專利名稱：型芯組操縱器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種澆鑄設(shè)備和工藝，包括但不局限于型芯組操縱方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)包括具有多個(gè)汽缸的曲柄箱。汽缸包括活塞，由于燃燒作用引起的活 塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被傳遞通過曲柄軸而產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。通常，內(nèi)燃機(jī)曲柄箱是 由鑄造金屬制成的，并包括一體地形成于其內(nèi)的通道，這些通道用來將各種流體從 內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)位置傳至另一位置。 一般經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)中的通道的流體包括冷卻液、空 氣、燃料、油等。
己知制造內(nèi)燃機(jī)部件的方法包括在金屬外澆鑄部件。典型的內(nèi)燃機(jī)部件被澆 鑄成其內(nèi)形成有一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部通道，并隨后一般使用各種加工作業(yè)來完成。澆鑄 部件一般通過將熔融金屬灌入模具而形成。模具具有當(dāng)熔融金屬凝固時(shí)形成部件理 想外部形狀的內(nèi)表面。內(nèi)部特征一般由型芯構(gòu)成，所述型芯典型地基本由沙或其它 適宜材料制成并在灌入熔融金屬前已被放入模具。
典型的型芯包括被組裝成型芯組的一個(gè)或多個(gè)互鎖部分。型芯組被放入半模 中，在半模中是已加工成形的組件的內(nèi)型腔。操縱型芯組以將其放入半模是一項(xiàng)精 細(xì)的操作，主要因?yàn)樾托窘M的易碎性。
在典型的制造環(huán)境中， 一個(gè)模具中可形成一個(gè)以上的內(nèi)型腔，以在每次金屬 澆灌作業(yè)中澆鑄多個(gè)內(nèi)燃機(jī)部件。這表示在執(zhí)行澆灌作業(yè)前， 一個(gè)模具可容納多個(gè) 型芯組。通常，型芯組在模具放入期間會(huì)受到損壞，造成相對(duì)高的材料廢棄率。這 個(gè)和其它的問題可以如下方式避免。
發(fā)明概述
多個(gè)夾具連接于機(jī)器的機(jī)架。每個(gè)夾具包括含從動(dòng)齒輪的驅(qū)動(dòng)部分；連接 于驅(qū)動(dòng)部分并具有帶中心線的狹長形狀的軸部；以及連接于軸部與驅(qū)動(dòng)部分相對(duì)的 一端的頭部。頭部延伸過軸部的外部尺寸。至少一個(gè)致動(dòng)器通過至少一個(gè)連桿連接
于至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，所述致動(dòng)器包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)尺寸與夾具 的從動(dòng)齒輪嚙合，以使致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)依次傳遞至驅(qū)動(dòng)軸、至驅(qū)動(dòng)齒輪、至從動(dòng)齒輪， 最后傳遞至夾具從而使夾具圍繞中心線轉(zhuǎn)動(dòng)。
附圖簡述


圖1是具有設(shè)置于其中的三個(gè)型芯組的半模的外形圖。
圖2是咬合于型芯組的一組己知的夾具的橫截面圖。 圖3是具有凹口的已知型芯組的外形圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的、具有較淺凹口的改良型芯組的的外形圖。
圖5和圖6是根據(jù)本發(fā)明的、當(dāng)夾具咬合和脫離型芯組時(shí)夾具的橫截面圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的、夾具的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分解外形圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的、被設(shè)置成使用夾具咬合住多個(gè)型芯組的機(jī)器的外形圖。 圖9是根據(jù)本發(fā)明的、用來操縱型芯組的方法的流程圖。
較佳實(shí)施例的說明
下面描述一種操縱型芯組以將其放入用于澆鑄具有內(nèi)部通道的金屬部件的模 具型腔的設(shè)備和方法。 一種已知型芯組操縱設(shè)備示出于圖1-圖3以供比較。
作為部分組裝的模具組件(未示出)的一部分的半模100示出于圖1中。半 模100被圖示為具有設(shè)置在半模100的型腔104內(nèi)的三個(gè)型芯組102。半模100是 模具組件的下半部。模具組件的上半部(未示出) 一般被置于半模100上以完成和 密封諸型芯組102周圍的型腔104，從而準(zhǔn)備澆鑄。當(dāng)組裝模具組件時(shí)，通過形成 在半模100中的型腔口 106灌入熔融金屬。填滿型腔口 106的液態(tài)金屬流過配給通 道108，通過熔渣過濾器IIO，并流入型腔104以包圍模具通道102并填滿型腔104。
多個(gè)坑112被形成于半模100中，在設(shè)置于半模100中的每個(gè)型芯組102之間 和周圍。多個(gè)坑112中的每一個(gè)在澆灌作業(yè)過程中被填滿熔融金屬。在模具組件中 的金屬凝固后留下的大約重達(dá)75磅(43公斤)的金屬部分不屬于制造的部件并且 在精加工作業(yè)階段被除去。在金屬部分已被除去后留下的金屬條(slug) —般可回 收。理想的是使鑄造作業(yè)期間灌入每個(gè)模具組件的金屬的量最小化，同樣理想的是 使制造的部件中不使用的金屬的量最小化。填滿多個(gè)坑112的每一個(gè)的、不為部件 使用的金屬的量取決于坑112的大小和體積。
典型使用的深坑112的大小足以容納夾具200，當(dāng)操縱各型芯組102和將其放
入半模100或在其它作業(yè)期間，所述夾具200咬合住該型芯組102。每個(gè)夾具200 典型地連接于澆鑄機(jī)202，并能相對(duì)于機(jī)器202作樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。夾具200—般從結(jié)構(gòu) 上成對(duì)地使用，藉此每組夾具200反作用地咬合住一部分型芯組102，如圖2中橫 截面圖所示。夾具200的對(duì)置結(jié)構(gòu)是避免將剪切負(fù)載施加于所咬合的型芯組102 截面所必須的，否則會(huì)損壞易碎的型芯組102。即使這樣，還是經(jīng)常觀察到由夾具 施加于型芯組的壓縮負(fù)載會(huì)造成型芯組的損壞和斷裂，這增加了制造過程中的廢品 率。
圖2的橫截面用實(shí)線示出處于咬合位置的每個(gè)夾具200，并用虛線示出例如當(dāng) 型芯組102已被置于半模100的型腔104中并且機(jī)器202向上撤回時(shí)處于脫開位置 的夾具200。每個(gè)夾具200具有頭部204，所述頭部204在型芯組102的凹口部分 206咬合型芯組102，所述凹口 206沿型芯組102位于下側(cè)的區(qū)域形成，而型芯組 102靠在半模100上。
圖3示出典型型芯組102的外觀圖。型芯組102從底表面300視角或從當(dāng)型芯 組102下降至型腔104時(shí)半模100變得可見的視角來示出。型芯組102具有共同高 度但當(dāng)型芯組沉入其中時(shí)具有接觸半模100的型腔104的底表面的不同結(jié)構(gòu)的多個(gè) 腿部302。腿部302的長度確定在部件已模制和凝結(jié)后沿型芯組102的底表面300 的金屬厚度。設(shè)置用來容納夾具200的多個(gè)凹口部分206也是可見的。圖中示出在 型芯組102中有四個(gè)凹口部分206，然而對(duì)于較大的型芯組可采用其它的數(shù)目。這 四個(gè)凹口部分206因?yàn)榍笆鲈虮辉O(shè)置成兩個(gè)對(duì)置的對(duì)。在已在型芯組102周圍形 成部件后，四個(gè)凹口區(qū)206中的每一個(gè)被填滿凝固的金屬并為部件增加不必要的重 量。理想的是減少所制造部件中的這種"累贅"。迄今為止討論的問題和其它問題 可以如下方式有利地避免。
圖4中示出改良的型芯組402的外形圖。型芯組402包括與圖3所示型芯組102 的腿部302相同的腿部404。腿部404從型芯組402的底表面405凸起。型芯組402 還包括多個(gè)凹口部分406，它們至少部分地在底表面405周圍延伸以形成多個(gè)凹陷 408。相比一般的凹口部分206，本實(shí)施例的凹口部分406較佳地較少和較淺，以 減少成品部分中不必要的金屬的量。
圖5和圖6示出在使用安裝于澆鑄機(jī)504的改良夾具502將改良型芯組402沉 入改良的半模500過程的詳細(xì)橫截面圖。改良夾具502包括一端連接于機(jī)器504 的長軸506，并具有另一端連接于軸506并從中側(cè)向凸出的頭部508。夾具502有 利地能相對(duì)機(jī)器504轉(zhuǎn)動(dòng)至少90° ，并由于其不樞轉(zhuǎn)，它與型芯組402咬合和脫 開所需要的空間有利地較小。在將型芯組402沉入半模500的過程中，夾具502轉(zhuǎn)動(dòng)以使頭部508沿朝向型 芯組402的方向從軸506凸起。處于該位置的型芯組402位于至少一部分夾具502 的周圍，夾具502的軸至少部分地設(shè)置在凹口部分406的一個(gè)中，并且夾具502 的頭部508在型芯組402的底表面405與凹陷408形成接觸。在型芯組402已沉入半模500后，通過繞軸506的主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以使頭部502移 動(dòng)并離開其相應(yīng)的凹口 406，頭部502脫離型芯組402。在夾具502已轉(zhuǎn)過90?；?者頭部508足以繞過凹口 406之后，機(jī)器504抬升夾具502并將其拉出半模500。 相比圖2所示的樞轉(zhuǎn)夾具200，夾具502咬合住型芯組402所需占用的體積較小， 因此形成在半模500中的多個(gè)坑512顯著地較小并且比之前描述的坑112具有更小 的體積。由于這顯著減少了在完成澆鑄作業(yè)后必須被除去的金屬的量，這種更小的 體積是有利的，并且減少了需要回收的廢料。另外，施加于型芯組402上的壓力小 顯著地減少制造過程中部件的廢品率。圖7示出可用來操作各夾具502并被包括在機(jī)器504中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)700的概略 分解組件圖。夾具502包括夾具部分702和驅(qū)動(dòng)部分704。如上所述，夾具部分702 包括軸506和頭508并且從機(jī)器504凸出。驅(qū)動(dòng)部分包括第一止動(dòng)件706，所述第 一止動(dòng)件706同軸地連接于軸506與頭508相對(duì)的一端。軸承708同軸地與第一止 動(dòng)件706相連，并且第二止動(dòng)件710同軸地與軸承708相連。圓形齒輪或小齒輪 712連接于第二止動(dòng)件710。小齒輪712中形成有沿其周緣設(shè)置的多個(gè)齒，并且被 構(gòu)造成與形成在直齒輪或齒條714中的齒嚙合。當(dāng)機(jī)器504被完全組裝并工作時(shí)， 小齒輪712與齒條714嚙合。齒條714連接于驅(qū)動(dòng)軸716。驅(qū)動(dòng)軸716可操作地連接于致動(dòng)器718，所述致動(dòng) 器718能夠使軸716相對(duì)夾具502往復(fù)移動(dòng)。致動(dòng)器718可以是能夠?qū)崿F(xiàn)選擇運(yùn)動(dòng) 的任何種類致動(dòng)器。例如，致動(dòng)器718可以是液壓或氣壓缸、電動(dòng)機(jī)或線性螺線管 等。由于齒條714和小齒輪712之間的嚙合，軸716的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使夾具502轉(zhuǎn)動(dòng)。圖8示出機(jī)器504的一部分的一個(gè)實(shí)施例的外形圖。機(jī)器504包括具有安裝于 此的四個(gè)套筒802的機(jī)架800。每個(gè)套筒802形成一個(gè)開口 804，所述開口 804可 滑動(dòng)地嚙合于一立柱(未示出)，從而允許機(jī)器504在工作時(shí)沿任一方向有選擇地 沿立柱移動(dòng)。設(shè)備板806連接于機(jī)架800。在板806上安裝有不同的部件，并充當(dāng) 連接各致動(dòng)器和在機(jī)器504工作期間所使用的其它部件(未示出)的平臺(tái)。機(jī)器 504的這個(gè)實(shí)施例被配置成在任一時(shí)間處理三個(gè)型芯組。因此，許多連接在板806
上的部件一般被設(shè)置為三組，然而也可使用其它配置。
板806包括三組夾具808。每組夾具808包括各自包圍三個(gè)型芯組810中的一 個(gè)的三個(gè)夾具。在機(jī)器504工作期間，從一個(gè)至三個(gè)的型芯組的任何地方咬入三個(gè) 墊區(qū)810中的一個(gè)或多個(gè)。每個(gè)型芯組可通過如前所述與三個(gè)相應(yīng)夾具808的嚙合 而保持在機(jī)器504上。
還有額外的特征或部件連接于板806以利于型芯組的保持和對(duì)齊。多個(gè)固定器 812連接于板806。每個(gè)固定器812包括銷，所述銷可選擇地伸出或縮回以將設(shè)置 在墊區(qū)810中的型芯組推離每個(gè)墊區(qū)810并在運(yùn)輸時(shí)緊靠相應(yīng)夾具808以保證穩(wěn)定 性。在所示實(shí)施例中，每個(gè)墊區(qū)810對(duì)應(yīng)一個(gè)固定器812，總共三個(gè)固定器812， 然而也可使用更多的固定器812。
多個(gè)對(duì)齊立柱814連接于板806。對(duì)齊立柱814被設(shè)置成與被傳送至各夾具808 和墊區(qū)810的每個(gè)型芯組對(duì)齊。在每個(gè)墊區(qū)810設(shè)置兩組對(duì)齊立柱814，并且所述 對(duì)齊立柱814被設(shè)置在板806的外周緣附近。在機(jī)器504工作期間，當(dāng)一個(gè)或多個(gè) 型芯組嚙合于一組或多組夾具808時(shí)，每個(gè)對(duì)齊立柱814可接觸和/或靠近各型芯 組。其它部件，例如致動(dòng)器(未示出)或連桿(未示出)也可連接或聯(lián)接于板806。 這些其它部件被構(gòu)造成有選擇地控制夾具808、固定器812的運(yùn)動(dòng)和/或機(jī)架800 的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明可以其它特定形式來實(shí)施而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。所述實(shí)施例在所 有方面均被認(rèn)為僅僅是示例而不是限定。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書而 不是由前面的說明來確定。落在權(quán)利要求書的意義和等效范圍內(nèi)的所有變化均被涵 蓋在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種將至少一個(gè)型芯組沉入模具型腔內(nèi)的機(jī)器，所述機(jī)器包括可沿兩個(gè)方向移動(dòng)的機(jī)架，其中多個(gè)夾具連接于所述機(jī)架，其中每個(gè)夾具包括包括從動(dòng)齒輪的驅(qū)動(dòng)部分；具有帶中心線的狹長形狀的軸部，其中所述軸部連接于驅(qū)動(dòng)部分；以及連接于軸部與驅(qū)動(dòng)部分相對(duì)的遠(yuǎn)端的頭部，所述頭部延伸超過軸部的外部尺寸；通過至少一個(gè)連桿連接于至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的至少一個(gè)致動(dòng)器，其中每個(gè)連桿包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪；其中至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪與至少一個(gè)夾具的從動(dòng)齒輪嚙合，以使致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)被傳至驅(qū)動(dòng)軸，所述驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)被傳至驅(qū)動(dòng)齒輪，所述驅(qū)動(dòng)齒輪的運(yùn)動(dòng)被傳至從動(dòng)齒輪，而所述從動(dòng)齒輪的運(yùn)動(dòng)被傳至夾具；并且其中所述夾具的運(yùn)動(dòng)是繞中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求l所述的機(jī)器，其特征在于，所述機(jī)器定義用來接受型芯組的 至少一個(gè)墊區(qū)，并且對(duì)于每個(gè)墊區(qū)，有三個(gè)夾具連接于機(jī)器。
3. 如權(quán)利要求2所述的機(jī)器，其特征在于，還包括可操作地聯(lián)接于機(jī)架并設(shè) 置在至少一個(gè)墊區(qū)的周緣附近的至少一個(gè)對(duì)齊立柱。
4. 如權(quán)利要求2所述的機(jī)器，其特征在于，還包括至少一個(gè)可操作地聯(lián)接于 機(jī)架的固定器，其中所述至少一個(gè)固定器包括有選擇地伸出以將型芯組推向多個(gè)夾 具的一個(gè)或多個(gè)頭部的往復(fù)銷。
5. —種在構(gòu)造模具期間操縱一個(gè)或多個(gè)型芯組的方法，包括步驟 準(zhǔn)備要放入模具型腔的型芯組； 將型芯組對(duì)齊在運(yùn)輸表面上； 將具有接受表面的機(jī)器定位在型芯組上；降低機(jī)器至型芯組上，以使所述型芯組位于所述接受表面附近； 將安裝于機(jī)器的兩個(gè)或多個(gè)夾具設(shè)置在型芯組的各凹口中，每個(gè)夾具具有帶 中心線的長軸；使兩個(gè)或多個(gè)夾具的每一個(gè)繞其中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使設(shè)置在每個(gè)夾具的一端 上的頭部位于型芯組的下面。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括步驟 在型芯組由兩個(gè)或多個(gè)夾具嚙合的同時(shí)抬高機(jī)器； 將機(jī)器移至模具型腔上的新位置；將機(jī)器降低至模具型腔上方，以使所述型芯組被置于模具型腔內(nèi)； 使兩個(gè)或多個(gè)夾具轉(zhuǎn)動(dòng)，以使所述夾具的各頭部不再位于型芯組下面； 抬高機(jī)器以使其離開模具型腔，將型芯組留在模具型腔中。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括步驟 啟用具有往復(fù)安裝的銷的固定器，從而使所述銷伸出以將型芯組推向兩個(gè)或多個(gè)夾具的頭部；以及 有選擇地縮回銷。
8. —種操縱型芯組而將其放入形成于模具中的模具型腔的方法，包括步驟使型芯組嚙合于澆鑄機(jī)，其中所述澆鑄機(jī)具有從中凸出的多個(gè)夾具，每個(gè)夾 具包括具有中心線的長軸和設(shè)置在長軸遠(yuǎn)端上的頭，其中所述頭沿側(cè)向從長軸凸出，并且每個(gè)夾具較為有利地能夠相對(duì)澆鑄機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至少90° ;其中使型芯組與澆鑄機(jī)嚙合的步驟是通過沿第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)夾具，從而使 每個(gè)頭沿朝向型芯組的方向在中心線周圍移動(dòng)，直到每個(gè)頭位于型芯組下面而完成的；使型腔脫離澆鑄機(jī)；其中使型腔脫離澆鑄機(jī)的步驟是通過沿與第一轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的第二方向繞中 心線轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)夾具，以使每個(gè)頭沿離開型芯組的方向在中心線周圍移動(dòng)，直到每個(gè)頭能夠完全穿過型芯組而完成的。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，沿第一和第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)夾具 的步驟是通過啟用致動(dòng)器完成的，其中所述致動(dòng)器聯(lián)接于具有齒條的驅(qū)動(dòng)軸，每個(gè) 夾具包括與齒條嚙合的小齒輪，并且致動(dòng)器使驅(qū)動(dòng)軸往復(fù)移動(dòng)，由此齒條使小齒輪 轉(zhuǎn)動(dòng)。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括步驟 在型芯組由兩個(gè)或多個(gè)夾具嚙合的同時(shí)，抬高澆鑄機(jī)； 將澆鑄機(jī)移動(dòng)至模具型腔之上的新位置；將澆鑄機(jī)降低至模具型腔上方，以使型芯組被置于模具型腔內(nèi)；以及 抬高澆鑄機(jī)以使其離開模具型腔。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括步驟當(dāng)型芯組嚙合于澆鑄機(jī)時(shí)，啟用具有交替地安裝的銷的固定器，從而使所述 銷伸出以將型芯組推向每個(gè)頭；以及 有選擇地縮回銷。
全文摘要
本發(fā)明涉及型芯組操縱器和方法。具體地，本發(fā)明涉及一種將至少一個(gè)型芯組沉入模具型腔內(nèi)的機(jī)器，它包括多個(gè)夾具(502)連接于機(jī)器(504)的機(jī)架(800)。每個(gè)夾具(502)包括含從動(dòng)齒輪(712)的驅(qū)動(dòng)部分(704)；連接于驅(qū)動(dòng)部分(704)并具有帶中心線的狹長形狀的軸部(506)；以及連接于軸部(506)與驅(qū)動(dòng)軸(704)相對(duì)的一端的頭部(508)。所述頭部(508)延伸超過軸部(506)的外部尺寸。至少一個(gè)致動(dòng)器(718)連接于至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸(716)，所述驅(qū)動(dòng)軸(716)包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪(714)。所述驅(qū)動(dòng)齒輪(714)與夾具(504)的從動(dòng)齒輪(712)嚙合，從而使致動(dòng)器(718)的運(yùn)動(dòng)依次傳至驅(qū)動(dòng)軸(716)、驅(qū)動(dòng)齒輪(714)、從動(dòng)齒輪(712)，最后被傳至夾具(504)，以使夾具(504)繞中心線轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明還包括在構(gòu)造模具期間操縱一個(gè)或多個(gè)型芯組的方法以及操縱型芯組而將其放入形成于模具中的模具型腔的方法。
文檔編號(hào)B22C9/10GK101337262SQ200810125049
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
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