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元件。

背景技術(shù)：

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(nèi)。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(yè)內(nèi)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通過將它們施加到圖案板而集成到模具內(nèi)或在模具形成之后將套筒插入到所形成模具內(nèi)的空腔內(nèi)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(nèi)。在固化過程中，進料器套筒內(nèi)的熔融金屬流回到模具空腔內(nèi)以補償鑄件的收縮。

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(nèi)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(shè)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(qū)域內(nèi)。

雖然進料器套筒可被直接應(yīng)用到鑄造模具空腔的表面上，但是它們經(jīng)常結(jié)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(nèi)的孔。通過隔片型芯的孔的直徑被設(shè)計成小于進料器套筒內(nèi)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(fā)生敲 掉。

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(tǒng)，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(yīng)，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。粘土粘接的成型使用粘土和水作為粘接劑，并且可以“綠色”或未干燥的狀態(tài)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如前面詳述足夠的強度性能，顛簸、振動、擠壓和沖壓的各種組合被施加以便以高的生產(chǎn)率產(chǎn)生均勻強度的模具。砂子通常在高壓下被壓縮(壓實)，通常使用一個或多個液壓缸。

為了在這樣高的壓力成型過程施加套筒，銷通常作為適于進料器套筒的安裝點在預定的位置處設(shè)置在成型圖案板(其限定模具空腔)上。一旦所需的套筒被放置在銷上(使得進料器的基部在圖案板上或升高高于圖案板)，該模具通過將型砂傾倒到圖案板上并圍繞進料器套筒傾倒，直到進料器套筒被覆蓋以及模盒被充滿。型砂和隨后高壓的施加可導致進料器套筒的損傷和破損，特別是如果進料器套筒與沖壓之前的圖案板直接接觸，并隨著鑄件的復雜性和生產(chǎn)率的要求的增加，需要更多尺寸穩(wěn)定的模具，因此存在下朝向更高沖壓壓力并導致套筒斷裂的趨勢。

本申請人已經(jīng)研發(fā)了一系列與進料器套筒結(jié)合使用的可塌陷的進料器元件，其在WO2005/051568，WO2007141446，WO2012110753和WO2013171439中有所描述。當在成型過程中經(jīng)受壓力時，進料器元件被壓縮從而保護進料器套筒免于受到損壞。

US2008/0265129描述了一種進料器插入件，其用于插入到用于鑄造金屬的鑄造模具內(nèi)，其包括在其中具有進料器空腔的進料器主體。進料器主體的底側(cè)與所述鑄造模具連通，并且進料器主體的頂側(cè)設(shè)有能量吸收裝置。

EP1184104A1(Chemex GmbH)描述了一種兩部分組成的進料器套筒(其可是絕緣的或放熱的)，當型砂被壓縮時進料器套筒伸縮；第 二(上部)部分的內(nèi)壁與第一(下部)部分的外壁平齊。

EP1184104A1圖3a至3d示出了兩部分組成的進料器套筒的伸縮動作。進料器套筒與所述圖案直接接觸，當采用放熱套筒時是不利的，因為它可導致差的表面光潔度，澆鑄表面的局部污染和甚至下表面的鑄造缺陷。此外，即使下部部分是錐形的，則在圖案上仍存在較寬的占地面積，因為下部部分必須相對厚以承受在沖壓過程中經(jīng)受的力。這在敲掉方面以及由進料器系統(tǒng)在圖案上所占據(jù)的空間方面是不能令人滿意。下部內(nèi)部部分和上部外部部分由保持元件保持在適當?shù)奈恢孟?。該保持元件脫落并落入型砂?nèi)以允許發(fā)生伸縮動作。保持元件將隨著時間的推移在型砂中積聚，從而污染型砂。這在下述情況下，保持元件從放熱材料制成是特別麻煩的，因為它們可反應(yīng)而產(chǎn)生小的爆炸性缺陷。

US6904952(AS Luengen GmbH&Co.KG)描述了一種進料器系統(tǒng)，其中管狀主體被暫時膠粘到進料器套筒的內(nèi)壁。當型砂被壓縮時在進料器套筒和管狀主體之間時存在相對移動。

適于在高壓成型系統(tǒng)中使用的進料系統(tǒng)的需求不斷增長，部分是由于成型裝備上的改進，并且部分是由于正在生產(chǎn)新的鑄件。球墨鑄鐵的某些等級和特定的鑄造結(jié)構(gòu)可能不利地影響通過某些金屬進料器元件的頸部的進料性能的有效性。此外，某些成型線或鑄造配置可導致過度壓縮(進料器元件的塌陷或進料器系統(tǒng)的伸縮)，導致該套筒的基部緊密靠近鑄件表面，僅由一薄層砂分隔。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供用于在金屬鑄造中使用的進料器元件，并尋求克服與現(xiàn)有技術(shù)的進料器元件或系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的一個或多個問題，或提供一種有用的替代方案。

根據(jù)本實用新型的第一方面，提供用于金屬鑄造的進料器元件，其包括：

管狀主體，其限定貫穿其中的孔，并具有第一端部和相對的第二端部以及第一端部和第二端部間的可壓縮部分，所述可壓縮部分具 有包括交錯序列的第一和第二區(qū)域的臺階狀配置，使得在使用中施加力時，則第一和第二端部之間的距離被減小；

其特征在于所述進料器元件由具有以重量計小于0.05％的碳含量的鋼制成。

進料器元件具有兩項功能：(i)開放孔提供從進料器套筒空腔到鑄造模具的通道；和(ii)進料器元件的變形(由于可塌陷部分)用于吸收否則會造成進料器套筒斷裂的能量。

本實用新型的進料器元件可被視為隔片型芯，因為這一術(shù)語合適地描述了在使用中的一些元件功能。

在一個實施例中，可壓縮部分包括至少3個臺階部，或“扭結(jié)”。在另一個實施例中，可壓縮部分包括至少4個臺階部或“扭結(jié)”。這些扭結(jié)使得可壓縮部分以受控的方式在預定負載(相比較于壓碎強度)下變形。每個扭結(jié)可由一對相鄰的第一和第二區(qū)域形成。

在一個扭結(jié)，即在相鄰的第一和第二區(qū)域之間的外角Φ可在壓實之前進行測量。應(yīng)當理解的是，當可壓縮部分塌陷時外角Φ將減少沖壓。在一系列的實施例中，在扭結(jié)中的外角Φ在壓實之前不超過130°，120°，100°，90°，80°，70°或60°。一系列的實施例中，在扭結(jié)中的外角Φ在壓實之前為至少50°，60°，70°，75°或80°。在一個實施例中，在扭結(jié)中的外角Φ在壓實之前至少為70°而小于或等于120°。在一個實施例中，在扭結(jié)中的外角Φ在壓實之前為至少75°且小于或等于110°。

在一個實施例中，在扭結(jié)中的外角Φ在壓實之前至少為80°而小于或等于100°。在一個實施例中，在扭結(jié)中的外角Φ在壓實之前為約90°。

可以測量在壓實之前鄰接孔且在相鄰的第二和第一區(qū)域之間形成的內(nèi)角θ。應(yīng)當理解的是，當可壓縮部分塌陷時該角度θ將減少沖壓。在一系列的實施例中，在相鄰的第二和第一區(qū)域之間的內(nèi)角θ在壓實之前不超過130°，120°，100°，90°，80°，70°，60°或50°。在一系列的實施例中，在相鄰的第二和第一區(qū)域之間的內(nèi)角θ在壓實之前為至少30°，40°，50°，60°或70°。在一個實施例 中，在相鄰的第二和第一區(qū)域之間的內(nèi)角θ在壓實之前至少為60°而小于或等于120°。在個實施例中，在相鄰的第二和第一區(qū)域之間的內(nèi)角θ在壓實之前為至少70°且小于或等于100°。

在一個實施例中，在相鄰的第二和第一區(qū)域之間的內(nèi)角θ在壓實之前為約80°。在一個實施例中，在相鄰的第二和第一區(qū)域之間的內(nèi)角θ在壓實之前為約90°。在一個實施例中，在相鄰的第二和第一區(qū)域之間的內(nèi)角θ在壓實之前為約100°。

在一些實施例中，第一區(qū)域的表面是截頭圓錐形的。在一個實施例中，第二區(qū)域的表面是截頭圓錐形的。在一些實施例中，第一和第二區(qū)域的表面是截頭圓錐形的。

應(yīng)當理解的是，所述管狀主體具有縱向軸線，孔軸線。在第一區(qū)域和所述縱向軸線之間形成的角度α可以被測量。類似地，在第二區(qū)域和所述縱向軸線之間形成的角度β可以被測量。

在一個實施例中，角度α和β是相同的。

在一個實施例中，α或β為約90°，即第一區(qū)域或第二區(qū)域大致垂直于孔軸線。

在一個實施例中，α或β為約0°，即第一區(qū)域或第二區(qū)域大致平行于孔軸線。

在一個實施例中，α和β分別是至少為40°而小于或等于70°。在一個實施例中，α和β分別是至少為30°而小于或等于60°。

在一個實施例中，α或β至少為35°且小于或等于55°。

在一個實施例中，α和β分別為至少35°且小于或等于55°。

臺階部或扭結(jié)的直徑可以被測量。在一個實施例中，所有扭結(jié)具有相同的直徑。在另一個實施例中，扭結(jié)的直徑朝管狀主體的第一端部逐漸減小，即，可壓縮部分是截頭圓錐形的。

進料器元件的壓縮特性可通過調(diào)節(jié)各扭結(jié)的尺寸來改變。在一個實施例中，所有的第一區(qū)域具有相同的長度并且所有的第二區(qū)域具有相同的長度(其可以與第一區(qū)域相同或不同)。在另一個實施例中，第一區(qū)域的長度朝向管狀主體的第一端部減小。在另一個實施例中，第二區(qū)域的長度朝向管狀主體的第一端部減小。

在一些實施例中，可在管狀主體的第二端部和所述可壓縮部分之間設(shè)置不可壓縮的區(qū)域。在一些實施例中，不可壓縮的區(qū)域不具有臺階狀配置。在一些實施例中，不可壓縮的區(qū)域的側(cè)壁是圓筒形的并平行于所述主體的縱向軸線。

不可壓縮區(qū)域的高度可在平行于孔軸線的方向上測量，并且可以相比較于壓實之前的管狀主體的高度(也在平行于孔軸線的方向測得)。在一系列的實施例中，不可壓縮區(qū)域的高度對應(yīng)于管狀主體高度的至少20％，30％，40％或50％。在另一系列的實施例中，不可壓縮區(qū)域的高度對應(yīng)于不超過所述管狀主體高度的90％，80％，70％，60％，50％或40％。

管狀主體的高度可相比較于壓實之前的可壓縮部分的高度(也在平行于孔軸線的方向測得)。在一系列的實施例中，所述可壓縮部分的高度對應(yīng)于所述管狀主體高度的至少20％，30％，40％或50％。在另一系列的實施例中，可壓縮部分的高度對應(yīng)于不超過所述管狀主體高度的90％，80％，70％，60％，50％或40％。

不可壓縮區(qū)域的高度可相比較于壓實之前的可壓縮部分的高度。在一些實施例中，不可壓縮區(qū)域相對于可壓縮部分的高度比率為從1∶1至5∶1，從1.1∶1至3∶1或從1.3∶1至2∶1。在一系列的實施例中，不可壓縮區(qū)域相對于可壓縮部分的高度比率為從1∶1.5至5∶1.5。在一些實施例中，不可壓縮區(qū)域相對于可壓縮部分的高度比率為從1∶1至1∶5，從1∶1.1至1∶3或1∶1.3至1∶2。

在一個實施例中，不可壓縮區(qū)域相對于所述可壓縮部分的高度比率為約2∶1.5。在一個實施例中，不可壓縮區(qū)域相對于所述可壓縮部分的高度比率約為1∶1.5。

在一些實施例中，管狀主體的第二端部向外擴張以便形成凸緣。在一個實施例中，凸緣可以是環(huán)形的(即，大致垂直于所述主體的縱向軸線)。

在一個實施例中，凸緣包括至少一個周向凹槽。在一些實施例中，周向凹槽具有背離管狀主體的第一端部的開口側(cè)。在凸緣本身上方的周向凹槽的深度可以被測量。在一系列的實施例中，周向凹槽具有小 于5，4，3，2或1毫米的深度。

管狀主體的尺寸和質(zhì)量將取決于應(yīng)用。

通常優(yōu)選盡可能減少管狀主體的質(zhì)量。這減少材料成本，并且在鑄造過程中也是有益的，即通過減小管狀主體的熱容量。在一個實施例中，管狀主體具有小于50，40，30，25或20克的質(zhì)量。

管狀主體具有內(nèi)徑和外徑以及其為所述內(nèi)徑和外徑之間的差異的厚度(全都在垂直于孔軸線的平面上進行測量)。在一些實施例中，管狀主體的厚度至少為0.1，0.2，0.3，0.5，0.8，1或1.5毫米。在一些實施例中，管狀主體的厚度至少為2，1.5，1，0.8或0.5毫米。在個實施例中，管狀主體具有為從0.2至1毫米的厚度。較小的厚度出于許多原因是有益的，包括減少制造管狀主體所需的材料和降低管狀主體的熱容量，因此減少在鑄造時從進料器金屬吸收的能量的量。

在一個實施例中，管狀主體具有圓形的截面。然而，橫截面可以是非圓形的，諸如卵形，長圓形或橢圓形。

在一個實施例中，管狀主體具有圓柱形的形狀。應(yīng)當理解的是圓柱形的主體基本上平行于所述主體的縱向軸線。在另一個實施例中，管狀主體具有截頭圓錐形的形狀。這將被理解為意味著主體在遠離第二端部的方向上變窄(逐漸變細呈錐形)，即主體的直徑朝向管狀主體的第二端部更大以及朝向管狀主體的第一端部更小。在截頭圓錐形的主體和縱向(孔)軸之間的錐角μ可以被測量。在一系列的實施例中，角度μ為不超過50°，40°，30°，20°，15°或10°。在一系列的實施例中，角度μ為至少5°，10°，15°或20°。在一個實施例中，角度μ為至少5°而小于或等于20°。

在一個優(yōu)選的實施例中，管狀主體具有截頭圓錐形區(qū)域，其從可壓縮部分朝向第一端部變窄，在使用中第一端部靠近鑄件。鄰近鑄件的較窄部分被稱為進料器頸部，并提供更好的進料器敲掉。在一系列的實施例中，錐形頸部相對于所述孔軸線的角度應(yīng)不超過55°，50°，45°，40°或35°。

為了進一步改善敲掉，管狀主體的第一端部可由唇緣或珠構(gòu)成以 便提供用于安裝在模具圖案上的表面，并在所得到的鑄造進料器頸部中產(chǎn)生一個凹口，以促進其移除(被敲掉)。在一個實施例中，管狀主體的第一端部由環(huán)形唇緣構(gòu)成。在一個實施例中，管狀主體的第一端部由唇緣構(gòu)成，所述唇緣基本上平行于管狀主體的縱向軸線。在一些實施例中，唇緣伸入到所述孔內(nèi)。

在某些實施例中，管狀主體可從恒定厚度的單一鋼片壓制成形。在一個實施例中，管狀主體經(jīng)由拉伸處理而制成，從而鋼板坯通過沖床的機械作用被徑向地拉入到成形模具內(nèi)。當被拉伸部分的深度超過其直徑時該過程被視為深度拉伸，并且通過以一系列模具重新拉伸所述部分而取得。在另一個實施例中，管狀主體通過金屬旋壓或旋壓成形過程而制成，由此鋼坯盤或鋼管首先安裝到旋壓車床上并高速旋轉(zhuǎn)。然后局部化的壓力施加到通過的一系列輥或工具內(nèi)，導致鋼向下流到心軸周圍及其上，所述心軸具有所需成品部分的內(nèi)部維度輪廓。

為了適于壓制成型或旋壓成型，鋼應(yīng)具有足夠的延展性以避免在成形過程中的撕裂或出現(xiàn)裂縫。在某些實施例中，管狀主體由冷軋鋼制成。

在一些實施例中，管狀主體由具有至少為0.005，0.01，0.02，0.03或0.04％的碳含量的鋼制成。在一些實施例中，管狀主體由不超過0.05，0.04，0.03或0.02％的碳含量的鋼制成。在一個實施例中，管狀主體由具有至少0.03％且小于0.05％的碳含量的鋼制成(按重量計)。

從上述論述可以理解根據(jù)本實用新型的進料器元件意在與進料器套筒結(jié)合使用。

附圖說明

在下文參考附圖描述本實用新型的實施例，其中：

圖1a、1b、2a、2b和圖3是示出根據(jù)本實用新型實施例的進料器元件的示意圖。

具體實施方式

參照圖1a，示出壓縮前的管狀主體10，其具有縱向軸線Z。管狀主體10朝向第一端部14逐漸變細以便形成進料器頸部。進料器頸部14的第一端部由唇緣16構(gòu)成，其在使用中將與圖案板2接觸。在該實例中，唇緣16基本上與縱向軸線Z平行。

管狀主體10限定了貫穿其中的一個開放的孔，其可用于將進料器套筒的空腔(未示出，但其將經(jīng)由在進料器套筒中提供的切口安裝到管狀主體的第二端部18)連接到鑄件。在該實例中，孔軸線沿著縱向軸線Z定位。

管狀主體10包括第一端部14和第二端部18之間的四個“向內(nèi)”扭結(jié)12，它們共同構(gòu)成具有波紋管式配置的可壓縮部分19。扭結(jié)12可以被視為交錯序列的第一區(qū)域12a和第二區(qū)域12b。在第一區(qū)域12a和縱向軸線Z之間的角度α約為45°。在第二區(qū)域12b和縱向軸線Z之間的角度β約為50°。在扭結(jié)中的外角Φ，即在一對第一和第二區(qū)域12a和12b之間在管狀主體外部測得的角度為85°。內(nèi)角θ，即在相鄰的第二和第一區(qū)域12b和12a之間在所述管狀主體內(nèi)部測量的角度為85°。所有的扭結(jié)具有相同的直徑；因此可壓縮部分19可被視為圓柱形的。

不可壓縮的管狀區(qū)域4設(shè)置在管狀主體的第二端部18和可壓縮部分19之間。不可壓縮的區(qū)域4平行于縱向軸線Z。不可壓縮的區(qū)域4相對于可壓縮部分19的高度比率大約為1∶1，以及不可壓縮區(qū)域4的高度相應(yīng)于管狀主體10的大約33％。

參照圖1b，其示出根據(jù)本實用新型的在壓縮之前的管狀主體20的另一個實施例。管狀主體具有從可壓縮部分19朝向第一端部24變窄的截頭圓錐形區(qū)域，以便形成進料器頸部，其在使用時將與圖案板2接觸。

管狀主體20包括在第一端部24和第二端部28之間的四個扭結(jié)12，其構(gòu)成所述可壓縮部分19。角度α，β，θ和Φ如圖1a的實施例所限定的那樣。

第二端28形成向外擴張的環(huán)形凸緣，其垂直于縱向軸線Z。

參照圖2a，其示出根據(jù)本實用新型的在壓縮之前的管狀主體30 的另一實施例。管狀主體朝向第一端部34逐漸變細成錐形以便形成如圖1b的實施例所限定的進料器頸部。

管狀主體30包括在第一端部34和第二端部38之間的四個扭結(jié)32，其構(gòu)成所述可壓縮部分39。扭結(jié)32可被視為交錯序列的第一區(qū)域32a和第二區(qū)域32b。角度α約為60°，β約為40°。角度θ和Φ分別為80°。扭結(jié)的直徑朝著第一端部34減小；可壓縮部分39可被視為截頭圓錐形的。主體的錐角μ為8°。

第二端部38形成向外擴張的環(huán)形凸緣。

參照圖2b，其示出類似于圖2a實施例的在壓縮之前的截頭圓錐形的管狀主體40，不同之處在于進料器頸部34的第一端部由唇緣46構(gòu)成，其在使用時將與圖案板2接觸，并且周向凹槽50設(shè)置在環(huán)形凸緣38中。

在該實例中，凹槽50的開口側(cè)背離主體的第一端部34。周向凹槽50的深度約為2毫米。

在該實例中，唇緣46基本上與縱向軸線平行。

參照圖3，其示出根據(jù)本實用新型實施例的在壓縮之前的管狀主體60。管狀主體60具有截頭圓錐形的區(qū)域，其從可壓縮部分69朝向第一端部64變窄以形成進料器頸部。進料器頸部64的第一端部由唇緣66構(gòu)成，其在使用中將與圖案板2接觸。在該實例中，唇緣伸入到所述孔內(nèi)。

可壓縮部分69包括三個“向內(nèi)”的扭結(jié)62。扭結(jié)62可被視為交錯序列的第一區(qū)域62a和第二區(qū)域62b。角度α和β分別是50°。角度θ和Φ分別是80°。所有扭結(jié)具有相同的直徑；管狀主體可被視為具有圓柱形的形狀。

至于圖2b的實施例，第二端部68形成具有周向凹槽70的向外擴張的環(huán)形凸緣。

應(yīng)當理解的是，形成第二端部的環(huán)形凸緣的存在或不存在，在第一端部處的所述唇緣，在所述凸緣中的凹槽以及在可壓縮區(qū)域中的扭結(jié)的數(shù)量和角度都可根據(jù)具體實施例而獨立地改變。