CN100408225C - 用于金属铸造的供料器元件和供料器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于金属铸造中的供料器元件(10)。所述供料器元件(10)(所述元件提供缩颈砂芯的功能)具有用于安装在模板(24)上的第一端(16)、用于接收供料器套筒(20)的相对第二端(18)和由侧壁(12)限定出的所述第一端(16)与所述第二端(18)之间的孔(14)。所述供料器元件(10)在使用中可压缩，由此减小了所述第一端(16)与所述第二端(18)之间的距离。本发明还涉及一种缩颈砂芯/供料器套筒组件(10、20)。

Description

用于金属铸造的供料器元件和供料器系统

技术领域

本发明涉及一种在利用铸模进行的金属铸造操作中所使用的，具体而言但不排它地，在高压砂型模制系统中所使用的一种改进型供料器元件。

背景技术

在典型铸造工艺中，熔融金属被浇注入限定出铸件形状的预成型模腔内。然而，当金属固化时其产生收缩，导致产生缩孔，所述缩孔进一步导致在最终铸件中产生不可接受的缺陷。这是铸造工业中众所周知的问题且通过使用在模型形成过程中整合入模型内的供料器套筒(feeder sleeve)或冒口(riser)而得以解决。每个供料器套筒提供了与模腔连通的附加(通常是封闭的)体积或空腔，以使得熔融金属也进入供料器套筒内。在固化过程中，供料器套筒内的熔融金属回流进入模腔内以弥补铸件的收缩。供料器套筒空腔中的金属比模腔中的金属保持更长时间的熔融状态是重要的，因此供料器套筒被制成高度绝缘或更通常被制成放热套筒，以使得一旦与熔融金属接触则产生附加热量以延迟固化。

在固化并去除模型材料后，供料器套筒空腔内的不希望残余金属保持附接到铸件上且必须被去除。为了有利于去除残余金属，在通常被称作颈缩套筒的设计中，供料器套筒空腔可朝向其底部(即最接近模腔的供料器套筒端部)渐细。当对残余金属施加剧烈鼓风处理时，残余金属在接近模型的最脆弱点处分离(该工艺通常已公知为“易割”)。铸件上具有小的放落区也是希望的以允许将供料器套筒放置在限制邻近部件接近的铸件区域中。

尽管供料器套筒可被直接施加到模腔表面上，但它们通常与缩颈砂芯(冒口)结合使用。缩颈砂芯简单地是在中心具有孔眼的难熔材料圆盘(通常是树脂粘结的砂芯或陶瓷芯或供料器套筒材料芯)，所述圆盘位于模腔与供料器套筒之间。贯通缩颈砂芯的孔的直径被设计小于供料器套筒的内部空腔(所述空腔不必要渐细)的直径以使得在接近模型的缩颈砂芯处发生易割。

通常使用限定出模腔的模制铸型形成铸模。销被设置在模板上用作供料器套筒的安装点的预定位置处。一旦所需套筒被安装在模板上，通过将型砂浇注到模板上和供料器套筒周围直至覆盖供料器套筒而形成模型。模型必须具有足够强度以耐受熔融金属浇注过程中的侵蚀，以承受当模型满时施加在模型上的钢铁水静压力且耐受当金属固化时产生的膨胀/压缩力。

型砂可被分成两个主要种类。化学粘结(基于有机或无机粘合剂)或粘土粘结。化学粘结的模制粘合剂通常是自硬化体系，其中粘合剂和化学硬化剂与型砂进行混合且粘合剂和硬化剂立即开始反应，但反应足够慢以便足以允许型砂在模板周围成型且随后允许型砂足够硬化以进行去除和铸造。

用粘土粘结方式进行的模制使用粘土和水作为粘合剂且可在“生坯”或未干燥状态下使用且通常被称作生砂。生砂混合物不易流动或不易在压缩力下单独移动，且因此为了将生砂压实在铸型周围且如前详细所述地为模型提供充分强度的性质，施加震动、振动、挤压和捣实方式的多种组合以高生产率生产均匀强度的模型。通常使用液压油缸在高压下压缩(压实)型砂(该工艺被称作“上冲”)。随着铸件复杂性和生产率需求的增加，需要尺寸更稳定的模型且趋势倾向于更高的捣实压力，所述更高的捣实压力可导致供料器套筒和/或当存在时缩颈砂芯的破裂，尤其是如果缩颈砂芯或供料器套筒在上冲之前与模板直接接触的情况下更是如此。

通过使用弹簧销而部分缓解了上述问题。供料器套筒和可选的定位器芯(在组成和整体尺寸上与缩颈砂芯相似)初始与模板间隔一定距离且在上冲后朝向模板移动。弹簧销和供料器套筒可被设计以使得在进行捣实后，套筒的最终位置使得其不与模板直接接触且通常与铸型表面距离5至25mm。易割点通常是不可预计的，这是因为其取决于弹簧销底部的尺寸和轮廓且因此导致附加的清洗成本。EP-A-1184104中阐述了与弹簧销相关的其它问题。EP-A-1184104中提供的解决方案是两部分供料器套筒。在模型形成过程中的压缩下，一个模型(套筒)部分叠缩进入另一个部分内。其中一个模型(套筒)部分总是与模板接触且不需要弹簧销。然而，仍存在与EP-A-1184104的叠缩布置相关的问题。例如，由于叠缩操作，模制后的供料器套筒的体积是可变的且取决于多种因素，包括模压机压力、铸件几何形状和型砂性质。该不可预计性可对供料性能产生有害影响。此外，在需要放热套筒的情况下，该布置并未达到理想适配的程度。当使用放热套筒时，放热材料与铸件表面的直接接触是不希望的且可导致较差的表面光洁度、铸件表面的局部污染且甚至导致子表面气体缺陷。

EP-A-1184104的叠缩布置的又一个缺点源自保持两个铸模(套筒)部分之间的初始间隔所需要的突出部或凸缘。在模制过程中，这些小的突出部产生脱落(由此允许发生叠缩作用)且简单地落入型砂内。经过一定时期之后，这些碎片将积聚在型砂中。当碎片由放热材料制成时，该问题尤其突出。型砂的湿气可潜在地与吸热材料(例如金属铝)发生反应，导致形成小的爆炸性缺陷的潜在可能。

发明内容

本发明的一个目的是在第一方面中提供一种可用于铸模操作中的改进型供料器元件。具体而言，本发明的一个目的是在第一方面中提供一种供料器元件，所述供料器元件提供了下列优点中的一个或多个(且优选全部)：

(i)更小的供料器元件接触面积(孔口与铸件)；

(ii)所述铸件表面上的小放落区(外部轮廓接触区)；

(iii)在模型形成过程中在高压力下供料器套筒破裂可能性的下降；和

(iv)一致的易割部位，且显著降低了清洗需求。

本发明的又一个目的是消除或减轻与EP-A-1184104中披露的两部分叠缩供料器套筒相关的一个或多个缺点。

本发明的第二方面的目的是提供EP-A-1184104提出的系统的另一种可选供料器系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于金属铸造中的供料器元件，所述供料器元件具有用于安装在模制铸型(板)上的第一端、用于接收供料器套筒的相对第二端和由侧壁限定出的所述第一端与所述第二端之间的孔，所述供料器元件在使用中可受到不可逆的压缩，由此减小所述第一端与所述第二端之间的距离。

应该理解压缩量和引发压缩所需要的作用力将受到多种因素的影响，包括所述供料器元件的制造材料和所述侧壁的形状和厚度。同样应该理解，单独的供料器元件将根据预期应用情况、希望引入的压力和所述供料器的尺寸需求进行设计。尽管本发明在高体积高压模制系统中特别有用，但其在更低压力的应用情况(当因此进行构造时)如手捣铸模中同样有用。

初始压碎强度(即，使压缩开始且使所述供料器元件发生超过其在未使用和未压碎状态时所具有的自然柔性的不可逆变形所需要的作用力)优选不超过5000N，且更优选不超过3000N。如果初始压碎强度太高，那么模制压力可导致所述供料器套筒在压缩开始之前受到破坏。初始压碎强度优选为至少500N。如果压碎强度太低，那么元件的压缩可偶然地开始，例如如果多个元件进行层叠以进行储存或在输运过程中的情况下。

本发明的供料器元件可被认为是缩颈砂芯，这是因为该术语适当地说明了元件在使用中的一些功能。传统上，缩颈砂芯包括树脂粘结型砂或是陶瓷材料或供料器套筒材料的芯。然而，本发明的供料器元件可由多种其它适当材料制成。在某些构型中，将所述供料器元件认为是供料器颈部可能更适当。

如本文中使用地，术语“可压缩”在其最广泛的意义上进行使用且仅旨在传递所述供料器元件的第一端与第二端之间的长度在压缩之后比在压缩之前更短的信息。所述压缩是不可逆的，即重要的是在去除压缩引发力之后所述供料器元件不回复其原始形状。

可通过非脆性材料如金属(例如钢、铝、铝合金、黄铜等)或塑料产生形变而实现压缩。在第一实施例中，所述供料器元件的侧壁设有一个或多个脆弱点，所述脆弱点被设计以便在预定载荷(对应于压碎强度)下产生变形(或甚至是剪切)。

所述侧壁可设有至少一个厚度减少的区域，所述区域在预定载荷下产生变形。另一种可选方式是或此外，所述侧壁可具有导致侧壁在预定载荷(对应于压碎强度)下产生变形一个或多个扭结部、弯曲部、皱折部或其它轮廓。

在第二实施例中，所述孔是截锥形的且由具有至少一条周向沟槽的侧壁限定出边界。所述至少一条沟槽可在所述侧壁的内或(优选)外表面上且在使用中提供了脆弱点，所述脆弱点在施加的载荷(对应于压碎强度)下可预期地产生变形或剪切。

在特别优选的实施例中，所述供料器元件具有阶梯状侧壁，所述阶梯状侧壁包括以直径增加的环(所述环不必是平面的)的形式存在的第一系列侧壁区域，所述第一系列侧壁区域与第二系列侧壁区域互相连接且形成一体。所述侧壁区域优选具有大体上均匀的厚度，以使得所述供料器元件的所述孔的直径从所述供料器元件的所述第一端向所述第二端增加。便利地，所述第二系列的侧壁区域是环形的(即，平行于所述孔轴线)，尽管它们可以是截锥形的(即相对于所述孔轴线是倾斜的)。两个系列的侧壁区域可具有非圆形形状(例如，椭圆形、正方形、矩形或星形)。

可通过调节每个壁区域的尺寸而改变所述供料器元件的压缩行为。在一个实施例中，所有所述第一侧壁区域具有相同的长度且所有所述第二系列侧壁区域具有相同的长度(所述长度可与所述第一系列侧壁区域的长度相同或不同)。然而，在优选的实施例中，所述第一系列侧壁区域的长度产生变化，朝向所述供料器元件的所述第二端的所述壁区域长于朝向所述供料器元件的所述第一端的所述侧壁区域。

可由所述第二系列的一对侧壁区域之间的单个环限定出所述供料器元件。然而，所述供料器元件可具有多达六个或更多个所述第一系列侧壁区域和所述第二系列侧壁区域中的每个系列。

在所述孔轴线与所述第一侧壁区域之间限定出的角度(尤其是当所述第二侧壁区域平行于所述孔轴线时)优选从约55至90°且更优选从约70至90°。所述侧壁区域的厚度优选占所述第一侧壁区域的内径与外径之间的距离(即在平面环(环形体)的情况下的环形厚度)的约4至24％，优选约6至20％，更优选约8至16％。

所述第一系列侧壁区域的内径与外径之间的距离优选为4至10mm且最优选为5至7.5mm。所述侧壁区域的厚度优选为0.4至1.5mm且最优选为0.5至1.2mm。

通常，所述第一系列和所述第二系列内的每个侧壁之间是平行的以使得上述角度关系应用于所有所述侧壁区域。然而，这不是必要的情况且所述侧壁区域中的一个(或多个)可相对于相同系列中的其它侧壁与所述孔轴线成不同角度倾斜，尤其是在所述侧壁区域限定出所述供料器元件的所述第一端(底部)的情况下。

在便利的实施例中，在所述供料器元件与铸件之间仅形成了边缘接触，所述供料器元件的所述第一端(底部)由不垂直于所述孔轴线的所述第一或第二系列侧壁区域限定出来。从前面的讨论中可以意识到，这种布置有利于使所述供料器的所述放落区和接触面积最小化。在这种实施例中，限定出所述供料器元件的所述第一端的所述侧壁区域可具有与该系列的其它侧壁区域不同的长度和/或取向。例如，限定出所述底部的所述侧壁区域可相对于所述孔轴线倾斜5至30°，优选5至15°的角度。限定出所述供料器元件的所述第一端的所述侧壁区域的自由边缘优选具有向内的环形凸缘或珠缘。

便利地，所述第一系列侧壁区域限定出所述供料器元件的所述第二端，所述侧壁区域优选垂直于所述孔轴线。这种布置提供了在使用中安装供料器套筒的适当表面。

从前面的讨论中可以理解，所述供料器元件旨在与供料器套筒结合使用。因此，本发明在第二方面中提供了一种用于金属铸造的供料器系统，所述供料器系统包括根据所述第一方面的供料器元件和紧固到其上的供料器套筒。

所述供料器套筒的本质不受到具体限制且其例如可以是绝缘的、放热的或二者相结合的，例如由Foseco出售的商标名为KALMIN、FEEDEX或KALMINEX的供料器套筒。所述供料器套筒可便利地通过粘结剂紧固到所述供料器元件上或还可形成推入配合或在所述供料器元件的部分周围模制出所述套筒。

附图说明

下面将仅通过实例并结合附图对本发明的实施例进行描述，在所述附图中：

图1和图2分别是根据本发明的第一供料器元件的侧视图和顶视图；

图3和图4分别示出了在上冲(ram up)前和上冲后的图1所示的供料器元件和安装在弹簧销上的供料器套筒；

图3A是图3所示组件的一部分的剖视图；

图5和图6分别示出了在上冲前和上冲后的图1所示的供料器元件和安装在固定销上的供料器套筒；

图7和图8分别是根据本发明的第二供料器元件的侧视图和预视图；

图7A和图7B分别是安装在标准销和变型销上的图7所示供料器元件的一部分的剖视图；

图9和图10分别是根据本发明的第三供料器元件的侧视图和顶视图；

图11是根据本发明的第四供料器元件的侧视图；

图12和图13分别是在压缩前和压缩后的根据本发明的第五供料器元件的剖视图；

图14和图15分别是在压缩前和压缩后的包括根据本发明的第六供料器元件的供料器组件的剖视示意图；

图16是根据本发明的第七供料器元件的侧视图；

图17和图18是包括根据本发明的供料器元件的第八实施例的供料器套筒组件的剖视图；

图19是施加的作用力与图7所示的缩颈砂芯(breaker core)的压缩量的关系曲线图；

图20是示出了根据本发明的一系列缩颈砂芯的压缩数据的条形图；

图21是作用力与侧壁厚度不同的图7所示类型的一系列缩颈砂芯的压缩量的关系曲线图；和

图22和图23分别示出了在上冲前和上冲后的图1所示的供料器元件和安装在固定销上的不同于图5和图6所示的供料器套筒。

具体实施方式

参见图1和图2，以缩颈砂芯的形式存在的供料器元件10具有通过压制钢板而形成的大体上呈截锥形的侧壁12。侧壁12的内表面限定出从缩颈砂芯的第一端(底部)16穿过缩颈砂芯10延伸至其第二端(顶部)18的孔14，所述孔14在第一端16处的直径小于在第二端18处的直径。侧壁12具有阶梯状构型且包括交替系列的第一侧壁区域12a和第二侧壁区域12b。侧壁12可被认为是(第一)系列相互隔开的环形体或环12a(有七个)，每个环形体12a具有对应于前一个环形体12a外径的内径，且相邻的环形体12a通过第二系列12b的环形侧壁区域(有六个)互相连接。结合孔14的纵向轴线更便于说明侧壁区域12a、12b，第一系列的侧壁区域12a是径向(如图所示为水平的)侧壁区域且第二系列的侧壁区域12b是轴向(如图所示为垂直的)侧壁区域。孔轴线与第一侧壁区域12a之间的角度α(在本实例中也是相邻对侧壁区域之间的角度)是90°。径向侧壁区域12a限定出缩颈砂芯10的底部16和顶部18。在所示的实施例中，轴向侧壁区域12b都具有相同高度(从内径至外径的距离)，而底部两个径向侧壁区域12a具有减小的环形厚度(内径与外径之间的径向距离)。根据缩颈砂芯所附接(下面将进行说明)的供料器套筒的尺寸选择限定出缩颈砂芯10的顶部18的径向侧壁区域的外径。位于缩颈砂芯10的第一端16处的孔14的直径被设计与固定销滑动配合在一起。

参见图3，图1所示的缩颈砂芯10通过粘结剂附接到供料器套筒20上，缩颈砂芯/供料器套筒组件被安装在紧固到模板24上的弹簧销22上。形成缩颈砂芯10的底部16的径向侧壁区域12a位于模板24上(图3A)。在一种变型(未示出)中，缩颈砂芯10的顶部18设有一系列贯通孔(例如六个均匀隔开的圆孔)。缩颈砂芯10通过施加在两个部分之间的粘结剂(例如热熔融粘结剂)被紧固到供料器套筒20上。当施加压力时，粘结剂通过孔被部分挤出并发生固化。这种固化的粘结剂起到将缩颈砂芯10和供料器套筒20更紧固地保持在一起的铆钉的作用。

在使用中，供料器套筒组件由型砂(所述型砂还进入供料器套筒20下面的缩颈砂芯10周围的体积内)覆盖且模板24进行“上冲”由此压缩型砂。压缩力导致套筒20朝向模板24向下移动。该力部分被销22吸收且部分通过有效地用作供料器套筒20的折皱区域的缩颈砂芯10的变形或坍塌而被吸收。与此同时，截留在形变缩颈砂芯10下面的模制介质(型砂)还被逐渐压实以在缩颈砂芯10下面提供所需模型硬度和表面光洁度(该特征为所有实施例所共有，其中供料器元件的向下渐细形状允许型砂被直接截留在供料器套筒下面)。此外，型砂的压实还有助于吸收一些撞击。应该理解，由于缩颈砂芯10的底部16限定出与模腔连通的最窄区域，因此供料器套筒20不需要具有可能降低其强度的渐细空腔或过度渐细的侧壁。上冲后的情况如图4所示。在去除模板24和销22后实现铸造。

有利地，本发明的供料器元件不依赖于弹簧销的使用。图5和图6示出了装配到安装在固定销26上的供料器套筒20a上的缩颈砂芯10。由于在上冲后(图6)，套筒20a向下移动且销26被固定住，因此套筒20a设有孔28，销26被接收在所述孔内。如图所示，孔28延伸穿过套筒20a的顶表面，尽管应该理解在其它实施例(未示出)中，套筒上可设有盲孔(即，孔仅部分延伸通过供料器的顶部以使得冒口套筒空腔被封闭)。在又一个变型中(如图22所示)，盲孔与固定销结合使用，套筒被设计以使得在上冲后，销如图23所示(且在DE 19503456中进行描述)刺穿供料器套筒的顶部，因此一旦去除销则形成模型气体的排气口。

参见图7和图8，如图所示的缩颈砂芯30与图1所示的缩颈砂芯的不同之处在于限定出缩颈砂芯30的底部的侧壁区域32沿轴向取向且其直径大体上对应于销22、26的直径。该轴向侧壁区域32还进行延伸以具有比其它轴向侧壁区域12b更大的高度，以为缩颈砂芯30下面压实的型砂留出一些深度。此外，限定出底部的轴向侧壁区域32的自由边缘具有向内的环形凸缘32a，所述环形凸缘在使用中位于模板上且加强了孔的下部边缘并增加了与模板24的接触面积(确保缩颈砂芯30的底部在压缩情况下不向外张开)，所述环形凸缘在供料器颈部中产生了限定槽口以有助于进行易割(knock off)且确保易割部位接近铸件表面。环形凸缘还提供了销上的准确位置，同时在其与轴向侧壁区域32之间留出一定间隙。这在图7A中看得更清楚，从所述图中可以看到在模板24与缩颈砂芯30之间仅存在边缘接触，由此使供料器元件的放落区域最小化。剩余的轴向和径向侧壁区域12a、12b具有相同的长度/高度。

易割点如此接近铸件以使得在某些极端情况下缩颈砂芯30有可能脱落并进入铸件表面内。因此参见图7B，所希望的是可能在销(固定销或弹簧销)的底部处设置短(约1mm)的柱36，缩颈砂芯30位于所述短柱上。通过形成具有适当抬高区域的模板24而便利地完成所述设置，销被安装在所述区域上。另一种可选方式是，短柱可以被形成作为销的底部处的模板24的一部分，或作为在将缩颈砂芯30安装在销上之前被安放在销上的不连续构件(例如，垫圈)的环的形式存在。

参见图9和图10，除了限定出缩颈砂芯40的底部的侧壁42呈截锥形且从缩颈砂芯的底部向孔轴线以约20°至30°的角度沿轴向向外渐细以外，根据本发明的另一种缩颈砂芯40大体上与图7和图8所示的缩颈砂芯相同。侧壁42以相同方式且为了与图7所示实施例相同的目的而设有环形凸缘42a。缩颈砂芯40比图7所示的缩颈砂芯30少一个阶梯部(即少一个轴向侧壁区域12a和径向侧壁区域12b)。

参见图11，图中示出了根据本发明的另一种缩颈砂芯50。其基本构型与前面描述的实施例中的构型相似。压制的金属侧壁呈阶梯状以提供朝向缩颈砂芯50的第二(顶)端52直径增加的孔14。然而，在该实施例中，第一系列侧壁区域54相对于孔轴线倾斜约45°(即呈截锥形)以使得它们相对于缩颈砂芯50的底部56外张。侧壁区域54与孔轴线之间的角度α也是45°。该实施例具有优选的特征，即第一系列的径向侧壁区域54与轴向侧壁区域12b长度相同，从而使得在压缩后所致形变的供料器元件的外形轮廓是相对横平的(水平的)。缩颈砂芯50仅包括四个第一系列的轴向侧壁区域54。第二系列12b的侧壁区域58在缩颈砂芯50的底部56处终止且显著长于第二系列的其它侧壁区域12b。

参见图12和图13，图中示出了另一种缩颈砂芯60。缩颈砂芯60具有由具有大体上均匀厚度的金属侧壁64限定出的截锥形孔62，三个相互隔开的同心沟槽66已被设置(在本实例中通过机加工)在所述侧壁的外表面内。沟槽66将脆弱点引入侧壁64内，所述脆弱点在压缩时以预计方式被破坏(图13)。在该实施例的多种变型(未示出)中，设置了一系列不连续槽口。另一种可选方式是，侧壁被形成具有交替的相对较厚和相对较薄的区域。

图14和图15示出了根据本发明的又一种缩颈砂芯。缩颈砂芯70是薄侧壁的钢压制件。从其底部开始，侧壁具有外张的第一区域72a、具有圆形横截面的管形轴向第二区域72b和径向向外延伸的第三区域72c，第三区域72c在使用中用作供料器套筒20的支座。在压缩条件下，缩颈砂芯70以可预计的方式坍塌(图15)，第一侧壁区域72a与第二侧壁区域72b之间的内部角度减小。

应该理解，存在具有定向侧壁区域的不同组合的多种可能的缩颈砂芯。参见图16，所示的缩颈砂芯80与图11所示的缩颈砂芯相似。在该特定实例中，一个系列的径向(水平)侧壁区域82与一系列轴向倾斜的侧壁区域84相互交替。参见图17和图18，缩颈砂芯90具有由从底部往上向内和向外限定出的第一系列向外轴向倾斜的侧壁区域92与一系列向内轴向倾斜的侧壁区域94交替形成的Z字形构型。在本实施例中，缩颈砂芯被安装在销22上，与套筒20无关，所述套筒位于缩颈砂芯上但未紧固到其上。在一种变型(未示出)中，上部径向表面限定出缩颈砂芯的顶部且为套筒提供了支承表面，如果需要，所述套筒可被预粘结到缩颈砂芯上。

试验实例

在商用Kunkel-Wagner高压模制生产线No 09-2958上进行试验，上冲压力为300吨且型箱尺寸为1 375×975×390/390mm。模制介质是粘土粘结的生砂体系。铸件是由可锻铸铁(球墨铸铁)制成的汽车用中心齿轮壳体。

对比实例1

附接到适当的硅砂缩颈砂芯(10Q)上的FEEDEX HD-VS159供料器套筒(快速点火、高放热且耐压)被直接安装在模板上，且在进行模制之前通过固定销将缩颈砂芯/供料器套筒装置设置在模板上。尽管易割点是可重复的且接近铸件表面，但由模制压力造成的损伤(主要是开裂)在多个缩颈砂芯和套筒上仍是明显的。

对比实例2

如对比实例1中那样使用附接到适当的定位器芯(50HD)上的FEEDEXHD-VS159供料器套筒(快速点火、高放热且耐压)，但在本实例中在进行模制之前使用弹簧销以将定位器芯/供料器套筒装置安装在模板上。在模制过程中，压力迫使定位器芯/供料器套筒装置和弹簧销向下移动，且型砂向下流并被压实在定位器芯下面。模制后在缩颈砂芯或套筒中没有观察到可见损伤。然而，易割点是不可重复的(由于弹簧销底部的尺寸和外形轮廓的原因)且在一些情况下将不得不需要对短柱进行手工修整，这增加了铸件的制造成本。

实例1a

附接到FEEDEX HD-VS159放热套筒上的由0.5mm钢制成的图1所示的缩颈砂芯(轴向长度30mm，最小直径30mm，对应于套筒底部外径的最大直径82mm)被安装在固定销或弹簧销上。在模制后没有观察到供料器套筒上存在可见损伤且观察到在直接位于缩颈砂芯下面的区域中模型的型砂压实情况是优良的。易割点是可重复的且接近铸件表面。在一些情况中，残余供料器金属和缩颈砂芯实际上在铸件抖落过程中从生砂模型上脱落，从而消除了对易割步骤的需要。在铸件上没有表面缺陷且没有不利迹象显示钢制缩颈砂芯与铁铸件表面发生了直接接触。

实例1b

对附接到FEEDEX HD-VS159放热套筒上的由0.5mm钢制成的图7所示的缩颈砂芯(轴向长度33mm，最小直径20mm，对应于套筒底部外径的最大直径82mm)进行进一步试验。该缩颈砂芯用于齿轮壳体铸件的不同模块设计，所述设计与前面实例中的铸件相比具有更符合外形且不均匀的轮廓，且该缩颈砂芯被相似地安装在固定销或弹簧销上。如直接位于缩颈砂芯下面的区域中的模型的型砂压实情况那样，易割性能同样是优良的。使用该缩颈砂芯(与实例1a相比)为减小放落区域以及减小供料器元件与铸件表面的接触面积提供了有利的机会。

实例1c

对附接到FEEDEX HD-VS159放热套筒上的由0.5mm钢制成的图9所示的缩颈砂芯(轴向长度28mm，对应于套筒底部外径的最大直径82mm，且侧壁42以相对于孔轴线18°的角度从底部向外轴向渐细)进行了第三次试验。该缩颈砂芯用于齿轮壳体铸件的多种不同设计，包括实例1a和1b中使用的那些设计。缩颈砂芯/供料器套筒装置被安装在固定销或弹簧销上。在缩颈砂芯的底部处渐细侧壁42和环形凸缘42a的结合导致在供料器颈部中形成了高度限定的槽口和锥度，这导致供料器头部具有优良的易割性能，所述易割是高度一致且可重现的，非常接近铸件表面且因此需要对短柱进行最小量的机加工以产生精加工铸件。

实例2-对压碎强度和侧壁构型的研究

通过将缩颈砂芯置于Hounsfield压缩强度试验机的两块平行板之间而对缩颈砂芯进行试验。底板被固定住，而顶板通过机械螺纹机构以每分钟30mm的恒定速率向下横移且绘出施加作用力与板位移量的关系曲线图。

所试验的缩颈砂芯具有图11所示的基本构型(侧壁区域12b和54为5mm，侧壁区域58为8mm且限定出从18至25mm范围内的孔，且缩颈砂芯的顶部52的最大直径为65mm)。总共对十个不同的缩颈砂芯进行试验，所述缩颈砂芯之间的仅有差别为角度α和顶部外侧壁区域的长度，所述角度以5°的间隔从45至90°变化，对所述顶部外壁区域的长度进行调节以使得缩颈砂芯的顶部52的最大直径对于所有缩颈砂芯而言都是65mm。金属缩颈砂芯的金属厚度是0.6mm。

参见图19，对于α＝50°的缩颈砂芯，绘出作用力与板位移量之间的曲线图。可以注意到，随着作用力的增加，缩颈砂芯处于最小压缩状态(与处于未使用和未压碎状态的内禀柔性相关)直至施加临界力(点A)，该点在此被称作初始压碎强度，在所述临界力后，压缩在更低的载荷下迅速进行下去，且点B标示出在发生初始压碎强度之后的最小作用力测量值。产生进一步的压缩且作用力增加至最大值(最大压碎强度，点C)。当缩颈砂芯已经达到或接近其最大位移量(点D)时，所述作用力在物理上不可能发生进一步位移的点(点E)处不成比例地迅速增加。

所有十个缩颈砂芯的初始压碎强度、最小作用力测量值和最大压碎强度被绘制在图20中。理想情况下，初始压碎强度应该低于3000N。如果初始压碎强度太高，那么模制压力可导致供料器套筒在缩颈砂芯有机会压缩之前受到破坏。理想的曲线是从初始压碎强度到最大压碎强度的线性曲线，因此最小作用力测量值(点B)将理想地非常接近最小压碎强度。理想的最大压碎强度很大程度上取决于缩颈砂芯所旨在应用的情况。如果要施加非常高的模制压力，那么与缩颈砂芯用于更低的模制压力应用情况相比，更希望的情况是最大压碎强度更高。

实例3-对压碎强度和侧壁厚度的研究

为了研究金属厚度对压碎强度参数的影响，制成更多的缩颈砂芯且如实例2那样对它们进行试验。缩颈砂芯与实例1b中使用的那些缩颈砂芯相同(轴向长度33mm，最小直径20mm，对应于套筒底部外径的最大直径82mm)。钢厚度是0.5、0.6或0.8mm(对应于侧壁12a环形厚度的10、12、16％)。作用力与位移量的关系曲线如图21所示，从所述图中可以看到初始压碎强度(点A)随金属厚度而增加，最小作用力(点B)与初始压碎强度之间的差别也是如此。如果金属相对于侧壁区域12a的环形厚度太厚，那么初始压碎强度不可接受地高。如果金属太薄，那么压碎强度不可接受地低。

由实例2和3的考虑中可以理解，通过改变缩颈砂芯的几何形状和缩颈砂芯材料的厚度，可改变三个关键参数(初始压碎强度、最小作用力和最大压碎强度)以适于缩颈砂芯旨在具体应用的情况。

Claims (29)

1. 一种用于金属铸造中的供料器元件，所述供料器元件具有用于安装在模制铸型上的第一端、用于接收供料器套筒的相对第二端和由侧壁限定出的所述第一端与所述第二端之间的孔，所述供料器元件在使用中可受到不可逆的压缩，由此减小了所述第一端与所述第二端之间的距离。

2. 根据权利要求1所述的供料器元件，其中初始压碎强度不超过5000N。

3. 根据权利要求1所述的供料器元件，其中所述初始压碎强度至少是500N。

4. 根据权利要求1所述的供料器元件，其中所述初始压碎强度至少是500N且不超过3000N。

5. 根据权利要求1所述的供料器元件，其中通过金属材料产生形变而实现所述压缩。

6. 根据权利要求5所述的供料器元件，其中所述金属是从钢、铝、铝合金和黄铜中选出的。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的供料器元件，其中所述供料器元件具有阶梯状侧壁，所述阶梯状侧壁包括以直径增加的环的形式存在的第一系列侧壁区域，所述第一系列侧壁区域与第二系列侧壁区域互相连接且形成一体。

8. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述供料器元件由位于一对第二系列侧壁区域之间的单个环限定出。

9. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述侧壁区域的厚度为0.4毫米-1.5毫米。

10. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述单个环或多个环是圆形的。

11. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述单个环或多个环是平面的。

12. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述侧壁区域具有大体上均匀的厚度。

13. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述第二系列的侧壁区域是环形的。

14. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述孔轴线与所述第一侧壁区域之间限定出的角度范围为约55°至90°。

15. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述供料器元件的所述第一端由所述第二系列的一个侧壁区域限定出，所述侧壁区域具有比所述第二系列的其它侧壁区域更长的长度。

16. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中限定出所述供料器元件的所述第一端的所述侧壁区域相对于所述孔轴线倾斜5°至30°的角度。

17. 根据权利要求7所述的供料器元件，其中所述侧壁区域的厚度占所述第一侧壁区域的内径与外径的长度之间的差值的4％至24％。

18. 根据权利要求17所述的供料器元件，其中限定出所述供料器元件的所述第一端的所述侧壁区域的自由边缘具有向内的环形凸缘。

19. 根据权利要求1至6中任一项所述的供料器元件，其中所述供料器元件的侧壁设有一个或多个脆弱点，所述脆弱点被设计以便在使用中预定载荷下产生变形。

20. 根据权利要求19所述的供料器元件，其中所述一个或多个脆弱点被设计以便在使用中预定载荷下产生剪切作用。

21. 根据权利要求19所述的供料器元件，其中所述侧壁设有至少一个厚度减小的区域，所述区域在预定载荷下产生变形。

22. 根据权利要求19所述的供料器元件，其中所述侧壁设有导致侧壁在预定载荷下产生变形的一个或多个扭结部、弯曲部或皱折部。

23. 根据权利要求19所述的供料器元件，其中所述孔是截锥形的且由具有至少一条周向沟槽的侧壁限定出边界。

24. 一种用于金属铸造的供料器系统，所述供料器系统包括根据权利要求1至6中任一项所述的供料器元件和紧固到所述供料器元件上的供料器套筒。

25. 一种用于金属铸造的供料器系统，所述供料器系统包括根据权利要求7所述的供料器元件和紧固到所述供料器元件上的供料器套筒。

26. 一种用于金属铸造的供料器系统，所述供料器系统包括根据权利要求19所述的供料器元件和紧固到所述供料器元件上的供料器套筒。

27. 根据权利要求24所述的供料器系统，其中所述供料器套筒通过粘结剂或通过与所述供料器元件形成推入配合或通过在所述供料器元件的部分周围模制出所述套筒而被紧固到所述供料器元件上。

28. 根据权利要求25所述的供料器系统，其中所述供料器套筒通过粘结剂或通过与所述供料器元件形成推入配合或通过在所述供料器元件的部分周围模制出所述套筒而被紧固到所述供料器元件上。

29. 根据权利要求26所述的供料器系统，其中所述供料器套筒通过粘结剂或通过与所述供料器元件形成推入配合或通过在所述供料器元件的部分周围模制出所述套筒而被紧固到所述供料器元件上。

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