用于金属铸造的补给口元件和补给口系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种适于在金属铸造中使用的长形可溃缩补给口元件(20；40)和包括该补给口元件及固定于该补给口元件的补给口套筒的补给口系统。补给口元件(20；40)具有长度、宽度和高度且包括沿高度测得的A端和相对的B端，和沿长度测得的C端和相对的D端，所述A端用于安装在模具模样板或摆动板上且所述相对的B端用于接收补给口套筒；并且在A端与B端之间由包括台阶状可溃缩部的侧壁限定出内孔。补给口元件可在使用时压缩由此减小A端与B端之间的距离。侧壁具有限定补给口元件的使用时用作用于补给口套筒的安装表面的B端的第一侧壁区(24；52)，和与第一侧壁区(24；52)连续的第二侧壁区(38；50)。台阶状可溃缩部包括与呈直径递减同心环体形式的第四侧壁区系列(34a，34b，34c，34d；46a，46b)相互连接且形成为一体的呈直径递减同心环形式的第三侧壁区系列(32a，32b，32c，32d；44a，44b)。内孔具有从补给口元件的中央沿长度向C端偏置的轴线且第二侧壁区(38；50)是非平面的、其与第三侧壁区连续并位于内孔轴线与D端之间。
【专利说明】用于金属铸造的补给口元件和补给口系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及适于在利用铸造模具的金属铸造操作中、特别是但非排他性地在高压力上下分模砂造模系统中使用的补给口元件。
【背景技术】
[0002]在典型的铸造过程中，将熔态金属倒入限定了铸件的形状的预成型的模腔内。然而，金属凝固时收缩，导致缩孔(shrinkage cavity)进而导致最终铸件中不可接受的缺陷。这是铸造工业中熟知的问题，并且通过使用在模具形成过程中与模具为一体的补给口套筒或冒口来解决。各补给口套筒均提供与模腔连通的附加的(通常是封闭的)容积或腔。在凝固过程中，补给口套筒内的熔态金属回流到模腔内以补偿铸件的收缩。补给口套筒中的金属比模腔中的金属更长时间地保持熔态是重点，所以补给口套筒被制成高度绝缘或更通常是放热，使得在与熔态金属接触时产生附加的热以使凝固迟延。
[0003]在模具材料凝固和去除之后，来自补给口套筒腔内的不期望的残余金属保持附着于铸件并且必须被去除。为了便于残余金属的去除，在一般称为缩颈套筒的设计中补给口套筒腔可以朝向其基部(即补给口套筒的将最靠近模腔的端部)锥形地变细。在对残余金属施加猛击时，残余金属在将接近铸件表面的最弱点处分开(该过程一般称作“敲落”)。理想地，铸件上有小印记，以允许补给口套筒在铸件的可能受相邻特征限制其访问的区域中定位。
[0004]虽然补给口套筒可以被直接施加到模腔的表面上，但是他们常常与破坏芯子(breaker core)配合使用。破坏芯子是简单地位于模腔和补给口套筒之间的其中心具有孔的由耐火材料制成的圆盘(典型地为树脂粘结砂芯子或陶瓷芯子或补给口套筒材料制成的芯子)。穿过破坏芯子的孔的直径被设计成小于补给口套筒(不一定锥形地变细)的内腔的直径，使得在靠近铸件表面的破坏芯子处发生敲落。
[0005]也可以由金属制造出破坏芯子。DE19642838A1公开了一种用刚性平坦环体代替传统陶瓷破坏芯子的变型的补给系统，并且DE20112425U1公开了一种利用刚性“帽子状”环体的变型的补给系统。
[0006]一般使用限定了模腔的造模模样来形成铸造模具。在模样板上在作为补给口套筒用的安装点的预定位置处设置有销。所需的套筒被安装在模样板上时，通过将造模砂倒在模样板上和补给口套筒周围直到补给口套筒被覆盖并且模具箱被充满为止从而形成模具。模具必须具有充分的强度，以抵抗熔态金属的倾倒过程中的冲蚀、经受住模具被充满时被施加在模具上的钢铁水静压力(ferrostatic pressure)以及抵抗金属凝固时的膨胀/压缩力。
[0007]造模砂可以分为两个主要类别。化学粘结的(基于有机或无机粘合剂)或粘土粘结的。化学粘结的造模粘合物典型地为自硬化系统，其中粘合剂和化学硬化剂与砂混合并且粘合剂和硬化剂立即开始反应，但是充分地慢足以允许砂能够围绕模样板成形并且接着能够被足够地硬化以使其可被去除和铸造的。[0008]粘土粘结的造模砂使用粘土和水作为粘合剂，并且可以在“湿”或未干状态下被使用并且一般简称为湿砂。在只有压缩力的状态下，湿砂混合物不轻易流动或者移动。因此，要将围绕模样的湿砂压实并赋予模具如之前详述的充分的强度特性，需要施加摇动、振动、压挤和捣击的多种组合以便通常以高生产率生产出均匀强度的模具。典型地通常使用液压捣锤以高压力将砂压缩(压实)(该过程简称为“捣制”)。随着铸件复杂性和生产效率需求的提高，存在着在尺寸上更加稳定的模具的需要，并且趋向于朝向当存在补给口套筒和/或破坏芯子时、特别是如果破坏芯子或补给口套筒在捣制之前与模样直接接触时则可能导致补给口套筒和/或破坏芯子的破损的较高捣击压力的趋势。
[0009]以上问题通过弹簧销的使用被部分缓解。补给口套筒和可选择的定位芯子(典型地由高密度套筒材料构成，具有与破坏芯子类似的整体尺寸)初始时与模样板间隔开并且在捣制时朝向模样板移动。弹簧销和补给口套筒可以被设计成在捣击后套筒的最终位置使得套筒不与模样板直接接触并且可以典型地与模样表面相距5mm-25mm。敲落点常常是不可预测的因为其取决于弹簧销的基部的尺寸和轮廓并因此可能导致附加的清洁成本。EP-A-1184104中提供的解决方案是两部式补给口套筒。在模具形成过程中压缩的状态下，一个模具(套筒)部叠缩到另一个内。模具(套筒)部之一总是与模样板接触并且没有弹簧销的需要。然而，存在着与EP-A-1184104中的叠缩配置相关联的问题。例如，由于叠缩动作，造模之后补给口套筒的容积是变化的并且取决于包括造模机压力、铸件几何结构和砂特性在内的一系列的因素。这些不可预测性可能对补给性能产生不利影响。另外，在需要放热性套筒时该配置并不是理想地合适。当使用放热性套筒时，放热性材料与铸件表面的直接接触是不期望的，并且可能导致表面光洁度差、铸件表面的局部污染并且甚至导致子表面气体缺陷。
[0010]而EP-A-1184104中的叠缩配置的另一缺点起因于维持两个模具(套筒)部的初始间隔所需的凸片或凸缘。在造模过程中，这些凸片破掉(由此允许叠缩动作发生)并简单地落入造模砂内。经过一段时间之后，这些碎片将在造模砂内逐渐增加。当碎片由放热性材料制成时问题尤其严重。来自砂的湿气可能潜在性地与放热性材料(例如，金属铝)反应，创造了小型爆炸性缺陷的潜在性。
[0011]W02005/051568(其全部公开通过引用合并于此)公开了在高压力砂造模系统中特别有用的补给口元件(可溃缩的破坏芯子)。补给口元件具有用于安装在模具模样上的第一端、用于接收补给口套筒的相对的第二端和在第一与第二端之间的由台阶状侧壁限定的内孔。台阶状侧壁被设计成在预定载荷(压毁强度)下不可逆地变形。补给口元件提供优于传统破坏芯子的多个优点，包括:
[0012]⑴较小的补给口元件接触区域(朝向铸件的孔径)；
[0013](ii)铸件表面上的小印记(外部轮廓接触)；
[0014](iii)降低了的模具形成过程中在高压力下补给口套筒破损的可能性；和
[0015](iv)具有显著地降低了的清洁需要的一致性敲落。
[0016]W02005/051568中的补给口元件是作为高压力砂造模系统中的例子。涉及到的高捣击压力使得使用高强度(及高成本)的补给口套筒成为必要。该高强度通过补给口套筒的设计(即形状、厚度等)和材料(即耐火材料、粘合剂类型及添加量、制造过程等)的组合来实现。该例子用被设计成耐压力(即高强度)且用于现场补给(即高密度、高放热性、厚壁，因此高模量)的FEEDEX HD-VS159补给口套筒表明了补给口元件的使用。补给口套筒经由承受补给口套筒的重量且垂直于内孔轴线的安装表面被固定至补给口元件。对于中等压力造模，存在着使用较低强度套筒、即不同设计(形状和壁厚等)和/或不同成分(即较低强度)的潜在性机会。无论套筒设计和成分如何，在使用时都将仍然存在着与从铸件敲落(铸件上的印记的变化性和大小)相关联的问题和在补给口元件下方的良好的砂压实的需要。如果在中等压力造模线中采用了 W02005/051568中的补给口元件，那么需要将元件设计成使其在较低造模压力(与高压力造模相比)下充分地溃缩、即具有较低的初始压毁强度。使用较低强度的补给口套筒(典型地为较低密度套筒)也将是高度有利的。除了去除成本劣势(与必须使用高强度高密度套筒相关联)之外，从容积和热物理特性的角度看这可能允许更适合单个应用(铸造)的套筒的使用。然而，当对其首先进行尝试时，出乎意料地发现造模时补给口套筒遭受了损坏和破损，如果将其用于铸造将导致铸件遭受缺陷。
[0017]因此在W02007/141466(其全部内容也通过引用合并于此)中构想并描述出了改进的补给口元件以将可溃缩的补给口元件的利用扩展到中等压力造模系统同时允许相对弱的补给口套筒的使用而不引入铸件缺陷。该补给口元件类似于与W02005/051568有关的上述补给口元件，但是进一步包括:第一侧壁区，其限定了元件的第二端和使用中用于补给口套筒的安装表面，该第一侧壁区以小于90°倾斜于内孔轴线；和第二侧壁区，其与第一侧壁区连续，该第二侧壁区以与第一侧壁区不同的角度平行于或倾斜于内孔轴线并由此限定出侧壁中的台阶。与在W02005/051568中描述的补给口元件一样，类似地发现，这样的配置在使补给口元件的印记和接触区域最小化中是有利的，由此降低了与从铸件上敲落相关联的变化性。
[0018]对于较小铸件、例如汽车零部件的高容量和长期制造而言，为了满足成产率要求，自动湿砂造模线已经变得越来越受欢迎。使用匹配板(具有安装在相对侧上的两个上模和下模所用的模样的模样板)的自动水平分模线能够以高达100-150个/小时的速度制造模具。上下分模造模机(诸如由DISA Industries A/S制造的迪沙式无箱造模机(Disamatic flaskless moulding machine)能够以高达 450-500 个模具 / 小时的更高速度生产。在迪沙式机中，一个模样半部被装配在液压操作的压挤活塞的端部而另一半部被装配至摆动板，之所以称之为摆动板是因为其能够远离模具移动和摆动。上下分模造模机能够生产硬的、刚性的无箱湿砂模具，其尤其适于延性铁铸件。在这样的应用中，典型地以2-4bar的压力吹砂并接着以10_12kPa的压挤压力、或在某些高要求应用中时以15kPa的最大压挤压力将砂压实。
[0019]从制造难易程度的角度看水平地生产出的铸件提供更大的灵活性，并且存在着具有以允许补给口能够在需要时和在需要的位置被放置的方式访问整个模样区域的潜在性的可用的多种应用技术。上下地生产出的铸件对确保其一致性地完好提出更大的挑战，并且补给被典型地限制至被置于造模合模线上的顶部补给口或侧补给口，这使得单独的较重部分的补给非常难。
[0020]对于包括上下分模模具中生产出的铸件在内的任何铸件，基本上存在两种类型的补给需要。
[0021]第一种补给需要是模量驱使的，其中模量是用于待补给铸件或部分铸件的凝固时间的代理。为此，补给口金属必须是用于充分时间的、即大于铸件和或部分铸件的时间的液体，以使得铸件能够完好地凝固而没有气孔并因此生产出完好零缺陷的铸件。对于这些应用，能够使用标准的圆形轮廓的套筒(具有诸如W02005/051568和W02007/141466中示出的补给口元件)。尤其是，对于高压力上下分模造模线，需要可压缩的补给口元件以赋予补给口元件的基部与模样表面之间的必要的砂压实，并且已经发现:诸如W02005/051568和W02007/141466中的可压缩的补给口元件适于赋予必要的砂压实且同时具有一致性良好的补给口去除(小印记和易敲落)。
[0022]第二种补给需要是容积驱使的，即存在着为铸件供应一定体积的液体金属的需要。容积由几个因素确定，主要是铸件重量以及特定的金属合金的液体和固体金属收缩。另一因素是钢铁水静压力(颈部上方的或者与铸件接触的液体金属补给口的有效高度)，这对于在上下分模模具中生产出的铸件中尤其重要。
[0023]本实用新型所主要关注的是上下分模铸造模具中的容积需要和尺寸限制。
实用新型内容
[0024]为了向铸造供应特定的体积的液体金属，期望套筒在通向铸件的补给口颈部的内孔上方包括用于充分体积的液体金属的腔，以提供金属的储存并且以充分的钢铁水静压力补给至铸件。由于空间限制和产率需要，简单地使用较大的标准形状的(即圆形截面或对称的)补给口并不实用。由于上述原因，还期望使用适于在上下分模高压力模具机中使用的可压缩的补给口元件以确保在补给口套筒和模样之间的良好的砂压实以及良好的补给口敲落。
[0025]首先尝试解决该需要涉及使用诸如W02005/051568和W02007/141466中描述的补给口套筒，其中补给口套筒具有围成了延伸到与圆形可压缩的补给口元件装配的较低截头圆锥或柱状颈部内的大腔的主体。套筒主体自身是圆形的，具有平坦闭合顶部，然而，难以在模具制作循环中在摆动板的正常移动过程中将补给口套筒的在摆动(模样)板上的位置保持住。这通过在内部补给口壁上和或补给口颈部上以使得其与定位或支撑销接触的方式引入内部肋或翅来缓解，定位或支撑销用于在套筒被压缩到模具内之前在模具模样上保持补给口套筒。另一个方法是使用具有弹簧机构的销，该弹簧机构被诸如在销的基部处的金属球轴承或线加载，使得销与补给口元件接触并且在造模过程中将销保持在适当位置。在造模时，可溃缩的补给口元件赋予所需的砂压实，并且补给口套筒被维持在所需的位置。然而，在铸造时，存在着铸件的不充分补给，导致在铸件中形成收缩缺陷。在通过增加钢铁水静压力将这种情况缓解的尝试中，补给口套筒的基部是带角度的，以至于当模样处于其造模位置(上下分模)时，套筒的顶端以高达10度的角度被定位在补给口颈部的水平平面的上方。这通过增加钢铁水静压力改善了补给性能，但是不足以成产出零缺陷的铸件。不可能通过增加角度进一步提高补给性能，因为难以在套筒中生产出用于支撑销的合适的槽并且难以在造模后去除销而不损坏套筒。
[0026]所尝试的另一个方法是用不同的补给口元件试验上下长形的或橄榄形形状的非缩颈套筒。为了在套筒被压缩到模具内之前帮助套筒的上下对齐和防止补给口套筒在模具模样上的转动，使用了特别构造的支撑销。销被构造用于插入穿过补给口元件的内孔并且销的端部被制成例如平坦叶片或翅的轮廓，使得其只在一个取向上与套筒/补给口元件匹配并因此防止套筒在销上的转动。虽然这克服了取向的问题，但是发现:在砂模具的压缩上的补给口套筒趋向于龟裂。如果使用了由树脂粘结砂破坏芯子构成的不可压缩的缩颈补给口元件，则存在着补给口元件的在套筒下方的基部与模样板附近之间的造模砂的不充分压实，并且高的造模压力导致补给口元件的龟裂和破损。类似地，如果与第二长形树脂粘结的缩颈补给口元件和补给口套筒配合使用诸如W02005/051568和W02007/141466中描述的圆形可压缩的补给口元件(即由三个部件组成的系统)，则观察到了缩颈组成部件的破裂和破损。
[0027]因此本实用新型的目的在于提供一种能够用在采用压力造模上下分模自动或半自动造|吴机的铸造造|吴丨呆作中的补给口兀件和补给口系统。
[0028]根据本实用新型的第一方面，提供一种适于在金属铸造中使用的长形补给口元件，所述补给口元件具有长度、宽度和高度，所述补给口元件包括:
[0029]沿所述高度测量出的A端和相对的B端，以及沿所述长度测量出的C端和相对的D端，
[0030]所述A端用于安装在模具模样或摆动板上并且所述相对的B端用于接收补给口套筒；并且
[0031]在所述A端和所述B端之间由包括台阶状可溃缩部的侧壁限定出内孔；
[0032]所述补给口元件在使用时被压缩由此减小所述A端和所述B端之间的距离；
[0033]其中，所述侧壁具有:第一侧壁区，其限定了所述补给口元件的在使用时用作用于补给口套筒的安装平面的所述B端；和第二侧壁区，其与所述第一侧壁区连续，
[0034]其中，所述台阶状可溃缩部包括:与呈直径递减的同心环体形式的第四侧壁区系列相互连接且形成为一体的呈直径递减的同心环形式的第三侧壁区系列；
[0035]其特征在于，
[0036]所述内孔具有从所述补给口元件的中央沿所述长度朝向所述C端偏置的轴线，并且
[0037]所述第二侧壁区是非平面的、其与第三侧壁区连续并且位于所述内孔轴线与所述D端之间。
[0038]内孔轴线以所述长度的至少10%从所述补给口元件的所述中央偏置。
[0039]因此本实用新型的实施方式能够提供适于用在高压力上下分模模具机(诸如由DISA Industries A/S制造的那些等)中的不对称的补给口元件。如上所述,使用使得在使用时在内孔轴线的上方具有增加了的高度的不对称的补给口套筒可能是有利的。这提供了位于内孔轴线和补给口颈部上方的较大体积的金属和钢铁水静(落差)压力以确保熔态金属较多且更高效地流动到模腔内。
[0040]因此 申请人:决定试验侧边开口的套筒(而不是提供较低的缩颈部)，其使得补给口元件被以配置成抵接套筒的开口侧的边缘的方式设置在板上。因此，将诸如W02005/051568和W02007/141466中描述的补给口元件简单地设置在用于长形套筒上使用的长形板上(见图1)。然而发现:当高的模具压力施加至这些组成部件时，补给口元件的可压缩的部分根据要求溃缩，然而，通过可溃缩部吸收和传递并且进入到长形板的力造成补给口的与套筒接触的部分未料到地弯曲并且由套筒而向外弯(见图1)。这不令人满意，因为可能允许熔态金属从补给口套筒部分而不是从内孔溢出，这进而影响了铸造的质量和效率。因此期望设计出一种包括了在高压力下溃缩的可溃缩部以及能够保持刚性并且即使当不对称地施加了高的模具压力时也不扭曲的长形部的补给口元件。
[0041]由于观察到侧壁的最靠近长形板的中央的部分趋向于比侧壁其余部分更加向内溃缩，所以初始工作集中在增强该区域上(见图2)。然而，未料到地发现，在板的中央区域中包含附加的弧状金属加强肋或者在该区域中焊接附加的金属片以加厚板并未完全防止板弯曲。虽说可以通过由较厚金属制成整个补给口元件来防止变形，但这也可能防止了内孔在压力下溃缩并因此不能提供实用的解决方案。因此另一个考虑的解决方案涉及到两部分单元的准备，其中可压缩部被附接至较厚且更刚性的板。然而该解决方案被认为是不实用的并且昂贵的，因为设计成给出高容量、长期且最低成本铸造生产的机器需要低成本的像补给口元件一样的消耗零部件以便在商业上可行。
[0042]在朝向实用的解决方案进一步工作之后，出乎意料地发现，在可压缩部附近包含非平面部显示出加强了板并防止了板在压缩过程中弯曲。
[0043]尽管现有技术的补给口元件每个都被设计成用于具有对称的颈部(截面是圆形的)的补给口套筒，但是没有一个已经解决了本实用新型目标待解决的问题。反而，现有技术聚焦在套筒具有围绕中心的内孔的圆形壁的补给口系统上，如W02007/141466和DE20112425U1中描述的那些。在DE20112425U1中，补给口元件是刚性的并且在使用时不变形，并且在某些实施方式中安装表面具有一对隔开的圆形壁(唇部)以使得在造模时，内唇部确保套筒壁的所有碎片被保留在适当位置并且不落入到模具(及铸件)内。
[0044]补给口元件是长形的，即长度大于宽度。如果用在上下分模模具中，长度将是上下的并且宽度和高度将是水平的。在具体的实施方式中，补给口元件可以是大致橄榄形、椭圆形、矩形、不规则多边形或长圆形(即具有两个平行的直边和两个部分圆形的端部)。在特定的实施方式中，补给口元件是长圆形。
[0045]应该理解的是，长度、宽度和高度相互正交。
[0046]限定了补给口元件的B端的第一侧壁区是沿着高度(平行于内孔轴线)测量时被布置在距离A端最大距离处的的侧壁区。第一侧壁区在使用时用作安装表面并因此与补给口套筒的开口侧接触。
[0047]应该理解的是，本实用新型的补给口元件包括第一侧壁区(包括安装表面)、第二侧壁区(与第一侧壁区和第三侧壁区连续)和可压缩部(包括第三和第四侧壁区)。第二侧壁区由此形成安装表面和可溃缩部之间的桥接。
[0048]第二侧壁区是非平面的并且具有在内孔轴线的方向上测量出的高度。第二侧壁区的高度可以比作补给口元件的高度(A端与B端之间的距离)。在一个系列的实施方式中，第二侧壁区的高度(压缩前)是补给口元件的高度的5%至35%、8%至30%、10%至25%或者14%至21%。
[0049]未被理论所束缚，发明人推断:非平面的形状有助于使砂“呈漏斗状”由此改善了补给口元件和模具之间的砂压实。
[0050]在一个实施方式中，第二侧壁区对称于从C端通过内孔轴线至D端的镜像面。在特定的实施方式中，整个补给口元件对称于镜像面。对称的补给口元件被认为可使捣制中涉及的应力更加均匀地分布。
[0051]在一个实施方式中，第二侧壁区在补给口元件的整个宽度上远离B端朝向A端呈曲线并且往回朝向B端呈曲线并由此形成弧。在沿其长度观看补给口元件时可以在截面上看见弧。弧相对于B端内凹并且相对于A端外凸。弧的高度是第二侧壁区的高度。
[0052]在一个实施方式中，第二侧壁区从可溃缩部至第一侧壁区向外呈喇叭形。内孔轴线位于通过补给口元件的无数个平面内。在一个实施方式中，第二侧壁区是使得其在从C端通过内孔轴线至D端的平面中的截面为直线的形状。在另一实施方式中，第二侧壁区在使得其在包含内孔轴线的各平面中均为直线的形状。
[0053]在一个实施方式中，第二侧壁区在D端(使用时的上侧端)处相对于内孔轴线产生角度β，并且在C端(使用时的下侧端)处产生角度Y。在一个系列的实施方式中，β为至少60°、至少70°或至少80°。在另一个系列的实施方式中，Y为至少5°、至少10°、至少15°、至少20°或至少25°。在特定的实施方式中，β大于Y。
[0054]为了实用的原因，内孔轴线优选地位于相对于补给口元件和/或第二侧壁区的宽度大致居中的位置处。
[0055]内孔轴线以距离Χ(Χ>0)沿着长度从补给口元件的中央偏置。距离X可以比作补给口元件的长度L。在一个系列的实施方式中，X/L为至少5%、10%或15%。在另一个系列的实施方式中，X/L为小于25%、小于20%或小于15%。在特定的实施方式中,X/L为16%至18%。这意味着内孔轴线是以长度的大约1/6从补给口元件的中央偏置。
[0056]第二侧壁区位于补给口元件的内孔轴线和D端之间。在一些实施方式中，第二侧壁区以同样位于内孔轴线和C端之间的方式围绕内孔轴线延伸。在其他实施方式中，第二侧壁区没有位于内孔轴线和C端之间。
[0057]第一侧壁区(安装表面)在使用时与补给口套筒接触。为了防止金属从补给口元件和补给口套筒之间泄漏，必须有卡合装配。第一侧壁区因此必须围绕补给口元件的外围连续地延伸。典型地，补给口套筒的开口侧将以具有与第一侧壁区卡合配合的方式形成轮廓。第一侧壁区可以被视为安装环、带或条。
[0058]相信被施加至补给口元件的力在内孔附近比在补给口元件的其余部分大，因此产生折弯力矩。非平面部的包含提高了第二侧壁区的刚性并且提供了针对折弯力矩的抵抗能力。
[0059]第一侧壁区的深度(从第一侧壁区的内径到外径的距离)并不被特别限定并且将取决于补给口套筒的大小。在某些实施方式中，第一侧壁区的深度(如果该深度不一致的话则是第一侧壁区的平均深度)可以是至少5mm、至少IOmm或至少15mm。在另一些实施方式中，第一侧壁区的深度(或第一侧壁区的平均深度)可以小于50mm、小于45mm、小于40mm、小于35mm、小于30mm、小于25mm、小于20mm、小于15mm或小于10mm。在特定的实施方式中，第一侧壁区具有5mm至15mm的深度(或平均深度)。
[0060]在一个实施方式中，第一侧壁区(安装表面)以大于0°到高达(并且包括)90°相对于内孔轴线倾斜。在另一实施方式中，第一侧壁区(安装表面)以角度α相对于内孔轴线倾斜，其中O < α <90。在一个系列的实施方式中，α为至少30°、至少40°、至少45°、至少50°、至少55°、至少60°、至少65°、至少70°或者至少75°。在一个系列的实施方式中，α为小于85°、小于75°、小于70°、小于65°、小于60°、小于55°或小于45°。在特定的实施方式中，α为50°至70°。
[0061]限定了内孔的侧壁可以包括台阶并由此提供了可压缩部(即台阶状可溃缩部)。在这样的实施方式中，侧壁可以包括至少一个台阶。在一个系列的实施方式中，可以设置至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个或至少7个台阶。在另一个系列的实施方式中，可以设置少于15个、少于12个、少于10个、少于9个、少于8个、少于7个、少于6个、少于5个、少于4个或少于3台阶。在特定的实施方式中，台阶状侧壁包括3个至6个台阶。
[0062]在一个实施方式中，第二侧壁区和可溃缩部具有大致相同的宽度。
[0063]在一个系列的实施方式中，可溃缩部的长度(如果可溃缩部包括环状台阶的话则是最大直径)是补给口元件的长度的35%至70%、40%至60%或者45%至50%。
[0064]各台阶可以是大致圆形、橄榄形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或长圆形。各台阶可以是与其他台阶相同(或者不同)的形状的。在特定的实施方式中，侧壁包括至少3个圆形台阶。
[0065]各台阶可以由第三侧壁区和与第三侧壁区连续的第四侧壁区形成，只是其中第四侧壁区设置成相对于内孔轴线的角度与第三侧壁区不同。应该理解的是，第三侧壁区可以与全部或部分第二侧壁区形成为一体。
[0066]第三侧壁区可以平行于内孔轴线或者可以以小于90°倾斜于内孔轴线。第四侧壁区额可以垂直于内孔轴线或者以小于90°远离A端并朝向内孔轴线倾斜。
[0067]补给口元件的侧壁包括与呈直径递减的同心环体形式的第四侧壁区系列(所述系列具有至少一个构件)相互连接且形成为一体的呈直径递减的同心环形式(当所述系列具有一个以上构件时)的第三侧壁区系列(所述系列具有至少一个构件)。第三和第四侧壁系列一起形成侧壁的台阶状部并且可以被视为补给口元件的可压缩部。侧壁区可以是大致均匀的厚度，使得补给口元件的内孔的直径从补给口元件的A端增加至B端。适宜的是，第三侧壁区系列是柱形(即平行于内孔轴线)，虽然他们可以是截头圆锥形(即倾斜于内孔轴线)。适宜的是，第四侧壁区系列垂直于内孔轴线。两个侧壁区系列可以是圆形形状的，或者是非圆形形状的(例如，橄榄形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或长圆形)。
[0068]补给口元件可以具有相互连接并形成为一体的、可多至六个或更多的第三和第四侧壁区。在一个特定的实施方式中，五个第三侧壁区与四个第四侧壁区相互连接并形成为一体。在另一实施方式中，三个第三侧壁区与两个第四侧壁区相互连接并形成为一体。
[0069]在一些实施方式中，第四侧壁区的内径与外径之间的距离为3mm至12mm或5mm至8_。侧壁区的厚度可以是0.2mm至1.5mm.0.3mm至1.2mm或0.4mm至0.9mm。侧壁区的理想厚度根据不同的元件变化并且受补给口元件的大小、形状和材料以及受其制造所用过程的影响。在补给口元件由单张金属板加压成型的实施方式中，第二侧壁区的厚度将与第三和第四侧壁区的厚度大致相同。
[0070]从之前的论述应该理解的是，补给口元件打算与补给口套筒配合使用。因此，实用新型在第二方面中提供了一种用于金属铸造的补给口系统，包括根据第一方面的补给口元件和被固定至该补给口元件的补给口套筒，补给口套筒被形成与第一侧壁区的角度匹配的轮廓。
[0071]被构造为与水平分模模具机一起使用的标准补给口套筒包括:具有曲线内部的中空主体和用于从上方安装到圆形破坏芯子(可溃缩的或相反)的开口环形基部。对于某些应用，补给口套筒也可以非圆形的，其带有用于安装在非圆形破坏芯子的具有环形基部。
[0072]在第二方面的补给口系统中，补给口套筒可以被构造为与上下分模模具机一起使用，并且可以包括具有被构造为与补给口元件的安装表面匹配的开口侧的中空主体。开口侧在可以在形状上为圆形或非圆形，但是优选地为长形(即套筒具有长度和宽度，其中长度大于宽度)。在具体的实施方式中，开口侧可以大致为橄榄形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或长圆形(即具有两个平行的直边和两个部分圆形的端部)。
[0073]应该理解的是，压缩量和引起压缩所需的力将受到包括补给口的制造材料和侧壁的形状及厚度在内的多个因素的影响。同样应该理解的是，单个补给口元件将根据所打算的应用、涉及到的预期压力和补给口大小需要进行设计。
[0074]补给口元件在使用时(造模过程中)可压缩。初始压毁强度是引发压缩并且使补给口元件超越或超出已经处在其未被使用且未被压毁状态的固有柔韧性不可逆地变形所需的力。W02007/141466包括示出了补给口元件在受到力时变形的多个图表。参考随附的来自W02007/141466的示例图表是为了表明初始压毁强度。参见图3a，针对没有补给口元件补给口套筒(上侧的线)和具有补给口元件的相同的补给口套筒(下侧的线)绘制出力与板的位移的关系的曲线。参见上侧的线，将注意到:随着力增加，存在与补给口套筒的固有柔韧性(可压缩性)相关联的补给口套筒的压缩直到施加了临界力(O点)，在此称作套筒压毁强度(大约4.5kN)，该点之后套筒的压缩在递减的负载下平稳地进行。参见下侧的线，将注意到:随着力增加，存在补给口元件和套筒的极小压缩，直到施加了临界力(P点)，在此称作初始压毁强度，在这之后，压缩在较低负载下迅速地进行。图3b示出在具有补给口套筒60(图6中所示)的根据实用新型的实施方式的补给口元件20(图4中所示)上进行的压缩测试得出的结果。对于前述的测试，可以看出:随着力增加，存在补给口元件与套筒的极小压缩直到初始压毁强度(P点，大约2kN)。接着压缩在较低负载下进行，其中在初始压毁强度发生之后Q点产生了最小力测量。在压缩测试过程中在平稳地施加力的状态下，发生进一步压缩并且力增加至与补给口元件的溃缩的台阶状级数的开端和结束相关联的进一步最大点(R和T)和最小点(S和U)。
[0075]如果初始压毁强度太高，那么造模压力可能造成补给口套筒在补给口元件的压缩引发之前故障。因此，为了实用的原因，补给口系统典型地包括补给口元件和补给口套筒，其中补给口元件的初始压毁强度低于补给口套筒的压毁强度。在一个系列的实施方式中，补给口元件的初始压毁强度不超过7kN(7000N)、不超过6kN、不超过5kN、不超过4kN或者不超过3kN。在另一个系列的实施方式中，初始压毁强度可以是至少250N、至少500N、至少750N或者至少IOOON(IkN)。如果压毁强度太低，那么补给口元件的压缩可能在被意外地引发，例如若为了存储或在运输过程中将多个元件堆叠。
[0076]本实用新型的补给口元件可以被视作可溃缩破坏芯子，因为该术语适于描述元件在使用时的一些功能。传统上，破坏芯子包括树脂粘结砂。它们也可以包括陶瓷材料或者补给口套筒材料制成的芯子。然而，本实用新型的补给口元件能够由各种其他适合的材料制造，包括金属(例如，钢、铝、铝合金、黄铜、铜等)或塑料。在一个实施方式中，补给口元件是金属的，并且在特定的实施方式中，补给口元件是钢的。在某些构造中，可以更适当地将补给口元件视为补给口颈部。
[0077]在某些实施方式中，补给口元件可以由金属成型而成，并且可以由厚度一致的单张金属板加压成型。在一个实施方式中，通过拉延过程制造补给口元件，其中通过冲床的机械动作将金属板坯迅速地拉延成成型模。当拉延出的零部件的深度超过其直径时该加工被视为深度拉延并且通过经由一系列的模将零部件再次拉延来实现。为了适用于加压成型，金属应该充分地具有延展性以防止在成型加工过程中撕裂或龟裂。在某些实施方式中，补给口元件由冷轧钢制成，其中典型的含碳量的范围从最小0.02% (等级DC06，欧洲标准EN10130-1999)至最大0.12% (等级DC01，欧洲标准EN10130-1999)。如果补给口元件通过不同方式制得，则其他碳含量(例如，大于0.12%、大于0.15%或大于0.18%)可能是适合的。
[0078]如本文中所使用的，术语“可压缩的”被用在其最宽泛的含义并且仅打算表达补给口元件的在A端和B端之间的高度在压缩后比压缩前短。在一个实施方式中，所述压缩是不可恢复原状的，即在引起压缩的力去除之后补给口元件不能恢复至其最初的形状。
[0079]在一个实施方式中，限定了补给口元件的A端的侧壁区的自由边具有向内指向的唇部或环状凸沿。
[0080]补给口元件的压缩行为可以通过调节各侧壁区的尺寸来改变。在一个实施方式中，第三侧壁区系列中的所有第三侧壁区具有相同长度并且第四侧壁区系列中的所有第四侧壁区具有相同长度(可以彼此相同或不同，并且可以与第一侧壁区相同或不同)。然而在特定的实施方式中，第三侧壁区系列和/或第四侧壁区系列的长度朝向补给口元件的A端逐渐地增大。
[0081]可以将补给口套筒的与补给口元件接触的表面区域描述为接触区域。在一个系列的实施方式中，套筒的接触区域的至少75 %、至少80 %、至少85 %、至少90 %或者至少95 %是与第一侧壁区(安装表面)发生的。在特定的实施方式中，套筒的接触区域的100%都是与第一侧壁区发生的，即补给口套筒与第一侧壁区接触但是不与第二侧壁区接触。
[0082]可以在某些区域将补给口套筒的壁加厚以增加开口侧的表面区域并且提供较大的接触区域并因此较大地支撑在补给口元件的安装表面上。补给口套筒的在使用时形成补给口的基部的壁也可以形成为例如朝向铸件的位置呈倾斜向下的轮廓，以进一步促进熔态金属从补给口流入并补给到铸件内。
[0083]在使用时，以使得套筒的开口侧处于沿着大致上下的平面的方式将套筒取向并且以使得内孔设置成比套筒的上端更靠近套筒的下端的方式将补给口元件定位在开口侧。因此，补给口系统的设计将允许套筒中待提供的熔态金属落差能够在内孔的上方以确保熔态金属高效地供应至模具。
[0084]补给口套筒的性质并不特别地限定并且可以是例如绝缘的、放热性的或者是两者的组合。两者的制造模式均不被特别限定，可以使用例如真空成型加工或射芯法来制造。典型地，补给口套筒由低和高密度耐火填充物(例如，石英砂、橄榄石、硅酸铝中空微球体与纤维、耐火粘土、氧化铝、浮石、蛭石、珍珠岩)与粘合剂的混合物制得。放热性套筒进一步需要燃料(通常是铝或铝合金)、氧化剂(典型地为铁氧化物、二氧化锰或硝酸钾)和通常的引发剂/敏化剂(典型地为冰晶石)。
[0085]在一个系列的实施方式中，补给口套筒具有至少3.5kN、至少5kN、至少8kN、至少12kN、至少15kN或至少25kN的强度(压毁强度)。在一个系列的实施方式中，套筒强度小于25kN、小于20kN、小于18kN、小于15kN、小于IOkN或小于8kN。为了便于比较,将补给口套筒的强度限定为由补给口套筒材料制得的50mmX50mm的柱状测试主体的比较强度。使用201/70EM压缩测试机(Form&Test Seidner,Germany制造的)，并且根据制造厂商的说明书进行操作。将测试主体居中地放置在钢板中的下侧板上，并且由于下侧板以20mm/min的速度朝向上侧板移动对测试主体施加负载以将其毁坏。补给口元件的有效强度将不仅取决于准确成分、所使用的粘合剂以及制造方法，而且还取决于套筒的大小和设计，这通过测试主体的强度通常高于针对标准带有平坦顶部的6/9K套筒测量出的强度的事实得以阐释。
[0086]补给口套筒可以在包括柱状、橄榄形和拱顶形在内的多种形状下可用。套筒主体可以是带平坦顶部的、拱顶的、带平坦顶部的拱顶形或者任何合适的形状。适宜的是，补给口套筒可以通过胶黏剂被固定至补给口元件，但是也可以是推动配合或者具有围绕补给口元件的一部分成型的套筒。优选地，补给口套筒被黏附至补给口元件。
[0087]优选的是，在补给口套筒内包括威廉氏楔(Williams Wedge)。该威廉式楔可以是插件或者优选地是在套筒的成型过程中生产出的一体部分，并且包括位于套筒的内顶部上的棱形。在铸造时，当套筒充有熔态金属时，威廉式楔的边缘确保了熔融金属的表面的大气穿刺(atmospheric puncture)和补给口内的真空效果的释放以允许更加一致的补给。典型地，威廉式楔将与补给口元件有少量接触或者没有接触。
[0088]补给口系统可以进一步包括支撑销以在套筒被压缩到模具内之前将补给口套筒保持在模具模样上。支撑销将被构造用于插入穿过补给口元件的偏置的内孔并且可以被构造成防止套筒和/或补给口元件在压缩过程中相对于该销转动(例如，销的端部可以被形成使其只在一个取向上与套筒/补给口元件匹配的轮廓)。支撑销也可以进一步被构造成在销的基部附近包括一装置，并且该装置与补给口元件接触并且在造模循环期间将其保持在适当位置。该装置可以包括例如形成了与补给口元件的第一侧壁区的内表面之间的压力/接触的弹簧加载的球轴承或弹簧夹。可以采用在造模循环期间将补给口系统保持在模样板上的适当位置处的其他方法，只要可以为造模机的摆动板供应某些服务，例如可以使用电线圈将造模销的基部临时磁化，使得当使用钢或铁补给口元件时补给口系统在造模过程中被保持在适当位置，或者可以将补给口系统放置在模样板上的可充气袋上方，当在造模过程中通过压缩空气将该袋充气时，该可充气袋膨胀抵着补给口元件和/或套筒的内孔壁。在这两个示例中，都将在造模之后立即释放电磁力或压缩空气以允许模具和套筒系统能够从模样板释放。也可以在造模销的基部和/或模样板的邻接造模销的基部的区域中使用永久磁体，磁体的力充分到足以在造模循环期间将补给口系统保持在适当位置，但是低到足以允许在造模循环结束时组合起来的模具和套筒系统能够释放，并且当从模样板上取下时该组合起来的模具和套筒系统能够维持整体性。
【专利附图】
【附图说明】
[0089]现在仅参照附图并借助示例来描述本实用新型的实施方式，附图中:
[0090]图1A示出比较的补给口元件和补给口套筒。图1B示出压缩之后的图1A中的补给口元件。
[0091]图2A和2B示出比较的补给口元件。
[0092]图3a示出针对现有技术的补给口套筒和补给口系统的力与位移的关系的曲线图。
[0093]图3b示出针对包括了根据本实用新型的实施方式的补给口元件(如图4所示)和被具体地设计为与该补给口元件使用的补给口套筒(图6中所示)的补给口系统的力与位移的关系的曲线图。
[0094]图4a示出根据本实用新型的实施方式的补给口元件的主视图。
[0095]图4b示出根据本实用新型的实施方式的补给口元件的俯视图。
[0096]图4c示出根据本实用新型的实施方式的补给口元件的侧视图。
[0097]图4d示出根据本实用新型的实施方式的补给口元件的立体图。
[0098]图5a示出根据本实用新型的另一实施方式的补给口元件的主视图。
[0099]图5b示出根据本实用新型的另一实施方式的补给口元件的俯视图。
[0100]图5c示出根据本实用新型的另一实施方式的补给口元件的侧视图。
[0101]图5d示出根据本实用新型的另一实施方式的补给口元件的立体图。
[0102]图6a示出适于在根据本实用新型的补给口系统中使用的补给口套筒的主视图。
[0103]图6b示出适于在根据本实用新型的补给口系统中使用的补给口套筒的剖视图。
[0104]图6c示出适于在根据本实用新型的补给口系统中使用的补给口套筒的立体图。
【具体实施方式】
[0105]图1A示出经由固定销8被安装在模具模样6上的比较的补给口元件4上所安装的比较的补给口套筒2。这是设计适于在上下分模模具中使用的补给口系统的不成功的尝试。
[0106]补给口元件4具有用于安装在模具模样6上的A端和用于接收补给口套筒2的相对的B端和在A端与B端之间的由台阶状侧壁10限定的内孔。内孔轴线从补给口元件的中央朝向C(下)端偏置。弹簧销8被变型成适于在上下分模模具中使用。弹簧销具有非圆形截面以使补给口元件和补给口套筒被固定地保持并且不能转动。在造模时，台阶状侧壁10溃缩，允许了补给口元件压缩并且减小了 A端与B端之间的距离。
[0107]然而，如图1B所示，已出乎意料地发现，当内孔从补给口元件的中央偏置时，安装表面(限定了B端)弯曲，允许了熔态金属从补给口套筒的部分溢出。
[0108]因此，单独地通过使内孔偏置不能获得适于在上下分模套筒中使用的补给口元件。
[0109]图2示出比较的补给口元件12。这是设计适于在上下分模模具中使用的补给口系统的另一不成功的尝试并且不是现有技术。通过成型加压出弧形肋14以加厚安装板将图1中的补给口元件4变型。当与补给口套筒一起使用时，附加的特征稍微减小了但并未消除造模时当受到压力时产生的弯曲。
[0110]图4是根据本实用新型的实施方式的补给口元件20。补给口元件20包括:用于安装在模具模样(未示出)上的A端；用于安装在补给口套筒(未示出)上的相对的B端；和在A端与B端之间的由台阶状侧壁22限定的内孔。内孔具有通过其中心的轴线Z，该轴线从补给口元件的中央以距离X偏置。补给口元件具有从A端到B端沿内孔轴线测量出的高度H。
[0111]第一侧壁区24限定了补给口元件的B端并且在使用中用作用于补给口套筒的安装表面。第一侧壁区(安装表面)24相对于内孔轴线呈角度α (α =60° )远离A端倾斜。补给口元件具有长圆形形状，该形状具有通过上部分圆形顶部边28和下部分圆形底部边30接合的两个长度方向直边26。补给口元件20因此具有由底部边30的最下部分(C端)与顶部边28的最上部分(D端)之间的距离限定的长度L，和由两个长边26之间的距尚限定的览度W。
[0112]如图所示，内孔轴线Z朝向C端偏置并且在补给口元件的整个宽度上居中地设置。内孔轴线Z被定位在补给口元件的长度的大约1/3处，所以距离X是补给口元件的长度的大约 1/6(17% )。
[0113]补给口元件20由整体结构制成，并且由单张金属板加压成型并被设计成可在使用时被压缩由此减小A端与B端之间的距离。该特征通过台阶状侧壁22的结构来实现，在本例子中该侧壁包括A端和B端之间的四个圆形台阶。第一(且最大的)台阶包括:第三侧壁区32a，其几乎平行于内孔轴线Z ;和第四侧壁区34a，其倾斜于内孔轴线Z并由此形成截头圆锥凸沿。随后的台阶与第一台阶类似并且包括平行于内孔轴线Z的第三侧壁区(环)32b、32c、32d和倾斜于内孔轴线Z并由此形成截头圆锥凸沿的第四侧壁区(环体)34b、34c、34d。截头圆锥部36从第四侧壁区34d的内圆周延伸至端部A以便为内孔提供开口，并且在A端形成有向内指向的唇部以便提供用于安装在模具模样上的表面并且以便在最终铸件补给颈部中产生凹口以便于补给的去除(敲落)。在其他实施方式中，可以设置更多台阶并且第三和/或第四侧壁区可以变化地倾斜于或平行于或垂直于内孔轴线Z0补给口元件20的初始压毁强度如图3b所示为大约2kN。
[0114]圆形台阶提供补给口元件20中的可压缩部。第二侧壁区38提供从可压缩部到第一侧壁区(安装表面)24的桥接。第二侧壁区38与第一侧壁区24连续，并且也与第三侧壁区32a连续。在该实施方式中，第二侧壁区38没有朝向C端围绕内孔延伸。因此第三侧壁区32a与第一侧壁区连续。
[0115]第二侧壁区38和可溃缩部(即第三侧壁区32a的直径)具有大致相同的宽度。可溃缩部(即第三侧壁区32a的直径)的长度是补给口元件20的长度的大约50%。
[0116]很明显，第二侧壁区38是非平面的。沿着长度方向看，可以看出第二侧壁区38远离B端朝向A端呈曲线并往回朝向B端呈曲线由此形成弧。弧的最大高度(h)是补给口元件的高度(H)的大约15%。
[0117]第二侧壁区38 (并且还有整个补给口元件20)对称于从C端通过内孔轴线Z到D端的镜像面。该镜像面在图4b和图4c中用虚线示出。
[0118]图5示出根据本实用新型的实施方式的补给口元件40。补给口元件40与补给口元件20类似，但是第二侧壁区(桥接部)呈喇叭形，并且可压缩部具有较少台阶。
[0119]补给口元件40包括:用于安装在模具模样(未示出)上的A端；用于安装在补给口套筒(未示出)上的相对的B端；和在A端与B端之间的由台阶状侧壁42限定的内孔。内孔具有通过其中心的轴线Z，该轴线从补给口元件的中央以距离X偏置。补给口元件具有从A端到B端沿着内孔轴线测量出的高度H。
[0120]补给口元件40由单张金属板加压成型，并且被设计成可在使用时被压缩由此减小A端与B端之间的距离。该特征通过在A端和B端之间包括两个圆形台阶的台阶状侧壁42的结构来实现。第一(且最大的)台阶包括:第三侧壁区(环)44a，其平行于内孔轴线Z ;和第四侧壁区(环体)46a，其倾斜于内孔轴线Z并由此形成截头圆锥凸沿。随后的台阶与第一台阶44a类似，并且包括:第三侧壁区44b，其平行于内孔轴线Z ;和第四侧壁区46b，其倾斜于内孔轴线Z并由此形成截头圆锥凸沿。截头圆锥部48从第四侧壁区46b的内圆周延伸至A端以便为内孔提供开口，并且在A端形成有向内指向的唇部以提供用于安装在模具模样上的表面并且以便在最终铸件补给颈部中产生凹口以便于补给的去除(敲落)。在其他实施方式中，可以设置更多台阶并且第三和/或第四侧壁区可以变化地倾斜于或平行于内孔轴线Z。
[0121]圆形台阶提供补给口元件40中的可压缩部。第二侧壁区50提供从可压缩部到第一侧壁区(安装表面)52的桥接。在该实施方式中，第二侧壁区50朝向C端围绕内孔延伸。因此第三侧壁区44a与第二侧壁区50连续，但是不与第一侧壁区52连续。
[0122]第二侧壁区50 (并且还有整个补给口元件40)对称于从C端通过内孔轴线Z至D端的镜像面。该镜像面在图5b和图5c中用虚线示出。
[0123]第二侧壁区50具有稍微大于可溃缩部(即第三侧壁区44a的直径)的宽度。可溃缩部的长度(即第三侧壁区44a的直径)是补给口元件40的长度(L)的大约47%。
[0124]从附图明显看出，第二侧壁区50是非平面的。第二侧壁区50从第三侧壁区44a到第一侧壁区(安装表面)52向外呈喇叭形。可溃缩部是圆形并且安装表面52是长圆形(沿内孔轴线看时)。由于第二侧壁区将不同形状的部分桥接，所以如补给口元件的沿长度方向的截面中所示出的，围绕补给口元件的外围第二侧壁区的角度是变化的。内孔轴线Z位于截面的平面内。可以看出，第二侧壁区50在补给口元件的D(上)端处产生角度β并且在补给口元件的C(下)端出产生角度Y。相对于内孔轴线Z测量时β (大约81° )比Y (10° )大得多。应该注意的是，在该角度和内孔轴线所在的任何截面中，第二侧壁区50的截面都是直线的。
[0125]第二侧壁区的最大高度(h)是补给口元件的高度(H)的大约21%。
[0126]图6示出适于与图4和图5中的补给口元件一起使用的补给口套筒60。补给口套筒60被构造成与上下分模模具机一起使用并且包括中空主体62，该中空主体在截面上为大致长圆形并且具有开口侧64，开口侧被构造成在套筒的基部64a处与诸如图4和图5中所示出的补给口元件等的补给口元件的安装表面匹配。开口侧64因此为具有长度和宽度的大致长圆形，其中长度大于宽度。套筒的基部64a以角度α形成轮廓以确保与具有带角度的安装表面的补给口元件卡合配合。在示出的实施方式中，在主体62的后壁68上设置有水平凹部66，其用于支撑销(未示出)的定位。适于与补给口套筒一起使用的弹簧销包括与水平凹部匹配的成型部，用于将补给口套筒和补给口元件保持处于竖直位置并由此防止转动。此外，在主体的顶部设置有威廉氏楔70，其从后壁68延伸至开口侧64。
[0127]实施例
[0128]在随后的示例中，对多种补给口系统进行测试，包括标准的和比较的补给口元件、标准的和比较的补给口套筒以及根据本实用新型的补给口系统(元件和套筒)的组合。
[0129]补给口套筒全部从福士科(Foseco)售出的商标为KALMINEX和FEEDEX的标准市售放热性混合物生产出，并且使用射芯(core-shot)过程生产。典型的KALMINEX套筒具有10-12kN的压毁强度。典型的FEEDEX补给口套筒具有至少25kN的压毁强度。
[0130]标准的、比较的和实用新型的金属补给口元件通过对钢板加压制成。金属板是厚度为0.5mm的冷轧低碳钢(CRl，BS1449)，除非另有说明。
[0131]在DISAMATIC造模机(Disal30)上进行造模测试。将补给口系统放置在附接至水平模样(摆动)板的支撑销上，该水平模样板接着向下摆动90度使得模样板(面)处于上下位置。接着利用压缩空气将湿砂造模混合物吹(射)到矩形的钢室内，并且接着抵着位于该室的两端的两个模样压挤湿砂造模混合物。压挤后，使其中一个模样板向上摆动以打开该室并且相对的板将完成的模具推到输送带上。由于补给口系统被包围在压缩了的模具内，所以需要小心地破开各模具以检查补给口系统。支撑销居中地位于(摆动)模样板(750mmX535mm)上，其可被安装在凸起部上或者在附接至摆动板的120mmX 120mmX20mm的板上。射砂压力为2bar并且压挤板压力为IOkPa或者15kPa。
[0132]进行计算机模拟(由Abaqus Inc制作的ABAQUS)以评价施加在包括了与图6中的套筒60具有类似尺寸的长形FEEDEX补给口套筒和图4中的补给口元件20的补给口系统上的应力。先进的有限元分析软件包括用于模拟的静态和动态的应力-应变解析器。通过在Z轴上将补给口元件固定并接着将该模型置于一定的应变程度下使得该补给口元件在一定的时间内在Z轴上以一定的距离压缩。这使得不同的应力作用到模型的不同部分。利用套筒和补给口元件的机械特性以使得能够模拟补给口套筒内的应力并且补给口元件压缩了的方式对模型进行编程。对补给口元件使用了 208.5GPa的杨氏模量，并且对补给口套筒使用了 539MPa的杨氏模量。对补给口元件和套筒两者使用了 0.25的泊松比。
[0133]测试了分别与图1和图6中的补给口套筒配合使用的图1 (比较的)和图4(弧形的第二侧壁区)中示出的补给口元件。各补给口元件的可溃缩部以类似的方式和幅度变形。然而，图4中的补给口元件在补给口套筒上造成比比较的补给口元件显著地小的应力。经历了非常高的应力的区域是套筒的沿着内部纵向直边的基部处的区域。
[0134]初始的模拟结果是积极的，但由于对于该特定的应用(铸件/补给口取向)在模拟工具上的一些限制，所以该结果并不是总的结论，因此进行了实际造模试验。各种补给口元件全都具有偏置的内孔，并且除了比较例I (25mm)外，内孔直径均为18mm。下面陈述细节:
[0135]
【权利要求】
1.一种适于在金属铸造中使用的长形补给口元件，所述补给口元件具有长度、宽度和高度，所述补给口元件包括: 沿所述高度测量出的A端和相对的B端，以及沿所述长度测量出的C端和相对的D端，所述A端用于安装在模具模样或摆动板上并且所述相对的B端用于接收补给口套筒；并且在所述A端和所述B端之间由包括台阶状可溃缩部的侧壁限定出内孔； 所述补给口元件可在使用时被压缩由此减小所述A端和所述B端之间的距离； 其中，所述侧壁具有:第一侧壁区，其限定了所述补给口元件的所述B端，所述补给口元件的所述B端在使用时用作用于补给口套筒的安装平面；和第二侧壁区，其与所述第一侧壁区连续， 其中，所述台阶状可溃缩部包括:与呈直径递减的同心环体形式的第四侧壁区系列相互连接且形成为一体的呈直径递减的同心环形式的第三侧壁区系列； 其特征在于， 所述内孔具有从所述补给口元件的中央沿所述长度朝向所述C端偏置的轴线，并且 所述第二侧壁区是非平面的、其与第三侧壁区连续并且位于所述内孔轴线与所述D端之间。
2.根据权 利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述内孔轴线以所述长度的至少10%从所述补给口元件的所述中央偏置。
3.根据权利要求1或2所述的补给口元件，其特征在于，所述第二侧壁区具有在所述内孔轴线的方向上测量出的是所述补给口元件的所述高度的10%至25%的高度。
4.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述第二侧壁区在整个所述宽度上远离所述B端朝向所述A端呈曲线并且往回朝向所述B端呈曲线并由此形成弧。
5.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述第一侧壁区以角度α相对于所述内孔轴线倾斜，其中0° < α <90°。
6.根据权利要求5所述的补给口元件，其特征在于，α为50°至70°。
7.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述第二侧壁区对称于从所述C端通过所述内孔轴线至所述D端的镜像面。
8.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述台阶状可溃缩部和所述第二侧壁区具有大致相同的宽度。
9.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述台阶状可溃缩部的长度是所述补给口元件的所述长度的35%至70%。
10.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述台阶状可溃缩部包括2至6个台阶。
11.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述第二侧壁区从所述可溃缩部至所述第一侧壁区向外呈喇叭形。
12.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述第二侧壁区在所述D端处相对于所述内孔轴线产生至少60°的角度。
13.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述第二侧壁区在所述C端处相对于所述内孔轴线产生至少5°的角度。
14.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，沿着所述内孔轴线看时，所述补给口元件是橄榄形、椭圆形、矩形、不规则多边形或长圆形的。
15.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述补给口元件由整体结构制成。
16.根据权利要求15所述的补给口元件，其特征在于，所述补给口元件是由均匀厚度的单张钢板加压成型的。
17.根据权利要求中I所述的补给口元件，其特征在于，所述补给口元件具有至少250N的初始压毁强度。
18.根据权利要求17所述的补给口元件，其特征在于，所述补给口元件具有小于7kN的初始压毁强度。
19.根据权利要求18所述的补给口元件，其特征在于，所述补给口元件具有IkN至3kN的初始压毁强度。
20.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述内孔轴线位于相对于所述补给口元件和/或所述第二侧壁区的宽度大致居中的位置处。
21.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所述第一侧壁区具有至少5mm的深度。
22.根据权利要求1所述的补给口元件，其特征在于，所诉第三侧壁区和所述第四侧壁区是圆形形状的。
23.一种用于金属铸造的补给口系统，该补给口系统包括根据前述权利要求中的任一项所述的补给口元件和被固定至该补给口元件的补给口套筒，所述补给口套筒被形成与所述第一侧壁区匹配的轮廓。
24.根据权利要求23所述的补给口系统，其特征在于，所述补给口套筒具有橄榄形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或长圆形的开口侧。
25.根据权利要求23或24所述的补给口系统，其特征在于，所述补给口套筒的接触区域的至少75%是与所述第一侧壁区接触。
26.根据权利要求23或24所述的补给口系统，其特征在于，所述补给口套筒具有至少5kN的压毁强 度。
【文档编号】B22C9/08GK203470825SQ201320026275
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2012年5月15日
【发明者】简·塞尔斯特伦, 保罗·大卫·杰夫 申请人:福塞科国际有限公司