用於金屬鑄造的補給口元件和補給口系統的製作方法

2023-04-30 09:40:01 2

用於金屬鑄造的補給口元件和補給口系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種適於在金屬鑄造中使用的長形可潰縮補給口元件(20；40)和包括該補給口元件及固定於該補給口元件的補給口套筒的補給口系統。補給口元件(20；40)具有長度、寬度和高度且包括沿高度測得的A端和相對的B端，和沿長度測得的C端和相對的D端，所述A端用於安裝在模具模樣板或擺動板上且所述相對的B端用於接收補給口套筒；並且在A端與B端之間由包括臺階狀可潰縮部的側壁限定出內孔。補給口元件可在使用時壓縮由此減小A端與B端之間的距離。側壁具有限定補給口元件的使用時用作用於補給口套筒的安裝表面的B端的第一側壁區(24；52)，和與第一側壁區(24；52)連續的第二側壁區(38；50)。臺階狀可潰縮部包括與呈直徑遞減同心環體形式的第四側壁區系列(34a，34b，34c，34d；46a，46b)相互連接且形成為一體的呈直徑遞減同心環形式的第三側壁區系列(32a，32b，32c，32d；44a，44b)。內孔具有從補給口元件的中央沿長度向C端偏置的軸線且第二側壁區(38；50)是非平面的、其與第三側壁區連續並位於內孔軸線與D端之間。
【專利說明】用於金屬鑄造的補給口元件和補給口系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及適於在利用鑄造模具的金屬鑄造操作中、特別是但非排他性地在高壓力上下分模砂造模系統中使用的補給口元件。
【背景技術】
[0002]在典型的鑄造過程中，將熔態金屬倒入限定了鑄件的形狀的預成型的模腔內。然而，金屬凝固時收縮，導致縮孔(shrinkage cavity)進而導致最終鑄件中不可接受的缺陷。這是鑄造工業中熟知的問題，並且通過使用在模具形成過程中與模具為一體的補給口套筒或冒口來解決。各補給口套筒均提供與模腔連通的附加的(通常是封閉的)容積或腔。在凝固過程中，補給口套筒內的熔態金屬回流到模腔內以補償鑄件的收縮。補給口套筒中的金屬比模腔中的金屬更長時間地保持熔態是重點，所以補給口套筒被製成高度絕緣或更通常是放熱，使得在與熔態金屬接觸時產生附加的熱以使凝固遲延。
[0003]在模具材料凝固和去除之後，來自補給口套筒腔內的不期望的殘餘金屬保持附著於鑄件並且必須被去除。為了便於殘餘金屬的去除，在一般稱為縮頸套筒的設計中補給口套筒腔可以朝向其基部(即補給口套筒的將最靠近模腔的端部)錐形地變細。在對殘餘金屬施加猛擊時，殘餘金屬在將接近鑄件表面的最弱點處分開(該過程一般稱作「敲落」)。理想地，鑄件上有小印記，以允許補給口套筒在鑄件的可能受相鄰特徵限制其訪問的區域中定位。
[0004]雖然補給口套筒可以被直接施加到模腔的表面上，但是他們常常與破壞芯子(breaker core)配合使用。破壞芯子是簡單地位於模腔和補給口套筒之間的其中心具有孔的由耐火材料製成的圓盤(典型地為樹脂粘結砂芯子或陶瓷芯子或補給口套筒材料製成的芯子)。穿過破壞芯子的孔的直徑被設計成小於補給口套筒(不一定錐形地變細)的內腔的直徑，使得在靠近鑄件表面的破壞芯子處發生敲落。
[0005]也可以由金屬製造出破壞芯子。DE19642838A1公開了一種用剛性平坦環體代替傳統陶瓷破壞芯子的變型的補給系統，並且DE20112425U1公開了一種利用剛性「帽子狀」環體的變型的補給系統。
[0006]一般使用限定了模腔的造模模樣來形成鑄造模具。在模樣板上在作為補給口套筒用的安裝點的預定位置處設置有銷。所需的套筒被安裝在模樣板上時，通過將造模砂倒在模樣板上和補給口套筒周圍直到補給口套筒被覆蓋並且模具箱被充滿為止從而形成模具。模具必須具有充分的強度，以抵抗熔態金屬的傾倒過程中的衝蝕、經受住模具被充滿時被施加在模具上的鋼鐵水靜壓力(ferrostatic pressure)以及抵抗金屬凝固時的膨脹/壓縮力。
[0007]造模砂可以分為兩個主要類別。化學粘結的(基於有機或無機粘合劑)或粘土粘結的。化學粘結的造模粘合物典型地為自硬化系統，其中粘合劑和化學硬化劑與砂混合併且粘合劑和硬化劑立即開始反應，但是充分地慢足以允許砂能夠圍繞模樣板成形並且接著能夠被足夠地硬化以使其可被去除和鑄造的。[0008]粘土粘結的造模砂使用粘土和水作為粘合劑，並且可以在「溼」或未乾狀態下被使用並且一般簡稱為溼砂。在只有壓縮力的狀態下，溼砂混合物不輕易流動或者移動。因此，要將圍繞模樣的溼砂壓實並賦予模具如之前詳述的充分的強度特性，需要施加搖動、振動、壓擠和搗擊的多種組合以便通常以高生產率生產出均勻強度的模具。典型地通常使用液壓搗錘以高壓力將砂壓縮(壓實)(該過程簡稱為「搗制」)。隨著鑄件複雜性和生產效率需求的提高，存在著在尺寸上更加穩定的模具的需要，並且趨向於朝向當存在補給口套筒和/或破壞芯子時、特別是如果破壞芯子或補給口套筒在搗制之前與模樣直接接觸時則可能導致補給口套筒和/或破壞芯子的破損的較高搗擊壓力的趨勢。
[0009]以上問題通過彈簧銷的使用被部分緩解。補給口套筒和可選擇的定位芯子(典型地由高密度套筒材料構成，具有與破壞芯子類似的整體尺寸)初始時與模樣板間隔開並且在搗制時朝向模樣板移動。彈簧銷和補給口套筒可以被設計成在搗擊後套筒的最終位置使得套筒不與模樣板直接接觸並且可以典型地與模樣表面相距5mm-25mm。敲落點常常是不可預測的因為其取決於彈簧銷的基部的尺寸和輪廓並因此可能導致附加的清潔成本。EP-A-1184104中提供的解決方案是兩部式補給口套筒。在模具形成過程中壓縮的狀態下，一個模具(套筒)部疊縮到另一個內。模具(套筒)部之一總是與模樣板接觸並且沒有彈簧銷的需要。然而，存在著與EP-A-1184104中的疊縮配置相關聯的問題。例如，由於疊縮動作，造模之後補給口套筒的容積是變化的並且取決於包括造模機壓力、鑄件幾何結構和砂特性在內的一系列的因素。這些不可預測性可能對補給性能產生不利影響。另外，在需要放熱性套筒時該配置並不是理想地合適。當使用放熱性套筒時，放熱性材料與鑄件表面的直接接觸是不期望的，並且可能導致表面光潔度差、鑄件表面的局部汙染並且甚至導致子表面氣體缺陷。
[0010]而EP-A-1184104中的疊縮配置的另一缺點起因於維持兩個模具(套筒)部的初始間隔所需的凸片或凸緣。在造模過程中，這些凸片破掉(由此允許疊縮動作發生)並簡單地落入造模砂內。經過一段時間之後，這些碎片將在造模砂內逐漸增加。當碎片由放熱性材料製成時問題尤其嚴重。來自砂的溼氣可能潛在性地與放熱性材料(例如，金屬鋁)反應，創造了小型爆炸性缺陷的潛在性。
[0011]W02005/051568(其全部公開通過引用合併於此)公開了在高壓力砂造模系統中特別有用的補給口元件(可潰縮的破壞芯子)。補給口元件具有用於安裝在模具模樣上的第一端、用於接收補給口套筒的相對的第二端和在第一與第二端之間的由臺階狀側壁限定的內孔。臺階狀側壁被設計成在預定載荷(壓毀強度)下不可逆地變形。補給口元件提供優於傳統破壞芯子的多個優點，包括:
[0012]⑴較小的補給口元件接觸區域(朝向鑄件的孔徑)；
[0013](ii)鑄件表面上的小印記(外部輪廓接觸)；
[0014](iii)降低了的模具形成過程中在高壓力下補給口套筒破損的可能性；和
[0015](iv)具有顯著地降低了的清潔需要的一致性敲落。
[0016]W02005/051568中的補給口元件是作為高壓力砂造模系統中的例子。涉及到的高搗擊壓力使得使用高強度(及高成本)的補給口套筒成為必要。該高強度通過補給口套筒的設計(即形狀、厚度等)和材料(即耐火材料、粘合劑類型及添加量、製造過程等)的組合來實現。該例子用被設計成耐壓力(即高強度)且用於現場補給(即高密度、高放熱性、厚壁，因此高模量)的FEEDEX HD-VS159補給口套筒表明了補給口元件的使用。補給口套筒經由承受補給口套筒的重量且垂直於內孔軸線的安裝表面被固定至補給口元件。對於中等壓力造模，存在著使用較低強度套筒、即不同設計(形狀和壁厚等)和/或不同成分(即較低強度)的潛在性機會。無論套筒設計和成分如何，在使用時都將仍然存在著與從鑄件敲落(鑄件上的印記的變化性和大小)相關聯的問題和在補給口元件下方的良好的砂壓實的需要。如果在中等壓力造模線中採用了 W02005/051568中的補給口元件，那麼需要將元件設計成使其在較低造模壓力(與高壓力造模相比)下充分地潰縮、即具有較低的初始壓毀強度。使用較低強度的補給口套筒(典型地為較低密度套筒)也將是高度有利的。除了去除成本劣勢(與必須使用高強度高密度套筒相關聯)之外，從容積和熱物理特性的角度看這可能允許更適合單個應用(鑄造)的套筒的使用。然而，當對其首先進行嘗試時，出乎意料地發現造模時補給口套筒遭受了損壞和破損，如果將其用於鑄造將導致鑄件遭受缺陷。
[0017]因此在W02007/141466(其全部內容也通過引用合併於此)中構想並描述出了改進的補給口元件以將可潰縮的補給口元件的利用擴展到中等壓力造模系統同時允許相對弱的補給口套筒的使用而不引入鑄件缺陷。該補給口元件類似於與W02005/051568有關的上述補給口元件，但是進一步包括:第一側壁區，其限定了元件的第二端和使用中用於補給口套筒的安裝表面，該第一側壁區以小於90°傾斜於內孔軸線；和第二側壁區，其與第一側壁區連續，該第二側壁區以與第一側壁區不同的角度平行於或傾斜於內孔軸線並由此限定出側壁中的臺階。與在W02005/051568中描述的補給口元件一樣，類似地發現，這樣的配置在使補給口元件的印記和接觸區域最小化中是有利的，由此降低了與從鑄件上敲落相關聯的變化性。
[0018]對於較小鑄件、例如汽車零部件的高容量和長期製造而言，為了滿足成產率要求，自動溼砂造模線已經變得越來越受歡迎。使用匹配板(具有安裝在相對側上的兩個上模和下模所用的模樣的模樣板)的自動水平分模線能夠以高達100-150個/小時的速度製造模具。上下分模造模機(諸如由DISA Industries A/S製造的迪沙式無箱造模機(Disamatic flaskless moulding machine)能夠以高達 450-500 個模具 / 小時的更高速度生產。在迪沙式機中，一個模樣半部被裝配在液壓操作的壓擠活塞的端部而另一半部被裝配至擺動板，之所以稱之為擺動板是因為其能夠遠離模具移動和擺動。上下分模造模機能夠生產硬的、剛性的無箱溼砂模具，其尤其適於延性鐵鑄件。在這樣的應用中，典型地以2-4bar的壓力吹砂並接著以10_12kPa的壓擠壓力、或在某些高要求應用中時以15kPa的最大壓擠壓力將砂壓實。
[0019]從製造難易程度的角度看水平地生產出的鑄件提供更大的靈活性，並且存在著具有以允許補給口能夠在需要時和在需要的位置被放置的方式訪問整個模樣區域的潛在性的可用的多種應用技術。上下地生產出的鑄件對確保其一致性地完好提出更大的挑戰，並且補給被典型地限制至被置於造模合模線上的頂部補給口或側補給口，這使得單獨的較重部分的補給非常難。
[0020]對於包括上下分模模具中生產出的鑄件在內的任何鑄件，基本上存在兩種類型的補給需要。
[0021]第一種補給需要是模量驅使的，其中模量是用於待補給鑄件或部分鑄件的凝固時間的代理。為此，補給口金屬必須是用於充分時間的、即大於鑄件和或部分鑄件的時間的液體，以使得鑄件能夠完好地凝固而沒有氣孔並因此生產出完好零缺陷的鑄件。對於這些應用，能夠使用標準的圓形輪廓的套筒(具有諸如W02005/051568和W02007/141466中示出的補給口元件)。尤其是，對於高壓力上下分模造模線，需要可壓縮的補給口元件以賦予補給口元件的基部與模樣表面之間的必要的砂壓實，並且已經發現:諸如W02005/051568和W02007/141466中的可壓縮的補給口元件適於賦予必要的砂壓實且同時具有一致性良好的補給口去除(小印記和易敲落)。
[0022]第二種補給需要是容積驅使的，即存在著為鑄件供應一定體積的液體金屬的需要。容積由幾個因素確定，主要是鑄件重量以及特定的金屬合金的液體和固體金屬收縮。另一因素是鋼鐵水靜壓力(頸部上方的或者與鑄件接觸的液體金屬補給口的有效高度)，這對於在上下分模模具中生產出的鑄件中尤其重要。
[0023]本實用新型所主要關注的是上下分模鑄造模具中的容積需要和尺寸限制。
實用新型內容
[0024]為了向鑄造供應特定的體積的液體金屬，期望套筒在通向鑄件的補給口頸部的內孔上方包括用於充分體積的液體金屬的腔，以提供金屬的儲存並且以充分的鋼鐵水靜壓力補給至鑄件。由於空間限制和產率需要，簡單地使用較大的標準形狀的(即圓形截面或對稱的)補給口並不實用。由於上述原因，還期望使用適於在上下分模高壓力模具機中使用的可壓縮的補給口元件以確保在補給口套筒和模樣之間的良好的砂壓實以及良好的補給口敲落。
[0025]首先嘗試解決該需要涉及使用諸如W02005/051568和W02007/141466中描述的補給口套筒，其中補給口套筒具有圍成了延伸到與圓形可壓縮的補給口元件裝配的較低截頭圓錐或柱狀頸部內的大腔的主體。套筒主體自身是圓形的，具有平坦閉合頂部，然而，難以在模具製作循環中在擺動板的正常移動過程中將補給口套筒的在擺動(模樣)板上的位置保持住。這通過在內部補給口壁上和或補給口頸部上以使得其與定位或支撐銷接觸的方式引入內部肋或翅來緩解，定位或支撐銷用於在套筒被壓縮到模具內之前在模具模樣上保持補給口套筒。另一個方法是使用具有彈簧機構的銷，該彈簧機構被諸如在銷的基部處的金屬球軸承或線加載，使得銷與補給口元件接觸並且在造模過程中將銷保持在適當位置。在造模時，可潰縮的補給口元件賦予所需的砂壓實，並且補給口套筒被維持在所需的位置。然而，在鑄造時，存在著鑄件的不充分補給，導致在鑄件中形成收縮缺陷。在通過增加鋼鐵水靜壓力將這種情況緩解的嘗試中，補給口套筒的基部是帶角度的，以至於當模樣處於其造模位置(上下分模)時，套筒的頂端以高達10度的角度被定位在補給口頸部的水平平面的上方。這通過增加鋼鐵水靜壓力改善了補給性能，但是不足以成產出零缺陷的鑄件。不可能通過增加角度進一步提高補給性能，因為難以在套筒中生產出用於支撐銷的合適的槽並且難以在造模後去除銷而不損壞套筒。
[0026]所嘗試的另一個方法是用不同的補給口元件試驗上下長形的或橄欖形形狀的非縮頸套筒。為了在套筒被壓縮到模具內之前幫助套筒的上下對齊和防止補給口套筒在模具模樣上的轉動，使用了特別構造的支撐銷。銷被構造用於插入穿過補給口元件的內孔並且銷的端部被製成例如平坦葉片或翅的輪廓，使得其只在一個取向上與套筒/補給口元件匹配並因此防止套筒在銷上的轉動。雖然這克服了取向的問題，但是發現:在砂模具的壓縮上的補給口套筒趨向於龜裂。如果使用了由樹脂粘結砂破壞芯子構成的不可壓縮的縮頸補給口元件，則存在著補給口元件的在套筒下方的基部與模樣板附近之間的造模砂的不充分壓實，並且高的造模壓力導致補給口元件的龜裂和破損。類似地，如果與第二長形樹脂粘結的縮頸補給口元件和補給口套筒配合使用諸如W02005/051568和W02007/141466中描述的圓形可壓縮的補給口元件(即由三個部件組成的系統)，則觀察到了縮頸組成部件的破裂和破損。
[0027]因此本實用新型的目的在於提供一種能夠用在採用壓力造模上下分模自動或半自動造|吳機的鑄造造|吳丨呆作中的補給口兀件和補給口系統。
[0028]根據本實用新型的第一方面，提供一種適於在金屬鑄造中使用的長形補給口元件，所述補給口元件具有長度、寬度和高度，所述補給口元件包括:
[0029]沿所述高度測量出的A端和相對的B端，以及沿所述長度測量出的C端和相對的D端，
[0030]所述A端用於安裝在模具模樣或擺動板上並且所述相對的B端用於接收補給口套筒；並且
[0031]在所述A端和所述B端之間由包括臺階狀可潰縮部的側壁限定出內孔；
[0032]所述補給口元件在使用時被壓縮由此減小所述A端和所述B端之間的距離；
[0033]其中，所述側壁具有:第一側壁區，其限定了所述補給口元件的在使用時用作用於補給口套筒的安裝平面的所述B端；和第二側壁區，其與所述第一側壁區連續，
[0034]其中，所述臺階狀可潰縮部包括:與呈直徑遞減的同心環體形式的第四側壁區系列相互連接且形成為一體的呈直徑遞減的同心環形式的第三側壁區系列；
[0035]其特徵在於，
[0036]所述內孔具有從所述補給口元件的中央沿所述長度朝向所述C端偏置的軸線，並且
[0037]所述第二側壁區是非平面的、其與第三側壁區連續並且位於所述內孔軸線與所述D端之間。
[0038]內孔軸線以所述長度的至少10%從所述補給口元件的所述中央偏置。
[0039]因此本實用新型的實施方式能夠提供適於用在高壓力上下分模模具機(諸如由DISA Industries A/S製造的那些等)中的不對稱的補給口元件。如上所述,使用使得在使用時在內孔軸線的上方具有增加了的高度的不對稱的補給口套筒可能是有利的。這提供了位於內孔軸線和補給口頸部上方的較大體積的金屬和鋼鐵水靜(落差)壓力以確保熔態金屬較多且更高效地流動到模腔內。
[0040]因此 申請人:決定試驗側邊開口的套筒(而不是提供較低的縮頸部)，其使得補給口元件被以配置成抵接套筒的開口側的邊緣的方式設置在板上。因此，將諸如W02005/051568和W02007/141466中描述的補給口元件簡單地設置在用於長形套筒上使用的長形板上(見圖1)。然而發現:當高的模具壓力施加至這些組成部件時，補給口元件的可壓縮的部分根據要求潰縮，然而，通過可潰縮部吸收和傳遞並且進入到長形板的力造成補給口的與套筒接觸的部分未料到地彎曲並且由套筒而向外彎(見圖1)。這不令人滿意，因為可能允許熔態金屬從補給口套筒部分而不是從內孔溢出，這進而影響了鑄造的質量和效率。因此期望設計出一種包括了在高壓力下潰縮的可潰縮部以及能夠保持剛性並且即使當不對稱地施加了高的模具壓力時也不扭曲的長形部的補給口元件。
[0041]由於觀察到側壁的最靠近長形板的中央的部分趨向於比側壁其餘部分更加向內潰縮，所以初始工作集中在增強該區域上(見圖2)。然而，未料到地發現，在板的中央區域中包含附加的弧狀金屬加強肋或者在該區域中焊接附加的金屬片以加厚板並未完全防止板彎曲。雖說可以通過由較厚金屬製成整個補給口元件來防止變形，但這也可能防止了內孔在壓力下潰縮並因此不能提供實用的解決方案。因此另一個考慮的解決方案涉及到兩部分單元的準備，其中可壓縮部被附接至較厚且更剛性的板。然而該解決方案被認為是不實用的並且昂貴的，因為設計成給出高容量、長期且最低成本鑄造生產的機器需要低成本的像補給口元件一樣的消耗零部件以便在商業上可行。
[0042]在朝向實用的解決方案進一步工作之後，出乎意料地發現，在可壓縮部附近包含非平面部顯示出加強了板並防止了板在壓縮過程中彎曲。
[0043]儘管現有技術的補給口元件每個都被設計成用於具有對稱的頸部(截面是圓形的)的補給口套筒，但是沒有一個已經解決了本實用新型目標待解決的問題。反而，現有技術聚焦在套筒具有圍繞中心的內孔的圓形壁的補給口系統上，如W02007/141466和DE20112425U1中描述的那些。在DE20112425U1中，補給口元件是剛性的並且在使用時不變形，並且在某些實施方式中安裝表面具有一對隔開的圓形壁(唇部)以使得在造模時，內唇部確保套筒壁的所有碎片被保留在適當位置並且不落入到模具(及鑄件)內。
[0044]補給口元件是長形的，即長度大於寬度。如果用在上下分模模具中，長度將是上下的並且寬度和高度將是水平的。在具體的實施方式中，補給口元件可以是大致橄欖形、橢圓形、矩形、不規則多邊形或長圓形(即具有兩個平行的直邊和兩個部分圓形的端部)。在特定的實施方式中，補給口元件是長圓形。
[0045]應該理解的是，長度、寬度和高度相互正交。
[0046]限定了補給口元件的B端的第一側壁區是沿著高度(平行於內孔軸線)測量時被布置在距離A端最大距離處的的側壁區。第一側壁區在使用時用作安裝表面並因此與補給口套筒的開口側接觸。
[0047]應該理解的是，本實用新型的補給口元件包括第一側壁區(包括安裝表面)、第二側壁區(與第一側壁區和第三側壁區連續)和可壓縮部(包括第三和第四側壁區)。第二側壁區由此形成安裝表面和可潰縮部之間的橋接。
[0048]第二側壁區是非平面的並且具有在內孔軸線的方向上測量出的高度。第二側壁區的高度可以比作補給口元件的高度(A端與B端之間的距離)。在一個系列的實施方式中，第二側壁區的高度(壓縮前)是補給口元件的高度的5%至35%、8%至30%、10%至25%或者14%至21%。
[0049]未被理論所束縛，發明人推斷:非平面的形狀有助於使砂「呈漏鬥狀」由此改善了補給口元件和模具之間的砂壓實。
[0050]在一個實施方式中，第二側壁區對稱於從C端通過內孔軸線至D端的鏡像面。在特定的實施方式中，整個補給口元件對稱於鏡像面。對稱的補給口元件被認為可使搗制中涉及的應力更加均勻地分布。
[0051]在一個實施方式中，第二側壁區在補給口元件的整個寬度上遠離B端朝向A端呈曲線並且往回朝向B端呈曲線並由此形成弧。在沿其長度觀看補給口元件時可以在截面上看見弧。弧相對於B端內凹並且相對於A端外凸。弧的高度是第二側壁區的高度。
[0052]在一個實施方式中，第二側壁區從可潰縮部至第一側壁區向外呈喇叭形。內孔軸線位於通過補給口元件的無數個平面內。在一個實施方式中，第二側壁區是使得其在從C端通過內孔軸線至D端的平面中的截面為直線的形狀。在另一實施方式中，第二側壁區在使得其在包含內孔軸線的各平面中均為直線的形狀。
[0053]在一個實施方式中，第二側壁區在D端(使用時的上側端)處相對於內孔軸線產生角度β，並且在C端(使用時的下側端)處產生角度Y。在一個系列的實施方式中，β為至少60°、至少70°或至少80°。在另一個系列的實施方式中，Y為至少5°、至少10°、至少15°、至少20°或至少25°。在特定的實施方式中，β大於Y。
[0054]為了實用的原因，內孔軸線優選地位於相對於補給口元件和/或第二側壁區的寬度大致居中的位置處。
[0055]內孔軸線以距離Χ(Χ>0)沿著長度從補給口元件的中央偏置。距離X可以比作補給口元件的長度L。在一個系列的實施方式中，X/L為至少5%、10%或15%。在另一個系列的實施方式中，X/L為小於25%、小於20%或小於15%。在特定的實施方式中,X/L為16%至18%。這意味著內孔軸線是以長度的大約1/6從補給口元件的中央偏置。
[0056]第二側壁區位於補給口元件的內孔軸線和D端之間。在一些實施方式中，第二側壁區以同樣位於內孔軸線和C端之間的方式圍繞內孔軸線延伸。在其他實施方式中，第二側壁區沒有位於內孔軸線和C端之間。
[0057]第一側壁區(安裝表面)在使用時與補給口套筒接觸。為了防止金屬從補給口元件和補給口套筒之間洩漏，必須有卡合裝配。第一側壁區因此必須圍繞補給口元件的外圍連續地延伸。典型地，補給口套筒的開口側將以具有與第一側壁區卡合配合的方式形成輪廓。第一側壁區可以被視為安裝環、帶或條。
[0058]相信被施加至補給口元件的力在內孔附近比在補給口元件的其餘部分大，因此產生折彎力矩。非平面部的包含提高了第二側壁區的剛性並且提供了針對摺彎力矩的抵抗能力。
[0059]第一側壁區的深度(從第一側壁區的內逕到外徑的距離)並不被特別限定並且將取決於補給口套筒的大小。在某些實施方式中，第一側壁區的深度(如果該深度不一致的話則是第一側壁區的平均深度)可以是至少5mm、至少IOmm或至少15mm。在另一些實施方式中，第一側壁區的深度(或第一側壁區的平均深度)可以小於50mm、小於45mm、小於40mm、小於35mm、小於30mm、小於25mm、小於20mm、小於15mm或小於10mm。在特定的實施方式中，第一側壁區具有5mm至15mm的深度(或平均深度)。
[0060]在一個實施方式中，第一側壁區(安裝表面)以大於0°到高達(並且包括)90°相對於內孔軸線傾斜。在另一實施方式中，第一側壁區(安裝表面)以角度α相對於內孔軸線傾斜，其中O < α <90。在一個系列的實施方式中，α為至少30°、至少40°、至少45°、至少50°、至少55°、至少60°、至少65°、至少70°或者至少75°。在一個系列的實施方式中，α為小於85°、小於75°、小於70°、小於65°、小於60°、小於55°或小於45°。在特定的實施方式中，α為50°至70°。
[0061]限定了內孔的側壁可以包括臺階並由此提供了可壓縮部(即臺階狀可潰縮部)。在這樣的實施方式中，側壁可以包括至少一個臺階。在一個系列的實施方式中，可以設置至少2個、至少3個、至少4個、至少5個、至少6個或至少7個臺階。在另一個系列的實施方式中，可以設置少於15個、少於12個、少於10個、少於9個、少於8個、少於7個、少於6個、少於5個、少於4個或少於3臺階。在特定的實施方式中，臺階狀側壁包括3個至6個臺階。
[0062]在一個實施方式中，第二側壁區和可潰縮部具有大致相同的寬度。
[0063]在一個系列的實施方式中，可潰縮部的長度(如果可潰縮部包括環狀臺階的話則是最大直徑)是補給口元件的長度的35%至70%、40%至60%或者45%至50%。
[0064]各臺階可以是大致圓形、橄欖形、橢圓形、正方形、矩形、多邊形或長圓形。各臺階可以是與其他臺階相同(或者不同)的形狀的。在特定的實施方式中，側壁包括至少3個圓形臺階。
[0065]各臺階可以由第三側壁區和與第三側壁區連續的第四側壁區形成，只是其中第四側壁區設置成相對於內孔軸線的角度與第三側壁區不同。應該理解的是，第三側壁區可以與全部或部分第二側壁區形成為一體。
[0066]第三側壁區可以平行於內孔軸線或者可以以小於90°傾斜於內孔軸線。第四側壁區額可以垂直於內孔軸線或者以小於90°遠離A端並朝向內孔軸線傾斜。
[0067]補給口元件的側壁包括與呈直徑遞減的同心環體形式的第四側壁區系列(所述系列具有至少一個構件)相互連接且形成為一體的呈直徑遞減的同心環形式(當所述系列具有一個以上構件時)的第三側壁區系列(所述系列具有至少一個構件)。第三和第四側壁系列一起形成側壁的臺階狀部並且可以被視為補給口元件的可壓縮部。側壁區可以是大致均勻的厚度，使得補給口元件的內孔的直徑從補給口元件的A端增加至B端。適宜的是，第三側壁區系列是柱形(即平行於內孔軸線)，雖然他們可以是截頭圓錐形(即傾斜於內孔軸線)。適宜的是，第四側壁區系列垂直於內孔軸線。兩個側壁區系列可以是圓形形狀的，或者是非圓形形狀的(例如，橄欖形、橢圓形、正方形、矩形、多邊形或長圓形)。
[0068]補給口元件可以具有相互連接並形成為一體的、可多至六個或更多的第三和第四側壁區。在一個特定的實施方式中，五個第三側壁區與四個第四側壁區相互連接並形成為一體。在另一實施方式中，三個第三側壁區與兩個第四側壁區相互連接並形成為一體。
[0069]在一些實施方式中，第四側壁區的內徑與外徑之間的距離為3mm至12mm或5mm至8_。側壁區的厚度可以是0.2mm至1.5mm.0.3mm至1.2mm或0.4mm至0.9mm。側壁區的理想厚度根據不同的元件變化並且受補給口元件的大小、形狀和材料以及受其製造所用過程的影響。在補給口元件由單張金屬板加壓成型的實施方式中，第二側壁區的厚度將與第三和第四側壁區的厚度大致相同。
[0070]從之前的論述應該理解的是，補給口元件打算與補給口套筒配合使用。因此，實用新型在第二方面中提供了一種用於金屬鑄造的補給口系統，包括根據第一方面的補給口元件和被固定至該補給口元件的補給口套筒，補給口套筒被形成與第一側壁區的角度匹配的輪廓。
[0071]被構造為與水平分模模具機一起使用的標準補給口套筒包括:具有曲線內部的中空主體和用於從上方安裝到圓形破壞芯子(可潰縮的或相反)的開口環形基部。對於某些應用，補給口套筒也可以非圓形的，其帶有用於安裝在非圓形破壞芯子的具有環形基部。
[0072]在第二方面的補給口系統中，補給口套筒可以被構造為與上下分模模具機一起使用，並且可以包括具有被構造為與補給口元件的安裝表面匹配的開口側的中空主體。開口側在可以在形狀上為圓形或非圓形，但是優選地為長形(即套筒具有長度和寬度，其中長度大於寬度)。在具體的實施方式中，開口側可以大致為橄欖形、橢圓形、正方形、矩形、多邊形或長圓形(即具有兩個平行的直邊和兩個部分圓形的端部)。
[0073]應該理解的是，壓縮量和引起壓縮所需的力將受到包括補給口的製造材料和側壁的形狀及厚度在內的多個因素的影響。同樣應該理解的是，單個補給口元件將根據所打算的應用、涉及到的預期壓力和補給口大小需要進行設計。
[0074]補給口元件在使用時(造模過程中)可壓縮。初始壓毀強度是引發壓縮並且使補給口元件超越或超出已經處在其未被使用且未被壓毀狀態的固有柔韌性不可逆地變形所需的力。W02007/141466包括示出了補給口元件在受到力時變形的多個圖表。參考隨附的來自W02007/141466的示例圖表是為了表明初始壓毀強度。參見圖3a，針對沒有補給口元件補給口套筒(上側的線)和具有補給口元件的相同的補給口套筒(下側的線)繪製出力與板的位移的關係的曲線。參見上側的線，將注意到:隨著力增加，存在與補給口套筒的固有柔韌性(可壓縮性)相關聯的補給口套筒的壓縮直到施加了臨界力(O點)，在此稱作套筒壓毀強度(大約4.5kN)，該點之後套筒的壓縮在遞減的負載下平穩地進行。參見下側的線，將注意到:隨著力增加，存在補給口元件和套筒的極小壓縮，直到施加了臨界力(P點)，在此稱作初始壓毀強度，在這之後，壓縮在較低負載下迅速地進行。圖3b示出在具有補給口套筒60(圖6中所示)的根據實用新型的實施方式的補給口元件20(圖4中所示)上進行的壓縮測試得出的結果。對於前述的測試，可以看出:隨著力增加，存在補給口元件與套筒的極小壓縮直到初始壓毀強度(P點，大約2kN)。接著壓縮在較低負載下進行，其中在初始壓毀強度發生之後Q點產生了最小力測量。在壓縮測試過程中在平穩地施加力的狀態下，發生進一步壓縮並且力增加至與補給口元件的潰縮的臺階狀級數的開端和結束相關聯的進一步最大點(R和T)和最小點(S和U)。
[0075]如果初始壓毀強度太高，那麼造模壓力可能造成補給口套筒在補給口元件的壓縮引發之前故障。因此，為了實用的原因，補給口系統典型地包括補給口元件和補給口套筒，其中補給口元件的初始壓毀強度低於補給口套筒的壓毀強度。在一個系列的實施方式中，補給口元件的初始壓毀強度不超過7kN(7000N)、不超過6kN、不超過5kN、不超過4kN或者不超過3kN。在另一個系列的實施方式中，初始壓毀強度可以是至少250N、至少500N、至少750N或者至少IOOON(IkN)。如果壓毀強度太低，那麼補給口元件的壓縮可能在被意外地引發，例如若為了存儲或在運輸過程中將多個元件堆疊。
[0076]本實用新型的補給口元件可以被視作可潰縮破壞芯子，因為該術語適於描述元件在使用時的一些功能。傳統上，破壞芯子包括樹脂粘結砂。它們也可以包括陶瓷材料或者補給口套筒材料製成的芯子。然而，本實用新型的補給口元件能夠由各種其他適合的材料製造，包括金屬(例如，鋼、鋁、鋁合金、黃銅、銅等)或塑料。在一個實施方式中，補給口元件是金屬的，並且在特定的實施方式中，補給口元件是鋼的。在某些構造中，可以更適當地將補給口元件視為補給口頸部。
[0077]在某些實施方式中，補給口元件可以由金屬成型而成，並且可以由厚度一致的單張金屬板加壓成型。在一個實施方式中，通過拉延過程製造補給口元件，其中通過衝床的機械動作將金屬板坯迅速地拉延成成型模。當拉延出的零部件的深度超過其直徑時該加工被視為深度拉延並且通過經由一系列的模將零部件再次拉延來實現。為了適用於加壓成型，金屬應該充分地具有延展性以防止在成型加工過程中撕裂或龜裂。在某些實施方式中，補給口元件由冷軋鋼製成，其中典型的含碳量的範圍從最小0.02% (等級DC06，歐洲標準EN10130-1999)至最大0.12% (等級DC01，歐洲標準EN10130-1999)。如果補給口元件通過不同方式製得，則其他碳含量(例如，大於0.12%、大於0.15%或大於0.18%)可能是適合的。
[0078]如本文中所使用的，術語「可壓縮的」被用在其最寬泛的含義並且僅打算表達補給口元件的在A端和B端之間的高度在壓縮後比壓縮前短。在一個實施方式中，所述壓縮是不可恢復原狀的，即在引起壓縮的力去除之後補給口元件不能恢復至其最初的形狀。
[0079]在一個實施方式中，限定了補給口元件的A端的側壁區的自由邊具有向內指向的唇部或環狀凸沿。
[0080]補給口元件的壓縮行為可以通過調節各側壁區的尺寸來改變。在一個實施方式中，第三側壁區系列中的所有第三側壁區具有相同長度並且第四側壁區系列中的所有第四側壁區具有相同長度(可以彼此相同或不同，並且可以與第一側壁區相同或不同)。然而在特定的實施方式中，第三側壁區系列和/或第四側壁區系列的長度朝向補給口元件的A端逐漸地增大。
[0081]可以將補給口套筒的與補給口元件接觸的表面區域描述為接觸區域。在一個系列的實施方式中，套筒的接觸區域的至少75 %、至少80 %、至少85 %、至少90 %或者至少95 %是與第一側壁區(安裝表面)發生的。在特定的實施方式中，套筒的接觸區域的100%都是與第一側壁區發生的，即補給口套筒與第一側壁區接觸但是不與第二側壁區接觸。
[0082]可以在某些區域將補給口套筒的壁加厚以增加開口側的表面區域並且提供較大的接觸區域並因此較大地支撐在補給口元件的安裝表面上。補給口套筒的在使用時形成補給口的基部的壁也可以形成為例如朝向鑄件的位置呈傾斜向下的輪廓，以進一步促進熔態金屬從補給口流入並補給到鑄件內。
[0083]在使用時，以使得套筒的開口側處於沿著大致上下的平面的方式將套筒取向並且以使得內孔設置成比套筒的上端更靠近套筒的下端的方式將補給口元件定位在開口側。因此，補給口系統的設計將允許套筒中待提供的熔態金屬落差能夠在內孔的上方以確保熔態金屬高效地供應至模具。
[0084]補給口套筒的性質並不特別地限定並且可以是例如絕緣的、放熱性的或者是兩者的組合。兩者的製造模式均不被特別限定，可以使用例如真空成型加工或射芯法來製造。典型地，補給口套筒由低和高密度耐火填充物(例如，石英砂、橄欖石、矽酸鋁中空微球體與纖維、耐火粘土、氧化鋁、浮石、蛭石、珍珠巖)與粘合劑的混合物製得。放熱性套筒進一步需要燃料(通常是鋁或鋁合金)、氧化劑(典型地為鐵氧化物、二氧化錳或硝酸鉀)和通常的引發劑/敏化劑(典型地為冰晶石)。
[0085]在一個系列的實施方式中，補給口套筒具有至少3.5kN、至少5kN、至少8kN、至少12kN、至少15kN或至少25kN的強度(壓毀強度)。在一個系列的實施方式中，套筒強度小於25kN、小於20kN、小於18kN、小於15kN、小於IOkN或小於8kN。為了便於比較,將補給口套筒的強度限定為由補給口套筒材料製得的50mmX50mm的柱狀測試主體的比較強度。使用201/70EM壓縮測試機(Form&Test Seidner,Germany製造的)，並且根據製造廠商的說明書進行操作。將測試主體居中地放置在鋼板中的下側板上，並且由於下側板以20mm/min的速度朝向上側板移動對測試主體施加負載以將其毀壞。補給口元件的有效強度將不僅取決於準確成分、所使用的粘合劑以及製造方法，而且還取決於套筒的大小和設計，這通過測試主體的強度通常高於針對標準帶有平坦頂部的6/9K套筒測量出的強度的事實得以闡釋。
[0086]補給口套筒可以在包括柱狀、橄欖形和拱頂形在內的多種形狀下可用。套筒主體可以是帶平坦頂部的、拱頂的、帶平坦頂部的拱頂形或者任何合適的形狀。適宜的是，補給口套筒可以通過膠黏劑被固定至補給口元件，但是也可以是推動配合或者具有圍繞補給口元件的一部分成型的套筒。優選地，補給口套筒被黏附至補給口元件。
[0087]優選的是，在補給口套筒內包括威廉氏楔(Williams Wedge)。該威廉式楔可以是插件或者優選地是在套筒的成型過程中生產出的一體部分，並且包括位於套筒的內頂部上的稜形。在鑄造時，當套筒充有熔態金屬時，威廉式楔的邊緣確保了熔融金屬的表面的大氣穿刺(atmospheric puncture)和補給口內的真空效果的釋放以允許更加一致的補給。典型地，威廉式楔將與補給口元件有少量接觸或者沒有接觸。
[0088]補給口系統可以進一步包括支撐銷以在套筒被壓縮到模具內之前將補給口套筒保持在模具模樣上。支撐銷將被構造用於插入穿過補給口元件的偏置的內孔並且可以被構造成防止套筒和/或補給口元件在壓縮過程中相對於該銷轉動(例如，銷的端部可以被形成使其只在一個取向上與套筒/補給口元件匹配的輪廓)。支撐銷也可以進一步被構造成在銷的基部附近包括一裝置，並且該裝置與補給口元件接觸並且在造模循環期間將其保持在適當位置。該裝置可以包括例如形成了與補給口元件的第一側壁區的內表面之間的壓力/接觸的彈簧加載的球軸承或彈簧夾。可以採用在造模循環期間將補給口系統保持在模樣板上的適當位置處的其他方法，只要可以為造模機的擺動板供應某些服務，例如可以使用電線圈將造模銷的基部臨時磁化，使得當使用鋼或鐵補給口元件時補給口系統在造模過程中被保持在適當位置，或者可以將補給口系統放置在模樣板上的可充氣袋上方，當在造模過程中通過壓縮空氣將該袋充氣時，該可充氣袋膨脹抵著補給口元件和/或套筒的內孔壁。在這兩個示例中，都將在造模之後立即釋放電磁力或壓縮空氣以允許模具和套筒系統能夠從模樣板釋放。也可以在造模銷的基部和/或模樣板的鄰接造模銷的基部的區域中使用永久磁體，磁體的力充分到足以在造模循環期間將補給口系統保持在適當位置，但是低到足以允許在造模循環結束時組合起來的模具和套筒系統能夠釋放，並且當從模樣板上取下時該組合起來的模具和套筒系統能夠維持整體性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0089]現在僅參照附圖並藉助示例來描述本實用新型的實施方式，附圖中:
[0090]圖1A示出比較的補給口元件和補給口套筒。圖1B示出壓縮之後的圖1A中的補給口元件。
[0091]圖2A和2B示出比較的補給口元件。
[0092]圖3a示出針對現有技術的補給口套筒和補給口系統的力與位移的關係的曲線圖。
[0093]圖3b示出針對包括了根據本實用新型的實施方式的補給口元件(如圖4所示)和被具體地設計為與該補給口元件使用的補給口套筒(圖6中所示)的補給口系統的力與位移的關係的曲線圖。
[0094]圖4a示出根據本實用新型的實施方式的補給口元件的主視圖。
[0095]圖4b示出根據本實用新型的實施方式的補給口元件的俯視圖。
[0096]圖4c示出根據本實用新型的實施方式的補給口元件的側視圖。
[0097]圖4d示出根據本實用新型的實施方式的補給口元件的立體圖。
[0098]圖5a示出根據本實用新型的另一實施方式的補給口元件的主視圖。
[0099]圖5b示出根據本實用新型的另一實施方式的補給口元件的俯視圖。
[0100]圖5c示出根據本實用新型的另一實施方式的補給口元件的側視圖。
[0101]圖5d示出根據本實用新型的另一實施方式的補給口元件的立體圖。
[0102]圖6a示出適於在根據本實用新型的補給口系統中使用的補給口套筒的主視圖。
[0103]圖6b示出適於在根據本實用新型的補給口系統中使用的補給口套筒的剖視圖。
[0104]圖6c示出適於在根據本實用新型的補給口系統中使用的補給口套筒的立體圖。
【具體實施方式】
[0105]圖1A示出經由固定銷8被安裝在模具模樣6上的比較的補給口元件4上所安裝的比較的補給口套筒2。這是設計適於在上下分模模具中使用的補給口系統的不成功的嘗試。
[0106]補給口元件4具有用於安裝在模具模樣6上的A端和用於接收補給口套筒2的相對的B端和在A端與B端之間的由臺階狀側壁10限定的內孔。內孔軸線從補給口元件的中央朝向C(下)端偏置。彈簧銷8被變型成適於在上下分模模具中使用。彈簧銷具有非圓形截面以使補給口元件和補給口套筒被固定地保持並且不能轉動。在造模時，臺階狀側壁10潰縮，允許了補給口元件壓縮並且減小了 A端與B端之間的距離。
[0107]然而，如圖1B所示，已出乎意料地發現，當內孔從補給口元件的中央偏置時，安裝表面(限定了B端)彎曲，允許了熔態金屬從補給口套筒的部分溢出。
[0108]因此，單獨地通過使內孔偏置不能獲得適於在上下分模套筒中使用的補給口元件。
[0109]圖2示出比較的補給口元件12。這是設計適於在上下分模模具中使用的補給口系統的另一不成功的嘗試並且不是現有技術。通過成型加壓出弧形肋14以加厚安裝板將圖1中的補給口元件4變型。當與補給口套筒一起使用時，附加的特徵稍微減小了但並未消除造模時當受到壓力時產生的彎曲。
[0110]圖4是根據本實用新型的實施方式的補給口元件20。補給口元件20包括:用於安裝在模具模樣(未示出)上的A端；用於安裝在補給口套筒(未示出)上的相對的B端；和在A端與B端之間的由臺階狀側壁22限定的內孔。內孔具有通過其中心的軸線Z，該軸線從補給口元件的中央以距離X偏置。補給口元件具有從A端到B端沿內孔軸線測量出的高度H。
[0111]第一側壁區24限定了補給口元件的B端並且在使用中用作用於補給口套筒的安裝表面。第一側壁區(安裝表面)24相對於內孔軸線呈角度α (α =60° )遠離A端傾斜。補給口元件具有長圓形形狀，該形狀具有通過上部分圓形頂部邊28和下部分圓形底部邊30接合的兩個長度方向直邊26。補給口元件20因此具有由底部邊30的最下部分(C端)與頂部邊28的最上部分(D端)之間的距離限定的長度L，和由兩個長邊26之間的距尚限定的覽度W。
[0112]如圖所示，內孔軸線Z朝向C端偏置並且在補給口元件的整個寬度上居中地設置。內孔軸線Z被定位在補給口元件的長度的大約1/3處，所以距離X是補給口元件的長度的大約 1/6(17% )。
[0113]補給口元件20由整體結構製成，並且由單張金屬板加壓成型並被設計成可在使用時被壓縮由此減小A端與B端之間的距離。該特徵通過臺階狀側壁22的結構來實現，在本例子中該側壁包括A端和B端之間的四個圓形臺階。第一(且最大的)臺階包括:第三側壁區32a，其幾乎平行於內孔軸線Z ;和第四側壁區34a，其傾斜於內孔軸線Z並由此形成截頭圓錐凸沿。隨後的臺階與第一臺階類似並且包括平行於內孔軸線Z的第三側壁區(環)32b、32c、32d和傾斜於內孔軸線Z並由此形成截頭圓錐凸沿的第四側壁區(環體)34b、34c、34d。截頭圓錐部36從第四側壁區34d的內圓周延伸至端部A以便為內孔提供開口，並且在A端形成有向內指向的唇部以便提供用於安裝在模具模樣上的表面並且以便在最終鑄件補給頸部中產生凹口以便於補給的去除(敲落)。在其他實施方式中，可以設置更多臺階並且第三和/或第四側壁區可以變化地傾斜於或平行於或垂直於內孔軸線Z0補給口元件20的初始壓毀強度如圖3b所示為大約2kN。
[0114]圓形臺階提供補給口元件20中的可壓縮部。第二側壁區38提供從可壓縮部到第一側壁區(安裝表面)24的橋接。第二側壁區38與第一側壁區24連續，並且也與第三側壁區32a連續。在該實施方式中，第二側壁區38沒有朝向C端圍繞內孔延伸。因此第三側壁區32a與第一側壁區連續。
[0115]第二側壁區38和可潰縮部(即第三側壁區32a的直徑)具有大致相同的寬度。可潰縮部(即第三側壁區32a的直徑)的長度是補給口元件20的長度的大約50%。
[0116]很明顯，第二側壁區38是非平面的。沿著長度方向看，可以看出第二側壁區38遠離B端朝向A端呈曲線並往回朝向B端呈曲線由此形成弧。弧的最大高度(h)是補給口元件的高度(H)的大約15%。
[0117]第二側壁區38 (並且還有整個補給口元件20)對稱於從C端通過內孔軸線Z到D端的鏡像面。該鏡像面在圖4b和圖4c中用虛線示出。
[0118]圖5示出根據本實用新型的實施方式的補給口元件40。補給口元件40與補給口元件20類似，但是第二側壁區(橋接部)呈喇叭形，並且可壓縮部具有較少臺階。
[0119]補給口元件40包括:用於安裝在模具模樣(未示出)上的A端；用於安裝在補給口套筒(未示出)上的相對的B端；和在A端與B端之間的由臺階狀側壁42限定的內孔。內孔具有通過其中心的軸線Z，該軸線從補給口元件的中央以距離X偏置。補給口元件具有從A端到B端沿著內孔軸線測量出的高度H。
[0120]補給口元件40由單張金屬板加壓成型，並且被設計成可在使用時被壓縮由此減小A端與B端之間的距離。該特徵通過在A端和B端之間包括兩個圓形臺階的臺階狀側壁42的結構來實現。第一(且最大的)臺階包括:第三側壁區(環)44a，其平行於內孔軸線Z ;和第四側壁區(環體)46a，其傾斜於內孔軸線Z並由此形成截頭圓錐凸沿。隨後的臺階與第一臺階44a類似，並且包括:第三側壁區44b，其平行於內孔軸線Z ;和第四側壁區46b，其傾斜於內孔軸線Z並由此形成截頭圓錐凸沿。截頭圓錐部48從第四側壁區46b的內圓周延伸至A端以便為內孔提供開口，並且在A端形成有向內指向的唇部以提供用於安裝在模具模樣上的表面並且以便在最終鑄件補給頸部中產生凹口以便於補給的去除(敲落)。在其他實施方式中，可以設置更多臺階並且第三和/或第四側壁區可以變化地傾斜於或平行於內孔軸線Z。
[0121]圓形臺階提供補給口元件40中的可壓縮部。第二側壁區50提供從可壓縮部到第一側壁區(安裝表面)52的橋接。在該實施方式中，第二側壁區50朝向C端圍繞內孔延伸。因此第三側壁區44a與第二側壁區50連續，但是不與第一側壁區52連續。
[0122]第二側壁區50 (並且還有整個補給口元件40)對稱於從C端通過內孔軸線Z至D端的鏡像面。該鏡像面在圖5b和圖5c中用虛線示出。
[0123]第二側壁區50具有稍微大於可潰縮部(即第三側壁區44a的直徑)的寬度。可潰縮部的長度(即第三側壁區44a的直徑)是補給口元件40的長度(L)的大約47%。
[0124]從附圖明顯看出，第二側壁區50是非平面的。第二側壁區50從第三側壁區44a到第一側壁區(安裝表面)52向外呈喇叭形。可潰縮部是圓形並且安裝表面52是長圓形(沿內孔軸線看時)。由於第二側壁區將不同形狀的部分橋接，所以如補給口元件的沿長度方向的截面中所示出的，圍繞補給口元件的外圍第二側壁區的角度是變化的。內孔軸線Z位於截面的平面內。可以看出，第二側壁區50在補給口元件的D(上)端處產生角度β並且在補給口元件的C(下)端出產生角度Y。相對於內孔軸線Z測量時β (大約81° )比Y (10° )大得多。應該注意的是，在該角度和內孔軸線所在的任何截面中，第二側壁區50的截面都是直線的。
[0125]第二側壁區的最大高度(h)是補給口元件的高度(H)的大約21%。
[0126]圖6示出適於與圖4和圖5中的補給口元件一起使用的補給口套筒60。補給口套筒60被構造成與上下分模模具機一起使用並且包括中空主體62，該中空主體在截面上為大致長圓形並且具有開口側64，開口側被構造成在套筒的基部64a處與諸如圖4和圖5中所示出的補給口元件等的補給口元件的安裝表面匹配。開口側64因此為具有長度和寬度的大致長圓形，其中長度大於寬度。套筒的基部64a以角度α形成輪廓以確保與具有帶角度的安裝表面的補給口元件卡合配合。在示出的實施方式中，在主體62的後壁68上設置有水平凹部66，其用於支撐銷(未示出)的定位。適於與補給口套筒一起使用的彈簧銷包括與水平凹部匹配的成型部，用於將補給口套筒和補給口元件保持處於豎直位置並由此防止轉動。此外，在主體的頂部設置有威廉氏楔70，其從後壁68延伸至開口側64。
[0127]實施例
[0128]在隨後的示例中，對多種補給口系統進行測試，包括標準的和比較的補給口元件、標準的和比較的補給口套筒以及根據本實用新型的補給口系統(元件和套筒)的組合。
[0129]補給口套筒全部從福士科(Foseco)售出的商標為KALMINEX和FEEDEX的標準市售放熱性混合物生產出，並且使用射芯(core-shot)過程生產。典型的KALMINEX套筒具有10-12kN的壓毀強度。典型的FEEDEX補給口套筒具有至少25kN的壓毀強度。
[0130]標準的、比較的和實用新型的金屬補給口元件通過對鋼板加壓製成。金屬板是厚度為0.5mm的冷軋低碳鋼(CRl，BS1449)，除非另有說明。
[0131]在DISAMATIC造模機(Disal30)上進行造模測試。將補給口系統放置在附接至水平模樣(擺動)板的支撐銷上，該水平模樣板接著向下擺動90度使得模樣板(面)處於上下位置。接著利用壓縮空氣將溼砂造模混合物吹(射)到矩形的鋼室內，並且接著抵著位於該室的兩端的兩個模樣壓擠溼砂造模混合物。壓擠後，使其中一個模樣板向上擺動以打開該室並且相對的板將完成的模具推到輸送帶上。由於補給口系統被包圍在壓縮了的模具內，所以需要小心地破開各模具以檢查補給口系統。支撐銷居中地位於(擺動)模樣板(750mmX535mm)上，其可被安裝在凸起部上或者在附接至擺動板的120mmX 120mmX20mm的板上。射砂壓力為2bar並且壓擠板壓力為IOkPa或者15kPa。
[0132]進行計算機模擬(由Abaqus Inc製作的ABAQUS)以評價施加在包括了與圖6中的套筒60具有類似尺寸的長形FEEDEX補給口套筒和圖4中的補給口元件20的補給口系統上的應力。先進的有限元分析軟體包括用於模擬的靜態和動態的應力-應變解析器。通過在Z軸上將補給口元件固定並接著將該模型置於一定的應變程度下使得該補給口元件在一定的時間內在Z軸上以一定的距離壓縮。這使得不同的應力作用到模型的不同部分。利用套筒和補給口元件的機械特性以使得能夠模擬補給口套筒內的應力並且補給口元件壓縮了的方式對模型進行編程。對補給口元件使用了 208.5GPa的楊氏模量，並且對補給口套筒使用了 539MPa的楊氏模量。對補給口元件和套筒兩者使用了 0.25的泊松比。
[0133]測試了分別與圖1和圖6中的補給口套筒配合使用的圖1 (比較的)和圖4(弧形的第二側壁區)中示出的補給口元件。各補給口元件的可潰縮部以類似的方式和幅度變形。然而，圖4中的補給口元件在補給口套筒上造成比比較的補給口元件顯著地小的應力。經歷了非常高的應力的區域是套筒的沿著內部縱向直邊的基部處的區域。
[0134]初始的模擬結果是積極的，但由於對於該特定的應用(鑄件/補給口取向)在模擬工具上的一些限制，所以該結果並不是總的結論，因此進行了實際造模試驗。各種補給口元件全都具有偏置的內孔，並且除了比較例I (25mm)外，內孔直徑均為18mm。下面陳述細節:
[0135]
【權利要求】
1.一種適於在金屬鑄造中使用的長形補給口元件，所述補給口元件具有長度、寬度和高度，所述補給口元件包括: 沿所述高度測量出的A端和相對的B端，以及沿所述長度測量出的C端和相對的D端，所述A端用於安裝在模具模樣或擺動板上並且所述相對的B端用於接收補給口套筒；並且在所述A端和所述B端之間由包括臺階狀可潰縮部的側壁限定出內孔； 所述補給口元件可在使用時被壓縮由此減小所述A端和所述B端之間的距離； 其中，所述側壁具有:第一側壁區，其限定了所述補給口元件的所述B端，所述補給口元件的所述B端在使用時用作用於補給口套筒的安裝平面；和第二側壁區，其與所述第一側壁區連續， 其中，所述臺階狀可潰縮部包括:與呈直徑遞減的同心環體形式的第四側壁區系列相互連接且形成為一體的呈直徑遞減的同心環形式的第三側壁區系列； 其特徵在於， 所述內孔具有從所述補給口元件的中央沿所述長度朝向所述C端偏置的軸線，並且 所述第二側壁區是非平面的、其與第三側壁區連續並且位於所述內孔軸線與所述D端之間。
2.根據權 利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述內孔軸線以所述長度的至少10%從所述補給口元件的所述中央偏置。
3.根據權利要求1或2所述的補給口元件，其特徵在於，所述第二側壁區具有在所述內孔軸線的方向上測量出的是所述補給口元件的所述高度的10%至25%的高度。
4.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述第二側壁區在整個所述寬度上遠離所述B端朝向所述A端呈曲線並且往回朝向所述B端呈曲線並由此形成弧。
5.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述第一側壁區以角度α相對於所述內孔軸線傾斜，其中0° < α <90°。
6.根據權利要求5所述的補給口元件，其特徵在於，α為50°至70°。
7.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述第二側壁區對稱於從所述C端通過所述內孔軸線至所述D端的鏡像面。
8.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述臺階狀可潰縮部和所述第二側壁區具有大致相同的寬度。
9.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述臺階狀可潰縮部的長度是所述補給口元件的所述長度的35%至70%。
10.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述臺階狀可潰縮部包括2至6個臺階。
11.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述第二側壁區從所述可潰縮部至所述第一側壁區向外呈喇叭形。
12.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述第二側壁區在所述D端處相對於所述內孔軸線產生至少60°的角度。
13.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述第二側壁區在所述C端處相對於所述內孔軸線產生至少5°的角度。
14.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，沿著所述內孔軸線看時，所述補給口元件是橄欖形、橢圓形、矩形、不規則多邊形或長圓形的。
15.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述補給口元件由整體結構製成。
16.根據權利要求15所述的補給口元件，其特徵在於，所述補給口元件是由均勻厚度的單張鋼板加壓成型的。
17.根據權利要求中I所述的補給口元件，其特徵在於，所述補給口元件具有至少250N的初始壓毀強度。
18.根據權利要求17所述的補給口元件，其特徵在於，所述補給口元件具有小於7kN的初始壓毀強度。
19.根據權利要求18所述的補給口元件，其特徵在於，所述補給口元件具有IkN至3kN的初始壓毀強度。
20.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述內孔軸線位於相對於所述補給口元件和/或所述第二側壁區的寬度大致居中的位置處。
21.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所述第一側壁區具有至少5mm的深度。
22.根據權利要求1所述的補給口元件，其特徵在於，所訴第三側壁區和所述第四側壁區是圓形形狀的。
23.一種用於金屬鑄造的補給口系統，該補給口系統包括根據前述權利要求中的任一項所述的補給口元件和被固定至該補給口元件的補給口套筒，所述補給口套筒被形成與所述第一側壁區匹配的輪廓。
24.根據權利要求23所述的補給口系統，其特徵在於，所述補給口套筒具有橄欖形、橢圓形、正方形、矩形、多邊形或長圓形的開口側。
25.根據權利要求23或24所述的補給口系統，其特徵在於，所述補給口套筒的接觸區域的至少75%是與所述第一側壁區接觸。
26.根據權利要求23或24所述的補給口系統，其特徵在於，所述補給口套筒具有至少5kN的壓毀強 度。
【文檔編號】B22C9/08GK203470825SQ201320026275
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年1月17日 優先權日:2012年5月15日
【發明者】簡·塞爾斯特倫, 保羅·大衛·傑夫 申請人:福塞科國際有限公司