專利名稱：用于有助于從鑄件上除去砂模的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及金屬鑄件的制造，特別是涉及在砂模填充物(pack)中制造鑄件以及促進將砂模填充物和芯從鑄件上除去。
背景技術(shù)：
用于形成金屬鑄件的普通鑄造處理通常使用模具或模，例如永久性的金屬?；蛏澳?，該模具或模有形成于它的內(nèi)表面上的、所需鑄件(例如氣缸蓋)的外部特征。包括砂和合適粘接劑材料的砂芯(該砂芯確定了鑄件的內(nèi)部特征)通常布置在模具內(nèi)部以便進一步確定鑄件的特征。砂芯通常用于產(chǎn)生金屬鑄件的輪廓和內(nèi)部特征，還需要在鑄造處理結(jié)束之后從鑄件中除去和回收所述芯的砂材料。
根據(jù)用途，用于砂芯和/或砂模的粘接劑可以包括酚醛樹脂粘接劑、酚醛尿烷“冷型箱”粘接劑、或者其它合適的有機粘接劑材料。然后，?；蚰＞哐b滿熔融金屬合金，該金屬合金能夠冷卻至特定合適程度，以便使合金固化。在合金固化成鑄件之后，將該鑄件送入處理爐中，用于進一步處理，包括熱處理、從砂芯中回收砂以及時效化。熱處理和時效化是調(diào)制金屬合金的處理，這樣，它們將提供有適用于不同用途的不同物理特征。熱處理可以包括處理和/或熱處理。
砂模和/或芯通常在完成熱處理之前從鑄件上除去。砂模和/或芯通常通過一種或組合方式來與它們的鑄件分離。例如，砂可以從鑄件上鑿出，或者鑄件可以進行物理震動或振動，以便破壞砂模和鑄件內(nèi)的內(nèi)部砂芯，并除去砂。此外，當(dāng)砂模和鑄件通過熱處理和/或熱除砂爐時，用于砂模和芯的有機或可熱降解的粘接劑通常通過暴露在用于使鑄件熱處理至合適金屬特性的高溫中而被破壞或燃燒，從而可以從鑄件上除去模具和芯的砂并進行回收，并留下完成熱處理的鑄件。對鑄件進行熱處理的爐系統(tǒng)和方法由美國專利No.5957188、5829509和5439045中可知，這些專利文獻都整個被本文參引。一旦從鑄件上除去砂，通常在隨后的步驟中完成鑄件的熱處理和時效化。
例如在上述專利中所述的技術(shù)因為增加了原材料、能量、人工、廢物處理和環(huán)境管理的成本，因此例如由于競爭而推動技術(shù)的進步。這些因素繼續(xù)要求對熱處理以及砂從該金屬鑄件中回收的領(lǐng)域進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于促進從形成于砂模內(nèi)的鑄件上除去砂模和芯的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過在模具周圍的預(yù)定位置或點處對模具進行刻痕以及施加足以使模具裂開和破裂成塊的力，可以將砂模從鑄件上除去。例如，可以通過向模具施加輻射能或感應(yīng)能通過在其中加熱的鑄件的熱膨脹而使模具破裂，或通過向模具或鑄件施加其它力和/或能量而使模具破裂。此外，高壓流體、脈沖或振動波也可以指向模具的外壁，以便幫助使模具破裂。一旦模具破裂和斷裂成多塊，它們通常被從鑄件上除去。在除去模具之后，鑄件可以進行熱處理，同時將砂模塊加熱至足以使它的粘接劑材料燃燒的溫度，從而使得模具和芯破裂并回收砂。
本發(fā)明總體上涉及使用精確砂模、濕砂模、半永久性砂模等，這些模具通常設(shè)計成可破裂和從它們的鑄件上除去，例如在熱處理過程中。有例如沿接頭線匹配在一起的部分的其它類型模具也可以用于本發(fā)明。例如，本發(fā)明可以用于芯鎖定類型模具，其中，模具形成通過中心鎖芯件保持在一起的部分，該中心鎖芯件將通過向它施加脈沖波或力而破裂和/或斷裂，從而導(dǎo)致所述砂模的部分從鑄件上釋放和脫落。
在另一實施例中，使模具從鑄件上除去的方法可以包括將一種或多種炸藥或者有機或可熱降解材料布置在模具的外壁內(nèi)的一個或多個選定位置處。炸藥在處理中的特定時間引爆，以便使模具破裂和斷裂成塊。然后，將斷裂的塊從鑄件上除去。
另外，刻痕可以加在包含炸藥或者有機或可熱降解或反應(yīng)材料的模具上。刻痕與在預(yù)定位置的炸藥和/或有機或可熱降解材料組合，以便通過起動炸藥而促使模具部分破裂和從鑄件上除去。在模具除去之后，鑄件可以開始或繼續(xù)進行熱處理。
另一實施例包括通過用高能脈動激勵模具而使模具從形成于模具內(nèi)的鑄件上除去的方法。在受到高能脈動激勵后，模具通常破裂，然后，破裂部分可以從鑄件上除去。高能脈動通常包括由機械裝置產(chǎn)生的振動波、壓力波、聲波、電磁波或它們的組合，該機械裝置例如炮或增壓氣體供給系統(tǒng)、機電裝置、微波和/或電磁波或其它脈沖波發(fā)生器。因此，刻痕也可以用于模具，以便幫助模具斷裂和從鑄件上除去。
使模具和/或芯從鑄件上除去的方法和系統(tǒng)可以用作整個鑄造處理的一部分，在該鑄造處理中，對鑄件進行澆鑄，且在鑄件冷卻至足夠使鑄件的外表面的至少一部分固化之后，模具在鑄件的固熔熱處理的開始步驟之前或結(jié)合該開始步驟而被除去，然后，在鑄件進行熱處理的同時，模具和芯的除去部分被收集，并進行回收處理。也可選擇，模具和芯能夠破裂和從鑄件上除去，然后鑄件可以傳送至淬火槽，鑄件的可溶于水的芯能夠在其中破裂和除去，和/或然后鑄件可以根據(jù)需要進行時效化處理。通常，用于使模具部分除去和/或破裂并促使砂芯在鑄件中破裂的脈沖波或力將在腔室中施加，或者沿從鑄造站至熱處理、淬火或時效化線的傳送通路來施加。
施加器機構(gòu)(例如壓力噴嘴、聲或機電振動波發(fā)生器或者類似的脈沖產(chǎn)生機構(gòu))位于間隔開的位置或站處，并定向成與模具周圍的合適點對齊，例如對著模具中的刻痕或接頭，或者與該刻痕或接頭對齊。模具通常輸送至已知的標(biāo)記位置，用于使脈沖波(例如高壓流體流、振動波、微波或其它機械、機電或電施加的力)指向合適的點或位置，例如沿形成于模具中的刻痕，或者指向在模具部分之間的接頭處，以便使模具分離和裂開成幾個大塊，以便更高效和快速地除去模具。當(dāng)通過施加脈沖波而使模具破裂時，模具的部分或塊自由地從鑄件上脫落，以便進行收集和回收。因此，各種運送或傳送方法或系統(tǒng)可以用于本發(fā)明，它們包括旋轉(zhuǎn)傳送器例如轉(zhuǎn)盤、直線傳送器(包括水平和垂直定向的傳送系統(tǒng))、螺旋傳送器、指示鞍座(indexing saddle)、或者類似機構(gòu)。
在另一實施例中，鑄件可以通過機器人傳送機構(gòu)而在指示位置之間運動，該指示位置用于在合適部位施加脈沖波或力，該機器人傳送機構(gòu)也可以用于幫助使砂模部分破裂和除去，例如通過與模具部分進行物理接合并進行除去。也可選擇，鑄件和模具可以保持在基本固定的位置，而脈沖波發(fā)生器或其它力施加器可以繞它們運動至合適方位。
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀下面的說明并結(jié)合附圖，可以清楚本發(fā)明的各種目的、特征和優(yōu)點。


附圖中，圖1A-1B是砂模的剖視圖，表示了在合適位置上形成刻痕以及模具沿該刻痕形成的裂紋；圖2A-2B是砂模和鑄件的剖視圖，表示了布置在砂模內(nèi)的刻痕和炸藥的使用以及模具通過起動炸藥而產(chǎn)生的裂紋和移動；圖3表示了經(jīng)過處理爐內(nèi)或附近的能量脈沖腔室的模具的剖視圖，表示了通過高能量脈沖進行處理的模具填充物和鑄件；圖4A-4B表示了模具通過富氧腔室的運動，該富氧腔室用于提供氧氣流，以便促使模具的有機或可熱降解粘接劑的燃燒；圖5A-5C表示了向模具施加脈沖波以便破壞模具；圖6A-6B表示了用于向模具施加脈沖波的腔室或單元的實施例；圖7是使用本發(fā)明作為整個鑄造處理的一部分的示意圖；以及具體實施方式
本發(fā)明總體上包括一種用于促進模具和砂芯破壞和從形成于模具中的鑄件上除去的方法，以便加速使鑄件暴露于熱處理溫度中，并促進破壞以及砂從砂模和砂芯中的回收?？梢栽趯⑸澳：丸T件引入熱處理爐或單元之前、或者在熱處理爐或單元中(該熱處理爐或單元自身用于在單元內(nèi)進行熱處理和砂回收)使得模具從它的鑄件周圍除去。而且，用于促進模具破壞和從鑄件上除去的本發(fā)明系統(tǒng)和方法可以是整個或連續(xù)的金屬鑄造和/或熱處理的一部分。本發(fā)明也可以用作單獨或獨立的處理，用于根據(jù)用途而從“熱”的(新澆鑄和充分固化的)和/或“冷”的鑄件上除去模具。在使用時，本發(fā)明的方法通常將在鑄件的熔融金屬至少部分沿鑄件的外表面固化時進行，以避免鑄件變形。
用于對鑄件熱處理以及使砂模和砂芯至少部分破裂和除去并回收砂的熱處理爐系統(tǒng)的實例如美國專利No.5294994、5565046、5738162和5957188以及美國專利申請No.09/313111(申請日為2000年7月27日)和10/066383(申請日為2002年1月31日)中所述，這些專利文獻的內(nèi)容被本文參引。通過促進模具的破壞和從它們的鑄件上除去，鑄件更快地暴露在熱處理爐或腔室的周圍加熱環(huán)境中。因此，當(dāng)模具從鑄件上除去時，需要更少的能量和時間來提高鑄件溫度以便獲得合適的處理和使鑄件有合適的金屬特性。
金屬鑄造處理通常為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，普通的鑄造處理將只是簡要介紹，以便進行參考。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明可以用于任何類型的鑄造處理，包括用于形成鋁、鐵、鋼和/或其它類型金屬和金屬合金的鑄件的金屬鑄造處理。因此，本發(fā)明并不局限于只用于特定鑄造處理或者特殊類型的金屬或金屬合金。
如圖1A-1B所示，熔融的金屬或金屬合金在澆鑄或鑄造站被倒入模或模具10中，以便形成鑄件11，例如氣缸蓋或發(fā)動機體或類似鑄件。通常，由砂和有機粘接劑(例如酚醛樹脂)形成的鑄芯12裝入或布置在模具10內(nèi)，以便在形成于各模具內(nèi)的鑄件中產(chǎn)生空心腔和/或鑄造零件或型芯座(core print)。模具通常包括“精密砂?！鳖愋湍＞吆?或“濕砂?！?，該模具通常由與粘接劑(例如酚醛樹脂或本領(lǐng)域已知的其它粘接劑)混合的砂材料(例如硅砂或鋯砂)而形成，與砂鑄芯12類似。模具還可以包括自硬(no-bake)的冷箱和熱箱類型砂模以及半永久性砂模，它們通常有由砂和粘接劑、金屬例如鋼、或者兩種材料的組合而形成的外部模具壁。還有，可以使用鎖定芯類型的模具，其中，模具形成為互鎖零件或部分，它們通過砂芯而鎖定在一起。應(yīng)當(dāng)知道，后面所述的術(shù)語“模具”通常用于指全部上述類型的模具。
使模具從鑄件上移去的方法包括對砂?！翱毯邸辈⒁虼嗽谏澳Ｖ行纬晒收暇€、凹口或削弱區(qū)域。當(dāng)粘接劑材料燃燒時，模具通常沿設(shè)置于模具內(nèi)的刻痕而破裂和斷裂，以便于使模具從包含于其中的鑄件上移去和除去?？毯弁ǔ２贾迷谘馗髂＞叩膫?cè)部和/或頂部和底部或者它們周圍的預(yù)定位置處，同時這些位置通常選擇為可以優(yōu)化模具的破壞。將刻痕布置在該預(yù)定位置取決于模具以及形成于模具內(nèi)的鑄件的形狀。
術(shù)語“刻痕”可以包括通過任意機構(gòu)(包括切刀、銑削裝置和其它類似的自動和/或人工操作的切割或形成槽的裝置等)而形成于模具的頂部、底部和/或側(cè)壁上的任意類型的切口、線、劃痕、凹口、槽或其它這樣的標(biāo)記。該刻痕通常在模具的外部進行，但是并不局限于模具的外表面，應(yīng)當(dāng)知道，除了在外表面刻痕，模具的內(nèi)表面也可以刻痕或形成槽。各模具可以通過任何傳統(tǒng)方式來刻痕，例如通過在形成模具的過程中在模具的外表面和/或內(nèi)表面上布置或形成模制的或劃出的線，或者在之后的某一時間(直到將其中有鑄件的模具引入熱處理爐中)進行。
還可以向模具施力，以便促使模具破裂和斷裂成幾塊，然后可以很容易地將其從鑄件上移去或脫開。該力可以施加在模具的內(nèi)壁上、施加在模具的外壁上，或者兩種的組合。施加在模具內(nèi)壁上的力通常由鑄件在模具中的熱膨脹而產(chǎn)生，且通過利用輻射能、感應(yīng)能或它們的組合來加熱鑄件將進一步提高或加速鑄件的膨脹。用于加熱鑄件的能量源可以包括電磁能、激光、無線電波、微波和它們的組合。
用于加熱模具和/或鑄件的能量源也可以包括激光、無線電波、微波、或其它形式的電磁能和/或它們的組合。通常，這些和其它能量源朝著外部輻射或被引向模具或鑄件的特定區(qū)域，用于加熱模具和鑄件，以便引起熱膨脹，從而導(dǎo)致模具和/或砂芯破裂或斷裂。也可選擇，感應(yīng)能通常涉及將鑄件和模具封入電磁能場中，該電磁能場在鑄件內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電流，從而加熱金屬且模具的溫度較低。通常，模具是絕緣的，并不導(dǎo)電，感應(yīng)能直接在模具內(nèi)加熱的效果可能很有限，但不影響在鑄件內(nèi)產(chǎn)生的熱度。當(dāng)然，也可以有其它方法來加熱鑄件和使鑄件膨脹，以便使模具破裂。另外，刻痕可以添加在模具或模具自身上，以便幫助使模具從鑄件上移開。
能量脈動也可以在特別設(shè)計的處理腔室例如爐中施加。設(shè)計特征可以包括承受脈動和所形成的效果的能力，用于將模具/鑄件送入腔室內(nèi)和從腔室內(nèi)送出，以便精確控制脈動。能量脈動通常在一定程度上提高了向模具芯和鑄件的傳熱。脈動也增強了分解的粘接劑氣體離開模具和芯的質(zhì)量輸送、帶有氧的處理氣體向模具和芯的質(zhì)量輸送、以及松散的砂離開鑄件的質(zhì)量輸送。脈動可以以較低或較高的頻率進行，其中，低頻脈動通常用于產(chǎn)生使模具或芯破裂的力，較高頻率用于加強輸送、質(zhì)量輸送以及在較小刻痕上的裂紋。較高頻率脈動在一定程度上在鑄件中引起振動效果，從而提高了上述處理的機械效果。
而且，通過向模具和/或芯施加任意或全部這些能量源以便加強砂模和/或芯的有機或熱化學(xué)粘接劑(該粘接劑在受熱時分解，從而有利于模具的裂解)的分解，從而可以使模具和/或芯破裂。另外，通過向模具的外壁施加高壓流體例如空氣、燃燒產(chǎn)物、富氧氣體或其它流體材料，可以使模具破裂。
而且，可以向模具、芯或鑄件直接施加脈沖或振動波形式的力、施加增壓流體、聲波或者其它機械、機電或電磁脈沖或它們的組合，以便幫助使模具破裂和斷裂成多塊。在一個實施例中，模具和/或芯受到用于直接施加力的高能脈動的激勵，該高能脈動也可以穿透模具的壁，使得模具變熱，以便進一步幫助模具的粘接劑燃燒和使得模具破裂。脈動能可以是一直重復(fù)或者間歇的力或脈沖，并可以是由機械、機電、電和/或其它已知裝置(例如壓縮炮或增壓氣體)產(chǎn)生的振動波、壓力波、聲波或它們的任意組合。在下文中，施加該能量脈動或力將統(tǒng)稱為“脈沖波”，應(yīng)當(dāng)知道，該術(shù)語將覆蓋上述能量脈動和其它已知的機械、電和機電力的施加。也可選擇，低能炸藥或者有機或可熱降解的材料可以布置在模具中，并通過加熱模具而引爆或起動，以便幫助使模具破裂和從它的鑄件周圍移開。
更具體地說，本發(fā)明設(shè)想了幾個可選的實施例和/或方法，用于在鑄件的熱處理之前或熱處理過程中執(zhí)行使砂模移開或破裂的功能。還應(yīng)當(dāng)知道，任何所述方法可以彼此結(jié)合或單獨使用。這些方法如圖1A至6B所示。
在圖1A和1B中所示的本發(fā)明第一實施例中，所示的其中有鑄件11的砂模10有形成于模具10的外側(cè)壁14A中的至少一個(通常多個)刻痕13或釋放線?？毯?釋放線13通常被切割或以其它方式形成為在模具的外側(cè)壁中的槽或凹槽，并作為模具填充物的外壁的斷裂線。還可以在模具10的內(nèi)壁14B中(如圖1A中所示)和/或在模具10的頂壁和底壁16和17中切割或形成刻痕/釋放線13A。
還如圖1B所示，這些刻痕/釋放線削弱了模具壁，以便預(yù)定模具10的裂紋或分裂的部位和位置，這樣，當(dāng)力F施加在模具的壁上時，引起模具的壁沿這些刻痕/釋放線的裂紋和分裂，如圖1B中的18所示。通常，該力F包括當(dāng)鑄件受熱或升高溫度以便進行該鑄件的熱處理時鑄件自身由于鑄件的金屬的熱膨脹而向模具10的內(nèi)壁14施加的壓力。當(dāng)鑄件的金屬響應(yīng)于熱處理爐中的熱量而膨脹時，它向外壓靠和推動該模具的壁，從而使模具在由刻痕/釋放線產(chǎn)生的削弱點處產(chǎn)生裂紋和分裂。因此模具的多個部分將在鑄件的熱處理開始階段之前或在該過程中很容易地從模具以及它的鑄件上移開，而不是使模具因為它的粘接劑材料在熱處理爐中燃燒一段時間而簡單破裂和緩慢裂解。
圖2A-2B表示了本發(fā)明的可選實施例，用于使模具20破裂和從形成于其中的鑄件21上移開。在該可選方法中，低沖擊炸藥22安裝在模具填充物20的側(cè)壁23中的一個或多個點處。炸藥通常位于模具填充物結(jié)構(gòu)內(nèi)的關(guān)鍵部位，通常靠近壁內(nèi)的關(guān)鍵接頭24，例如在側(cè)壁23以及頂壁和底壁26和27之間，以便使模具從鑄件上移開，同時仍然使鑄件保持完整。另外，如圖2B所示，在低強度炸藥爆炸之后，間隙或槽道28形成于模具填充物20中，并穿過模具的側(cè)壁以及上部和下部而更深地延伸。因此，模具在這些槽道或間隙處或者沿這些槽道或間隙大大削弱，因此，模具將很容易地響應(yīng)于鑄件的熱膨脹而沿這些槽道28分裂成多個部分或塊，和/或當(dāng)模具的粘接劑材料燃燒以便于將模具從它的鑄件上除去時沿這些槽道28分裂成多個部分或決。
圖3表示了用于使模具30分裂和促使模具30從鑄件上除去的本發(fā)明又一實施例。在本發(fā)明的該實施例中，促使模具/砂芯產(chǎn)生裂紋的振動力通過高能脈沖或波32而施加給模具，當(dāng)模具30通過處理腔室33時，該脈沖或波指向模具30，且該處理腔室33通常位于熱處理爐的前部或輸入端，這樣，模具和鑄件通常在鑄件進行熱處理之前經(jīng)過該處理腔室。高能脈沖通常為可變頻率或波長，且通常從安裝在腔室中的一個或多個脈動或波發(fā)生器37指向模具的側(cè)壁34和/或上部或頂壁36。所產(chǎn)生的該高能脈動或波通常為通過處理腔室的空氣傳播的振動波、壓力波或聲波的形式。也可選擇，電磁能可以是發(fā)射在所述模具的壁上的脈沖，以便促使形成裂紋、吸熱、粘接劑降解或其它處理效果，用于使模具和砂芯從鑄件上移開。這樣的電磁輻射可以為激光、無線電波、微波的形式，或者為形成上述處理效果的其它形式。
指向模具的高能脈沖在不需要與模具填充物進行物理接觸的情況下激勵該模具，并使它們振動。當(dāng)脈動通過模具時，模具的激勵和振動將使得模具形成裂紋和分裂。脈動可以為持續(xù)脈沖或離散脈沖。離散脈沖可以以規(guī)則間隔進行控制。控制成持續(xù)或離散形式的脈沖將根據(jù)頻率、施加間隔和強度而被仔細(xì)控制，以便在不損壞鑄件的情況下實現(xiàn)處理效果。此外，模具還可以在如上述的選擇點(如圖3中的38所示)處進行刻痕或施加預(yù)應(yīng)力/削弱，以便于或促使模具在振動或以其它方式受到高能脈沖沖擊時分裂。
因此，當(dāng)鑄件進入熱處理爐的加熱腔室或進行鑄件的其它處理時，模具產(chǎn)生破裂并從它們的鑄件上移開。此外，如美國專利申請No.09/627109(申請日為2000年7月27日)和10/066383(申請日為2002年1月31日)中所述(這兩篇文獻的整個內(nèi)容被本文參引)，能量脈沖通常還使得模具內(nèi)的鑄件變熱，這進一步導(dǎo)致鑄件的熱膨脹，以便向模具的內(nèi)側(cè)壁施加力，從而更有利于和促使模具分裂。
圖4A-4B表示了本發(fā)明的可選實施例，用于加熱以及促使模具40和可能有的砂芯41破裂和從包含于模具內(nèi)的鑄件42上除去。在本實施例中，在模具40和它們的鑄件42進入熱處理爐或腔室43之前或期間，它們經(jīng)過低速氧氣腔室44。氧氣腔室通常是能夠在高于環(huán)境壓力下工作的細(xì)長高壓釜或類似的增壓加熱腔室。氧氣腔室44提供富氧環(huán)境，并包括位置彼此相對的高壓上游側(cè)46和低壓下游側(cè)47，以便幫助在它們之間抽吸氧氣流。
當(dāng)模具通過加熱腔室44的低速氧氣腔室時，加熱的氧氣導(dǎo)向模具，并迫使該氧氣通過模具，如箭頭48(圖4A)和49(圖4B)所示。氧氣在壓力下從氧氣腔室的高氣壓側(cè)被吸向或流向低氣壓側(cè)，因此，推動或迫使氧氣進入和可能通過模具和/或芯。因此，一定百分?jǐn)?shù)的氧氣與砂模/芯的粘接劑材料燃燒，以便加強粘接劑材料在加熱腔室中的燃燒。模具和芯的粘接劑材料的這種加強的燃燒進一步提供了來自該粘接劑材料和氧氣的加強的燃燒的能量，這有助于促進和/或加速模具破裂和從它們的鑄件上除去。通過在模具中刻痕或形成釋放線(如上面更詳細(xì)所述)以便使模具產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力/削弱模具，能夠進一步幫助模具破裂。因此，當(dāng)粘接劑材料燃燒時，模具壁將產(chǎn)生裂紋或裂開，從而使模具破裂成多個部分或多塊，并從它們的鑄件上脫落。
此外，粘接劑材料的加強的燃燒能夠用作附加的、通常傳導(dǎo)的熱源，從而增加模具中的鑄件的溫度，并有利于砂芯的粘接劑材料的燃燒，以便容易除去和回收。因此，鑄件更快速地升高至它們的熱處理溫度，這有助于減小鑄件在熱處理爐中的停留時間，該熱處理爐需要快速和完全地對鑄件進行熱處理，如共同待審的美國專利申請No.09/627109(申請日為2000年7月27日)和10/066383(申請日為2002年1月31日)中所述，這兩篇專利文獻的內(nèi)容被本文參引。
圖5A-5B表示了本發(fā)明的又一實施例，用于促使砂模50破裂和從形成或包含于模具內(nèi)的鑄件51上除去，以及(可能地)使位于鑄件內(nèi)的砂芯破裂和從該鑄件51上除去。在該實施例中，一系列脈沖波發(fā)生器或力施加器52(例如空氣炮、流體噴嘴、聲波發(fā)生器或其它機械和/或機電機構(gòu))通常沿裝載鑄件的模具/芯運行至熱處理爐內(nèi)的通路(圖6A中的箭頭53)而定位在特定部位或位置(該部位或位置作為熱處理爐的一部分，例如在爐的起始預(yù)燃室中，或者在模具破裂或處理腔室54中，該腔室通常位于熱處理爐的前面或上游)，以便幫助使砂芯從鑄件上除去。在包含于模具內(nèi)的鑄件的外表面已經(jīng)固化至足以防止或避免鑄件的外表面由于施加該力或脈沖波而變形或損害的程度之后，將施加該力或脈沖波。
根據(jù)芯座或形成于模具中的鑄件的設(shè)計，脈沖發(fā)生器或力施加器52(下文中稱為“施加器”)的數(shù)目可以根據(jù)需要而變化，這樣，具有不同芯座的、不同類型的鑄件可以選擇地使用在腔室內(nèi)的、不同結(jié)構(gòu)或數(shù)目的施加器。如圖5A所示，各施加器52通常安裝在處理腔室54的內(nèi)部56(圖6A)中，相對于模具50的側(cè)壁57(圖5A-5B)、頂壁58和/或底壁59而定向在已知或?qū)R的位置，與芯和鑄件的已知指示位置相對應(yīng)。例如，施加器52可以安裝在沿腔室54(圖6A)長度或沿模具和鑄件的運行通路間隔開的位置處，這樣，模具將在沿它們的運行通路的不同點處進入不同施加器，這些施加器指向形成于模具中的相同或不同的芯開口、接頭或刻痕。當(dāng)模具沿腔室54運動時，施加器對著模具的接頭或刻痕施加力，以便以物理方式使模具產(chǎn)生裂紋和/或裂開。
還可以通過用于熱處理站或爐的控制系統(tǒng)來自動控制施加器，該熱處理站或爐能夠被遙控操作，以便使噴嘴運動至在模具的側(cè)壁57以及頂壁和底壁58和59的周圍的不同的合適位置，如圖5B中的箭頭61和61′以及62和62′所示。也可選擇，如圖5C所示，模具50可以通過傳送裝置65(圖5C)而被物理地操作或傳送而通過處理腔室，該傳送裝置65例如機器人臂66或高架升降機或傳送器或其它類似的傳送機構(gòu)，其中，鑄件與傳送機構(gòu)物理地接合，該傳送機構(gòu)也可以用于使得其中具有鑄件的模具旋轉(zhuǎn)，如箭頭67和67′以及68和68′所示。因此，模具能夠相對于一個或多個施加器52而重新定向，以便旋轉(zhuǎn)或以其它方式重新對齊已知的標(biāo)記位置，這樣，形成于模具中的刻痕或者形成于模具的多個部分或塊之間的接頭與用于定向施加力或脈沖波的施加器52對齊，以便于使模具分裂和從它們的鑄件上除去。而且，機器人臂或其它傳送機構(gòu)還能夠用于直接向模具施加機械力，包括拾取或拉動模具部分離開鑄件。這樣向模具機械施加力也能夠與施加其它力或加熱砂模相結(jié)合，以便使砂模塊更快速地產(chǎn)生裂紋和從它們的鑄件上除去。
圖6A和6B表示了本發(fā)明的模具破裂或處理腔室54的實施例，用于使砂模快速破裂成明顯更大的塊或部分并將其除去，以便于將模具從它們的鑄件上更快速地除去。在該實施例中，施加器52表示為炮70或者流體施加器，它們引導(dǎo)高壓流體介質(zhì)的流或脈沖通過一系列定向噴嘴或施加器71。各噴嘴71通常供有高壓熱流體介質(zhì)，例如空氣、熱油、水或其它已知的流體材料，它們來自與噴嘴或施加器71相連的儲存單元例如增壓儲罐72、泵或壓縮器。如圖6B所示，噴嘴71將增壓流體流導(dǎo)向各模具/芯的側(cè)壁、頂壁和/或底壁，如箭頭73所示。
這些增壓流體流在噴嘴的出口開口處轉(zhuǎn)變成高流體速度，這提高了施加給模具/芯的流體流的能量，以便施加足以使模具和/或芯至少部分產(chǎn)生裂紋和/或以其它方式裂解的力。而且，這樣的高流體速度通常使得或促使向鑄件、模具和芯傳遞更高熱量，這更有利于使模具和砂芯破裂。由噴嘴控制的增壓流體流能夠以連續(xù)流或間歇流或脈沖波的方式施加，它們沖擊模具壁或與模具壁接觸，以便使得模具壁破裂或產(chǎn)生裂紋，并促使模具(和可能有的砂芯)的粘接劑材料更快速地分解和/或燃燒，以便幫助模具至少部分裂解或破裂。這些流體流在高壓下施加，對于壓縮空氣脈沖，在大約5psi至大約200psi的范圍內(nèi)；對于燃料激發(fā)的氣體和空氣混合脈沖，在大約0.5psi至大約5000psi的范圍內(nèi)；對于機械產(chǎn)生的氣體脈沖，在大約0.1psi至大約100psi的范圍內(nèi)；但根據(jù)特定鑄件用途的需要也可以使用更大或更小的壓力。對于間歇脈沖，該脈沖通常將在大約1-2脈沖每秒至每幾分鐘1個脈沖的速率下施加。此外，增壓流體流可以被導(dǎo)向形成于模具中的刻痕或接頭，以便使模具破裂。
例如，當(dāng)使用如圖6A和6B所示的處理腔室時，一系列模具通常將以大約1至2分鐘的間隔通過腔室54而進行指示，通過大約5個在線上的位置或站，同時模具在各位置被處理大約1至2分鐘，但也可以采用更大或更小的停留時間。這些在線上的站或位置通?？梢园ㄑb載、頂部除去、側(cè)部除去、端部除去(和可能有的底部除去)和卸載站，且頂部、側(cè)部和端部(以及可能有的底部)除去站通常位于處理腔室內(nèi)部，該處理腔室密封在各端處的噴射門內(nèi)。根據(jù)需要，也可以提供更少或更多的、具有不同施加器的站或位置。
如圖6A所示，該腔室通常將包括多達6個脈沖發(fā)生器，但也可以使用更少或更多數(shù)目的脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器將提供高壓氣流或空氣，該高壓氣流或空氣指向合適的模具接頭和/或形成于模具中的刻痕(當(dāng)有刻痕時)。通常，各脈沖發(fā)生器將在壓縮空氣的每次充氣或脈沖中提供大約30至40立方英尺的、大約70至100psig的空氣/氣體，該脈沖通常將以大約1分鐘激發(fā)間隔而被提供(但也可以使用更大或更小的激發(fā)間隔)，以便向模具接頭和/或刻痕提供大約200至250cfm的空氣(多達大約300cfm或更多的氣體-空氣混合物)。
通常，螺旋類型或渦卷壓縮機可以用于基本連續(xù)地將空氣直接供給脈沖發(fā)生器的增壓儲罐。例如，50至100馬力(hp.)的壓縮機可以用于供給足夠量的壓縮空氣來處理大約50-100個模具每小時。對于氣體-空氣激發(fā)的脈沖/流體流，需要的功率通常在大約2-75馬力的范圍內(nèi)。此外，通過使發(fā)生器安裝件進行至少兩維運動，可以在外部調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的噴嘴，同時脈沖發(fā)生器的噴嘴或施加器通常預(yù)先設(shè)置成適應(yīng)合適或特定的模具填充物。此外，盡管脈沖發(fā)生器在圖6A中表示為安裝在處理腔室的頂部，但是除了壓縮空氣發(fā)生器或施加器，也可以設(shè)想使用其它類型的脈沖發(fā)生器，且脈沖發(fā)生器能夠定位成沿處理腔室的側(cè)部和/或靠近底部或端部。
通常將通過在線上的位置來指示模具，例如以大約30至40英尺每分鐘的標(biāo)稱指示速度，不過，根據(jù)砂模的尺寸和結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)想不同的指示速度。通常將通過計算機控制系統(tǒng)(例如PLC控制或繼電器邏輯類型控制系統(tǒng))而根據(jù)安全連鎖來控制脈沖發(fā)生器的指示運動和脈沖激發(fā)。當(dāng)模具裂開時，模具的碎片或部分通常將跌落到位于腔室下面的收集斜槽中，收集斜槽將收集的碎片引向供給傳送器，以便除去碎片。然后，回收的模具碎片能夠進行磨碎以便回收，或者使它們經(jīng)過磁分離裝置，以便首先從中除去冷凝金屬(chill)等，然后，砂?？梢酝ㄟ^，以便回收用于以后重新使用。另外，多余的氣體或煙氣可以被收集，并從處理腔室和砂傳送器中排出。
如圖6A和6B所示，本發(fā)明可以利用各種不同類型的傳送機構(gòu)來使其中有鑄件的砂模進入已知的合適的或所需的指示位置，以便向該砂模施加脈沖波或施加其它定向力，例如沿在模具部分之間的刻痕或接頭線。這樣的傳送機構(gòu)包括指示傳送器或鏈傳送器80，如圖6A所示，且該傳送機構(gòu)可以包括定位器銷或其它類似裝置，用于固定該模具在傳送器上的位置；指示鞍座例如在美國專利申請No.09/627109(申請日為2000年7月27日)和10/066383(申請日為2002年1月31日)；升降機或構(gòu)架式傳送器；機器人傳送臂或類似機構(gòu)；以及螺旋傳送器90，其中，模具裝入傳送器的螺旋片或部分91中，如圖6B所示。根據(jù)需要，腔室可以水平或垂直定向。
還有，在本發(fā)明的全部實施例中，施加器和傳送機構(gòu)通常以使得它們不會與從鑄件上除去的模具塊干涉的方式而定位或安裝在腔室內(nèi)，以便使離開鑄件的模具塊在重力作用下無干涉的跌落。也可選擇，輸送器或其它機械系統(tǒng)或機構(gòu)(例如機器人臂)能夠以物理方式將模具塊或部分從鑄件上除去并進行輸送，并使它們積累在收集點處，例如料箱或輸送傳送器。
本發(fā)明的方法通常用于使砂模破裂和促使砂模從金屬鑄件上除去，并用作整個連續(xù)鑄造處理的一部分或一個步驟，在該連續(xù)鑄造處理中，金屬鑄件由熔融金屬形成并進行熱處理、淬火和/或時效化、或者其它處理，如圖7所示。如圖7所示，鑄件100將在鑄造或澆鑄站102處由澆鑄到模具101內(nèi)的熔融金屬M而形成。通常，模具101將沿接頭線103而形成多個部分，還可以包括形成于模具外壁部分中的刻痕或凹口(以104表示)。
在澆鑄后，其中包含有鑄件的模具通常將被傳送或傳遞給模具破裂或處理腔室(以106表示)。在模具破裂或處理腔室106中，通常向模具施加力或脈沖波(如參考圖5A-6B所述)、高能或低能脈沖(圖3)、和/或施加富氧氣流(圖4A-4B)，以便加強和促使砂?？焖倨屏鸦蛄验_成碎片或多個部分108，并使砂模碎片或部分108從鑄件上除去。通常，在模具破裂或處理腔室106中破裂并除去的砂模部分108能夠通過收集斜槽而向下跌落到輸送傳送器109上，或者進入收集料箱，用于輸送或送走所回收的塊和/或除去冷凝金屬。
然后，如圖7所示，通常，鑄件與已經(jīng)基本從它上面除去的模具一起直接被引入熱處理單元(以110表示)，用于進行熱處理，且該熱處理單元除了固熔熱處理之外，還能夠完成任何附加的模具和砂芯破裂和/或砂的回收，例如在美國專利No.5294994、5565046、5738162、5957188和6217317以及目前待審的美國專利申請No.10/066383(申請日為2002年7月31日)中所述，這些文獻的內(nèi)容整個被本文參引。在熱處理之后，鑄件通常進入淬火站111以便進行淬火，然后能夠通向或輸送至?xí)r效化站(以112表示)以便進行時效化，或者根據(jù)需要進一步處理鑄件。
也可選擇，如圖7中的虛線113所示，在模具破裂和從它們的鑄件上除去之后，鑄件能夠直接被輸送至淬火站111，而不需要熱處理。芯的碎裂和除去可以在淬火站中完成，即，將鑄件的可溶于水的芯浸入水或其它流體中，或者噴射水或其它流體，以便使可溶于水的芯進一步破裂和從鑄件上除去。作為又一可選形式，如虛線114所示，需要時，可以將鑄件從模具破裂腔室106直接放入時效化站112以便進行時效化，或者根據(jù)需要對鑄件進行其它處理。
此外，如圖7所示，在模具破裂和從它們的鑄件上除去之后，在鑄件的熱處理、淬火和/或時效化之前，鑄件可以如虛線116所示被傳送至冷凝金屬除去/切割站117。在冷凝金屬除去/切割站117中，任何冷凝金屬或其它釋放形成材料通常將被從鑄件上除去，以便清潔和重新使用冷凝金屬。還可以進一步對鑄件進行鋸或切割操作，其中，形成于鑄件上的澆冒口或其它不需要的部分將被從鑄件上切除，和/或?qū)﹁T件進行打澆口(degating)操作。除去鑄件的澆冒口或其它不需要的金屬或部分將有助于促進淬火，并減少了必須進行處理或淬火的鑄件金屬的量，從而使?fàn)t減小和/或減少淬火時間。在除去冷凝金屬和/或切除鑄件的澆冒口或其它不需要的部分之后，鑄件通常返回處理線，例如被引入熱處理單元110中，如虛線118所示，不過，本領(lǐng)域技術(shù)人員還知道，鑄件可以在此之后根據(jù)需要直接被送向淬火站111或送向時效化站112，以便進一步進行處理。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明在促使模具破裂和從它們的鑄件上除去的同時，還能夠促使砂芯破裂和從鑄件上除去。例如，當(dāng)鑄件通過高能脈動而被加熱時，如圖3所示，或者當(dāng)通過施加富氧氣流來促進鑄件的模具的粘接劑燃燒時，砂芯同樣被加熱，使得它們的粘接劑材料燃燒，以便當(dāng)模具或模具塊從鑄件上除去時使得砂芯更快速地破裂，以便容易除去。
而且，施加的脈沖波或力可以指向形成于模具中的芯開口，以便指向砂芯自身，從而促進砂芯破裂，以便容易從鑄件上除去。因此，本發(fā)明可以用于普通鎖定芯類型的模具，其中，芯形成鍵鎖，它將模具的多個部分或塊在鑄件周圍鎖定在一起。利用本發(fā)明的基本原理，能量脈動或者施加脈沖波或力能夠指向該鎖芯，以便于使鎖芯破裂和/或碎裂，因此，通過破壞鎖芯，模具部分更容易地以較大部分或塊的形式從鑄件上被推開或除去，以便于使模具快速地從鑄件上除去。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，盡管上面已經(jīng)參考優(yōu)選實施例介紹了本發(fā)明，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，前述本發(fā)明可以進行各種變化、改變和添加。
權(quán)利要求
1.一種使模具從形成于其中的鑄件上除去的方法，包括施加足以使模具破裂和斷裂成塊的力；以及使模具塊從鑄件上除去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在模具的外壁中形成刻痕而對模具進行刻痕。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中刻痕布置在預(yù)定位置，用于使模具部分破裂和從鑄件上除去。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中足以使模具破裂的力包括使抵靠模具的鑄件熱膨脹。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中鑄件通過從以下組中選定的能量源來加熱輻射能、感應(yīng)能和它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中能量源從以下組中選擇電磁能、激光、無線電波、微波和它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中模具由砂和可降解的粘接劑而形成，當(dāng)模具在富氧氣體中在高壓下被加熱時，該粘接劑燃燒，以便于模具破裂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在對鑄件進行熱處理之前，將模具塊從鑄件上除去。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中足以使模具破裂的力包括使高壓流體指向模具外壁。
10.一種使模具從形成于其中的鑄件上除去的方法，包括激勵該模具；使模具破裂；以及使模具從鑄件上除去。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中高能脈動作為振動波而施加。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中振動波由以下組中的至少一個來產(chǎn)生機械裝置、炮、增壓氣體和機電裝置、以及它們的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括通過在模具的外壁中形成刻痕而對模具進行刻痕。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在對鑄件進行熱處理之前，使模具部分從鑄件上除去。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括從能量源向該模具施加能量，該能量源從以下組中選擇輻射能、感應(yīng)能和它們的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括以高能脈沖激勵該鑄件的步驟包括以足以使模具破裂的力使高壓流體指向模具的外壁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于使模具(10)從形成于模具中的鑄件(11)上除去的方法。通過對模具刻痕并施加足以使模具破裂和斷裂成塊的力，可以使模具從鑄件上除去。另外，通過將炸藥(22)布置在模具填充物中，或者通過使高能脈動指向模具，可以使模具破裂。一旦模具破裂和斷裂成塊，就可以將它從鑄件上除去。
文檔編號B22D29/00GK1638898SQ02829308
公開日2005年7月13日 申請日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者小J·L·劉易斯, I·弗倫奇, V·R·克諾布洛赫, S·P·克拉夫頓, P·M·克拉夫頓, J·R·加勒特, J·多爾頓 申請人:聯(lián)合工程公司