铸造系统、放热进料器单元和形成该铸造系统的方法与流程

本发明涉及用于在模具中铸造金属的系统。特别地，本发明涉及包括放热进料器单元的垂直分隔的铸造系统。

背景技术

为了满足生产率要求，自动化的绿砂铸造生产线已经越来越受到小型铸铁大批量和长期生产的欢迎。垂直分隔的成型机(如由disaindustriesa/s制造的disamatic无箱成型机)每小时可生产多达450-500个模具且通常用于灰铸铁铸件。在disamatic机器中，一个模型半部分被安装在液压操作的挤压活塞的端部，另一个半部分被安装到摆动板(所谓的，因为它能够移动和摆动离开模具)。这种机器能够生产硬的，刚性的、无箱的绿砂模具。

在典型的铸造工艺(水平或垂直分隔的模具)中，将熔融金属浇入到界定了铸件形状的预形成的模具腔中。但是，随着金属凝固，其收缩导致缩孔，这又导致最终铸件中不可接受的缺陷。以上通过提供与铸造腔连通的额外的(通常封闭的)体积或腔来克服，使得熔融金属也通过从铸造腔引出的开口进入并填充额外的空腔以形成金属储器。在凝固期间，该储器内的熔融金属排出并且通过开口流回到铸造腔中以补偿铸件的收缩。这被称为铸件补缩，而储器通常被称为“进料口”，“进料口头”或“冒口”。重要的是，进料器套筒腔中的金属保持熔融时间长于模具腔中的金属，并且放置成靠近铸件的适当部分。

在与形成铸造用模具相同的材料(通常为砂)模制的进料器被称为“自然进料器”。进料器腔通常为圆柱形或截头圆锥形，其底部具有开口，并且通常完全封闭在模具内。这些通常被称为“封闭的”或“盲的”进料口或冒口。当由两个分开的半模连接在一起时，进料器可以垂直定位在模具的分隔线处。可选择地，它可以完全位于模具的一个半部分内并处于水平位置。进料器的类型将由铸件和浇道系统的尺寸和构型决定。

在某些铸造系统中，进料器可以是“敞口的”，由此进料器的顶部位于模具的顶部，使得在使用中，进料器顶部的金属将朝大气敞开。在gb1357410中描述的铸造设备中显示了这种进料器，其中金属在压力下经由浇口进入模具腔，填充铸造腔，然后通过开口向上流入进料器腔。当铸件冷却并开始收缩时，进料器中的金属通过同一开口流回到铸件中，使得进料器开口现在用作出口，而之前它充当入口。

辅助进料器通常称为进料系统，旨在减少进料器的热量损失，使其更慢地冷却并保持液态更长，从而使其能够为铸件提供更大量的进料金属。这意味着可以减少进料器的尺寸(与天然进料器相比)，从而赋予提高铸造产量的好处，使得可以在单个模型板且因而单个模具上生产更多的铸件，从而降低修补(清洁)成本。这些进料系统或进料器套筒通常是化学粘合的耐火材料形状，并且被制成高度绝热和/或放热的。放热套筒在与熔融金属接触时点燃，并产生热量以延迟进料器腔内的金属的凝固。

最初，垂直分隔的模具生产进料铸件的一般方法是使用天然砂冒口。随着垂直分隔的模具中生产的铸件的数量和复杂性的增加以及随后提高产量和每模具的铸件数量的要求，进料器套筒开始被使用，一般通过在成型周期内使用自动下芯机将套筒插入到模具的连接线上。然而，将这些套筒应用于成型连接(或分隔)线上可能会有问题，且在模具闭合之前或模具闭合期间套筒移出位置。如gb2372004a所述，通过使用改有外部法兰的套筒可以部分地缓解这个问题。

将进料器放置在成型连接线上的限制也使得难以供给铸件的较重、较厚的部分。这可以通过使用金属衬垫或冷却来形成通向铸件的独立(通常厚的)部分的进料路径来克服。但是，这种方法的有效性受到限制，并且存在若干不足，导致清洁成本增加和铸件产量降低。天然砂冒口也可以结合加衬垫或冷却使用，但是，这种方法效率有限，因为它显著降低了铸造产量，并且模型板上通常存在有限的空间，特别是在每个模具配置多个铸件的情况下。

考虑到这些问题设计了本发明，以提供一种有效地制造一致的声铸件的方法，特别是在单个模具中制造多个铸件的情况下。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供了一种垂直分隔的铸造系统，包括：

第一半模和第二半模，所述第一半模和所述第二半模在垂直分隔线处相遇并共同界定了铸造腔和进料器腔；和

位于进料器腔中的放热进料器单元，所述进料器单元包括入口，与铸造腔流体连通的单独的出口和位于入口和出口之间的腔室，

其中该系统界定了用于熔融金属自入口，穿过腔室和出口到达铸造腔的流路。

将会理解的是，进料器单元是与进料器腔可分离的独立的物体。进料器单元被插入到进料器腔中，由此形成铸造系统。将会理解的是，“放热进料器单元”是进料器单元由放热材料(部分或全部)形成。

在铸造过程中使用时，金属通过入口进入模具并行进至进料器单元，并通过单独的出口流出到铸造腔。一旦模具被填充，则进料器单元位于入口和出口之间的腔室就容纳熔融金属的储积。由于进料器单元是放热的，因此封闭在腔室内的金属相对于铸造腔内的金属保持熔融更长的时间，使得当铸造腔内的金属凝固和收缩时，进料器单元通过进料器单元出口以熔融金属为铸件补缩。该系统因此提供了铸造的改进的现场进料。

因此，应理解的是，正如本文中使用的“入口”为进料器单元中的开口，在使用中金属通过该开口进入腔室。入口可以与模具的表面分离或间隔开。例如，金属可以从浇杯或浇道流过入口。

还应理解的是，如本文所使用的“出口”为进料器单元中的开口，在使用中金属通过该开口离开腔室。金属可从腔室通过出口流入铸造腔、浇道或辅助腔室。

在一些实施方案中，出口不在与入口相同的平面中。在一些实施方案中，出口相对于入口正交。例如，入口可以位于进料器单元的第一壁中，并且出口可以位于进料器单元的第二壁中。在存在多个入口和/或出口的实施方案中，每个入口/出口可以位于进料器单元的不同的壁中。

在使用中，进料器单元界定了熔融金属从入口经由腔室到出口的流路。

在一些实施方案中，第一半模和第二半模进一步界定了浇杯，浇杯位于进料器单元的入口的上游并与进料器单元的入口流体连通。如本领域技术人员理解的，浇杯本质上是漏斗，熔融金属通过该漏斗进入铸造系统。浇杯具有入口和出口，入口通常比出口宽得多，以便提供大面积可供浇注金属。浇杯的出口直接或经由连接到进料器单元的入口的中间浇口通向进料器单元的入口。浇杯可以位于进料器单元的入口和模具的表面之间。因此应该理解的是，浇杯是与进料器腔和进料器单元分开的部件。

在一些实施方案中，该系统包括多个铸造腔和可选地多个进料器腔。应该理解的是，根据这些实施方案的系统可以以多种不同方式中的任一种来布置。例如，铸造腔的数量可以等于进料器腔和进料器单元的数量。可选择地，铸造腔可以比进料器腔和进料器单元为多，使得一个或多个进料器腔和进料器单元布置成通向多于一个的铸造腔。然而，应该理解的是，在所有布置中，进料器腔仅可包括单个进料器单元。

在一些实施方案中，第一半模和第二半模界定了两个或更多个铸造腔和两个或更多个进料器腔，其中进料器单元位于每个进料器腔中，每个进料器单元包括出口，该出口仅与其中一个铸造腔流体连通。

在一些实施方案中，第一半模和第二半模界定了两个或更多个铸造腔和一个进料器腔，其中包括两个或更多个出口的进料器单元位于进料器腔中，每个铸造腔与不同的出口流体连通。

在系统包括两个或更多个进料器腔的实施方案中，进料器腔可以串联布置，并且每个进料器腔可以通过浇道与串联中的下一个腔连接。浇道可以在位于一个进料器腔中的进料器单元的出口与位于下一个进料器腔中的进料器单元的入口之间延伸。将会理解，在这些实施方案中，除了位于串联的最后一个进料器腔中的进料器单元，其它都将包括一个或多个出口，该出口比由该进料器单元通向的铸造腔的数量多。例如，如果进料器单元与两个铸造腔流体连通，则它必须包括三个出口；两个用于通向铸造腔和一个出口与浇道流体连通。该串联中靠后的进料器单元的入口可以具有比串联中开始时的进料器单元的入口小的孔径，以防止系统内的空气滞留。

在一些实施方案中，第一半模和第二半模界定了2n个铸造腔和n个进料器腔，其中n是1和5之间的整数。在一些实施方案中，n是1、2或3。在其中n＞1的实施方案中，进料器腔可以串联布置并通过浇道连接。

在一些实施方案中，第一半模和第二半模界定了四个铸造腔以及串联布置并且通过浇道连接的第一进料器腔和第二进料器腔，其中第一进料器单元位于第一进料器腔中并且第二进料器单元位于第二进料器腔中。第一进料器单元包括入口和三个出口，其中两个出口各自与铸造腔流体连通，并且第三个出口经由浇道与第二进料器单元的入口流体连通。第二进料器单元包括两个出口，每个出口与铸造腔连通。因此，四个铸造腔中的每一个都与不同的出口流体连通。

在其中系统包括串联布置的两个或更多个进料器腔的一些实施方案中，进料器腔垂直对齐。

在一些实施方案中，该铸造腔或每个铸造腔包括芯部。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于使用在本发明第一方面的铸造系统中的进料器单元，进料器单元包括入口，单独的出口以及在入口和出口之间的腔室。

在使用中，进料器单元界定了熔融金属从入口经由腔室到出口的流路。

在一些实施方案中，进料器单元具有至少两个出口。进料器单元可具有三个、四个或甚至五个出口。

在一些实施方案中，入口和至少一个出口不在同一平面内。在一些实施方案中，至少一个出口与入口正交。

在一些实施方案中，进料器单元还包括用于将进料器单元固定在进料器腔中的外部突出部。突出部可以呈自进料器单元的外表面延伸的桩(例如正方形或矩形桩)的形式。当进料器单元位于进料器腔内时，突出部可以被容纳在形成于第一半模和第二半模的其中一个内的凹部中。凹部的形状可以与突出部的形状互补，以便在进料器单元和半模之间提供摩擦配合。

在一些实施方案中，进料器单元还包括位于入口和出口之间的流路中的过滤器。过滤器可以位于入口附近，使得熔融金属在进入腔室之前流过过滤器。该过滤器具有通过去除夹杂物来清洁金属并减轻金属流中的湍流的双重益处。过滤器在进料器单元本身中的位置，而不是将过滤器放置在上游的浇道系统中提供了过滤器与铸造腔之间的缩短的流路，由此增加了进入铸造的熔融金属的纯度并因此提高了铸件的质量。

应该理解的是，在铸造系统中的每个进料器单元内都包括过滤器是不必要的。因此，在一些实施方案中，铸造系统中仅一些进料器单元包括过滤器。在其中两个或更多个进料器腔和位于其中的进料器单元串联布置的一些实施方案中，该串联中仅第一(上游)进料器单元可包括过滤器。

进料器单元可以大致呈长方体形状，其具有第一端部，第二端部和位于其间的四个侧壁。入口可以由第一端部中的开口构成。出口可以由一个或多个侧壁中的开口和/或第二端部提供。因此，进料器单元可以被认为是基本上闭合的或“盲”的。

为了容纳过滤器，进料器单元可以包括用于将过滤器定位在期望位置中的一个或多个内部壁架或壁。在一些实施方案中，多个间隔开的壁架围绕设置在进料器单元的侧壁的内表面。然而，优选的是，进料器单元包括完全围绕侧壁的内表面延伸的单个壁架或壁。这不仅将过滤器定位在期望的位置，而且还用于当进入进料器单元的熔融金属撞击过滤器的表面时支撑过滤器的所有边缘，并且还防止金属在铸造期间绕过过滤器。

在一些实施方案中，进料器单元还包括其内具有开口的内壁，内壁布置成平行于第一端部和第二端部并且比第二端部更靠近第一端部。这会在第一端部和内壁之间形成内腔，过滤器可以被放置在该内腔中。

在一些实施方案中，进料器单元由沿分隔线连接在一起的两个半部分形成。这两个半部分可以胶接在一起或通过推入配合的方式连接在一起。进料器单元的一个半部分具有外部突出部。在进料器单元的一个半部分或两个半部分内设置切口。当两个半部分连接在一起时，切口界定了形成进料器单元的入口和出口的开口。

进料器单元可以由任何合适的耐火材料或放热材料形成。进料器通常由低密度和高密度耐火填料(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。放热进料器还包含燃料(通常为铝或铝合金)，氧化剂(通常为氧化铁、二氧化锰或硝酸钾)以及通常为引发剂/敏化剂(通常为冰晶石)。

根据本发明的第三方面，提供了一种形成垂直分隔的铸造系统的方法，包括：

-形成具有第一垂直表面的第一半模，其界定了铸造腔的第一部分和进料器腔的第一部分；

-形成具有第二垂直表面的第二半模，其界定了铸造腔的第二部分和进料器腔的第二部分；

-提供放热进料器单元，其包括入口，单独的出口以及入口和出口之间的腔室；

-将进料器单元插入到进料器腔的第一部分或第二部分中，使得出口与铸造腔的第一部分流体连通；以及

-使第一半模的第一垂直表面和第二半模的第二垂直表面放在一起以形成包括铸造腔和进料器腔的垂直分开的铸造系统，其中进料器单元位于进料器腔内。

在一些实施方案中，该方法中至少部分是自动化的。

在一些实施方案中，第一半模和第二半模由垂直分开的成型机形成，例如由disaindustriesa/s(以商品名称disamatic出售)制造的成型机。

disamatic典型地由成型机和模具输送机组成，并且产生环形的模具部件，其中模具部件的一例形成一个铸造系统的第一半模并且同一模具部件的另一侧形成下一铸造系统的第二半模。一个成型模型半部分被安装在液压操作的挤压活塞的端部，而另一个模型半部分被安装到摆动板上，所谓的是因为其能够移动并向上摆动离开完成的模具。使用压缩空气将绿砂成型混合物吹入矩形钢腔室中，然后挤压住位于腔室的两个端部上的两个模型。挤压后，摆动板向后和向上摆动以打开腔室，相对的板将完成的模具推到输送机上。最后，在下一个模具准备好的时候，任何芯部都会使用自动下芯机自动进入模具腔中。循环重复进行，直到最终模具的链在输送机上彼此碰撞，准备铸造。然后将模具填充熔融金属并放置在冷却输送机上，该输送机以与模具输送机相同的速度移动。将固化的铸件从模具中分离出来，并将砂翻新并重新用于disamatic成型过程的随后的循环中。

将进料器单元插入到进料器腔的第一部分或第二部分中的步骤可以是自动的。在一些实施方案中，使用下芯机插入进料器单元。

在一些实施方案中，该方法还包括将芯部插入到铸造腔的第一部分或第二部分中，并可以使用下芯机来插入芯部。

在一些实施方案中，形成第一半模或第二半模的步骤包括在进料器腔的第一部分或第二部分中形成用于接收自进料器单元的外表面延伸的突出部的凹部，并且插入进料器单元的步骤包括将突出部插入到凹部中。凹部可以通过制备其上具有突出部的模具模型来形成，该突出部的尺寸和形状与进料器单元的尺寸和形状相对应，该进料器单元与所形成的凹部互补。

应该理解的是，除非另外说明，否则本文关于本发明的第一、第二或第三方面描述的实施方式可以同样适用于本发明的其它方面。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的实施方案，其中：

图1a显示了根据本发明的第一方面的铸造系统的平面图；

图1b显示了用于生产图1a所示的铸造系统的disamatic成型机的一部分的侧视图；

图1c显示了图1a中显示的铸造系统的侧视图；

图2显示了根据本发明的第二方面的实施方案的进料器单元的立体图；

图3显示了根据本发明的第二方面的另一实施方案的进料器单元的立体图；

图4a显示了图3中所示的进料器单元的一部分的立体图；

图4b显示了图3中所示的进料器单元的横截面，其还包括过滤器；和

图5显示了用于制造与图1a所示的相同的铸造部件的现有技术的铸造系统的平面图。

具体实施方式

图1a和1c显示了根据本发明的第一方面的铸造系统100，其包括在垂直分隔线x处(如图1c所示)相遇的第一半模a和第二半模b。在图1a中，分隔线(未显示)位于页面的平面中。第一半模a和第二半模b可以由任何合适的模制材料形成，例如粘土粘合的绿砂。

第一半模a和第二半模b共同界定了铸造腔2和进料器腔4，进料器腔4通过浇道6连接。每个进料器腔4包括放热进料器单元8a、8b。进料器单元8a、8b各自包括用于接收熔融金属的入口10a、10b和通过辅助腔13与位于进料器腔4两侧上的每个铸造腔2流体连通的出口12。顶部进料器单元8a包括与浇道6流体连通的另一底部出口14。顶部进料器单元8a的入口10a与浇杯16流体连通，而底部进料器单元8b的入口10b与浇道6流体连通并由此连接到顶部进料器单元8a的底部出口14。

在使用中，熔融金属从浇杯16通过进料单元8a、8b并进入铸造腔2。因此，在图1a和1c所示的系统中，进料单元8a位于浇杯16的下游。铸造腔2包括芯部18，熔融金属在芯部18周围流动并由此在最终铸件中形成中空区域。供给单元8a、8b用作熔融金属的储器，当熔融金属在其中冷却和收缩时供给铸造腔2。

图1b显示了用于制造铸造用模具的成型机的一部分。在通过两个模型半部分3a和3b压缩型砂之后，摆动板5沿方向p向上枢转90度，而挤压板7沿方向q水平移动，从而沿着输送机11推动模具9。

图1c显示了在沿输送机移动离开成型机之后，使用成型机和图1b所示的模型制造的两个模具9’和9”。在从模型中释放之后，在模具9”被沿着输送之前，下芯机(未显示)将芯部18和进料器单元8a和8b插入半模b’中，使得半模a”邻接半模b’以形成铸造系统100。

图2显示了根据本发明的第二方面的进料器单元8b的立体图。进料器单元8b通常为长方体形状，具有第一端部20b、第二端部22b以及位于其间的四个侧壁24、26。进料器单元8b的壁和端部在其内界定了腔室。侧壁24、26的长度略大于第一端部20b和第二端部22b的宽度。第一端部20b包括短颈部27b，该短颈部27b的宽度相对于进料器单元8b的其余部分是缩短的。

进料器单元8b还包括呈长方形桩形式的外部突出部28，该外部突出部28自其中一个侧壁24的外表面延伸。突出部28位于侧壁24上在第一端部20b和第二端部22b之间大约一半处，并且布置成使得长方形桩的长边定向平行于第一端部20b和第二端部22b。

进料器单元8b的入口10b由第一端部20b中的狭槽构成，狭槽位于第一端部20b的中央。进料器单元8b的出口12由侧壁24的任一例上的侧壁26上的大体长方形形状的开口提供，突出部28自侧壁24延伸。出口12位于侧壁26的中央并定向成使得长方形开口在第一端部20b和第二端部22b之间延伸。构成出口12的开口大于构成入口10b的开口。第二端部22b不具有开口。

进料器单元8b由沿着分隔线y连接在一起的两个半部30b、32b形成。第一半部30b包括外部突出部28，而第二半部32b包括切口，当第一半部30b和第二半部32b沿着分隔线y连接在一起时，切口界定了入口10b和出口12。第一半部30b包括界定出口12的侧部的边缘中的锥形通道31。第一半部30b和第二半部32b朝向分隔线y略微展开，使得进料器单元8b在两个半部之间的接缝处看起来稍微隆起。

图3显示了根据第二方面的另一个实施方案的进料器单元8a的立体图。进料器单元8a与图2所示的进料器单元8b大致类似，由沿着分隔线y连接在一起的两个半部30a和32a形成。进料器单元8a通常为长方体形状，并具有第一端部20a、第二端部22a以及位于其间的四个侧壁24、26，还包括自其中一个侧壁24延伸的外部突出部28。进料器单元8a还包括在第二端部22a中的开口，其构成底部出口14。第一半部30a包括外部突出部28，而第二半部32a包括界定了入口10a和出口12、14的切口。构成入口10a和底部出口14的开口大体为梯形，且入口10a略大于底部出口14并且比底部出口14更等边。进料器单元8a的第一端部20a处的颈部27a比图2中所示的进料器单元27b的颈部27b长。

图4a显示了图3中所示的进料器单元8a的进料器半部分32a的立体图。进料器单元8a具有包括开口的内壁34。内壁34布置成平行于进料器单元8a的第一端部20a和第二端部22a，但是相比第二端部22a，处于更靠近第一端部20a的位置。内腔36被界定在第一端部20a和内壁34之间。

图4b显示了以图3中所示的进料器单元8a的分隔线y截取的横截面，显示了位于颈部27a内的第一端部20a和内部壁34之间的腔36中的过滤器40。

图5显示了现有技术的铸造系统200的平面图，该铸造系统被配置成制造与图1a所示相同的铸造部件2。在图5所示的系统中，有六个天然砂冒口(进料口)208a、208b、208c、208d、208e、208f，其每一个连接到用于供给熔融金属的浇口210a、210b、210c、210d、210e、210f。两个上部天然砂进料口208a和208b中的每一个均具有经由辅助腔213与各铸造腔212a、212b流体连通的出口。每个进料口208a、208b还具有与浇道206a流体连通的底部出口，这通过浇口210c、210d通向下部天然砂进料口208c，208d。下部天然砂进料口208c、208d各自经由辅助腔213与位于天然砂进料口附近的各下部铸造腔212c、212d流体连通。另外两个中心的天然砂进料口208e、208f经由辅助腔213与位于天然砂进料口208e、208f的任一例的两个铸造腔流体连通。上部天然砂进料口208e具有另一个底部出口，该底部出口与浇道206b流体连通，其通过浇口210f通向下部天然砂进料口208f。

在使用中，金属从浇杯216流入水平腔或浇道205并经由浇口210a、210b、210e进入上部天然砂进料口208a、208b、208e并进入上部铸造腔212a、212b。金属经由浇道206a、206b和浇口210c、210d、210f流入下部天然砂进料口208c、208d、208f并进入下部铸造腔212c、212d。当其中的熔融金属冷却和收缩时，天然砂冒口208a、208b、208c、208d、208e、208f中的金属供给到铸造腔212a、212b、212c、212d。

实施例

测试在欧洲铸铁厂进行，制造各种灰铸铁和球墨铸铁汽车铸件。

比较例-现有的铸造方法

使用图5所示的铸造系统200在disamatic自动成型生产线上生产球墨铸铁制动钳壳体铸件。每个模具生产四个铸件，并且总共由六个天然砂进料口进料。(铸件，浇道系统和进料口的)总浇注重量为33千克且每件铸件的重量为3.65千克，这意味着铸件产量为44.2％。

实施例1

使用magmasoft模拟软件预测金属的流动和固化，比较例(图5)的铸造系统通过用本发明的两个放热进料器单元代替六个天然砂进料口而改动。magmasoft是由magmagieβereitechnologiegmbh提供的领先的模拟工具，其可模拟模具填充和铸件的凝固。它通常由铸造厂使用来预测铸件的机械性能，以优化铸造方法(运行系统和进料器的设计)，从而避免昂贵且耗时的铸造试验。本发明人使用magmasoft的完整版本进行了不同方法学配置和进料器尺寸和尺寸的模拟，以预测运行系统、进料器单元和铸件中金属的流动(方向和速度)和凝固(温度分布对时间)。在超过25种不同的设计模拟之后，利用图2、3、4a和4b中所示的两个进料器单元8a和8b中的每一个，设计了图1a所示的铸造系统。

铸造厂用于生产根据比较例的铸件的模型板被改进以使铸造厂能够在其disamatic生产线上使用放热进料器单元生产铸件。在disamatic成型循环期间，与砂芯部同时将进料器单元放入砂模具中的进料器腔中，使得没有延迟，即循环时间不增加，因此不降低生产率。

使用与比较例相同的金属组成和温度制造铸件。浇注时间相同(9秒)。发现总浇注重量仅为20.5kg，相当于铸造产率为71.2％，这明显高于比较例。这是由于进料器数量和尺寸的减少。除了产率的提高之外，还观察到由于收缩造成废料水平降低10％。即使考虑到额外的放热进料器单元的成本，使用新的铸造系统导致每个模具(铸件)节省显著的成本以及由于使用的金属量较低而整体减少了排放。