陶瓷铸造设备和方法

专利名称：陶瓷铸造设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造诸如抽水马桶之类的陶瓷件并需要例如两件以上模具的设备和方法。本发明尤其涉及这种铸件的压力铸造。
陶瓷件的传统生产方法是使用石膏粉浆浇铸。在此方法中粘土粉浆通过将其倒入石膏模具脱水。石膏吸收水份并必须周期性干燥，因此防止连续操作。因此这种方法缓慢，但需要低的资金投入。
陶瓷粉浆的压力铸造是已知的，但只是最近才开发出的方法。该方法用于制造范围广的卫生洁具、餐具和技术产品。该方法通过使用机械装置闭合多微孔模具并将加压的粘土粉浆引入该闭合的模具来操作。粘土粉浆中的水通过该模具的结构过滤以形成具有充分强度的粘土件来支承其自己的重量。粘土件通过该模具的多孔结构施加压缩空气脱模，因此将其取下。
该模具包含在金属框架内，该框架用于保护不受外部损坏、支承该多微孔材料抵消内部压力并使得该模具正确对准地吊挂在一机器上。
使用两件式模具可生产范围广的形状。而有些形状只能通过使用两件以上的模具制成。
抽水马桶(通常称为“马桶”)不能使用包括少于四件的模具的现有方法制成。更复杂的设计需要使用五件式模具。
当使用传统的粉浆浇铸时，不产生基本的问题。然而设计用来生产马桶的压力铸造机器现在需要两个夹紧轴线以便在过滤期间闭合和保持四件式模具就位。这种机器的一个例子以本申请人的名义公开在英国专利申请号9721709中。这种机器需要在该各件模具外部安装液压缸以便在第二轴线上提供夹紧力来抵消在铸造期间引入该模具的粘土粉浆的压力。依次外部安装的液压缸安装在加固的承载组件上，该组件不可避免地增加成本、复杂性和该机器的尺寸。
本发明寻求克服或至少减少现有技术中的问题。
本发明的一方面提供用于制造陶瓷件的设备，其包括两个外部凹形模具，并具有协作相配表面和一在使用时布置该凹形模具之间的凸形模具。该凹形模具布置成在与该相配表面的平面大致垂直的方向上所相对运动，因此允许该凹形模具形成包围该凸形模具和将要铸造的铸件的相应的两个部分的密封。接着取出该凸形模具并接合两个部分。最好是，该凹形模具在大致平行于该相配表面的平面的轴线上取出。
按照本发明的这一方面的附加部件，还包括布置一接合时支承该铸件的定位器。
按照本发明的这一方面的另一附加部件，设置一装置以确保实现该凹形模具的正确对准。
按照本发明的这一方面的又一附加部件，可设置两个凸形模具。优选的是，两个凸形模具布置成背靠背的关系。更优选的是该凸形模具安装在一轨道上以便允许该凸形模具运动离开该凹形模具的轴线。
按照本发明的第二方面，提供一种制造陶瓷件的方法，其包括以下步骤在一设备中铸造一铸件的两部分，该设备包括两个凹形模具和一凸形模具；将该铸件保持在该凹形模具内的同时分离该铸件部分；取出该凸形模具；将两个凹形模具合在一起并由适合的装置接合该铸件的两部分。最好是，该方法包括引入定位器的步骤，以便支承该铸件并随后从该凹形模具中将该铸件脱模。
按照本发明的第三方面，提供一种用于制造陶瓷件的设备，其包括两个位于各自模具箱内的并具有协作相配表面的凹形模具和在使用时布置成位于由该凹形模具形成的模具空腔内的凸形模具，该凹形模具布置成可在大致垂直于相配表面的平面的第一轴线上相对运动，使得该凹形模具在该凹形模具和该凸形模具之间可与铸件接触，其中在制造过程中由加压粉浆产生的力容纳在该模具箱中。
优选的是，该凸形模具可与夹紧装置相关联。更优选的是，该夹紧装置在使用时布置在该模具空腔内。再优选的是，该内部夹紧装置可构造并布置成以便在第二轴线上施加夹紧力。
按照本发明的这一方面的附加部件，该夹紧装置可位于该凸形模具的一表面和该凹形模具至少之一的内表面之间。
按照本发明的这一方面的第二附加部件，流体可引入该夹紧装置以便提供夹紧力。优选的是，该夹紧装置可包括压垫。更优选的是，该压垫可包括一弹性材料封闭的腔室。又更优选的是，该流体可引入该腔室。
按照本发明的这一方面的另一附加部件，该铸件可铸造成单一件。
按照本发明的这一方面的再一附加部件，可设置两个凸形模具。优选的是，该模具布置成在大致相反的方向上退回。
按照本发明的这一方面的又一附加部件，可在第三轴线上设置第三凸形模具。优选的是，该陶瓷件可以是抽水马桶并且该第三凸形模具布置成形成一排污管部分。
按照本发明的这一方面的又再一附加部件，可设置一单一轴线的铸造机器，其包括多个从高架梁悬出的设备。
按照本发明的第四方面，提供一种制造陶瓷件的方法，其包括以下步骤i)将一凸形模具引入一由位于各自模具箱内的两个凹形模具形成的封闭空间中；ii)一旦以下述方式引入粉浆，即将由该粉浆施加的力包含在该模具箱内，夹紧该凸形模具以便抵消引入粘土粉浆的加压；iii)引入加压粘土粉浆以便铸造该铸件；iv)脱模。优选的是该凸形模具使用夹紧装置夹紧。更优选的是，该夹紧装置可以是压垫。
按照本发明的这一方面的附加部件，可设置两个凸形模具。优选的是，该模具布置成在大致相反的方向上脱模。
按照本发明的第五方面，设置一压垫，以便使用在陶瓷件的铸造中，其包括一由弹性材料封闭的腔室，其中流体可在压力下引入该腔室，因此造成夹紧力施加在大致单一的轴线上。优选的是，该腔室包括一弹性盘管。作为选择，该腔室包括一弹性袋。
按照本发明的这一方面的附加部件，该弹性材料包括铜。
按照本发明的这一方面的第二附加部件，可在其上设置一用于一支承管的通道的开口，该支承管上安装有一相关联的模具。
按照本发明的第六方面，提供一种形成用于铸造机器中的压垫的方法，其包括以下步骤i)将具有闭合和开放的端部的盘管放置在模具中；ii)将流体倒入该模具中，以便围绕该盘管；iii)使得流体固化以便围绕该盘管形成一弹性封套；其中一旦该垫固化，流体可通过其开放端部引入该管，造成该垫膨胀。
现在参考附图，只通过例子描述本发明示例性实施例，其中

图1是使用现有技术的方法制造盒形边缘抽水马桶的部分切开的透视图2是按照本发明一实施例的铸造设备的透视图；图3是按照本发明第二实施例的铸造设备的透视图；图4是通过本发明第二实施例的压垫组件的截面的平面图；图5是沿轴线Z-Z通过图4的压垫的截面图。
参考图1，制造美国“盒形边缘”马桶10的习惯作法是将边缘12与马桶16的下部分分开铸造。接着两件在制造后通过湿润将要与粘土粉浆粘接的表面并将其挤压接触来接合在一起，因此形成接合处14。粘接该件以形成单一件，其可采用已知方法干燥、焙烧和上釉。使用现有技术的方法是复杂的，并因此生产单一件的盒形边缘马桶成本很高。
现转向图2，包括部分压力铸造设备20的两个凹形模具22、24安装在一压力铸造机器(未示出)上，使得空腔26、28相互面对。最好是，模具22、24悬挂在该铸造机器上，并布置成可在大致垂直于相配表面30、32(已知为机器轴线)的方向上滑动。然而，可看到在本发明的范围内可采用其他的安装布置。
凸形模具34、36在该凹形模具22、24之间安装成背靠背。凸形模具34、36最好通过一副架轨道54悬挂在该铸造机器上，并在大致垂直于该机器轴线的平面内运动。上述布置可闭合以便在每对凸形和凹形模具22、34和24、36之间形成马桶半件的空腔。
在此实施例中，四个对准销钉38、40、42、44从一凹形模具24通过凸形模具34、36并进入相应的安装在另一凹形模具22上的套筒中。在可选择的实施例中，可采用例如凸缘和凹口的其他对准装置。由此，该模具在闭合时保持重复的对准。
使用任何现有技术已知的适合方法闭合和夹紧凹形模具22、24。引入加压的粉浆(未示出)，通过允许粉浆中的流体从设在模具中的多个孔渗出以便在该凸形模具和该凹形模具之间铸造两个马桶半件。该铸件的有些部分在该模具(实体铸造)表面之间铸造，根据所要制造的特定形状的细部，其他部分只在靠着该模具(空心铸造)一表面上铸造。
在该粉浆充分脱水以及铸造完成之后，压缩空气引入凸形模具34、36的结构中，铸件(未示出)从该凸形模具上脱模。凹形模具22、24沿机器轴线运动，同时每个凹形模具22、24包含一马桶半件(未示出)。此时，凸形模具34、36在沿副架轨道54上以X方向运动离开机器轴线。
可以看出，可在该机器上安装多组压力铸造设备20以便增加产量，并且每个设备的凸形模具34、36在达到所述阶段脱模。
接着使用例如液压缸(未示出)的适合的装置将凹形模具22、24夹紧在一起。对准销钉38、40、42、44确保模具22、24大致对准地闭合在一起。对所有模具22、24施加一小的夹紧力使得马桶半件粘接。如果需要可通过将一个或两个半件的连接表面涂覆粉浆来改善马桶半件的粘接。
一旦凸形模具34、36退回，两个凹形模具22、24已经夹紧在一起，在该马桶下面有利地直接产生空腔58。最好从下方以箭头Y指示的方向引入一由适合吸收性材料即石膏或吸收性亲水材料制成的“定位器”56以便支承接合的马桶。
接着只需要引入压缩空气到每个凹形半模22、24中，因此将接合的马桶脱模，使其支承在定位器56上。使用适合的机械装置(未示出)将该定位器退回以便生产出完整的马桶。
如果需要，采用使用海绵手动湿式修整的方法生产出准备使用现有技术已知的方法干燥、上釉和焙烧的完整的马桶。
许多类型的“马桶”或其他复杂的陶瓷件可通过将其垂直分成两部分制造并将两件接合以形成标准的马桶。上述设备和方法自动实现“半件”的对准并允许精确控制施加用来在两件之间形成接合部的压缩程度。
此方法的一个特别的优点在于，由于该凸形模具是分开的并从该机器轴线退回，所以不生产一分开的盒形边缘就可铸造马桶半件。模具分开的方向使其自然形成闭合的盒形结构。
有些马桶设计需要更复杂的后出口，该出口可通过将一附加件插入该凹形模具中的一切口并将其夹紧就位来铸造。
参考图3，在制造标准单一件“马桶”需要使用至少四个模具部件同时，使用所述的设备120和方法，其中不是所有的四个模具都通过外部“机械”夹紧闭合的。该设备可安装在传统单一轴线、单一高架梁铸造机器上。通常，多个这样的设备连续布置在这样的机器上，使得许多马桶同时铸造。
凹形模具122、124安装在各自模具箱(未示出)中并设有空腔171、172、158、159，上凸形模具160和下凸形模具166可安装在该空腔中。设置该箱体为该凹形模具提供所需要的强度以便承受在该铸造过程中该加压的粉浆产生的力。上和下模具160、166设计成与侧面模具上相应的接触点形成一良好的密封并设置成分别形成该马桶的边缘和中空的底部。应该明白，在可选择的实施例中，可设置一个或多个凸形模具以便形成其他陶瓷件的中空或凹入部分。
在一优选实施例中，内部夹紧装置同样分别安装在空腔158、159和171、172中，并最好分别与上凸形模具160的上表面和下凸形模具166的下表面接触。支承管164和170最好通过其中。
在其最简单的形式中，夹紧装置可包括一由橡胶或类似的适合弹性材料制成的O形圈(未示出)，其最好固定在各自凸形模具160、166的上/下表面的周边上。当凸形模具与凹形模具122、124保持在一起时，O形圈用于将加压粉浆产生的力传送到凹形模具122、124的相应部分上，由此将该力包含在模具中，而不是将该力传送到该铸造机器的支承承载件上。
特别参考图4和5，在一优选的实施例中，夹紧装置包括压垫162、168。每个压垫使用大致相同的方法制造。因此，只更详细地描述制造垫162的方法。垫162包括一片状芯202，该芯有利地由刚性或柔性材料最好是uPVC或聚乙烯制成，并具有一设在其中的相对大的中心孔208和多个相对小的孔204。
芯202放置在垫模具(未示出)中。流体入口连接器206固定在中心孔208周边上的所需位置上。材料围绕该芯倒入并随后固化以便形成包围该芯并具有弹性、高伸长性能的封套200。具有适合性能的材料是橡胶。该垫模具最好成形为与最终放置与其接触的凸形模具160、166的表面外形一致，并设置一中心开口210以便容纳与相应的凸形模具连接的支承管164、170。
一旦固化，封套200的材料和芯202不相互粘接，并且入口连接器206布置成位于芯202和封套200的交界处上。因此，一旦流体在压力下通过入口连接器206引入该垫，该流体将该封套与该芯分开，造成该垫在一轴线上膨胀。操作中过多的运动由填充小孔204的橡胶材料阻止，因此在预定的间隔上连接封套200的两个表面。
通过使用可膨胀以便“主动”施加抵消粘土粉浆压力的夹紧力的夹紧装置，完整的马桶中的误差可更精确地控制。另外，可更容易实现脱模，这是由于压垫162、168可在分开该凹形模具之前减压。这减少了该凹形模具在分开时由该压垫的夹紧力产生的摩擦阻力。
通过调整弹性材料的硬度和/或孔204的间隔，可以改变膨胀，并因此在限定的空间内，由压垫162、168局部地施加力。在可选择的实施例中，每个垫分成两个或多个独立的可加压腔室。
在一可选择实施例中(未示出)，该压垫可由盘绕一长度的可延伸弹性管制成，其在一端闭合以便形成一大致平的盘管。接着该盘管最好放置在与最终该垫所需形状相应的模具中。具有适合伸长性能的例如橡胶的材料围绕该芯倒入。一旦该材料固化，流体可在压力下引入盘管，造成该垫在大致一轴线上膨胀。如同先前实施例，有利地在该垫上设置一开口以便允许支承管164、170从其中通过。在此实施例的变型中，弹性袋可代替该盘管。
可以看到，在其他实施例中，可采用其他内部夹紧装置。例如液压“平螺旋”形盘管、压电装置或在相对大的区域中一轴线上可施加大的力的其他的已知装置。
回来参考图3，例如在安装在具有凸形模具160和166在其中的传统单一轴线铸造机器(未示出)的后架上的液压缸的作用下闭合凹形模具122、124。该凹形模具的压缩最好由垫片、螺旋千斤顶或其他装置(未示出)控制，使得该接触表面之间的间隔变化。
一旦在此第一轴线实现夹紧，使用流体介质(液体或气体)加压上和下垫。在一优选的实施例中，使用例如水、乙二醇水、液压油或任何适合不对该垫的材料有损害的物质的加压的流体。在该凹形模具和相应的壁模之间的限定空间中提供该力以便实现第二轴线(即大致垂直于机器方向)上的夹紧。如上所述，最好是在该上和下模具上主动施加一力，以便抵消该模具空腔内的粘土粉浆的加压。
同样支承管164、170有利地作用为导管以使流体进入垫162、168并承载管到该上和下模具以便载走在模制过程中通过该模具的水，并引入如下所述脱模的压缩空气。
该内部夹紧布置确保所有的夹紧力包含在该模具箱内，而不是传递到该设备安装的承载件上。这又意味着承载件不需要是用于现有技术装置中的重载结构。
在一特别优选的实施例中，采用一控制系统(未示出)来改变由压垫162、168施加的夹紧力以便响应在整个铸造过程中模具空腔内的粉浆压力的变化。这可减小模具上的压力并改善相关完整件的尺寸控制。
一旦实现两个轴线上的夹紧，保持的模具空腔填充粉浆并铸造。在脱水和固结之后，上和下垫162和68减压，并且凹形模具122之一通过喷射压缩空气进入空腔来脱模。剩下的凹形模具124使用同样方法脱模。
接着完整马桶(未示出)悬挂在该上和下凸形模具160和166之间。
在一优选实施例中，使用手或自动操作的外部脱模臂将一定位器(未示出)运动就位，使其抓握该铸造马桶。接着通过喷射压缩空气或其他如上所述的适合的流体使得该上模具160与该马桶脱离，并且接着从该铸件内退回。接着使用该定位器将该铸件有利地抬起并最好同时从下模具166上脱模。
在一优选实施例中，该上和下模具保持在一大致C形的框架上，该框架布置成使其一部分相对另一部分枢转以便脱模。
接着该马桶从铸造设备120上取下，以便抛光、焙烧和上釉操作。
上和下模具160、166运动回其展开位置，侧模具122、124闭合以便返回设备120到其初始位置，接着可重复该模制循环。
如果需要如图1所示的盒形边缘马桶，马桶10可制成两件。马桶的下部分16可使用上述设备和方法制造，并且边缘部分12可使用已知方法制造。该两部分可沿线14使用流体粉浆“粘接”在一起。
有些类型的马桶具有后排污出口，在其制造中需要另一夹紧轴线。上述设备可调整以便在C形框架上包括另一凸形模具，该模具最好设有另一相关的压垫，以便在第三轴线上形成排污出口。该凸形模具在使用时又布置在两个辅助凹形模具之间以便将由粘土粉浆产生的力包含在该模具箱中。
在同一机器上可以操作多组铸造设备，以便开始一新的模制循环，该设备布置成使得多个马桶可同时铸造并先后或同时脱模。
应该明白，使用的术语“上”和“下”只是便于参考，如果需要该凸形模具和夹紧装置的相对定向可以改变。另外，在有些实施例中，夹紧不需要在该模具本身空腔内发生，为此通过使用其他适合装置将力包含在该模具箱内。
权利要求
1.一种用于制造陶瓷件的设备，其包括两个外部凹形模具，并具有协作相配表面和一在使用时布置该凹形模具之间的凸形模具，该凹形模具布置成在与该相配表面的平面大致垂直的方向上可相对运动，由此允许该凹形模具形成包围该凸形模具和将要铸造的铸件的相应的两个部分的密封，取出该凸形模具并接合两个部分。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该凸形模具在大致平行于该相配表面的平面的轴线上取出。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，其还包括一在接合时布置成支承该铸件的定位器。
4.如权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于，设置装置以确保实现该凹形模具正确的对准。
5.如权利要求1～4任一项所述的设备，其特征在于，设置两个凸形模具。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，该两个凸形模具以背靠背的关系布置。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，该凸形模具安装在一轨道上，以便允许该凸形模具运动出该凹形模具的轴线。
8.一种制造陶瓷件的方法，其包括以下步骤在一设备中铸造一铸件的两部分，该设备包括两个凹形模具和一凸形模具；将该铸件保持在该凹形模具内的同时分开该铸件的部分；取出该凸形模具；将两个凹形模具合在一起并由适合的装置接合该铸件的两部分。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括引入定位器的步骤，以便支承该铸件并随后从该凹形模具中将该铸件脱模。
10.一种用于制造陶瓷件的设备，其包括两个位于各自模具箱内的并具有协作相配表面的凹形模具和在使用时布置成位于由该凹形模具形成的模具空腔内的凸形模具，该凹形模具布置成在大致垂直于相配表面的平面的第一轴线上相对运动，使得该凹形模具在该凹形模具和该凸形模具之间可与铸件接触，其中在制造过程中由加压粉浆产生的力容纳在该模具箱中。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，该凸形模具与夹紧装置相关联。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，该夹紧装置在使用时布置在该模具空腔内。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，该内部夹紧装置构造并布置成以便在第二轴线上施加夹紧力。
14.如权利要求11、12或13所述的设备，其特征在于，该夹紧装置位于该凸形模具的一表面和该凹形模具至少之一的一内表面之间。
15.如权利要求13或14所述的设备，其特征在于，流体引入该夹紧装置以便提供夹紧力。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，该夹紧装置包括一压垫。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，该压垫可包括一弹性材料封闭的腔室。
18.如权利要求16所述的设备，其特征在于，该流体引入该腔室。
19.如权利要求10～18任一项所述的设备，其特征在于，该铸件可铸造成单一件。
20.如权利要求10～19任一项所述的设备，其特征在于，可设置两个凸形模具。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，该模具布置成在大致相反的方向上退回。
22.如权利要求20或21所述的设备，其特征在于，在第三轴线上设置第三凸形模具。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，该陶瓷件可以是抽水马桶并且该第三凸形模具布置成形成一排污出口部分。
24.一种单一轴线铸造机器包括多个如权利要求10～23任一项所述的从一高架梁悬出的设备。
25.一种制造陶瓷件的方法，其包括以下步骤i)将一凸形模具引入一由位于各自模具箱内的两个凹形模具形成的封闭空间中；ii)一旦以下述方式引入粘土粉浆，即将由该粉浆施加的力包含在该模具箱内，夹紧该凸形模具以便抵消引入粘土粉浆的加压；iii)引入加压粘土粉浆以便铸造该铸件；iv)脱模。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该凸形模具使用夹紧装置夹紧。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，该夹紧装置是一压垫。
28.如权利要求25、26或27所述的方法，其特征在于，设置两个凸形模具。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，该模具布置成在大致相反的方向上脱模。
30.一种使用在陶瓷件铸造中的压垫，其包括一由弹性材料封闭的腔室，其中流体在压力下引入该腔室，造成一夹紧力施加在大致单一的轴线上。
31.如权利要求30所述的压垫，其特征在于，该腔室包括一弹性盘管。
32.如权利要求30所述的压垫，其特征在于，该腔室包括一弹性袋。
33.如权利要求30～32任一项所述的压垫，其特征在于，该弹性材料包括铜。
34.如权利要求30或33任一项所述的压垫，其特征在于，在该压垫上设置一开口，用于一支承管的通道，该支承管上安装有一相关联的模具。
35.一种形成用于铸造机器中的压垫的方法，其包括以下步骤i)将具有闭合和开放的端部的盘管放置在模具中；ii)将流体倒入一模具中，以便围绕该盘管；iii)使得流体固化以便围绕该盘管形成一弹性封套；其中一旦该垫固化，流体可通过其开放端部引入该管，造成该垫膨胀。
全文摘要
一种用于制造陶瓷件的设备，其包括两个外部凹形模具(22、122；24、124)，并具有与其协作的相配表面(30、130；32、132)和一在使用时布置该凹形模具(22、122；24、124)之间的凸形模具(34、26、160、166)，其中该凹形模具(22、122；24、124)布置成在与该相配表面(30、130；32、132)的平面大致垂直的方向相对运动，由此允许该凹形模具(22、122；24、124)形成包围该凸形模具(34、26、160、166)和将要铸造铸件的相应的两个部分的密封，除去该凸形模具并连接两个部分。
文档编号B28B1/00GK1434758SQ0081905
公开日2003年8月6日 申请日期2000年12月15日 优先权日1999年12月16日
发明者A·J·克莱格, C·B·莫雷 申请人:珀尔维尔股份有限公司