CN104271285B - 颈缩进料装置和颈缩进料系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于金属铸造的整体构造的颈缩进料装置。所述进料装置包括主体部分，所述主体部分在其第一端处一体地形成有用于安装在铸模板上的锥形基底部分。所述主体部分和基底部分被具有一个或多个强度较弱的区域的连续侧壁限定，所述强度较弱区域被设置成使得进料筒在使用时可断裂，借此基底部分的至少一部分与主体部分分离并且被接收在主体部分中。

Description

颈缩进料装置和颈缩进料系统

技术领域

本发明涉及一种用于利用铸型进行金属铸造操作的颈缩进料装置。

背景技术

在典型的铸造过程中，熔融金属被注入限定铸件的形状的预成型的铸模腔中。然而，当金属固化时收缩，这将导致缩孔，所述缩孔继而在最终的铸件中导致不可接受的瑕疵。在铸造行业中这是众所周知的问题，并且通过使用在铸模形成过程中一体形成至铸模中的进料筒或冒口来解决所述问题。每个进料筒都提供连通铸模腔的额外的(通常包封的)体积或腔，从而熔融金属也可以进入进料筒中。在固化过程中，进料筒中的熔融金属流回到铸模腔中以补偿铸件的收缩。重要的是，在进料筒腔中的金属比在铸模腔中的金属保持更长时间的熔融状态，如此进料筒形成为高度绝热或通常地更加放热的，从而当与熔融金属接触时，额外的热被生成以延迟固化。

在铸模材料的固化和除去之后，来自进料筒腔中的无用的残余金属保持附接至铸件并且必须被移除。为了便于残余金属的除去，在通常称为颈缩进料筒的设计中，进料筒腔可以朝向其基部(即进料筒的最靠近铸模腔的端部)逐渐变尖。当对残余金属施加猛击时，所述残余金属在将靠近铸模的最弱的点处与铸件分离(该过程通常被认为是“打掉”)。还期望铸件上的小型空间可以允许进料筒定位在铸件的通路可以由邻近的特征部限制的区域中。

进料筒可以直接施加到铸模腔的表面上，或所述进料筒可以与隔片型芯结合使用。隔片型芯仅是在其中心处具有孔的且位于铸模腔和进料筒之间的耐火材料的圆盘(典型地树脂砂芯或陶瓷芯或进料筒材料的芯)。贯穿隔片型芯的孔的直径被设计成小于进料筒的内腔(所述内腔不一定是锥形)的直径，从而“打掉”现象出现在靠近铸模的隔片型芯处。

型砂可以分成两个主要类别；化学接合(基于有机或无机粘结剂)或粘土接合。化学接合的型砂粘结剂是典型自硬性系统，其中粘结剂和化学硬化剂与砂子和粘结剂混合并且粘合剂和硬化剂立即开始反应，但是该反应过程非常缓慢以足以允许砂子在模板附近成型并且随后容许足够硬化以用于除去和浇铸。粘土接合造型系统使用粘土和水作为粘结剂，并且可以用于“潮湿的”或未干燥的状态，并且通常被称为湿砂。湿砂混合物仅在压力下不容易流动或移动，并且因此可以在模板附近压紧湿砂并且使铸模具有足够的强度特性，震动、振荡、挤压和猛压的各种组合被用于高产率地产生均匀强度的铸模。

造型惯例是众所周知的，并且在Foseco铁铸造厂工人手册(ISBN075064284X)的第12章、第13章中被示例地描述。被认为是自硬的或自硬化过程的典型过程通常是在连续搅拌机中将砂子与液态树脂或硅酸盐粘结剂以及适当的催化剂混合在一起。混合的砂子随后通过振动和猛压的组合在模板周围被压实，并且随后被容许保持原状，在这段时间内，催化剂开始与粘结剂反应以促使砂子混合物的硬化。当铸模已经达到可操作的强度时，所述铸模从模板移除并且继续硬化直到化学反应完成。

当进料筒被使用时，所述进料筒被放置在模板上并且混合的砂子被施加在所述进料筒周围。典型地，具有模板和进料筒(多个进料筒)的铸模是填充有被压实到模板上和进料筒(多个进料筒)周围的混合砂子的部件。进一步地，混合砂子被快速地添加以填充铸模，并且砂子被压紧，容许硬化并且随后从模板移除。由于砂子在进料筒的基部周围的较差的或不充分的压实可以在铸件中导致表面光洁度较差和一些缺陷，所以问题经常出现。当使用颈缩进料筒或锥形进料筒时，将导致在模板和难以将砂子一致地压实成必须的强度的锥形侧壁(颈)下方之间形成陷，这个问题变得尤为重要。

EP-A-1184104提供的解决方案是两件式进料筒。在造型操作过程中，压力被施加到进料筒的顶部，并且所述进料筒部件的一个部件伸缩进入另一个部件中。进料筒部件中的一个部件总是与模板保持接触，并且外部上进料筒部件朝模板移动并且将型砂压紧在所述部件下方并且邻近模板。然而，一个问题出自保持两个铸模(进料筒)部件的初始间隔而所需的突出部或凸缘。在造型过程中，这些小的突出部断裂(从而允许伸缩操作发生)并且完全降落至型砂中。一段时间后，这些部件将堆积在型砂中。当部件由放热材料制造时，该问题尤为严重。来自砂子的湿气可以潜在地与放热材料(例如金属铝)进行反应，产生造成潜在的小型扩张缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供可以用于浇铸造型操作并且减缓与已知的相关联的一个或多个问题的改进的进料筒。

根据本发明的第一方面，提供一种用于金属铸造的整体构造的颈编进料筒，所述颈编进料筒包括主体部分，所述主体部分在其第一端处一体地形成有用于安装在铸模板上的锥形基底部分，所述主体部分和所述基底部分被具有一个或多个厚度减少的区域的连续侧壁限定，所述厚度减小的区域被设置成使得进料筒在使用时可断裂，借此基底部分的至少一部分与所述主体部分分离并且被接收在所述主体部分中，并且其中颈缩进料筒的断裂强度不超过5kN。

因此本发明提供一种被构造成单体式的并且适于例如在模制和向上撞击的过程当力施加至进料筒时断裂的一种进料筒。一个或多个强度较弱的区域的布置导致侧壁在预定的位置处断裂，以将至少部分基底部分从主体部分分离，从而防止基底部分与铸模板接触的部分的不受控制地断裂。因为总是在铸模成型过程中朝铸模板施加压力，因此当断裂时进料筒的主体部分朝铸模板移动，因为基底部分的被分离部分与铸模板接触，因此其保持固定。

本发明的进料筒被设计成当在常规的成型处理过程中压力被施加到进料筒时断裂。因此，本发明的进料筒与诸如EP1775045和DE202007005575U1描述的那些用于高压模制系统中的进料筒不同。该进料筒被设计成能够经受高压，以避免在使用中侧壁大量断裂。进料筒因此由高密度材料制成，并且典型地具有超过20kN的压碎强度。

在一些实施例中，一个或多个强度较弱的区域至少部分位于进料筒的基底部分中。在一些实施例中，存在于侧壁中的所有强度较弱的区域完全位于进料筒的基底部分中。

提供其中基底部分与主体部分成为一体并且可与该主体部分分开的单体式进料筒比已知的两体式伸缩进料筒更有利，因为构造该单体式进料筒更容易并且成本更低。单体式进料筒还可以避免对保持在压缩过程中断裂并且污染型砂的突出部的要求。

应当理解，导致侧壁断裂并且导致基底部分与主体部分分离并且主体部分朝铸模板移动并且接收基底部分而所需的压力和力的大小将受多个因素影响，这些因素包括进料筒的特别是强度较弱的区域(多个区域)中的制造材料和侧壁的形状以及厚度。同样地应当理解理解，单独的进料筒将根据预期应用、涉及的预期压力和进料筒尺寸要求来设计。

在一些实施例中，断裂强度(即使得侧壁开始断裂所需的力)不超过5kN、不超过3kN或不超过1.5kN。应当理解断裂强度将总是小于进料筒的压碎强度。

凭借一个或多个厚度减少的区域，本发明的进料筒适于在使用过程中断裂成大致两块。在一些实施例中，这两块总共包括至少90％、至少95％、至少98％或至少99％的进料筒。当进料筒侧壁断裂时落入型砂中的进料筒材料的量从而被降至最低。

在本发明的一些实施例中，进料筒的主体部分具有大致圆柱形，并且主体部分的外围表面具有定中在进料筒的纵向轴线上的、大致圆形的横截面，并且因而包括外圆周表面。可替换地，进料筒可以是大致椭圆形或圆矩形。主体部分的外围表面的横截面可以沿着进料筒的纵向轴线改变，或可替换地主体部分可以具有大致恒定的外围表面横截面。进料筒的基底部分可以是大致截头圆锥体，基底部分的横截面的面积从主体部分向远侧减小。

应当理解，基底部分的锥形侧壁和进料筒的纵向轴线之间的内角将根据预期的应用和要求改变。如果角太小，则将导致较长的基底部分，并且具有更不均匀的断裂。如果角太大，则混合的砂子更难以流动并且更难以在造型过程中被压紧在基底部分下方和其周围。

在一系列实施例中，基底部分的锥形侧壁和进料筒的纵向轴线之间的内角范围是从15度至50度、从20度至40度或从25度至30度。

在一实施例中，侧壁中的某个强度较弱的区域或每个强度较弱的区域由厚度减少的区域来提供。例如，一个或多个强度较弱的区域中的侧壁的厚度可以小于主体部分和/或基底部分(或侧壁厚度相对于平均厚度而改变的地方)的侧壁的其余部分的厚度的70％、60％、50％、40％或甚至30％。

某个强度较弱的区域或每个强度较弱的区域处的适当的侧壁厚度将至少部分地取决于进料筒的压碎强度。例如，强度很强的进料筒可以要求侧壁在强度较弱的区域相对薄，用于在造型压力下发生断裂。

在一实施例中，强度较弱的区域由绕侧壁的整个圆周延伸的、厚度减少的带构成。

在一些实施例中，厚度减少的区域由侧壁中的凹槽、沟道或一个或多个切口或切除部分设置。凹槽、沟道或切口或切除部分(多个切口或切除部分)可以被设置在侧壁的内表面或/和外表面中。凹槽、沟道或切口或切除部分(多个切口或切除部分)可以绕侧壁的整个圆周延伸。在一些实施例中，单独的凹槽、沟道或切口或切除部分可以被设置在侧壁中。在其它的实施例中，两个或更多凹槽、沟道或切口或切除部分可以被提供。凹槽、沟道或切口或切除部分(多个切口或切除部分)可以至少部分地位于进料筒的基底部分中，例如位于基底部分和主体部分之间的边界处。可替换地，凹槽、沟道或切口或切除部分(多个切口或切除部分)可以完全地位于基底部分中。

应当理解，除一个或多个强度较弱的区域外，侧壁可以具有与进料筒的所有部件中的厚度大致相同的厚度。可替换地，基底部分的侧壁可以具有与主体部分的侧壁的厚度不同的厚度。在一些实施例中，基底部分的侧壁的厚度大于主体部分的侧壁的厚度，或反之亦然。

强度较弱的区域因而被布置成用于当在常规的造型处理过程中被置于压力下时提供对进料筒的可预测的和一致的断裂，从而进料筒以能使两块中的一块被接收在另一块中的方式断裂成大致两块。

本发明的进料筒可以由如下的材料形成或可包括如下的材料：任何耐火绝缘材料和/或放热材料或可以构成已知的进料筒的组分；技术人员将能够针对每个具体的要求选择适当的材料。进料筒的特征不被具体地限制，并且进料筒的特征可以是例如绝缘的、放热的或所述二者的组合。典型地，进料筒由耐火填充物(例如纤维、空心微珠和/或微粒材料)和粘结剂的组分制成。放热进料筒进一步需要燃料(通常地铝或铝合金)和通常地引发剂/感光剂。另外，进料筒可以通过形成进料筒的任何已知的方法形成，例如在一模型周围和外部铸模内部中真空形成进料筒材料的浆，随后通过对进料筒加热以去除水并且硬化或凝固所述进料筒材料。可替换地，进料筒可以通过在芯盒中对材料猛压或击打来形成(芯盒击打法)，并且经由使得反应性气体或催化剂通过进料筒以硬化粘结剂，或经由通过使用加热芯盒或通过移动进料筒至烤箱中加热来施加热，以硬化进料筒。适当的进料筒组分包括例如通过泥浆法和芯盒击打法制造的、由Foseco以商标KALMIN和KALMINEX进行售卖的那些组分。

进料筒的密度取决于组分和制造的方法二者。在一实施例中，进料筒的密度不超过1.5g·cm^-3、1.0g·cm^-3或0.7g·cm^-3。在一实施例中，进料筒的密度范围从0.8g·cm^-3至1.0g·cm^-3或从0.5g·cm^-3至0.7g·cm^-3。

在一实施例中，整体的颈缩进料筒具有开放的顶部。在某些应用中，进料筒可以进一步包括防止型砂在造型过程中降落进入进料筒和铸件腔中的盖子或覆盖物。盖子可以由与进料筒相同的包括不同组分的材料制成。在一些实施例中，进料筒可以另外包括造型销，所述造型销的端部被接收在延伸部分通过盖子(即盲孔)或完全通过盖子至其顶面的中央孔中。在铸模形成过程中，当断裂发生时并且压力促使进料筒的主体部分朝铸模板移动时，造型销穿过中央孔(在盲孔情况下刺入盖子的顶面中)，并且确保进料筒的主体部分在没有偏离纵向轴线的情况下沿相同方向朝造型板移动。这确保基底部分保持与铸模板完全接触，并且砂子被均匀地压紧在主体部分下方。

附图说明

现在将参照附图并且通过示例的方法对本发明进行描述，在所述附图中：

图1示意性地示出根据本发明的一实施例的进料筒的横截面；

图2示意性地示出在施加压力和进料筒断裂之后图1的进料筒的横截面；

图3示意性地示出根据本发明的另一实施例进料筒的横截面；

图4示意性地示出与盖子和造型销结合使用的图1的进料筒的横截面；以及

图5示意性地示出根据本发明的一实施例在对进料筒进行修改之前的进料筒的横截面。

具体实施方式

图1示出安装在铸模板28上的进料筒10，并且所述进料筒10包括限定用于接收熔融金属的腔14的连续侧壁12。虽然侧壁12是连续的，但是可以认为侧壁12包括两个部件：限定主体部分10a的圆形横截面的大致管状上侧壁12a，以及限定基底部分10b的大致截头圆锥体的下侧壁12b。在示出的实施例中，下侧壁12b的厚度大体上大于上侧壁12a的厚度。

侧壁12具有外表面16，该外表面16沿着主体部分10a的大部分长度从主体部分10a的顶部平行于进料筒10的纵向轴线延伸并且随后从靠近主体部分10a的底端的区域到基底部分10b的底端朝进料筒10的纵向轴线A向内逐渐变尖。

上侧壁12a具有内表面18，该内表面18平行于进料筒10的纵向轴线A从而可以限定圆柱腔14a。因此将理解，上侧壁12a的大部分的厚度是一定的，并且在其底端处具有(外部的)锥形物。

下侧壁12b具有内表面20，该内表面20主要平行于外表面16的锥形部分，从而可以限定下腔区域14b，但是该内表面20在基底部分的底部处向外展开以限定下腔区域14b中的限制。在示出的实施例中，内表面20和进料筒的纵向轴线A之间的内角α是27度。在浇铸之后，该区域导致形成在进料筒中的残余金属中的凹口，并且便于残余金属被“打掉”。

基底部分10b的上部延伸被与上侧壁12a的内表面18的下端和基底部分10b的内表面20的上端相互连接的环状表面22限定。直角被限定在环状表面22和内表面18之间。

应当理解上文的构造导致侧壁12具有厚度大幅减少的区域或带24。该区域24绕进料筒10的整个圆周延伸。在示出的实施例中，该区域24在其最窄的点处的厚度被减少至约上侧壁12a的厚度的40％。厚度减少的区域24提供强度较弱的区域，使得当力沿箭头F的方向被施加到进料筒10时，侧壁12断裂并且使得基底部分10b与主体部分10a分离。侧壁12围绕强度较弱的区域24的构造导致形成了如由点线B1和B2限定的部分所示的大致平行于被施加的力的方向的大致竖直的断裂。进料筒10的竖直断裂导致具有不大于主体部分10a的圆柱腔14a的内径的外径的基底部分10b的大部分的脱离。因此，当将更多压力施加至进料筒10时，如图2所示，当主体部分10a朝铸模板移动时，基底部分10b的部分被容纳在主体部分10a的圆柱腔14a中。当主体部分10a沿施力的方向向下移动时，在锥形物下方并且在铸模板28上方的区域中的混合砂30被进一步压缩和压实。

图3示出包括限定腔114的连续侧壁112的进料筒100的另一实施例。如图1示出的实施例，侧壁112包括限定主体部分100a的圆形横截面的大致管状上侧壁112a，和限定基底部分100b的大致截头圆锥体的下侧壁112b。

侧壁112具有内表面118，该内表面118从主体部分100a的顶部平行于进料筒100的纵向轴线A延伸至基底部分100b的顶端，从而限定圆柱腔114a。内表面118从基底部分100b的顶端到基底部分100b的大致底端朝进料筒100的纵向轴线A向内逐渐变尖，从而限定下腔区域114b。内表面118在基底部分100b的底部处向外展开以限定下腔区域114b中的限制。在浇铸之后，该区域导致形成在进料筒中的残余金属中的凹口，并且便于残余金属被“打掉”。

侧壁112具有外表面116，该外表面116从主体部分100a的顶端平行于进料筒100的纵向轴线A延伸并且部分地延伸至基底部分110b。因此应当理解上侧壁112a的厚度是恒定的。外表面116从靠近基底部分100b的顶端到基底部分100b的底端处朝进料筒100的纵向轴线A向内逐渐变尖。外表面116的锥形部分被在下侧壁112b中一起限定直角凹槽或台阶的环状表面122a和圆柱表面122b横断。

下侧壁112b的外表面116中的凹槽在基底部分中靠近与主体部分的联结点处导致厚度大幅减少的区域或带124。该厚度减少的带124绕进料筒100的整个圆周延伸。如图1的实施例，该厚度减少的区域124提供强度较弱的区域，使得当力沿箭头F的方向被施加到进料筒100时，下侧壁112b断裂并且跨越在点线B1和B2之间界定的部分断裂。再次，当主体部分100a沿被施加的力F的方向朝铸模板移动时，进料筒100的竖直断裂导致随后被容纳在主体部分100a的圆柱腔114a中的基底部分100b的大部分的分离。主体部分100a通过在其基部处具有环状表面122a允许对在铸模板28上方的混合砂30进行很好的压缩和压实。

图4示出具有盖子40的进料筒10。盖子40具有容纳支撑销50的凹槽或盲孔42，所述支撑销50用于在造型操作之前和在造型操作过程中在铸模板28上将进料筒10保持在适当的位置。凹槽42在盖子40中的设置导致盖子具有较薄的部分44。

支撑销具有主体52a和更狭窄的顶部部分52b，所述二者是大致圆柱形。主体52a在其基部处具有螺纹(未示出)，所述螺纹将主体52a固定在突出件55上的适当的位置处，所述突出件55继而被定位在铸模板28上。当压力沿箭头F的方向被施加到进料筒10的顶部和盖子40时，进料筒主体10a和盖子40沿铸模板28的方向平行于纵向轴线A而没有偏离纵向轴线A地向下移动。该移动促使支撑销50的顶部部分52b移动通过凹槽42并且刺穿盖子40的较薄的部分44。除了防止型砂在造型过程中降落进入进料筒和浇铸腔外，对盖子40的刺穿产生允许浇铸时生成的铸模气体被很容易地释放的孔。

示例

如图5所示，具有一体地形成有截头圆锥体基底部分64的管状主体部分62的进料筒60(指定为“ZTA1”)通过使用常规的真空成型技术由KALMINEX放热浆制成。表格1示出进料筒的尺寸。在基部和主体部分之间的联结点处，内侧壁被磨掉6或12mm以提供厚度减少的区域。

表格1

对修改后的ZTA1进料筒执行标准压缩检测。表格2示出结果。用于比较，还示出了由申请人提供的用于高压造型生产线中的不同类型的进料筒的断裂强度。

表格2

进料筒	平均强度(kN)
		ZTA1(6mm)	1.871
ZTA1(12mm)	0.931
		对比进料筒X	23-34
对比进料筒Y	33-40
		对比进料筒Z	＞50

^1.示出的用于ZTA1进料筒的值是断裂强度，即使得进料筒断裂成其中一个部分被接收在另一部分内侧中的两个预定部分而所需的力。应当认识到对比进料筒没有“断裂”强度，因为当足够的力被施加时，这些进料筒不会断裂成两个限定的部分而是断裂成许多碎片。相比的进料筒的强度因此是“压碎”强度。

当被压缩时，ZTA1进料筒崩塌，使得进料筒的基底部分与进料筒的主体分离并且被接收在进料筒的主体中。在执行的每次检测中，如所预期，进料筒在厚度减少的区域中绕其圆周断裂。每次都会实现较清洁的断裂，仅释放很少的进料筒材料小颗粒。

发现ZTA1进料筒的断裂强度小于3kN。如表格2所示，发现用于高压造型生产线中的对比进料筒的断裂强度明显地较高。

Claims (13)

1.一种用于金属铸造的整体构造的颈缩进料装置，所述颈缩进料装置包括主体部分，所述主体部分在其第一端处一体地形成有用于安装在铸模板上的锥形基底部分，所述主体部分和所述基底部分由具有一个或多个厚度减少的区域的连续侧壁限定，所述厚度减小的区域被设置成使得启动侧壁的断裂而所需的力不超过5kN并且所述颈缩进料装置在使用时可断裂，借此所述基底部分的至少一部分与所述主体部分分离并且被接收在所述主体部分中。

2.根据权利要求1所述的颈缩进料装置，其中所述侧壁中的所述一个或多个厚度减少的区域至少部分地位于所述颈缩进料装置的基底部分中。

3.根据权利要求2所述的颈缩进料装置，其中所述侧壁中的所述一个或多个厚度减少的区域完全地位于所述颈缩进料装置的基底部分中。

4.根据权利要求1所述的颈缩进料装置，其中所述厚度减少的区域或多个厚度减少的区域由绕所述侧壁的整个圆周延伸的厚度减少的连续带构成。

5.根据权利要求1所述的颈缩进料装置，其中所述厚度减少的区域或多个厚度减少的区域中的侧壁的厚度小于所述主体部分和/或所述基底部分的侧壁的其余部分的厚度的70％。

6.根据权利要求5所述的颈缩进料装置，其中所述厚度减少的区域或多个厚度减少的区域中的侧壁的厚度小于所述主体部分和/或所述基底部分的侧壁的其余部分的厚度的50％。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的颈缩进料装置，其中所述厚度减少的区域由所述侧壁中的凹槽或沟道提供。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的颈缩进料装置，其中所述厚度减少的区域由所述侧壁中的一个或多个切口或切除部分提供。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的颈缩进料装置，进一步包括盖子。

10.根据权利要求9所述的颈缩进料装置，进一步包括造型销，所述造型销的端部被接收在部分地或完全地延伸通过所述盖子的中央孔中。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的颈缩进料装置，其中所述颈缩进料装置具有0.8g·cm^-3至1.0g·cm^-3的密度。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的颈缩进料装置，其中所述颈缩进料装置包括放热组分。

13.一种包括隔片型芯和如权利要求1至12中的任一项所述的颈缩进料装置的颈缩进料系统。