砂型造型方法以及砂型造型装置的制造方法

砂型造型方法以及砂型造型装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种砂型造型方法以及砂型造型装置，其将发泡砂浆填充到金属模并进行硬化从而对砂芯等砂型进行造型。
【背景技术】
[0002]在铸造发动机的汽缸体、汽缸盖等时，为了形成水套、吸排气口等中空部而使用溃散性的砂芯(砂型)。砂芯例如通过利用压缩空气从吹砂装置的喷嘴将由热塑性树脂覆盖的壳型砂吹入金属模，填充到型腔内，并进行加热硬化从而形成为规定的形状。
[0003]对此，存在使用将水、水溶性粘合剂和骨料一起搅拌而使其发泡的发泡砂浆来进行型芯等砂型的造型的技术。这样，在将发泡砂浆填充到金属模的型腔来进行造型的情况下，因为型腔的内压由于发泡砂浆的加热、硬化(烧制)的过程中水分的蒸发以及气泡的热膨胀而升高，所以模制品在表层部集聚水溶性粘合剂以及骨料从而形成致密且强度高的硬化层，另一方面，在内部形成密度低且脆的脆弱部。因此，利用发泡砂浆进行造型的型芯在铸造时，作为型芯能确保足够的强度的同时，在铸造后，溃散性优良，能容易地从铸造品中除去。
[0004]因为发泡砂浆在金属模内进行加热、硬化时，会产生水蒸气以及气体，所以需要将它们顺畅地排出到金属模的型腔的外部。因此，在发泡砂浆的造型用的金属模上设有用于排出水蒸气以及气体的狭缝、或者通路。此外，在专利文献I中记载了一点，虽然不是用于发泡砂浆，但是在金属模上设置通气孔，在金属模的型腔内烧制壳型砂时，将产生的气体从金属模的型腔中排出。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2002-192305

【发明内容】

[0008]发明要解决的问题
[0009]使用发泡砂浆来造型砂型的情况下，存在如下问题。
[0010]为了缩短发泡砂浆的加热、硬化时间(烧制时间)，如何将水蒸气快速地从金属模的型腔中排出是非常重要的。但是，因为在加热、硬化发泡砂浆的过程中，水溶性的粘合剂和水蒸气以及气体一起从通气用的狭缝、通路中流出，所以由于造型的反复进行，有时在通气用的狭缝、通路中硬化的粘合剂会堆积，妨碍水蒸气以及气体排出。当水蒸气以及气体的顺畅排出被妨碍时，发泡砂浆的烧制费时，成为问题。
[0011]本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，将发泡砂浆在金属模的型腔内进行加热、硬化时，使水蒸气以及气体从型腔内顺畅地排出从而缩短硬化时间。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]为了解决上述的问题，本发明提供一种砂型造型方法及砂型造型装置，在将把粘合剂和骨料一起搅拌而使其发泡而得的发泡砂浆填充到金属模的型腔，并进行加热、硬化来获得模制品，所述砂型造型方法及砂型造型装置的特征在于，在将所述金属模进行合模而形成所述型腔，并在该型腔内填充了发泡砂浆之后，一边将所述金属模稍微打开并维持所述型腔，一边在所述金属模间设置间隙。
[0014](发明的实施方式)
[0015]以下，例示出几个本发明中认为可请求专利保护的技术方案(以下，有时称为“可请求技术方案”)的实施方式，并对它们进行说明。各个实施方式与权利要求相同，按照项进行区分，给各项赋予编号，以根据需要引用其他的项的编号的形式进行记载。这只是为了容易理解可请求技术方案，而并非是要将构成可请求技术方案的技术特征的组合限定于以下各项所述的内容。也就是说，可请求技术方案应该参考附属于各项的记载、实施例的记载等来进行解释，只要遵从该解释，无论是对各项实施方式进一步附加其他的技术特征的实施方式，或者是从各项实施方式中删除技术特征而得的实施方式，都可以成为可请求技术方案的一个实施方式。此外，以下的(I)至(6)的内容与技术方案I至6分别对应。
[0016](I) 一种砂型造型方法，将把粘合剂与骨料一起搅拌而使其发泡的发泡砂浆填充到金属模的型腔，并进行加热、硬化来获得模制品，
[0017]该砂型造型方法的特征在于，
[0018]在将所述金属模进行合模而形成所述型腔，并在该型腔内填充了发泡砂浆之后，一边将所述金属模稍微打开并维持所述型腔，一边在所述金属模间设置间隙。
[0019](2)根据(I)所述的砂型造型方法，其特征在于，使所述金属模的合模力降低，并借助来自所述金属模的反作用力在所述金属模间设置间隙。
[0020](3)根据⑴或⑵所述的砂型造型方法，其特征在于，所述金属模间的间隙为0.22mm ?0.36mm。
[0021](4) 一种砂型造型装置，具备:
[0022]金属模，通过合模形成型腔；
[0023]合模装置，开闭所述金属模；
[0024]填充装置，将把粘合剂与骨料一起搅拌而使其发泡的发泡砂浆填充到所述型腔；以及
[0025]加热装置，加热所述型腔内的发泡砂浆，
[0026]所述合模装置在所述型腔内填充了发泡砂浆之后，一边将所述金属模稍微打开并维持所述型腔，一边在所述金属模间形成间隙。
[0027](5)根据(4)的砂型造型装置，其特征在于，所述合模装置使合模力降低，并借助来自所述金属模的反作用力在所述金属模间形成间隙。
[0028](6)根据(4)或(5)的砂型造型装置，其特征在于，所述金属模间的间隙为0.22mm ?0.36mm。
[0029]根据(I)以及⑷的砂型造型方法以及装置，由于在金属模的型腔内加热、硬化发泡砂浆时，通过在金属模间设置微小的间隙，水蒸气以及气体被顺畅地从金属模间的间隙排出到外部，因而能缩短硬化时间。
[0030]即使在从金属模的型腔中排出水蒸气以及气体的通路处堆积了硬化的粘合剂的情况下，也能通过金属模间的间隙将水蒸气以及气体可靠地从型腔中排出到外部。
[0031]此时，由于金属模间的间隙足够小，型腔的形状以及尺寸得以维持，因而对模制品的尺寸精度不会造成影响。
[0032]采用(2)以及(5)的砂型造型方法以及装置，能根据来自金属模的反作用力调整金属模间的间隙。
[0033]采用(3)以及(6)的砂型造型方法以及装置，能使间隙最优化从而进行所期望的造型。
[0034](7)根据(5)或(6)所述的砂型造型装置，其特征在于，所述合模装置通过气缸来进行所述金属模的合模，使供给给所述气缸的压缩空气的压力降低从而降低合模力。
[0035]发明效果
[0036]根据本发明，在金属模的型腔内将发泡砂浆加热、硬化时，能通过金属模间的间隙将水蒸气以及气体从型腔内顺畅地排出，从而能缩短硬化时间。
【附图说明】
[0037]图1是表示本发明的一个实施方式的砂型造型装置的概要图。
[0038]图2是表示图1的砂型造型装置的发泡砂浆的造型工序的图。
[0039]图3是表示在图1的砂型造型装置中，合模设定压力和金属模间的间隙的关系的表。
[0040]图4是表示在图1的砂型造型装置中，合模设定压力和金属模间的间隙的关系的图表。
[0041]图5是表示在图1的砂型造型装置中，合模设定压力和模制品的优劣的关系的表。
[0042]图6是表示发泡砂楽的组成的示意图。
[0043]图7是表示在金属模的型腔内发泡砂浆进行加热、硬化的过程的说明图。
【具体实施方式】
[0044]以下，基于附图对本发明的一个实施方式进行详细地说明。
[0045]如图1所示，本实施方式的砂型造型装置I是固化发泡砂浆从而造型砂芯(砂型)的装置，具备:形成型腔C的金属模2、用于在金属模2的型腔C中填充发泡砂浆S的填充装置3、以及进行金属模2的开闭的合模装置4。
[0046]本实施方式中使用的发泡砂浆S是将作为骨料的砂、以及包含水玻璃(硅酸钠)、水和界面活性剂的水溶性无机粘合剂混合，而进行捏制使其成为发泡状态的发泡砂浆。图6示意地示出构成发泡砂浆S的颗粒的状态。图6的㈧表示在砂粒7的表面吸附了泡8的状态，图6的(B)放大地表示泡8的一部分。如图6的(B)所示，发泡砂浆S以界面活性剂9覆盖水玻璃水溶液(将水用附图标记10、水玻璃用附图标记11表示)的表面而形成泡8，该泡8经由界面活性剂9吸附在砂粒7的表面从而成为发泡状态，并且具有适度的粘性。此处，通过相对于砂，设定水玻璃的摩尔比为1.0?3.0，重量比为0.4?3.0%，水的重量比为1.5?5.0%，界面活性剂的重量比为0.003?2.0%左右，能得到具有适度的粘性的发泡砂浆S。
[0047]参照图1，金属模2具备由分型线P分割出的固定模12和可动模13，对固定模12和可动模13进行合模从而形成型腔C。固定模12固定于固定基座14。可动模13固定于可移动的可动基座15，与可动基座15 —起移动从而进行金属模2的开闭。固定模12以及可动模13通过加热器等加热装置H加热到150°C?300°C左右，使填充到型腔C中的发泡砂浆S的水分蒸发从而使发泡砂浆S硬化。也可以在金属模2上设置用于在型腔C内加热、硬化发泡砂浆S时将气体以及水蒸气排出到外部的狭缝16等排出通路。
[0048]在金属模2的固定模12以及可动模13，各自设置有脱模装置17。脱模装置17具备:设置成可朝向型腔C内进退活动的多个推出销18、与多个推出销18的基部连结的推出板19、以及设置于固定基座14及可动基座15与推 出板19之间的推出弹簧20。而且，构成为借助推出弹簧20的弹簧力，经由推出板19按压多个推出销18，使得推出销18的顶端部突出到型腔C内。在两侧的推出板19，分别安装有顶端部相互对置的后退销21。而且，构成为在闭合固定模12和可动模13时，这些后退销21的顶端部相互抵接，通过使推出板19抵抗推出弹簧20的弹力进行移动，从而使推出销18从型腔C后退。由此，推出销18与金属模2的开闭联动，在闭合金属模2时，推出销18从型腔C内后退，在打开金属模2时，推出销18突出到型腔C内从而对造型后的型芯进行脱模。
[0049]填充装置3具备:捏制、存积发泡砂浆S的砂槽22、加压砂槽22内的发泡砂浆S的加压机构23、以及将砂槽22连接到金属模2的型腔C上的填充口 24。而且，闭合固定模12和可动模13并将砂槽22设定在合模后的金属模2，通过利用加压机构23加压砂槽22内的发泡砂浆S，从而经由填充口 24填充发泡砂浆S到金属模2的型腔C内。
[0050]合模装置4具备:驱动可动基座15的双动气缸26、向气缸26供给压缩空气的空气源27、对从空气源27向气缸26的压缩空气的供给进行切换而使可动基座15前进以及后退的切换阀28、调整供给给气缸的压缩空气的压力的压力调整阀29、检测供给给气缸26的压缩空气的压力的压力计30、以及控制切换阀28以及压力调整阀29的工作的控制装置31ο
[0051]控制装置31控制切换阀28，通过切换压缩空气的供给使双动气缸26的工作拉杆26Α伸缩，从而使可动模13与可动基座15 —起进退活动而进行金属模2的开闭。此外，通过在合模时根据压力计30的检测压力使压力调整阀29工作，调整供给给气缸26的压缩空气的压力，从而调整合模力。由此，在金属模2的型腔C内加热、硬化发泡砂浆S时，当使通过气缸26而产生的合模力降低时，可动模13借助型腔C内的压力、脱模装置17的推出弹簧20的弹力、以及金属模2弯曲所产生的反作用力而稍微后退，在固定模12和可动模13的分型线P上形成微小的间隙L(参照图2(C))，并且可以调整该间隙L。
[0052]接着，对于利用砂型造型装置I造型砂芯的工序进行说明。
[0053]如图2㈧所示，利用合模装置4驱动可动模13来闭合金属模2，进行合模从而形成型腔C，并将填充装置3设定在金属模2上。此时，脱模装置17的推出销18如上所述，与合模联动地从型腔C后退。在通过加热装置H预先加热了金属模2的状态下，使填充装置3的加压机构23工作，将砂槽22内的发泡砂浆S通过填充口 24填充到加热后的金属模2的型腔C中。向型腔C填充发泡砂浆S结束后的状态如图2的(B)所示。填充到金属模2的型腔C内的发泡砂浆S通过加热而使水分蒸发而硬化。
[0054]此处，对填充到型腔C内的发泡砂浆C进行加热、硬化的过程参照图7进行说明。如图7的(A)所示，在金属模2的型腔C内，发泡砂浆S的气泡8通过加热而膨胀从而使型腔C的内压上升。然后，如图7的(B)所示，气泡8沿着金属模2的型腔C的内壁移动并通过由设置于分型线P的狭缝16等形成的通路被排出到外部。此时，组成发泡砂浆S的水玻璃(粘合剂)以及骨料被压到型腔C的内壁侧，型腔C的内壁附近的水玻璃以及骨料的密度升高。其结果是，在型腔C内硬化的砂芯W在与型腔C的内壁相接的表层部形成水玻璃以及骨料的密度高且致密的硬化层33，内部的密度降低，在中心部形成容易溃散的脆弱部34。
[0055]此外，被压到型腔C的内壁侧的水玻璃(粘合剂)与水蒸气以及气体一起进入由狭缝16等构成的通路而排放到外部。进入该通路的粘合剂硬化而粘着在通路中。当如此粘着在通路中的粘合剂堆积而堵塞通路时，水蒸气以及气体的顺畅排出受阻，烧制时间变长，导致造型不良。
[0056]在本实施方式中，向金属模2的型腔C填充发泡砂浆S结束后，利用合模装置4的控制装置31，根据压力计30的检测压力，使压力调整阀29工作并将供给给气缸26的压缩空气的供给压力仅减压规定的压力，使合模力降低。由此，如图2(C)所示，可动模13借助因发泡砂浆S的加热、硬化而上升的型腔C内的压力、脱模装置17的推出弹簧20的弹力、以及金属模2的弯曲所产生的反作用力而稍微后退，在固定模12和可动模13的分型线P形成微小的间隙L。然后，发泡砂浆S在金属模2的型腔C内加热、硬化时产生的气体以及水蒸气通过该微小的间隙L顺畅地排出到外部。其结果是，能促进发泡砂浆S的硬化，能缩短烧制时间。
[0057]此时，因为微小的间隙L是能顺畅地排出气体以及水蒸气的程度的微小的间隙，可动模13的移动量也是微小的移动量，所以能维持型腔C的形状以及尺寸，因此对造型的型芯的形状以及尺寸精度没有影响。此外，由于可动模13借助型腔C内的压力、脱模装置17的推出弹簧20的弹力、以及金属模2的弯曲的反作用力而稍微移动从而在与固定模12之间形成微小的间隙L，因而无论对金属模2间的分型线P、狭缝16的粘合剂的堆积量如何，都能确保一定的微小的间隙L。其结果是，能可靠地将发泡砂浆S的加热、硬化时产生的气体以及水蒸气排出到外部，能缩短烧制时间而获得良好的模制品。
[0058]金属模2的型腔C内的发泡砂浆S硬化后，通过控制装置31使切换阀28工作，切换对双动气缸26的压缩空气的供给，使可动模13与可动基座15 —起后退从而打开金属模2，取出进行了造型的砂芯。此时，脱模装置17的后退销21的顶端部与开模联动而分离，推出板19借助推出弹簧20的弹力移动，推出销18突出到型腔C内从而将造型后的砂芯脱模。
[0059]接着，在上述的工序中，参照图3至图5，对于供给给在金属模2间的分型线P形成间隙L时(参照图2(C))的气缸26的压缩空气的供给压力、间隙L的大小，以及进行了造型的砂芯的优劣的关系进行说明。
[0060]如图3以及图4所示，通过相对于供给给合模时的气缸26的压缩空气的供给压力0.35MPa，使供给压力降低，设为0.15MPa、0.1OMPa以及0.05MPa，从而使间隙L分别平均为0.22mm,0.25mm以及0.36mm。由此，如图5所示，相对于将供给压力设为在保持合模时的状态下的0.35MPa，且不设置间隙L的情况，即丰旲制品的良品率为60 %，不良品率为40 %的情况，在将供给压力降低至0.1OMPa并且设置间隙L的情况下，良品率为80%，不良品率为20%,进而在将供给压力降低至0.05MPa且增大间隙L的情况下，能得到100%的良品率。
[0061]此外，在上述实施方式中，设定为使供给给合模装置4的气缸26的压缩空气的供给压力(合模力)降低，并借助金属模2间的反作用力在固定模12和可动模13之间形成间隙L，但是也可以通过直接控制可动模13的移动量，从而形成规定的间隙L。
[0062]附图标记说明
[0063]1:砂型造型装置;2:金属模;C:型腔;H:加热装置;L:间隙;S:发泡砂浆。
【主权项】
1.一种砂型造型方法，将把粘合剂与骨料一起搅拌而使其发泡的发泡砂浆填充到金属模的型腔，并进行加热、硬化来获得模制品， 该砂型造型方法的特征在于， 在将所述金属模进行合模而形成所述型腔，并在该型腔内填充了发泡砂浆之后，一边将所述金属模稍微打开并维持所述型腔，一边在所述金属模间设置间隙。2.根据权利要求1所述的砂型造型方法，其特征在于， 使所述金属模的合模力降低，并借助来自所述金属模的反作用力在所述金属模间设置间隙。3.根据权利要求1或2所述的砂型造型方法，其特征在于， 所述金属模间的间隙为0.22mm?0.36mm。4.一种砂型造型装置，其特征在于，具备: 金属模，通过合模形成型腔； 合模装置，开闭所述金属模； 填充装置，将把粘合剂与骨料一起搅拌而使其发泡的发泡砂浆填充到所述型腔；以及 加热装置，加热所述型腔内的发泡砂浆， 所述合模装置在所述型腔内填充了发泡砂浆之后，一边将所述金属模稍微打开并维持所述型腔，一边在所述金属模间形成间隙。5.根据权利要求4所述的砂型造型装置，其特征在于， 所述合模装置使合模力降低，并借助来自所述金属模的反作用力在所述金属模间形成间隙。6.根据权利要求4或5所述的砂型造型装置，其特征在于， 所述金属模间的间隙为0.22mm?0.36mm。
【专利摘要】本发明是砂型造型方法以及砂型造型装置，其目的在于，在使发泡砂浆填充到金属模的型腔，并进行加热、硬化来获得模制品时，将在发泡砂浆的加热、硬化时产生的水蒸气以及气体从型腔顺畅地排出。解决问题方案为：将金属模(2)进行合模而形成型腔C，并将发泡砂浆S填充到型腔C内。在加热、硬化发泡砂浆S时，一边使合模力降低，并维持型腔C，一边在金属模(2)间形成微小的间隙L。由于在加热、硬化发泡砂浆S时产生的气体以及水蒸气从型腔C内通过间隙L顺畅地排出到外部，因而能缩短发泡砂浆S的烧制时间。即使在硬化了的粘合剂堆积于狭缝(16)的情况下，也能通过间隙L将气体以及水蒸气可靠地从型腔C内排出到外部。
【IPC分类】B22C9/02
【公开号】CN104884188
【申请号】CN201480003648
【发明人】前川工, 渡边浩庸, 须田智和, 光武正臣, 营野敏男, 栗田洋行
【申请人】新东工业株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年1月22日
【公告号】WO2014156246A1