用于金属铸造的进料器元件的制作方法

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元件。

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通过将它们施加到图案板而集成到模具内或在模具形成之后将套筒插入到所形成模具内的空腔内来解决。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。

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。

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如前面详述足够的强度性能，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。砂子通常在高压下被压缩(压实)，通常使用一个或多个液压缸。

为了在这样高的压力成型过程施加套筒，销通常作为适于进料器套筒的安装点在预定的位置处设置在成型图案板(其限定模具空腔)上。一旦所需的套筒被放置在销上(使得进料器的基部在图案板上或升高高于图案板)，该模具通过将型砂倾倒到图案板上并围绕进料器套筒倾倒，直到进料器套筒被覆盖以及模盒被充满。型砂和随后高压的施加可导致进料器套筒的损伤和破损，特别是如果进料器套筒与冲压之前的图案板直接接触，并随着铸件的复杂性和生产率的要求的增加，需要更多尺寸稳定的模具，因此存在下朝向更高冲压压力并导致套筒断裂的趋势。

本申请人已经研发了一系列与进料器套筒结合使用的可塌陷的进料器元件，其在WO2005/051568，WO2007141446，WO2012110753和WO2013171439中有所描述。当在成型过程中经受压力时，进料器元件被压缩从而保护进料器套筒免于受到损坏。

US2008/0265129描述了一种进料器插入件，其用于插入到用于铸造金属的铸造模具内，其包括在其中具有进料器空腔的进料器主体。进料器主体的底侧与所述铸造模具连通，并且进料器主体的顶侧设有能量吸收装置。

EP1184104A1(Chemex GmbH)描述了一种两部分组成的进料器套筒(其可是绝缘的或放热的)，当型砂被压缩时进料器套筒伸缩；第 二(上部)部分的内壁与第一(下部)部分的外壁平齐。

EP1184104A1图3a至3d示出了两部分组成的进料器套筒的伸缩动作。进料器套筒与所述图案直接接触，当采用放热套筒时是不利的，因为它可导致差的表面光洁度，浇铸表面的局部污染和甚至下表面的铸造缺陷。此外，即使下部部分是锥形的，则在图案上仍存在较宽的占地面积，因为下部部分必须相对厚以承受在冲压过程中经受的力。这在敲掉方面以及由进料器系统在图案上所占据的空间方面是不能令人满意。下部内部部分和上部外部部分由保持元件保持在适当的位置下。该保持元件脱落并落入型砂内以允许发生伸缩动作。保持元件将随着时间的推移在型砂中积聚，从而污染型砂。这在下述情况下，保持元件从放热材料制成是特别麻烦的，因为它们可反应而产生小的爆炸性缺陷。

US6904952(AS Luengen GmbH&Co.KG)描述了一种进料器系统，其中管状主体被暂时胶粘到进料器套筒的内壁。当型砂被压缩时在进料器套筒和管状主体之间时存在相对移动。

适于在高压成型系统中使用的进料系统的需求不断增长，部分是由于成型装备上的改进，并且部分是由于正在生产新的铸件。球墨铸铁的某些等级和特定的铸造结构可能不利地影响通过某些金属进料器元件的颈部的进料性能的有效性。此外，某些成型线或铸造配置可导致过度压缩(进料器元件的塌陷或进料器系统的伸缩)，导致该套筒的基部紧密靠近铸件表面，仅由一薄层砂分隔。

技术实现要素：

本实用新型提供用于在金属铸造中使用的进料器元件，并寻求克服与现有技术的进料器元件或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。

根据本实用新型的第一方面，提供用于金属铸造的进料器元件，其包括：

管状主体，其限定贯穿其中的孔，并具有第一端部和相对的第二端部以及第一端部和第二端部间的可压缩部分，所述可压缩部分具 有包括交错序列的第一和第二区域的台阶状配置，使得在使用中施加力时，则第一和第二端部之间的距离被减小；

其特征在于所述进料器元件由具有以重量计小于0.05％的碳含量的钢制成。

进料器元件具有两项功能：(i)开放孔提供从进料器套筒空腔到铸造模具的通道；和(ii)进料器元件的变形(由于可塌陷部分)用于吸收否则会造成进料器套筒断裂的能量。

本实用新型的进料器元件可被视为隔片型芯，因为这一术语合适地描述了在使用中的一些元件功能。

在一个实施例中，可压缩部分包括至少3个台阶部，或“扭结”。在另一个实施例中，可压缩部分包括至少4个台阶部或“扭结”。这些扭结使得可压缩部分以受控的方式在预定负载(相比较于压碎强度)下变形。每个扭结可由一对相邻的第一和第二区域形成。

在一个扭结，即在相邻的第一和第二区域之间的外角Φ可在压实之前进行测量。应当理解的是，当可压缩部分塌陷时外角Φ将减少冲压。在一系列的实施例中，在扭结中的外角Φ在压实之前不超过130°，120°，100°，90°，80°，70°或60°。一系列的实施例中，在扭结中的外角Φ在压实之前为至少50°，60°，70°，75°或80°。在一个实施例中，在扭结中的外角Φ在压实之前至少为70°而小于或等于120°。在一个实施例中，在扭结中的外角Φ在压实之前为至少75°且小于或等于110°。

在一个实施例中，在扭结中的外角Φ在压实之前至少为80°而小于或等于100°。在一个实施例中，在扭结中的外角Φ在压实之前为约90°。

可以测量在压实之前邻接孔且在相邻的第二和第一区域之间形成的内角θ。应当理解的是，当可压缩部分塌陷时该角度θ将减少冲压。在一系列的实施例中，在相邻的第二和第一区域之间的内角θ在压实之前不超过130°，120°，100°，90°，80°，70°，60°或50°。在一系列的实施例中，在相邻的第二和第一区域之间的内角θ在压实之前为至少30°，40°，50°，60°或70°。在一个实施例 中，在相邻的第二和第一区域之间的内角θ在压实之前至少为60°而小于或等于120°。在个实施例中，在相邻的第二和第一区域之间的内角θ在压实之前为至少70°且小于或等于100°。

在一个实施例中，在相邻的第二和第一区域之间的内角θ在压实之前为约80°。在一个实施例中，在相邻的第二和第一区域之间的内角θ在压实之前为约90°。在一个实施例中，在相邻的第二和第一区域之间的内角θ在压实之前为约100°。

在一些实施例中，第一区域的表面是截头圆锥形的。在一个实施例中，第二区域的表面是截头圆锥形的。在一些实施例中，第一和第二区域的表面是截头圆锥形的。

应当理解的是，所述管状主体具有纵向轴线，孔轴线。在第一区域和所述纵向轴线之间形成的角度α可以被测量。类似地，在第二区域和所述纵向轴线之间形成的角度β可以被测量。

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为约90°，即第一区域或第二区域大致垂直于孔轴线。

在一个实施例中，α或β为约0°，即第一区域或第二区域大致平行于孔轴线。

在一个实施例中，α和β分别是至少为40°而小于或等于70°。在一个实施例中，α和β分别是至少为30°而小于或等于60°。

在一个实施例中，α或β至少为35°且小于或等于55°。

在一个实施例中，α和β分别为至少35°且小于或等于55°。

台阶部或扭结的直径可以被测量。在一个实施例中，所有扭结具有相同的直径。在另一个实施例中，扭结的直径朝管状主体的第一端部逐渐减小，即，可压缩部分是截头圆锥形的。

进料器元件的压缩特性可通过调节各扭结的尺寸来改变。在一个实施例中，所有的第一区域具有相同的长度并且所有的第二区域具有相同的长度(其可以与第一区域相同或不同)。在另一个实施例中，第一区域的长度朝向管状主体的第一端部减小。在另一个实施例中，第二区域的长度朝向管状主体的第一端部减小。

在一些实施例中，可在管状主体的第二端部和所述可压缩部分之间设置不可压缩的区域。在一些实施例中，不可压缩的区域不具有台阶状配置。在一些实施例中，不可压缩的区域的侧壁是圆筒形的并平行于所述主体的纵向轴线。

不可压缩区域的高度可在平行于孔轴线的方向上测量，并且可以相比较于压实之前的管状主体的高度(也在平行于孔轴线的方向测得)。在一系列的实施例中，不可压缩区域的高度对应于管状主体高度的至少20％，30％，40％或50％。在另一系列的实施例中，不可压缩区域的高度对应于不超过所述管状主体高度的90％，80％，70％，60％，50％或40％。

管状主体的高度可相比较于压实之前的可压缩部分的高度(也在平行于孔轴线的方向测得)。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不超过所述管状主体高度的90％，80％，70％，60％，50％或40％。

不可压缩区域的高度可相比较于压实之前的可压缩部分的高度。在一些实施例中，不可压缩区域相对于可压缩部分的高度比率为从1∶1至5∶1，从1.1∶1至3∶1或从1.3∶1至2∶1。在一系列的实施例中，不可压缩区域相对于可压缩部分的高度比率为从1∶1.5至5∶1.5。在一些实施例中，不可压缩区域相对于可压缩部分的高度比率为从1∶1至1∶5，从1∶1.1至1∶3或1∶1.3至1∶2。

在一个实施例中，不可压缩区域相对于所述可压缩部分的高度比率为约2∶1.5。在一个实施例中，不可压缩区域相对于所述可压缩部分的高度比率约为1∶1.5。

在一些实施例中，管状主体的第二端部向外扩张以便形成凸缘。在一个实施例中，凸缘可以是环形的(即，大致垂直于所述主体的纵向轴线)。

在一个实施例中，凸缘包括至少一个周向凹槽。在一些实施例中，周向凹槽具有背离管状主体的第一端部的开口侧。在凸缘本身上方的周向凹槽的深度可以被测量。在一系列的实施例中，周向凹槽具有小 于5，4，3，2或1毫米的深度。

管状主体的尺寸和质量将取决于应用。

通常优选尽可能减少管状主体的质量。这减少材料成本，并且在铸造过程中也是有益的，即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。

管状主体具有内径和外径以及其为所述内径和外径之间的差异的厚度(全都在垂直于孔轴线的平面上进行测量)。在一些实施例中，管状主体的厚度至少为0.1，0.2，0.3，0.5，0.8，1或1.5毫米。在一些实施例中，管状主体的厚度至少为2，1.5，1，0.8或0.5毫米。在个实施例中，管状主体具有为从0.2至1毫米的厚度。较小的厚度出于许多原因是有益的，包括减少制造管状主体所需的材料和降低管状主体的热容量，因此减少在铸造时从进料器金属吸收的能量的量。

在一个实施例中，管状主体具有圆形的截面。然而，横截面可以是非圆形的，诸如卵形，长圆形或椭圆形。

在一个实施例中，管状主体具有圆柱形的形状。应当理解的是圆柱形的主体基本上平行于所述主体的纵向轴线。在另一个实施例中，管状主体具有截头圆锥形的形状。这将被理解为意味着主体在远离第二端部的方向上变窄(逐渐变细呈锥形)，即主体的直径朝向管状主体的第二端部更大以及朝向管状主体的第一端部更小。在截头圆锥形的主体和纵向(孔)轴之间的锥角μ可以被测量。在一系列的实施例中，角度μ为不超过50°，40°，30°，20°，15°或10°。在一系列的实施例中，角度μ为至少5°，10°，15°或20°。在一个实施例中，角度μ为至少5°而小于或等于20°。

在一个优选的实施例中，管状主体具有截头圆锥形区域，其从可压缩部分朝向第一端部变窄，在使用中第一端部靠近铸件。邻近铸件的较窄部分被称为进料器颈部，并提供更好的进料器敲掉。在一系列的实施例中，锥形颈部相对于所述孔轴线的角度应不超过55°，50°，45°，40°或35°。

为了进一步改善敲掉，管状主体的第一端部可由唇缘或珠构成以 便提供用于安装在模具图案上的表面，并在所得到的铸造进料器颈部中产生一个凹口，以促进其移除(被敲掉)。在一个实施例中，管状主体的第一端部由环形唇缘构成。在一个实施例中，管状主体的第一端部由唇缘构成，所述唇缘基本上平行于管状主体的纵向轴线。在一些实施例中，唇缘伸入到所述孔内。

在某些实施例中，管状主体可从恒定厚度的单一钢片压制成形。在一个实施例中，管状主体经由拉伸处理而制成，从而钢板坯通过冲床的机械作用被径向地拉入到成形模具内。当被拉伸部分的深度超过其直径时该过程被视为深度拉伸，并且通过以一系列模具重新拉伸所述部分而取得。在另一个实施例中，管状主体通过金属旋压或旋压成形过程而制成，由此钢坯盘或钢管首先安装到旋压车床上并高速旋转。然后局部化的压力施加到通过的一系列辊或工具内，导致钢向下流到心轴周围及其上，所述心轴具有所需成品部分的内部维度轮廓。

为了适于压制成型或旋压成型，钢应具有足够的延展性以避免在成形过程中的撕裂或出现裂缝。在某些实施例中，管状主体由冷轧钢制成。

在一些实施例中，管状主体由具有至少为0.005，0.01，0.02，0.03或0.04％的碳含量的钢制成。在一些实施例中，管状主体由不超过0.05，0.04，0.03或0.02％的碳含量的钢制成。在一个实施例中，管状主体由具有至少0.03％且小于0.05％的碳含量的钢制成(按重量计)。

从上述论述可以理解根据本实用新型的进料器元件意在与进料器套筒结合使用。

附图说明

在下文参考附图描述本实用新型的实施例，其中：

图1a、1b、2a、2b和图3是示出根据本实用新型实施例的进料器元件的示意图。

具体实施方式

参照图1a，示出压缩前的管状主体10，其具有纵向轴线Z。管状主体10朝向第一端部14逐渐变细以便形成进料器颈部。进料器颈部14的第一端部由唇缘16构成，其在使用中将与图案板2接触。在该实例中，唇缘16基本上与纵向轴线Z平行。

管状主体10限定了贯穿其中的一个开放的孔，其可用于将进料器套筒的空腔(未示出，但其将经由在进料器套筒中提供的切口安装到管状主体的第二端部18)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10包括第一端部14和第二端部18之间的四个“向内”扭结12，它们共同构成具有波纹管式配置的可压缩部分19。扭结12可以被视为交错序列的第一区域12a和第二区域12b。在第一区域12a和纵向轴线Z之间的角度α约为45°。在第二区域12b和纵向轴线Z之间的角度β约为50°。在扭结中的外角Φ，即在一对第一和第二区域12a和12b之间在管状主体外部测得的角度为85°。内角θ，即在相邻的第二和第一区域12b和12a之间在所述管状主体内部测量的角度为85°。所有的扭结具有相同的直径；因此可压缩部分19可被视为圆柱形的。

不可压缩的管状区域4设置在管状主体的第二端部18和可压缩部分19之间。不可压缩的区域4平行于纵向轴线Z。不可压缩的区域4相对于可压缩部分19的高度比率大约为1∶1，以及不可压缩区域4的高度相应于管状主体10的大约33％。

参照图1b，其示出根据本实用新型的在压缩之前的管状主体20的另一个实施例。管状主体具有从可压缩部分19朝向第一端部24变窄的截头圆锥形区域，以便形成进料器颈部，其在使用时将与图案板2接触。

管状主体20包括在第一端部24和第二端部28之间的四个扭结12，其构成所述可压缩部分19。角度α，β，θ和Φ如图1a的实施例所限定的那样。

第二端28形成向外扩张的环形凸缘，其垂直于纵向轴线Z。

参照图2a，其示出根据本实用新型的在压缩之前的管状主体30 的另一实施例。管状主体朝向第一端部34逐渐变细成锥形以便形成如图1b的实施例所限定的进料器颈部。

管状主体30包括在第一端部34和第二端部38之间的四个扭结32，其构成所述可压缩部分39。扭结32可被视为交错序列的第一区域32a和第二区域32b。角度α约为60°，β约为40°。角度θ和Φ分别为80°。扭结的直径朝着第一端部34减小；可压缩部分39可被视为截头圆锥形的。主体的锥角μ为8°。

第二端部38形成向外扩张的环形凸缘。

参照图2b，其示出类似于图2a实施例的在压缩之前的截头圆锥形的管状主体40，不同之处在于进料器颈部34的第一端部由唇缘46构成，其在使用时将与图案板2接触，并且周向凹槽50设置在环形凸缘38中。

在该实例中，凹槽50的开口侧背离主体的第一端部34。周向凹槽50的深度约为2毫米。

在该实例中，唇缘46基本上与纵向轴线平行。

参照图3，其示出根据本实用新型实施例的在压缩之前的管状主体60。管状主体60具有截头圆锥形的区域，其从可压缩部分69朝向第一端部64变窄以形成进料器颈部。进料器颈部64的第一端部由唇缘66构成，其在使用中将与图案板2接触。在该实例中，唇缘伸入到所述孔内。

可压缩部分69包括三个“向内”的扭结62。扭结62可被视为交错序列的第一区域62a和第二区域62b。角度α和β分别是50°。角度θ和Φ分别是80°。所有扭结具有相同的直径；管状主体可被视为具有圆柱形的形状。

至于图2b的实施例，第二端部68形成具有周向凹槽70的向外扩张的环形凸缘。

应当理解的是，形成第二端部的环形凸缘的存在或不存在，在第一端部处的所述唇缘，在所述凸缘中的凹槽以及在可压缩区域中的扭结的数量和角度都可根据具体实施例而独立地改变。