專利名稱：預(yù)應(yīng)力砂芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)使用聚氨酯砂芯的方法的改進(jìn)，并能達(dá)到更高的質(zhì)量，同時(shí)還利于聚氨酯砂芯的制造過(guò)程。本發(fā)明還涉及對(duì)制造工藝的改進(jìn)，其利用鑄造取代了深孔鉆操作，從而改善了制造工藝過(guò)程的工作周期。
背景技術(shù)：
迄今為止，人們已采用了多種制造方法來(lái)加工金屬、塑料以及陶瓷?，F(xiàn)已廣泛地采用鑄造工藝，以其作為機(jī)械加工的一部分，用以對(duì)金屬進(jìn)行制作。噴射鑄造法已被廣泛地用來(lái)制造模制塑料件或陶瓷件。對(duì)于上述材料的這些制造工藝，一般使用金屬型芯(非崩解性的)或崩解性型芯來(lái)制造那些具有中空部分和/或底切部分的物體。
前者的金屬芯只能被用在下列的情況中型芯可被從鑄模中直接取出，或者在制出的物體變形后從鑄模中取出。因而，金屬型芯的使用被限定在特定的有限范圍內(nèi)。后者的崩解性型芯通常是由型砂制成的，因而存在如下的缺點(diǎn)砂芯難于被制成預(yù)定的形狀，且存在易于碎裂的趨勢(shì)，由此使其難于被搬運(yùn)。另外，砂芯無(wú)法滿足如下的相互矛盾的要求在加工制造過(guò)程中，需要具有耐壓性，而在完成制造之后，需要具有易碎裂特性。
在此方面，在金屬鑄造領(lǐng)域中，近來(lái)已有人提出了如下的建議采用表面被涂覆了特定涂覆材料的砂芯，以此來(lái)提高鑄造過(guò)程中的耐壓性。被涂覆后的砂芯被用在鑄模中。但是，即使采用這樣的涂覆砂芯也存在如下的困難(1)需要在砂芯上形成多層涂覆材料，由此使得涂覆層難于形成。這種費(fèi)事的操作會(huì)增加工藝流程的步驟數(shù)目，同時(shí)會(huì)增大制造過(guò)程的工時(shí)和成本。
(2)在鑄造之后，難于完全清除掉作為涂覆材料和砂芯的組成成分的粘接劑。通常通過(guò)對(duì)型芯的型砂進(jìn)行燃燒或加熱來(lái)清除粘接劑。燃燒步驟增加了工藝流程的步驟數(shù)目，同時(shí)增加制造過(guò)程的工時(shí)和成本。
(3)砂芯難于被制成，且在制造過(guò)程中需要復(fù)雜的設(shè)備和相當(dāng)?shù)牟襟E。另外，砂芯易于碎裂，因而難于進(jìn)行搬運(yùn)，從而增加了生產(chǎn)過(guò)程的步驟數(shù)目，同時(shí)降低了鑄造生產(chǎn)的產(chǎn)量。
(4)在鑄造過(guò)程中，需要執(zhí)行復(fù)雜的壓力調(diào)控，以防止砂芯出現(xiàn)碎裂。另外，在鑄造之后，難于使砂芯完全碎裂。上述的情況就要求增設(shè)砂芯熱處理步驟、除砂步驟、以及用于從制成鑄件(產(chǎn)品)中去除型砂的檢查步驟，這會(huì)增加生產(chǎn)過(guò)程的步驟數(shù)目，從而增大了制造過(guò)程的工時(shí)和成本。
(5)在鑄造過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)熔融金屬透入到砂芯的砂粒之間、且砂芯的成分滲透到鑄件(產(chǎn)品)中的情況。這些現(xiàn)象趨于在鑄件上形成小孔或空腔，從而降低了鑄件(產(chǎn)品)的產(chǎn)量和生產(chǎn)率。
(6)在鑄造之后難于將砂芯的型砂完全去除掉，從而會(huì)有型砂附著在鑄件(產(chǎn)品)上，由此造成鑄件(產(chǎn)品)的磨損和損壞。
(7)制造復(fù)雜和/或大型的鑄件是困難的，或者是基本不可能的。這就將采用砂芯的鑄造方法限制到了非常狹窄的應(yīng)用范圍內(nèi)，進(jìn)而為鑄件的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了不便。
(8)由于砂芯中含有難于完全清除掉的涂覆材料和粘接劑，所以難于重復(fù)使用砂芯的型砂。為了重復(fù)使用砂芯的型砂，需要在制造過(guò)程中增加另外的步驟，由此會(huì)增加制造過(guò)程的工時(shí)和成本。
(9)采用砂芯和深孔鉆的鑄造方法通常要由如下的步驟來(lái)完成，這些步驟需要增加工時(shí)和成本(a)形成砂芯；(b)對(duì)砂芯進(jìn)行涂覆；(c)對(duì)砂芯進(jìn)行干燥；(d)形成鑄模；(e)傾注熔融金屬以完成鑄造操作；(f)從鑄件(產(chǎn)品)中去除型砂；(g)對(duì)鑄件(產(chǎn)品)上的型砂進(jìn)行熱處理；(h)檢查除砂工作是否完成；(i)去除鑄件(產(chǎn)品)上的毛刺；(j)將鑄件產(chǎn)品送到機(jī)加工生產(chǎn)線；(k)鉆出機(jī)加工孔以對(duì)鑄件(產(chǎn)品)進(jìn)行調(diào)整；(l)在鑄件(產(chǎn)品)中鉆出必要的孔；(m)獲得完成的鑄件(產(chǎn)品)。
可以理解用于鑄造鐵和鎂的模制方法(采用砂芯)同樣會(huì)遇到鑄造方法所存在的上述問(wèn)題。
對(duì)于取代深孔鉆的現(xiàn)有技術(shù)的描述迄今為止，人們已經(jīng)采用了多種鉆孔方法來(lái)對(duì)金屬進(jìn)行加工。人們廣泛地采用機(jī)加工方法來(lái)加工金屬。在連續(xù)生產(chǎn)線過(guò)程中，要使用CNC機(jī)床中的高速機(jī)加工刀具以及標(biāo)準(zhǔn)的碳化物深孔鉆頭。
對(duì)于深孔鉆方法而言，需要很大的資金來(lái)建造深孔鉆工作臺(tái)，并需要進(jìn)行維護(hù)，以維持機(jī)加工過(guò)程的正常進(jìn)行。采用這些方法存在如下的缺點(diǎn)(1)難于對(duì)冷卻劑流進(jìn)行調(diào)控，造成深孔鉆頭發(fā)生斷裂。
(2)深孔鉆頭的使用超過(guò)其預(yù)期壽命，同樣會(huì)造成深孔鉆頭的斷裂。
(3)停下生產(chǎn)線以更換深孔鉆頭會(huì)減小機(jī)加工生產(chǎn)線的循環(huán)時(shí)間；(4)對(duì)深孔鉆工作臺(tái)的維護(hù)保養(yǎng)和部件更換工作包括加襯、夾緊等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的、通過(guò)使用預(yù)應(yīng)力砂芯來(lái)制造物品的方法及該方法所制造的物品，本發(fā)明克服了現(xiàn)有類似方法和物品所存在的缺陷。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)的、通過(guò)使用預(yù)應(yīng)力砂芯來(lái)制造物品的方法及該方法所制造的物品，利用該方法能獲得高質(zhì)量的物品，同時(shí)，即使物品為中空的形狀，也能減少制造過(guò)程中砂芯的破損數(shù)目。
本發(fā)明的一個(gè)方面在于一種制造物品的方法，其包括如下的依次步驟將線材放置到冷的型芯盒中；夾緊線材的端部；所述夾緊件對(duì)所述線材施加張緊力；然后將型芯盒閉合，并環(huán)繞著線材形成聚氨酯型芯；將型芯盒分開(kāi)，釋放線材中的張緊力，使型芯處于壓縮狀態(tài)，這樣就形成了型芯。
本發(fā)明的另一方面在于該型芯被用在制造模具中，該制造模具用于制造具有至少一個(gè)中空截面的物品，這樣就形成了預(yù)應(yīng)力砂芯。
根據(jù)本發(fā)明的原理，可獲得如下的有利效果(1)使用不容易碎裂的預(yù)應(yīng)力聚氨酯砂芯有利于在鑄模中制造型芯，因此減少了型芯的破損，并簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程，減少了生產(chǎn)過(guò)程中的步驟數(shù)，同時(shí)減少了制造過(guò)程的工時(shí)和成本。(2)即使在野蠻搬運(yùn)的情況下，預(yù)應(yīng)力聚氨酯砂芯也不易于破壞，從而變得易于進(jìn)行搬運(yùn)，由此便于對(duì)其進(jìn)行運(yùn)送和存儲(chǔ)。(3)預(yù)應(yīng)力聚氨酯砂芯減少了型芯在鑄件中的破損，因而，不會(huì)有任何型芯碎片嵌入到鑄件(產(chǎn)品)中，由此避免了在鑄件(產(chǎn)品)中形成小孔或空腔。這就防止了生產(chǎn)出缺陷產(chǎn)品，從而提高了鑄件(產(chǎn)品)的產(chǎn)量和生產(chǎn)率，進(jìn)而獲得了高質(zhì)量的鑄件(產(chǎn)品)。(4)預(yù)應(yīng)力聚氨酯砂芯使得鑄件(產(chǎn)品)的中空截面易于成形。(5)該中空截面取代了在鑄件(產(chǎn)品)中進(jìn)行鉆孔的工作。(6)從而就將深孔鉆工作臺(tái)從生產(chǎn)流程中去掉。(7)同樣也省去了對(duì)深孔鉆工作臺(tái)的維護(hù)。此外，還提高了強(qiáng)度，因而，不論鑄件的尺寸多大，都能制造出具有完整形狀和全部尺寸的鑄件，從而擴(kuò)展了鑄造工藝的應(yīng)用范圍。
線材被放置到型芯盒(固結(jié)器[binder])的下部中。將線材的各端鎖定并保持就位的夾緊件位于固結(jié)器內(nèi)部。固結(jié)器的上半部下降到固結(jié)器的下半部分上，并結(jié)合到一起。隨著固結(jié)器的閉合，各端的夾緊件相互遠(yuǎn)離，從而在線材中造成張緊力，直到夾緊件達(dá)到設(shè)定的距離為止?；煊袠?shù)脂的型砂被吹入到型芯盒中，然后再將催化劑吹入到附近，以使型砂和樹(shù)脂包圍著線材發(fā)生硬化。當(dāng)完成了催化反應(yīng)后，將固結(jié)器的上下兩半分開(kāi)。由于固結(jié)器的兩半部分分離開(kāi)，夾緊件將線材放松。當(dāng)線材被夾緊件釋放時(shí)，其開(kāi)始收縮，從而使砂芯處于壓縮狀態(tài)。處于壓縮狀態(tài)下的聚氨酯砂芯具有很好的工作效果，但是，線材的收縮量連總距離的一小部分也無(wú)法達(dá)到，其無(wú)法收縮到原先的狀態(tài)。這就使得線材仍然處于張力狀態(tài)，同時(shí)，砂芯仍然處于壓縮狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的方法，預(yù)應(yīng)力砂芯被用于形成制造模具，該制造模具采用了寬度尺寸更小、樹(shù)脂含量更低的砂芯，而現(xiàn)有技術(shù)中從未使用過(guò)這樣的砂芯。此前，預(yù)應(yīng)力砂芯似乎不可能被用作制造模具的型芯。這樣形成的、使用了預(yù)應(yīng)力砂芯的制造模具被用來(lái)生產(chǎn)鑄件(產(chǎn)品)。預(yù)應(yīng)力砂芯尤其適于制造圓筒形狀的物品。在制造過(guò)程中，需要預(yù)應(yīng)力砂芯具有耐壓性或非碎裂特性，在制造完成之后，則需要其具有碎裂特性，而這兩方面的特性是相互矛盾的。另外，優(yōu)選地是，需要預(yù)應(yīng)力砂芯在制造過(guò)程中不對(duì)產(chǎn)品造成影響，也就是說(shuō)，其不應(yīng)當(dāng)是脆弱的，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)型芯破損的情況。
優(yōu)選地是，該預(yù)應(yīng)力砂芯被用在鑄模中，以利用鑄造工藝來(lái)制造鑄件(產(chǎn)品)，且該鑄件是圍繞著圓筒形狀而形成的。因而，對(duì)第一實(shí)施方式的討論將基于一種鑄件制造方法(鑄造方法)來(lái)展開(kāi)，該方法采用了圓筒形的砂芯(預(yù)應(yīng)力砂芯)，且采用了重力鑄造和低重力鑄造的工藝。在該實(shí)施方式中，預(yù)應(yīng)力砂芯是用酚醛樹(shù)脂冷砂芯箱盒固結(jié)器的方法制成的，并形成了S形。預(yù)應(yīng)力砂芯被固定地布置在上模與下模之間，從而就形成了鑄造模具。預(yù)應(yīng)力砂芯的一端或兩端被固定地安裝在上模與下模之間。在上模、下模與預(yù)應(yīng)力砂芯之間形成空腔?？涨坏男螤顚?duì)應(yīng)于將要鑄造形成的鑄件(產(chǎn)品)的形狀。
金屬材料(例如鋁)的熔融金屬被加壓注入到鑄模中形成的空腔中，以獲得與空腔形狀對(duì)應(yīng)的鑄件(產(chǎn)品)。可以理解可選擇各種金屬作為熔融金屬的金屬材料，以對(duì)應(yīng)于所要制造的鑄件(產(chǎn)品)的材料。
通過(guò)打開(kāi)鑄模來(lái)取出所形成的鑄件(產(chǎn)品)，這樣就完成了鑄造過(guò)程。而后，將不需要的部分(例如毛刺)從鑄件(產(chǎn)品)上去除掉，這樣就獲得另外所需的完工或成品鑄件。這種采用預(yù)應(yīng)力砂芯的鑄造方法有效地防止了型芯在鑄造過(guò)程中發(fā)生破碎，由此使得鑄件(產(chǎn)品)具有改良的外觀和性能質(zhì)量。另外，該(根據(jù)本發(fā)明的)實(shí)施例中的鑄造方法取消了鉆孔機(jī)加工過(guò)程，而廣泛采用的、使用砂芯的普通鑄造方法則具有該機(jī)加工過(guò)程。普通的鑄造方法通常包括如下的步驟(1)形成砂芯；(2)對(duì)砂芯進(jìn)行干燥；(3)將砂芯從型芯盒中取出；(4)將砂芯運(yùn)送到傳送帶上，并將砂芯放入到鑄模中；(5)注入熔融金屬，以完成鑄造過(guò)程；(6)將型砂從鑄件(產(chǎn)品)中除去；(7)對(duì)鑄件(產(chǎn)品)上的型砂執(zhí)行加熱處理；(8)檢查除砂操作是否徹底；(9)從鑄件(產(chǎn)品)上去除冒口和毛刺；(10)獲得完整的鑄件(產(chǎn)品)；(11)用深孔鉆頭在鑄件(產(chǎn)品)上鉆出孔洞；(12)對(duì)鉆孔操作進(jìn)行維護(hù)；(13)在深孔鉆頭變鈍時(shí)進(jìn)行更換或再磨銳；(14)當(dāng)深孔鉆頭斷裂時(shí)，減慢生產(chǎn)流程，以進(jìn)行更換；(15)以正確的化學(xué)組成比例供應(yīng)冷卻劑?？梢岳斫庠诟鶕?jù)本發(fā)明該實(shí)施方式的鑄造方法中，上述的步驟(11)、(12)、(13)、(14)、(15)成為不必要的，可被取消。如上文所討論的那樣，相比于廣泛采用的、使用砂芯的普通鑄造方法，根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施方式的鑄造方法可有效地獲得高質(zhì)量的鑄件(產(chǎn)品)，同時(shí)能極大地減少形成孔洞的步驟數(shù)，并增強(qiáng)砂芯的性能。
在鑄造過(guò)程(從澆注熔融金屬時(shí)到熔融金屬固化之后的時(shí)間段)中，上文提到的預(yù)應(yīng)力砂芯可保持其最初的形狀，從而有助于形成所需的鑄件(產(chǎn)品)。但是，在鑄造之后，受注入并固化的熔融金屬的殘余熱的作用，預(yù)應(yīng)力砂芯的表面會(huì)受到灼燒，在鑄件(產(chǎn)品)被從鑄模中取出之后，通過(guò)人工或熱處理方法來(lái)清除砂芯，從而，在所制得的鑄件(產(chǎn)品)中不會(huì)留下任何與預(yù)應(yīng)力砂芯相對(duì)應(yīng)的殘余材料。在上述的鑄造方法中，當(dāng)熔融金屬達(dá)到鑄模的空腔中時(shí)，所注入的熔融金屬的初始溫度(在熔融鋁材的情況下，該溫度例如約為660℃)會(huì)被顯著地降低，這就能帶來(lái)如下的狀況即使在鑄造過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力砂芯也可保持其最初的形狀。另外，在溫度和自身潛熱的作用下，預(yù)應(yīng)力砂芯保持著最初的形狀。在完成了將熔融金屬澆注到鑄?？涨恢械墓ぷ髦?，如果已經(jīng)經(jīng)過(guò)了使熔融金屬固化的預(yù)定時(shí)間，則最后就利用熱處理和人工方法將預(yù)應(yīng)力砂芯除去。
如上文討論的那樣，既需要預(yù)應(yīng)力砂芯在鑄造過(guò)程中具有耐受壓力(擠壓)的性能和非碎裂特性，又需要其在鑄造之后具有碎裂性，而這兩方面的要求是矛盾的，而且，優(yōu)選地是，要求其在鑄造過(guò)程中不對(duì)鑄件(產(chǎn)品)造成影響，也就是說(shuō)，不具有產(chǎn)生大量氣體的特性。
盡管上文將本發(fā)明的鑄造方法描述和介紹為適于用在金屬模重力鑄造的場(chǎng)合，但可以理解本發(fā)明的原理還可被應(yīng)用于砂模重力鑄造、低壓鑄造、精密鑄造等場(chǎng)合。
按照本發(fā)明的鑄造方法，所制得的鑄件(產(chǎn)品)可具有多種規(guī)格的圓筒尺寸。
可以理解可對(duì)該鑄造方法進(jìn)行改動(dòng)，以進(jìn)一步提高性能以及所制得鑄件(產(chǎn)品)的質(zhì)量。
本發(fā)明的鑄造方法具有如下的有利效果。
(1)使用不容易碎裂的預(yù)應(yīng)力砂芯有利于在鑄模中制造型芯，因此簡(jiǎn)化了鑄造設(shè)備，減少了生產(chǎn)過(guò)程中的步驟數(shù)，同時(shí)減少了制造過(guò)程的工時(shí)和成本。
(2)即使在野蠻搬運(yùn)的情況下，預(yù)應(yīng)力砂芯也不易于破壞，從而變得易于進(jìn)行搬運(yùn)，由此便于對(duì)其進(jìn)行運(yùn)送和存儲(chǔ)。另外，也不必要在鑄造過(guò)程中對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)控，從而減少了生產(chǎn)過(guò)程中的步驟數(shù)，同時(shí)減少了制造過(guò)程的工時(shí)和成本。
(3)預(yù)應(yīng)力砂芯使得鑄件(產(chǎn)品)的中空截面易于成形。另外，還提高了強(qiáng)度，因而，不論鑄件為何種形狀和尺寸，都能制造出具有完整形狀和全尺寸的鑄件，從而擴(kuò)展了鑄造工藝的應(yīng)用范圍。
(4)預(yù)應(yīng)力砂芯被設(shè)計(jì)成既能在鑄造過(guò)程中具有耐壓性和非碎裂特性，又能在鑄造之后具有碎裂性，而這兩方面的要求是矛盾的。因而，可防止熔融金屬透入到鑄件(產(chǎn)品)中，同時(shí)無(wú)需在鑄造過(guò)程中對(duì)壓力進(jìn)行控制。另外，有利于在鑄造之后將預(yù)應(yīng)力砂芯完全破碎并清除出去。
盡管在該實(shí)施方式中已對(duì)該鑄造方法進(jìn)行了介紹和描述，但可以理解本發(fā)明的原理可被用來(lái)鑄造高質(zhì)量的鐵和鎂，因而同時(shí)也有利于生產(chǎn)過(guò)程。另外，不難理解本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力砂芯可被用在鑄造鐵或鎂鑄件(產(chǎn)品)的鑄模中，在這樣的場(chǎng)合下，預(yù)應(yīng)力砂芯可實(shí)現(xiàn)與鑄造鋁鑄件(產(chǎn)品)時(shí)類似的有利效果，同時(shí)還解決了對(duì)應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題。
盡管上文介紹的是將預(yù)應(yīng)力砂芯制成圓柱形的情況，但可以理解預(yù)應(yīng)力砂芯可被應(yīng)用到任何冷型芯盒上，且砂芯中芯部低樹(shù)脂含量的結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)可通過(guò)由線材施加壓力來(lái)增加強(qiáng)度，并能利用人工方法或熱處理來(lái)除去砂芯。盡管上文將預(yù)應(yīng)力砂芯介紹并描述為取代了為鋁鑄件(產(chǎn)品)執(zhí)行深孔鉆的機(jī)加工作業(yè)，該預(yù)應(yīng)力砂芯還可被用來(lái)對(duì)鐵和鎂進(jìn)行鑄造，其能滿足相互矛盾的條件(在制造過(guò)程中的耐壓性和制造之后的碎裂性)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及如下的方法金屬線被布置到一種裝置中，且該金屬線的各端被夾緊件保持在裝置中，夾緊件逐步拉伸金屬線的各端，向金屬線施加張緊力。
裝置將金屬線的張緊保持在該金屬線材料的屈服點(diǎn)之內(nèi)。
布置了金屬線的該裝置被稱為型芯盒固結(jié)器，將聚氨酯型砂的混合物吹入到所述裝置中，從而圍繞著金屬線形成砂芯。
該裝置是固定設(shè)備，其是為吹入到型芯盒中的聚氨酯型砂混合物而設(shè)計(jì)的，所述的混合物被以設(shè)定的psi壓力值吹入，且被吹入到型芯盒中的聚氨酯型砂混合物形成了砂芯的形狀，此條件下，所述混合物為砂芯的形狀，且液態(tài)或氣態(tài)的催化劑被加壓吹入到型芯盒中，以使得所述混合物在非常短的時(shí)間內(nèi)硬化。
被布置到型芯盒中的金屬線被用到直線形的圓柱砂芯中，該砂芯是圍繞著該金屬線形成的，且由催化劑進(jìn)行了硬化。
被布置到型芯盒中的金屬線被用到直線形的三角形柱狀砂芯中，所述砂芯是圍繞著該金屬線形成的，且由催化劑進(jìn)行了硬化。
被布置到型芯盒中的金屬線被用到直線形的矩形柱狀砂芯中，所述砂芯是圍繞著該金屬線形成的，且由催化劑進(jìn)行了硬化。
被布置到型芯盒中的金屬線被用到不定形的砂芯中，且金屬線被按照線性的方式進(jìn)行布置，其中，所述砂芯是圍繞著金屬線形成的，且由催化劑進(jìn)行了硬化。
位于線材各端的夾緊件被釋放，在完成了整個(gè)砂芯形成過(guò)程之后，線材仍然處于張緊狀態(tài)，其具有設(shè)定的壓力值(磅/平方英寸)。
一旦夾緊件將金屬線釋放之后，金屬線將恢復(fù)到原先的形狀，而后將被置于張緊狀態(tài)。
金屬線具有與其直徑垂直的突出或圓形造型，此條件下，所述圓形造型被結(jié)合到金屬線上，以防止其移動(dòng)，且所述的造型被設(shè)置到砂芯的各端處。
一旦夾緊件被釋放之后，所述造型將沿著金屬線收縮，隨著所述金屬造型的收縮，環(huán)繞著金屬線形成的聚氨酯砂芯將受到壓縮。
隨著造型的收縮，其將對(duì)圍繞著金屬線形成的砂芯進(jìn)行壓縮，這將使砂芯處于壓縮狀態(tài)，從而增大了砂芯的強(qiáng)度，由此，對(duì)砂芯的壓縮不會(huì)超過(guò)砂芯的極限強(qiáng)度。
可使用任何具有拉伸特性的金屬線，只要所使用的金屬線沒(méi)有超過(guò)砂芯的極限壓縮強(qiáng)度即可。
這一流程被用于冷芯、熱芯、薄殼型芯盒工藝，并將砂芯置于預(yù)應(yīng)力的狀況，此條件下，使用圓柱形的砂芯來(lái)取代對(duì)鋁、鑄鐵、鎂、和鋼鑄件所執(zhí)行的深孔鉆作業(yè)。
這一流程被用于冷芯、熱芯、薄殼型芯盒工藝，并將砂芯置于預(yù)應(yīng)力的狀況，此條件下，預(yù)應(yīng)力的砂芯被用來(lái)在鋁、鑄鐵、鎂、以及鋼鑄件中形成空腔。
清除預(yù)應(yīng)力砂芯的方法或者可由振動(dòng)器來(lái)完成，以便于先除去型砂，然后再去掉線材本身，或者可通過(guò)對(duì)鑄件執(zhí)行熱處理來(lái)完成，這將燃燒掉樹(shù)脂，只將線材留在那里，從而易于將其取出，或者還可在鑄件固化之后將砂芯與線材一起從鑄件中取出。
砂芯中的線材使得砂芯可在不發(fā)生斷裂的前提下進(jìn)行彎曲。砂芯可一直彎曲到使砂芯外側(cè)壁的拉伸強(qiáng)度達(dá)到極限強(qiáng)度或開(kāi)始剝落或開(kāi)裂為止。
可將砂芯制成直線柱體的形式，然后在將其放入到鑄模中時(shí)，可將其彎曲成弧形或曲線形。在鑄件凝固后，曲線形的結(jié)構(gòu)將能在鑄件中形成曲線筒形式的空腔。所述的柱狀包括矩形柱狀、三角形柱狀和圓柱狀。
預(yù)應(yīng)力砂芯的線材被布置到型芯盒的整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)，并在型芯盒內(nèi)彎曲，以形成彎曲的預(yù)應(yīng)力砂芯。從線材突伸出的突起將頂壓著型芯盒的壁面，從而將線材保持在型芯盒空腔中的設(shè)定位置處。這樣就在型芯盒中形成了彎曲的砂芯。
在型芯盒中，可將線材布置成“之”字形。從而在型芯盒中可圍繞著線材形成“之”字形的砂芯。類似地，還可將線材以鏈狀布置在型芯盒中。
在砂芯非常細(xì)薄的區(qū)域處應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力線材。在型芯盒空腔的某個(gè)部分處布置了線材，以對(duì)砂芯的細(xì)薄部分施加預(yù)應(yīng)力。線材的兩端被夾緊。該線材的一端與砂芯線材成一直線，而另一端則具有與該砂芯線材垂直的突起。垂直的突起被夾在型芯盒中，以便于在線材中形成張緊力。
在砂芯非常細(xì)薄的區(qū)域處應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力線材。在型芯盒空腔的某個(gè)部分處布置了線材，以對(duì)砂芯的細(xì)薄部分施加預(yù)應(yīng)力。線材的兩端被夾緊。且線材兩端則都具有與線材垂直的突起。垂直的突起被夾在型芯盒中，以便于在線材中形成張緊力。
在砂芯非常細(xì)薄的區(qū)域處應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力線材。在型芯盒空腔的某個(gè)部分處布置了線材，以對(duì)砂芯的細(xì)薄部分施加預(yù)應(yīng)力。線材的兩端被夾緊。且線材兩端都與砂芯成一直線，并被夾緊。
可利用連接件將線材與另外的線材連接起來(lái)。每一線材的端部都與連接件連接起來(lái)，以形成更長(zhǎng)的線材。各根線材的端部可被重復(fù)地連接起來(lái)，以獲得不受限的長(zhǎng)度。
連接件是與線材分開(kāi)的部件，其將兩分開(kāi)線材的兩個(gè)端部連接到一起。該連接件使得在新形狀的線材中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。
線材帶有鉤扣形的端部。線材端部的形狀被設(shè)計(jì)成可與另一線材的另一端部鉤接，從而形成更長(zhǎng)的線材。且這樣的結(jié)構(gòu)允許在具有新形狀的線材中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。
連接件或鉤扣形端部能允許線材翻轉(zhuǎn)180度。
由較小線材通過(guò)連接件連接到一起而形成的線材被以線形的結(jié)構(gòu)放入到型芯盒中，且被置于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。
在型芯盒中形成的預(yù)應(yīng)力復(fù)合型芯的線材是由較小的線材利用連接件或鉤扣形的端部連接而成的。連接件或鉤扣形端是暴露著的，且與型芯的直徑相同。型芯在連接件處彎曲，以形成所需的“之”字形。帶有連接件的“之”字形復(fù)合型芯被放入到鑄件中，以形成“之”字形的空腔。
由連接件或鉤扣形端連接起來(lái)的小線材能形成螺旋形的線圈。連接件或鉤扣形的端部具有小的突起，這些突起頂靠著型芯盒的壁面。在型芯盒中制出型芯之前，先將線材置于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。螺旋形的型芯被從型芯盒中取出，并被放入到鑄件中，以形成螺旋形的線圈空腔。
由連接件或鉤扣形端部連接起來(lái)的小線材能形成卷曲的q形型芯。連接件或鉤扣形的端部具有小的突起，這些突起頂壓著型芯盒的壁面。在型芯盒中制出型芯之前，先將線材置于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。卷曲的q形型芯被從型芯盒中取出，并被放入到鑄件中，以形成卷曲q形的空腔。
由連接件或鉤扣形端部連接起來(lái)的小線材能形成不定形的型芯。連接件具有小的突起，這些突起頂壓著型芯盒的壁面。在型芯盒中制出型芯之前，先將線材置于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。不定形的型芯被從型芯盒中取出，并被放入到鑄件中，以形成不定形的空腔。
頂靠著型芯盒壁面的突起必須是由如下的材料形成的當(dāng)圍繞著型芯形成鑄件，從而在鑄件中形成空腔時(shí)，其不會(huì)粘連到鑄件中，從而便于將型芯線材從鑄件中取出。
下面將通過(guò)一些實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)對(duì)此處說(shuō)明書(shū)的理解或通過(guò)對(duì)文中所介紹發(fā)明的實(shí)踐，能清楚地認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，還存在其它的實(shí)施方式。說(shuō)明書(shū)以及實(shí)施例被看作僅是示例性的，本發(fā)明的范圍和核心思想是由實(shí)施例后的權(quán)利要求來(lái)限定的。
實(shí)施例預(yù)應(yīng)力砂芯有關(guān)該實(shí)施例的細(xì)節(jié)公開(kāi)在Wayne州立大學(xué)機(jī)械工程系的Martin Zoldan 2005 MS Thesis上，并被公開(kāi)在于2004年8月25日提交的第60/604621號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)上，該申請(qǐng)的內(nèi)容被結(jié)合到本申請(qǐng)中作為參考。
汽車工業(yè)中的發(fā)動(dòng)機(jī)廠和機(jī)加工公司花費(fèi)了幾百萬(wàn)美元來(lái)執(zhí)行機(jī)加工和鉆孔，以在鑄件上鉆出孔洞。現(xiàn)有的鑄造工藝采用了如下的方法，該方法適合于多種用途。此處所描述的方法可被用于處理鋁、鑄鐵、鋼、以及鎂，且適用于多種鑄造方法。這些合適的鑄造方法可用于低重力鑄造工藝、高重力鑄造工藝、消失模鑄造工藝(loss foam)、以及壓模鑄造工藝。該方法所適合的砂芯工藝是殼型工藝(shell)、自硬性工藝、熱型芯盒工藝、以及冷型芯盒工藝。此處提出的方法利用預(yù)應(yīng)力砂芯取代了在鑄件中的鉆孔作業(yè)。鑄件是用在發(fā)動(dòng)機(jī)組件中的缸蓋和缸體。并非在機(jī)加工過(guò)程中加工出孔洞，而是在鑄造過(guò)程中形成孔洞。所提出的方法將取代深孔鉆工藝，用在現(xiàn)有的應(yīng)用場(chǎng)合中，以形成貫通缸蓋的機(jī)油道。砂芯為長(zhǎng)柱體的形式，其是由冷型芯盒工藝制成的，且通過(guò)將線材放入到型芯盒中、并對(duì)線材施加預(yù)應(yīng)力來(lái)將砂芯置于壓縮狀態(tài)。因而，砂芯是圍繞著線材制成的。將砂芯置于壓縮狀態(tài)的直接結(jié)果就是增大了砂芯在被搬運(yùn)放入到鑄模中和澆注過(guò)程中的強(qiáng)度。增大砂芯的強(qiáng)度將能縮短缸蓋制造的生產(chǎn)周期，并消除了由于在鑄件中鉆孔所帶來(lái)的問(wèn)題。那些將被消除的問(wèn)題是深孔鉆頭的斷裂、以及在對(duì)鑄件進(jìn)行鉆孔之后鑄件中孔隙的敞露。預(yù)應(yīng)力砂芯被放入到鑄模中，從而在鑄模中形成空腔。熔融金屬(例如鋁)被澆注進(jìn)去，以便于在鑄件內(nèi)部形成空腔。在鑄造過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力砂芯可保持其原始形狀。對(duì)實(shí)際產(chǎn)品執(zhí)行了兩項(xiàng)試驗(yàn)，利用拉力測(cè)定儀對(duì)砂芯進(jìn)行擠壓，并利用拉力測(cè)定儀的夾具執(zhí)行橫向試驗(yàn)。并對(duì)熱學(xué)特性進(jìn)行了計(jì)算，以確定砂芯在澆注過(guò)程中的性能。
下面介紹該方法的詳細(xì)情況。
冷型芯盒中的砂芯是由型砂和樹(shù)脂制成的。砂芯非常脆弱，難于被從型芯盒中取出或進(jìn)行搬運(yùn)。需要在不加大樹(shù)脂含量的前提下提高型芯的強(qiáng)度。如果增大樹(shù)脂的含量，則砂芯會(huì)變得太硬，從而無(wú)法借助于熱處理或振動(dòng)器將其清除出去。
利用冷型芯盒工藝制成的砂芯具有此前尚無(wú)的特性。型砂的壓縮特性與混凝土的壓縮特性類似?？稍诓粚?duì)砂芯制造過(guò)程造成影響的前提下對(duì)型芯進(jìn)行壓縮，因而，可改善砂芯的質(zhì)量和性能。
利用冷型芯盒工藝來(lái)制造該砂芯的原理與通過(guò)在混凝土中放入鋼筋來(lái)增強(qiáng)混凝土的原理相同，這樣的設(shè)置將使混凝土處于壓縮狀態(tài)，而鋼筋處于張緊狀態(tài)。通過(guò)將線材布置在型芯盒中、并向線材施加張緊力，可圍繞著線材形成砂芯。允許線材收縮向其最初的形狀，這將把型芯置于壓縮狀態(tài)，因而，砂芯采用了與增強(qiáng)混凝土一樣的原理。
制造用于吹制砂芯的設(shè)備將線材放入到砂芯中、并使復(fù)合砂芯經(jīng)受一系列測(cè)試是本發(fā)明的一部分需求，以便于驗(yàn)證對(duì)砂芯施加預(yù)應(yīng)力的理論。制造一種圍繞著線材形成的砂芯，其長(zhǎng)度為26″，直徑為1/2″，這是本發(fā)明要求的另一部分。砂芯不得不在如下的條件下制出目前尚未存在能制造這種砂芯的設(shè)備。為了制造內(nèi)部帶有線材的型芯，必須要設(shè)計(jì)能將線材保持定位、并能安全工作的型芯盒。
下面將介紹整個(gè)型芯盒以及管路系統(tǒng)。
下型芯盒被放置到用作水平面的基板上。基板是尺寸為4″×1″×40″的鋼板。在基板上安裝了兩個(gè)夾緊件一個(gè)固定的夾緊件和一個(gè)可調(diào)節(jié)的夾緊件。兩夾緊件之間分開(kāi)足夠的間隙空間，以便于將下型芯盒布置到它們之間。一根36″的線材被布置到下型芯盒的空腔中，該線材上安裝木梢釘，線材位于兩夾緊件上，并直接位于插入到兩夾緊件中的各粗齒扁銼插入件上。尺寸為1/4″×1″×2″的粗齒扁銼被置于線材上，以將線材夾置住。然后，尺寸為1/4″×1″×2″的平面鋼板被放置到扁銼的頂部。然后將兩個(gè)1/4-20的凹頭螺釘經(jīng)1/4″×1″×2″扁銼以及鋼板上鉆出的孔洞而插入，以便于攻入到兩個(gè)夾緊件中?？墒褂?/16″的方孔螺釘頭用扳手來(lái)旋緊凹頭螺釘。隨著凹頭螺釘被旋緊，1/4″×1″×2″板件和NO.00號(hào)粗齒扁銼也被收緊了。粗齒扁銼對(duì)布置在它們之間的線材施加了很大的夾緊力，使用5/16″的方孔螺釘頭用扳手來(lái)移動(dòng)可調(diào)節(jié)夾緊件的位置，并使用刻度尺來(lái)測(cè)量該夾緊件的位移，以確定線材所受張緊力的大小。
利用位于各端的木把手將上型芯盒抓取。上型芯盒上的導(dǎo)向柱將與下型芯盒上的襯套對(duì)正，并被置于這些襯套中，這樣就組裝成了一個(gè)整體單元。在工作過(guò)程中，被置于襯套中的導(dǎo)向柱將上、下型芯盒保持在一起。
然后是吹砂板。吹砂板上的吹砂孔與上型芯盒頂部的出砂孔對(duì)正并放入到其中。
然后，將與管路系統(tǒng)相連的導(dǎo)管板連接到吹砂板上。導(dǎo)管板具有兩個(gè)半部上導(dǎo)管板和下導(dǎo)管板。吹砂板上的木釘與導(dǎo)管板對(duì)正。特別設(shè)計(jì)的導(dǎo)管板被放置到上型芯盒的頂部上。在上導(dǎo)管板的頂部中旋入了2″的短管接頭。在短管接頭的上部旋接了2″的鐘形縮管接頭，且在該鐘形縮管接頭上旋接了2″×18″的導(dǎo)管。該2″×18″的導(dǎo)管將被切割到適當(dāng)?shù)某叽纾浔３譃槌跔顟B(tài)，直到系統(tǒng)被固定好為止。此條件下，采用管夾來(lái)將導(dǎo)管板—管路系統(tǒng)安裝到型芯盒組件上。可通過(guò)將管夾的上部布置到導(dǎo)管板的上部、并將管夾的下部置于水平面的下方來(lái)完成此操作。平面位于型芯盒-管路系統(tǒng)的下方。這就確保了型芯盒-管路系統(tǒng)位于平面上，以形成一個(gè)整體單元。為了將系統(tǒng)安裝到一起，共使用了四個(gè)管夾。
這樣，系統(tǒng)就被固定起來(lái)了，型砂-樹(shù)脂復(fù)合物需要被混合好，以備澆注到2″×18″導(dǎo)管的開(kāi)口端中。
型砂-樹(shù)脂混合物是按照如下的方式制備而成的。在數(shù)字天平上稱出1000g硅砂。
計(jì)算出樹(shù)脂的所需含量，然后在數(shù)字天平上稱出這些樹(shù)脂。如果需要1.1％的樹(shù)脂，則將1000g型砂乘以0.011。計(jì)算的結(jié)果是11g。因而需要稱出11g樹(shù)脂。樹(shù)脂要與型砂用數(shù)字天平分開(kāi)地稱出。需要使用滴管來(lái)從容器中提取樹(shù)脂，并將樹(shù)脂滴到位于數(shù)字天平上的量杯中，直到達(dá)到11g為止(參見(jiàn)上文的圖III.4)。將流動(dòng)試劑混合到樹(shù)脂中，以促進(jìn)樹(shù)脂-型砂混合物在管路系統(tǒng)中的流動(dòng)。流動(dòng)試劑的使用量為樹(shù)脂量的0.04％。在此情況下，11g樹(shù)脂與0.0004相乘，算式的結(jié)果為0.0044g。使用滴管來(lái)將所需量的流動(dòng)試劑滴到盛有11g樹(shù)脂的量杯中。將型砂傾倒到碗體內(nèi)，該碗體即為廚房臺(tái)板混合器的部件。然后將所需含量的樹(shù)脂以及流動(dòng)試劑傾倒到同一個(gè)碗體中，使其位于型砂的上部。用混合器將樹(shù)脂與型砂混合到一起，從而用這兩種組分形成了一種混合物。
制成的混合物通過(guò)漏斗(參見(jiàn)上面的圖III.6)被傾倒到2″×18″導(dǎo)管的端部中。一旦混合物被傾倒進(jìn)去之后，將2″鐘形縮管接頭旋接上去。在鐘形縮管接頭的上方接了3/4″×2″的短管接頭以及3/4″的球閥，然后再接了3/8″的縮管接頭，然后再旋接了凸形schroder閥，這些部件按照上文的次序依次旋接在相互之間的頂部。
Schroder閥的配對(duì)凹形部件被鎖定到陽(yáng)部件上。陰部件被連接到與空氣壓縮機(jī)相連的軟管上。這樣，整個(gè)系統(tǒng)就完備了，球閥的閥件被轉(zhuǎn)到開(kāi)啟位置。
壓力約為90psi的空氣從軟管流到2″×18″的導(dǎo)管中，此時(shí)，型砂位于導(dǎo)管中?？諝獾淖饔昧⑿蜕按等氲焦苈废到y(tǒng)的其余部分中。型砂流經(jīng)木質(zhì)的空腔，然后再進(jìn)入到吹砂板的吹砂孔中。然后，型砂將流入到型芯盒的空腔中，以圍繞著線材形成所需形狀的砂芯。一旦閥件被開(kāi)啟了約10秒、且型砂被吹入到型芯盒中之后，將閥件關(guān)閉。
管路系統(tǒng)首先被拆去，直至拆卸2″×18″導(dǎo)管。需要這樣做來(lái)拆卸管夾。完全組裝完成后的管路系統(tǒng)太過(guò)笨重，難于一次完全拆除，需要分段進(jìn)行拆除。然后再將管夾拆去。之后將吹砂板從上型芯盒上抬起。木質(zhì)的吹砂板被布置在上型芯盒的上方。從CO2儲(chǔ)罐引出的軟管的開(kāi)口端被接到木質(zhì)空腔頂部的1″孔洞上。將CO2儲(chǔ)罐打開(kāi)，并將CO2的壓力調(diào)定到40psi，以將CO2泵送到木質(zhì)空腔中，CO2將用35秒的時(shí)間流入到型芯盒中。對(duì)催化劑而言，35秒的時(shí)間限制足以將型砂-樹(shù)脂砂芯硬化。
木質(zhì)的吹砂板被從上型芯盒上抬起。使用5/16″的方孔螺釘頭用扳手將可調(diào)節(jié)的夾緊件放松，以釋放線材中的張緊力。然后，3/16″的方孔螺釘頭用扳手將凹頭螺釘放松，此操作將把位于型芯盒各端夾緊件頂部上的1/4″×1″×2″的平板與扁銼放松。然后，凹頭螺釘被從攻制螺紋中拆出。然后將上型芯盒拆去，從而將砂芯露出，以便于將圍繞著線材形成的砂芯從下型芯盒的空腔中取出。這樣就完成了該砂芯產(chǎn)品。
總之，在將砂芯從型芯盒中取出時(shí)，放置在砂芯中的線材就表現(xiàn)出了有利的作用。取出內(nèi)部不帶有線材的砂芯會(huì)造成該砂芯的破裂。將線材植入到砂芯中使得砂芯能被取出時(shí)保持完好。
線材的材料及其結(jié)構(gòu)特性鋼材料和鋁材料被認(rèn)為適合于預(yù)應(yīng)力砂芯的場(chǎng)合?？紤]采用鋼材料的原因在于其能勝任混凝土的情況，并能比其它材料更好地勝任澆注過(guò)程中的高溫?；炷僚c型砂具有相同的壓縮特性，區(qū)別只在于型砂的壓縮特性較小之外。對(duì)型砂所施加的壓力和載荷的數(shù)值范圍也小于強(qiáng)化混凝土的壓力和載荷。鋼絲在型砂中的性能表現(xiàn)與其在混凝土中的表現(xiàn)類似。鑄件是用鋁制成的，用于進(jìn)行試驗(yàn)的線材也是由鋁制成的。鋁可被重復(fù)熔融以降低成本。
屈服點(diǎn)是指線材在出現(xiàn)永久變形之前具有的磅/平方英寸(psi)數(shù)。使用該信息有助于確定多大的壓縮能提高砂芯的性能。屈服點(diǎn)揭示了兩個(gè)重要的因素。第一個(gè)因素是線材可移動(dòng)的距離或伸長(zhǎng)量。了解線材能延展多長(zhǎng)是重要的。一旦知道了線材可延展多長(zhǎng)之后，就知道了線材要恢復(fù)到其最初的位置要產(chǎn)生多大的位移。如果該距離大于砂芯能承受的距離，則就存在當(dāng)在型芯盒中形成砂芯時(shí)使砂芯破損的趨勢(shì)。如果位移的距離不足以對(duì)砂芯施加很大的壓縮力，則就不能使用這樣的線材。第二個(gè)因素是psi數(shù)值。對(duì)于相同的延展距離，不同的線材具有不同的psi值。如果psi值太大，則在形成砂芯的吹砂過(guò)程中，型砂將會(huì)被壓碎。如果psi不夠大，則在砂芯上施加的壓力將不足。
利用下型芯盒來(lái)確定各種材料屈服點(diǎn)的彈性拉伸量。按照如下的過(guò)程來(lái)進(jìn)行這種為獲得屈服點(diǎn)信息的試驗(yàn)。
在手冊(cè)中沒(méi)有找到具體線材的確切信息，且產(chǎn)品制造商并不這樣來(lái)使用該材料。線材通常被用作焊絲，在焊接場(chǎng)合中，嚴(yán)格地使用材料的屈服點(diǎn)。
將線材放入到型芯盒中，并利用型芯盒對(duì)線材進(jìn)行拉伸，這將能獲得線材在屈服點(diǎn)性能方面的信息。用于測(cè)試屈服點(diǎn)的型芯盒與用于制造復(fù)合砂芯的型芯盒是同一型芯盒。各種直徑的線材被放入到型芯盒中，并被固定夾緊件和可調(diào)夾緊件夾在型芯盒的各端上。線材具有特殊的量規(guī)，隨著可調(diào)節(jié)夾緊件被移動(dòng)而對(duì)線材進(jìn)行拉伸，量規(guī)將對(duì)線材進(jìn)行測(cè)量。量規(guī)被連接到型芯盒上的固定位置處。量規(guī)被布置在線材的端部上—可調(diào)夾緊件的那一端，隨著可調(diào)夾緊件被移動(dòng)而使得線材被拉伸，該量規(guī)對(duì)線材進(jìn)行測(cè)量。一旦線材被移動(dòng)了一定量之后，將線材拆下，然后測(cè)量其是否能收縮到原先的長(zhǎng)度。然后對(duì)該線材進(jìn)行標(biāo)號(hào)，并擱置到一邊。重復(fù)進(jìn)行該過(guò)程，直到該直徑的線材對(duì)于相同的位移表現(xiàn)不出任何彈性拉伸為止。一旦從試驗(yàn)中獲得了穩(wěn)定的相同位移值，則就找到了屈服點(diǎn)的位移部位。
各種直徑的鋼絲表現(xiàn)出對(duì)于1/8″的彈性拉伸位移具有一致的性能，其一旦被從型芯盒上釋放，就能收縮到原先的長(zhǎng)度。各種直徑的鋁絲對(duì)于1/8″的位移也表現(xiàn)出一致的性能。
利用數(shù)學(xué)方法確定出各種材料的線材在屈服點(diǎn)時(shí)的lbf值。借助于表1中所示的、利用彈性模量的公式來(lái)確定鋼的屈服點(diǎn)。利用表2來(lái)計(jì)算鋁的屈服點(diǎn)和彈性伸長(zhǎng)量。
表1[(以英寸為單位的長(zhǎng)度)(載荷)]＝彈性伸長(zhǎng)[(金屬面積)(彈性模量)][(以英寸為單位的長(zhǎng)度)(金屬面積)(材料的psi值)]＝彈性伸長(zhǎng)[(金屬面積)(彈性模量)]材料的psi值＝彈性伸長(zhǎng)(彈性模量)(以英寸為單位的長(zhǎng)度)100694.44＝
(1/36″)各種直徑的線材的金屬面積為(1/8″)2×3.141593＝0.012272in2；(3/32″)2×3.141593＝0.006903in2；(1/16″)2×3.141593＝0.003068in2各種直徑的線材在屈服點(diǎn)時(shí)的載荷為直徑(線材的面積)(材料的psi值)＝材料的lbf值對(duì)于1/8″(0.012272in2)(100694.44psi)＝1235.72lbf；對(duì)于3/32″(0.006903in2)(100694.44psi)＝695.094lbf；對(duì)于1/16″(0.003068in2)(100694.44psi)＝308.9lbf；各種直徑鋼絲在屈服點(diǎn)的位移為0.125″。各種直徑的線材在屈服點(diǎn)的載荷為對(duì)于1/8″，載荷為1235.72lbf；對(duì)于3/32″，載荷為695.094lbf；對(duì)于1/16″，載荷為308.9lbf。
表2在與線材使用條件相同的狀態(tài)下，試驗(yàn)并確定了鋁材的載荷。在采用了與型芯盒上所用夾緊件類似的夾緊件的張力測(cè)定儀上，確定出了線材的極限強(qiáng)度。根據(jù)極限強(qiáng)度點(diǎn)、位移、以及此刻所用載荷，確定出材料的psi以及材料的彈性模量。因而，能確定出三種直徑的材料的lbf值。對(duì)于1/16″直徑的鋁絲，當(dāng)被夾緊時(shí)，其到達(dá)屈服點(diǎn)的位移太軟了，而且當(dāng)在該線材上形成螺紋時(shí)，其變得太軟了。發(fā)現(xiàn)鋁絲的位移與以發(fā)現(xiàn)的各種直徑鋼絲的屈服點(diǎn)位移為相同的規(guī)律。在這些條件下，應(yīng)盡可能好地確定出屈服點(diǎn)的位移，并表現(xiàn)出1/8″的屈服點(diǎn)位移。
為了確定出彈性模量，在張力測(cè)定儀上對(duì)線材進(jìn)行了試驗(yàn)，獲得了在0.1956″位移的極限強(qiáng)度值為299lbf。
材料的psi值＝[(材料的lbf)(1/線材的面積)]24364.40678psi＝(299lbf/0.01227″)彈性模量＝[(以英寸為單位的長(zhǎng)度)(材料的psi)][(彈性伸長(zhǎng)量)]4484246.647＝[(36″)(0.01227″)]/(0.1956″)材料的psi值＝＝彈性伸長(zhǎng)(彈性模量)(以英寸為單位的長(zhǎng)度)15570.30086＝
/(36″)各種直徑的線材的金屬面積為(1/8″)2×3.141593＝0.012272in2；(3/32″)2×3.141593＝0.006903in2；(1/16″)2×3.141593＝0.003068in2各種直徑的線材在屈服點(diǎn)時(shí)的載荷為直徑(線材的面積)(材料的psi值)＝材料的lbf值對(duì)于1/8″(0.012272in2)(24364.40678psi)＝191.0787lbf；對(duì)于3/32″(0.006903in2)(24364.40678psi)＝107.4818lbf；對(duì)于1/16″(0.003068in2)(24364.40678psi)＝47.77lbf；各種直徑鋼絲在屈服點(diǎn)的位移為0.125″。各種直徑的線材在屈服點(diǎn)的載荷為對(duì)于1/8″，載荷為191.0787lbf；對(duì)于3/32″，載荷為107.4818lbf；對(duì)于1/16″，載荷為47.77lbf。
鋼絲(在屈服點(diǎn)的lbf)鋁絲(在屈服點(diǎn)的lbf)1/8″1235.72lbf191.0787lbf3/32″ 695.094lbf107.4818lbf1/16″ 308.9lbf 47.77lbf從上文可看出，鋼絲在屈服點(diǎn)的載荷約是鋁絲在屈服點(diǎn)載荷的6倍。
對(duì)聚氨酯砂芯進(jìn)行的壓縮試驗(yàn)有助于更好地確定所用線材的誤差限。下文將介紹該壓縮試驗(yàn)。
不同樹(shù)脂含量砂芯的壓縮和拉伸數(shù)據(jù)線材當(dāng)被放入到砂芯中時(shí)，被施加了預(yù)應(yīng)力，從而對(duì)砂芯施加了壓縮作用。壓縮數(shù)據(jù)表示出了不同樹(shù)脂含量的砂芯的性能誤差。從壓縮試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)表示了極限的壓縮強(qiáng)度。極限的壓縮強(qiáng)度對(duì)應(yīng)著各種樹(shù)脂含量下的極限位移和psi值。
基于如下的原因而采用了不同的樹(shù)脂含量1.無(wú)論進(jìn)行多少次檢查，生產(chǎn)過(guò)程總存在差異。不同的樹(shù)脂含量會(huì)引發(fā)由這些差異所帶來(lái)的問(wèn)題。
2.當(dāng)樹(shù)脂含量變低時(shí)，確定樹(shù)脂含量的表現(xiàn)。從而存在采用低樹(shù)脂含量的可能性，進(jìn)而降低樹(shù)脂成本。
按照如下方法制得了Ecolotec砂芯的壓縮試樣。型砂-樹(shù)脂復(fù)合物被混合起來(lái)，并傾注到直徑為2″、長(zhǎng)度為3″的管道中。帶有閥門(mén)的縮管接頭被旋接到縮管接頭上。與空氣壓縮機(jī)相連的軟管被連接到閥門(mén)上。直徑為2″、長(zhǎng)度為3″的管道與3/4″的管接頭相連，該管接頭旋擰到3/4″的法蘭中。3/4″的法蘭被旋擰到木質(zhì)的頂部件中。該木質(zhì)的頂部件是三個(gè)木質(zhì)件中的其中之一其被用于將直徑為2″、長(zhǎng)度為2″的管道保持在一起，而成為整體單元。該直徑為2″、長(zhǎng)度為2″的塑料管被用作型芯盒，以制成試樣。其它另外兩個(gè)木質(zhì)件位于底部。兩側(cè)具有6.5″長(zhǎng)、直徑為1/4″的螺栓，以將3個(gè)木質(zhì)件、以及2″直徑的管道夾置到一起。位于底部的兩個(gè)木質(zhì)件被旋到一起。設(shè)置了直徑為2″、厚度為1/4″的木質(zhì)件，其帶有貫通的沖孔，其被用作兩底部件頂部上通氣孔。在這兩個(gè)部件之間設(shè)置了篩網(wǎng)，其被切割到適于被裝配到兩木質(zhì)件之間的尺寸。木質(zhì)底部件的底面上也帶有用于通氣的沖孔，該沖孔開(kāi)始于頂部部件。一旦閥門(mén)被轉(zhuǎn)到開(kāi)啟位置之后，型砂-樹(shù)脂復(fù)合物就被正好吹入到直徑為2″、長(zhǎng)度為2″的管道中。
型砂-樹(shù)脂復(fù)合物填充了直徑為2″、長(zhǎng)度為2″的管道，從而將空氣從該管道中經(jīng)制在下方兩木質(zhì)件上的通氣孔排出。一旦型砂-樹(shù)脂復(fù)合物被吹入到型芯盒中之后，將管路系統(tǒng)拆除，并將CO2催化劑吹入到直徑為2″、長(zhǎng)度為2″的管道中，保持30秒鐘，以使型砂-樹(shù)脂復(fù)合物固化成為砂芯試樣。將砂芯試樣從型芯盒管道中取出。對(duì)于不同的樹(shù)脂含量，重復(fù)進(jìn)行該流程。
將各種試樣放到張力測(cè)定儀中進(jìn)行試驗(yàn)。
2.4％樹(shù)脂的樣品 位移 撓曲屈服點(diǎn) 0.02679″ 268.55469lbs極限強(qiáng)度點(diǎn) 0.04012″ 566.40625lbs利用張力測(cè)定儀從2.4％樹(shù)脂的砂芯試樣所獲得的數(shù)據(jù)被用來(lái)求得26″長(zhǎng)、直徑為1/2″的砂芯的屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度點(diǎn)。下面的公式確定了26″的砂芯能承受多大的壓縮。
＝彈性伸長(zhǎng)量[(金屬面積)(彈性模量)]2″*268.555＝6379.1951(pi)(1)(0.02679″)2″*566.40625＝8984.056354(pi)(1)(0.04012″)屈服點(diǎn)材料的psi值＝材料的lbf值(材料的psi)*(線材的面積)＝材料的lbf值線材的面積85.48371148＝268.555(85.48371148)*(0.19634954)＝16.784693.141593極限強(qiáng)度點(diǎn)材料的psi值＝材料的lbf值(材料的psi)*(線材的面積)＝材料的lbf值線材的面積180.292709＝566.40625(180.292709)*(0.19634954)＝35.400393.141593[(以英寸為單位的長(zhǎng)度)(載荷)]＝彈性伸長(zhǎng)量[(金屬面積)(彈性模量)]26″*16.78469＝0.34827
(pi)(0.0625)(6379.1951)26″*35.40039＝0.52156(pi)(0.0625)(8984.056354)對(duì)含2.4％樹(shù)脂的26″長(zhǎng)砂芯的計(jì)算 位移 撓曲屈服點(diǎn) 0.34827″ 16.78469lbs極限強(qiáng)度點(diǎn) 0.52156″ 35.40039lbs這些試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)有助于弄清線材在哪些參數(shù)下在拉伸狀態(tài)對(duì)型砂進(jìn)行壓縮。對(duì)比砂芯在極限強(qiáng)度點(diǎn)的位移，可發(fā)現(xiàn)線材的屈服點(diǎn)處于砂芯極限強(qiáng)度的位移范圍內(nèi)。極限強(qiáng)度點(diǎn)也是砂芯的破碎點(diǎn)。圖IV.1列出了不同直徑鋼材和鋁材的屈服點(diǎn)載荷。這兩種材料的屈服點(diǎn)位移都為1/8″。
直徑鋼材(屈服點(diǎn)的lbf)鋁材(屈服點(diǎn)的lbf)1/8″ 1235.72lbf 191.0787lbf3/32″ 695.094lbf 107.4818lbf1/16″ 308.9lbf 47.77lbf對(duì)含2.4％樹(shù)脂的26″長(zhǎng)砂芯的計(jì)算 位移 撓曲屈服點(diǎn)0.34827″ 16.78469lbs極限強(qiáng)度點(diǎn)0.52156″ 35.40039lbs參見(jiàn)1/16″鋁絲的屈服點(diǎn)，并將其與26″長(zhǎng)砂芯的極限強(qiáng)度點(diǎn)進(jìn)行比較，可以看出，1/16″長(zhǎng)的鋁絲與砂芯具有幾乎相同的強(qiáng)度。
無(wú)論使用了什么樣的砂芯工藝，可利用試驗(yàn)砂芯的類似方法來(lái)為各種類型的砂芯工藝設(shè)立參數(shù)。對(duì)大多數(shù)砂芯的測(cè)試是在用于聚氨酯砂芯的型芯盒中完成的，這有助于得出更為精確的參數(shù)。所進(jìn)行的計(jì)算是以內(nèi)部不具有線材的砂芯為基礎(chǔ)的。該數(shù)據(jù)能清楚地表現(xiàn)出26″長(zhǎng)、直徑為0.5″的砂芯是如何脆弱。對(duì)內(nèi)部帶有線材的砂芯的壓縮試驗(yàn)表達(dá)了有關(guān)復(fù)合砂芯在壓縮條件下強(qiáng)度的更多信息。
橫向抗彎數(shù)據(jù)橫向抗彎試驗(yàn)的目的在于探索砂芯的固有壓縮特性，并力圖改善帶有或不帶有線材的砂芯的強(qiáng)度。砂芯的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)足以允許將其從型芯盒中取出、從型芯盒搬運(yùn)到鑄模中、以及熔融金屬向鑄模中傾注的過(guò)程。對(duì)此應(yīng)用場(chǎng)合的另一重要特征在于能將砂芯制得又長(zhǎng)又細(xì)，以驗(yàn)證長(zhǎng)而細(xì)的砂芯不會(huì)對(duì)鑄造過(guò)程以及制造砂芯的過(guò)程造成阻礙。對(duì)砂芯的橫向測(cè)試將決定向砂芯增加線材是否能利用砂芯的壓縮彈性而增強(qiáng)砂芯的強(qiáng)度。
采用臺(tái)式張力測(cè)定儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試。制造了兩個(gè)臨時(shí)的夾具來(lái)與張力測(cè)定儀進(jìn)行連接，以進(jìn)行三點(diǎn)式彎曲試驗(yàn)。夾具1和夾具2是用相同的材料制成的，且除了長(zhǎng)度之外，其它尺寸都相同。夾具1是用1″×1″×11″的矩形鋁管制成的，其用于測(cè)試其中未設(shè)置線材的砂芯。
夾具2是用1″×1″×22″的矩形鋁管制成的，其用于測(cè)試預(yù)應(yīng)力的復(fù)合砂芯。夾具1和夾具2被用1/2-20的螺釘連接到張力測(cè)定儀上。每次試驗(yàn)時(shí)，夾具1和夾具2上樣品的端部未被固定。
在夾具1上放置三個(gè)不帶有線材的砂芯，張力測(cè)定儀測(cè)量它們的載荷和撓度。帶有線材的砂芯被置于夾具2上，張力測(cè)定儀測(cè)量其載荷和撓度。與不帶有線材的砂芯的性能相比，帶有線材的砂芯的性能表現(xiàn)出那些性能獲得了改善、改善程度多大。第三組測(cè)試是對(duì)各種直徑的線材所作的。每次試驗(yàn)中都將代表砂芯中一種直徑的線材置于夾具2。在夾具2上布置各線材，并由張力測(cè)定儀測(cè)量其載荷和撓度。
在張力測(cè)定儀上測(cè)試三個(gè)不帶有線材的砂芯。不帶有線材的26″砂芯非常脆弱，以致于無(wú)法完整地從型芯盒中取出、并置于張力測(cè)定儀上進(jìn)行試驗(yàn)。從破損的砂芯件中，得到不同長(zhǎng)度的砂芯，以便于在張力測(cè)定儀上進(jìn)行試驗(yàn)。最長(zhǎng)的無(wú)線材砂芯是15″，其次是11″，最短的是6″。三根無(wú)線材砂芯的圖線被放到六個(gè)圖表的每一個(gè)中，以便于與各個(gè)預(yù)應(yīng)力復(fù)合砂芯進(jìn)行對(duì)比。圖VI.1b中的匯總表格表示出了圖表中關(guān)于6″、11″、15″無(wú)線材砂芯的信息。6″和11″無(wú)線材砂芯的極限負(fù)載達(dá)到1磅，15″無(wú)線材砂芯的極限負(fù)載達(dá)到0.733lbs。6″和11″砂芯的極限負(fù)載高于15″砂芯的極限負(fù)載。6″和11″砂芯具有相同的彎曲載荷，但6″砂芯的位移大于11″無(wú)線材砂芯的位移。
樣品 位移 撓曲15″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn))0.0494″ 0.733lbs11″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn))0.0420″ 1lbs6″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn)) 0.0455″ 1lbs上述的結(jié)果是符合邏輯的，原因在于6″砂芯較短，從而，與同直徑的砂芯相比，其抗力大于11″和15″無(wú)線材的砂芯。
由于復(fù)合砂芯在張力測(cè)定儀的試驗(yàn)中性能顯著，對(duì)具有不同材料和不同直徑線材的所有六種砂芯都在張力測(cè)定儀上進(jìn)行了試驗(yàn)，并用該章節(jié)進(jìn)行了分析。六個(gè)圖表表示出在砂芯內(nèi)部植有線材的情況下，復(fù)合砂芯與無(wú)線材的砂芯相比，表現(xiàn)出不同的性能。復(fù)合砂芯的位移超過(guò)無(wú)線材砂芯的位移量。除了采用直徑為1/8″鋼絲的砂芯之外，在張力測(cè)定儀上試驗(yàn)的復(fù)合砂芯都沒(méi)有斷裂。復(fù)合砂芯可進(jìn)行彎曲，且在被施加了更大的力之后，能繼續(xù)彎曲。隨著每一砂芯的彎曲，砂芯的上表面將處于壓縮狀態(tài)，而下表面將處于拉伸狀態(tài)。砂芯上處于壓縮側(cè)的表面將發(fā)生彎曲，直到壓縮表面開(kāi)始剝落為止。在上表面開(kāi)始剝落之前，復(fù)合砂芯達(dá)到屈服點(diǎn)。拉伸側(cè)保持完好狀態(tài)。夾具允許1″的位移，且除了含直徑1/8″鋼絲的砂芯之外，在張力測(cè)定儀上測(cè)試的復(fù)合砂芯都達(dá)到了1″的距離。直徑1/8″鋼絲的砂芯在達(dá)到夾具2所允許的最大1″的距離之前就已開(kāi)始破裂。直徑1/8″鋼絲所具備的抵抗力大于圍繞著鋼絲的砂芯所能承受的抗力。其它的復(fù)合砂芯并未破裂，能全程彎曲到夾具2所允許的1″的距離。一旦張力測(cè)定儀完成了測(cè)試之后，張力測(cè)定儀收縮，砂芯將被釋放。在被從張力測(cè)定儀上釋放之后，尚未破裂的砂芯將收縮到其原先的起始位置。除了一個(gè)砂芯之外，其它所有的砂芯都收縮到原先的位置和形狀。從圖表1可見(jiàn)，含1/16″鋁絲的復(fù)合砂芯保持彎曲狀態(tài)，沒(méi)有收縮回去。線材彎曲的原因在于1/16″直徑線材的柔軟度和粗細(xì)，但是，砂芯和線材一起作為復(fù)合體，使復(fù)合砂芯保持彎曲。一旦測(cè)試完成之后，該砂芯將不收縮到原先的位置。直徑1/8″線材能更強(qiáng)地抵抗張力測(cè)定儀的壓力；這使得張力測(cè)定儀與線材之間的區(qū)域破裂，從而露出砂芯下方的線材。
六種情況中的每一典型線材都被置于夾具2上，并用張力測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試。如同其它樣品的情況，線材被置于夾具上，且端部未被固定。每一線材的性能都是帶有略微坡度的線性圖。由于端部未被固定，張力測(cè)定儀能在抵抗力很小的情況下移動(dòng)線材。
d)復(fù)合砂芯以及復(fù)合砂芯組成部件之間的比較1)圖表11/16″鋁絲砂芯表VI.1a和1b以匯總表格的形式表示出了有關(guān)6″、11″、以及15″無(wú)線材砂芯、1/16″鋁絲復(fù)合砂芯、以及1/16″鋁絲的圖線。
表VI.1a(將無(wú)線材的砂芯與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品 位移 撓度15″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn))0.0494″ 0.733lbs11″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn))0.0420″ 1lbs6″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn)) 0.0455″ 1lbs1/16″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移 0.0450″ 0.538lbs1/16″復(fù)合砂芯在極限強(qiáng)度時(shí)(對(duì)比撓度) 0.544″1.03lbs表VI.1b(將線材與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品 位移 撓度直徑1/16″線材1.2″ 0.0587lbs1/16″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移 1.2″ 0.44lbs參見(jiàn)圖表，并將無(wú)線材砂芯的圖線與復(fù)合砂芯的圖線進(jìn)行比較，所注意到的第一種現(xiàn)象就在于針對(duì)載荷的位移不同。1/16″鋁絲復(fù)合砂芯能與6″、11″長(zhǎng)的無(wú)線材砂芯達(dá)到相同的極限載荷。在位移方面，1/16″復(fù)合砂芯超過(guò)6″、11″、以及15″無(wú)線材砂芯。在6″無(wú)線材砂芯的極限點(diǎn)，6″無(wú)線材砂芯達(dá)到了0.0455″的位移量。在該極限點(diǎn)，1/16″復(fù)合砂芯的位移為0.544″。該數(shù)據(jù)表明1/16″復(fù)合砂芯能與無(wú)線材砂芯達(dá)到相同的極限強(qiáng)度，但是，復(fù)合砂芯能彎曲到實(shí)現(xiàn)極限負(fù)載的形狀。在澆注過(guò)程中，1/16″復(fù)合砂芯并不具有所需的剛性。當(dāng)1/16″復(fù)合砂芯在0.44lbs的條件下達(dá)到1.19英寸時(shí)，該砂芯的其它行為表現(xiàn)出來(lái)了，其出現(xiàn)了穿透其1/2″直徑厚度的裂紋。
對(duì)于1/16″復(fù)合砂芯而言，在0.44lbs條件下的1.19″點(diǎn)即為破裂點(diǎn)。1/16″復(fù)合砂芯沒(méi)有斷裂而露出芯部，僅有的一種以這種方式斷裂的復(fù)合砂芯是1/8″鋼絲砂芯，原因在于1/8″鋼絲的剛性。1/16″復(fù)合砂芯的開(kāi)裂是由于1/16″線材的粗細(xì)和柔軟度。1/8″線材與砂芯的連接過(guò)于剛硬，從而使線材周圍區(qū)域的砂芯開(kāi)裂。但1/16″鋁絲將砂芯保持在一起，這使得砂芯發(fā)生開(kāi)裂，而不是斷裂。1/16″復(fù)合砂芯的破裂點(diǎn)不同于極限強(qiáng)度點(diǎn)。無(wú)線材砂芯的破裂點(diǎn)和極限強(qiáng)度點(diǎn)是相同的。一旦達(dá)到破裂點(diǎn)后，無(wú)線材砂芯就將斷裂。
1/16″鋁絲被置于張力測(cè)定儀上，所收集到的數(shù)據(jù)表明1/16″的線材為略有斜度的線性圖。1/16″線材在0.0587lbs的條件下達(dá)到1.2″的最大位移，也就是說(shuō)，斜度為1∶20。相比于復(fù)合砂芯，出現(xiàn)了顯著的改善，復(fù)合砂芯在與線材相同的位移時(shí)達(dá)到了0.44lbs。這就意味著在相同位移條件下，復(fù)合砂芯的強(qiáng)度是線材的7.5倍。
數(shù)據(jù)表明復(fù)合砂芯能比無(wú)線材砂芯進(jìn)一步地彎曲。數(shù)據(jù)還表明復(fù)合砂芯的強(qiáng)度大于1/16″鋁絲的強(qiáng)度。需要進(jìn)一步分析的一項(xiàng)是端部固定的1/16″復(fù)合砂芯的性能。預(yù)計(jì)這種端部固定的復(fù)合砂芯能顯著減小1/16″復(fù)合砂芯的撓度。但難于說(shuō)出撓度會(huì)減小多少，另外五個(gè)圖表將表明線材的直徑越大，復(fù)合砂芯作為整體抵抗撓曲的抗力越強(qiáng)。
表VI.2a、b將以匯總表格的形式表示出有關(guān)6″、11″、以及15″無(wú)線材砂芯、1/16″鋼絲復(fù)合砂芯、以及1/16″鋼絲的圖線。
表VI.2a(將無(wú)線材的砂芯與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品 位移 撓度15″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0494″ 0.733lbs11″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0420″ 1lbs6″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0455″ 1lbs1/16″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移 0.0450″ 0.489lbs1/16″復(fù)合砂芯在極限強(qiáng)度時(shí)(對(duì)比撓度) 0.146″1.12lbs表VI.2b(將線材與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)
樣品 位移 撓度直徑1/16″線材1.37″ 1.371lbs1/16″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移 1.37″ 2.5lbs相比于上文關(guān)于1/16″的鋁絲復(fù)合砂芯，該圖表的性能改善顯著。除了1/16″鋼絲復(fù)合砂芯未斷裂之外，在與圖表1類似的性能方面，砂芯也將發(fā)生彎曲。1/16″鋼絲復(fù)合砂芯的極限強(qiáng)度點(diǎn)為1.53″時(shí)的2.83lbs。該1.53″是夾具的最大間隙范圍1″。強(qiáng)度是穩(wěn)定增加的，直到1/16″鋼絲復(fù)合砂芯達(dá)到0.538″時(shí)的2.25lbs。6″無(wú)線材砂芯在開(kāi)裂之前、在1lbs條件下的0.0455″時(shí)達(dá)到其極限強(qiáng)度，而1/16″鋼絲復(fù)合砂芯在0.0420″條件下達(dá)到0.489lbs，而不會(huì)達(dá)到1.12lbs，直至達(dá)到0.146″的位移。在砂芯彎曲時(shí)，1/16″鋼絲復(fù)合砂芯不會(huì)開(kāi)裂，直至達(dá)到夾具上間隙的位移極限1.5″為止。1/16″鋼絲的斜率是0.964。鋼絲所達(dá)到的最大位移是1.371lbs時(shí)的1.37英寸，與此相比，1/16″復(fù)合砂芯當(dāng)位移為1.37英寸時(shí)，達(dá)到2.5lbs。
表VI.3a、b將以匯總表格的形式表示出有關(guān)6″、11″、以及15″無(wú)線材砂芯、3/32″鋁絲復(fù)合砂芯、以及直徑3/32″鋁絲的圖線。
表VI.3a(將無(wú)線材的砂芯與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品位移 撓度15″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn)) 0.0494″ 0.733lbs11″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn)) 0.0420″ 1lbs6 ″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度點(diǎn)) 0.0455″ 1lbs3/32″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移0.0391″ 0.855lbs3/32″復(fù)合砂芯(對(duì)比撓度)0.0601″ 1.10lbs樣品位移 撓度直徑3/32″線材 1.5″ 0.259lbs3/32″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移(極限強(qiáng)度) 1.51″4.40lbs復(fù)合砂芯的極限強(qiáng)度達(dá)到了1.51″時(shí)的4.40lbs。相比于1/16″鋼絲復(fù)合砂芯的極限強(qiáng)度，該數(shù)值幾乎翻倍。復(fù)合砂芯強(qiáng)度遠(yuǎn)大于由自身測(cè)試的線材的強(qiáng)度。被測(cè)試線材的最大強(qiáng)度是1.50英寸時(shí)的0.259lbs。
表VI.4a、b將以匯總表格的形式表示出有關(guān)6″、11″、以及15″無(wú)線材砂芯、3/32″鋼絲復(fù)合砂芯、以及直徑3/32″鋼絲的圖線。
表VI.4a(將無(wú)線材的砂芯與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品位移 撓度15″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度)0.0494″ 0.733lbs11″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度)0.0420″ 1lbs6″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0455″ 1lbs3/32″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移0.0455″ 0.855lbs3/32″復(fù)合砂芯(對(duì)比撓度)0.052″ 1lbs表VI.4b(將線材與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品位移 撓度直徑3/32″線材 1.5″0.777lbs3/32″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移(極限強(qiáng)度) 1.54″ 10.9lbs3/32″鋼絲復(fù)合砂芯的極限強(qiáng)度達(dá)到了1.54″時(shí)的10.9lbs。該數(shù)值大于3/32″鋁絲復(fù)合砂芯極限強(qiáng)度的兩倍。該復(fù)合砂芯的強(qiáng)度在0.052英寸時(shí)達(dá)到1lbs，而11″無(wú)線材砂芯在0.042英寸時(shí)達(dá)到1lbs，該數(shù)值點(diǎn)也是11″無(wú)線材砂芯的極限強(qiáng)度點(diǎn)。被測(cè)試線材的最大強(qiáng)度是1.50英寸時(shí)的0.777lbs。
表VI.5a、b將以匯總表格的形式表示出有關(guān)6″、11″、以及15″無(wú)線材砂芯、1/8″鋁絲復(fù)合砂芯、以及1/8″鋁絲的圖線。
表VI.5a(將無(wú)線材的砂芯與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品 位移 撓度15″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0494″ 0.733lbs11″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0420″ 1lbs6″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0455″ 1lbs1/8″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移 0.0450″ 0.733lbs1/8″復(fù)合砂芯在極限強(qiáng)度時(shí)(對(duì)比撓度) 0.053″ 1lbs表VI.5b(將線材與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)
樣品 位移撓度直徑1/8″線材 1.5″ 0.66lbs1/8″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移(極限強(qiáng)度) 1.53″ 10.3lbs1/8″鋁絲復(fù)合砂芯的極限強(qiáng)度達(dá)到了1.53″時(shí)的10.3lbs。1/8″鋁絲復(fù)合砂芯在0.053″時(shí)達(dá)到1lbs，而6″無(wú)線材砂芯在0.0455″、1lbs時(shí)達(dá)到其極限強(qiáng)度。1/8″鋁絲復(fù)合砂芯的性能類似于圖表4中給出的3/32″鋁絲復(fù)合砂芯的性能。被測(cè)試線材的最大強(qiáng)度點(diǎn)是1.50″時(shí)的0.66lbs。
表VI.6a、b將以匯總表格的形式表示出有關(guān)6″、11″、以及15″無(wú)線材砂芯、1/8″鋼絲復(fù)合砂芯、以及1/8″鋼絲的圖線。
表VI.6a(將無(wú)線材的砂芯與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品位移 撓度15″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度)0.0494″ 0.733lbs11″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度)0.0420″ 1lbs6″無(wú)線材砂芯(極限強(qiáng)度) 0.0455″ 1lbs1/8″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移 0.0350″ 1.344lbs1/8″復(fù)合砂芯在極限強(qiáng)度時(shí)(對(duì)比撓度) 0.0350″ 1.344lbs表VI.6b(將線材與復(fù)合砂芯進(jìn)行比較)樣品位移 撓度直徑1/8″線材 1.35″ 2.20lbs1/8″復(fù)合砂芯的對(duì)比位移 1.35″ 26lbs1/8″鋼絲復(fù)合砂芯的極限強(qiáng)度達(dá)到了1.58″時(shí)的30.6lbs。即將達(dá)到夾具的最大允許間隙1.58″時(shí)，砂芯從位于其中心部的鋼絲處開(kāi)始開(kāi)裂。1/8″鋼絲復(fù)合砂芯在0.035″時(shí)達(dá)到1.344lbs，而6″無(wú)線材砂芯在0.0455″、1lbs時(shí)達(dá)到其極限強(qiáng)度。與圖表4和5所給出的3/32″鋼絲復(fù)合砂芯和1/8鋁絲復(fù)合砂芯相比，當(dāng)前砂芯的性能得到了改善。被測(cè)試線材的最大強(qiáng)度是1.35″時(shí)的2.20lbs。
總之，對(duì)復(fù)合砂芯的測(cè)試次序是1/16″鋁絲、1/16″鋼絲、3/32″鋁絲、3/32″鋼絲、1/8″鋁絲、以及1/8″鋼絲。參見(jiàn)各個(gè)圖表中的對(duì)應(yīng)性能，可了解到復(fù)合砂芯的性能如何從1/16″鋁絲到1/8″鋼絲提高。對(duì)于所使用的兩種材料的每一種而言，性能都是隨著直徑的增加而穩(wěn)步地改善。除了圖表1中的1/16″鋁絲復(fù)合砂芯之外，復(fù)合砂芯的性能都超過(guò)了無(wú)線材砂芯的極限強(qiáng)度。1/16″鋁絲復(fù)合砂芯的性能與其它復(fù)合砂芯缺乏可比性。在持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)久性方面，復(fù)合砂芯超過(guò)無(wú)線材砂芯。無(wú)線材砂芯在達(dá)到其對(duì)應(yīng)的極限強(qiáng)度點(diǎn)之后將斷裂。但是，所有的復(fù)合砂芯具備無(wú)線材砂芯不具備的特性。除了1/16″鋁絲復(fù)合砂芯和1/8″鋼絲復(fù)合砂芯之外，復(fù)合砂芯都能彎曲而不斷裂。1/16″鋁絲復(fù)合砂芯斷裂的原因在于1/16″鋁絲非常弱，無(wú)法承受此角度的彎曲。1/8鋼絲復(fù)合砂芯斷裂的原因在于其與1/16″鋁絲復(fù)合砂芯是相反的極端情況。復(fù)合砂芯中的1/8″鋼絲的抗力大于圍繞著其的砂芯，其能進(jìn)行處理并且在測(cè)試過(guò)程中，砂芯開(kāi)裂而露出下方的線材。不論無(wú)線材砂芯為任何長(zhǎng)度，1/8″鋼絲復(fù)合砂芯的強(qiáng)度都超越其的強(qiáng)度。3/32″鋁絲、3/32″鋼絲達(dá)到了相同的性能，且1/8″鋁絲復(fù)合砂芯和1/8″鋼絲復(fù)合砂芯的抗力性能超越無(wú)線材砂芯的性能。復(fù)合砂芯端部被固定則能提高砂芯的抗力性能。需要進(jìn)行端部固定場(chǎng)合下的測(cè)試，以確定出性能改善量的數(shù)據(jù)。復(fù)合砂芯的性能表明在被制成如此長(zhǎng)度的情況下，其能耐受被從型芯盒中取出、放入到鑄模中、以及澆注的過(guò)程。對(duì)于6種情況中的4種情況，復(fù)合砂芯不僅能達(dá)到與無(wú)線材砂芯類似的強(qiáng)度，而且在無(wú)線材砂芯的長(zhǎng)度較短時(shí)也是如此。無(wú)線材砂芯在較低的載荷、較短的位移狀況下就斷裂，而所有的復(fù)合砂芯都能保持較大的位移和較高的載荷。復(fù)合砂芯能進(jìn)行彎曲補(bǔ)償?shù)奶匦允沟闷浯嬖诳杀粦?yīng)用到未知場(chǎng)合的可能性。
制造其內(nèi)設(shè)置有預(yù)應(yīng)力砂芯的鑄件型砂被吹入到用木頭制成的砂模中，并圍繞著木頭構(gòu)建，這樣就形成了砂模。兩個(gè)預(yù)應(yīng)力砂芯被放入到砂模中。與鑄造缸蓋和缸體所用鋁材料相同的鋁356材料被熔融成液態(tài)，且被澆注到鑄模中。在澆注過(guò)程中，液態(tài)鋁圍繞著砂芯成型。固化后的鑄件被從砂模中取出，預(yù)應(yīng)力砂芯位于鑄件內(nèi)部，其形成了所需的孔洞，從而取消了鉆孔作業(yè)。
結(jié)論內(nèi)部布置有線材的26″長(zhǎng)、1/2″直徑砂芯的性能增大了其強(qiáng)度。該砂芯可被完好地從型芯盒中取出。橫向試驗(yàn)表明利用較強(qiáng)的線材，能提高砂芯的性能，其中的線材包括3/32″到1/8″的鋁絲和鋼絲。這將提高砂芯的強(qiáng)度，使其足以被放入到鑄模中，并承受熔融金屬的澆注過(guò)程。1/8″鋼絲具有最好的性能，而3/32″鋁絲復(fù)合砂芯的性能優(yōu)于15″無(wú)線材砂芯的性能。
熱學(xué)模擬試驗(yàn)表明熱量可從砂芯傳出，且對(duì)于鋁鑄造和鑄鐵鑄造的過(guò)程，在為了固化鑄件而進(jìn)行的強(qiáng)制冷卻過(guò)程中，砂芯能保持著其中的線材。在不采用強(qiáng)制冷卻的條件下，鋁絲不能承受鑄鐵鑄造所帶來(lái)的溫度。3/32″的鋼絲和鋁絲表現(xiàn)出對(duì)于直徑粗細(xì)和導(dǎo)熱性的最好性能。
在鋁鑄造的情況下，針對(duì)強(qiáng)度性能和熱學(xué)性能，3/32″鋁絲和3/32″鋼絲是26″砂芯的最佳選擇。在鑄鐵鑄造的情況下，針對(duì)強(qiáng)度性能和熱學(xué)性能，3/32″鋼絲是26″砂芯的最佳選擇。
出乎意料的是，復(fù)合砂芯能超過(guò)無(wú)線材砂芯的位移，并能進(jìn)行彎曲。彎曲以在鑄件中形成不同形狀的特性將帶來(lái)了這樣的可能性制造此前從未被想到的鑄件。需要進(jìn)行另外一些試驗(yàn)。對(duì)于使用這種類型砂芯的情況，砂芯在該長(zhǎng)度、直徑條件下的斷裂不再是問(wèn)題了。這證明了將線材放入到砂芯中以形成復(fù)合砂芯的方案能解決鑄造廠此前在使用該長(zhǎng)度、直徑的無(wú)線材砂芯時(shí)遇到的問(wèn)題。
基于上文的描述，可了解到本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了幾方面的優(yōu)點(diǎn)，并獲得了其它的優(yōu)點(diǎn)。
由于在不悖離本發(fā)明范圍的前提下可對(duì)上述方法和組成作出多種改動(dòng)，所以，上文描述以及附圖
中表示的所有事項(xiàng)都可被看作是示例性的，不具有限定的意義。
文中所引用的所有文件都被結(jié)合到文中作為參考。文中對(duì)參考文獻(xiàn)的討論僅是為了總結(jié)作者的結(jié)論，而并非認(rèn)可任何文獻(xiàn)可作為現(xiàn)有技術(shù)。申請(qǐng)人保留對(duì)所引用文獻(xiàn)提出置疑和針對(duì)意見(jiàn)的權(quán)力。
權(quán)利要求
1.一種用于制造砂芯的方法，該方法包括步驟通過(guò)牽拉線材的端部使它們相互分開(kāi)而向該線材施加處于屈服點(diǎn)之內(nèi)的張緊力；將型砂-粘接劑混合物施加到線材的周圍，以形成預(yù)定的形狀；使型砂-粘接劑混合物發(fā)生硬化；以及釋放線材中的張緊力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述粘接劑是聚氨酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于另外還向型砂-粘接劑混合物中施加了催化劑，其中，該催化劑能加速型砂-粘接劑混合物的硬化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)將型砂-粘接劑混合物施加到處于型芯盒空洞中的線材上而確定砂芯的形狀，其中，型芯盒的空洞具有該預(yù)定的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于當(dāng)線材被放入到型芯盒時(shí)向其施加張緊力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的預(yù)定形狀是線形的圓柱狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的預(yù)定形狀是線形的三角狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的預(yù)定形狀是線形的矩形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的預(yù)定形狀是不對(duì)稱的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于金屬線材的各端部具有與其直徑方向垂直的突起，從而，當(dāng)張緊力被釋放時(shí)，在突起擠壓著型砂-粘接劑混合物處，能封閉著型砂-粘接劑混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述砂芯是冷型芯。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述砂芯是熱型芯。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述砂芯是薄殼型芯。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟將砂芯放置到鑄模中，并制造鑄模的鑄件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于鑄件包括鋁、鑄鐵、鎂、或鋼。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于砂芯被以直線形狀放置到鑄模中。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于砂芯被以曲線形狀放置到鑄模中。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于砂芯被以“之”字形的形狀放置到鑄模中。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于砂芯被以鏈狀放置到鑄模中。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于兩個(gè)或多個(gè)砂芯被放置到鑄模中，且這兩個(gè)或多個(gè)砂芯相互連接起來(lái)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于在鑄件的固化過(guò)程中，所述砂芯可將熱量從線材排放出去。
22.用根據(jù)權(quán)利要求1的方法所制得的砂芯。
23.用根據(jù)權(quán)利要求14的方法所制得的鑄件。
全文摘要
本發(fā)明提供了利用預(yù)應(yīng)力砂芯來(lái)取代對(duì)鑄件鉆孔作業(yè)的方法。該方法被用來(lái)在冷型芯盒工藝中制造長(zhǎng)柱狀的砂芯。聚氨酯砂芯被置于壓縮狀態(tài)，以增大砂芯在被搬運(yùn)過(guò)程中、以及在被放入到鑄模中時(shí)的強(qiáng)度。預(yù)應(yīng)力的聚氨酯砂芯被放入到鑄模中，從而在鑄模中形成空腔。熔融金屬被澆注進(jìn)去，以便于在鑄件中形成空腔。在鑄造過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力聚氨酯砂芯可保持其最初的形狀。
文檔編號(hào)B22C9/00GK101065200SQ200580034799
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者馬丁·佐爾丹 申請(qǐng)人:馬丁·佐爾丹