用于制备模具的装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于制备在金属铸造中所使用的模具的装置。具体地，该装置包括垂直分开式高压造型机、冒口系统和至少一个机械臂。

背景技术：

在典型的铸造工艺中，熔融金属被倒入到预先成型的模腔内，该模腔限定铸件的形状。然而，当金属凝固时其收缩，从而导致缩孔，这进而导致在最终铸件中不可接受的瑕疵。这是铸造行业中众所周知的问题，并且通常通过使用冒口套筒或冒口来处理，其中所述冒口套筒或冒口在模具形成过程中一体成型于模具中。每一冒口套筒提供额外的(通常是封闭的)与模腔连通的容积或腔体，从而熔融金属也进入到冒口套筒中。在凝固期间，冒口套筒内的熔融金属流回到模腔内以补偿铸件的收缩。在冒口套筒腔体内的金属比模腔内的金属更久地保持熔融状态很重要，因此，冒口套筒被制造为高隔热或通常更发热，从而在与熔融金属接触时产生额外的热量以延缓凝固。

为满足生产率需要，对于小铸件(例如，汽车零部件)的大量长期制造，自动湿砂造型线已经变得越发流行。使用双面模板(安装在相对两侧具有上下砂型图案的图案板)的自动水平分开式模具线每小时能够制造达到100-180个模具。垂直分开式造型机(例如DISA Industries A/S制造的DISAMATIC(RTM)无箱造型机)能够实现更高的每小时达450-550个模具的速度。在DISAMATIC(RTM)机器中，分开式模型被安装到液压操作挤压活塞的端部上，另一半安装到摆动板，由于其可以移动和摆动离开模具而被如此称呼。垂直分开式造型能够制造坚硬、刚性的无箱湿砂模具，其尤其适合球铁铸件。在这种应用中，典型地在2-4巴的压力下吹砂，并且之后以10-12kPa的挤压压力压实砂，且在某些高要求应用中使用15kPa的最大压力。

水平制造的铸件在供给方案上具有较大的灵活性，这是因为可获得很多现有的应用技术，从而使得给出对整个模板区域的可能的通道以允许在所需位置(be placed as and where required)设置冒口。垂直制造的铸件在保证对分离的部分进行充分供给上具有更大的挑战，这是由于供给典型地受限于放置在模具结合线上的顶部和侧部冒口，从而使得对分离的更重的部分进行供给非常困难。

WO2012/172154(Componenta Oyj)描述了一种在用于金属铸造的模具的冲压机中的装置，包括：承载第一模具的挤压板；用于操作挤压板和制成模胚的可水平移动活塞；砂供给系统；承载第二模具的摆动板，该摆动板构造成可在水平方向上移动到释放位置并且进一步向上枢转到侧向位置，其特征在于冒口元件插入构造，其中一个或多个冒口元件构造成连接到第二模具，当在操作期间，承载第二模具的摆动板枢转到侧向位置。没有提供关于冒口元件的性质的信息。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于制备一系列金属铸件的模具的可选或改进的装置

根据本实用新型的第一方面，提供一种制造模胚的装置，包括：

垂直分开式造型机，所述垂直分开式造型机包括承载第一模具的挤压板、承载第二模具的摆动板、和可水平移动的活塞，其中所述摆动板可在水平位置(侧向)和垂直(释放)位置之间枢转，所述可水平移动的活塞操作挤压板；

连接到第二模具的至少一个冒口系统；以及

第一机械臂，用于当摆动板处于其水平(侧向)位置时将冒口系统放置在第二模具上，

其特征在于：所述至少一个冒口系统包括冒口套筒和冒口元件，所述冒口元件具有用于安装在第二模具上的第一端、容纳冒口套筒的相对的第二端、以及在第一端和第二端之间并由侧壁限定的孔，所述冒口元件在使用中可逆地压缩，从而减少所述第一端和所述第二端之间的距离。

当摆动板处于其侧向位置，即摆动板为水平并且孔的轴线(穿过冒口元件的孔的轴线)为垂直时，第一机械臂将一个或多个冒口系统放置在第二模具上(在摆动板上)。摆动板之后枢转到其释放位置，即摆动板为垂直的而孔的轴线为水平的。挤压板沿水平孔轴线提供一力以引起冒口元件的压缩；冒口元件的变形防止冒口套筒受到损坏。

一个或多个机械臂

第一机械臂的使用避免了手动将冒口系统放置在第二模具上的需要因此为安全的。进一步地，机械臂的使用允许以更大的精度和速度放置冒口系统。第一机械臂可以包括拾取并传送冒口系统的至少一个夹持器。

单个冒口系统可能足够对铸件进行供给(feed)，在这种情况下，单个冒口系统连接到第二模具。更常见地是多个冒口系统连接到第二模具。在一个实施例中，第一机械臂被构造成将多个冒口系统依次(一次一个)放置在第二模具上。可选地，第一机械臂被构造成将多个冒口系统同时放置在第二模具上。在一个这样的实施例中，第一机械臂包括限定所述多个冒口系统的设定位置的插入框架，例如，具有多个同时工作的夹持器的夹具式装置。插入框架内的设定位置与冒口系统在第二模具上的设定位置相匹配。

在一个实施例中，插入框架被构造成同时保持至少2个、3个、4个或5个冒口系统。

第一机械臂必须在一个或多个冒口系统输送到第二模具之前从给定位置收集所述冒口系统。该给定位置可以被称为等候区。

在一个实施例中，该装置包括第二机械臂。在一个实施例中，第二机械臂包括用于拾取和运送一个或多个冒口系统的至少一个夹持器。第二机械臂可包括单个夹持器。更常用地，第二机械臂包括多个夹持器。在一个实施例中，第二机械臂包括至少2个、3个或4个夹持器。

第二机械臂可被构造成当摆动板处于其水平位置时将一个或多个冒口系统放置在第二模具上，即，第一机械臂和第二机械臂中的每一个都用于此目的。

可选地，第二机械臂可用于将一个或多个冒口系统放置在等候区中，以准备由第一机械臂进行收集。第二机械臂可以包括用于拾取并运送一个或多个冒口系统的夹持器。在一个实施例中，第二机械臂在等候区将多个冒口系统放置在第二模具上的与插入框架中的设定位置相匹配的设定位置。第二机械臂典型地被构造成将多个冒口系统依次(一次一个)放置在等候区中并且因此不需要插入框架。

在一个实施例中，该装置包括第一机械臂、第二机械臂和一个或多个后续机械臂。一个或多个后续机械臂可用来将冒口系统放置在第二模具上和/或等候区中。第一、第二或后续机械臂可以任何传统的方式(例如，电动、气动、液压、或磁机械臂)操作。

支撑销

在一个实施例中，该装置进一步包括在压缩前将冒口系统保持在第二模具上的支撑销。支撑销被构造为插入穿过冒口元件的孔并且可被构造为防止套和/或冒口元件在压缩过程中相对于销旋转(例如，销的一端可被成型为其只与套/冒口元件在一个方向上配合)。该支撑销可进一步构造为包括与销的基部相邻的装置，其模制周期期间与冒口元件接触并且将冒口元件保持在适当的位置。该装置可包括，例如，弹簧加载的滚珠轴承或弹簧夹，其与冒口元件的第一侧壁区域的内表面形成压力/接触。可使用在模制周期期间将冒口系统保持在模板上的适当位置的其他方法，只要能够对造型机的摆动板提供一定维修，例如，模制销的基部可使用电动线圈进行临时磁化，从而当使用钢或铁冒口元件时，冒口系统在模制期间被保持在适当的位置，或者可将冒口系统放置到模板上的可充气囊袋上方，当通过压缩空气充气时，所述充气囊袋在模制期间抵靠冒口元件和或套的内部孔壁膨胀。在这两个实施例中，电磁力或压缩空气将在模制之后被立即释放以允许模具和套系统相对于模板的释放。也可在模制销的基部和/或模板的相邻于模制销的基部的区域中使用一个或多个永磁体，且一个或多个磁体的力足以在模制周期期间中将冒口系统保持在适当的位置，但是又低到足以使得其能释放并且保持组合的模具和套系统在模制周期结束从模板移除时的整体性。

冒口系统

在一个实施例中，冒口元件的侧壁为阶梯形侧壁。

在一个实施例中，阶梯形侧壁具有第一侧壁区域和与第一侧壁区域邻接的第二侧壁区域，所述第一侧壁区域限定冒口元件的第二端和用于冒口套筒的安装表面，所述第二侧壁区域平行于所述孔的轴线或相对于所述孔的轴线以不同于所述第一侧壁区域的角度倾斜，从而在所述侧壁中限定一阶梯，其中所述第一侧壁区域相对于所述孔的轴线倾斜小于90°

在WO2005/051568和WO2007/141466中描述了适当的冒口系统，其内容通过引用并入该处。这种冒口系统由Foseco International Limited以商标名称FEEDEX K(RTM)和KALMINEX K(RTM)出售。

在一个实施例中，冒口元件为一体式结构，并且包括大致管状本体，该管状本体限定贯穿其中的孔并具有相互间隔开的第一端区域和第二端区域，其中第二端区域向外并朝向第一端区域张开以形成包围本体的凸缘，用于冒口套筒的安装板从所述凸缘延伸。

该冒口元件在EP2792432A1中被描述，其内容通过引用并入到该处。

在一个实施例中，冒口元件为细长冒口元件，所述细长冒口元件具有一长度、一宽度和一高度，其中所述长度大于所述宽度。

在一个实施例中，细长冒口元件具有用于安装在摆动板上的第一端和相对的第二端，该第二端包括用于冒口套筒的安装板，其中所述孔具有偏离所述安装板的中心的轴线，并且一体成型的缘部从所述安装板的周边延伸。

该细长冒口元件对用于如WO2012/110753所描述的垂直分开式模具有益，其内容通过引用并入到该处。

在一个实施例中，细长冒口元件具有沿高度测量的A端(第一端)和相对的B端(第二端)、以及沿长度测量的C端和相对的D端，所述A端安装于摆动板上，而所述相对的B端容纳冒口套筒；以及在A端和B端之间并由侧壁限定的孔，所述侧壁包括阶梯形可折叠部；

其中所述侧壁具有限定出冒口元件的B端并用作用于冒口套筒的安装表面的第一侧壁区域、和与第一侧壁区域邻接的第二侧壁区域，

其中所述阶梯形可折叠部包括为具有递减直径的同心环形式的一系列第三侧壁区域，所述一系列第三侧壁区域与为具有递减直径的同心圆环形式的一系列第四侧壁区域相互连接并且一体形成；

其中所述孔具有沿着所述长度朝向所述C端偏离冒口元件的中心的轴线，并且所述第二侧壁区域为非平坦的、与第三侧壁区域邻接并位于所述孔的轴线和所述D端之间。

该细长冒口元件对用于如WO2013/171439所描述的垂直分开式模具有益。

冒口套筒有多种形状，包括圆筒形、卵形和穹顶形。套本体可为平顶、穹顶形、平定穹顶、或其他任何合适的形状。冒口套筒可通过粘合剂方便地固定到冒口元件，但是也可以与冒口元件的一部分推入配合或使套筒被模制成包围冒口元件的一部分。优选地，冒口套筒粘附到冒口元件。

优选地在冒口套筒的内部包括Williams楔。这可以为插入物或优选地为在形成套筒期间制造的整体零件，并且包括位于套筒的内顶部的棱柱形状。在铸造中，当套筒被填充有熔融金属时，Williams楔的边缘保证熔融金属的表面的大气击穿以及冒口内的真空效应的释放，从而允许更一致的进给。典型地，Williams楔与冒口元件很少或不接触。

冒口套筒可以构造成与垂直分开式造型机一起使用并可包括中空本体，其具有构造成与冒口元件的安装表面配合的开口侧。该开口侧可为圆形或非圆形形状但是优选为细长形(即套筒具有一长度和一宽度，其中所述长度大于所述宽度)。在特定的实施例中，该开口侧可为大体卵形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或长圆形(即具有两平行直边和两部分圆形端部)。

在一个实施例中，冒口套筒具有用于围成熔融金属的容积的连续侧壁，所述连续侧壁具有与冒口元件配合的基部，

特征在于，所述冒口套筒相对于穿过冒口元件的孔的中心轴线不对称。在一个实施例中，基部和纵向轴线以小于90°的角度相交。

具有倾斜基部的冒口的冒口系统对用于如DE202012010986U1所描述的垂直分开式模具有益，其内容通过引用的方式并入该处。

在一个实施例中，冒口系统包括细长冒口元件，所述冒口元件具有固定到该冒口元件的细长冒口套筒。在使用中，该套筒被定向成使得该套筒的开口侧沿大致垂直平面定位并且冒口元件位于在开口侧，使得与套筒的上端相比较孔被设置成更靠近套筒的下端。因此，冒口系统的设计将允许熔融金属头设置在孔上方的套筒中以确保熔融金属到模具的充分供应。

冒口套筒的性质不特别限制，而是冒口套筒可以为例如隔热、放热或两者结合。冒口套筒的制造方式也不特别限制，其可使用例如真空成型工艺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、橄榄石、硅酸铝空心微球和纤维、耐火粘土、氧化铝、浮石、珍珠岩、蛭石)和粘结剂的混合物制成。发热套筒进一步需要燃料(常为铝或铝合金)、氧化剂(典型地为氧化铁、二氧化锰，或硝酸钾)以及通常的引发剂/感光剂(典型地为冰晶石)。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施例作出说明：

图1A-1F为DISA砂造型原理(现有技术)的示意图；

图2A-2B示出本实用新型使用的冒口补缩系统；

图3-5示出根据本实用新型的实施例的装置；

图6示出本实用新型的实施例使用的另一个冒口系统；并且

图7A-7D示出本实用新型的实施例使用的另一个冒口元件。

具体实施方式

图1A-1F示出使用传统的垂直分开式造型机制造铸件的一系列6个步骤。参见图1A，其示出了该垂直分开式造型机10具有挤压板12和摆动板16，其中挤压板12承载第一模具14并且摆动板16承载第二模具18。可水平移动活塞20操纵所述挤压板12，并因此可被称为“挤压活塞”。在图1A中，摆动板16处于释放位置，使得第二模具18为竖直的。第一和第二模具14、18限定里面被倒有砂22的腔室的端部。

参见图1B，挤压活塞20向第二模具推第一模具14，并且摆动板16朝向第一模具14推第二模具，从而挤压砂22以形成模胚-1 24。

参见图1C，摆动板16被撤回，之后由释放(数值)位置枢转到侧向(side step)(水平)位置。

参见图1D，挤压活塞20在摆动板16的下方推动模胚-1 24并将模胚-1 24推出造型机10。如图1E所示，模胚-1 24被推到该模胚-1 24邻接之前制造的模具24’、24”串的端部的位置处。该模具串随后通过挤压活塞20和模具传送机(未示出)共同作用下或通过模具传送机本身在所述可水平移动的挤压活塞20的运动方向上沿着一个模具的厚度移动。

参见图1E，挤压活塞20朝向其起始位置返回。如图所示，模胚24’和24”一起形成供熔融金属26倒入其内以形成铸件的腔体。

参见图1F，摆动板16由侧向(水平)位置枢转到竖直位置，并且平移到释放位置，从而为步骤A的再次开始做准备。

图1A到1F所示的装置为已知装置。本实用新型的设备还包括至少一个机械臂和可压缩冒口系统。机械臂的使用允许当第二模具18在侧向位置(水平，如图1C、1D和1E所示)时可压缩冒口系统被放置在该第二模具18上。

参见图2A和2B，分别示出了本实用新型的装置所使用的在压缩前和压缩后的冒口系统30。冒口系统30包括钢冒口元件32，其具有安装在第二模具18上的第一端34和容纳冒口套筒38的相对第二端36。第一端34和第二端36之间的孔由阶梯形侧壁40限定。当如图2B所示当在孔轴线Z的方向上施加压力时，阶梯形侧壁40折叠。如图所示，冒口系统30安装在支撑销42上，该支撑销在侧壁40折叠时剌穿冒口套筒38的顶部。

图3示出根据本实用新型的装置，其包括图1所示的造型机10、三个图2所示的冒口系统30以及第一机械臂50。还可看到完成了的模胚24，24串在输送机上被运走。

冒口系统30定位于等候区52，以便于机械臂50收集所述冒口系统并将该冒口系统运送到造型机10。等候区52具有允许冒口系统30定位在设定位置的一串销(未示出)。该销穿过冒口系统30的孔，并因此显示出孔轴线Z的方向。

机械臂50在一端具有夹具54，在图4中可看到所述夹具。三个夹持器-156定位于夹具54上，从而三个冒口系统30能被同时且以期望的排列被拾取并被转移到第二模具18。三个夹持器56彼此平行。

图4示出安装于第二模具18上的冒口系统30，该第二模具18在侧向位置由摆动板16承载，使得第二模具18处于水平位置。三个冒口系统30通过垂直定向的支撑销(未示出)定位以使得所述冒口系统能够在使用中对铸件进行点位供给(spot feed)。冒口系统30在第二模具18上的布置与在夹具54上和在等候区52内的布置相同。

图5示出两个机器人构造以自动操作冒口系统30。第一机械臂50如前所述并且包括夹具54，所述夹具具有在设定位置保持三个冒口系统30的三个夹持器-1 56以。如前所述，第一机械臂50从在设定位置具有一串销53的等候区52拾取并运送所述冒口系统30。

第二机械臂58将冒口系统30从托盘60运送到等候区52。第二机械臂58包括四个夹持器-2 62，所述夹持器中的三个一次拾取一个冒口系统30，即每一夹持器-2 62依次拾取冒口系统30，之后第二机械臂将三个冒口系统30运送到等候区52并将该冒口系统放置到销53上。使用标准的四夹持器机械臂以降低对特定图案加工(pattern specific tooling)的要求，即，所述机械臂具有根据铸造需要来处理四个冒口元件的能力，而在该示例中只示出了三个。如图所示，四个夹持器-2 62定位在不同的方向上，从而不能用于将冒口系统同时放置在第二模具18上的适当位置。

总之，当第二模具18处于其水平位置，如图1D和图1E所示，使用机械臂50将冒口系统30放置在第二模具18上。该过程如图1F所示继续，使得摆动板16向下摆动。砂被倒入到由第二模具18和第一模具14限定的腔体内。该模具之后被挤压活塞“撞击”，使得如图1B所示在水平方向上产生一力。该力引起冒口系统30折叠。该冒口套筒38由于可压缩冒口元件32而被保护免受高压并且在获得的模胚-1 24中能够安全地保持完整。

图6为本实用新型使用的另一个冒口系统30’的剖面图，且已知于EP2489450。该冒口系统30’包括细长冒口元件32’以及细长冒口套筒38’。冒口元件32’通过支撑销42安装在第二模具18上。

图7A-图7D示出本实用新型使用的另一个冒口元件32”，其已知于EP2664396。冒口元件32”为细长形；该冒口元件具有长度L、宽度W和高H，其中长度大于宽度。冒口元件32”的第一端被标为A，而相对的第二端被标为B，两者都沿着高度H测量。C端和D端沿着长度L测量，并且孔轴线Z朝向C端偏置。冒口元件32”将与相应的细长冒口套筒(未示出)一起使用。

附图标记列表

10 造型机

12 挤压板

14 第一模具

16 摆动板

18 第二模具

20 挤压活塞

22 砂

24 模胚-1

24’ 模胚-2

24” 模胚-3

26 熔融金属

30 冒口系统

30’ 另一个冒口补缩系统

32 冒口元件

32’ 细长冒口元件

32” 另一个冒口元件

34 第一端

36 第二端

38 冒口套筒

38’ 细长冒口套筒

40 阶梯形侧壁

42 支撑销

50 第一机械臂

52 等候区

53 销

54 夹具

56 夹持器-1

58 第二机械臂

60 托盘

62 夹持器-2