本實用新型涉及適于在使用鑄造模具的金屬鑄造操作中使用的進料器系統。

背景技術：

在典型的鑄造過程中，熔融的金屬被傾倒到限定鑄件形狀的預先形成的模具空腔內。然而，當金屬固化時縮小，導致縮孔，從而導致在最終鑄件中的不可接受的缺陷。這是在鑄造行業內公知的問題，并且通過使用進料器套筒或立管在模具形成期間集成到模具內(沖壓套筒)或在模具形成之后插入(插入套筒)來解決。每個進料器套筒提供與所述模具空腔連通的額外(通常是封閉的)體積或空腔，從而使得熔融金屬也進入到進料器套筒內。在固化過程中，進料器套筒內的熔融金屬流回到模具空腔內以補償鑄件的收縮。重要的是，在進料器套筒空腔內的金屬比模具空腔內的金屬保持更長時間的熔融，因此進料器套筒形成為高度絕緣的或更通常為放熱的，以便在與熔融金屬接觸時產生額外的熱量以延遲固化。

進料器套筒可位于模具空腔(通常被稱為“頂部進料器”)的上方，或者它可位于模具空腔的旁邊(被稱為“側面進料器”)。在模具的制備過程中，頂部進料器可放置在模具圖案的頂部水平表面上，使得它們與澆鑄表面直接接觸。備選地，側面進料器可定位在將運行系統連接到鑄造型腔的內澆口上方，或定位在進料器基部和頸部區域的上方，它們都水平地連接到模具空腔。由于它們的不同的固化特性和進料要求，鋼鑄件與鐵鑄件相比通常需要從進料器的較短金屬流動路徑，導致需要具有圍繞鑄件分布的多個立管。

在鑄件固化并將鑄造材料移除之后，來自進料器套筒空腔內的不需要的殘留金屬保持附接到鑄件且必須被移除。為了便于移除殘留金屬，進料器套筒空腔可朝向其基部(即，進料器套筒將最靠近模具空腔的端部)逐漸變細成通常被稱為頸縮套筒的設計。當猛烈的吹動施加到殘留金屬上時，其在將靠近于模具的最弱點處分離(該過程被稱為“敲掉”)。鑄件的細小的占地面積是可取的，以便允許將進料器套筒定位在鑄件中可由相鄰特征限制的區域內。

雖然進料器套筒可被直接應用到鑄造模具空腔的表面上，但是它們經常結合進料器元件(也被稱為隔片型芯)使用。隔片型芯僅僅是位于模具空腔和進料器套筒之間的耐火材料盤(通常是樹脂粘接的砂芯或陶瓷芯或進料器套筒材料的芯)，其具有通常在其中心內的孔。通過隔片型芯的孔的直徑被設計成小于進料器套筒內腔(它不一定是逐漸變細成錐形)的直徑，使得在靠近鑄件表面的隔片型芯處發生敲掉。為了進一步協助敲掉，隔片型芯的孔通過被形成一定的輪廓，使得其在金屬進料器頸部中形成V形凹口。

在某些情況下可能在其中制備模具的成型盒中存在尺寸限制，使得高度不足夠設置頂部進料器。此外，某些模具圖案不具有進料器可設置在其上的上部平坦表面。雖然使用內澆口或側面進料器避開了在模具圖案上需要平坦的上表面，但是內澆口增大模具空腔和進料器套筒之間的距離，并因此增加所需的金屬量。

本實用新型已經在設計時考慮到這些問題。

技術實現要素：

根據本實用新型的第一方面，提供一種用于金屬鑄造的進料器系統，其包括：

進料器套筒，其具有平坦基部、在基部上方的頂部以及在頂部和基部之間的側壁，其中所述側壁是不連續的，使得進料器套筒在一側上是開放的；和

基本上是平坦的隔片型芯，其具有貫通其中的孔，隔片型芯安裝在進料器套筒的開口側上且垂直于基部，除了在隔片型芯中的孔之外，進料器套管和隔片型芯一起限定用于容納熔融金屬的封閉空腔。

本實用新型的進料器系統是側面進料器，并且平坦基部允許進料器系統在制備模具的過程中靠近模具圖案定位。側面安裝的隔片型芯的大致平坦結構意味著進料器系統可定位成與模具圖案的平坦垂直側面直接接觸。當模具圖案被移除時，隔片型芯的孔與所述模具空腔直接接觸。本實用新型的進料器系統因此提供與內澆口一起使用的標準側面進料器的替代方案。通過直接給鑄造進料(代替經由內澆口)，在系統中的金屬量減小。正因為如此，存在較少的浪費并且產率有所提高。

進料器套筒可以是任何合適的尺寸或形狀。在一些實施例中，進料器套筒的橫截面大致為矩形或正方形。進料器套筒的側壁圍繞基部的周邊延伸。因此，在其中所述進料器套筒的橫截面大致為矩形或正方形的實施例中，應當理解的是進料器套筒包括大致為矩形或正方面的基部。側壁可圍繞正方形或矩形的三條側邊延伸，第四條邊由隔片型芯構成。因此側壁可包括兩個相對的側面部段和在側面部段之間的后部部段，所述后部部段與隔片型芯相對。側面部段和后部部段可一體地形成，或側壁可由在其邊緣處結合到一起的三個單獨的部段形成。

在一些實施例中，進料器系統的橫截面是大致D形的。換言之，進料器系統具有三個平坦的側面(其中之一由隔片型芯形成)和一個彎曲的側面。在一些實施例中，進料器套筒的側壁具有兩個相對的側面部段和在側面部段之間的后部部段，所述后部部段與隔片型芯相對，其中所述后部部段是彎曲的(外凸的)。

有利地，在側壁和基部之間，或在側壁、隔片型芯和基部之間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優選的，因為如果拐角過于圓化，則在制備模具的過程中砂子不能在進料器系統的下面有效地填充，從而導致潛在的鑄件缺陷。

在一些實施例中，頂部和側壁一體地形成。備選地，側壁和頂部是可分離的，即頂部是一個蓋子。頂部可以是平頂的，傾斜的，彎曲的(例如外凸的)，圓頂的，部分圓頂的，平頂圓頂的，或者任何其它合適的形狀。進料器系統的頂部可以是封閉的，使得所述空腔是完全封閉的，除了隔片型芯中的孔之外。

進料器套筒內可包括威廉姆斯楔形件(Williams Wedge)。其可以是插入件或優選在套筒的形成過程中形成的一體式部件，并且包括位于所述套筒內部頂部上的棱鏡形狀。在鑄造時當套筒被充滿熔融金屬時，威廉姆斯楔形件的邊緣確保熔融金屬表面的大氣穿透并且釋放進料器內部的真空作用以便允許更一致的進料。

本實用新型的進料器套筒可由已知進料器可從其形成的任何合適的耐火絕緣和/或放熱材料或組合物形成或包括上述材料或組合物。本領域內的技術人員將能夠選擇適于每一特定要求的適當材料。進料器套筒材料的性質沒有特別的限制，并且例如它可以是絕緣的、放熱的或兩者的組合。其制造模式不受到具體的限制，其例如可使用真空成型過程或芯射法來制造。典型地，進料器套筒從低和高密度耐火材料填料(例如硅砂，橄欖石，鋁-硅酸鹽空心微球和纖維，耐火粘土，氧化鋁，浮石，珍珠巖，蛭石)和粘接劑的混合物制成。放熱套筒進一步需要燃料(通常是鋁或鋁合金)，氧化劑(通常是氧化鐵，二氧化錳，或硝酸鉀)和通常的引發劑/敏化劑(通常是冰晶石)。

進料器套筒可通過任何形成進料器的已知方法來形成，例如圍繞前體和在外部模具內通過真空形成套筒材料的漿料，隨后加熱套筒以去除水并硬化或固化材料。備選地，進料器套筒可通過在芯盒中沖壓或吹動材料(芯射法)，并經由通過反應氣體或催化劑行進通過套筒而固化粘接劑以固化套筒，或通過使用被加熱的芯盒來施加熱量，或通過移除套筒并在烘盒中加熱形成。合適的進料器組合物例如包括由Foseco以商品名KALMIN和KALMINEX出售的由漿料和芯射法制成的那些。

進料器套筒的密度取決于組成和制造方法兩者。在一些實施例中，進料器的密度不超過1.5克/厘米3，不超過1.0克/厘米3或不超過0.7克/厘米3。在一些實施例中，進料器的密度為從0.8至1.0克/厘米3或從0.5至0.7克/厘米3。

隔片型芯設計成減少進料器到鑄件的接觸面積，并且可典型地基于二氧化硅或有時還有鉻鐵礦砂，通過將酚醛清漆樹脂涂覆的砂子吹入到被加熱的芯盒內以便允許樹脂熔融然后硬化(Croning過程)制成。備選地，隔片型芯可由高度耐火陶瓷材料或諸如鋼板的成形金屬制成。

隔片型芯的厚度將部分地取決于進料器的尺寸，并且典型的砂子隔片型芯將具有8至15毫米量級的厚度，而更堅固的陶瓷隔片型芯將通常具有為5至10毫米的厚度。隔片型芯安裝在進料器套筒上，并通過通常為熱熔膠的粘接劑來固定。

隔片型芯具有孔(開口鉆孔)，其在一些實施例中靠近進料器系統的基部定位。該孔給來自進料器系統空腔到模具空腔的熔融金屬提供通道以便當鑄件冷卻和收縮時給鑄件進料。孔的位置和尺寸可根據鑄件的幾何形狀和進料要求來選擇。該孔可朝向或鄰近于進料器系統的基部定位，使得熔融金屬可在重力的影響下流入到模具空腔內。在一些實施例中，孔居中地定位在所述隔片型芯的縱向軸線上。備選地，所述孔可相對于所述隔片型芯的縱向軸線垂直偏移(向右或向左)。應當理解的是，提供對于進料而言的金屬最大高度，因此孔將在隔片型芯中盡可能低地定位通常是可取的。這也最小化低于孔的金屬的不可用的儲器。

孔的直徑可相當于空腔的最大直徑(在垂直于進料器系統的縱向軸線的平面內測得)。在一個實施例中，孔的直徑不超過空腔最大直徑的40％，30％，20％，15％或10％。

隔片型芯可構成進料器系統的整個壁，使得所述隔片型芯的最大高度與進料器套筒的最大高度相同。

在一些實施例中，進料器系統具有從隔片型芯的表面到與隔片型芯相對并在兩個側面部段之間的后部部段的從外部所測得的長度A，所述長度被測量到最大曲率點，其中所述后部部段是彎曲的或D形的，并且在進料器的兩個側面部段之間在外部測得的寬度為從0.4×A至2×A。在一些實施例中，所述進料器系統具有從1×A至3×A的最大高度，其取決于鑄件尺寸和套筒要求將通常在從8厘米到25厘米或以上的范圍內。

一種用于制備用于金屬鑄造的水平分開的模具的過程，其包括：

采取安裝有成形模具圖案的圖案板以限定所需鑄造空腔的上部部分(上模)，并具有鄰近于模具圖案的垂直表面的至少一個水平的平坦表面；

將本實用新型第一方面的進料器系統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與模具圖案的垂直表面平齊；

用鑄造材料圍繞模具圖案和進料器系統；

壓實鑄造材料；

將模具圖案和圖案板從壓實材料移除以便形成上半部分(上模)模具；

在不使用進料器系統的情況下以類似于上模模具的方式制備下半部分(拖動)模具；和

將上半模具放置在下半模具的頂部上以便鑄造。

因此將可以理解的是模具被水平分開。

在使用中，進料器系統靠近模具圖案放置在水平表面上。進料器系統的平坦基部意味著它是自支撐的，所以不需要額外的支撐結構，并且在進料器系統之下沒有鑄造材料。將圖案板和模具圖案從所述壓實的鑄造材料移除留下模具空腔，其具有模具圖案相反的形狀，其中進料器系統嵌入到鑄造材料中。由于隔片型芯基本上是平坦的，在制備模具的過程中它抵靠模具圖案擱置，并且在移除模具圖案時，隔片型芯的孔與鑄造空腔直接接觸。通過減小進料器系統的空腔和鑄件之間的距離，在將進料器系統從成品鑄件移除時減少廢金屬量。

鑄造材料可以是型砂。如本領域內公知的那樣，型砂可被分成兩個主要類別；化學粘接的(基于有機或無機粘接劑)或粘土粘接的。化學粘接的型砂粘接劑通常是自固性系統，其中粘接劑和化學硬化劑與砂子混合，以及粘接劑和硬化劑立即開始反應，但足夠慢足以允許砂子圍繞圖案板成形，然后允許足夠地硬化以便移除和鑄造。粘土粘接的成型系統使用粘土和水作為粘接劑，并且可以“綠色”或未干燥的狀態使用，并且通常被稱為綠砂。濕砂混合物單獨在壓縮力下不容易流動或不容易移動以便壓實圍繞圖案的型砂并賦予模具足夠的強度性能，顛簸、振動、擠壓和沖壓的各種組合被施加以便以高的生產率產生均勻強度的模具。

模具成型的做法是眾所周知的，并且例如在Foseco Ferrous Foundryman’s Handbook(ISBN 075064284X)中所描述。被稱為自硬或冷固化過程的典型過程是將砂子與液體樹脂或硅酸鹽粘接劑連同適當的催化劑混合到一起，通常是在連續混合器中。混合后的砂子然后通過將振動和沖壓的組合圍繞圖案壓實，然后靜置，在此期間，催化劑開始與粘接劑反應導致砂子混合物的硬化。當模具已達到可操縱的強度時，將它從圖案移除，并繼續硬化直到化學反應完成。

鑄造材料可以是通過自硬冷固化過程粘接的砂子，其包括液體粘接劑諸如酸固化的呋喃或酚醛樹脂，或酯固化的堿性酚醛樹脂或硅酸鈉粘接劑連同適當的催化劑一起。備選地，鑄造材料是粘土粘接的砂子(綠砂)，其包括諸如鈉或鈣膨潤土粘土、水和諸如煤塵和谷物粘接劑的其它添加劑的混合物。

附圖說明

現在將僅參照附圖通過實例的方式描述本實用新型的實施例，其中：

圖1是根據本實用新型實施例的進料器系統的透視圖。

圖2是根據本實用新型另一實施例的進料器系統的后部透視圖。

圖3是根據本實用新型一個實施例的進料器系統的示意圖。

圖4a是在制備鑄造模具過程中使用的根據本實用新型的進料器系統。

圖4b是在鑄造金屬制品的過程中使用的根據本實用新型的進料器系統。

具體實施方式

參照圖1，示出根據本實用新型第一方面的進料器系統100，其包括進料器套筒102和隔片型芯104。進料器套筒102包括平坦基部106、基部106上方的頂部108以及在頂部108和基部106之間延伸的側壁110。

進料器套筒102的側壁110圍繞基部106的外周延伸，并且是不連續的，使得進料器套筒102在一側上開口。基部106的形狀大致為矩形或正方形的，使得進料器套筒102的橫截面大致為矩形或正方形的。頂部108以外凸的方式彎曲。在其它實施例(未示出)中，頂部108可以是平頂的、傾斜的、圓頂的、部分圓頂的、平頂圓頂的或任何其它合適的形狀。

側壁110圍繞基部106的三個側面延伸。側壁110包括兩個相對的側面部段112和側面部段112之間的后部部段(不可見)，所述后部部段與進料器套筒102的開口側相對。側面部段112以及后部部段和頂部一體地形成。在其它實施例中，側壁110可由三個在它們的邊緣和/或側壁110處結合到一起的單獨的部段形成，并且頂部108可以是可分離的，其中頂部108為蓋的形式。

隔片型芯104基本上是平坦的，并且通過粘接劑安裝在進料器套筒102上，使得隔片型芯104構成進料器套筒102的第四側面。隔片型芯104相對于側壁110的后部部段安裝，并且在進料器套筒102的基部106和頂部108之間延伸。隔片型芯104的最大高度與進料器套筒102的最大高度是相同的，使得所述隔片型芯104和進料器套筒102完全包圍在進料器系統100內的空腔。在進料器系統100的側壁110和基部106之間或在側壁110、隔片型芯104和基部106之間形成的基部拐角116是正方形的或略成角度的。

隔片型芯104具有靠近進料器系統100的基部106定位的孔118。孔118相對于隔片型芯104的縱向軸線偏移。在其它實施例中，孔118可居中位于隔片型芯104的縱向軸線上。

進料器套筒102可由任何合適的耐火絕緣材料和/或放熱材料形成。隔片型芯104可由任何合適的高度耐火材料諸如粘接的硅砂形成。

參照圖2，示出基本上與圖1中所示相同的進料器系統200的另一實施例，但是具有D形橫截面。進料器系統200的基部202大致為D形的。與隔片型芯208相對的側壁206的后部部段204是外凸形彎曲的，并包括居中定位的凹槽212。進料器系統200的頂部210是部分圓頂形的。側壁206和頂部210一體地形成。

參照圖3，示出根據本實用新型第一方面的進料器系統的示意圖。在一些實施例中，進料器系統具有從隔片型芯的表面到與隔片型芯相對并在兩個側面部段之間的后部部段從外部所測得的A的長度(L)，長度測量到曲率的最大點，其中后部部段是彎曲的或D形的，并且在進料器的兩個側面部段之間從外部測得的寬度(W)為從0.4×A至2×A。在一些實施例中，進料器系統具有的最大高度為從1×A至3×A，其取決于鑄件尺寸和套筒要求將通常在從8厘米到25厘米或以上的范圍內。

參照圖4a，示出半個模具組合件，其包括根據本實用新型第一方面的兩個進料器系統100和模具圖案402，進料器系統100和模具圖案402定位在水平圖案板404上。進料器系統100的基部106抵靠圖案板404的水平平坦表面平放。進料器系統100的隔片型芯104鄰近于模具圖案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圖案402的垂直表面定位并與所述垂直表面直接接觸。一個或多個頂部進料器系統(未示出)也可定位在模具圖案402的一個或多個水平表面上。

在用于制備用于金屬鑄造的模具的過程中，模具圖案402和進料器系統100用鑄造材料408圍繞。鑄造材料408圍繞模具圖案402和進料器系統100被壓實并硬化。圖案板404和模具圖案402從被壓實的鑄造材料408移除，留下半個模具空腔410a(參見圖4b)，其是模具圖案402的相反形狀，同時進料器系統100保持嵌入到被壓實的鑄造材料408內。

參照圖4b，示出組裝好并準備用于鑄造的模具412。模具412包括上部模具部分(上模)414a，從圖4a中所示的模具組合件形成，和下部模具部分(拖動)414b，以類似的方式形成，但沒有進料器系統。上模模具414a和下模模具414b由直澆口416、流道系統418和內澆口420形成。半個模具空腔410a和410b構成模具空腔，其中，線X----X代表模具的水平分開線。進料器系統100的隔片型芯104與所述模具空腔直接連通。

在金屬鑄造的過程中，熔融金屬經由直澆口416通過流道系統418和內澆口420傾倒到鑄造模具412。熔融金屬隨后填充模具或澆鑄空腔410，并且還通過隔片型芯104中的孔118進入進料器系統100。當模具空腔410內的金屬固化和收縮時，進料器套筒102內的熔融金屬通過孔118流回到模具空腔410內，以補償收縮，并確保冷卻時鑄件完全填充模具空腔410。在隔片型芯104中靠近進料器套筒102的基部106的孔118的定位可確保金屬的大頭部存儲在孔118上方的進料器套筒102內。在孔118上方的金屬頭部產生足夠的金屬靜態壓力，以便當鑄件固化時使得熔融金屬能夠流入模具空腔410內。孔118靠近基部106的定位也最小化在孔118下方的金屬的不可用儲器，從而減少浪費。