本发明涉及使用芯模而造型出螺杆式压缩机的阳转子或阴转子这样的具有扭曲形状的产品的铸造所需的复杂形状的型芯(砂型)的型芯造型方法以及型芯造型装置。
背景技术：
螺杆式压缩机的阳转子或阴转子这样的具有扭曲形状的产品是通过对近净形后(通过减小加工余量而接近最终产品形状)的铸件进行铸造制作并对其进行精加工而制造的。
专利文献1中公开了一种使用芯模而造型出铸造近净形后的铸件时所需的型芯的型芯造型方法。而且，在专利文献1中，一边使在框内沿着水平方向配置的芯模以其轴为中心进行旋转，一边将芯模沿着水平方向从由自硬砂固化而成的型芯中起模。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-128791号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
然而，在专利文献1中，存在如下的问题。即，在框内将芯模沿着上下方向配置且从上方朝框内塞填自硬砂的情况下，需要将塞填了自硬砂的框横向放倒，重量越是增加，作业性越差。另外，为了使让芯模旋转的电机与芯模的轴对准，需要对放倒的框的位置进行调整，重量越是增加，作业性越差。
另一方面，在框内将芯模沿着水平方向配置且从横侧向框内塞填自硬砂的情况下，无需改变框的姿势。因此，能够预先进行电机与芯模的轴的对准。但是，在从横侧向框内塞填自硬砂的情况下，难以向具有扭曲形状的芯模的谷部填充自硬砂，因此，所造型出的型芯容易产生形状不良。
本发明的目的在于，提供一种能够提高作业性且能够造型出形状良好的型芯的型芯造型方法以及型芯造型装置。
解决方案
本发明中的型芯造型方法是使用芯模而造型出具有扭曲形状的型芯的型芯造型方法，其特征在于，所述型芯造型方法包括：固化工序，在该固化工序中，在将所述芯模沿着上下方向配置于上方开放的框内之后，从所述框的上方朝所述框内塞填将砂、树脂以及固化剂混匀而成的自硬砂并使该自硬砂固化；以及起模工序，在该起模工序中，一边使所述芯模与所述框以所述芯模的轴为中心进行相对旋转，一边将所述芯模从所述自硬砂固化而成的所述型芯中沿所述上下方向起模。
另外，本发明中的型芯造型装置是使用芯模而造型出具有扭曲形状的型芯的型芯造型装置，其特征在于，所述型芯造型装置具有：框，其上方开放，所述芯模沿着上下方向配置于所述框的内部，并且，从所述框的上方朝所述框的内部塞填将砂、树脂以及固化剂混匀而成的自硬砂并使该自硬砂固化；以及旋转驱动装置，其通过使所述芯模与所述框以所述芯模的轴为中心进行相对旋转，从而使所述芯模从所述自硬砂固化而成的所述型芯中沿所述上下方向起模。
发明效果
根据本发明，预先将芯模沿着上下方向配置在框内，从框的上方朝框内塞填自硬砂并使其固化。然后，将芯模从由自硬砂固化而成的型芯中沿着上下方向起模。由于将沿着上下方向配置的芯模沿上下方向起模，因此，无需改变框的姿势。因此，能够预先相对于芯模而进行电机的轴的对准。由此，能够提高作业性。另外，由于从框的上方朝框内塞填自硬砂，因此，能够向具有扭曲形状的芯模的谷部充分地填充自硬砂。由此，能够造型出形状良好的型芯。
附图说明
图1是示出型芯造型装置的结构的侧视图。
图2是框的侧视图。
图3是框的侧视图。
图4是示出型芯造型装置的结构的侧视图。
图5是示出型芯造型装置的结构的侧视图。
图6a是去除装置的侧视图。
图6b是去除装置的俯视图。
图7是去除装置的俯视图。
图8是去除装置的俯视图。
图9a是从a方向观察图6a的侧视图。
图9b是从a方向观察图6a的侧视图。
图9c是从a方向观察图6a的侧视图。
图10是去除装置的侧视图。
图11a是去除装置的侧视图。
图11b是去除装置的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。
[第一实施方式]
(型芯造型方法)
本发明的第一实施方式的型芯造型方法是使用芯模而造型出例如螺杆式压缩机的阳转子或阴转子这样的具有扭曲形状的产品的铸造所需的复杂形状的型芯(砂型)的方法。该型芯造型方法具有固化工序和起模工序。
(固化工序)
固化工序是将具有扭曲形状的木制或金属制或者树脂制的芯模配置在框内之后，将砂、树脂以及固化剂混匀而成的自硬砂塞填到框内并使其固化的工序。
在本实施方式中，将芯模沿着上下方向配置到上方开放的框内。然后，从框的上方将自硬砂塞填到框内并使其固化。
自硬砂所使用的砂是形状为多边形状或球状且粒度为afs130以下的新砂或再生砂。另外，自硬砂中用作粘结剂的树脂是含有糠醇的酸固化性的呋喃树脂，相对于砂的添加量为0.8％。另外，自硬砂中用作固化催化剂的固化剂是混合了二甲苯磺酸系固化剂以及硫酸系固化剂而成的呋喃树脂用的固化剂，相对于呋喃树脂的添加量为40％。通过将这样的砂、树脂、固化剂用于自硬砂，能够适当地造型出型芯。
作为砂、树脂与固化剂的混匀，优选首先将砂与固化剂混匀，然后添加树脂并进一步进行混匀。混匀时能够适当地使用通用的家庭用混合机。利用家庭用混合机将砂与固化剂混匀45秒，然后添加树脂并进一步混匀45秒，由此形成自硬砂。该将自硬砂从上方塞填到沿着上下方向在内部配置有芯模的木制或金属制、或者树脂制的框内。此时，一边对自硬砂进行励振，一边沿着芯模的轴向朝框内塞填自硬砂。通过树脂与固化剂发生不可逆的脱水缩合反应，自硬砂随着时间的经过而固化、收缩。
(起模工序)
起模工序是一边使芯模与框以芯模的轴为中心而相对旋转、一边将芯模从由自硬砂固化而成的型芯中起模的工序。在经过了规定的固化时间之后，通过使芯模与框以芯模的轴为中心而相对旋转，从而将芯模从型芯中沿着上下方向起模。在此，固化时间是从砂、树脂以及固化剂的混匀结束起算的经过时间。
在本实施方式中，对芯模进行固定以避免其旋转，使框沿着水平方向旋转。另外，以芯模的载荷以上的张力将芯模朝上方拉伸，同时使框沿着水平方向旋转。通过使框沿着水平方向旋转，螺杆形状的芯模从型芯中沿着上下方向拔出。此时，以使芯模朝上方拔出的方式来设定框的旋转方向，由此芯模从型芯中朝上方起模。
(型芯造型装置)
本发明的第一实施方式的型芯造型装置是进行上述型芯造型方法的装置。型芯造型装置1如作为侧视图的图1所示那样具有上方开放的木制或金属制、或者树脂制的框2。框2配置在框台3上。在框2的内部，螺杆形状的芯模4沿着上下方向配置。芯模4的轴4a被轴保持件5保持为不能够旋转。将砂、树脂以及固化剂混匀而成的自硬砂从上方朝框2的内部塞填。
框台3在框2的四个侧面分别具备能够相对于框2沿水平方向进退的侧板3a。通过使侧板3a分别与载置在框台3上的框2的四个侧面抵接，由此将框2固定在框台3上。此时，以框2的中心轴与后述的电机7的中心轴一致的方式将框2固定在框台3上。
对芯模4的轴4a进行保持的轴保持件5能够沿着导轨12在上下方向上移动，该导轨12沿着上下方向敷设于架台11的侧面。
另外，型芯造型装置1具有使芯模4与框2以芯模4的轴为中心而相对旋转的旋转驱动装置6。旋转驱动装置6具备电机7、电源8以及逆变器9。电机7经由电机固定件10而固定在架台11上。
电机7经由逆变器9而与电源8电连接。电机7的旋转速度由逆变器9进行调整。
另外，型芯造型装置1具有拉伸装置13。该拉伸装置13拉伸并卷绕与轴保持件5连接的金属丝14。拉伸装置13以芯模4的载荷以上的张力将轴保持件5进一步是芯模4朝上方拉伸。更具体而言，拉伸装置13以与芯模4、轴保持件5以及金属丝14的合计载荷同等或同等以上的张力将轴保持件5朝上方拉伸。在本实施方式中，拉伸装置13是平衡器。
电机7使框台3沿水平方向旋转。由此，固定在框台3上的框2沿水平方向旋转。在此，以将芯模4从型芯15中朝上方拔出的方式设定框2的旋转方向。
在此，如作为框2的侧视图的图2所示，在框2的底板2a设置有供芯模4的圆柱状的轴4a嵌入的圆柱状的凹部2b。芯模4的轴4a与底板2a的凹部2b构成使芯模4的中心轴及框2的中心轴一致的调整机构。在向框2的内部配置芯模4时，通过向凹部2b嵌入芯模4的轴4a，从而使芯模4的中心轴与框2的中心轴一致。因此，在使框2沿水平方向旋转时，芯模4的中心轴、框2的中心轴以及电机7的中心轴一致。
需要说明的是，如作为框2的侧视图的图3所示，在芯模4的轴4a的端部为圆锥状的情况下，也可以在框2的底板2a设置圆锥状的凹部2c而进行嵌合。
在这样的结构中，如图1所示，首先，将上方开放的框2载置到框台3上，使侧板3a与框2的侧面抵接，由此将框2固定到框台3上。此时，使框2的中心轴与电机7的中心轴一致。
接着，将芯模4沿着上下方向配置在框2的内部，利用轴保持件5对芯模4的轴4a进行保持。此时，通过向凹部2b嵌入芯模4的轴4a而使芯模4的中心轴与框2的中心轴一致。由此，由于芯模4的中心轴与电机7的中心轴一致，因此，在利用电机7使框2旋转时，能够使在型芯15与芯模4之间产生的摩擦力的摩擦系数最小。由此，能够使型芯15稳定地旋转，因此，能够造型出没有内部破损且形状的偏差小的型芯15。
接着，从框2的上方朝框2的内部投入自硬砂。然后，一边利用锤子敲打框2的各侧面来对自硬砂进行励振，一边将自硬砂沿着芯模4的轴向塞填到框2内。
在经过了规定的固化时间之后，利用电机7使框台3沿水平方向旋转，由此使框2沿水平方向旋转。一边利用拉伸装置13以芯模4的载荷以上的张力将轴保持件5朝上方拉伸，一边进行框2的旋转。通过以芯模4旋转的方式使框2旋转，从而将螺杆形状的芯模4从型芯15中沿着上下方向拔出。在此，以将芯模4朝上方拔出的方式来设定框2的旋转方向。因此，芯模4从型芯15中朝上方起模。在起模中，轴保持件5沿着导轨12朝上方移动，金属丝14卷绕于拉伸装置13。这样，当芯模4完全从型芯15中起模时，芯模4以由轴保持件5吊持的状态停止在型芯15的上方。
这样，预先将芯模4沿着上下方向配置在框2内，从框2的上方朝框2内塞填自硬砂并使其固化。然后，将芯模4从由自硬砂固化而成的型芯15中沿上下方向起模。由于将沿着上下方向配置的芯模4沿上下方向起模，因此，无需改变框2的姿势。因此，能够预先相对于芯模4进行电机7的轴的对准。由此，能够提高作业性。另外，由于从框2的上方朝框2内塞填自硬砂，因此，能够向具有扭曲形状的芯模4的谷部充分地填充自硬砂。由此，能够造型出形状良好的型芯15。
另外，通过使框2沿水平方向旋转，从而将芯模4从型芯15中沿上下方向起模。在使芯模4沿水平方向旋转的情况下，芯模4相对于型芯15沿上下方向移动，因此，需要使让芯模4旋转的电机沿上下方向移动，需要设置使电机移动的机构以及使电机退避的空间，装置变得复杂化、大型化。对此，通过使框2沿水平方向旋转，从而在不使框2沿上下方向移动的状态下能够从型芯15中将芯模4起模。由此，不需要设置使电机7移动的机构以及使电机7退避的空间，因此，能够使装置简单化、小型化。
另外，一边以芯模4的载荷以上的张力将芯模4朝上方拉伸，一边将芯模4从型芯15中朝上方起模。由此，在芯模4的起模中及起模后，芯模4不朝下方移动，因此，能够防止芯模4的载荷作用于型芯15而导致型芯15沿轴向变形。
另外，在向框2内配置芯模4时，使芯模4的中心轴与框2的中心轴一致，由此在使芯模4与框2相对旋转时，能够使芯模4的中心轴、框2的中心轴以及电机7的中心轴一致。
(变形例)
需要说明的是，不局限于利用拉伸装置13以芯模4的载荷以上的张力将芯模4朝上方拉伸的结构。如作为侧视图的图4所示，也可以构成为，型芯造型装置201具有利用金属丝22而与芯模4的轴4a连接的重物21，利用滑轮23、24对金属丝22进行支承，以使得重物21的张力作用于芯模4的轴4a。重物21的张力与芯模4及金属丝22的合计载荷同等或为同等以上。即便采用这样的结构，也能够在芯模4的起模中或起模后不使芯模4朝下方移动。
(效果)
如以上所述，根据本实施方式的型芯造型方法以及型芯造型装置，预先将芯模4沿着上下方向配置在框2内，从框2的上方朝框2内塞填自硬砂并使其固化。然后，将芯模4从由自硬砂固化而成的型芯15中沿上下方向起模。由于将沿着上下方向配置的芯模4沿上下方向起模，因此，无需改变框2的姿势。因此，能够预先相对于芯模4进行电机7的轴的对准。由此，能够提高作业性。另外，由于从框2的上方朝框2内塞填自硬砂，因此，能够向具有扭曲形状的芯模4的谷部充分地填充自硬砂。由此，能够造型出形状良好的型芯15。
另外，通过使框2沿水平方向旋转，从而将芯模4从型芯15中沿上下方向起模。在使芯模4沿水平方向旋转的情况下，芯模4相对于型芯15沿上下方向移动，因此，需要使让芯模4旋转的电机沿上下方向移动，需要设置使电机移动的机构以及使电机退避的空间，装置变得复杂化、大型化。对此，通过使框2沿水平方向旋转，在不使框2沿上下方向移动的状态下能够将芯模4从型芯15中起模。由此，无需设置使电机7移动的机构以及使电机7退避的空间，因此，能够使装置简单化、小型化。
另外，一边以芯模4的载荷以上的张力将芯模4朝上方拉伸，一边将芯模4从型芯15中朝上方起模。由此，在芯模4的起模中和起模后，芯模4不朝下方移动，因此，能够防止芯模4的载荷作用于型芯15而导致型芯15沿轴向变形。
另外，在向框2内配置芯模4时，使芯模4的中心轴与框2的中心轴一致，由此，在使芯模4与框2相对旋转时，能够使芯模4的中心轴、框2的中心轴以及电机7的中心轴一致。
[第二实施方式]
(型芯造型方法)
接着，对本发明的第二实施方式的型芯造型方法进行说明。需要说明的是，针对与上述构成要素相同的构成要素标注相同的参照标号，并省略其说明。本实施方式的型芯造型方法与第一实施方式的型芯造型方法的不同之处在于，在固化工序中，在向框内投入了从框中溢出的量的自硬砂之后，将从框中溢出的自硬砂去除，由此使框内的自硬砂的上端面平坦化。
(固化工序)
在从框的上方朝框内塞填了自硬砂的情况下，由于自硬砂的体积密度等的变化而存在框内的自硬砂产生不足的情况。对此，在固化工序中，向框内投入从框中溢出的量的自硬砂。由此，自硬砂不会不足，但若从框中溢出的自硬砂直接固化，则型芯的上端面变得不平坦，在将型芯设置于主模时可能会产生形状误差。对此，在进行起模工序之前，通过将从框中溢出的自硬砂去除而使框内的自硬砂的上端面平坦化。由此，能够高精度地形成型芯的上端面。
需要说明的是，考虑事先掌握自硬砂的适当的投入量，对该量进行计测并投入框内。但是，存在因自硬砂的体积密度等的变化而产生不需要部分或不足的风险。对此，在将仅从框中溢出的足够量的自硬砂投入框内之后，去除从框中溢出的自硬砂这一处理是合理的。
不需要的自硬砂的去除只要在进行起模工序之前进行即可，可以在自硬砂的固化中进行，也可以在自硬砂的固化后进行。在芯模的起模后若要养护型芯的上端面，则拔出芯模后的孔周围等壁厚局部变薄的部分容易发生损伤。为此，在拔出芯模之前，使框内的自硬砂的上端面平坦化。另外，为了不以微小的外力造成损伤，优选在自硬砂表现出某种程度的强度之后，使框内的自硬砂的上端面平坦化。
不需要的自硬砂的去除通过下端与配置在框内的芯模的上端面接触的去除装置来进行。通过使去除装置以芯模的轴为中心进行旋转，能够利用去除装置所具有的刮刀状的构件来削去从框中溢出的自硬砂。
(型芯造型装置)
第二实施方式的型芯造型装置是进行上述型芯造型方法的装置。型芯造型装置301如作为侧视图的图5所示那样具有去除装置31。向框2内投入从框2中溢出的量的自硬砂。
去除装置31安装在芯模4的轴4a上。去除装置31能够以芯模4的轴4a为中心进行旋转。
如作为去除装置31的侧视图的图6a以及作为去除装置31的俯视图的图6b所示，去除装置31具有被芯模4的轴4a穿过内部的筒状的筒构件31a、以及安装于筒构件31a的外周面的刮刀状的去除构件31b。筒构件31a的内径大于芯模4的轴4a的外径。去除构件31b在去除装置31旋转时削去从框2中溢出的自硬砂。去除构件31b在筒构件31a的周向上以180度的间隔设置有两个。去除构件31b的长度成为使去除构件31b的端部位于框2的内侧的长度。
需要说明的是，如作为去除装置31的俯视图的图7所示，去除构件31b也可以为一个。另外，如作为去除装置31的俯视图的图8所示，去除构件31b也可以在筒构件31a的周向上以例如120度的间隔设置有三个。当然也可以设置有四个以上。
如作为从a方向观察图6a的侧视图的图9a所示，去除构件31b的厚度在从上端到下端的范围内是一样的。需要说明的是，如作为从a方向观察图6a的侧视图的图9b所示，去除构件31b的厚度也可以从上端到下端而逐渐变薄。这样，通过使下端侧的厚度变薄，能够提高削去自硬砂的能力。另外，如作为从a方向观察图6a的侧视图的图9c所示，也可以使去除构件31b的下端部向与旋转方向(箭头方向)相反侧倾斜或弯曲。通过这样设置，也能够提高削去自硬砂的能力。
如图5的实线所示，去除装置31在自硬砂的投入时向框2的上方退避，以避免妨碍到投入。在自硬砂的投入后，如图5的虚线所示，去除装置31的下端以与芯模4的上端面相接的方式配置。然后，通过手动地旋转去除装置31，由去除构件31b削掉从框2中溢出的自硬砂。需要说明的是，去除装置31也可以构成为，在自硬砂的投入时从芯模4的轴4a卸下，在自硬砂的投入后安装于芯模4的轴4a。
在从框2的上方向框2内塞填了自硬砂的情况下，由于自硬砂的体积密度等的变化而存在框2内的自硬砂产生不足的情况。对此，在本实施方式中，向框2内投入从框2中溢出的量的自硬砂。由此，自硬砂不会不足，但若从框2中溢出的自硬砂直接固化，则型芯15的上端面变得不平坦，在将型芯15设置于主模时可能会产生形状误差。对此，在对芯模4进行起模之前，通过去除从框2中溢出的自硬砂而使框2内的自硬砂的上端面平坦化。由此，能够高精度地形成型芯15的上端面。
另外，通过使去除装置31以芯模4的轴4a为中心进行旋转，能够利用去除装置31所具有的去除构件31b来削去从框2中溢出的自硬砂。由此，能够适当地使框2内的自硬砂的上端面平坦化。
需要说明的是，如作为去除装置31的侧视图的图10所示，去除装置31也可以具有刷子31c来代替刮刀状的去除构件31b。通过利用刷子31c的多个毛来削去从框2中溢出的自硬砂，能够适当地使框2内的自硬砂的上端面平坦化。另外，若采用刷子31c，能够降低对框2内的自硬砂施加的负荷。
另外，如作为去除装置31的侧视图的图11a以及作为去除装置31的俯视图的图11b所示，去除装置31也可以具有圆盘状的板构件31d，在板构件31d形成有多个切口部。切口部从板构件31d被切开并以前端位于下方的方式弯折。因此，在形成有切口部的部位，板构件31d上开设有孔。由切口部削掉的自硬砂通过孔而向板构件31d的上表面移动，手动地从板构件31d上将其去除。即便采用这样的结构，也能够适当地使框2内的自硬砂的上端面平坦化。需要说明的是，板构件31d不局限于圆盘状，也可以为扇状。
(效果)
如以上所述，根据本实施方式的型芯造型方法以及型芯造型装置，在将从框2中溢出的量的自硬砂投入到框2内之后，利用下端与配置在框2内的芯模4的上端面接触的去除装置31来将从框2中溢出的自硬砂去除，由此使框2内的自硬砂的上端面平坦化。在从框2的上方向框2内塞填了自硬砂的情况下，由于自硬砂的体积密度等的变化而存在框2内的自硬砂产生不足的情况。对此，向框2内投入从框2中溢出的量的自硬砂。由此，自硬砂不会不足，但若从框2中溢出的自硬砂直接固化，则型芯15的上端面变得不平坦，在将型芯15设置于主模时可能会产生形状误差。对此，在对芯模4进行起模之前，通过将从框2中溢出的自硬砂去除，从而使框2内的自硬砂的上端面平坦化。由此，能够高精度地形成型芯15的上端面。
另外，通过使去除装置31以芯模4的轴4a为中心进行旋转，从而利用去除装置31所具有的刮刀状的去除构件31b来削去从框2中溢出的自硬砂。由此，能够适当地使框2内的自硬砂的上端面平坦化。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但只不过例示出具体例，不特别限定本发明，具体的结构等能够适当进行设计变更。另外，发明的实施方式所记载的作用及效果只不过是列举了由本发明产生的最优选的作用及效果，本发明的作用及效果不局限于本发明的实施方式所记载的作用及效果。
本申请是基于在2015年12月9日申请的日本专利申请(日本专利申请2015-240504号)及在2016年5月17日申请的日本专利申请(日本专利申请2016-098736号)而完成的，在此参照并援引其内容。
附图标记说明：
1、201、301型芯造型装置；
2框；
2a底板；
2b、2c凹部；
3框台；
3a侧板；
4芯模；
4a轴；
5轴保持件；
6旋转驱动装置；
7电机；
8电源；
9逆变器；
10电机固定件；
11架台；
12导轨；
13拉伸装置；
14金属丝；
15型芯；
21重物；
22金属丝；
23、24滑轮。