一种消失模铸造泡沫模型自动化生产设备的制作方法

本发明涉及一种消失模铸造泡沫模型实现自动化生产和改善生产环境、减少铸造缺陷的技术和设备，特别涉及消失模铸造泡沫模型生产立式成型机(垂直开模)或者卧式成型机(水平开模)生产过程中使模型内部含水率大大降低和采用中央集成真空机组负压冷却，大大减少能源消耗；并采用特殊的桁架机械手自动拿取泡沫模型以实现自动化生产的技术，具体为一种消失模铸造泡沫模型自动化生产设备。

背景技术：

消失模铸造lfc(lostfoamcasting)，又称干砂实型负压铸造，国外称epc，是目前世界上最先进铸造工艺之一，被誉为铸造史上的一次革命，国内外称为21世纪绿色铸造。要保证消失模铸造产品的质量，泡沫模型的品质至关重要，一旦泡沫模型生产有问题，那将给铸造带来不可想象的报废率，可以肯定的说如果制作一件劣质的泡沫模型实质上等于已经铸造了一件劣质的铸件。在这里，主要针对消失模铸造泡沫模型成型设备做针对性的研究。消失模铸造工艺的最大优势是不需要起模，可以生产结构非常复杂的铸件产品。高温铁水(或铝合金)注入模腔使泡沫模型自动气化消失，铁水(或铝合金)占据泡沫模型的位置凝固成型后获得所需要的铸件产品。但是消失模铸造工艺最大的问题恰恰是泡沫模型在气化过程中产生的残留物特别是泡沫模型内部的水分气化产生的大量气体。只要有气体混入铸件型腔，混合在铸件内部，就会导致铸件缺陷和报废。由于泡沫模型的生产原料是聚苯乙烯，保温隔热性能非常好，采用烘房烘干的方式很难使模型内部的水分逸出，而采用时效处理的方式模型的存放周期很长，由于放置时间长会导致模型收缩量加大、尺寸偏差、变形等其他问题。现有的消失模泡沫模型生产设备为半自动或手工操作，首先是模具充型(入料)方式落后、原始：①常压手动填充——是我国目前生产厂家普遍采用的加料方法。这种方法是采用手动料枪——文托管(vonturi)，利用压缩空气将泡沫珠粒吹入型腔内。对于型腔形状简单的模具，用这种方法加料，效果较好。但是对于型腔结构比较复杂的模具，这种方法不能使珠粒完全充满型腔。②加压手动填充——将熟化好的珠粒放入加压料罐，利用压缩空气往料罐加压到0.1-0.2mpa,打开手动料枪，将珠粒压到模具型腔。用这种方法加料能保证型腔结构比较复杂的模具也能充满，但是最容易形成阶梯密度(由于压力的关系，造成局部密度过高)，阶梯密度会导致铸造气化残留缺陷。以上两种充料方式，均为手工操作，无法形成自动化生产。

珠粒射入模腔未成型之前，珠粒处于松散状态，采用蒸汽加热方式靠压力表控制模腔压力，膜腔内受热不均匀波动范围大，最终导致白模内部融合不良，球状珠粒之间间隙很大，大量蒸汽冷凝水残留于珠粒间隙内，导致白模含水率偏高。并且白模结构复杂，模具内部活块较多，所以每台设备必须配备1-2人在成型好后进行人工取放活块和拿取成型好的泡沫模型，这样浪费了大量的人工劳动力，因取放活块和拿取泡沫模型需要人工进入设备内部，所以安全性不高，经常有工人因操作失误而导致生产事故。为了使成型后的泡沫模型在模腔内冷却定型，现有的冷却技术为“水漫式”冷却，即对整付模具进行冷却，导致模具的反复加热冷却造成能源的巨大浪费。而且水漫式冷却方式，使开模时设备四周有大量热水向四周喷射，生产环境极其恶劣，工人必须穿雨衣雨靴上班。

技术实现要素：

本发明针对上述的问题，提供一种消失模铸造泡沫模型自动化生产设备。

为了解决上述的技术问题，本发明通过如下技术方案实现：

本发明为一种消失模铸造泡沫模型自动化生产设备，包括入料系统、加热系统、冷却系统以及取模系统，所述入料系统包括承压料罐、吸料风机以及吸气口，所述吸料风机、吸气口通过设置进料管道与料罐连接，所述料罐的上方还连接有补料口，所述补料口的一端还连接有料仓，所述料罐通过补料口与料仓连接，所述料罐、补料口以及料仓之间通过设置补料管道连接，所述料罐的下方设置有至少3个出料口，所述出料口对应连接有模具，所述出料口通过设置出料管道与模具连接，所述模具上设置有入料口，所述入料口处设置有自动入料枪，所述自动入料枪与所述出料口连接，所述料罐的上方还设置有料罐加压口以及料罐排空口，所述料罐加压口连接有压缩空气管。

上述技术方案中改变了原有的技术手动入料的方式，采用了脉冲的自动化入料，提高了入料的效率以及能够保证模具内充满珠粒。

本发明进一步设置：所述加热系统与所述模具连接，所述模具包括移模以及固模所述加热系统包括蒸汽总管、主蒸汽阀以及排污总管，所述蒸汽总管与所述主蒸汽阀通过管道连接，所述主蒸汽阀并联有温控比例阀，所述温控比例阀还连接有温控比例阀保护阀，所述主蒸汽阀分别与所述移模以及固模连接，所述主蒸汽阀与所述移模之间设置有移模蒸汽阀，所述主蒸汽阀与所述固模之间设置有固模蒸汽阀，所述固模与所述排污总管连接，所述移模与所述排污总管连接，所述固模与所述排污总管之间设置有固模排污阀，所述移模与所述排污总管之间设置有移模排污阀，所述排污总管一端设置有排污总阀。

上述技术方案中采用的加热系统由于采用“两段式”加热工艺低温使珠粒充分膨胀，高温使珠粒快速融合)结合电脑系统的自动检测自动修正功能，使泡沫模型内部珠粒充分膨胀和融合，珠粒之间的间歇很小，蒸汽冷凝水无处藏身，这样就可以获得发泡均匀、含水率低、强度高、表面光洁、密度轻的泡沫模型。

本发明进一步设置：所述冷却系统包括与排污总管连接的真空负压系统。

上述技术方案中设置了真空负压系统用于实现真空冷却，向冷却、高温脱模。冷却的目的是使泡沫定型。传统的冷却方式称之为“水漫式”冷却，模具内刚成型的热塑性泡沫塑料是热的不良导体，冷却时常常出现表层的已被冷却固化定型，芯部的温度还很高的现象，芯部的大量热量使泡体继续膨胀，使模样变形或开裂。但是假如冷却时间太长，模具内的白模一直浸泡在水里，模样表面会有塌缩的现象，同时泡沫表面的微缝隙闭合，将水分锁死在内部，泡沫含水量加大。

负压冷却的本质是定向冷却。模具内的冷却喷头将水雾化定向喷到需要冷却的部位，利用水雾气化带走热量，这就像酒精擦在皮肤上，酒精气化带走热量，皮肤感觉清凉的原理一样。那么一个标准大气压下，水的气化点是100℃，为了让水在模腔内70-80℃的环境气化，降低模腔内的气压。另外，负压还能将白模定型前微缝隙里的热量快速带走。还有一个附带的好处，不需要冷却的地方(比如模具的外框和设备模板)温度下降不多，可以实现高温脱模。

本发明进一步设置：所述取模系统固定于所述移模上，所述取模系统包括设备本体、吸盘导轨以及吸盘，所述设备本体上形成有第二支撑台，所述第二支撑台位于所述设备本体的中部，所述吸盘导轨设置在所述第二支撑台的下方，所述吸盘设置在所述吸盘导轨上，所述吸盘的一端连接有推进气缸。

本发明进一步设置：所述吸盘包括吸盘本体、设置在吸盘本体底部的万向吸件管、设置于本体侧面的负压吸口以及设置在万向吸件管端部的吸件嘴，所述吸件嘴为喇叭状，其顶部与万向吸件管相连接，所述吸件嘴的半径从顶部到底部逐渐增大。

上述技术方案中取模系统固定在移模上，整机设备开模到取模位后，取模系统的吸盘推进气缸(或伺服电机驱动)带动吸盘进入模腔内部，通过移模自身的开模运动进行拔模，将泡沫模型从模具内取出到达开模停止位，吸盘在推进气缸(或伺服电机驱动)带动下吸盘从吸盘滑轨上滑行到机器以外的输送带位置，吸盘关闭负压，泡沫模型脱落到输送带上，完成整个流程。

本发明进一步设置：所述进料管道上设置有吸气执行阀，所述吸气执行阀靠近所述吸气口的一端设置。

上述技术方案中在进料管道上设置吸气执行阀维持管内压力稳定。

本发明进一步设置：所述补料管道上设置有补料执行阀。

上述技术方案中在补料管道上设置补料执行阀控制补料口的开启和关闭。

本发明进一步设置：所述出料口处设置有出料执行阀。

上述技术方案中在出料口设置出料执行阀用于控制出料口的开启和关闭。

本发明进一步设置：所述压缩空气管上安装有空气调压阀以及加压执行阀，所述加压执行阀设置在所述空气调压阀和料罐加压口之间。

上述技术方案中设置空气调压阀和加压执行阀的作用在于能够有效的控制压缩空气管内的压力，并对其进行稳定控制。

本发明进一步设置：所述料罐排空口的上端连接有排空执行阀，下端连接有安全阀。

上述技术方案中设置排空执行阀用于控制料罐排空口的开启和关系，设置的安全阀用于保证管路的安全性能。

附图说明

图1是本发明实施例入料系统的示意图。

图2是本发明实施例入料系统的俯视图。

图3是本发明实施例取模系统的示意图。

图4是本发明实施例的加热系统以及冷却系统示意图。

图5是本发明实施例移模穿透蒸汽流动及阀门动作图。

图6是本发明实施例固模穿透蒸汽流动及阀门动作图。

图7是本发明实施例真空冷却动作图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，本发明为一种消失模铸造泡沫模型自动化生产设备，包括入料系统、加热系统、冷却系统以及取模系统，所述入料系统包括承压料罐1、吸料风机2以及吸气口3，所述吸料风机2、吸气口3通过设置进料管道4与料罐1连接，所述料罐1的上方还连接有补料口5，所述补料口5的一端还连接有料仓6，所述料罐1通过补料口5与料仓6连接，所述料罐1、补料口5以及料仓6之间通过设置补料管道7连接，所述料罐1的下方设置有至少3个出料口8，所述出料口8对应连接有模具9，所述出料口8通过设置出料管道10与模具9连接，所述模具9上设置有入料口91，所述入料口91处设置有自动入料枪11，所述自动入料枪11与所述出料口8连接，所述料罐1的上方还设置有料罐加压口12以及料罐排空口13，所述料罐加压口12连接有压缩空气管14。

此外，本发明在所述进料管道上设置有吸气执行阀15，所述吸气执行阀15靠近所述吸气口3的一端设置，在进料管道4上设置吸气执行阀15维持管内压力稳定。所述补料管道7上设置有补料执行阀16，在补料管道7上设置补料执行阀16控制补料口5的开启和关闭。此外所述出料口8处设置有出料执行阀17。在出料口8设置出料执行阀17用于控制出料口的开启和关闭。所述压缩空气管14上安装有空气调压阀18以及加压执行阀19，所述加压执行阀19设置在所述空气调压阀18和料罐加压口12之间。空气调压阀18和加压执行阀19的作用在于能够有效的控制压缩空气管14内的压力，并对其进行稳定控制。所述料罐排空口13的上端连接有排空执行阀20，下端连接有安全阀21，排空执行阀20用于控制料罐排空口13的开启和关闭，设置的安全阀21用于保证管路的安全性能。

改变了原有的技术手动入料的方式，采用了脉冲的自动化入料，提高了入料的效率以及能够保证模具内充满珠粒。其中加料流程包括3个步骤：1-料罐补料；2-模具入料；3-反吹过程，现就上述3个流程做详细描述：

1-料罐补料：吸料风机2气动，同时位于料罐1上方的吸气口3的吸气执行阀15和补料口5的补料执行阀16自动开启，料罐加压口12上的加压执行阀19、料罐排空口13上的排空执行阀20、料罐出料口8上的出料执行阀17如a1、b1、c1…均处于关闭状态，由于吸料风机2的作用下，此时料罐1内部处于负压状态，料仓内的泡沫珠粒便顺着连接管道经由料罐补料口源源不断的吸入到料罐1，其中料罐吸气口3内部还安装空气过滤网，防止泡沫珠粒从料罐1被吸出；

2-模具入料：根据模具入料需求将空气调压阀压力调至0.1-0.3mpa。吸料风机2停止，同时位于料罐1上方的吸气口3的吸气执行阀15和补料口5的补料执行阀16自动关闭，料罐加压口12上的加压执行阀19开启，料罐排空口13上的排空执行阀20关闭，料罐出料口8上的出料执行阀17，如a1、b1、c1…根据模具入料要求单独顺序开启或同时开启，出料执行阀17，如a1、b1、c1…还能实现在总入料时间内，脉冲式开关，脉冲式开启时间、关闭时间均可按模具入料要求设定；料罐1内的泡沫珠粒在压缩空气加压的作用下经由出料执行阀17，如a1、b1、c1…和自动入料枪11被注入到模腔内，同时安装于模具入料口91上自动入料枪11开启并往模具内吹气，于是泡沫珠粒完全将模具填充饱满。

3-反吹过程：模具入料结束后，料罐加压口12上的加压执行阀19关闭，料罐排空口13上的排空执行阀20开启，自动入料枪11和连接管道内多余的泡沫珠粒被反吹回料罐1内，自动入料枪11关闭；模具入料动作完毕。程序自动进入加热动作，自动入料系统返回料罐补料动作。

当入料完成之后，即进入加热系统进行加热，本发明改变了原有的单一蒸汽加热控制方式，采用两段式加热，在低温区采用比例阀温度控制，使模腔内松散状态的珠粒处于软化膨胀又不会粘结在一起的临界温度环境(粘结在一起会阻挡蒸汽进入，影响厚大部分内部泡沫珠粒的受热膨胀)，松散状态的珠粒在膜腔内充分受热膨胀、相互挤压使珠粒之间的间隙变得非常小，泡沫模型的强度变得越来越好；同时还可以使珠粒内部的发泡剂(戊烷)充分释放(残余的发泡剂也是导致泡沫模型气化时发气量增加的原因之一)。在高温段区往模腔内通入压力为0.1-0.15mpa的蒸气(根据产品成型需要设定)，其中所述加热系统与所述模具9连接，所述模具9包括移模9a以及固模9b所述加热系统包括蒸汽总管22、主蒸汽阀23以及排污总管31，所述蒸汽总管22与所述主蒸汽阀23通过管道连接，所述主蒸汽阀23并联有温控比例阀24，所述温控比例阀24还连接有温控比例阀保护阀25，所述主蒸汽阀23分别与所述移模9a以及固模9b连接，所述主蒸汽阀23与所述移模9a之间设置有移模蒸汽阀26，所述主蒸汽阀23与所述固模9b之间设置有固模蒸汽阀27，所述固模9b与所述排污总管31连接，所述移模9a与所述排污总管31连接，所述固模9b与所述排污总管31之间设置有固模排污阀28，所述移模9a与所述排污总管31之间设置有移模排污阀29，所述排污总管31一端设置有排污总阀30。

上述技术方案中采用的加热系统由于采用“两段式”加热工艺，使泡沫模型内部珠粒充分膨胀和融合，珠粒之间的间歇很小，蒸汽冷凝水无处藏身，这样就可以获得发泡均匀、含水率低、强度高、表面光洁、密度轻的泡沫模型。

加热系统中通气的方式如图5以及图6所示，图5所示的是移模通入蒸汽阶段，此时主蒸汽阀打开，温控比例阀保护阀和温控比例阀均关闭，移模蒸汽阀打开，固模排污阀打开、排污总阀打开，其他阀门处于关闭状态，蒸汽流动的方向为蒸汽从蒸汽总管进入、流经主蒸汽阀、移模蒸汽阀、移模、固模、固模排污阀，然后通过排污总阀排出；

图6所示的固模通入蒸汽阶段，此时主蒸汽阀打开，温控比例阀保护阀和温控比例阀均关闭，固模蒸汽阀打开，移模排污阀打开、排污总阀打开，其他阀门处于关闭状态，蒸汽流动方向为蒸汽从蒸汽总管进入、流经固模蒸汽阀、固模、移模、移模排污阀然后通过排污总阀排出蒸汽，上述两种通气阶段为正向通汽，此种方式让蒸汽瞬间穿透珠粒，使泡沫模型内部快速融合；为了保证成型质量，正向通汽后，再逆向通汽一次，然后再正逆同时通汽，使型腔内蒸汽不流动，让泡沫模型表面充分融合；由于采用“两段式”加热工艺，使泡沫模型内部珠粒充分膨胀和融合，珠粒之间的间歇很小，蒸汽冷凝水无处藏身，这样就可以获得发泡均匀、含水率低、强度高、表面光洁、密度轻的泡沫模型。

对模具内部进行加热之后，还需要进行冷却，本发明所采用的冷却方式为真空冷却方式，用真空负压冷却的方式对模具进行定向冷却；真空冷却的动作图如图5所示，此时真空阀门处于打开的状态、并将移模排污阀、固模排污阀以及主蒸汽阀均打开，然后进行降压抽气，其中真空冷却的原理及特点：1、根据水蒸发吸热的原理，吸走物体的热量；2、根据气压高、水的沸点高，气压低、水的沸点低的特点；通过降低气压、降低水的沸点，让水在低温下就开始蒸发；3、在膜腔内泡沫模型的微缝隙尚未完全闭合的瞬间，快速将模型内部水蒸气吸出，从而将模型内部热量导出。4、模型冷却速度快，模具冷却速度慢，从而达到高温脱模的目的，在连续生产过程中模具升温-降温区间缩小，从而大大降低了能耗。其技术方案为在排污总管上连接一个真空阀门323，如图4以及图7所示。

如图3所示，所述取模系统固定于所述移模上，所述取模系统包括设备本体100、吸盘导轨200以及吸盘300，所述设备本体100上形成有第二支撑台100b，所述第二支撑台100b位于所述设备本体100的中部，所述吸盘导轨200设置在所述第二支撑台100b的下方，所述吸盘300设置在所述吸盘导轨200上，所述吸盘300的一端连接有推进气缸400。所述吸盘300包括吸盘本体300a、设置在吸盘本体300a底部的万向吸件管300b、设置于本体侧面的负压吸口以及设置在万向吸件管300b端部的吸件嘴300c，所述吸件嘴300c为喇叭状，其顶部与万向吸件管300b相连接，所述吸件嘴300c的半径从顶部到底部逐渐增大。

在第二支撑台100b的两侧还设置有第一支撑台100a以及第三支撑台100c，所述第一支撑台100a、第二支撑台100b以及第三支撑台100c自上而下依次设置，其中第一支撑台100b上设置有液压站500以及液压缸600。所述第一支撑台100a、第二支撑台100b以及第三支撑台100c之间设置有导柱700，其中第二支撑台100b的一侧设置有调整杆800，第一支撑台100a上还设置有数字编码器900(或光栅尺)，其中数字编码器900(或光栅尺)用于控制移模的行程，数字编码器900(或光栅尺)的一端固定于移模9a，其另一端固定于移模9a上。

上述技术方案中取模系统固定在移模上，整机设备开模到取模位后，取模系统的吸盘推进气缸(或伺服电机驱动)带动吸盘进入模腔内部，移模在plc和数字编码器(或光栅尺)控制下稍稍合模，以便于吸盘吸取泡沫模型；吸盘吸住模型后移模在plc和数字编码器(或光栅尺)控制下，通过移模自身的开模运动进行拔模，将泡沫模型从模具内取出到达开模停止位，吸盘在推进气缸(或伺服电机驱动)带动下吸盘从吸盘滑轨上滑行到机器以外的输送带位置，吸盘关闭负压，泡沫模型脱落到输送带上，完成整个流程。该步骤中的吸取及拔模动作均利用移模板自身的开合模动作完成，避免了使用复杂的机械手取模而造成的成本过高的问题，大大简化了设备结构并降低了实现自动化的成本。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。