CN113926993B - 进料系统和用于制备模具的过程 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适于金属铸造的进料系统，其包括安装在管状主体上的进料套筒；所述管状主体具有第一端部、相对的第二端部和在其间的可压缩部分，以使得在使用过程中施加力时，所述第一端部和第二端部之间的距离减小；进料套筒具有纵向轴线并包括围绕所述纵向轴线延伸的连续侧壁，所述连续侧壁限定用于在铸造过程中接收液态金属的空腔，所述侧壁具有邻近于所述管状主体的所述第二端部的基部；所述管状主体限定通过其的开放孔，以用于将所述空腔连接到所述铸件，其中至少一个切口从基部延伸到所述侧壁内，以及所述管状主体的所述第二端部以固定的深度伸入到所述切口内；以及所述进料套筒由所述管状主体的一部分支撑，所述管状主体的所述一部分伸入到所述至少一个切口内并大致平行于所述进料套筒的所述纵向轴线。本发明还公开了一种用于制备模具的过程。

Description

进料系统和用于制备模具的过程

技术领域

本发明涉及一种进料系统、一种适于在进料系统中使用的进料套筒和一种用于制备包含进料系统的模具的过程，其中所述进料系统适于在利用铸造模具的金属铸造操作中使用。

背景技术

在典型的铸造过程中，熔融金属被倒入预先形成的限定铸件形状的模腔内。然而，当金属凝固时，铸件会缩小，产生缩孔，进而在最终铸件中导致不可接受的缺陷。这是在铸造行业中公知的问题，并且通过使用集成到模具内的进料套筒或立管来解决(通过在模具形成过程中将它们应用到模型板或稍后通过将套筒插入到在所形成的模具的模腔内来进行集成)。每个进料套筒均提供附加的(通常是封闭的)体积或空腔，其与模腔连通从而使得熔融金属也进入进料套筒内。在凝固过程中，进料套筒内的熔融金属流回模腔内以补偿铸件的收缩。

在铸件固化以及将模具材料移除之后，在进料套筒的空腔中不需要的残留金属仍附着到铸件上且必须被移除。为了便于移除残留金属，进料套筒的空腔可在通常被称为颈缩套筒的设计中朝向其基部(即，进料套筒的将最接近于模腔的端部)渐缩成锥形。当一下急速的敲击被施加到残留的金属时，残留金属在将靠近模具的最弱的点处分离(该过程通常被称为“敲落”)。在铸件上小的占地面积是理想的，以允许将进料套筒定位在铸件的区域内，其中在所述区域中接入会受到相邻特征的限制。

虽然进料套筒可被直接施加到铸造模腔的表面上，但是它们经常与进料元件(也被称为隔片型芯)结合使用。隔片型芯仅是盘状的耐火材料(通常是树脂粘结的砂芯或陶瓷芯或进料套筒的材料的芯)，其具有通常在其中心内的孔，位于模腔和进料套筒之间。通过隔片型芯的孔的直径被设计成小于进料套筒内部空腔(它不一定是锥形的)的直径，以使得在隔片型芯处接近铸件表面的位置发生敲落。

型砂可分为两大类：化学粘结(基于有机或无机粘合剂)或粘土粘结。化学粘结的成型粘合剂通常是自固化系统，其中粘合剂和化学硬化剂与砂混合，而粘合剂和硬化剂立即开始反应，但该反应足够慢以允许砂围绕模型板成形，然后允许被足够地硬化以便移除和铸造。

粘土粘结成型使用粘土和水作为粘合剂，并且可以在“绿色”或未干燥的状态下使用，并且通常被称为绿砂。绿砂混合物在只有压缩力的情况下不容易流动或不容易移动。因此，为了如先前详细描述的围绕模型板压缩绿砂并赋予模具足够的强度特性，需要施加颠簸、振动、挤压和冲压的各种组合以便在高生产率下产生强度均匀的模具。砂通常在高压下压缩(压紧)，该压缩通常使用一个或多个液压缸。

为了在这样高压力的模制过程中施加套筒，通常在预定的位置下在模制模型板(其限定模腔)上设置销，以作为适于进料套筒的安装点。一旦所需的套筒放置在销上(使得进料器的基部位于模型板上或升高到模型板上方)，通过将型砂倾倒到模型板上和进料套筒的周围，直到进料套筒被覆盖以及模框被充满，而形成模具。型砂和随后高的压力的施加可能导致进料套筒的损坏和破损，特别是如果进料套筒在被吊起(ram up)之前与模型板直接接触时。此外，由于具有增加的铸造复杂性和生产率要求，因此对于尺寸更稳定的模具存在需求，这进而导致存在朝向更高冲压压力的趋势，并导致套筒破损。

本申请人已经开发了一系列适于与进料套筒结合使用的可塌陷的进料元件，其在WO2005/051568，WO2007/141446，WO2012/110753和WO2013/171439中有所描述。当在模制过程中受到压力时，进料元件会压缩，从而保护进料套筒免于损坏。

US2008/0265129描述了一种用于插入到用于铸造金属的铸造模具内的进料嵌入件，其包括进料主体，进料主体具有在其中的进料腔。进料主体的底侧与铸造模具连通，以及进料主体的顶侧设有能量吸收装置。

EP1184104A1(Chemex GmbH公司)描述了一种两部分式的进料套筒(其可是绝热的或放热的)，当型砂被压缩时，其缩短；第二(上部)部分的内壁与第一(下部)部分的外壁齐平。

EP1184104A1的图3a至图3d示出了两部分式的进料套筒(102)的伸缩动作。进料套筒(102)与模型板(122)直接接触，当采用放热套筒时，这会是有害的，因为它会导致差的表面光洁度、铸件表面的局部污染以及甚至子表面的铸造缺陷。此外，即使下部部分(104)是锥形的，由于下部部分(104)必须相对厚以承受在吊起时经受的力，在模型板(122)上仍存在宽的占地面积。这在敲落以及由进料系统在模型板上所占据的空间方面不能令人满意。下部内部部分(104)和上部外部部分(106)通过保持元件(112)被保持在适当的位置下。保持元件(112)断裂并落入型砂(150)内以允许伸缩动作发生。保持元件将随着时间的推移在型砂内堆积，并因此对型砂造成污染。当保持元件是以放热材料制成时这是特别麻烦的，因为它们会反应而形成小的爆破缺陷。

US6904952(AS Luengen GmbH&Co.KG公司)描述了一种进料系统，其中管状主体被暂时胶粘到进料套筒的内壁。当型砂被压缩时，在进料套筒和管状主体之间存在相对运动。

对于适于在高压成型(或模制)系统中使用的进料系统存在不断增长的需求，这需求部分是由成型设备的改进以及部分是由新的铸件被生产而形成的。某些等级的球墨铸铁和特定的铸造结构可能会不利地影响通过某些金属进料元件颈部的进料性能的有效性。此外，某些成型线或铸造结构可导致过度压缩(进料单元的塌陷或进料系统的伸缩)，导致套筒的基部靠近仅由一薄层砂分离的铸造表面。

发明内容

本发明提供一种适于在金属铸造中使用的进料系统，其试图克服与现有技术的进料系统相关联的一个或多个问题或提供一种有用的替代方案。

根据本发明的第一方面，提供一种适于金属铸造的进料系统，其包括安装在管状主体上的进料套筒；

管状主体具有第一端部、相对的第二端部和在其间的可压缩部分，以使得在使用过程中施加力时，所述第一端部和第二端部之间的距离减小；

进料套筒具有纵向轴线并包括大体围绕纵向轴线延伸的连续侧壁，连续侧壁限定用于在铸造过程中接收液态金属的空腔，以及侧壁具有邻近于管状主体的第二端部的基部；

管状主体限定通过其的开放孔，以用于将所述空腔连接到所述铸件，其中：

至少一个切口从基部延伸到侧壁内，以及管状主体的第二端部伸入到切口内至固定的深度。

在使用中，进料系统被安装在模具模型板上，模具模型板通常放置在成型销的上方，成型销附接到模型板以便将系统保持在位，使得筒状主体靠近模具。由管状主体所限定的开放孔提供从进料套筒的空腔到模腔的通道，以便当铸件冷却和收缩时给铸件供料。在模制和随后的吊起期间，进料系统将经受在管状主体的纵向轴线(孔轴线)方向上的力。由于管状主体的第二端部在进料套筒的切口内被保持在固定深度，该力导致可压缩部分塌陷，并在管状主体和套筒之间没有相对运动的可能性。因此，高的压缩压力使得管状主体变形，而不是进料套筒的断裂。典型地，进料系统将经受至少为每平方厘米30，60，90，120或150牛的吊起压力(如在模型板处测量的那样)。

WO2005/051568的图3示出了一种进料系统，其包括可压缩的隔片型芯(10，其是管状主体)和进料套筒(20)。隔片型芯包括径向侧壁区域，其通过粘合剂附接到进料套筒的基部。WO2005/095020的图1示出了一种进料系统，其包括第一模制部分(4，其是管状主体)和第二模制主体(5，其是进料套筒)。第一模制部分(4)包括变形元件，其为波纹管的形式，并且通过环形支撑表面连接到进料套筒的基部。在本发明中，管状主体适配在进料套筒的切口内而不是附接到进料套筒的基部。

当使用金属隔片型芯(可塌陷或管状伸缩)时，通常是钢的金属在铸造时被加热，并从进料器内的液体金属获取一定量的能量。金属隔片型芯通常具有环形安装表面，因此降低其尺寸或将其完全消除可减少在隔片型芯内的(冷)金属量，允许型芯更快地被加热(从金属进料获取较少的能量)。此外，通过将隔片型芯部分地嵌入到放热套筒内，其将接收到额外的能量并会过热(superheated)，这进而将会提高通过型芯颈部的进料性能。

管状主体

管状主体提供两项功能：(i)管状主体具有通过其的开放孔，所述开放孔提供从进料套筒的空腔到铸模的通道；和(ii)管状主体的变形(由于可塌缩部分)用于吸收否则会导致进料套筒断裂的能量。

管状主体包括可压缩部分。在一个实施例中，可压缩部分具有梯级构造。梯级构造从WO2005/051568是已知的。在一个实施例中，可压缩部分包括单个梯级或“扭结”。在另一个实施例中，可压缩部分包括至少2，3，4，5或6个梯级或扭结。在一个这样的实施例中，可压缩部分包括从4个到6个梯级或扭结。

梯级或扭结的直径可被测量。在一个实施例中，所有的梯级具有相同的直径。在另一个实施例中，梯级的直径朝向管状主体的第一端部减小，即可压缩部分是截头圆锥形的。

截头圆锥形的可压缩部分和孔轴线/进料套筒的纵向轴线之间的锥角μ可被测量。在一系列的实施例中，截头圆锥形部分从轴线以不超过50°，40°，30°，20°，15°或10°的角度倾斜。在一系列的实施例中，截头圆锥形部分以至少3°，5°，10°或15°的角度从所述轴线倾斜。在一个实施例中，角度μ为5°至20°。略带锥形可有利于提供均匀的压缩。

梯级构造可包括一系列交替的第一侧壁区域和第二侧壁区域，以及在一对第一侧壁区域和第二侧壁区域之间形成的角度可被测量。内角(θ)从管状主体内测量，以及外角(Φ)从管状主体外部测量。应当理解的是，在吊起时角度θ和Φ将减小，这是因为可压缩部分塌陷。在一系列的实施例中，一对第一侧壁区域和第二侧壁区域之间的角度为至少30°，40°，50°，60°或70°。在一系列的实施例中，一对第一侧壁区域和第二侧壁区域之间的角度不超过120°，100°，90°，80°，70°，60°或50°。在一个实施例中，一对第一侧壁区域和第二侧壁区域之间的角度为60°至90°。

梯级构造可包括一系列交替的第一侧壁区域和第二侧壁区域，以及第一侧壁区域和所述管状主体的纵向轴线(所述孔轴线)之间形成的角度α可被测量。类似地，第二侧壁区域和所述孔轴线之间所形成的角度β可被测量。

在一个实施例中，角度α和β是相同的。

在一个实施例中，α或β约为90°，即第一侧壁区域或第二侧壁区域大体垂直于孔轴线。

在一个实施例中，α或β约为0°，即第一侧壁区域或第二侧壁区域大体平行于孔轴线。

在一个实施例中，α和β分别为40°至70°，30°至60°或35°至55°。

管状主体的高度可在平行于孔轴线的方向上测量，并且可与可压缩部分的高度(也在平行于孔轴线的方向上测量)比较。在一系列的实施例中，所述可压缩部分的高度对应于所述管状主体高度的至少20％，30％，40％或50％。在另一系列的实施例中，可压缩部分的高度对应于所述管状主体高度的不超过90％，80％，70％或60％。

管状主体的尺寸和质量将取决于应用。

通常优选的是尽可能减少管状主体的质量。这可降低材料成本，并且在铸造期间也会使有益的，例如通过减小管状主体的热容量。在一个实施例中，管状主体具有小于50，40，30，25或20克的质量。

应当理解的是，所述管状主体具有纵向轴线，孔轴线。在通常情况下，进料套筒和管状主体将被成形，以使得所述孔轴线和进料套筒纵向轴线是相同的。然而，这不是必需的。

管状主体的高度可在平行于孔轴线的方向上被测量，并且可与切口的深度(第一深度)比较。在一些实施例中，管状主体的高度与第一深度的比例为1∶1至5∶1，1.1∶1到3∶1或1.3∶1至2∶1。

管状主体具有内径、外径和厚度，其是内径和外径之间的差值(所有均在垂直于孔轴线的平面内进行测量)。管状主体的厚度必须是如此的以允许管状主体伸入到切口内。在一些实施例中，管状主体的厚度为至少0.1，0.3，0.5，0.8，1，2或3毫米。在一些实施例中，管状主体的厚度不超过5，3，2，1.5，1，0.8或0.5毫米。在一个实施例中，管状主体具有0.3至1.5毫米的厚度。小的厚度是有益的，这原因有很多，包括减少制造管状主体所需的材料，并允许在侧壁中的相应切口更窄，且降低管状主体的热容量，因此降低在铸造时从进料金属吸收的能量的量。切口从侧壁的基部延伸，以及切口越宽，基部必须越宽以便适应它。

在一个实施例中，管状主体具有圆形横截面。然而，横截面可以是非圆形的，诸如卵形、长圆形或椭圆形。在一个优选的实施例中，管状主体在远离进料套筒(在使用中靠近铸件)方向上变窄(成锥形)。邻近于铸件的较窄部分被称为进料颈部，并提供更好的进料器的敲落。在一系列的实施例中，锥形颈部相对于所述孔轴线的角度不超过55°，50°，45°，40°或35°。

为了进一步改善敲落，管状主体的基部可具有向内指向的唇缘，以便提供用于安装到模具模型板上的表面，并在最终铸造的进料颈部中产生凹口以促进其移除(敲落)。

管状主体可由各种合适的材料来制造，包括金属(例如钢，铁，铝，铝合金，黄铜，铜等)或塑料。在一个具体的实施例中，管状主体由金属制成。金属管状主体可制成为具有较小的厚度，同时保持足够的强度来承受成型压力。在一个实施例中，管状主体不由进料套筒的材料制成(无论是绝热的或放热的)。进料套筒的材料在较小的厚度下通常不够坚固以承受成型压力，而更厚的管状主体需要在侧壁中的更宽沟槽，因此增加作为一个整体的进料系统的尺寸(和相关联的成本)。此外，包括进料套筒的材料的管状主体在其与铸件接触的地方也可能会导致差的表面光洁度和缺陷。

在所述管状主体由金属形成的某些实施例中，它可由恒定厚度的单片金属冲压成形。在一个实施例中，管状主体经由拉伸过程制造而成，其中金属板坯通过冲头的机械作用被径向拉伸成为成型模。当被拉伸的部分的深度超过其直径时，该过程被认为是深拉伸，且通过将该部分通过一系列的模重新拉伸来实现。在另一个实施例中，管状主体通过金属旋压或旋转成形过程来制造，其中金属的坯体盘或管首先被安装到旋转车床上且以高速旋转。局部化的压力然后以一系列辊或工具施加，其导致金属向下流到心轴上和其周围，其中心轴具有所需成品部分的内部尺寸轮廓。

为了适于冲压成形或旋转成形，金属应具有足够的延展性以防止在成形过程中撕裂或撕裂。在某些实施例中，进料元件由冷轧钢制成，该冷轧钢的典型碳含量范围为最低的0.02％(DC06级，欧洲标准EN10130-1999)到最大的0.12％(DC01级，欧洲标准EN10130-1999)。在一个实施例中，管状主体由具有小于0.05％，0.04％或0.03％的碳含量的钢制成。

进料套筒

在一个实施例中，切口是从侧壁的基部延伸的沟槽。应当理解的是，在侧壁中的沟槽与进料套筒的空腔分离。在一个实施例中，沟槽定位在与进料套筒的空腔相距至少5，8或10毫米的距离处。

在另一个实施例中，切口与进料套筒的空腔邻接。在一个这样的实施例中，切口的端部由侧壁的凸缘限定。

切口可被认为具有第一深度，其是由切口远离基部延伸到侧壁内的距离。在一般情况下，切口具有均匀的深度，即从基部到侧壁内的距离无论在哪里测量都是相同的。然而，如果需要的话也可采用可变深度的切口，而第一深度将被理解为是最低深度，因为这决定了管状主体可伸入到切口内的程度。

在吊起之前，管状主体以第二深度被接收在切口内；管状主体至少部分地伸入到切口内。在一个实施例中，管状主体完全伸入到切口内，即第二深度等于所述第一深度。

在一个实施例中，管状主体的所述可压缩部分与切口间隔开。备选地，管状主体的可压缩部分部分地或完全地伸入到进料套筒中的切口内(在吊起之前)。可压缩部分的尺寸和形状将影响可压缩部分的位置。可压缩部分在进料套筒的外部定位是更实用的，因为这将允许均匀和一致的塌陷，并尽量减少任何由于可压缩部分抵靠套筒的运动而导致套筒的粒子被磨掉。

切口必须能够接收所述管状主体。因此，切口的横截面(在垂直于孔轴线的平面内)对应于管状主体的横截面，例如沟槽是环形沟槽以及管状主体具有圆形横截面。在一个实施例中，至少一个切口是单个连续的沟槽。在另一个实施例中，进料套筒具有一系列的槽，以及管状主体具有相应的形状，例如齿形边缘。

在一系列的实施例中，切口具有至少为20，30，40或50毫米的第一深度。在一系列的实施例中，第一深度不超过100，80，60或40毫米。在一个实施例中，第一深度为25至50毫米。第一深度可与进料套筒的高度比较。在一个实施例中，第一深度对应于进料套筒的高度的10％至50％或20％至40％。

切口被认为是具有最大宽度(W)，其在大体垂直于孔轴线和/或进料套筒轴线的方向上测量。应当理解的是，所述切口的宽度必须足以允许管状主体被接收在切口内。在一系列的实施例中，切口具有至少0.5，1，2，3，5，8或10毫米的宽度。在一系列的实施例中，切口具有不超过15，10，5，3或1.5毫米的最大宽度。在一个实施例中，切口具有1至3毫米的最大宽度。当切口是沟槽(与空腔分离)时，这是特别有用的。在一个实施例中，切口具有5到10毫米的最大宽度。当切口与空腔邻接时，这是特别有用的。

切口可具有均匀的宽度，即切口的宽度无论在哪里测量都是相同的。备选地，切口可具有非均匀的宽度。例如，当切口是沟槽时，它可远离侧壁的基部变窄。因此，最大宽度在侧壁的基部处测量，并且宽度然后在第一深度下降低到最小值。

在一系列的实施例中，第二深度(D2，管状主体被接收在切口中的深度)为第一深度的至少30％，40％或50％。在一系列的实施例中，第二深度不超过第一深度的90％，80％，或70％。在一个实施例中，第二深度是第一深度的80％到100％。

通常，管状主体伸入到切口内至一致的深度，即从基部到管状主体端部的距离无论在哪里测量都是相同的。然而，如果需要的话，可以采用具有不均匀边缘(例如齿形边缘)的管状主体，以使得距离变化，并且第二深度将被理解为是最大深度(除了在管状主体和侧壁的基部之间不能有任何间隙，以确保避免型砂渗入到铸件内)。

进料套筒的材料的性质没有特别的限制，且它例如可以是绝热的或放热的。放热进料套筒产生热量，这有助于更长时间地将金属保持为熔融液体。放热套筒可以是快速点燃高放热高密度的套筒(诸如由Foseco公司出售的FEEDEX(RTM)系列产品)或发热绝缘套管(诸如由Foseco公司出售的KALMINEX(RTM)系列产品)，KALMINEX(RTM)系列产品比FEEDEX系列套筒具有显著较低的密度以及较少的放热。

在一个实施例中，进料套筒是放热进料套筒。如上所述，本发明避免了任何潜在的冷却对进料性能产生不利影响(通过将管状主体的一部分嵌入到进料套筒内部并通过不使用伸入到进料套筒的空腔外部的安装表面而降低管状主体(隔片型芯)内的(冷)金属总量)。当使用放热套筒而不是绝热套筒时，该益处是更明显的，因为据信这有助于使得金属管状主体(隔片型芯)过热。

制造模式没有特别的限制。套筒例如可使用真空成型过程或芯射出(core-shot)方法来制造。通常，进料套筒由低和高密度耐火材料填料(例如硅砂，橄榄石，铝-硅酸盐空心微球和纤维，耐火粘土，氧化铝，浮石，珍珠岩，蛭石)和粘合剂的混合物制成。放热套筒进一步需要燃料(通常是铝或铝合金)，氧化剂(通常是氧化铁，二氧化锰，或硝酸钾)和通常的引发剂/敏化剂(通常是冰晶石)。

在一个实施例中，常规的进料套筒被制造，然后将进料套筒的材料从基部移除以例如通过钻孔或研磨来形成切口。在另一个实施例中，在切口被保持在位时制造进料套筒，其通常通过芯射出方法结合限定切口的工具来制造，例如该工具具有套筒围绕其形成的细心轴，在此之后，将套筒从工具和心轴移除(剥离)。在进一步的实施例中，套筒围绕管状主体形成。

在一系列的实施例中，进料套筒具有至少8kN，12kN，15kN，20kN或25kN的强度(抗碎强度)。在一系列的实施例中，套筒的强度小于25kN，20kN，18kN，15kN，或10kN。为了便于比较，进料套筒的强度被定义为由进料套筒的材料制成的50x50mm的圆柱形测试主体的抗压强度。使用201/70EM压缩测试机(Form&Test Seidner公司，德国)并根据制造商的指令进行操作。测试主体居中放置在下部钢板上，且当下部板以每分钟20毫米的速率朝上部板移动时被加载至被破坏。进料套筒的有效强度将不仅取决于确切使用的组合物，粘合剂和制造方法，而且还取决于套筒的尺寸和设计。其由以下事实说明，即测试主体的强度通常高于针对标准平顶套筒所测得的强度。

在一系列的实施例中，进料套筒具有至少0.5，0.8，1.0或1.3克的密度。在另一系列的实施例中，进料套筒具有不超过2.0，1.5或1.2克的密度。KALMIN S(RTM)是具有每立方厘米0.45克的典型密度的市售套筒；该套筒是绝缘的。低密度放热绝缘进料套筒可从品牌KALMINEX(RTM)获得，且通常具有0.58至0.95克的密度。FEEDEX HD(RTM)是市售的具有每立方厘米1.4克的密度的高密度高放热套筒。通常发现，通过调节耐火填料的类型和其它组分来增加套筒的密度通常导致强度增加。

当评估放热进料套筒时需要考虑的参数包括点火时间，达到的最高温度(Tmax)，放热反应的持续时间(燃烧时间)，和模量扩展因子(MEF，凝固时间延长x倍)。

在一个实施例中，进料套筒具有至少为1.40，1.55或1.60的MEF。KALMINEX 2000(RTM)进料套筒是发热绝缘套管，其通常有1.58至1.64的MEF，而FEEDEX(RTM)套筒是放热的，其通常具有1.6至1.7的MEF。KALMIN S(RTM)进料套筒是绝缘的且通常具有1.4至1.5的MEF。

在一个实施例中，进料套筒包括与所述侧壁的基部隔开的顶板。侧壁和顶板一起限定用于在铸造期间接收液态金属的空腔。在一个这样的实施例中，顶板和侧壁一体形成。备选地，侧壁和顶板是可分离的，即顶板是一个盖子。在一个实施例中，侧壁和顶板均以进料套筒的材料制成。

进料套筒可以具有不同的形状，包括圆柱形、卵形和圆顶形。这样，侧壁可平行于进料套筒纵向轴线或与进料套筒纵向轴线成一定的角度。顶板(如果存在的话)可以是平顶的、圆顶的、具有平顶的圆顶的、或者任何其它合适的形状。

套管的顶板可被闭合，以使得进料套筒的空腔被封闭，而且其还可包括部分地通过进料器的顶部部段(相对于基部)延伸的凹部(盲孔)，以协助将进料系统安装到成型销上，所述成型销附接到模具模型板。备选地，进料套筒可具有通孔(开放孔)，其通过整个进料器顶板延伸，使得进料器空腔为开放的。孔必须足够宽以容纳支撑销，但足够窄以避免砂在成型过程中进入进料套筒的空腔。孔的直径可与进料套筒的空腔的最大直径(两者均在垂直于进料套筒纵向轴线的平面上测量)比较。在一个实施例中，孔的直径不超过进料套筒的空腔最大直径的40％，30％，20％，15％或10％。

在使用中，在砂被压缩和吊起之前，进料系统通常被放置在支撑销上以便保持进料系统处于位于模具模型板上的所需位置。在吊起时，套筒朝向模具模型板表面移动，以及销(如果是固定的)可刺穿进料套筒的顶板，或当套筒向下移动时，销可简单地横过孔或凹部。该运动以及顶板与销的接触可导致套筒的小碎片脱落并落入铸造空腔内，从而导致差的铸件表面光洁度或铸件表面的局部污染。这可通过将中空的嵌入件或内部套环衬在顶板中的孔或凹部来克服，该中空的嵌入件或内部套环可由各种合适的材料制造，包括金属、塑料或陶瓷。因此，在一个实施例中，进料套筒可被变型成包括衬在进料器顶板中的孔或凹部的内部套环。该套环可在套筒被产生之后被插入到在套筒顶板中的孔或凹部内。或者备选地，套环可在制造所述套筒的过程中被加入。在该过程中套筒材料被型芯射出或模制在套环周围，在此之后，套筒被固化并将套环保持在位。这种套环保护套筒免受在成型和吊起过程中可由支撑销导致的任何损坏。

本发明还提供适于在根据第一方面的实施例的进料系统中使用的进料套筒。

根据本发明的第二方面，提供一种适于在金属铸造中使用的进料套筒，进料套筒具有纵向轴线并包括大体围绕纵向轴线延伸的连续侧壁和大体横跨纵向轴线延伸的顶板，侧壁和顶板一起限定用于在铸造期间接收液态金属的空腔；

其中所述侧壁具有与顶板隔开的基部和从基部延伸到所述侧壁内的沟槽。

上面关于第一方面的描述也适用于第二方面，不同的是第二方面的进料套筒必须包括顶板。应当理解的是，该沟槽远离基部并朝向顶板延伸。

在一个实施例中，孔(开放孔)延伸通过进料器的顶板。在一个这样的实施例中，内部套环衬在孔中。当如上所述采用具有支撑销的进料套筒时，该实施例是有用的。

在一个实施例中，顶板是闭合的，即没有孔延伸通过进料器的顶板。

根据本发明的第三方面，提供一种用于制备模具的过程，其包括：

将第一方面的进料系统放置在模型板上，所述进料系统包括安装在管状主体上的进料套筒；

进料套筒包括连续侧壁，连续侧壁限定用于在铸造过程中接收液态金属的空腔，侧壁具有邻近于管状主体的基部；

管状主体限定通过其的开放孔，以用于将所述空腔连接到所述铸件，管状主体具有第一端部、相对的第二端部和在其间的可压缩部分；

其中切口从基部延伸到侧壁内，以及管状主体的第二端部伸入到切口内至固定深度；

用模具材料包围模型板；

压紧模具材料；以及

将模型板从压紧的模具材料移除以形成模具；

其中压紧所述模具材料包括将压力施加到进料系统，以使得可压缩部分被压缩以及第一端部和第二端部之间的距离减小。

模具可以是水平分模或垂直分模。如果在垂直分模机(诸如由DISAIndustries A/S公司制造的Disamatic无托模板成型机)中使用，则当在正常的模具制造周期期间处于水平位置下时，进料系统通常放置在摆动板(模型板)上。所述套筒可手动地或通过使用机器人自动地放置在水平模型板或摆动板上。

上面相对于第一方面和第二方面的描述也适用于第三方面。具体地，在一个实施例中，切口是沟槽(从空腔分离)。在另一个实施例中，切口与铸件邻接。

在一系列实施例中，压紧模具材料包括施加至少每平方厘米30，60，90，120或150牛的吊起压力(如在模型板处测量)。

在一个实施例中，可压缩部分具有梯级构造。在一个这样的实施例中，梯级构造包括一系列交替的第一侧壁区域和第二侧壁区域，以及可压缩部分的压缩减小一对第一侧壁区域和第二侧壁区域之间的角度。

在一个实施例中，模具材料是粘土粘结的砂(通常称为绿砂)，其通常包括粘土(诸如钠或钙膨润土)，水和其它添加剂(诸如煤灰)和谷物粘合剂的混合物。备选地，所述模具材料是含有粘合剂的模砂。

附图说明

现在将参照附图仅通过实例的方式来描述本发明的实施例，其中：

图1至图5是示出根据本发明实施例的进料系统的示意图。

具体实施方式

参照图1a，其示出在压缩之前的进料系统10。进料系统包括安装在管状主体14上的放热进料套筒12。进料套筒12具有纵向轴线Z，以及连续的侧壁16，该侧壁16围绕纵向轴线Z大体径向延伸以限定空腔，以便在铸造过程中接收熔融金属。图1a未示出进料套筒12的上部。

管状主体14在第一端部18处向内渐缩成锥形，以便形成与模型板20接触的进料器颈部。管状主体14具有伸入到从侧壁16的基部16a延伸的沟槽24的第二端部22。沟槽24与空腔分离。第二端部22和沟槽24具有一定的尺寸和形状，以提供摩擦配合，其以固定的深度将管状主体14固定在适当的位置。

管状主体14限定通过其的开放孔，以便在使用中将空腔连接到铸件。在该实例中，孔轴线沿着纵向轴线Z定位。

管状主体14包括在第一端部18和第二端部22之间的两个梯级26，其构成一个可压缩部分。梯级26可被认为是一系列交替的第一侧壁区域26a和第二侧壁区域26b。第一侧壁区域26a垂直于孔轴线Z，而第二侧壁区域26b平行于孔轴线Z。一对第一侧壁区域26a和第二侧壁区26b之间的角度为90°。第一侧壁区域26a和第二侧壁区域26b的直径在远离进料套筒的方向上减小，可压缩部分可被认为是截头圆锥形的。在管状主体14的第一端部18和第二端部22之间的距离示出为D1。

参见图1b，其示出在压缩之后的进料系统10。在吊起过程中沿轴线Z施加的力使得管状主体14塌陷，从而将第一端部18和第二端部22之间的距离减小至D2。在吊起时，进料套筒12移动为更靠近模型板20。

参照图2a，其示出在压缩之前的进料系统28。进料系统包括安装在管状主体30和支撑销32上的放热进料套筒12。管状主体30在第一端部34处向内渐缩成锥形，以形成与模型板20接触的进料器颈部。管状主体30具有伸入到沟槽24内的第二端部36。

成形销32的顶部位于套筒12的顶板40中的互补凹部38内，且当吊起时，随着套筒12向下移动，成型销32的顶部刺穿在顶板40的顶部处的薄的部段。如果需要的话，可在凹部38内装配套环，以避免当销32刺穿顶板40时，套筒的碎片脱落的风险。备选地，可延伸通过顶板40的窄孔可代替凹部38，从而容纳支撑销32。在这种情况下，孔将具有对应于进料套筒的空腔最大直径的约15％的直径。

在图2b中示出没有进料套筒的管状主体30。管状主体30包括在第一端部34和第二端部36之间的单个向外的扭结40，其构成可压缩部分。扭结40由第一侧壁区域40a和第二侧壁区域40b形成。第一侧壁区域40a与纵向轴线Z形成角度α，以及第二侧壁区域40b与纵向轴线Z形成角度β。角度α和β是相同的(都是大约50°)。形成在第一和侧壁区域40a第二侧壁区域40b之间的角度θ大约是80°。应当理解的是，α+β+θ＝180°。

在吊起时，向上的力将在Z轴的方向上施加，使得管状主体塌陷，从而减小在第一端部34和第二端部36之间的距离D1并减小角度θ。

参照图3a，其示出在压缩之前的进料系统42。进料系统42包括安装在管状主体44上的放热进料套筒12。管状主体42在第一端部46处渐缩成锥形以便形成与模型板20接触的进料器颈部。管状主体42在其基部处具有向内指向的唇缘或凸缘48，其在使用中位于模型板20的表面上，并在所产生的金属进料颈部中形成凹口以促进其移除(敲落)。管状主体42具有伸入到沟槽24内至沟槽24的全深度的第二端部50。应当理解的是，也可以采用锥形沟槽，由此在沟槽的端部处沟槽变得过窄时，管状主体不能完全伸入到沟槽的端部。

管状主体44包括在第一端部46和第二端部50之间的四个向内的扭结52，其构成可压缩部分。扭结52通过一系列交替的第一侧壁区域52a和第二侧壁区域52b形成。第一侧壁区域52a与纵向轴线Z形成角度α，以及第二侧壁区域52b与纵向轴线Z形成角度β。角度α和β是相同的(都是大约50°)。使用两个或更多个扭结52可被认为是提供一种波纹管式的结构。形成在第一侧壁区域52a和第二侧壁区域52b之间的角度θ大约是80°。应当理解的是，α+β+θ＝180°。

参见图3b，其示出在压缩之后的进料系统42。在吊起过程中沿轴线Z施加的力使得管状主体44塌陷，从而将第一端部46和第二端部50之间的距离减小至D2。在吊起时进料套筒12移动得更靠近模型板20。

参见图4a，其示出在压缩之前的进料系统54。进料系统包括安装在管状主体58上的放热进料套筒56。进料套筒56具有纵向轴线Z，以及连续的侧壁60，该侧壁60围绕轴线大体径向延伸以限定空腔，以便在铸造过程中接收熔融的金属。连续侧壁60具有基部60a，切口62从基部60a延伸。切口62的端部由侧壁60中的凸缘60b限定。切口62具有在垂直于孔轴线Z的方向上测量的宽度W。

管状主体58在第一端部64处向内渐缩成锥形以便形成与模型板20接触的进料颈部。管状主体58具有伸入到切口62并抵靠凸缘60b的第二端部66。管状主体58和切口62具有一定的尺寸和形状，其使得管状主体58紧密地贴靠侧壁60。管状主体58限定通过其的开放孔，以便在使用中将空腔连接到铸件。在该实例中，孔轴线沿着纵向轴线Z定位。

管状主体58包括在第一端部64和第二端部66之间的三个向内的扭结68，其一起构成波纹状的可压缩部分。扭结68通过一系列交替的第一侧壁区域68a和第二侧壁区域68b形成。每个第一侧壁区域68a与纵向轴线Z形成角度α，以及每个第二侧壁区域68b与纵向轴线Z形成角度β。角度α和β是相同的(都是大约50°)。形成在第一侧壁区域68a和第二侧壁区域68b之间的角度θ大约是80°。应当理解的是，α+β+θ＝180°。

图4b示出在压缩之后的进料系统54。管状主体58坍塌，以使得从第一端部64至第二端部66的距离减少至D2。扭结被压缩，以使得角度θ减小至大约5°。

图5示出管状主体70，其适于与诸如进料套筒12(图1)或进料套筒56(图4)的进料套筒组合使用。管状主体70具有第一端部72和第二端部74，并限定通过其的开放孔。该孔具有纵向轴线Z(孔轴线)。管状主体具有可压缩部分，其由具有一系列交替的第一侧壁区域76a和第二侧壁区域76b的四个向内扭结76构成。可压缩部分是截头圆锥形的，扭结76的直径从第二端部74到第一端部72略微减小，即管状主体朝向模型板20向内渐缩成锥形。锥角μ小于10°(相对于孔轴线Z测量)。

第一侧壁区域76a与孔轴线形成内角α，以及第二侧壁区域76b与孔轴线形成内角β。角度α(约60°)稍大于角度β(约45°)。在第一侧壁区域和第二侧壁区域之间的角度大约为75°(无论是在管状主体的内部还是外部测量)。

Claims (20)

1.一种适于金属铸造的进料系统，其包括安装在管状主体上的进料套筒；

所述管状主体具有第一端部、相对的第二端部和在其间的可压缩部分，以使得在使用过程中施加力时，所述第一端部和第二端部之间的距离减小；

进料套筒具有纵向轴线并包括围绕所述纵向轴线延伸的连续侧壁，所述连续侧壁限定用于在铸造过程中接收液态金属的空腔，所述侧壁具有邻近于所述管状主体的所述第二端部的基部；

所述管状主体限定通过其的开放孔，以用于将所述空腔连接到铸件，其中

至少一个切口从基部延伸到所述侧壁内，以及所述管状主体的所述第二端部以固定的深度伸入到所述切口内；以及

所述进料套筒由所述管状主体的一部分支撑，所述管状主体的所述一部分伸入到所述至少一个切口内并大致平行于所述进料套筒的所述纵向轴线。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述可压缩部分包括由第一侧壁区域和第二侧壁区域构成的单个梯级或扭结。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述可压缩部分包括一系列交替的第一侧壁区域和第二侧壁区域，从而提供多个梯级或扭结。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述一系列交替的第一侧壁区域和第二侧壁区域一起形成四个梯级或扭结。

5.根据权利要求2所述的系统，其中(i)在一对第一侧壁区域和第二侧壁区域之间形成的角度θ为60°至90°；(ii)在第一侧壁区域和管状主体的纵向轴线之间形成的角度α为30°至60°；和/或(iii)在第二侧壁区域和管状主体的纵向轴线之间形成的角度β为30°至60°。

6.根据权利要求3所述的系统，其中每个梯级或扭结具有在垂直于所述纵向轴线的方向上测量的直径，以及所有的梯级或扭结具有相同的直径。

7.根据权利要求3所述的系统，其中每个梯级或扭结具有在垂直于所述纵向轴线的方向上测量的直径，以及所述梯级或扭结的直径朝向所述管状主体的所述第一端部减小以便形成截头圆锥形的可压缩部分。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述截头圆锥形的可压缩部分从所述纵向轴线以不大于15°的角度倾斜。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述管状主体是金属。

10.根据权利要求9所述的系统，其中金属是具有小于0.05％碳含量的钢。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个切口远离基部延伸至第一深度，以及所述管状主体以第一深度伸入到所述至少一个切口内。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个切口远离基部延伸至第一深度，以及所述第一深度对应于所述进料套筒的高度的5％至30％。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个切口是沟槽。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个切口与所述进料套筒的空腔邻接。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述管状主体的所述可压缩部分与所述至少一个切口间隔开。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述进料套筒是放热进料套筒。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述进料套筒具有至少25kN的抗碎强度。

18.一种用于制备模具的过程，包括：

将根据权利要求1至17中任一项所述的进料系统放置在模型板上；

用模具材料包围所述模型板；

压紧所述模具材料；以及

将所述模型板从压紧的所述模具材料移除以形成模具；

其中压紧所述模具材料包括将压力施加到所述进料系统，以使得所述可压缩部分被压缩，以及所述第一端部和所述第二端部之间的距离减小。

19.根据权利要求18所述的过程，其中压紧所述模具材料包括施加至少为每平方厘米30牛的吊起压力。

20.根据权利要求18所述的过程，其中所述可压缩部分具有梯级构造，所述梯级构造包括一系列交替的第一侧壁区域和第二侧壁区域，以及所述可压缩部分的压缩减小一对第一侧壁区域和第二侧壁区域之间的角度θ。