制作砂芯的设备和方法 本发明涉及一种利用气硬砂制作砂芯的设备和方法。
常规的制作砂芯的方法和设备是采用一种吹气的方式将气硬砂加入一个砂芯空间中，然后通过将硬化气体引入该空间使芯砂硬化。例如，日本专利公报No.48-13804就报露了这样一种装置。该装置具有一个芯盒，该芯盒具有一个上箱和一个下箱，该上箱和下箱相互拼合以在它们之间确定一个砂芯空间。该上箱固定地安装在一个框架上，该下箱由一个气缸支撑以使下箱可垂直运动，以便该下箱可接近或离开固定的上箱。一个由进气装置、吹砂头和推芯机构所组成系统设置在该芯盒上。该系统通过轮子可在框架上水平地滑动以便该系统与该上箱的上部相接触；从而将空气和硬化气体供给该砂芯空间。
然而，由于在这种常规的设备中，仅通过吹气的方式来紧实芯砂(型砂)，因此当使用具有多个喷嘴的一个上箱时因喷嘴间的性能不同而导致砂芯空间内的部分芯砂不能被很好地紧实。
因而，必需预测在吹气过程中空气是如何流动的，以及多个排气孔例如排气塞必须如何适当地配置在金属型中以利于吹气。
另外，为使通气塞的数目和位置最佳化，必须反复进行一些吹气试验以测定砂芯产品的芯砂的表面粗糙度和密度，并且必须改进金属型。因而，完成一个金属型需要大量的时间和成本。
本发明的目的是提供一种制作具有高密度的砂芯的设备和方法，该设备和方法使用一定量地通气塞并且减少制作一个金属型所花费的时间和成本。
为达到上述目的，一方面，用来制作一个砂芯的本发明方法包括下列步骤：将气硬砂加入砂芯空间，将砂芯空间的压力减至2-100乇，从上面以使砂芯空间的压力增加50-600kg/cm2/sec这样一个速率将空气流引入该砂芯空间，从而为气硬砂的上表面提供压力来获得一个高的密度，以及将硬化气体引入砂芯空间以使芯砂硬化。
本发明的设备是日本专利公报No.48-13804所报露的一种类型，在本发明的设备中，有一个用来减少砂芯空间的压力的抽真空装置。一方面该设备包括吹砂头、压力腔室、和半型以在该半型之间确定一个砂芯空间，还包括用来减少该砂芯空间的压力的抽真空装置、吹气阀、进气阀、硬化气体输入装置以及排放硬化气体的装置。
在其他方面，本发明的装置和方法将通过下面实施例和权利要求来理解。
根据本发明，空气流突然输入到被抽真空的砂芯空间。该空气流对芯砂的上表面施加一个冲击压力，因而这种方式与仅用吹砂的方式相比，芯砂的上表面具有更高的紧实密度。
图1是一个本发明设备的第一个实施例的横截面视图。
图2是一个同图1相似的第一实施例的横截面视图。
图3是一个本发明设备的第二个实施例的横截面视图。
现将参照附图描述本发明设备的实施例。图1和图2所示的是第一个实施例，图3所示的是第二个实施例。
图1中，多根立柱2安装在基座1上，框架F安装在立柱2的顶部，一个带有供砂闸板3的砂斗4安装在框架F上，气体引入装置具有一个用于充气的阀5、一个用于引气的阀6和一个气罐7。
吹砂头10安装在砂斗4下方的框架上。该吹砂头10具有一个用于接收来自砂斗4的气硬砂S以及将压缩空气引入吹砂头10的孔8。吹砂头10可沿框架F水平地移动以使该吹砂头10与充气阀5相连通。
与吹砂头10水平间隔地配置压力腔室11并且压力腔室11与吹砂头10相连，以便装配好的压力腔室和吹砂头在与压力腔室11相连的气缸12的作用下可沿框架水平移动。压力腔室11的顶部与进气阀6连通，压力腔室11的底部与金属上箱(上型箱)或者金属半型13a的顶部密封地接触。金属上箱13a安装在立柱2上，以使金属上箱13a可从图2中所示的位置移动。
在立柱2的下部之间设置一个升降台T。升降台T的顶部支撑一个金属下箱(下型箱)或金属半型13b。在上箱和下箱之间或两个半型之间确定一个砂芯空间14。在上箱13a中形成了多个吹气孔13c。这些吹气孔13c与形成在吹砂头10的底部中的喷嘴9相连通。
多个通气塞16安装在形成在上箱13a和下箱13b中的通气孔15中。通气孔15与一个真空泵P或用来抽真空砂芯空间14的抽真空装置18相连通。抽真空装置18的一端通过压力腔室11的底部、升降台T的壁以及通气孔15与砂芯空间14的下部和上部相连通，而抽真空装置18的另一端则通过一个排气阀17与真空泵P相连通。真空泵P将砂芯空间14内的压力降至2-100乇。
另外，压力腔室11和上箱13a的通气孔15通过一个阀22与装置19相通，以便将硬化气体从一个气体发生装置19导入砂芯空间14。下箱13b的通气孔15通过升降台T和阀23与一个硬化气体排放装置21相连通。
图1的设备是这样操作的，即将预先在一处(图中未表示)混合的气硬砂S放入砂斗4内。砂斗4内的砂量多于砂芯空间所需的一次射砂量，然后开启供砂闸板3，将砂斗4内的砂输入到吹砂头10内。
在气缸12的作用下，由吹砂头10和压力腔室11所组成的系统横向移动，直到吹砂头10刚好位于半型和升降台T的上方(图2)。孔8与阀6的孔8a相连。
然后升降台T带着下箱13b移动直到下箱13b与上箱13a拼合并且向上推动上箱13a，以使吹砂喷嘴9与上箱13a的气孔13c配合并连通。升降台T在此位置被锁定(本发明的第二个实施例的图3中表示的是这种状态)。
然后开始吹砂。当吹气阀5开启后，来自气罐7的压缩空气被引入吹砂头10内。吹入吹砂头10内的空气和在吹砂头10中的砂一起通过喷嘴9流入砂芯空间14，以便砂在砂芯空间14内聚集并且空气通过排气塞16排出。在确定这些排气塞的位置时，仅考虑它们是否能够合理地排气，而不必考虑芯砂的紧实度是否好。
接着，升降台T下降直到上箱13a回到如图2中所示的初始下部位置，在该位置上箱13a与吹砂头10分开。由10、11所组成的系统移动到如图1所示的初始位置。然后升降台T移动直到压力腔室11的供气孔11a与上箱13a的气孔13c配合并连通。通过开启阀23来抽真空砂芯空间4，以使砂芯空间的压力为2-100乇。如上所述，通气塞16的位置的确定仅考虑它们是否能合理地排气，不必考虑能否得到好的紧实度。
接着，阀6开启使气流突然进入砂芯空间14。该气流对砂芯空间内的芯砂表面施加一个冲击压力，使得芯砂S得到很好的紧实。这种方式与仅采用吹砂的方式相比，具有更高的加料密度。
然后，来自硬化气体输入装置20的硬化气体输入到砂芯空间14内。该气体经过芯砂S使其硬化。必要时，然后进行驱气。升降台T下降，而上部和下部的推动装置25，25开始动作，以便推动并取出制好的砂芯。
为了气体硬化，气硬砂的粘结剂最好选用水玻璃、酚醛树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂以及呋喃树脂等等。用于这种气硬砂的硬化气体可使用如二氧化碳、TEA气、二氧化硫以及甲酸甲酯等。
在空气输入压力腔室时，最好使腔室内的压力按50-600kg/cm2/sec的速率增加。更好的速率为200-400kg/cm2/sec。输入的空气可以是大气层的环境空气或者压缩空气。当使用压缩空气时，其压力的最大值最好为10kg/cm2。压力的最佳化取决于进气阀的尺寸和形状。
图1和图2所示的上述实施例仅仅是示范性的。对于本领域技术人员来说显然是可对这些实施例进行一些改进的。例如，虽然在图1和图2的设备中，抽真空装置18是与砂芯空间的上部和下部相连通的，也可将其改为与砂芯空间的两侧相连通。另外，可用立式的半型来代替上箱和下箱。利用一个或多个水平延伸的气缸使该半型开启和闭合。在实施例中吹砂头10和压力腔室11是相连的，也可采用另一种方式，即，两者分离并且可各自独立地移动。
另外，在上述实施例中利用吹砂的方式将芯砂S加入砂芯空间中。这种供砂方式可采用重力或者真空的方式来完成。当在砂芯空间14中使用真空时，由于吹砂头10和真空之间的压力不同而使芯砂被加入砂芯空间中。于是，在这种情况下吹砂头10就起着像压力腔室11一样的压力腔室的作用。因而就可省去压力腔室11。另外，吹气阀5或进气阀6也可省去。
图3表示本发明的设备的第二个实施例。在这里与图1和图2中出现的相同的标记表示相同的部件。
在图3中，该设备包括一个固定在立柱2上的框架F，该立柱2安装在一个基座1上，这与图1和图2所示的相同。具有一个供砂闸板3的砂斗4以及一个空气输入装置安装在框架F上，该空气输入装置具有一个进气阀6和一个气罐7。
一个空心的圆筒状连接体H设置在砂斗4下方。该连接体H具有一个用来接收来自砂斗的芯砂的孔8和一个使空气输入到连接体H中的孔8b。在连接体H的下方设置一个具有喷嘴9的压力腔室31。该压力腔室31和连接体H相互连为一体并且整体地移动。通过阀6使孔8b开启或关闭。一个气室32与压力腔室31相连，以便装配好的气室和压力腔室在气缸12的作用下沿框架F移动。该气室32与一个气体发生装置19相连通。一个具有推进销的推动装置25设置在该气室内。当该气室32移动到一个金属半型或者上箱13a上时，该气室与半型或上箱13a密封地连接。
在连接体H的中部设置一个装砂盒B。由于该装砂盒B具有一个翻转装置R，因此当翻转装置翻转时，该装砂盒B能将装在其中的芯砂落入压力腔室31内。
一个具有皮带运输装置的测砂装置通过控制该皮带运输装置的操作和控制供砂闸板3的开启时间来测量一次压射的芯砂。
该设备的其它如升降台T和硬化气体输入装置20等部件基本上与图1和图2所示的部件相同。
该设备的操作是这样的，即当供砂闸板3开启时，来自砂斗4的一定量气硬芯砂S(相当于一次射砂量)落入连接体H内。部分芯砂被装砂盒B截住，其余芯砂聚集在压力腔室32的底部，而装有金属下箱或半型13b的升降台T开始移动直到喷嘴9插入上箱13a的孔13c中。
接着闸板3闭合，在抽真空装置18的作用下砂芯空间14被抽真空至2-100乇的压力值。在该抽真空过程中，压力腔室31中的部分芯砂被加入砂芯空间中，并且这些被加入的芯砂得到一定程度的紧实(初始程度或初始密度)。
然后开启进气阀6，以将压缩空气供给压力腔室31。压缩空气的压力最大值最好为10kg/cm2，并且在砂芯空间所增加的空气压力速率最好为50-600kg/cm2/sec。压力腔室中的空气流和芯砂流进砂芯空间14。该空气流通过排气塞16排出，并且芯砂在砂芯空间中被紧实。该紧实度高于仅由真空所形成的初始密度。
这些抽真空过程和空气流反复作用，以使芯砂得到进一步紧实。仅在最后的空气流入之前，装砂盒B翻转使得其中的芯砂落入压力腔室31的底部。
在最后的吹气之后，气室32以与图1和图2所示的实施例相似的方式连接半型。同样地，芯砂被硬化并通过上部和下部的推动装置的作用从半型中取出制好的砂芯。