TWI294801B - Article casting method - Google Patents

Description

1294801 九、發明說明： 【發明.所屬之技術領域】 本發明關於一種鑄造一物品之方法。 【先前技術】 鑄造物品之方法已為習於此技者所熟悉。惟，目前鑄造 一具有一複合形狀之物品的方法並不實用。例如，其中一 習知方法揭述於第4,694,879號美國專利中。在第4,694,879 號美國專利中，其揭述—種使用—可氣化組件於—可重複 使用組件上之鑄造方法。該可氣化組件據稱可令欲禱件有 習知鑄造方法難以製成之輪廓。可供該可氣化組件在初期 設置於其上之該可重複使賴㈣位於—封裝之砂模内且 隨後移除。砂呈現出該可重複使用組件之㈣^該可氣化 組件仍在砂模内。當液體材料添加至砂模時，其破壞該可 氣化組件且填入其留下之空隙。液體材料係硬化成鑄件之 -想要的形狀。 取％仵之 上述方法適於產生—具有限量非標準輪廓之物件，惟， :1可礼化組件之相關聯高成本與低效率則不利於大尺度 k再者’上述方法在可製造之物件形狀 所限制。 主上你有 智知鑄造方法並不具優點 上现万法以外者 限於較簡單之鑄件…因為其受 技…: 計。這點很重要，因為習於此 技者知道在分模線系統中，—且 模印會在其未受到支撐時碎裂:、、：：之：合形狀之 之製程中使用。 、I丨…冼在稍後 I027I0.doc 1294801 有鑑於先前技術之缺點，有利的是能有一方法可用一成 本效益與有效率之方式，鑄造出具有一負向脫模之複合形 狀物件、或具有一與其相關聯之複合形狀的鑄件。 【發明内容】 本發明係指一種物品鑄造方法，其中提供至少一模型及 將至少一杈芯固接於該模型。較佳為，該模芯係一負向脫 模α计此為^於此技者所熟知。一順服性材料係環繞該 模1 忒模心而设置，以利將該材料針對於該模芯與該模 型而形成一互補形狀。該模型隨後從該順服性材料移除， 且該模芯留下作為模印之—組件。—可硬化材料設置於該 模^内以針對於該組件而形成一複合形狀之至少一 分。 【實施方式】 應該瞭解的是本發明可以假設多種替代性之方位及步驟 貝序除非有特別做相反之表示。亦應瞭解的是附圖中所 =、及文後㈣書内所述之特定裝置及製程僅為文後之請 、、、内界疋之本發明概念之示範性實施例。因此 揭露實施例之特定p 4 士 、 所 A 、、方向或其他實質特徵皆不應被視 為限制，除非另有說明。 圖1說明一設置於一 Λ* _ 型_。圖！僅說明鎮二 座1〇2上之模型或鑄鐘模 可以瞭解到圄j p於里具型1〇0之一實施例。習於此技者 二：=外之Μ尺寸與形一 禱件之至少被設計為針對欲 互補形狀。一注料道1 04被揭 1027I0.doc 1294801 不為自鑄鐘杈型100延伸。注料道1〇4可為任意形狀或尺 寸，且可以在圖1所示者以外之其他位置自鑄鐘模型100延 伸。 囷2 σ兒月模心1 06接附於鑄鐘模型100之一部分。模芯 1〇6可為任思形狀或尺寸，且可以位於鑄鐘模型之任意 部分上。在此實施例中，模芯106係接附於鑄鐘模型100之 一側部分108。較佳為，模芯106之至少一部分110呈空心 狀，以利於一負向脫模過程中容納一可硬化之材料，此為 習=此技者所熟知。模芯1〇6之空心部分11G係針對欲包括 在鑄件内之形狀而具有一互補形狀。空心部分可以由 或夕個曲線形狀構成，例如凸形、凹形及/或複合曲 線，儘官任意設計皆在本發明之範圍内。模芯106之曲線 士狀係用於與未能在—典型鑄造過程期間產生之組件一體 成型地形成互補形狀之結構，由於負向脫模設計之改，文 後總括性地稱之為複合形狀。 、儘官僅有一模芯1〇6被揭示為接附於鑄鐘模型之一部 白於此技者可以瞭解的是相同或不同形狀與尺寸 之其他模心亦可接附。f於此技者亦可以瞭解的是一或 個模芯可以接附於_下箱ό _下箱將詳述於後。 模請或此例子中之複數個模芯 心、在:較佳實施例中，該模芯係由一或多種樹脂狀材料 、。错由僅為示範性之例子，一酚醛樹脂及一聚異氰 酯樹脂係組合形成-用於該模芯之材料。混合後之樹脂可 以使用一觸媒硬化’例如胺。習於此技者可以瞭解的是另 102710.doc 1294801 熱箱製程及二氧 有其他方式可產生模芯，例如殼模鑄造 化石反製程’其亦在本發明之範圍内。

請回到圖1 ’模芯106較佳為利用一或多枚鎖112以接附 於鑄鐘模型1〇〇。銷112係自鑄鐘模型⑽伸出且套接入模 = 106中之互補形凹穴114内。銷112係經設計及定位，以 容許模芯106僅在單一方向中滑出鑄鐘模型1〇〇。在圖中所 示之較佳實施例中’銷112係經設計及定位，以容許模呀 1〇6僅在由箭頭116表示之大致垂直方向中滑出鑄鐘模型 100。銷112可阻止或防止模芯1()6在任意其他方向中相關 於鑄鐘模型100而移動。 ，習於此技者可以瞭解的是上述銷112以外之其他裝置與 製私亦可用於將模芯106選擇性地固接於鑄鐘模型1〇〇，且 用於任意之分模線。模怒1〇6亦可以藉由一或多機械式固 接件、機械式或流體驅動式夾具、機械式或透過流體方式 伸縮之銷、磁鐵及/或習於此技者熟知之任意其他結構， 以固接於鑄鐘模型100。 不使用任何裝置將模芯106固接於鑄鐘模型100亦屬於本 發明之範圍内。在此實施例中，模芯106被設計為具有一 可以精確互補於鑄鐘模型100形狀之配件，或是本案中之 下模。該精確互補之形狀僅供模芯1〇6在一特定方向中從 ~知模型1 0 0移除，例如垂直方向，以確定其不致於意外 地移除。用於將模芯1〇6固接於鑄鐘模型1〇〇之結構及/或 裝私將取決於欲鑄件之設計。 如圖3所示，鑄鐘模型1〇〇與設於其上之模芯106係放置 102710.doc 1294801 '第7箱或鑄鉍模型砂箱11 8内。鑄鐘模型1 〇〇與模芯 ^ 、藉由人力或自動方式放入第一砂箱118内，此為習 ； 者所热知。較佳為，模芯1〇6與鑄鐘模型1〇〇二者在 ，入第一砂箱118内之前已先行固接，惟，模芯106亦可在 第一砂箱118内固接於鑄鐘模型100。 一模型或下模120設置於一第二砂箱或一下砂箱 下杈底座122上。圖4僅說明下模12〇之一實施 圖4說明 124内之一

例。習於此技者可以瞭解的是圖4中所示者以外之多種尺 寸與形狀之下模皆可用於本發明。圖4中之下模12〇被設計 為具有一互補於欲鑄件之至少一部分的形狀。 習於此技者亦可瞭解的是儘管文内所述之較佳實施例係 關於-鑄鐘模型1〇〇與一下模12〇以及一第一砂箱ιΐ8與一 第 箱124但疋本發明之概念可以使用單一模型與砂 箱實施，其並未脫離本發明之範疇。 圖5及6說明一言交置於第一砂箱i i 8與第二砂箱12 *内之順 服性熱阻材料，例如砂126。砂126可以藉由人力或自動方 式放入砂箱118、124内，此為習於此技者所熟知。一或多 種黏結劑材料（圖中未示）可被添加，以令砂126黏結在一 起0 一第一壓貫結構128定位於第一砂箱118上方及一第二壓 實結構130定位於第二砂箱124上方，分別如圖7及8所示。 較佳為，第一壓實結構128具有一用於在砂126内產生一空

心部分之部分132。部分132可為任意形狀或尺寸，但是其 較佳被設計以提供一從第一砂箱118之一上表面136延伸I I027I0.doc -9- 1294801 墊塊104之通道134。 第一及弟一壓貫結構12 8、13 〇將第一及第二砂箱11 $、 124内之砂126壓縮，如圖9及1〇所示。該壓縮即在砂126内 產生鑄鐘模型100之一模印，及在砂126内產生下模12〇之 一模印。更明確地說，該壓縮使砂126順服成鑄鐘模型100 與模芯106之一第一互補形狀138，及下模12〇之一第二互 補形狀140。第一及第二壓實結構128、13〇隨後以人力或 自動方式從弟一及弟一砂箱11 8、124移除，較佳如圖11及 12所示。從第一砂箱^丨8之上表面工3 6延伸至注料道1 〇4之 通道134現在即可看到。 習於此技者可以瞭解的是將第一及第二砂箱丨丨8、124内 之砂126壓縮及/或硬化之其他方式皆在本發明之範疇内。 藉由僅為示範性之例子，用於壓縮及/或硬化之諸此方式 可以包括且不限定的有使用一或多硬化之化學劑、將砂烘 乾、不將砂烘乾、熱箱製程、金屬模塑製程、及/或陶究 模塑製程。 圖13說明鑄鐘模型1〇〇、底座1〇2及注料道1〇4從第一砂 孝目U 8移除。較佳為，鑄鐘模型100、底座102及注料道1〇4 係朝下移動，亦、即沿垂直方向離開第一砂箱i 1 8，以利於 容許模芯106滑離鑄鐘模型100上之銷112。習於此技者可 乂瞭解的疋“知模型丨〇〇、底座i 〇2及注料道1 可以沿其 他方向移離於第一砂箱丨丨8，此取決於鑄鐘模型丨上之銷 112之方位及鑄鐘模型100上之模芯106之位置。習於此技 者亦可瞭解的疋若採用其他結構或製程，例如機械式固接 102710.doc 1294801 件、機械式或流體驅動式夾具、磁鐵及/或真空，或將銷 U2取代，則其必需從鑄鐘模型1〇〇釋出模芯1〇6。 下模m亦從第二砂箱124移除’如圖14所示。在好者 施例中，下模12〇係沿垂直朝下之方向移離於第二砂： 124,惟’此取決於第二砂箱124之方位，習於此技者可以 瞭解的是下模可以沿其他方向移離於第三砂箱124。

第二砂箱124隨後以人力或自動方式旋轉18〇度。如_15 所示，一模具142被定位於旋轉後之第二砂箱Η#之第二互 補形狀14〇上方。模具142隨後利用人力或自動方式而:少 一部分位於第二互補形狀140内，此為習於此技者所孰 知。模具142較佳具有一相似於第二互補形狀14〇至少—部' 分之形狀。在較佳實施例中，一空隙144存在於模具M2與 第二互補形狀140之間，較佳如圖16所示。 習於此技者可以瞭解的是一模具甚至可以依據欲靖造之 組件及/或欲形成之複雜形狀而不需要。 圖17說明第一砂箱118與其内部之第一互補形狀皆定 位於第二砂箱124與模具142上方。第一砂箱ιΐ8與第二砂 箱124被攜至併合，使模具142裝入第一砂箱ιΐ8之第一互 補形狀138内，如圖18所示，以形成單一鑄件。 在圖中所示之較佳實施例中，一空隙146存在於模具Μ] 與第一互補形狀138之間。模芯106之空心内部分11〇較佳 為可供流體流通於空隙146。注料道1〇4係連通於第一互補 形狀138與模具142之間，以及第二互補形狀14〇與模具 之間。習於此技者可以瞭解的是模芯1〇6可供流體直接流 1027J0.doc 1294801 通於注料道104，或利用任—空隙144、146以流體流通於 注料道104。 對於特別說明之實施例，重要的是將第一砂箱丨丨8與第 互補形狀138相關於第二砂箱U4與第二互補形狀14〇而 °又於特定位置，以對準第一砂箱118與第二砂箱124内之 隙144、146，且若希望鑄件有均一之壁厚，則可確定使 隙144、146具有一均句厚度。習於此技者可以瞭解的是 他鑄件可以依據欲鑄件之形狀及設計而要求空隙144、 146對準或不對準。 請回到圖17，設於第一砂箱118之一周邊部分15〇上之至 夕一 V銷148較佳為對準且插入第二砂箱124之一周邊部分 154内之凹穴152。在一較佳實施例中，其中一凹穴具 有橢圓形狀，橢圓形可容許其中一導銷148在初期略為 不對準於凹穴156之情況下仍能插入。將至少導銷148定位 於凹穴156内有助於對準其他導銷148與凹穴152。 另一凹穴158係呈圓形。導銷148需準確地對準於欲插入 之圓形凹穴158。習於此技者可以瞭解的是導銷148可以定 位於第二砂箱I24上及第一砂箱118之凹穴152上，其並未 脫離本發明之範疇。其他對準方式亦可用於對準第一及第 一砂箱118、124，其並未脫離本發明之範疇。 4於此技者可以瞭解的是若一第二秒箱124不需要用於 一特定組件，則不需要上述步驟。 一可硬化之材料，例如熔態金屬160，其係澆注入注料 道104，如圖19所示。熔態金屬16〇流過及填入第一互補形 102710.doc -12- 1294801 狀138與模具142之 八11Λ α 又二隙146、流入模芯106之空心内部 分110、及進入第-万 —補形狀140與模具142之間之空隙144 内，如圖20所示。在輕 車佺灵例中，模芯106至少在熔態 至屬160之導入期間 & 1乃、、隹持其外形、位置與設計。當熔 悲孟屬160硬化時，第一 一 — ^ 矛 及弟一互補形狀138、140隨即從 第：及第二砂箱118、124移除’如圖21所示。第一及第二 、甫/狀138 140較佳為利用一自動機構移除，其分別將

該等互補形狀推出砂箱118、124外。第一及第二互補形狀 138、140可利用習於此技者熟悉之方式移離於一鑄件 而召下鑄件162與注料道1〇4，如圖22所示。墊塊1〇4 係利用習知方式移離於鑄件162。 在本文内所述之較佳實施例中，模芯106係從鑄件162移 除，而留下一互補形狀之鑄件162，或鑄件162之一部分。 典型上，此需要模芯1〇6解體，儘管不加以破壞而亦能從 鑄件162移除之模芯亦在本發明之範疇内。可以重複使用 之模芯106當然也在本發明之範疇内。 圖23中所示之鑄件162具有已移除之墊塊1〇4及一與鑄件 162—體成型之來自模芯ι〇6之鑄上式部分164。上述之本 發明實施例僅為單一裝置與製程之說明。習於此技者可以 瞭解的是本發明可以使用習於此技者熟悉之任意分模線裝 置與製程。 【圖式簡單說明】 本發明之上述以及其他優點可在習於此技者審讀以上詳 細說明並考量於附圖後獲得瞭解，其中： 102710.doc -13- 1294801 圖1係本發明之一第一模型之一實施例側視示意圖； 圖2係圖1所示本發明之側視示意圖，且為一模心在第一 模型上之實施例； 圖3係模心與第一模型在一第一砂箱内之側視示意圖； 圖4係一第二模型在一第二砂箱内之第二實施例側視示 意圖；

圖5係以一順服性材料填入第一砂箱内之側視示意圖； 圖6係以一順服性材料填入第二砂箱内之側視示意圖； 圖7概略說明一壓縮構件設於第一砂箱上方之侧視圖； 圖8概略說明一壓縮構件設於第二砂箱上方之側視圖； 圖9概略說明壓縮構件接觸於第一砂箱之側視圖； 圖10概略說明壓縮構件接觸於第二砂箱之側視圖； 圖丨丨概略說明壓縮構件移離於第一砂箱後之側視圖 圖12概略說明壓縮構件移離於第二砂箱後之側視圖 圖13概略說明第-砂箱移離於第一模型後之側視圖 圖14概略說明第二砂箱移離於第二模型後之側視圖 圖15概略說明一模具定位於第二砂箱上方之側視圖 圖16概略說明模具位於第二砂箱内之側視圖； 圖17概略說明第一砂箱位於第二砂箱上方之側視圖； 圖18概略說明第-砂箱接近於第二砂箱之側視圖； 圖； 圖19概略說明可硬化材料進入第-及第二砂箱之侧視 圖 圖2 0概略說明可硬化材料位於第一及第二砂 箱内之側視 102710.doc •14- 1294801 圖2 1概略說明至少一砂模芯移離於第一及第二砂箱之側 視圖， 圖22概略說明一鑄件與一接附之澆注系統之實施例側視 圖，且揭示一接附於鑄件之複合形狀；及 圖23概略說明鑄件之側視圖。 【主要元件符號說明】 100 鑄鐘模型 102 鑄鐘模型底座 104 注料道/墊塊 106 模芯 108 側部分 110 空心部分 112 銷 114, 152, 156, 158凹穴 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 箭頭 砂箱 ^ 下模 下模底座 下砂箱 砂 第一壓實結構 第二壓實結構 部分 通道 102710.doc -15- 1294801 136 上表面 138 第一互補形狀 140 第二互補形狀 142 模具 144, 146空隙 148 導銷 1 50, 154周邊部分 160 熔態金屬 162 鑄件 164 鑄上式部分 102710.doc -16-

Claims (1)

1294801 十、申請專利範圍： 1 · 一種物品麵造方法，包含·· 提供至少一模型（100及/或丨20); 將至少-模芯(106)固接於該等至少一模型(100及/或 120)； 提供一環繞於該至少一模芯（106)與該等至少一模型 (⑽及/或120)之順服性材料〇26)，以將該順服性材料 (126)形成針對於該模芯（1〇6)與該模型（1〇〇及/或12〇)之 至少一互補形結構（13 8); 從該順服性材料（126)移除該等至少一模型（1〇〇及/或 20)且將4至4 一板芯（1()6)至少—部分留在該順服性 材料（126)内； 將至少一模具（142)接近於該互補形結構（138); 將-可硬化材料(160)設置於該至少一模具(142)與該 互補形結構⑽）之間，及設置於該模芯（1〇6)之至少一 部分内，以形成一鑄件（162);及 令該可硬化材料（16〇)固化及隨後從該模具（142)與該 模芯（106)移除該鑄件（162)，該鑄件（162)具有一結構， 其形狀係互補於該模芯（106)且與之一體成型。 2·如請求们之方法，其中.該模型具有_鑄鐘模型部分 (100)及一下模部分（120)。 3·如請求項2之方法’其中該模芯(1〇6)係利用至少—銷 (112)而固接於該鑄鐘模型部分（1〇〇)，及其中該至少—銷 ⑴2)容許該模邮06)相對於該鑄鐘模型部分(1〇〇)而， 102710.doc 1294801 垂直方向移動，但是該銷（112)阻止該模怒（106)相對於該 鑄鐘模型部分（100)而沿水平方向移動。

如凊求項3之方法，其中該模芯（106)界定一複合形狀， 以利與該鑄件（162)—體成型。 如請求項3之方法，其中該鑄鐘模型部分（100)連同固接 於此之该模芯（1 〇6)係位於一第一砂箱（丨丨8)内，且該下模 口P : (120)係位於一第二砂箱（丨24)内。 如請求項5之方法，其中該第一砂箱（118)係以該順服性 材料（126)填注及該第二砂箱（124)亦以該順服性材料 (126)填左，且在該等二砂箱（丨丨8、丨24)内順服性材料 (126)係被壓縮。 如睛求項6之方法，其中該鑄鐘模型部分（1〇〇)係從該順 服性材料（126)移除，以容許該模芯（1〇6)滑出該至少一 銷（42)且仍在該順服性材料（126)内。 8.如請求項7之方法，其中該可硬化材料（16〇)係一設於該 杈芯（106)、及該模具（142)與該第一砂箱（118)及該第二 砂箱（124)之該順服性材料（126)之間之一或多通道（144、 146)内之熔態金屬。 9·如請求項8之方法，其中該模芯（1〇6)係在該熔態金屬 (160)設於其内部時仍維持其外形。 10. —種物品鑄造方法，包含： 提供至少一模芯（106)，其具有一複合形狀之内部分 (110)，係可移除地固接於至少一模型（100及/或12〇); 產生一砂模（138)，其具有一針對於該模型（1〇〇及/或 102710.doc 1294801 12〇)與該模芯（106)之互補形狀； 從該砂模（138)移除該模型（1〇〇及/或120)，且將該模芯 (106)留在該砂模（138)内； 將一炼態金屬（160)設置於該模芯（106)之該複合形狀 之内部分（110)内及該砂模（138)内，以形成一禱件 (162)，該鑄件具有一體成型之複合形狀且互補於該模芯 (106)之該内部分之至少一部分（11〇);及 令该溶態金屬（160)硬化及隨後從該禱件（M2)浐。， 砂模（1 3 8)與該模芯（106)。

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