第二模具上。可選地，第一機械臂被構(gòu)造成將多個冒口系統(tǒng)同時放置在第二模具上。在一個這樣的實施例中，第一機械臂包括限定所述多個冒口系統(tǒng)的設(shè)定位置的插入框架，例如，具有多個同時工作的夾持器的夾具式裝置。插入框架內(nèi)的設(shè)定位置與冒口系統(tǒng)在第二模具上的設(shè)定位置相匹配。

在一個實施例中，插入框架被構(gòu)造成同時保持至少2個、3個、4個或5個冒口系統(tǒng)。

第一機械臂必須在一個或多個冒口系統(tǒng)輸送到第二模具之前從給定位置收集所述冒口系統(tǒng)。該給定位置可以被稱為等候區(qū)。

在一個實施例中，該裝置包括第二機械臂。在一個實施例中，第二機械臂包括用于拾取和運送一個或多個冒口系統(tǒng)的至少一個夾持器。第二機械臂可包括單個夾持器。更常用地，第二機械臂包括多個夾持器。在一個實施例中，第二機械臂包括至少2個、3個或4個夾持器。

第二機械臂可被構(gòu)造成當擺動板處于其水平位置時將一個或多個冒口系統(tǒng)放置在第二模具上，即，第一機械臂和第二機械臂中的每一個都用于此目的。

可選地，第二機械臂可用于將一個或多個冒口系統(tǒng)放置在等候區(qū)中，以準備由第一機械臂進行收集。第二機械臂可以包括用于拾取并運送一個或多個冒口系統(tǒng)的夾持器。在一個實施例中，第二機械臂在等候區(qū)將多個冒口系統(tǒng)放置在第二模具上的與插入框架中的設(shè)定位置相匹配的設(shè)定位置。第二機械臂典型地被構(gòu)造成將多個冒口系統(tǒng)依次(一次一個)放置在等候區(qū)中并且因此不需要插入框架。

在一個實施例中，該裝置包括第一機械臂、第二機械臂和一個或多個后續(xù)機械臂。一個或多個后續(xù)機械臂可用來將冒口系統(tǒng)放置在第二模具上和/或等候區(qū)中。第一、第二或后續(xù)機械臂可以任何傳統(tǒng)的方式(例如，電動、氣動、液壓、或磁機械臂)操作。

支撐銷

在一個實施例中，該裝置進一步包括在壓縮前將冒口系統(tǒng)保持在第二模具上的支撐銷。支撐銷被構(gòu)造為插入穿過冒口元件的孔并且可被構(gòu)造為防止套和/或冒口元件在壓縮過程中相對于銷旋轉(zhuǎn)(例如，銷的一端可被成型為其只與套/冒口元件在一個方向上配合)。該支撐銷可進一步構(gòu)造為包括與銷的基部相鄰的裝置，其模制周期期間與冒口元件接觸并且將冒口元件保持在適當?shù)奈恢谩Ｔ撗b置可包括，例如，彈簧加載的滾珠軸承或彈簧夾，其與冒口元件的第一側(cè)壁區(qū)域的內(nèi)表面形成壓力/接觸。可使用在模制周期期間將冒口系統(tǒng)保持在模板上的適當位置的其他方法，只要能夠?qū)υ煨蜋C的擺動板提供一定維修，例如，模制銷的基部可使用電動線圈進行臨時磁化，從而當使用鋼或鐵冒口元件時，冒口系統(tǒng)在模制期間被保持在適當?shù)奈恢茫蛘呖蓪⒚翱谙到y(tǒng)放置到模板上的可充氣囊袋上方，當通過壓縮空氣充氣時，所述充氣囊袋在模制期間抵靠冒口元件和或套的內(nèi)部孔壁膨脹。在這兩個實施例中，電磁力或壓縮空氣將在模制之后被立即釋放以允許模具和套系統(tǒng)相對于模板的釋放。也可在模制銷的基部和/或模板的相鄰于模制銷的基部的區(qū)域中使用一個或多個永磁體，且一個或多個磁體的力足以在模制周期期間中將冒口系統(tǒng)保持在適當?shù)奈恢茫怯值偷阶阋允沟闷淠茚尫挪⑶冶３纸M合的模具和套系統(tǒng)在模制周期結(jié)束從模板移除時的整體性。

冒口系統(tǒng)

在一個實施例中，冒口元件的側(cè)壁為階梯形側(cè)壁。

在一個實施例中，階梯形側(cè)壁具有第一側(cè)壁區(qū)域和與第一側(cè)壁區(qū)域鄰接的第二側(cè)壁區(qū)域，所述第一側(cè)壁區(qū)域限定冒口元件的第二端和用于冒口套筒的安裝表面，所述第二側(cè)壁區(qū)域平行于所述孔的軸線或相對于所述孔的軸線以不同于所述第一側(cè)壁區(qū)域的角度傾斜，從而在所述側(cè)壁中限定一階梯，其中所述第一側(cè)壁區(qū)域相對于所述孔的軸線傾斜小于90°

在WO2005/051568和WO2007/141466中描述了適當?shù)拿翱谙到y(tǒng)，其內(nèi)容通過引用并入該處。這種冒口系統(tǒng)由Foseco International Limited以商標名稱FEEDEX K(RTM)和KALMINEX K(RTM)出售。

在一個實施例中，冒口元件為一體式結(jié)構(gòu)，并且包括大致管狀本體，該管狀本體限定貫穿其中的孔并具有相互間隔開的第一端區(qū)域和第二端區(qū)域，其中第二端區(qū)域向外并朝向第一端區(qū)域張開以形成包圍本體的凸緣，用于冒口套筒的安裝板從所述凸緣延伸。

該冒口元件在EP2792432A1中被描述，其內(nèi)容通過引用并入到該處。

在一個實施例中，冒口元件為細長冒口元件，所述細長冒口元件具有一長度、一寬度和一高度，其中所述長度大于所述寬度。

在一個實施例中，細長冒口元件具有用于安裝在擺動板上的第一端和相對的第二端，該第二端包括用于冒口套筒的安裝板，其中所述孔具有偏離所述安裝板的中心的軸線，并且一體成型的緣部從所述安裝板的周邊延伸。

該細長冒口元件對用于如WO2012/110753所描述的垂直分開式模具有益，其內(nèi)容通過引用并入到該處。

在一個實施例中，細長冒口元件具有沿高度測量的A端(第一端)和相對的B端(第二端)、以及沿長度測量的C端和相對的D端，所述A端安裝于擺動板上，而所述相對的B端容納冒口套筒；以及在A端和B端之間并由側(cè)壁限定的孔，所述側(cè)壁包括階梯形可折疊部；

其中所述側(cè)壁具有限定出冒口元件的B端并用作用于冒口套筒的安裝表面的第一側(cè)壁區(qū)域、和與第一側(cè)壁區(qū)域鄰接的第二側(cè)壁區(qū)域，

其中所述階梯形可折疊部包括為具有遞減直徑的同心環(huán)形式的一系列第三側(cè)壁區(qū)域，所述一系列第三側(cè)壁區(qū)域與為具有遞減直徑的同心圓環(huán)形式的一系列第四側(cè)壁區(qū)域相互連接并且一體形成；

其中所述孔具有沿著所述長度朝向所述C端偏離冒口元件的中心的軸線，并且所述第二側(cè)壁區(qū)域為非平坦的、與第三側(cè)壁區(qū)域鄰接并位于所述孔的軸線和所述D端之間。

該細長冒口元件對用于如WO2013/171439所描述的垂直分開式模具有益。

冒口套筒有多種形狀，包括圓筒形、卵形和穹頂形。套本體可為平頂、穹頂形、平定穹頂、或其他任何合適的形狀。冒口套筒可通過粘合劑方便地固定到冒口元件，但是也可以與冒口元件的一部分推入配合或使套筒被模制成包圍冒口元件的一部分。優(yōu)選地，冒口套筒粘附到冒口元件。

優(yōu)選地在冒口套筒的內(nèi)部包括Williams楔。這可以為插入物或優(yōu)選地為在形成套筒期間制造的整體零件，并且包括位于套筒的內(nèi)頂部的棱柱形狀。在鑄造中，當套筒被填充有熔融金屬時，Williams楔的邊緣保證熔融金屬的表面的大氣擊穿以及冒口內(nèi)的真空效應(yīng)的釋放，從而允許更一致的進給。典型地，Williams楔與冒口元件很少或不接觸。

冒口套筒可以構(gòu)造成與垂直分開式造型機一起使用并可包括中空本體，其具有構(gòu)造成與冒口元件的安裝表面配合的開口側(cè)。該開口側(cè)可為圓形或非圓形形狀但是優(yōu)選為細長形(即套筒具有一長度和一寬度，其中所述長度大于所述寬度)。在特定的實施例中，該開口側(cè)可為大體卵形、橢圓形、正方形、矩形、多邊形或長圓形(即具有兩平行直邊和兩部分圓形端部)。

在一個實施例中，冒口套筒具有用于圍成熔融金屬的容積的連續(xù)側(cè)壁，所述連續(xù)側(cè)壁具有與冒口元件配合的基部，

特征在于，所述冒口套筒相對于穿過冒口元件的孔的中心軸線不對稱。在一個實施例中，基部和縱向軸線以小于90°的角度相交。

具有傾斜基部的冒口的冒口系統(tǒng)對用于如DE202012010986U1所描述的垂直分開式模具有益，其內(nèi)容通過引用的方式并入該處。

在一個實施例中，冒口系統(tǒng)包括細長冒口元件，所述冒口元件具有固定到該冒口元件的細長冒口套筒。在使用中，該套筒被定向成使得該套筒的開口側(cè)沿大致垂直平面定位并且冒口元件位于在開口側(cè)，使得與套筒的上端相比較孔被設(shè)置成更靠近套筒的下端。因此，冒口系統(tǒng)的設(shè)計將允許熔融金屬頭設(shè)置在孔上方的套筒中以確保熔融金屬到模具的充分供應(yīng)。

冒口套筒的性質(zhì)不特別限制，而是冒口套筒可以為例如隔熱、放熱或兩者結(jié)合。冒口套筒的制造方式也不特別限制，其可使用例如真空成型工藝或芯射砂方法制造而成。典型地，冒口套筒由低密度和高密度的耐火填料(例如，硅砂、橄欖石、硅酸鋁空心微球和纖維、耐火粘土、氧化鋁、浮石、珍珠巖、蛭石)和粘結(jié)劑的混合物制成。發(fā)熱套筒進一步需要燃料(常為鋁或鋁合金)、氧化劑(典型地為氧化鐵、二氧化錳，或硝酸鉀)以及通常的引發(fā)劑/感光劑(典型地為冰晶石)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作出說明：

圖1A-1F為DISA砂造型原理(現(xiàn)有技術(shù))的示意圖；

圖2A-2B示出本實用新型使用的冒口補縮系統(tǒng)；

圖3-5示出根據(jù)本實用新型的實施例的裝置；

圖6示出本實用新型的實施例使用的另一個冒口系統(tǒng)；并且

圖7A-7D示出本實用新型的實施例使用的另一個冒口元件。

具體實施方式

圖1A-1F示出使用傳統(tǒng)的垂直分開式造型機制造鑄件的一系列6個步驟。參見圖1A，其示出了該垂直分開式造型機10具有擠壓板12和擺動板16，其中擠壓板12承載第一模具14并且擺動板16承載第二模具18。可水平移動活塞20操縱所述擠壓板12，并因此可被稱為“擠壓活塞”。在圖1A中，擺動板16處于釋放位置，使得第二模具18為豎直的。第一和第二模具14、18限定里面被倒有砂22的腔室的端部。

參見圖1B，擠壓活塞20向第二模具推第一模具14，并且擺動板16朝向第一模具14推第二模具，從而擠壓砂22以形成模胚-1 24。

參見圖1C，擺動板16被撤回，之后由釋放(數(shù)值)位置樞轉(zhuǎn)到側(cè)向(side step)(水平)位置。

參見圖1D，擠壓活塞20在擺動板16的下方推動模胚-1 24并將模胚-1 24推出造型機10。如圖1E所示，模胚-1 24被推到該模胚-1 24鄰接之前制造的模具24’、24”串的端部的位置處。該模具串隨后通過擠壓活塞20和模具傳送機(未示出)共同作用下或通過模具傳送機本身在所述可水平移動的擠壓活塞20的運動方向上沿著一個模具的厚度移動。

參見圖1E，擠壓活塞20朝向其起始位置返回。如圖所示，模胚24’和24”一起形成供熔融金屬26倒入其內(nèi)以形成鑄件的腔體。

參見圖1F，擺動板16由側(cè)向(水平)位置樞轉(zhuǎn)到豎直位置，并且平移到釋放位置，從而為步驟A的再次開始做準備。

圖1A到1F所示的裝置為已知裝置。本實用新型的設(shè)備還包括至少一個機械臂和可壓縮冒口系統(tǒng)。機械臂的使用允許當?shù)诙＞?8在側(cè)向位置(水平，如圖1C、1D和1E所示)時可壓縮冒口系統(tǒng)被放置在該第二模具18上。

參見圖2A和2B，分別示出了本實用新型的裝置所使用的在壓縮前和壓縮后的冒口系統(tǒng)30。冒口系統(tǒng)30包括鋼冒口元件32，其具有安裝在第二模具18上的第一端34和容納冒口套筒38的相對第二端36。第一端34和第二端36之間的孔由階梯形側(cè)壁40限定。當如圖2B所示當在孔軸線Z的方向上施加壓力時，階梯形側(cè)壁40折疊。如圖所示，冒口系統(tǒng)30安裝在支撐銷42上，該支撐銷在側(cè)壁40折疊時剌穿冒口套筒38的頂部。

圖3示出根據(jù)本實用新型的裝置，其包括圖1所示的造型機10、三個圖2所示的冒口系統(tǒng)30以及第一機械臂50。還可看到完成了的模胚24，24串在輸送機上被運走。

冒口系統(tǒng)30定位于等候區(qū)52，以便于機械臂50收集所述冒口系統(tǒng)并將該冒口系統(tǒng)運送到造型機10。等候區(qū)52具有允許冒口系統(tǒng)30定位在設(shè)定位置的一串銷(未示出)。該銷穿過冒口系統(tǒng)30的孔，并因此顯示出孔軸線Z的方向。

機械臂50在一端具有夾具54，在圖4中可看到所述夾具。三個夾持器-156定位于夾具54上，從而三個冒口系統(tǒng)30能被同時且以期望的排列被拾取并被轉(zhuǎn)移到第二模具18。三個夾持器56彼此平行。

圖4示出安裝于第二模具18上的冒口系統(tǒng)30，該第二模具18在側(cè)向位置由擺動板16承載，使得第二模具18處于水平位置。三個冒口系統(tǒng)30通過垂直定向的支撐銷(未示出)定位以使得所述冒口系統(tǒng)能夠在使用中對鑄件進行點位供給(spot feed)。冒口系統(tǒng)30在第二模具18上的布置與在夾具54上和在等候區(qū)52內(nèi)的布置相同。

圖5示出兩個機器人構(gòu)造以自動操作冒口系統(tǒng)30。第一機械臂50如前所述并且包括夾具54，所述夾具具有在設(shè)定位置保持三個冒口系統(tǒng)30的三個夾持器-1 56以。如前所述，第一機械臂50從在設(shè)定位置具有一串銷53的等候區(qū)52拾取并運送所述冒口系統(tǒng)30。

第二機械臂58將冒口系統(tǒng)30從托盤60運送到等候區(qū)52。第二機械臂58包括四個夾持器-2 62，所述夾持器中的三個一次拾取一個冒口系統(tǒng)30，即每一夾持器-2 62依次拾取冒口系統(tǒng)30，之后第二機械臂將三個冒口系統(tǒng)30運送到等候區(qū)52并將該冒口系統(tǒng)放置到銷53上。使用標準的四夾持器機械臂以降低對特定圖案加工(pattern specific tooling)的要求，即，所述機械臂具有根據(jù)鑄造需要來處理四個冒口元件的能力，而在該示例中只示出了三個。如圖所示，四個夾持器-2 62定位在不同的方向上，從而不能用于將冒口系統(tǒng)同時放置在第二模具18上的適當位置。

總之，當?shù)诙＞?8處于其水平位置，如圖1D和圖1E所示，使用機械臂50將冒口系統(tǒng)30放置在第二模具18上。該過程如圖1F所示繼續(xù)，使得擺動板16向下擺動。砂被倒入到由第二模具18和第一模具14限定的腔體內(nèi)。該模具之后被擠壓活塞“撞擊”，使得如圖1B所示在水平方向上產(chǎn)生一力。該力引起冒口系統(tǒng)30折疊。該冒口套筒38由于可壓縮冒口元件32而被保護免受高壓并且在獲得的模胚-1 24中能夠安全地保持完整。

圖6為本實用新型使用的另一個冒口系統(tǒng)30’的剖面圖，且已知于EP2489450。該冒口系統(tǒng)30’包括細長冒口元件32’以及細長冒口套筒38’。冒口元件32’通過支撐銷42安裝在第二模具18上。

圖7A-圖7D示出本實用新型使用的另一個冒口元件32”，其已知于EP2664396。冒口元件32”為細長形；該冒口元件具有長度L、寬度W和高H，其中長度大于寬度。冒口元件32”的第一端被標為A，而相對的第二端被標為B，兩者都沿著高度H測量。C端和D端沿著長度L測量，并且孔軸線Z朝向C端偏置。冒口元件32”將與相應(yīng)的細長冒口套筒(未示出)一起使用。

附圖標記列表

10 造型機

12 擠壓板

14 第一模具

16 擺動板

18 第二模具

20 擠壓活塞

22 砂

24 模胚-1

24’ 模胚-2

24” 模胚-3

26 熔融金屬

30 冒口系統(tǒng)

30’ 另一個冒口補縮系統(tǒng)

32 冒口元件

32’ 細長冒口元件

32” 另一個冒口元件

34 第一端

36 第二端

38 冒口套筒

38’ 細長冒口套筒

40 階梯形側(cè)壁

42 支撐銷

50 第一機械臂

52 等候區(qū)

53 銷

54 夾具

56 夾持器-1

58 第二機械臂

60 托盤

62 夾持器-2