[发明专利]用于金属铸造的补给口元件和补给口系统

说明书

技术领域

本发明涉及适于在利用铸造模具的金属铸造操作中、特别是但非排他性地在高压力上下分模砂造模系统中使用的补给口元件。

背景技术

在典型的铸造过程中，将熔态金属倒入限定了铸件的形状的预成型的模腔内。然而，金属凝固时收缩，导致缩孔(shrinkage cavity)进而导致最终铸件中不可接受的缺陷。这是铸造工业中熟知的问题，并且通过使用在模具形成过程中与模具为一体的补给口套筒或冒口来解决。各补给口套筒均提供与模腔连通的附加的(通常是封闭的)容积或腔。在凝固过程中，补给口套筒内的熔态金属回流到模腔内以补偿铸件的收缩。补给口套筒中的金属比模腔中的金属更长时间地保持熔态是重点，所以补给口套筒被制成高度绝缘或更通常是放热，使得在与熔态金属接触时产生附加的热以使凝固迟延。

在模具材料凝固和去除之后，来自补给口套筒腔内的不期望的残余金属保持附着于铸件并且必须被去除。为了便于残余金属的去除，在一般称为缩颈套筒的设计中补给口套筒腔可以朝向其基部(即补给口套筒的将最靠近模腔的端部)锥形地变细。在对残余金属施加猛击时，残余金属在将接近铸件表面的最弱点处分开(该过程一般称作“敲落”)。理想地，铸件上有小印记，以允许补给口套筒在铸件的可能受相邻特征限制其访问的区域中定位。

虽然补给口套筒可以被直接施加到模腔的表面上，但是他们常常与破坏芯子(breaker core)配合使用。破坏芯子是简单地位于模腔和补给口套筒之间的其中心具有孔的由耐火材料制成的圆盘(典型地为树脂粘结砂芯子或陶瓷芯子或补给口套筒材料制成的芯子)。穿过破坏芯子的孔的直径被设计成小于补给口套筒(不一定锥形地变细)的内腔的直径，使得在靠近铸件表面的破坏芯子处发生敲落。

也可以由金属制造出破坏芯子。DE 19642838A1公开了一种用刚性平坦环体代替传统陶瓷破坏芯子的变型的补给系统，并且DE 20112425U1公开了一种利用刚性“帽子状”环体的变型的补给系统。

一般使用限定了模腔的造模模样来形成铸造模具。在模样板上在作为补给口套筒用的安装点的预定位置处设置有销。所需的套筒被安装在模样板上时，通过将造模砂倒在模样板上和补给口套筒周围直到补给口套筒被覆盖并且模具箱被充满为止从而形成模具。模具必须具有充分的强度，以抵抗熔态金属的倾倒过程中的冲蚀、经受住模具被充满时被施加在模具上的钢铁水静压力(ferrostatic pressure)以及抵抗金属凝固时的膨胀/压缩力。

造模砂可以分为两个主要类别。化学粘结的(基于有机或无机粘合剂)或粘土粘结的。化学粘结的造模粘合物典型地为自硬化系统，其中粘合剂和化学硬化剂与砂混合并且粘合剂和硬化剂立即开始反应，但是充分地慢足以允许砂能够围绕模样板成形并且接着能够被足够地硬化以使其可被去除和铸造的。

粘土粘结的造模砂使用粘土和水作为粘合剂，并且可以在“湿”或未干状态下被使用并且一般简称为湿砂。在只有压缩力的状态下，湿砂混合物不轻易流动或者移动。因此，要将围绕模样的湿砂压实并赋予模具如之前详述的充分的强度特性，需要施加摇动、振动、压挤和捣击的多种组合以便通常以高生产率生产出均匀强度的模具。典型地通常使用液压捣锤以高压力将砂压缩(压实)(该过程简称为“捣制”)。随着铸件复杂性和生产效率需求的提高，存在着在尺寸上更加稳定的模具的需要，并且趋向于朝向当存在补给口套筒和/或破坏芯子时、特别是如果破坏芯子或补给口套筒在捣制之前与模样直接接触时则可能导致补给口套筒和/或破坏芯子的破损的较高捣击压力的趋势。