专利名称：供料器元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及在使用铸模的金属鋳造操作中使用的供料器元件，尤其但不排它地使用于高压竖直分隔砂模系统中。
背景技术：
在典型的铸造过程中，熔融金属浇注到预先成型的限定铸件的形状的模腔中。然而，当金属凝固吋，它收缩，导致腔收缩，这又导致在最終的铸件中具有不可接受的缺点。这是铸造エ业中公知的问题，并且通过在铸造成型期间使用集成到铸模中的供料器匀料筒(feeder sleeve)或提升器来解決。每个供料器匀料筒提供与铸模腔连通的额外的(通常封闭的)容积或腔体，使得熔融金属也进入供料器匀料筒中。在凝固期间，供料器匀料筒内 的熔融金属流回到铸模腔以补偿铸件的收缩。重要的是，供料器匀料筒腔内的金属比铸模腔内的金属保持熔融状态的时间更长，因此供料器匀料筒制成高度绝热或(更通常地)发热的，使得一旦接触熔融金属，产生额外的热量以延缓凝固。在凝固和去除铸模材料之后，供料器匀料筒腔内的不期望的残留金属仍附接在铸件上，必须被去除。为了便于去除残留金属，供料器匀料筒腔可以以通常称作颈状收缩匀料筒的设计方式朝向其基部(即，供料器匀料筒最靠近铸模腔的那一端)收缩。当强烈气流施加到残留金属时，该残留金属在靠近铸件表面的最薄弱的点处分开(该过程通常称作“撞离(knock off)”)。在铸件上的足迹小也是期望的，以允许供料器匀料筒定位在铸件的接近受到相邻结构特征限制的区域中。尽管供料器匀料筒可以直接应用到铸模腔的表面上，它们常常与缩颈砂芯(breaker core) 一起使用。缩颈砂芯是简单的难熔材料的圆盘(典型地树脂结合砂芯或陶瓷芯或供料器匀料筒材料的芯)，具有在其中心的孔，该孔位于铸模腔和供料器匀料筒之间。通过将缩颈砂芯的孔的直径设计成比供料器匀料筒(其不必是收缩的)的内腔的直径小，使得在靠近铸件表面的缩颈砂芯处发生撞离。缩颈砂芯还可以由金属制造。DE19642838A1公开ー种改进的供料器系统，其中传统的陶瓷缩颈砂芯被刚性平环代替，而DE20112425U1公开ー种使用刚性“帽形”环的变型供料器系统。铸模通常使用限定铸模腔的铸造型模形成。插脚在预定位置处设置在模型板上，作为用于供料器匀料筒的安装点。一旦所需的匀料筒安装在模型板上，通过浇注鋳造砂到模型板上和供料器匀料筒周围直至供料器匀料筒被覆盖并且鋳造箱被填满时，来形成铸摸。铸模必须具有足够的强度，以抵抗浇注熔融金属时的侵蚀，承受当注满时施加在铸模上的铁静态(ferrostatic)压力、和抵抗当金属凝固时的膨胀/收缩力。鋳造砂可以分成两个主要类别。化学結合的(基于有机或无机粘合剂)或粘土结合的。化学結合的鋳造粘结剂典型地是自硬化系统，其中粘结剂和化学硬化剂与砂子混合并且粘结剂和硬化剂立刻开始反应，但是慢到足以允许砂子在模型板周围成型并且然后允许硬到足以去除和鋳造。
粘土结合的鋳造砂使用粘土和用作粘结剂的水，并且可以在“新鮮”或未干的状态中使用，并且通常称作生砂。仅在压力下生砂混合物不容易流动或不容易移动，因此可以压实模型周围的生砂并且给铸模提供如前所述的足够的强度特性，通常在高生产率下震击、振动、颤动和撞击的多种组合被应用，以产生均匀强度的铸模。砂子典型地被高压压缩(压实)，通常使用液压缸(该过程称作“夯击”)。随着铸件复杂性的増加和生产效率需求的提高，需要更大尺寸的稳定的铸模，这种趋势朝向更高夯击压力，当出现这种情况时这可能导致供料器匀料筒和/或缩颈砂芯破裂，特别是如果缩颈砂芯或供料器匀料筒在夯击之前直接与模型板接触的话。通过使用弹性插脚可以部分解决上述问题。供料器匀料筒和可选的定位芯(典型地包括高密度匀料筒材料，具有与缩颈砂芯相似的整体尺寸)一开始与模型板分隔开并且在夯击时朝向模型板移动。弹性插脚和供料器匀料筒设计成使得在夯击之后，匀料筒的最終位置使得它不与模型板直接接触，并且典型地与模型表面相距5mm至25mm。撞离点常常不可预测，因为取决于弹性插脚的基部的尺寸和轮廓，因此可能导致额外的清洁成本。EP-A-1184104中提供的方案是两部分的供料器匀料筒。在铸模成型期间的压缩下，ー个铸模(筒)部分伸缩地进入另ー个中。一个铸模(筒)部分总是与模型板接触，其不需要弹性插脚。然而，EP-A-1184104存在与伸缩配置相关的问题。例如，由于伸缩动作，在铸造之后供料器匀料筒的容积可变，并且取决于包括模制机压力、铸件几何形状和砂子特性的诸多因素。这种不可预测性对供料性能产生有害影响。此外，在需要发热匀料筒的情况中这种配置不能理想地匹配。当使用发热匀料筒时，发热材料与铸件表面的直接接触是不期望的，并且会导致差的表面光洁度、铸件表面的局部污染、甚至子表面气体缺陷。EP-A-1184104的伸缩配置的又一个缺点出自凸起片或缘，需要该凸起片或缘来保持两个铸模(匀料筒)部分的初始分隔。在鋳造期间，这些小的凸起片断掉(因而允许发生伸缩动作)并且简单地落入鋳造砂中。在该期间，这些部件埋在铸造砂中。当这些部件由发热材料制成时问题就特别尖鋭。来自砂子的水汽可能潜在地与发热材料(例如金属铝)反应，导致可能发生小的爆炸缺陷。W02005/051568(通过引用其整个公开结合到本文中)公开ー种供料器元件(可收缩的缩颈砂芯)，该供料器元件在高压砂模系统中特别有用。供料器元件具有用于安装在铸造型模上的第一端、用于接收供料器匀料筒的相対的第二端，以及在第一和第二端之间由台阶侧壁限定的孔。台阶侧壁设计成在预定载荷(破碎强度)下不可逆地变形。相对于传统的缩颈砂芯，该供料器元件提供许多优点，这些优点包括⑴更小的供料器元件接触面积(孔到铸件)；(ii)在铸件表面上的小的足迹(外部轮廓接触)；(iii)在鋳造成型期间的高压下供料器匀料筒破裂的可能性下降；和(iv) 一致的撞离，显著地降低了清洁的需求。W02005/051568的供料器元件示例用于高压砂模系统中。高夯击压力需要使用 高強度(和高成本)供料器匀料筒。该高强度是通过供料器匀料筒的设计(例如形状、厚度等)和材料(例如难熔材料、粘结剂类型和添加剤、制造过程等)的组合实现的。利用FEEDEX HD-VS159供料器匀料筒作为使用这种供料器元件的实例，其设计成抗压(即高强度)和用于点供料(即高密度、高发热、厚壁，因此高模量)。供料器匀料筒经安装表面固定到供料器元件，前述安装表面承载供料器匀料筒的重量并且垂直于孔轴线。对于中等压カ鋳造，使用例如不同设计(形状和壁厚等)和/或不同组成(即较低強度)的较低强度的匀料筒是潜在可能的。不管匀料筒的设计和组成如何，在使用中，仍然存在与从铸件撞离相关(铸件上的足迹的可变性和尺寸)的课题(铸件上的足迹的可变性和尺寸)和在供料器元件下实现良好的砂压实所需的课题。如果在中等压カ铸造线上使用W02005/051568的供料器元件，则需要将该元件设计成在较低的铸造压力(与高压カ铸造相比)下充分地破裂，即具有较低的初始破碎強度。使用较低强度的供料器匀料筒(典型地较低密度匀料筒)也是非常有利的。除了去除(与必须使用高強度高密度匀料筒相关的)成本代价外，这允许使用的匀料筒在容积和热物理特性方面与单个应用件(铸件)更好地匹配。但是，当首次尝试吋，却惊奇地发现在铸造时供料器匀料筒出现损坏和破裂，如果将它用于铸件，将导致铸件遭受缺陷。因此，一种改进的供料器元件被设计并在W02007/141466 (它的全部内容也通过引用结合到本文中)中公开，以将可收缩供料器元件扩展应用到中等压カ铸造系统，同时允许使用相对地脆弱的供料器匀料筒，而不导致铸件缺陷。这种供料器元件与在W02005/051568中公开的前述供料器元件类似，但还包括限定元件的第二端的第一侧壁区 域和在使用中用于供料器匀料筒的安装表面。第一侧壁区域以小于90°的角度倾斜于孔轴线，并且第二侧壁区域与第一侧壁区域毗邻，第二侧壁区域与孔轴线平行或以与第一侧壁区域不同的角度倾斜于孔轴线，因而限定侧壁中的台阶。至于W02005/051568中公开的供料器元件，类似地，发现这种配置在使供料器元件的足迹和接触面积最小化方面是有利的，因此减小了与从铸件撞离相关的可变性。为了满足生产效率的要求，对于大批量及长期的对较小铸件(例如汽车部件)的制造，自动生砂铸造线越来越广泛。使用匹配板(用于安装在相对两侧上的上下型箱的具有图案的模型板)的自动水平分隔铸造线能够以高达100-150件每小时的速率生产铸模。垂直分隔模制机(例如DISA Industries A/S制造的Disamatic无砂箱(flaskless)模制机)能够以高于450-500件每小时的速率生产铸模。在Disamatic模制机中，一个型模半体装配在液压操作的压实活塞的末端，另ー个型模半体装配到摇动板，如此称呼，是因为摇动板能够从铸模移动和摆动开。垂直分隔模制机能够生产硬的、刚性非瓶状生砂铸模，其特别适用于延伸性铁铸件。在这种应用中，砂子典型地以2bar至4bar的压カ吹，然后以IOkPa至12kPa的压实压カ压缩，在特定的高要求应用中最大使用15kPa的压实压力。水平生产的铸件在容易制造方面提供了更大的灵活性，并且有许多应用技术可用，到达整个型模区域的潜在接近允许供料器安置在所需位置。垂直生产的铸件在保证它们一致的稳固方面提出了更大的挑战，并且供料通常局限于安置在鋳造接点线上的顶部或侧部供料器，这导致单独较重部分的供应很困难。对于任ー铸件，基本需要两种类型的供料要求，包括垂直分隔铸造中生产的那些。第一种供料要求是模量驱动，因此模量是用于铸件或待供应的铸件部分的固化时间的代表。由于这一点，为了有足够的时间(即大于铸件或铸件部分的固化时间)，供料器金属必须是液态的，以确保铸件良好地固化，而没有多孔性，因此制造良好的没有缺陷的铸件。对于这些应用，能够使用标准的圆形轮廓匀料筒(具有例如W02005/051568和W02007/141466中所示的供料器元件)。具体地，对于高压竖直分隔铸造线，可压缩供料器元件需要在供料器元件的基部和型模表面之间提供必须的砂压实，已经发现可压缩供料器元件，例如W02005/051568和W02007/141466中的那些元件，适于提供必须的砂压实，以及一致的良好的供料器移除(小的足迹和容易撞离)。第二种供料要求是容积驱动，即需要供应一定容积的液态金属到铸件。容积由几个因素确定，首先铸件重量和具体合金的液态和固态金属收缩。另ー个因素是铁静态(ferrostatic)压カ(颈部上方或与铸件接触的液态金属供料器的有效高度)，其对于竖直分隔铸造中生产的铸件特别重要。本发明特别关心竖直分隔铸模的容积要求和尺寸限制。
发明内容
为了供应具体容积的液态金属到铸件，对于匀料筒，理想地应包括用于液体金属的在引导到铸件的供料器颈部的孔之上的充足的容积，以提供金属蓄池，并且具有足够的铁静态压カ以供应到铸件中。由于空间限制和生产率要求，简单地使用较大标准形状的 (即圆形截面或対称的)供料器是不实际的。由于前述原因，在竖直分隔高压模制机中使用可压缩供料器元件也是希望的，以确保在供料器匀料筒和模型之间良好的砂压实性和良好的供料器撞离性。首先尝试说明在供料器匀料筒的使用中包括的要求，前述供料器匀料筒具有包裹大的腔的主体，该腔延伸到下部截头圆锥或圆柱形颈部中，如同W02005/051568和W02007/141466中公开的那些。匀料筒主体自身是圆形的，具有平坦的闭合顶部，然而，在摇动板在铸模制造周期中正常移动期间难以保持供料器匀料筒在摇动(模型)板上的位置。这通过在内部供料器壁和/或供料器颈部上引入内部肋或片来克服，使得它与定位或支撑销接触，用于在匀料筒压缩到铸模中之前将供料器匀料筒保持在铸造型模上。可选的方法是使用具有弹簧加载机构的销，例如在销的基部的金属滚珠或线，使得它与供料器元件接触并在铸造期间保持在合适的位置。在模制时，可塌缩的供料器元件提供所需的砂压实，并且供料器匀料筒保持在所需的位置。但是，在铸造时，存在铸件的不充分供应，导致铸件中形成收缩缺陷。为了减少这种缺陷，通过增加铁静态压力，供料器匀料筒的基部是成角度的，从而使得当型模在它的模制位置(竖直地分隔的)时，匀料筒的顶部端以高达10度的角度定位在供料器颈部的水平平面之上。通过增加铁静态压力，提高了供料性能，但是不足以生产出无缺陷的铸件。通过增加角度，也不能提高该性能，因为难以在匀料筒中制造用于支撑销的合适的槽，并且在模制之后难以在不损坏匀料筒的情况下去除该销。尝试的可选方案是使用具有不同供料器元件的竖直细长或椭圆形非颈部收缩匀料筒。为了辅助匀料筒的竖直配置和防止在匀料筒被压缩到铸模中之前供料器匀料筒在铸模模型上的旋转，使用特别构造的支撑销。该销构造成用于插入穿过供料器元件的孔，并且销的末端轮廓为例如平刀刃或片，使得它在ー个方位上仅与匀料筒/供料器元件匹配，因此防止匀料筒在销上的旋转。尽管这克服了定位的问题，但是发现在压缩砂模时，供料器匀料筒容易破裂。如果使用包括树脂结合砂破裂器芯的不可压缩颈部收缩供料器元件，在匀料筒下面的和邻近模型板的供料器元件的基部之间铸造砂不充分压实，并且高鋳造压カ导致供料器元件的破裂和断裂。相似地，如果圆形可压缩供料器元件(例如W02005/051568和W02007/141466中公开的那些)与第二细长树脂结合颈部收缩供料器元件和供料器匀料筒一起使用(即三个部件系统)，那么观察到了颈部收缩部件的破裂和断裂。因此，本发明的ー个目的是提供ー种供料器元件和供料器系统，其能够用于采用压カ铸造竖直分隔的自动或半自动模制机的鋳造操作中。根据本发明的第一方面，提供一种用于金属鋳造的供料器元件，所述供料器元件包括第一端，用于安装在铸造型模或摇动板上；相対的第二端，包括用于安装在供料 器匀料筒上的安装板；和在第一和第二端之间由侧壁限定的孔；所述供料器元件在使用中可压缩，因而减小第一和第二端之间的距离；其中所述孔具有偏离所述安装板的中心的轴线，并且其中整体地形成的缘从所述安装板的周边延伸。本发明的本方面的实施例因此可以提供非対称的供料器元件，其适用于高压竖直分隔模制机(例如由DISA Industries A/S制造的那些)。如前所述,采用非对称的供料器匀料筒是有利的，使得在使用中高度増加到孔轴线之上。这提供用于更大容积的金属和在孔轴线和供料器颈部之上的铁静态(顶部)压力，以确保更大的和更高效的熔融金属流到铸模腔中。因此申请人决定尝试开放侧匀料筒(而不是提供下部颈收缩部分)，使得供料器元件设置在安装板上，该安装板抵接匀料筒的开放侧的边缘。因此，供料器元件，例如W02005/051568和W02007/141466中公开的那些，简单地设置在用在细长匀料筒上的细长安装板上。然而，发现当给这些部件施加高模制压カ时，供料器元件的压缩部分根据需要破裂，但是カ被吸收并通过可塌缩的部分传递到模制板中，导致供料器元件的与匀料筒接触的部分不期望地从匀料筒朝外地弯折和弯曲。这是不满意的，因为，这允许熔融金属从供料器匀料筒的部分而不是孔逃逸，这又影响铸件品质和效率。因此，理想地，设计的供料器元件包括可塌缩部分以在高压下破裂以及大致平的安装部分，该安装部分即使在非対称地施加高模制压力时也保持刚性并不扭曲。已发现，最靠近板的中心的侧壁的部分比侧壁的其它部分更容易朝内破裂，初始的工作集中于加强该区域。但是，不期望地发现，在安装板的中心区域的额外的弧形金属加强肋或焊接的额外的金属件以加厚所述板的该区域不能防止板弯曲。尽管能够通过用较厚金属形成整个供料器元件来防止变形，但这样也将阻止孔在高压下破裂，因此这不是实际可行的方案。因此考虑的可选方案包括制备两个部件単元，其中可压缩部分附接到较厚的刚性更大的板上。但是，考虑到这种方案不实际并且非常贵，因为设计成提供高容积、长寿命和最低成本鋳造生产的机器需要的是如同供料器元件的消耗部件以降低成本，从而才能够商业化。之后进ー步的工作指向实际可行方案，惊奇地发现，沿安装板的周边的缘加强了该板，从而防止在压缩期间的弯曲。由于每个现有技术的供料器元件设计用于具有对称颈部(其截面是圆形的)的供料器匀料筒，它们没有ー个提出本发明要解决的技术问题。因此，尽管一些现有技术中供料器元件包括在它们的安装板中的壁，但是没有包括偏离孔和缘，以在孔被压缩时提供加强或支撑功能。相反，现有技术集中于供料器系统，其中匀料筒具有围绕中心孔的圆形壁，例如TO2007/141466和DE20112425U1中公开的那些。在W02007/141466中，供料单元是可塌缩的，并且在使用中该圆形壁用作用于匀料筒的角度安装表面，減少在匀料筒上的压力，因此降低了匀料筒的破损。在DE20112425U1中，供料器元件是刚性的，在使用中不变形，并且在具体的实施例中，安装表面具有一对间隔的圆形壁(唇)，使得在模制时，内部唇确保匀料筒壁的任何破裂件保留在合适位置，不落入铸模(和铸件)中。缘可以通过包括弯曲、折叠、纽结或压接的方式形成在安装板中。安装板可以是大致平的，并且可以是圆形的或非圆形的形状。具体地，安装板可以是细长的和/或非対称的，例如，通过具有比水平尺寸更长的竖直尺寸(如在使用中的方 位)，因此，限定ー对长外周边。在具体的实施例中，安装板可以是大致卵形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或长圆形(即具有两个平行直侧壁和两个半圆形末端)。
在细长板的情况中，缘可以至少部分地沿板的长外周边(即长度)延伸。当安装板是大致圆形的(或在具有至少2个对称轴线的情况中)时，没有更长的尺寸。在这些情况中，參照对应于穿过安装板的中心和孔的中心、垂直于孔的轴线(在实际使用中这是竖直尺寸)的线的尺寸，板的长度(和结果长外周边)被任意地限定。在那些情况中，缘的至少一部分在大致沿任意限定的板的“长”外周边的方向上延伸。由于实际原因，该孔优选地相对于安装板的额定宽度(额定宽度是与长度正交的尺寸)大致居中地定位。可以理解的是，施加到供料器元件的力在孔的附近比在安装板其它部分更大，结果，弯矩产生，从而迫使安装板绕位于安装板的平面内并大致垂直于板的长度的轴线弯曲。由于包括沿板的长外周边延伸的缘(并且与所述弯矩轴线正交)，因此增加了安装板的刚性，并且提供了对弯矩的抵抗。可以理解的是，在具体实施例中，缘可以围绕板连续地延伸，以便形成裙缘。在其它实施例中，缘可以不连续，即，以一系列间隔开的凸起片的形式(其长度可以相同或不同)，或者甚至是单个凸起片。在具体的实施例中，缘是ー对凸起片的形式，每个凸起片沿各自的ー个长外周边延伸。在缘是不连续的情况中，它的长度(或构成缘的每个凸起片的长度)不受特别限制，只要它足以防止安装板在使用中弯曲。在具体的实施例中，缘(连续的或不连续的)沿每个长外周边至少从由最靠近板的中心的孔的边缘的切线限定的线上的点延伸到沿板的额定宽度的方向穿过板的中心的线上的点。在其它实施例中，缘(连续的或不连续的)至少从沿板的额定宽度的方向穿过孔的轴线的线上的点延伸到沿板的额定宽度的方向穿过板的中心的线上的点。缘可以垂直于安装板或相对于安装板傾斜。在由多个凸起片构成的不连续的缘的情况中，每个凸起片可以相对于安装板具有相似或不同角度。在具体实施例中，安装板可以是大致平的，并且缘可以相对于安装板的平面以10°至160°的角度从供料器元件的第一端倾斜离开。在其它实施例中，缘可以以例如20°至130° ,30°至120° ,40°至110° ,50°至100°或60°至95°的角度从第一端倾斜离开。可以理解的是，在角度大于90°时，缘弯曲到安装板的下面，该角度要从安装板的平面的外部測量。在角度达到90°时，缘从安装板大致朝外地延伸。与安装板大致成90°角倾斜的缘的优点是，缘可以辅助供料器元件在具有外表面的供料器匀料筒上对齐为与安装板成90°。缘的深度不具体限制，但在具体实施例中，可以为至少5mm，或至少10mm。限定孔的侧壁可以包括至少ー个台阶。在具体的实施例中，可以设置至少两个台阶或至少三个台阶。每个台阶可以是大致圆形、卵形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或相对端圆形。每个台阶可以具有与其它台阶相同(或不同)的形状。每个台阶可以由第一侧壁区域和与第一侧壁区域毗邻的第二侧壁区域形成，但是其中所述第二侧壁区域相对于孔的轴线以不同于第一侧壁区域的角度设置。第一侧壁区域可以平行于孔的轴线或可以小于90°地倾斜于孔的轴线。第二侧壁区域可以垂直于孔的轴线或小于90°地倾斜于孔的轴线。
可以理解的是，压缩量和引起压缩的力受到许多因素的影响，包括供料器元件的制造材料和侧壁的形状和厚度。同样可以理解的是，根据期望的应用、预期的压カ和供料器尺寸要求来设计单独的供料器元件。初始破碎強度(即开始压缩和使供料器元件不可逆地变形所需的力，该不可逆地变形超出或在供料器元件未使用和未破碎状态的固有柔性之上)可以不超过7000N、可以不超过5000N、或可以不超过3000N。如果初始破碎强度过高，那么模制压カ可能导致供料器匀料筒在初始压缩之前失效。初始破碎强度可以是至少250N、或可以至少是500N。如果破碎强度过低，那么元件的压缩可能意外地启动，例如如果为了存储或在运输期间多个元件层置。本发明的供料器元件可以视作可塌缩的缩颈砂芯，因为该术语适当地说明了该元件在使用中的ー些功能。传统上，缩颈砂芯包括树脂结合砂或是陶瓷材料或供料器匀料筒材料的内芯。然而，本发明的供料器元件可以用不同的其它合适的材料制造，包括金属(例如钢、铝、铝合金、黄铜、紫铜等)或塑料。在一个实施例中，供料器元件是金属，并且在ー个具体实施例中，供料器元件是钢。在具体构造中，更适当的是，将供料器元件考虑成供料器颈部。在具体实施例中，供料器元件可以由金属形成，并且可以由单个具有恒定厚度的金属板压制成型。在一个实施例中，供料器元件经拉伸エ艺制造，因此金属薄片坯料通过冲压机的机械动作被径向地拉伸到成型模具中。当拉伸部分的深度超过它的直径时该エ艺考虑深度拉伸，并且通过一系列模具再拉伸该部分来实现。为了适于压制成型，金属应当是足够可延展的，以防止在成型过程中撕裂或破裂。在具体实施例中，供料器元件由冷轧钢制造，具有的典型的碳成分的范围为从最小0. 02% (等级DC06，欧洲标准EN10130-1999)至最大 0. 12% (等级 DCOl，欧洲标准 EN10130-1999)。如本文所使用，术语“可压缩的”是用于它的最广泛的含义，并且仅用于表达供料器元件在其第一和第二端之间的长度在压缩后比在压缩前短。优选地，所述压缩是不可逆的，即，在去除压缩的产生カ之后，供料器元件不返回到它初始的形状。在具体的实施例中，供料器元件的侧壁包括以直径増大的环(其不必是平的)的形式相互连接的第一组侧壁区域(所述第一组具有至少ー个部件)和整体地形成有第二组侧壁区域(所述第二组具有至少ー个部件)。所述侧壁区域可以具有大致均匀的厚度，使得供料器元件的孔的直径从供料器元件的第一端向第二端増加。便利地，第二组侧壁区域是圆柱形的(即平行于孔轴线)，尽管它们可以是截头圆锥形的(即倾斜于孔轴线)。两组侧壁区域可以是非圆形的(例如卵形、椭圆形、正方形、矩形、多边形或长圆形)。第二侧壁区域可以构成最靠近供料器元件的第二端的第二组中侧壁区域。在一个实施例中，侧壁区域的限定供料器元件的第一端的自由边具有朝内指向的唇缘或环形边缘。通过调节每个侧壁区域的尺寸，供料器元件的压缩特性可以变化。在一个实施例中，所有的第一组侧壁区域具有相同的长度，所有的第二组侧壁区域具有相同的长度(其可以与第一组侧壁区域相同或不同，并且其可以与第一侧壁区域相同或不同)。然而，在具体实施例中，第一组侧壁区域和/或第二组侧壁区域的长度朝向供料器元件的第一端逐渐 地增加。供料器元件的第一和第二组侧壁区域中的每组可以是六个或更多个。在ー个具体的优选实施例中，提供四个作为第一组和五个作为第二组，在其它优选实施例中，提供五个作为第一组和提供六个作为第二组。在一些实施例中，第一组侧壁区域的内部直径和外部直径之间的距离为3mm至1 2mm或5_至8_。该侧壁区域的厚度可以为0. 2mm至I. 5mm, 0. 3mm至I. 2mm或0. 4mm至0. 9mm。该侧壁区域的理想厚度根据元件不同而变化，并且受到供料器元件的尺寸、形状和材料以及制造它的所用的エ艺的影响。在供料器元件由单个金属板压制成型的实施例中，模制板的厚度与侧壁区域的厚度基本相同。根据前述讨论可以理解的是，期望供料器元件与供料器匀料筒一起使用。因此，本发明在第二方面提供了一种用于金属鋳造的供料器系统，包括根据第一方面的供料器元件和固定到供料器元件上的供料器匀料筒。用于水平分隔模制机的标准的供料器匀料筒典型地包括具有弯曲的内部的中空主体和用于从上方安装到圆形缩颈砂芯(可塌缩的或其它方式)上的开放的环形基部。对于具体应用，供料器匀料筒还可以是非圆形的，具有用于安装在非圆形缩颈砂芯上的环形基部。在第二方面的供料器系统中，供料器匀料筒可以构造成用于竖直分隔模制机，并且可以包括中空主体，该中空主体具有构造成与供料器元件的安装板匹配的开放侧。该开放侧的形状可以是圆形的或非圆形的，但是优选的是细长的(即匀料筒的长度比宽度大)。在具体实施例中，该开放侧可以是大致卵形、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侧和两个半圆形端)。供料器匀料筒的侧壁在特定区域可以加厚，以增加开放侧的表面面积，并且提供更大的接触面积，因此在供料器元件的安装板上提供更大的支撑。在使用中形成供料器的基部的供料器匀料筒的壁的轮廓还可以向下朝向铸件的位置傾斜，以进ー步促进熔融金属从供料器到铸件的流动和供应。在使用中，匀料筒可以定向成使得它的开放侧沿大致的竖直平面，并且供料器元件位于开放侧上，使得孔设置成到匀料筒的上部端比到匀料筒的下部端更近。因此，供料器系统的设计可以允许熔融金属的顶部在匀料筒中设置在孔的上方，以确保熔融金属充分地供应到铸模中。供料器匀料筒的特性不受具体限制，例如是绝热的、发热的或两者的组合。它的制造模式也不受具体限制，例如可以使用真空成型エ艺或内芯喷射方法(core-shotmethod)。典型地，供料器匀料筒由低密度和高密度难熔填充剂(即，硅砂、橄榄石、铝硅酸盐中空微球体和纤维、耐火黏土、铝、浮石、珍珠岩、蛭石)和粘结剂制成。发热匀料筒还需要燃料(通常是铝或铝合金)、氧化剂(通常是氧化铁、ニ氧化锰或硝酸钾)和通常的引发剂/激活剂(典型的是冰晶石)。供料器匀料筒可以有许多形状，包括圆柱形、卵形和圆顶形。匀料筒主体可以是平顶、圆顶、平圆顶或任何其它合适的形状。供料器匀料筒可以通过粘结剂方便地固定到供料器元件，但是还可以通过推入配合，或者使匀料筒模制在供料器元件的周围部分。优选地，供料器匀料筒粘结到供料器元件。优选地，在供料器匀料筒内部包括WiIliams Wedge (威廉斯楔)。这可以是插入件或优选地在匀料筒的成型期间整体制造的部件，并且具有安置在匀料筒的内顶部上的棱柱形状。当匀料筒填充熔融金属进行铸造时，威廉斯楔的边缘确保熔融金属的表面的大气穿 孔和供料器内部的真空效应的释放，以允许更一致的供料。供料器系统还可以包括支撑销，以在匀料筒压缩到铸模之前将供料器匀料筒保持在铸造型模上。该支撑销构造成插入穿过供料器元件的偏离孔，并且可以构造成在压缩期间防止匀料筒和/或供料器元件相对于销旋转(即销的末端的轮廓形成为使得仅在ー个方位上与匀料筒/供料器元件匹配)。支撑销还可以构造成包括邻近销的基部的装置，并且该装置在模制周期与供料器元件接触并将供料器元件保持在适当位置。该装置可以包括例如弹簧加载球珠或弹性夹具，该弹簧加载球珠或弹性夹具与供料器元件的第一侧壁区域的内部表面形成压靠或接触。在模制周期期间将供料器系统保持在模型板上的合适位置的其它方法可以采用，假设具体的服务可以提供到模制机的摇动板，即，模制销的基部可以使用电线圈暂时地磁化，使得当使用钢或铁供料器元件时，在模制期间供料器系统保持在合适位置，或供料器系统可以放置在模型板上的可膨胀的囊的上方，该可膨胀的囊在模制期间经压缩空气膨胀抵靠在供料器元件或匀料筒的内部孔壁上。在这些实例中，在模制之后电磁力或压缩空气会立刻释放，以允许从模型板释放铸模和匀料筒系统。永磁铁还可以用在模制销的基部和/或模型板的与模制销的基部相邻的区域中，在模制周期期间，磁体的力足以将供料器系统保持在合适位置，但是该力足够低，以便允许它释放和当在模制周期结束从模型板去除时保持组合的铸模和匀料筒系统的整体性。
下面仅结合附图通过示例来说明本发明的实施例，附图如下图IA显示标准匀料筒，具有有角度的基部；图IB显示图IA中的匀料筒的侧部剖视图，并且供料器元件在模制之前经标准支撑销定位到铸造型模；图2A显示根据本发明的第一实施例的供料器元件的前视图；图2B显示图2A的供料器元件的侧视图；图2C显示图2A和图2B的供料器元件的前立体图；图3显示根据本发明的一个实施例的供料器匀料筒的前立体图；图4A显示标准支撑销的侧部剖视图；图4B显示图4A的支撑销的前立体图5A显示与图3中的供料器匀料筒一起使用的支撑销的侧部剖视图；图5B显示图5A的支撑销的前立体图；图6显示与对比的供料器元件一起使用的图3的供料器匀料筒的侧部剖视图，该对比的供料器元件不可压缩，并且在使用于竖直分隔模制机之前经支撑销保持在铸造型模上的合适位置；图7显示与另ー对比的供料器元件一起使用的图3的供料器匀料筒的侧部剖视图，该另一对比的供料器元件可压缩，并且经图5A的支撑销保持在铸造型模上的合适位置；图8显示与又一对比的供料器元件一起使用的图3的供料器匀料筒的侧部剖视图，该又一对比的供料器元件经图5A的支撑销保持在铸造型模上的合适位置；图9显示图8所示的对比的供料器元件的侧视图，以显示模制之后平的表面的扭 曲；图IOA显示对比的供料器元件的前视图；图IOB显示图IOA的供料器元件的侧视图；图11显示包括图3的供料器匀料筒的供料器系统的侧部剖视图，该供料器匀料筒与图2的供料器元件配合并经图5A的支撑销保持在铸造型模上的合适位置；图12显示根据本发明的另ー实施例的供料器系统的侧部剖视图；图13A显示根据本发明的另ー实施例的供料器元件的前视图；图13B显示图13A的供料器元件的侧视图；图14显示根据本发明的另ー实施例的供料器系统的前立体图，其中供料器元件包括以两个相対的直侧部凸起片形式的缘，其与安装板的平面成90° ;和图15显示图14的供料器系统的前视图，显示了凸起片相对于孔的位置的长度。
具体实施例方式在随后的示例中，测试了根据本发明的各种供料器系统，包括标准供料器元件、标准供料器匀料筒和供料器系统(元件和匀料筒)的组合。供料器匀料筒都由标准的商业发热混合物制造，Foseco出售的商标名为KALMINEX和FEEDEX，并且使用内芯喷射エ艺(core-shot process)生产。标准的和本发明金属供料器元件均通过压制钢板制造。除非有其它说明，金属薄片是冷轧机钢(CRl，BS1449)，厚度为0. 5mm。模制测试是在DISAMATIC模制机(Disa 130)上执行的。供料器系统放置在支撑销上，该支撑销附接到水平型模(摇动)板，该水平型模(摇动)板然后向下摇动90度，使得型模板(表面)在竖直位置。然后使用压缩空气将生砂模制混合物吹进(喷射)到矩形钢腔中，然后压实在两个型模上，这两个型模是在腔的两端上。在压实之后，ー个型模板摇回以打开腔，并且相対的一个型模板将成品铸模推到传送器上。因为供料器系统在压缩铸模中被封闭，因此必须小心地砸开每个铸模以检查供料器系统。支撑销在型模(摇动)板(750X535mm)的中心，位于高度为20mm的凸起上。砂喷射压カ是2巴，压实板压カ是IOkPa或 15kPa。图IA显示现有技术的供料器匀料筒2具有有角度的基部2a (安装表面)。与基部大致垂直于铸模板的标准供料器匀料筒相比，其基部的角度为10°。图IB显示供料器匀料筒2，该供料器匀料筒2附接到根据W02005/051568的经固定销8安装在铸模板6上的、已知的台阶式和可压缩金属供料器元件4。匀料筒2设置成使得匀料筒腔2b向下朝向铸模板6傾斜。可以理解的是，腔2b倾斜角度大致对应于基部2a的角度，与标准匀料筒相比，匀料筒2的角度越大供料能力越大。实际的极限是基部2a的角度可以是大约15°。如果角度更大，供料器元件4将无法完全地或均匀地压縮，并且匀料筒2与供料器元件4分开。此外，角度越陡，匀料筒和铸模从销和型模板脱离的难度越大。因此，仅通过使匀料筒的基部成角度从而使腔傾斜，并不能满意地解决供料竖直分隔铸模的问题。图2A、2B和2C显示根据本发明的实施例的供料器元件10，包括用于安装在鋳造型模(未图示)上的第一端12 ;包括用于安装在供料器匀料筒(未图示)上的安装板14的相対的第二端；和在第一和第二端12、14之间由台阶侧壁18限定的孔16。孔16具有通过其中心的轴线A，孔16的中心与板C的中心偏离距离X安装板14由平的长圆形(obround)表面(正交于轴线A)构成,该平的长圆形表面具有两个纵向直边20，这两个纵向直边20通过上半圆形顶边22和下半圆形底边24连接。因此，供料器元件的长度由顶边22的最上部和底边24的最下部之间的距离限定(即对应于安装板的长轴)，并且供料器元件的宽度由两个纵向边20之间的距离限定。连续的缘或裙缘26设置在安装板14的外周边周围，其从第一端12延伸离开。缘26在本实施例中相对于安装板14定向成90°，因而提供了供料器匀料筒的一部分能够被收纳在其中的插座。如图所示，孔16朝向板14的底边24偏离，并且在供料器元件10的宽度上居中地设置。供料器元件10由单个金属薄片压制成型，并且设计成在使用中可压缩，因而减小第一端12和第二端14(即安装板)之间的距离。该特征通过台阶侧壁18的构造实现，在本发明的情况中，台阶侧壁包括在第一端和安装板14之间的两个圆形台阶。第一(最大的)台阶28包括第一环形侧壁区域30，其垂直于安装板14的平面(即平行于孔轴线A);和第二环形侧壁区域32，其相对于安装板14的平面向内倾斜大约15°，因而形成截头圆锥壁架。第二(最小的)台阶34与第一台阶28相似，并且包括第一环形侧壁区域30a，其垂直于安装板14的平面(即平行于孔轴线A);和第二环形侧壁区域32a，其相对于安装板14的平面向内倾斜大约15°，因而形成截头圆锥壁架。截头圆锥部分36从第二侧壁区域32a的内周延伸到第一端12，以提供到孔16的开ロ，并且朝内指向的唇37形成在第一端12以提供用于安装在铸造型模上的表面和在获得的铸件供料器颈部产生切ロ以便于它的去除(撞离)。在其它实施例中，可以设置更多的台阶，并且第一和/或第二侧壁区域可以相对于孔轴线A和/安装板14不同地倾斜或平行。图3显示根据本发明的实施例的供料器匀料筒40。供料器匀料筒40构造用于竖直分隔模制机，并且包括中空主体42，该中空主体42的横截面是大致长圆形的并且具有开放侧44，该开放侧44构造成利用供料器元件的安装板配合在匀料筒44a的基部处，例如图2A至2C所示。开放侧44因此是大致长圆形的，其长度大于宽度。在图示的实施例中，用于定位支撑销(未图示)的水平凹陷45设置在主体42的后壁43上。此外，威廉斯楔48设置在主体42的顶部处，从后壁延伸到开放侧44。
图4A和4B显示用于将供料器系统保持在铸造型模上的合适位置的已知的支撑销50，典型地用于水平分隔模制机。销的主体50a是大致圆柱形，并且在基部具有螺纹50b以将它连接在(通常金属)铸造型模上的合适位置。销50c的顶部是与主体相比具有相对小的直径的圆形棒，用于定位在供料器匀料筒的内侧上的凹陷内。图5A和5B显示支撑销55，该支撑销55已经变化并用于包括图3的供料器匀料筒和图2A-2C的供料器元件的供料器系统。销的主体55a是圆柱形的。销主体55a的长度相对于图4A和4B所示的销已经被缩短，同时销的上端55c具有特殊的轮廓，该轮廓使得它在ー个方位与匀料筒配合。上端55c相对于图4A和4B所示的销纵向地延长。上端55c具有矩形横截面，而不是圆形棒，该矩形横截面的短边明显小于长边。结合销55的上端的延长长度特征，这赋予了灵活度(即弹性)以容忍小的移动而不会破坏供料器匀料筒。靠近销55的基部(螺纹55b的上方)，钻有孔56，孔56垂直于销55的纵向轴线，基本但不全部地穿过销55。球珠57保持在孔56的部分封闭端，在球珠57的后面有弹簧58和螺纹插头59。螺纹插头59部分地压缩弹簧58并且推压球珠57穿过孔56的末端，使得它部分地从销55的ー侧凸出。图6显示在模制和压缩砂模之前、当通过销安装在竖直铸造型模6上时的图3的供料器匀料筒40以及已知的树脂结合的不可压缩的砂缩颈砂芯60。请注意，销具有标准主体50a,并且末端55c的轮廓形成为定位在凹陷45中，以便将供料器勻料筒定位在竖直方向上，以确保当供应熔融金属到铸模时的最大效率。因此，可以看出，缩颈砂芯的第一端保持成在模制前与铸造型模6接触，并且因为内芯是不可压缩的，因此在模制时不移动，以压实箭头D所示区域的砂子。此外，模制压カ导致供料器匀料筒朝上且向前傾斜，如箭头E所示，这在缩颈砂芯上施加了应力，导致裂缝和破裂，尤其是在箭头F所示的区域。图7显示在模制和压缩砂模之前、当通过图5A和5B的销55安装在竖直铸造型模6上时的图3的供料器匀料筒40以及已知的树脂结合的砂颈部收缩部件70和已知的可压缩供料器元件(根据W02005/051568的实施例)。如图6所示，当供料器元件71在它的非压缩状态时，供料器元件71的第一端保持成在模制前与铸造型模6接触。模制时，供料器元件的台阶侧壁在铸模压缩期间塌缩，因而允许供料器元件71压缩和压实箭头D所示的区域的砂子。然而，模制压カ产生应力，导致区域F的树脂结合的颈部收缩部件的ー些裂縫。图8显示在模制和压缩砂模之前、通过图5A的销55安装在竖直铸造型模6上的图3的供料器匀料筒40以及变型的可压缩供料器元件80。供料器元件80设置在供料器匀料筒40上，使得安装板14与开放侧44上的匀料筒44a的基部配合。如图7所示，当供料器元件80在它的非压缩状态时，供料器元件80的第一端在模制前保持成与铸造型模6接触。模制时，供料器元件的台阶侧壁18在压缩铸模期间破裂和塌陷，以允许供料器元件80压缩和压实箭头D所示的区域的砂子。然而如图9所示，惊奇地发现，当孔16偏离安装板14的中心并且没有缘时，安装板14将弯曲(buckle)，因而允许熔融金属从供料器匀料筒40的部分逃逸，而不是从孔16。图IOA和IOB显示与图8相似的供料器元件，其变型是在压制成型的弧形肋85。当与图8类似的供料器匀料筒一起使用时，其它特征稍有降低，但不会消除当受到模制压 力时安装板的弯曲。图11显示供料器元件10设置在供料器匀料筒40上，使得安装板14与供料器匀料筒40的开放侧44a配合，并且供料器元件10定向成使得第一端12与供料器匀料筒40的下部朝外地分开，缘26包裹主体42的一部分。因此，缘26有助于将供料器元件10定位和保持在供料器匀料筒40上。在该具体实施例中，安装板14通过粘结剂固定到匀料筒上，然而，它可选地可以通过推入配合固定。还惊奇地发现，缘26能够防止板14弯曲，因而提供了稳定和有效的供料器系统。图12显示了可选的供料器系统，其与图11的供料器系统大致相似，但是供料器元件90设置有缘92，该缘92相对于孔的轴线A傾斜。在该情况中，缘92在离开第一端12的方向上、以相对于安装板14的平面大约45°的外角从安装板14朝外地延伸。換言之，缘92相对于供料器匀料筒40的主体42形成45°的角度。图13A和13B显示本发明的又一个实施例。图13A和13B的供料器元件95与图11所示的供料器元件基本相似。然而，在安装板97和台阶98之间设置喇叭区域96。在本 实施例中，安装板97围绕供料器元件95的周边以恒定距离从缘99朝内延伸。因此，可以理解的是，安装板97和喇叭区域96之间的角度绕供料器元件95的周边改变。已经发现，当在使用期间压缩供料器元件时，这种配置还防止安装板97弯曲并且提高砂子的压实性。图14显示本发明的又一个实施例。如前所述，图14的供料器系统与图11所示的基本相似(相同部件使用对应的參考标记表示)，除了供料器元件100设置有两个离散凸起片102形式的缘外，两个离散凸起片102沿安装板14的两个纵向直边20设置。換言之，缘是不连续的，并且仅沿直边20设置。已经发现，当供料器元件100在使用期间被压缩时，这种配置足以防止安装板14弯曲。图15显示图14的供料器系统的前视图，并显示形成缘的凸起片102的每个从线LI上的点的下方延伸到平行线L2的上方，前述线LI在板14的宽度的方向上并且穿过孔16的轴线A，前述线L2穿过安装板14的中心C。可以理解的是，在不脱离本发明的权利要求所限定的保护范围内，对前述实施例可以有各种变化。使用如图3所示的供料器匀料筒40与各种供料器元件组合来制备各种供料器系统，并如上所述地模制。KALMINEX供料器匀料筒的尺寸为90mm长度x60mm宽度x60mm深度，其中长度和宽度是开放表面的尺寸，并且供料器的深度是从供料器的开放表面至闭合的后
壁测量的。结果总结在下表Ia和表Ib中。表Ia供料器元件细节
权利要求
1.一种用于金属鋳造中的供料器元件，所述供料器元件包括 第一端，用于安装在铸造型模或摇动板上； 相対的第二端，包括用于安装在供料器匀料筒上的安装板；和 在第一和第二端之间的由侧壁限定的孔； 所述供料器元件在使用中可压缩，由此减小第一和第二端之间的距离； 其中所述孔具有偏离所述安装板中心的轴线，并且其中整体地形成的缘从所述安装板的周边延伸。
2.根据权利要求I所述的供料器元件，其中所述安装板是细长的和/或非対称的，并且当处于使用中的方位时其竖直尺寸长于水平尺寸，由此限定ー对长外周边。
3.根据权利要求2所述的供料器元件，其中所述缘至少部分地沿安装板的长外周边延伸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的供料器元件，其中所述孔相对于所述安装板的额定宽度大致居中地定位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的供料器元件，其中所述缘是ー对凸起片的形式，每个凸起片沿长外周边中的对应的ー个延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的供料器元件，其中所述缘围绕安装板的周边连续地延伸，以便形成裙缘。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的供料器元件，其中所述缘沿每个长外周边至少从由最靠近板的中心的孔的边缘的切线所限定的线上的点延伸到沿板的额定宽度的方向穿过板的中心的线上的点。
8.根据前述权利要求中任一项所述的供料器元件，其中所述安装板是大致平坦的，并且所述缘以相对于安装板的平面10°至160°的角度从供料器元件的第一端倾斜离开，所述角度优选为大致90°。
9.根据前述权利要求中任一项所述的供料器元件，其中所述缘的深度为至少5_。
10.根据前述权利要求中任一项所述的供料器元件，其中限定孔的侧壁包括至少ー个台阶，每个台阶优选地由第一侧壁区域和与第一侧壁区域毗邻的第二侧壁区域形成，其中所述第二侧壁区域相对于孔的轴线以不同于第一侧壁区域的角度设置。
11.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的初始破碎强度不超过7000N。
12.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的初始破碎強度为至少250N。
13.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的侧壁包括具有至少ー个部件并且为直径増大的环的形式的第一组侧壁区域，所述第一组侧壁区域与具有至少ー个部件的第二组侧壁区域相互连接并且整体地形成。
14.根据权利要求13所述的供料器元件，其中所述侧壁区域具有大致均匀的厚度，使得供料器元件的孔的直径从供料器元件的第一端向第二端増加。
15.根据权利要求13或14所述的供料器元件，其中所述第一组侧壁区域和/或第二组侧壁区域的长度朝供料器元件的第一端逐渐增加。
16.一种用于金属鋳造的供料器系统，包括权利要求1-16中的任ー项的供料器元件和固定到所述供料器元件上的供料器匀料筒
全文摘要
本发明涉及用于金属铸造中的供料器元件。所述供料器元件包括第一端，用于安装在铸造型模或摇动板上；相对的第二端，包括用于安装在供料器匀料筒上的安装板；和在第一和第二端之间由侧壁限定的孔。所述供料器元件在使用中可压缩，由此减小第一和第二端之间的距离。所述孔具有偏离所述安装板的中心的轴线，并且整体地形成的缘从所述安装板的周边延伸。本发明的供料器元件在高压竖直分隔砂模系统中特别实用。
文档编号B22C9/08GK102641994SQ201110447660
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年2月17日
发明者保罗·大卫·杰夫, 简·塞尔斯特伦 申请人:福塞科国际有限公司