用于金属铸造的进料器系统的制作方法

本实用新型涉及适于在使用铸造模具的金属铸造操作中使用的进料器系统。

背景技术：

在典型的铸造过程中，熔融的金属被倾倒到限定铸件形状的预先形成的模具空腔内。然而，当金属固化时缩小，导致缩孔，从而导致在最终铸件中的不可接受的缺陷。这是在铸造行业内公知的问题，并且通过使用进料器套筒或立管在模具形成期间集成到模具内(冲压套筒)或在模具形成之后插入(插入套筒)来解决。每个进料器套筒提供与所述模具空腔连通的额外(通常是封闭的)体积或空腔，从而使得熔融金属也进入到进料器套筒内。在固化过程中，进料器套筒内的熔融金属流回到模具空腔内以补偿铸件的收缩。重要的是，在进料器套筒空腔内的金属比模具空腔内的金属保持更长时间的熔融，因此进料器套筒形成为高度绝缘的或更通常为放热的，以便在与熔融金属接触时产生额外的热量以延迟固化。

进料器套筒可位于模具空腔(通常被称为“顶部进料器”)的上方，或者它可位于模具空腔的旁边(被称为“侧面进料器”)。在模具的制备过程中，顶部进料器可放置在模具图案的顶部水平表面上，使得它们与浇铸表面直接接触。备选地，侧面进料器可定位在将运行系统连接到铸造型腔的内浇口上方，或定位在进料器基部和颈部区域的上方，它们都水平地连接到模具空腔。由于它们的不同的固化特性和进料要求，钢铸件与铁铸件相比通常需要从进料器的较短金属流动路径，导致需要具有围绕铸件分布的多个立管。

在铸件固化并将铸造材料移除之后，来自进料器套筒空腔内的不需要的残留金属保持附接到铸件且必须被移除。为了便于移除残留金属，进料器套筒空腔可朝向其基部(即，进料器套筒将最靠近模具空腔的端部)逐渐变细成通常被称为颈缩套筒的设计。当猛烈的吹动施加到残留金属上时，其在将靠近于模具的最弱点处分离(该过程被称为“敲掉”)。铸件的细小的占地面积是可取的，以便允许将进料器套筒定位在铸件中可由相邻特征限制的区域内。

虽然进料器套筒可被直接应用到铸造模具空腔的表面上，但是它们经常结合进料器元件(也被称为隔片型芯)使用。隔片型芯仅仅是位于模具空腔和进料器套筒之间的耐火材料盘(通常是树脂粘接的砂芯或陶瓷芯或进料器套筒材料的芯)，其具有通常在其中心内的孔。通过隔片型芯的孔的直径被设计成小于进料器套筒内腔(它不一定是逐渐变细成锥形)的直径，使得在靠近铸件表面的隔片型芯处发生敲掉。为了进一步协助敲掉，隔片型芯的孔通过被形成一定的轮廓，使得其在金属进料器颈部中形成V形凹口。

在某些情况下可能在其中制备模具的成型盒中存在尺寸限制，使得高度不足够设置顶部进料器。此外，某些模具图案不具有进料器可设置在其上的上部平坦表面。虽然使用内浇口或侧面进料器避开了在模具图案上需要平坦的上表面，但是内浇口增大模具空腔和进料器套筒之间的距离，并因此增加所需的金属量。

本实用新型已经在设计时考虑到这些问题。

技术实现要素：

根据本实用新型的第一方面，提供一种用于金属铸造的进料器系统，其包括：

进料器套筒，其具有平坦基部、在基部上方的顶部以及在顶部和基部之间的侧壁，其中所述侧壁是不连续的，使得进料器套筒在一侧上是开放的；和

基本上是平坦的隔片型芯，其具有贯通其中的孔，隔片型芯安装在进料器套筒的开口侧上且垂直于基部，除了在隔片型芯中的孔之外，进料器套管和隔片型芯一起限定用于容纳熔融金属的封闭空腔。

本实用新型的进料器系统是侧面进料器，并且平坦基部允许进料器系统在制备模具的过程中靠近模具图案定位。侧面安装的隔片型芯的大致平坦结构意味着进料器系统可定位成与模具图案的平坦垂直侧面直接接触。当模具图案被移除时，隔片型芯的孔与所述模具空腔直接接触。本实用新型的进料器系统因此提供与内浇口一起使用的标准侧面进料器的替代方案。通过直接给铸造进料(代替经由内浇口)，在系统中的金属量减小。正因为如此，存在较少的浪费并且产率有所提高。

进料器套筒可以是任何合适的尺寸或形状。在一些实施例中，进料器套筒的横截面大致为矩形或正方形。进料器套筒的侧壁围绕基部的周边延伸。因此，在其中所述进料器套筒的横截面大致为矩形或正方形的实施例中，应当理解的是进料器套筒包括大致为矩形或正方面的基部。侧壁可围绕正方形或矩形的三条侧边延伸，第四条边由隔片型芯构成。因此侧壁可包括两个相对的侧面部段和在侧面部段之间的后部部段，所述后部部段与隔片型芯相对。侧面部段和后部部段可一体地形成，或侧壁可由在其边缘处结合到一起的三个单独的部段形成。

在一些实施例中，进料器系统的横截面是大致D形的。换言之，进料器系统具有三个平坦的侧面(其中之一由隔片型芯形成)和一个弯曲的侧面。在一些实施例中，进料器套筒的侧壁具有两个相对的侧面部段和在侧面部段之间的后部部段，所述后部部段与隔片型芯相对，其中所述后部部段是弯曲的(外凸的)。

有利地，在侧壁和基部之间，或在侧壁、隔片型芯和基部之间形成的底部拐角可以是正方形的或者略成角度。正方形的或成角度的拐角是优选的，因为如果拐角过于圆化，则在制备模具的过程中砂子不能在进料器系统的下面有效地填充，从而导致潜在的铸件缺陷。

在一些实施例中，顶部和侧壁一体地形成。备选地，侧壁和顶部是可分离的，即顶部是一个盖子。顶部可以是平顶的，倾斜的，弯曲的(例如外凸的)，圆顶的，部分圆顶的，平顶圆顶的，或者任何其它合适的形状。进料器系统的顶部可以是封闭的，使得所述空腔是完全封闭的，除了隔片型芯中的孔之外。

进料器套筒内可包括威廉姆斯楔形件(Williams Wedge)。其可以是插入件或优选在套筒的形成过程中形成的一体式部件，并且包括位于所述套筒内部顶部上的棱镜形状。在铸造时当套筒被充满熔融金属时，威廉姆斯楔形件的边缘确保熔融金属表面的大气穿透并且释放进料器内部的真空作用以便允许更一致的进料。

本实用新型的进料器套筒可由已知进料器可从其形成的任何合适的耐火绝缘和/或放热材料或组合物形成或包括上述材料或组合物。本领域内的技术人员将能够选择适于每一特定要求的适当材料。进料器套筒材料的性质没有特别的限制，并且例如它可以是绝缘的、放热的或两者的组合。其制造模式不受到具体的限制，其例如可使用真空成型过程或芯射法来制造。典型地，进料器套筒从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)和粘接剂的混合物制成。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)。

进料器套筒可通过任何形成进料器的已知方法来形成，例如围绕前体和在外部模具内通过真空形成套筒材料的浆料，随后加热套筒以去除水并硬化或固化材料。备选地，进料器套筒可通过在芯盒中冲压或吹动材料(芯射法)，并经由通过反应气体或催化剂行进通过套筒而固化粘接剂以固化套筒，或通过使用被加热的芯盒来施加热量，或通过移除套筒并在烘盒中加热形成。合适的进料器组合物例如包括由Foseco以商品名KALMIN和KALMINEX出售的由浆料和芯射法制成的那些。

进料器套筒的密度取决于组成和制造方法两者。在一些实施例中，进料器的密度不超过1.5克/厘米3，不超过1.0克/厘米3或不超过0.7克/厘米3。在一些实施例中，进料器的密度为从0.8至1.0克/厘米3或从0.5至0.7克/厘米3。

隔片型芯设计成减少进料器到铸件的接触面积，并且可典型地基于二氧化硅或有时还有铬铁矿砂，通过将酚醛清漆树脂涂覆的砂子吹入到被加热的芯盒内以便允许树脂熔融然后硬化(Croning过程)制成。备选地，隔片型芯可由高度耐火陶瓷材料或诸如钢板的成形金属制成。

隔片型芯的厚度将部分地取决于进料器的尺寸，并且典型的砂子隔片型芯将具有8至15毫米量级的厚度，而更坚固的陶瓷隔片型芯将通常具有为5至10毫米的厚度。隔片型芯安装在进料器套筒上，并通过通常为热熔胶的粘接剂来固定。

隔片型芯具有孔(开口钻孔)，其在一些实施例中靠近进料器系统的基部定位。该孔给来自进料器系统空腔到模具空腔的熔融金属提供通道以便当铸件冷却和收缩时给铸件进料。孔的位置和尺寸可根据铸件的几何形状和进料要求来选择。该孔可朝向或邻近于进料器系统的基部定位，使得熔融金属可在重力的影响下流入到模具空腔内。在一些实施例中，孔居中地定位在所述隔片型芯的纵向轴线上。备选地，所述孔可相对于所述隔片型芯的纵向轴线垂直偏移(向右或向左)。应当理解的是，提供对于进料而言的金属最大高度，因此孔将在隔片型芯中尽可能低地定位通常是可取的。这也最小化低于孔的金属的不可用的储器。

孔的直径可相当于空腔的最大直径(在垂直于进料器系统的纵向轴线的平面内测得)。在一个实施例中，孔的直径不超过空腔最大直径的40％，30％，20％，15％或10％。

隔片型芯可构成进料器系统的整个壁，使得所述隔片型芯的最大高度与进料器套筒的最大高度相同。

在一些实施例中，进料器系统具有从隔片型芯的表面到与隔片型芯相对并在两个侧面部段之间的后部部段的从外部所测得的长度A，所述长度被测量到最大曲率点，其中所述后部部段是弯曲的或D形的，并且在进料器的两个侧面部段之间在外部测得的宽度为从0.4×A至2×A。在一些实施例中，所述进料器系统具有从1×A至3×A的最大高度，其取决于铸件尺寸和套筒要求将通常在从8厘米到25厘米或以上的范围内。

一种用于制备用于金属铸造的水平分开的模具的过程，其包括：

采取安装有成形模具图案的图案板以限定所需铸造空腔的上部部分(上模)，并具有邻近于模具图案的垂直表面的至少一个水平的平坦表面；

将本实用新型第一方面的进料器系统放置在水平平坦表面上，使得包括孔的隔片型芯的至少一部分与模具图案的垂直表面平齐；

用铸造材料围绕模具图案和进料器系统；

压实铸造材料；

将模具图案和图案板从压实材料移除以便形成上半部分(上模)模具；

在不使用进料器系统的情况下以类似于上模模具的方式制备下半部分(拖动)模具；和

将上半模具放置在下半模具的顶部上以便铸造。

因此将可以理解的是模具被水平分开。

在使用中，进料器系统靠近模具图案放置在水平表面上。进料器系统的平坦基部意味着它是自支撑的，所以不需要额外的支撑结构，并且在进料器系统之下没有铸造材料。将图案板和模具图案从所述压实的铸造材料移除留下模具空腔，其具有模具图案相反的形状，其中进料器系统嵌入到铸造材料中。由于隔片型芯基本上是平坦的，在制备模具的过程中它抵靠模具图案搁置，并且在移除模具图案时，隔片型芯的孔与铸造空腔直接接触。通过减小进料器系统的空腔和铸件之间的距离，在将进料器系统从成品铸件移除时减少废金属量。

铸造材料可以是型砂。如本领域内公知的那样，型砂可被分成两个主要类别；化学粘接的(基于有机或无机粘接剂)或粘土粘接的。化学粘接的型砂粘接剂通常是自固性系统，其中粘接剂和化学硬化剂与砂子混合，以及粘接剂和硬化剂立即开始反应，但足够慢足以允许砂子围绕图案板成形，然后允许足够地硬化以便移除和铸造。粘土粘接的成型系统使用粘土和水作为粘接剂，并且可以“绿色”或未干燥的状态使用，并且通常被称为绿砂。湿砂混合物单独在压缩力下不容易流动或不容易移动以便压实围绕图案的型砂并赋予模具足够的强度性能，颠簸、振动、挤压和冲压的各种组合被施加以便以高的生产率产生均匀强度的模具。

模具成型的做法是众所周知的，并且例如在Foseco Ferrous Foundryman’s Handbook(ISBN 075064284X)中所描述。被称为自硬或冷固化过程的典型过程是将砂子与液体树脂或硅酸盐粘接剂连同适当的催化剂混合到一起，通常是在连续混合器中。混合后的砂子然后通过将振动和冲压的组合围绕图案压实，然后静置，在此期间，催化剂开始与粘接剂反应导致砂子混合物的硬化。当模具已达到可操纵的强度时，将它从图案移除，并继续硬化直到化学反应完成。

铸造材料可以是通过自硬冷固化过程粘接的砂子，其包括液体粘接剂诸如酸固化的呋喃或酚醛树脂，或酯固化的碱性酚醛树脂或硅酸钠粘接剂连同适当的催化剂一起。备选地，铸造材料是粘土粘接的砂子(绿砂)，其包括诸如钠或钙膨润土粘土、水和诸如煤尘和谷物粘接剂的其它添加剂的混合物。

附图说明

现在将仅参照附图通过实例的方式描述本实用新型的实施例，其中：

图1是根据本实用新型实施例的进料器系统的透视图。

图2是根据本实用新型另一实施例的进料器系统的后部透视图。

图3是根据本实用新型一个实施例的进料器系统的示意图。

图4a是在制备铸造模具过程中使用的根据本实用新型的进料器系统。

图4b是在铸造金属制品的过程中使用的根据本实用新型的进料器系统。

具体实施方式

参照图1，示出根据本实用新型第一方面的进料器系统100，其包括进料器套筒102和隔片型芯104。进料器套筒102包括平坦基部106、基部106上方的顶部108以及在顶部108和基部106之间延伸的侧壁110。

进料器套筒102的侧壁110围绕基部106的外周延伸，并且是不连续的，使得进料器套筒102在一侧上开口。基部106的形状大致为矩形或正方形的，使得进料器套筒102的横截面大致为矩形或正方形的。顶部108以外凸的方式弯曲。在其它实施例(未示出)中，顶部108可以是平顶的、倾斜的、圆顶的、部分圆顶的、平顶圆顶的或任何其它合适的形状。

侧壁110围绕基部106的三个侧面延伸。侧壁110包括两个相对的侧面部段112和侧面部段112之间的后部部段(不可见)，所述后部部段与进料器套筒102的开口侧相对。侧面部段112以及后部部段和顶部一体地形成。在其它实施例中，侧壁110可由三个在它们的边缘和/或侧壁110处结合到一起的单独的部段形成，并且顶部108可以是可分离的，其中顶部108为盖的形式。

隔片型芯104基本上是平坦的，并且通过粘接剂安装在进料器套筒102上，使得隔片型芯104构成进料器套筒102的第四侧面。隔片型芯104相对于侧壁110的后部部段安装，并且在进料器套筒102的基部106和顶部108之间延伸。隔片型芯104的最大高度与进料器套筒102的最大高度是相同的，使得所述隔片型芯104和进料器套筒102完全包围在进料器系统100内的空腔。在进料器系统100的侧壁110和基部106之间或在侧壁110、隔片型芯104和基部106之间形成的基部拐角116是正方形的或略成角度的。

隔片型芯104具有靠近进料器系统100的基部106定位的孔118。孔118相对于隔片型芯104的纵向轴线偏移。在其它实施例中，孔118可居中位于隔片型芯104的纵向轴线上。

进料器套筒102可由任何合适的耐火绝缘材料和/或放热材料形成。隔片型芯104可由任何合适的高度耐火材料诸如粘接的硅砂形成。

参照图2，示出基本上与图1中所示相同的进料器系统200的另一实施例，但是具有D形横截面。进料器系统200的基部202大致为D形的。与隔片型芯208相对的侧壁206的后部部段204是外凸形弯曲的，并包括居中定位的凹槽212。进料器系统200的顶部210是部分圆顶形的。侧壁206和顶部210一体地形成。

参照图3，示出根据本实用新型第一方面的进料器系统的示意图。在一些实施例中，进料器系统具有从隔片型芯的表面到与隔片型芯相对并在两个侧面部段之间的后部部段从外部所测得的A的长度(L)，长度测量到曲率的最大点，其中后部部段是弯曲的或D形的，并且在进料器的两个侧面部段之间从外部测得的宽度(W)为从0.4×A至2×A。在一些实施例中，进料器系统具有的最大高度为从1×A至3×A，其取决于铸件尺寸和套筒要求将通常在从8厘米到25厘米或以上的范围内。

参照图4a，示出半个模具组合件，其包括根据本实用新型第一方面的两个进料器系统100和模具图案402，进料器系统100和模具图案402定位在水平图案板404上。进料器系统100的基部106抵靠图案板404的水平平坦表面平放。进料器系统100的隔片型芯104邻近于模具图案402定位，使得包括孔118的隔片型芯104的至少一部分抵靠模具图案402的垂直表面定位并与所述垂直表面直接接触。一个或多个顶部进料器系统(未示出)也可定位在模具图案402的一个或多个水平表面上。

在用于制备用于金属铸造的模具的过程中，模具图案402和进料器系统100用铸造材料408围绕。铸造材料408围绕模具图案402和进料器系统100被压实并硬化。图案板404和模具图案402从被压实的铸造材料408移除，留下半个模具空腔410a(参见图4b)，其是模具图案402的相反形状，同时进料器系统100保持嵌入到被压实的铸造材料408内。

参照图4b，示出组装好并准备用于铸造的模具412。模具412包括上部模具部分(上模)414a，从图4a中所示的模具组合件形成，和下部模具部分(拖动)414b，以类似的方式形成，但没有进料器系统。上模模具414a和下模模具414b由直浇口416、流道系统418和内浇口420形成。半个模具空腔410a和410b构成模具空腔，其中，线X----X代表模具的水平分开线。进料器系统100的隔片型芯104与所述模具空腔直接连通。

在金属铸造的过程中，熔融金属经由直浇口416通过流道系统418和内浇口420倾倒到铸造模具412。熔融金属随后填充模具或浇铸空腔410，并且还通过隔片型芯104中的孔118进入进料器系统100。当模具空腔410内的金属固化和收缩时，进料器套筒102内的熔融金属通过孔118流回到模具空腔410内，以补偿收缩，并确保冷却时铸件完全填充模具空腔410。在隔片型芯104中靠近进料器套筒102的基部106的孔118的定位可确保金属的大头部存储在孔118上方的进料器套筒102内。在孔118上方的金属头部产生足够的金属静态压力，以便当铸件固化时使得熔融金属能够流入模具空腔410内。孔118靠近基部106的定位也最小化在孔118下方的金属的不可用储器，从而减少浪费。