本發(fā)明涉及一種進料系統(tǒng)、一種適于在進料系統(tǒng)中使用的進料套筒和一種用于制備包含進料系統(tǒng)的模具的過程，其中所述進料系統(tǒng)適于在利用鑄造模具的金屬鑄造操作中使用。

背景技術(shù)：

在典型的鑄造過程中，熔融金屬被倒入預(yù)先形成的限定鑄件形狀的模腔內(nèi)。然而，當金屬凝固時，鑄件會縮小，產(chǎn)生縮孔，進而在最終鑄件中導(dǎo)致不可接受的缺陷。這是在鑄造行業(yè)中公知的問題，并且通過使用集成到模具內(nèi)的進料套筒或立管來解決(通過在模具形成過程中將它們應(yīng)用到模型板或稍后通過將套筒插入到在所形成的模具的模腔內(nèi)來進行集成)。每個進料套筒均提供附加的(通常是封閉的)體積或空腔，其與模腔連通從而使得熔融金屬也進入進料套筒內(nèi)。在凝固過程中，進料套筒內(nèi)的熔融金屬流回模腔內(nèi)以補償鑄件的收縮。

在鑄件固化以及將模具材料移除之后，在進料套筒的空腔中不需要的殘留金屬仍附著到鑄件上且必須被移除。為了便于移除殘留金屬，進料套筒的空腔可在通常被稱為頸縮套筒的設(shè)計中朝向其基部(即，進料套筒的將最接近于模腔的端部)漸縮成錐形。當一下急速的敲擊被施加到殘留的金屬時，殘留金屬在將靠近模具的最弱的點處分離(該過程通常被稱為“敲落”)。在鑄件上小的占地面積是理想的，以允許將進料套筒定位在鑄件的區(qū)域內(nèi)，其中在所述區(qū)域中接入會受到相鄰特征的限制。

雖然進料套筒可被直接施加到鑄造模腔的表面上，但是它們經(jīng)常與進料元件(也被稱為隔片型芯)結(jié)合使用。隔片型芯僅是盤狀的耐火材料(通常是樹脂粘結(jié)的砂芯或陶瓷芯或進料套筒的材料的芯)，其具有通常在其中心內(nèi)的孔，位于模腔和進料套筒之間。通過隔片型芯的孔的直徑被設(shè)計成 小于進料套筒內(nèi)部空腔(它不一定是錐形的)的直徑，以使得在隔片型芯處接近鑄件表面的位置發(fā)生敲落。

型砂可分為兩大類：化學粘結(jié)(基于有機或無機粘合劑)或粘土粘結(jié)?；瘜W粘結(jié)的成型粘合劑通常是自固化系統(tǒng)，其中粘合劑和化學硬化劑與砂混合，而粘合劑和硬化劑立即開始反應(yīng)，但該反應(yīng)足夠慢以允許砂圍繞模型板成形，然后允許被足夠地硬化以便移除和鑄造。

粘土粘結(jié)成型使用粘土和水作為粘合劑，并且可以在“綠色”或未干燥的狀態(tài)下使用，并且通常被稱為綠砂。綠砂混合物在只有壓縮力的情況下不容易流動或不容易移動。因此，為了如先前詳細描述的圍繞模型板壓縮綠砂并賦予模具足夠的強度特性，需要施加顛簸、振動、擠壓和沖壓的各種組合以便在高生產(chǎn)率下產(chǎn)生強度均勻的模具。砂通常在高壓下壓縮(壓緊)，該壓縮通常使用一個或多個液壓缸。

為了在這樣高壓力的模制過程中施加套筒，通常在預(yù)定的位置下在模制模型板(其限定模腔)上設(shè)置銷，以作為適于進料套筒的安裝點。一旦所需的套筒放置在銷上(使得進料器的基部位于模型板上或升高到模型板上方)，通過將型砂傾倒到模型板上和進料套筒的周圍，直到進料套筒被覆蓋以及?？虮怀錆M，而形成模具。型砂和隨后高的壓力的施加可能導(dǎo)致進料套筒的損壞和破損，特別是如果進料套筒在被吊起(ram up)之前與模型板直接接觸時。此外，由于具有增加的鑄造復(fù)雜性和生產(chǎn)率要求，因此對于尺寸更穩(wěn)定的模具存在需求，這進而導(dǎo)致存在朝向更高沖壓壓力的趨勢，并導(dǎo)致套筒破損。

本申請人已經(jīng)開發(fā)了一系列適于與進料套筒結(jié)合使用的可塌陷的進料元件，其在WO2005/051568，WO2007/141446，WO2012/110753和WO2013/171439中有所描述。當在模制過程中受到壓力時，進料元件會壓縮，從而保護進料套筒免于損壞。

US2008/0265129描述了一種用于插入到用于鑄造金屬的鑄造模具內(nèi)的進料嵌入件，其包括進料主體，進料主體具有在其中的進料腔。進料主體的底側(cè)與鑄造模具連通，以及進料主體的頂側(cè)設(shè)有能量吸收裝置。

EP1184104A1(Chemex GmbH公司)描述了一種兩部分式的進料套 筒(其可是絕熱的或放熱的)，當型砂被壓縮時，其縮短；第二(上部)部分的內(nèi)壁與第一(下部)部分的外壁齊平。

EP1184104A1的圖3a至圖3d示出了兩部分式的進料套筒(102)的伸縮動作。進料套筒(102)與模型板(122)直接接觸，當采用放熱套筒時，這會是有害的，因為它會導(dǎo)致差的表面光潔度、鑄件表面的局部污染以及甚至子表面的鑄造缺陷。此外，即使下部部分(104)是錐形的，由于下部部分(104)必須相對厚以承受在吊起時經(jīng)受的力，在模型板(122)上仍存在寬的占地面積。這在敲落以及由進料系統(tǒng)在模型板上所占據(jù)的空間方面不能令人滿意。下部內(nèi)部部分(104)和上部外部部分(106)通過保持元件(112)被保持在適當?shù)奈恢孟?。保持元?112)斷裂并落入型砂(150)內(nèi)以允許伸縮動作發(fā)生。保持元件將隨著時間的推移在型砂內(nèi)堆積，并因此對型砂造成污染。當保持元件是以放熱材料制成時這是特別麻煩的，因為它們會反應(yīng)而形成小的爆破缺陷。

US6904952(AS Luengen GmbH&Co.KG公司)描述了一種進料系統(tǒng)，其中管狀主體被暫時膠粘到進料套筒的內(nèi)壁。當型砂被壓縮時，在進料套筒和管狀主體之間存在相對運動。

對于適于在高壓成型(或模制)系統(tǒng)中使用的進料系統(tǒng)存在不斷增長的需求，這需求部分是由成型設(shè)備的改進以及部分是由新的鑄件被生產(chǎn)而形成的。某些等級的球墨鑄鐵和特定的鑄造結(jié)構(gòu)可能會不利地影響通過某些金屬進料元件頸部的進料性能的有效性。此外，某些成型線或鑄造結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致過度壓縮(進料單元的塌陷或進料系統(tǒng)的伸縮)，導(dǎo)致套筒的基部靠近僅由一薄層砂分離的鑄造表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種適于在金屬鑄造中使用的進料系統(tǒng)，其試圖克服與現(xiàn)有技術(shù)的進料系統(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)本發(fā)明的第一方面，提供一種適于金屬鑄造的進料系統(tǒng)，其包括安裝在管狀主體上的進料套筒；

管狀主體具有第一端部、相對的第二端部和在其間的可壓縮部分，以 使得在使用過程中施加力時，所述第一端部和第二端部之間的距離減?。?/p>

進料套筒具有縱向軸線并包括大體圍繞縱向軸線延伸的連續(xù)側(cè)壁，連續(xù)側(cè)壁限定用于在鑄造過程中接收液態(tài)金屬的空腔，以及側(cè)壁具有鄰近于管狀主體的第二端部的基部；

管狀主體限定通過其的開放孔，以用于將所述空腔連接到所述鑄件，其中：

至少一個切口從基部延伸到側(cè)壁內(nèi)，以及管狀主體的第二端部伸入到切口內(nèi)至固定的深度。

在使用中，進料系統(tǒng)被安裝在模具模型板上，模具模型板通常放置在成型銷的上方，成型銷附接到模型板以便將系統(tǒng)保持在位，使得筒狀主體靠近模具。由管狀主體所限定的開放孔提供從進料套筒的空腔到模腔的通道，以便當鑄件冷卻和收縮時給鑄件供料。在模制和隨后的吊起期間，進料系統(tǒng)將經(jīng)受在管狀主體的縱向軸線(孔軸線)方向上的力。由于管狀主體的第二端部在進料套筒的切口內(nèi)被保持在固定深度，該力導(dǎo)致可壓縮部分塌陷，并在管狀主體和套筒之間沒有相對運動的可能性。因此，高的壓縮壓力使得管狀主體變形，而不是進料套筒的斷裂。典型地，進料系統(tǒng)將經(jīng)受至少為每平方厘米30，60，90，120或150牛的吊起壓力(如在模型板處測量的那樣)。

WO2005/051568的圖3示出了一種進料系統(tǒng)，其包括可壓縮的隔片型芯(10，其是管狀主體)和進料套筒(20)。隔片型芯包括徑向側(cè)壁區(qū)域，其通過粘合劑附接到進料套筒的基部。WO2005/095020的圖1示出了一種進料系統(tǒng)，其包括第一模制部分(4，其是管狀主體)和第二模制主體(5，其是進料套筒)。第一模制部分(4)包括變形元件，其為波紋管的形式，并且通過環(huán)形支撐表面連接到進料套筒的基部。在本發(fā)明中，管狀主體適配在進料套筒的切口內(nèi)而不是附接到進料套筒的基部。

當使用金屬隔片型芯(可塌陷或管狀伸縮)時，通常是鋼的金屬在鑄造時被加熱，并從進料器內(nèi)的液體金屬獲取一定量的能量。金屬隔片型芯通常具有環(huán)形安裝表面，因此降低其尺寸或?qū)⑵渫耆蓽p少在隔片型芯內(nèi)的(冷)金屬量，允許型芯更快地被加熱(從金屬進料獲取較少的能 量)。此外，通過將隔片型芯部分地嵌入到放熱套筒內(nèi)，其將接收到額外的能量并會過熱(superheated)，這進而將會提高通過型芯頸部的進料性能。

管狀主體

管狀主體提供兩項功能：(i)管狀主體具有通過其的開放孔，所述開放孔提供從進料套筒的空腔到鑄模的通道；和(ii)管狀主體的變形(由于可塌縮部分)用于吸收否則會導(dǎo)致進料套筒斷裂的能量。

管狀主體包括可壓縮部分。在一個實施例中，可壓縮部分具有梯級構(gòu)造。梯級構(gòu)造從WO2005/051568是已知的。在一個實施例中，可壓縮部分包括單個梯級或“扭結(jié)”。在另一個實施例中，可壓縮部分包括至少2，3，4，5或6個梯級或扭結(jié)。在一個這樣的實施例中，可壓縮部分包括從4個到6個梯級或扭結(jié)。

梯級或扭結(jié)的直徑可被測量。在一個實施例中，所有的梯級具有相同的直徑。在另一個實施例中，梯級的直徑朝向管狀主體的第一端部減小，即可壓縮部分是截頭圓錐形的。

截頭圓錐形的可壓縮部分和孔軸線/進料套筒的縱向軸線之間的錐角μ可被測量。在一系列的實施例中，截頭圓錐形部分從軸線以不超過50°，40°，30°，20°，15°或10°的角度傾斜。在一系列的實施例中，截頭圓錐形部分以至少3°，5°，10°或15°的角度從所述軸線傾斜。在一個實施例中，角度μ為5°至20°。略帶錐形可有利于提供均勻的壓縮。

梯級構(gòu)造可包括一系列交替的第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域，以及在一對第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域之間形成的角度可被測量。內(nèi)角(θ)從管狀主體內(nèi)測量，以及外角(Φ)從管狀主體外部測量。應(yīng)當理解的是，在吊起時角度θ和Φ將減小，這是因為可壓縮部分塌陷。在一系列的實施例中，一對第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域之間的角度為至少30°，40°，50°，60°或70°。在一系列的實施例中，一對第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域之間的角度不超過120°，100°，90°，80°，70°，60°或50°。在一個實施例中，一對第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域之間的角度為60°至90°。

梯級構(gòu)造可包括一系列交替的第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域，以及第一側(cè)壁區(qū)域和所述管狀主體的縱向軸線(所述孔軸線)之間形成的角度α可被測量。類似地，第二側(cè)壁區(qū)域和所述孔軸線之間所形成的角度β可被測量。

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約為90°，即第一側(cè)壁區(qū)域或第二側(cè)壁區(qū)域大體垂直于孔軸線。

在一個實施例中，α或β約為0°，即第一側(cè)壁區(qū)域或第二側(cè)壁區(qū)域大體平行于孔軸線。

在一個實施例中，α和β分別為40°至70°，30°至60°或35°至55°。

管狀主體的高度可在平行于孔軸線的方向上測量，并且可與可壓縮部分的高度(也在平行于孔軸線的方向上測量)比較。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)于所述管狀主體高度的不超過90％，80％，70％或60％。

管狀主體的尺寸和質(zhì)量將取決于應(yīng)用。

通常優(yōu)選的是盡可能減少管狀主體的質(zhì)量。這可降低材料成本，并且在鑄造期間也會使有益的，例如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。

應(yīng)當理解的是，所述管狀主體具有縱向軸線，孔軸線。在通常情況下，進料套筒和管狀主體將被成形，以使得所述孔軸線和進料套筒縱向軸線是相同的。然而，這不是必需的。

管狀主體的高度可在平行于孔軸線的方向上被測量，并且可與切口的深度(第一深度)比較。在一些實施例中，管狀主體的高度與第一深度的比例為1∶1至5∶1，1.1∶1到3∶1或1.3∶1至2∶1。

管狀主體具有內(nèi)徑、外徑和厚度，其是內(nèi)徑和外徑之間的差值(所有均在垂直于孔軸線的平面內(nèi)進行測量)。管狀主體的厚度必須是如此的以允許管狀主體伸入到切口內(nèi)。在一些實施例中，管狀主體的厚度為至少0.1，0.3，0.5，0.8，1，2或3毫米。在一些實施例中，管狀主體的厚度 不超過5，3，2，1.5，1，0.8或0.5毫米。在一個實施例中，管狀主體具有0.3至1.5毫米的厚度。小的厚度是有益的，這原因有很多，包括減少制造管狀主體所需的材料，并允許在側(cè)壁中的相應(yīng)切口更窄，且降低管狀主體的熱容量，因此降低在鑄造時從進料金屬吸收的能量的量。切口從側(cè)壁的基部延伸，以及切口越寬，基部必須越寬以便適應(yīng)它。

在一個實施例中，管狀主體具有圓形橫截面。然而，橫截面可以是非圓形的，諸如卵形、長圓形或橢圓形。在一個優(yōu)選的實施例中，管狀主體在遠離進料套筒(在使用中靠近鑄件)方向上變窄(成錐形)。鄰近于鑄件的較窄部分被稱為進料頸部，并提供更好的進料器的敲落。在一系列的實施例中，錐形頸部相對于所述孔軸線的角度不超過55°，50°，45°，40°或35°。

為了進一步改善敲落，管狀主體的基部可具有向內(nèi)指向的唇緣，以便提供用于安裝到模具模型板上的表面，并在最終鑄造的進料頸部中產(chǎn)生凹口以促進其移除(敲落)。

管狀主體可由各種合適的材料來制造，包括金屬(例如鋼，鐵，鋁，鋁合金，黃銅，銅等)或塑料。在一個具體的實施例中，管狀主體由金屬制成。金屬管狀主體可制成為具有較小的厚度，同時保持足夠的強度來承受成型壓力。在一個實施例中，管狀主體不由進料套筒的材料制成(無論是絕熱的或放熱的)。進料套筒的材料在較小的厚度下通常不夠堅固以承受成型壓力，而更厚的管狀主體需要在側(cè)壁中的更寬溝槽，因此增加作為一個整體的進料系統(tǒng)的尺寸(和相關(guān)聯(lián)的成本)。此外，包括進料套筒的材料的管狀主體在其與鑄件接觸的地方也可能會導(dǎo)致差的表面光潔度和缺陷。

在所述管狀主體由金屬形成的某些實施例中，它可由恒定厚度的單片金屬沖壓成形。在一個實施例中，管狀主體經(jīng)由拉伸過程制造而成，其中金屬板坯通過沖頭的機械作用被徑向拉伸成為成型模。當被拉伸的部分的深度超過其直徑時，該過程被認為是深拉伸，且通過將該部分通過一系列的模重新拉伸來實現(xiàn)。在另一個實施例中，管狀主體通過金屬旋壓或旋轉(zhuǎn)成形過程來制造，其中金屬的坯體盤或管首先被安裝到旋轉(zhuǎn)車床上且以高 速旋轉(zhuǎn)。局部化的壓力然后以一系列輥或工具施加，其導(dǎo)致金屬向下流到心軸上和其周圍，其中心軸具有所需成品部分的內(nèi)部尺寸輪廓。

為了適于沖壓成形或旋轉(zhuǎn)成形，金屬應(yīng)具有足夠的延展性以防止在成形過程中撕裂或撕裂。在某些實施例中，進料元件由冷軋鋼制成，該冷軋鋼的典型碳含量范圍為最低的0.02％(DC06級，歐洲標準EN10130-1999)到最大的0.12％(DC01級，歐洲標準EN10130-1999)。在一個實施例中，管狀主體由具有小于0.05％，0.04％或0.03％的碳含量的鋼制成。

進料套筒

在一個實施例中，切口是從側(cè)壁的基部延伸的溝槽。應(yīng)當理解的是，在側(cè)壁中的溝槽與進料套筒的空腔分離。在一個實施例中，溝槽定位在與進料套筒的空腔相距至少5，8或10毫米的距離處。

在另一個實施例中，切口與進料套筒的空腔鄰接。在一個這樣的實施例中，切口的端部由側(cè)壁的凸緣限定。

切口可被認為具有第一深度，其是由切口遠離基部延伸到側(cè)壁內(nèi)的距離。在一般情況下，切口具有均勻的深度，即從基部到側(cè)壁內(nèi)的距離無論在哪里測量都是相同的。然而，如果需要的話也可采用可變深度的切口，而第一深度將被理解為是最低深度，因為這決定了管狀主體可伸入到切口內(nèi)的程度。

在吊起之前，管狀主體以第二深度被接收在切口內(nèi)；管狀主體至少部分地伸入到切口內(nèi)。在一個實施例中，管狀主體完全伸入到切口內(nèi)，即第二深度等于所述第一深度。

在一個實施例中，管狀主體的所述可壓縮部分與切口間隔開。備選地，管狀主體的可壓縮部分部分地或完全地伸入到進料套筒中的切口內(nèi)(在吊起之前)?？蓧嚎s部分的尺寸和形狀將影響可壓縮部分的位置。可壓縮部分在進料套筒的外部定位是更實用的，因為這將允許均勻和一致的塌陷，并盡量減少任何由于可壓縮部分抵靠套筒的運動而導(dǎo)致套筒的粒子被磨掉。

切口必須能夠接收所述管狀主體。因此，切口的橫截面(在垂直于孔 軸線的平面內(nèi))對應(yīng)于管狀主體的橫截面，例如溝槽是環(huán)形溝槽以及管狀主體具有圓形橫截面。在一個實施例中，至少一個切口是單個連續(xù)的溝槽。在另一個實施例中，進料套筒具有一系列的槽，以及管狀主體具有相應(yīng)的形狀，例如齒形邊緣。

在一系列的實施例中，切口具有至少為20，30，40或50毫米的第一深度。在一系列的實施例中，第一深度不超過100，80，60或40毫米。在一個實施例中，第一深度為25至50毫米。第一深度可與進料套筒的高度比較。在一個實施例中，第一深度對應(yīng)于進料套筒的高度的10％至50％或20％至40％。

切口被認為是具有最大寬度(W)，其在大體垂直于孔軸線和/或進料套筒軸線的方向上測量。應(yīng)當理解的是，所述切口的寬度必須足以允許管狀主體被接收在切口內(nèi)。在一系列的實施例中，切口具有至少0.5，1，2，3，5，8或10毫米的寬度。在一系列的實施例中，切口具有不超過15，10，5，3或1.5毫米的最大寬度。在一個實施例中，切口具有1至3毫米的最大寬度。當切口是溝槽(與空腔分離)時，這是特別有用的。在一個實施例中，切口具有5到10毫米的最大寬度。當切口與空腔鄰接時，這是特別有用的。

切口可具有均勻的寬度，即切口的寬度無論在哪里測量都是相同的。備選地，切口可具有非均勻的寬度。例如，當切口是溝槽時，它可遠離側(cè)壁的基部變窄。因此，最大寬度在側(cè)壁的基部處測量，并且寬度然后在第一深度下降低到最小值。

在一系列的實施例中，第二深度(D2，管狀主體被接收在切口中的深度)為第一深度的至少30％，40％或50％。在一系列的實施例中，第二深度不超過第一深度的90％，80％，或70％。在一個實施例中，第二深度是第一深度的80％到100％。

通常，管狀主體伸入到切口內(nèi)至一致的深度，即從基部到管狀主體端部的距離無論在哪里測量都是相同的。然而，如果需要的話，可以采用具有不均勻邊緣(例如齒形邊緣)的管狀主體，以使得距離變化，并且第二深度將被理解為是最大深度(除了在管狀主體和側(cè)壁的基部之間不能有任 何間隙，以確保避免型砂滲入到鑄件內(nèi))。

進料套筒的材料的性質(zhì)沒有特別的限制，且它例如可以是絕熱的或放熱的。放熱進料套筒產(chǎn)生熱量，這有助于更長時間地將金屬保持為熔融液體。放熱套筒可以是快速點燃高放熱高密度的套筒(諸如由Foseco公司出售的FEEDEX(RTM)系列產(chǎn)品)或發(fā)熱絕緣套管(諸如由Foseco公司出售的KALMINEX(RTM)系列產(chǎn)品)，KALMINEX(RTM)系列產(chǎn)品比FEEDEX系列套筒具有顯著較低的密度以及較少的放熱。

在一個實施例中，進料套筒是放熱進料套筒。如上所述，本發(fā)明避免了任何潛在的冷卻對進料性能產(chǎn)生不利影響(通過將管狀主體的一部分嵌入到進料套筒內(nèi)部并通過不使用伸入到進料套筒的空腔外部的安裝表面而降低管狀主體(隔片型芯)內(nèi)的(冷)金屬總量)。當使用放熱套筒而不是絕熱套筒時，該益處是更明顯的，因為據(jù)信這有助于使得金屬管狀主體(隔片型芯)過熱。

制造模式?jīng)]有特別的限制。套筒例如可使用真空成型過程或芯射出(core-shot)方法來制造。通常，進料套筒由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)和粘合劑的混合物制成。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(fā)劑/敏化劑(通常是冰晶石)。

在一個實施例中，常規(guī)的進料套筒被制造，然后將進料套筒的材料從基部移除以例如通過鉆孔或研磨來形成切口。在另一個實施例中，在切口被保持在位時制造進料套筒，其通常通過芯射出方法結(jié)合限定切口的工具來制造，例如該工具具有套筒圍繞其形成的細心軸，在此之后，將套筒從工具和心軸移除(剝離)。在進一步的實施例中，套筒圍繞管狀主體形成。

在一系列的實施例中，進料套筒具有至少8kN，12kN，15kN，20kN或25kN的強度(抗碎強度)。在一系列的實施例中，套筒的強度小于25kN，20kN，18kN，15kN，或10kN。為了便于比較，進料套筒的強度被定義為由進料套筒的材料制成的50x50mm的圓柱形測試主體的抗壓強度。使用201/70EM壓縮測試機(Form&Test Seidner公司，德國)并根據(jù)制造商的 指令進行操作。測試主體居中放置在下部鋼板上，且當下部板以每分鐘20毫米的速率朝上部板移動時被加載至被破壞。進料套筒的有效強度將不僅取決于確切使用的組合物，粘合劑和制造方法，而且還取決于套筒的尺寸和設(shè)計。其由以下事實說明，即測試主體的強度通常高于針對標準平頂套筒所測得的強度。

在一系列的實施例中，進料套筒具有至少0.5，0.8，1.0或1.3克的密度。在另一系列的實施例中，進料套筒具有不超過2.0，1.5或1.2克的密度。KALMIN S(RTM)是具有每立方厘米0.45克的典型密度的市售套筒；該套筒是絕緣的。低密度放熱絕緣進料套筒可從品牌KALMINEX(RTM)獲得，且通常具有0.58至0.95克的密度。FEEDEX HD(RTM)是市售的具有每立方厘米1.4克的密度的高密度高放熱套筒。通常發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)耐火填料的類型和其它組分來增加套筒的密度通常導(dǎo)致強度增加。

當評估放熱進料套筒時需要考慮的參數(shù)包括點火時間，達到的最高溫度(Tmax)，放熱反應(yīng)的持續(xù)時間(燃燒時間)，和模量擴展因子(MEF，凝固時間延長x倍)。

在一個實施例中，進料套筒具有至少為1.40，1.55或1.60的MEF。KALMINEX 2000(RTM)進料套筒是發(fā)熱絕緣套管，其通常有1.58至1.64的MEF，而FEEDEX(RTM)套筒是放熱的，其通常具有1.6至1.7的MEF。KALMIN S(RTM)進料套筒是絕緣的且通常具有1.4至1.5的MEF。

在一個實施例中，進料套筒包括與所述側(cè)壁的基部隔開的頂板。側(cè)壁和頂板一起限定用于在鑄造期間接收液態(tài)金屬的空腔。在一個這樣的實施例中，頂板和側(cè)壁一體形成。備選地，側(cè)壁和頂板是可分離的，即頂板是一個蓋子。在一個實施例中，側(cè)壁和頂板均以進料套筒的材料制成。

進料套筒可以具有不同的形狀，包括圓柱形、卵形和圓頂形。這樣，側(cè)壁可平行于進料套筒縱向軸線或與進料套筒縱向軸線成一定的角度。頂板(如果存在的話)可以是平頂?shù)?、圓頂?shù)?、具有平頂?shù)膱A頂?shù)?、或者任何其它合適的形狀。

套管的頂板可被閉合，以使得進料套筒的空腔被封閉，而且其還可包括部分地通過進料器的頂部部段(相對于基部)延伸的凹部(盲孔)，以協(xié)助將進料系統(tǒng)安裝到成型銷上，所述成型銷附接到模具模型板。備選地，進料套筒可具有通孔(開放孔)，其通過整個進料器頂板延伸，使得進料器空腔為開放的?？妆仨氉銐?qū)捯匀菁{支撐銷，但足夠窄以避免砂在成型過程中進入進料套筒的空腔。孔的直徑可與進料套筒的空腔的最大直徑(兩者均在垂直于進料套筒縱向軸線的平面上測量)比較。在一個實施例中，孔的直徑不超過進料套筒的空腔最大直徑的40％，30％，20％，15％或10％。

在使用中，在砂被壓縮和吊起之前，進料系統(tǒng)通常被放置在支撐銷上以便保持進料系統(tǒng)處于位于模具模型板上的所需位置。在吊起時，套筒朝向模具模型板表面移動，以及銷(如果是固定的)可刺穿進料套筒的頂板，或當套筒向下移動時，銷可簡單地橫過孔或凹部。該運動以及頂板與銷的接觸可導(dǎo)致套筒的小碎片脫落并落入鑄造空腔內(nèi)，從而導(dǎo)致差的鑄件表面光潔度或鑄件表面的局部污染。這可通過將中空的嵌入件或內(nèi)部套環(huán)襯在頂板中的孔或凹部來克服，該中空的嵌入件或內(nèi)部套環(huán)可由各種合適的材料制造，包括金屬、塑料或陶瓷。因此，在一個實施例中，進料套筒可被變型成包括襯在進料器頂板中的孔或凹部的內(nèi)部套環(huán)。該套環(huán)可在套筒被產(chǎn)生之后被插入到在套筒頂板中的孔或凹部內(nèi)?；蛘邆溥x地，套環(huán)可在制造所述套筒的過程中被加入。在該過程中套筒材料被型芯射出或模制在套環(huán)周圍，在此之后，套筒被固化并將套環(huán)保持在位。這種套環(huán)保護套筒免受在成型和吊起過程中可由支撐銷導(dǎo)致的任何損壞。

本發(fā)明還提供適于在根據(jù)第一方面的實施例的進料系統(tǒng)中使用的進料套筒。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種適于在金屬鑄造中使用的進料套筒，進料套筒具有縱向軸線并包括大體圍繞縱向軸線延伸的連續(xù)側(cè)壁和大體橫跨縱向軸線延伸的頂板，側(cè)壁和頂板一起限定用于在鑄造期間接收液態(tài)金屬的空腔；

其中所述側(cè)壁具有與頂板隔開的基部和從基部延伸到所述側(cè)壁內(nèi)的溝 槽。

上面關(guān)于第一方面的描述也適用于第二方面，不同的是第二方面的進料套筒必須包括頂板。應(yīng)當理解的是，該溝槽遠離基部并朝向頂板延伸。

在一個實施例中，孔(開放孔)延伸通過進料器的頂板。在一個這樣的實施例中，內(nèi)部套環(huán)襯在孔中。當如上所述采用具有支撐銷的進料套筒時，該實施例是有用的。

在一個實施例中，頂板是閉合的，即沒有孔延伸通過進料器的頂板。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于制備模具的過程，其包括：

將第一方面的進料系統(tǒng)放置在模型板上，所述進料系統(tǒng)包括安裝在管狀主體上的進料套筒；

進料套筒包括連續(xù)側(cè)壁，連續(xù)側(cè)壁限定用于在鑄造過程中接收液態(tài)金屬的空腔，側(cè)壁具有鄰近于管狀主體的基部；

管狀主體限定通過其的開放孔，以用于將所述空腔連接到所述鑄件，管狀主體具有第一端部、相對的第二端部和在其間的可壓縮部分；

其中切口從基部延伸到側(cè)壁內(nèi)，以及管狀主體的第二端部伸入到切口內(nèi)至固定深度；

用模具材料包圍模型板；

壓緊模具材料；以及

將模型板從壓緊的模具材料移除以形成模具；

其中壓緊所述模具材料包括將壓力施加到進料系統(tǒng)，以使得可壓縮部分被壓縮以及第一端部和第二端部之間的距離減小。

模具可以是水平分?；虼怪狈帜！Ｈ绻诖怪狈帜C(諸如由DISA Industries A/S公司制造的Disamatic無托模板成型機)中使用，則當在正常的模具制造周期期間處于水平位置下時，進料系統(tǒng)通常放置在擺動板(模型板)上。所述套筒可手動地或通過使用機器人自動地放置在水平模型板或擺動板上。

上面相對于第一方面和第二方面的描述也適用于第三方面。具體地，在一個實施例中，切口是溝槽(從空腔分離)。在另一個實施例中，切口與鑄件鄰接。

在一系列實施例中，壓緊模具材料包括施加至少每平方厘米30，60，90，120或150牛的吊起壓力(如在模型板處測量)。

在一個實施例中，可壓縮部分具有梯級構(gòu)造。在一個這樣的實施例中，梯級構(gòu)造包括一系列交替的第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域，以及可壓縮部分的壓縮減小一對第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域之間的角度。

在一個實施例中，模具材料是粘土粘結(jié)的砂(通常稱為綠砂)，其通常包括粘土(諸如鈉或鈣膨潤土)，水和其它添加劑(諸如煤灰)和谷物粘合劑的混合物。備選地，所述模具材料是含有粘合劑的模砂。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖僅通過實例的方式來描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1至圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的進料系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

參照圖1a，其示出在壓縮之前的進料系統(tǒng)10。進料系統(tǒng)包括安裝在管狀主體14上的放熱進料套筒12。進料套筒12具有縱向軸線Z，以及連續(xù)的側(cè)壁16，該側(cè)壁16圍繞縱向軸線Z大體徑向延伸以限定空腔，以便在鑄造過程中接收熔融金屬。圖1a未示出進料套筒12的上部。

管狀主體14在第一端部18處向內(nèi)漸縮成錐形，以便形成與模型板20接觸的進料器頸部。管狀主體14具有伸入到從側(cè)壁16的基部16a延伸的溝槽24的第二端部22。溝槽24與空腔分離。第二端部22和溝槽24具有一定的尺寸和形狀，以提供摩擦配合，其以固定的深度將管狀主體14固定在適當?shù)奈恢谩?/p>

管狀主體14限定通過其的開放孔，以便在使用中將空腔連接到鑄件。在該實例中，孔軸線沿著縱向軸線Z定位。

管狀主體14包括在第一端部18和第二端部22之間的兩個梯級26，其構(gòu)成一個可壓縮部分。梯級26可被認為是一系列交替的第一側(cè)壁區(qū)域26a和第二側(cè)壁區(qū)域26b。第一側(cè)壁區(qū)域26a垂直于孔軸線Z，而第二側(cè)壁區(qū)域26b平行于孔軸線Z。一對第一側(cè)壁區(qū)域26a和第二側(cè)壁區(qū)26b之 間的角度為90°。第一側(cè)壁區(qū)域26a和第二側(cè)壁區(qū)域26b的直徑在遠離進料套筒的方向上減小，可壓縮部分可被認為是截頭圓錐形的。在管狀主體14的第一端部18和第二端部22之間的距離示出為D1。

參見圖1b，其示出在壓縮之后的進料系統(tǒng)10。在吊起過程中沿軸線Z施加的力使得管狀主體14塌陷，從而將第一端部18和第二端部22之間的距離減小至D2。在吊起時，進料套筒12移動為更靠近模型板20。

參照圖2a，其示出在壓縮之前的進料系統(tǒng)28。進料系統(tǒng)包括安裝在管狀主體30和支撐銷32上的放熱進料套筒12。管狀主體30在第一端部34處向內(nèi)漸縮成錐形，以形成與模型板20接觸的進料器頸部。管狀主體30具有伸入到溝槽24內(nèi)的第二端部36。

成形銷32的頂部位于套筒12的頂板40中的互補凹部38內(nèi)，且當?shù)跗饡r，隨著套筒12向下移動，成型銷32的頂部刺穿在頂板40的頂部處的薄的部段。如果需要的話，可在凹部38內(nèi)裝配套環(huán)，以避免當銷32刺穿頂板40時，套筒的碎片脫落的風險。備選地，可延伸通過頂板40的窄孔可代替凹部38，從而容納支撐銷32。在這種情況下，孔將具有對應(yīng)于進料套筒的空腔最大直徑的約15％的直徑。

在圖2b中示出沒有進料套筒的管狀主體30。管狀主體30包括在第一端部34和第二端部36之間的單個向外的扭結(jié)40，其構(gòu)成可壓縮部分。扭結(jié)40由第一側(cè)壁區(qū)域40a和第二側(cè)壁區(qū)域40b形成。第一側(cè)壁區(qū)域40a與縱向軸線Z形成角度α，以及第二側(cè)壁區(qū)域40b與縱向軸線Z形成角度β。角度α和β是相同的(都是大約50°)。形成在第一和側(cè)壁區(qū)域40a第二側(cè)壁區(qū)域40b之間的角度θ大約是80°。應(yīng)當理解的是，α+β+θ＝180°。

在吊起時，向上的力將在Z軸的方向上施加，使得管狀主體塌陷，從而減小在第一端部34和第二端部36之間的距離D1并減小角度θ。

參照圖3a，其示出在壓縮之前的進料系統(tǒng)42。進料系統(tǒng)42包括安裝在管狀主體44上的放熱進料套筒12。管狀主體42在第一端部46處漸縮成錐形以便形成與模型板20接觸的進料器頸部。管狀主體42在其基部處具有向內(nèi)指向的唇緣或凸緣48，其在使用中位于模型板20的表面上，并在所產(chǎn)生的金屬進料頸部中形成凹口以促進其移除(敲落)。管狀主體42 具有伸入到溝槽24內(nèi)至溝槽24的全深度的第二端部50。應(yīng)當理解的是，也可以采用錐形溝槽，由此在溝槽的端部處溝槽變得過窄時，管狀主體不能完全伸入到溝槽的端部。

管狀主體44包括在第一端部46和第二端部50之間的四個向內(nèi)的扭結(jié)52，其構(gòu)成可壓縮部分。扭結(jié)52通過一系列交替的第一側(cè)壁區(qū)域52a和第二側(cè)壁區(qū)域52b形成。第一側(cè)壁區(qū)域52a與縱向軸線Z形成角度α，以及第二側(cè)壁區(qū)域52b與縱向軸線Z形成角度β。角度α和β是相同的(都是大約50°)。使用兩個或更多個扭結(jié)52可被認為是提供一種波紋管式的結(jié)構(gòu)。形成在第一側(cè)壁區(qū)域52a和第二側(cè)壁區(qū)域52b之間的角度θ大約是80°。應(yīng)當理解的是，α+β+θ＝180°。

參見圖3b，其示出在壓縮之后的進料系統(tǒng)42。在吊起過程中沿軸線Z施加的力使得管狀主體44塌陷，從而將第一端部46和第二端部50之間的距離減小至D2。在吊起時進料套筒12移動得更靠近模型板20。

參見圖4a，其示出在壓縮之前的進料系統(tǒng)54。進料系統(tǒng)包括安裝在管狀主體58上的放熱進料套筒56。進料套筒56具有縱向軸線Z，以及連續(xù)的側(cè)壁60，該側(cè)壁60圍繞軸線大體徑向延伸以限定空腔，以便在鑄造過程中接收熔融的金屬。連續(xù)側(cè)壁60具有基部60a，切口62從基部60a延伸。切口62的端部由側(cè)壁60中的凸緣60b限定。切口62具有在垂直于孔軸線Z的方向上測量的寬度W。

管狀主體58在第一端部64處向內(nèi)漸縮成錐形以便形成與模型板20接觸的進料頸部。管狀主體58具有伸入到切口62并抵靠凸緣60b的第二端部66。管狀主體58和切口62具有一定的尺寸和形狀，其使得管狀主體58緊密地貼靠側(cè)壁60。管狀主體58限定通過其的開放孔，以便在使用中將空腔連接到鑄件。在該實例中，孔軸線沿著縱向軸線Z定位。

管狀主體58包括在第一端部64和第二端部66之間的三個向內(nèi)的扭結(jié)68，其一起構(gòu)成波紋狀的可壓縮部分。扭結(jié)68通過一系列交替的第一側(cè)壁區(qū)域68a和第二側(cè)壁區(qū)域68b形成。每個第一側(cè)壁區(qū)域68a與縱向軸線Z形成角度α，以及每個第二側(cè)壁區(qū)域68b與縱向軸線Z形成角度β。角度α和β是相同的(都是大約50°)。形成在第一側(cè)壁區(qū)域68a和第二側(cè)壁 區(qū)域68b之間的角度θ大約是80°。應(yīng)當理解的是，α+β+θ＝180°。

圖4b示出在壓縮之后的進料系統(tǒng)54。管狀主體58坍塌，以使得從第一端部64至第二端部66的距離減少至D2。扭結(jié)被壓縮，以使得角度θ減小至大約5°。

圖5示出管狀主體70，其適于與諸如進料套筒12(圖1)或進料套筒56(圖4)的進料套筒組合使用。管狀主體70具有第一端部72和第二端部74，并限定通過其的開放孔。該孔具有縱向軸線Z(孔軸線)。管狀主體具有可壓縮部分，其由具有一系列交替的第一側(cè)壁區(qū)域76a和第二側(cè)壁區(qū)域76b的四個向內(nèi)扭結(jié)76構(gòu)成?？蓧嚎s部分是截頭圓錐形的，扭結(jié)76的直徑從第二端部74到第一端部72略微減小，即管狀主體朝向模型板20向內(nèi)漸縮成錐形。錐角μ小于10°(相對于孔軸線Z測量)。

第一側(cè)壁區(qū)域76a與孔軸線形成內(nèi)角α，以及第二側(cè)壁區(qū)域76b與孔軸線形成內(nèi)角β。角度α(約60°)稍大于角度β(約45°)。在第一側(cè)壁區(qū)域和第二側(cè)壁區(qū)域之間的角度大約為75°(無論是在管狀主體的內(nèi)部還是外部測量)。