BR112015018294B1 - Aparelho e molde de fundição centrífuga, molde de fundição estruturado para associação operativa e método para produzir um fundido de um material metálico - Google Patents

Aparelho e molde de fundição centrífuga, molde de fundição estruturado para associação operativa e método para produzir um fundido de um material metálico Download PDF

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Abstract

resumo “técnicas melhoradas para fundição centrífuga de materiais fundidos” várias características melhoradas são fornecidas para aparelhos de fundição centrífuga, conjuntos rotativos e moldes para produtos de fundição a partir de material fundido. estas características melhoradas, entre outras, porções de porta afuniladas posicionadas adjacentes às cavidades de um molde, sistemas de injeção estendidos e compartilhados, e estruturas de molde detectáveis para modificar as características e comportamento termodinâmico dos moldes durante operações de fundição.

Description

“APARELHO E MOLDE DE FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA, MOLDE DE FUNDIÇÃO ESTRUTURADO PARA ASSOCIAÇÃO OPERATIVA E MÉTODO PARA PRODUZIR UM FUNDIDO DE UM MATERIAL METÁLICO”
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001]O presente pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente US 13/792.929, depositado em 11 de Março de 2013 e pedidos de prioridade para o Pedido de Patente US 14/169.665, depositado em 31 de janeiro de 2014, cujas revelações são aqui incorporadas por referência na sua totalidade.
FUNDAMENTAMENTOS DA TECNOLOGIA
CAMPO DA TECNOLOGIA [002]A presente descrição refere-se genericamente a um equipamento e técnicas para a moldagem em centrífuga. A presente divulgação refere-se mais especificamente a um equipamento e técnicas para a fundição centrífuga de materiais metálicos.
DESCRIÇÃO DOS FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA [003]Fundição metálica geralmente inclui o fornecimento de um volume de material metálico fundido para um molde estático ou rotativo e permitindo que o material resfrie para produzir uma peça fundida moldada pelo molde. Peças fundidas podem ser fundidas em forma quase líquida ou podem ainda ser modificadas em forjamento subsequente ou aplicações de usinagem para produzir componentes finais. Os materiais metálicos encolhem durante a transição de fase de líquido para sólido, o que pode resultar em peças fundidas compreendendo porosidade de encolhimento descontrolada, especialmente na dificuldade para moldar materiais metálicos, como, por exemplo, de alumineto de titânio (TiAl) e ligas à base de outros materiais TiAl. Porosidade de encolhimento é inerente à mecânica fundamental de solidificação e pode impactar negativamente a microestrutura bem como rendimento da fundição. Em geral, a porosidade internalizada minimizada pode ser abordada por
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2/50 meio de técnicas de processamento como pensamento isostático quente (HIP). No entanto, a porosidade interna descontrolada pode resultar em distorções de superfície que afetam a qualidade da superfície da peça fundida e aumentar os custos de produção. Porosidade interna descontrolada pode também ser exposta quando peças fundidas são seccionadas ou separadas de componentes de fundição. Quando a porosidade é ligada à superfície, técnicas de processamento atuais podem ser inadequadas para muitas aplicações de fundição. Por exemplo, as técnicas de tratamento de superfície destinadas a preencher ou completar a porosidade podem não conseguir manter a continuidade da fundição, o que pode afetar prejudicialmente as propriedades mecânicas do material fundido. Técnicas de remoção de material, como usinagem para remover porosidade externa também podem reduzir a produção de fundição e expor porosidade adicional.
[004]Técnicas de fundição convencionais para fundição de diversos materiais metálicos, como ligas à base de alumineto titânio, são incapazes de controlar a porosidade de tal modo que a porosidade é internalizada para fora de ambas as superfícies de uma peça fundida e regiões da peça fundida que podem ser posteriormente seccionadas. Por exemplo, outros descreveram a preparação de seções de alumineto de titânio usando uma série de técnicas de fundição estática e de refundição em arco à vácuo. Estas técnicas de fundição estática, no entanto, criam porosidade significativa, o que não pode ser removido utilizando HIP. Outros também descreveram técnicas de fundição centrífuga para a preparação de peças fundidas de aluminetos de titânio que exigem o fornecimento de material fundido para a centrífuga antes de a centrífuga atingir a velocidade de rotação. Taxa de resfriamento e solidificação, no entanto, são difíceis de controlar, como é evidente pela exigência de um método de aquecimento separado e molde para cada peça fundida. Apesar de terem sido relatadas várias outras técnicas de fundição centrífuga, nenhuma é capaz de controlar adequadamente a porosidade do encolhimento.
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3/50 [005]Tendo em conta os inconvenientes associados com as técnicas convencionais de moldagem para materiais metálicos de fundição, incluindo as técnicas de fundição centrífuga, seria vantajoso desenvolver técnicas melhoradas para a fundição de materiais metálicos.
SUMÁRIO DA TECNOLOGIA [006]De acordo com um aspecto da presente invenção, uma modalidade não limitativa de um aparelho de fundição centrífuga compreende um conjunto rotativo configurado para rodar em torno de um eixo de rotação. O conjunto rotativo compreende uma câmara de jito posicionada em torno do eixo de rotação e está estruturado para receber um abastecimento de material fundido. Uma primeira porta e uma segunda porta estão posicionadas para receber material fundido proveniente da câmara de jito em uma direção geral da força centrífuga. Uma primeira cavidade e uma segunda cavidade são empilhadas e estão, respectivamente, posicionadas para receber o material fundido da primeira porta e a segunda porta na direção geral da força centrífuga.
[007]De acordo com outro aspecto da presente divulgação, uma variante não limitativa de um molde de fundição centrífuga compreende uma face dianteira configurada para receber um fornecimento de material fundido, uma face posterior, uma primeira cavidade, e uma segunda cavidade. As primeira e segunda cavidades de cada se estendem a partir da face dianteira para a face traseira e são definidas por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde. As primeira e segunda cavidades são empilhadas e são configuradas para receber um material fundido em uma direção geral da força centrífuga. O molde é estruturado de forma a isolar diferencialmente as primeira e segunda cavidades de tal forma que uma taxa de extração de calor a partir do material fundido é maior nas paredes de trás do que uma taxa de extração de calor nas paredes laterais para promover a solidificação direcional a partir da parede traseira geralmente para a direção geral da
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4/50 força centrífuga.
[008]De acordo com outro aspecto da presente divulgação, uma modalidade não limitativa de um molde de fundição centrífuga permanente compreende uma face dianteira configurada para receber um fornecimento de material em fusão, uma face posterior, e uma primeira cavidade que se estende a partir da face dianteira para a face traseira. A primeira cavidade é definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde. Uma primeira porta definida no molde está posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade.
[009]De acordo com outro aspecto da presente divulgação, um método de fundição centrífuga para produzir uma fundição de um material metálico compreende o posicionamento de um conjunto rotativo que compreende uma pluralidade de portas e uma pluralidade de cavidades posicionadas sobre uma câmara de jito de tal modo que a pluralidade de portas e a pluralidade de cavidades estão posicionadas para receber o material metálico fundido a partir do canal de jito, em uma direção geral da força centrífuga. Cada uma da pluralidade de portas é acoplada a um de uma pluralidade de cavidades e, pelo menos, duas da pluralidade de cavidades são empilhadas. O método compreende ainda a rotação do conjunto rotativo. O método compreende ainda uma fonte de fornecimento de material metálico fundido para uma câmara de jito.
[010]De acordo com outro aspecto da presente divulgação, um método de montagem de um aparelho de fundição centrífuga compreende o posicionamento de uma cunha sobre um eixo rotativo. O método inclui também o posicionamento de pelo menos dois moldes em engate de vedação com a cunha, onde cada um dos pelo menos dois moldes compreende uma face frontal e define, pelo menos, duas cavidades que se estendem a partir da face da frente dentro do molde. O método inclui ainda a definição de uma câmara de jito estruturada para receber material fundido, onde pelo menos uma porção da câmara de jito é definida por pelo menos uma
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5/50 porção das faces frontais dos pelo menos dois moldes.
[011]De acordo com um aspecto da presente invenção, uma modalidade de um molde está estruturada para associação operativa com um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga. O molde pode incluir pelo menos uma cavidade tendo uma porta de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo. Além disso, uma porta no interior do molde pode ser está em comunicação com o orifício de entrada da cavidade, em que a porta inclui, pelo menos, uma porção cônica posicionada adjacente à porta de entrada da cavidade.
[012]De acordo com um aspecto da presente invenção, uma modalidade de um molde está estruturada para associação operativa com um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga. O molde pode incluir pelo menos uma cavidade tendo uma porta de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo. Além disso, o molde pode incluir uma porta estendida em comunicação com a porta de entrada da cavidade e a cavidade pode ser estruturada para a produção de um componente fundido capaz de subdivisão em múltiplos subcomponentes que têm uma proporção predefinida.
[013]De acordo com um aspecto da presente invenção, uma modalidade de um molde está estruturada para associação operativa com um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga. O molde pode incluir, pelo menos, duas cavidades, tendo cada uma delas uma abertura de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo. As cavidades podem compartilhar uma porta comum em comunicação com as duas portas de entrada das cavidades.
[014]De acordo com um aspecto da presente invenção, uma modalidade de um molde está estruturada para associação operativa com um conjunto rotativo de
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6/50 um aparelho de fundição centrífuga. O molde pode incluir pelo menos uma cavidade tendo uma porta de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo. Além disso, o molde pode incluir uma porção principal do corpo que compreende um primeiro material, e uma porção de parede de trás acoplável ou removível, para a porção de corpo principal, em que a parte de parede traseira compreende um segundo material. Os primeiro e segundo materiais podem ser diferentes tipos de materiais.
[015]De acordo com um aspecto da presente invenção, uma modalidade de um molde está estruturada para associação operativa com um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga. O molde pode incluir pelo menos uma cavidade tendo uma porta de entrada estruturada para receber material fundido a partir de uma porta em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo. Além disso, uma ranhura pode ser formada de modo adjacente à abertura de entrada da cavidade, em que a ranhura está estruturada para receber de modo removível nesta uma parede lateral da porta.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [016]As características e vantagens do aparelho e os métodos aqui descritos podem ser mais bem compreendidas por referência aos desenhos anexos, nos quais:
[017]FIG. 1 é uma ilustração do semiesquemática de um conjunto rotativo de um conjunto de fundição centrífuga convencional;
[018]FIG. 2 é uma representação semiesquemática simplificada de certos componentes de um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga de acordo com modalidades não limitantes da presente invenção;
[019]FIG. 3 é uma vista em perspectiva de alguns componentes de um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga de acordo com modalidades não limitantes da presente invenção;
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7/50 [020]FIG. 4 é uma vista explodida parcialmente mostrada em perspectiva de alguns componentes do conjunto rotativo ilustrado na FIG. 3 de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[021]FIG. 5 é uma vista parcialmente explodida mostrada em perspectiva de alguns componentes do conjunto rotativo ilustrado na FIG. 3, que ilustra uma mesa, uma cunha e um anel de contenção, em corte transversal tomada ao longo da linha 5-5 e na direção das setas da FIG. 3, de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[022]FIG. 6 é uma vista em perspectiva de alguns componentes de um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga de acordo com modalidades não limitantes da presente invenção;
[023]FIG. 7 é uma seção transversal, tomada ao longo da linha 7-7 e na direção das setas da FIG. 6, que ilustra certos componentes do conjunto rotativo ilustrado na FIG. 6 de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[024]FIG. 8 é uma vista frontal de um molde de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[025]FIG. 9 é uma vista em perspectiva de alguns componentes de um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga de acordo com modalidades não limitantes da presente invenção;
[026]FIG. 10 é uma vista em perspectiva de um corte transversal de um molde de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[027]FIG. 11 é uma vista em perspectiva de um molde de acordo com modalidades não limitativa da presente invenção;
[028]FIG. 12 é uma vista em perspectiva de uma seção transversal através da primeira cavidade do molde ilustrado na FIG. 11 de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[029]FIG. 13 é uma vista em perspectiva de uma seção transversal através
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8/50 da segunda cavidade do molde ilustrado na FIG. 11 de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[030]FIG. 14 é uma vista em perspectiva de uma seção transversal através da terceira cavidade do molde ilustrado na FIG. 11 de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[031]FIG. 15 é uma vista em perspectiva de uma seção transversal através da quarta cavidade do molde ilustrado na FIG. 11 de acordo com uma modalidade não limitativa da presente invenção;
[032]FIG. 16 ilustra uma vista em perspectiva de parte de uma porta que inclui uma porção cônica estruturada de acordo com modalidades da presente invenção;
[033]FIG. 16A ilustra esquematicamente uma vista em planta de uma porta que inclui uma porção cônica estruturada de acordo com modalidades da presente invenção;
[034]FIG. 17 inclui uma vista em perspectiva de uma porção de um molde estruturada com um portão prolongado de acordo com modalidades da presente invenção;
[035]FIG. 18 inclui uma vista em perspectiva de uma porção (parte sólido e parte transparente para fins de ilustração) de um molde estruturado com uma porta prolongada de acordo com modalidades da presente invenção;
[036]FIG. 19 inclui uma vista em perspectiva de uma porção de um molde estruturado com uma porta comum de acordo com modalidades da presente invenção;
[037]FIG. 20 inclui uma vista em perspectiva de um aparelho de fundição centrífuga que inclui um conjunto rotativo estruturado de acordo com modalidades da presente invenção;
[038]FIG. 21 inclui uma vista em plano de topo do molde da FIG. 20; e
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9/50 [039]FIG. 22 inclui uma vista em perspectiva de uma porção de um molde estruturado de acordo com modalidades da presente divulgação.
[040]O leitor irá apreciar os detalhes anteriores, bem como outros, ao considerar a seguinte descrição detalhada de certas modalidades não limitativas de aparelhos e métodos de acordo com a presente divulgação. O leitor também pode compreender alguns desses detalhes adicionais sobre a modalidade ou usando os aparelhos e métodos aqui descritos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE CERTAS MODALIDADES NÃO LIMITATIVAS [041]Os materiais metálicos podem incluir geralmente um ou mais elementos de metal, e, em alguns casos, também incluem um ou mais elementos não metálicos. Porosidade do encolhimento é inerente à mecânica de solidificação fundamental de muitos desses materiais metálicos quando fundidos, o que pode impactar negativamente as propriedades mecânicas de peças fundidas. Técnicas atuais de fundição estática e em centrífuga apresentam diversos materiais metálicos, por exemplo, ligas à base de aluminetos de titânio, são incapazes de controlar a porosidade em ambas as superfícies de uma peça fundida e em regiões em que a fundição pode ser posteriormente seccionada.
[042]Em várias modalidades não limitativas, a presente descrição descreve aparelhos de fundição centrífuga compreendendo conjuntos e componentes rotativos da mesma estrutura para controlar a porosidade. Por exemplo, a força centrífuga pode ser utilizada para alimentar o material fundido, como o material metálico fundido, em poros de fundição, minimizando assim a falta de alimentação de material fundido no material em solidificação. Porosidade do encolhimento controlada pode geralmente incluir o controle da quantidade e/ou localização de porosidade do encolhimento dentro de uma fundição que pode ser removida com o processamento subsequente. Por exemplo, a porosidade do encolhimento controlada pode conter poro
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10/50 sidade de encolhimento que é internalizada, por exemplo, não ligada à superfície e/ou minimizada. Em algumas modalidades não limitativas, a porosidade de encolhimento pode ser internalizada para longe das regiões em particular de peças fundidas de tal modo que as peças fundidas podem ser seccionadas e/ou removidas a partir de componentes ou material de fundição sem expor porosidade internalizada para a atmosfera.
[043]De acordo com certas modalidades não limitativas, os aparelhos de fundição centrífuga e métodos divulgados podem simplificar o processamento subsequente de diversas peças fundidas e eliminar vias de produção convencionais, como as utilizadas em fundição por envolvimento. Em contraste com os dispositivos de fundição centrífugas convencionais, o que muitas vezes necessitam de montagem de sessenta ou mais componentes do molde, certas modalidades não limitativas dos aparelhos de fundição centrífuga aqui divulgadas compreendem conjuntos rotativos que podem ser montados a partir de menos do que um número típico de componentes principais, reduzindo significativamente tempo de instalação. Em modalidades não limitativas, peças fundidas podem ser tratadas termicamente e/ou processadas por HIP, por exemplo. De acordo com certas modalidades não limitativas, peças fundidas produzidas pelos aparelhos de fundição centrífuga e métodos revelados podem ser adequadas para utilização posterior em aplicações de forjamento ou de usinagem para produzir componentes finais para motores a jato, turbocompressores, ou de vários componentes de alta temperatura, por exemplo.
[044]Os aparelhos e métodos de acordo com a presente invenção podem ser utilizados em materiais metálicos de fundição. Como aqui utilizado, materiais metálicos podem compreender metais e ligas. Os materiais metálicos incluem, por exemplo, materiais TiAl, que compreendem, por exemplo, com ligas de base TiAl. Ligas à base de TiAl podem incluir um ou mais elementos de liga, além de titânio e de alumínio. Em certas modalidades não limitativas, os presentes aparelhos e méto
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11/50 dos podem ser utilizados para fundir materiais TiAl compreendendo titânio e cerca de 25,0 a 52,1 por cento de átomos de alumínio ou cerca de 14 a 36 por cento em peso de alumínio. Os aparelhos de fundição centrífuga divulgados e métodos podem ser usados para produzir peças de materiais que compreendem TiAl em outras percentagens de outros elementos de liga de alumínio e, sem limitação do acima. Também será apreciado que, embora modalidades não limitativas e características benéficas possam ser aqui descritas em termos de ligas à base de TiAl e outros materiais de TiAl, os aparelhos e métodos descritos não são assim limitados. Aqueles especialistas na técnica reconhecerão que os aparelhos e métodos revelados podem encontrar vasta aplicação além dos materiais de TiAl, como, por exemplo e sem limitação, materiais metálicos que sofrem de porosidade do encolhimento ou têm outras propriedades ou características semelhantes a materiais de TiAl. Enquanto certas modalidades não limitativas podem proporcionar vantagens significativas em relação às técnicas convencionais de fundição, quando aplicados aos materiais de TiAl, deve ser entendido que os aparelhos e métodos aqui descritos podem também ser utilizados para moldar outros materiais metálicos sem limitação aos benefícios ou vantagens sobre técnicas de fundição convencionais.
[045]Como aplicado às modalidades não limitativas da presente invenção, os aparelhos de fundição centrífuga, montagens rotativas, moldes e/ou os seus componentes aqui descritos podem ser constituídos por uma variedade de materiais metálicos, uma combinação de materiais metálicos, materiais cerâmicos, e/ou uma combinação de materiais metálicos e cerâmicos. Pode ser apreciado que modalidades da presente divulgação podem ser úteis para a produção de, por exemplo e sem limitação, componentes de turbina de gás, componentes do turbocompressor, e/ou componentes de motor de combustão interna, entre muitos outros tipos de componentes ou produtos.
[046]Materiais de TiAl foram tradicionalmente fundidos usando técnicas de
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12/50 fundição estática de revestimento. Mais recentemente, várias técnicas de fundição centrífuga, incluindo fundição de revestimento em centrífuga, foram propostas para a fundição de materiais TiAl. As técnicas acima, no entanto, podem permitir que vazios para formar em locais deletérios no interior das peças fundidas finais e, portanto, podem aumentar os custos de produção, limitar as propriedades mecânicas, e/ou prejudicar as características estruturais das peças fundidas finais. Estas técnicas são também limitadas em ambos o número de cavidades e de metal fundido por cavidade. FIG. 1 ilustra um semiesquemática de um dispositivo de fundição centrífuga convencional 2. O dispositivo 2 geralmente requer o fornecimento de material fundido a partir de uma fonte de fornecimento de material de “S” para uma câmara de jito 4 posicionada perto de um eixo de rotação “R”, em torno do qual o dispositivo 2 gira durante a operação. O dispositivo 2 emprega injeção indireta, que requer o encaminhamento do material fundido (mostrado como linhas tracejadas) por meio de um sistema de canal 6 para uma série de portas de 8 posicionadas nas entradas das respectivas cavidades do molde 10. Injeção indireta alimenta o material fundido às cavidades em uma direção além da alinhada com a direção da força centrífuga “F”, como verticalmente, como mostrado na FIG. 1, ou na direção oposta à força centrífuga, como descrito na Publicação do Pedido de Patente US 2012/0207611 A1, por exemplo. Como tal, o material fundido deve percorrer uma distância radial aumentada ao longo de vários canais 6 para atingir componentes de injeção de propagação vertical, 8 que também devem ser percorridos antes de chegar à porta de entrada da cavidade de fundição 10. Os vários canais 6, e muitas vezes os componentes de injeção verticais 8, não estão em linha com a parte de fundição. Assim, o material fundido deve entrar na cavidade de fundição 10 contra a força centrífuga. A seção transversal da cavidade de fundição 10 também é maior do que os vários canais 6, injeção 8, e porta de entrada. Assim, além de reduzir o rendimento devido a perda de canal, o dispositivo 2 é incapaz de controlar a porosidade de encolhimento ade
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13/50 quada e é susceptível para a solidificação prematura, fraco enchimento do molde, e o falta de alimentação de material fundido.
[047]Injeção direta difere de injeção indireta em que o material fundido é alimentado para a cavidade geralmente na direção da força centrífuga. Injeção direta não é usada em dispositivos convencionais de fundição centrífuga porque injeção indireta pode reduzir a turbulência no molde.
[048]Com referência à FIG. 2, que ilustra uma representação semiesquemática simplificada de certos componentes de uma modalidade não limitativa de um aparelho de fundição centrífuga de acordo com a presente descrição, um conjunto de rotação 12 de um aparelho de fundição centrífuga pode ser configurado com um sistema de injeção direta que reduz a perda de rendimento e usa a força centrífuga para controlar a porosidade do encolhimento para a produção de peças fundidas densas. Por exemplo, em modalidades não limitativas, uma fonte de material fundido “M” pode fornecer o material fundido (mostrado genericamente como linhas tracejadas) para uma câmara de jito 14 posicionada sobre ou adjacente a um eixo de rotação “R” para o conjunto rotativo 12 . Uma série de portas 16a-16f, cada uma acoplada a uma cavidade de molde 18a-18f empilhadas, podem acoplar-se ao canal de jito 14 para proporcionar um material fundido para a cavidade 18a-18f geralmente na direção da força centrífuga “F”. Em operação, por exemplo, um aparelho de fusão de refusão em arco à vácuo (VAR) (mostrado geralmente como fornecimento de material fundido) pode ser utilizado para produzir um material fundido sobreaquecido de material fundido que pode ser vertido do cadinho através de um funil posicionado acima do canal de jito 14. O material fundido superaquecido pode entrar na câmara de jito 14 e começar a encher as cavidades 18a-18f através das portas adjacentes 16a-16f até que todas as cavidades 18a-18F sejam preenchidas. De acordo com modalidades não limitativas, as portas 16a-16f acopladas às cavidades empilhadas 18a-18f podem ser banhadas em material fundido líquido durante pelo menos um
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14/50 período de enchimento do molde. Por exemplo, a câmara de jito 14 pode ser preenchida com material fundido sobreaquecido de modo a que todas as portas 16a-16f são completamente submersas. Em modalidades não limitativas, uma ou mais cavidades 18a-18f estão dimensionadas para formar as múltiplas peças finais. Por exemplo, uma porta 16a-16f pode ser acoplada a uma cavidade 18a-18f dimensionada para produzir uma fundição que compreende uma pluralidade de peças finais. Em certas modalidades não limitativas, as peças fundidas podem ser alinhadas ao longo da cavidade de fundição 18a-18f, aumentando assim o número de peças fundidas que podem ser produzidas por porta.
[049]Projetos de fundição centrífuga convencionais alimentam o material fundido para cavidades através de caminhos restritos, incluindo muitas vezes pontos de estrangulamento distintos. Por exemplo, o diâmetro ou área de seção transversal das portas 8 no dispositivo 2 mostrado na FIG. 1 é maior do que o diâmetro ou área de seção transversal das respectivas cavidades de fundição 10 ligadas a cada porta 8. Em contraste, como mostrado na FIG. 2, as modalidades não limitativas dos aparelhos de fundição centrífuga divulgados 12 podem incluir portas 16a-16f que compreende diâmetros ou áreas de seção transversal maiores do que as da cavidade 18a-18f ou fundição. Por exemplo, em algumas modalidades não limitativas, um volume de um comprimento da porta 16a-16f é maior do que um volume de um comprimento equivalente da cavidade 18a-18f. Por exemplo, um comprimento da porta 16a-16f adjacente à cavidade 18a-18f pode compreender um volume maior do que a área adjacente da cavidade 18a-18f que tem um comprimento equivalente.
[050]Técnicas de fundição centrífugas conhecidas para materiais TiAl conectam uma única porta 8 a uma cavidade 10 para a produção de cada peça fundida final, como mostrado na FIG. 1. Por conseguinte, para produzir um número considerável de peças, o diâmetro da câmara de jito 4 deve ser relativamente grande, exigindo que o material fundido percorra uma distância substancial a partir da câmara
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15/50 de jito 4 para as cavidades 10 como uma camada fina fundida. Quando o material fundido se desloca como uma camada fina, o material pode perder sobreaquecimento, resultando na solidificação prematura, fraco enchimento do molde, e as peças de fundição tendo acabamento de superfície fraco. Em contraste, como mostrado na FIG. 2, o conjunto rotativo 12 pode empregar injeção direta para fornecer material fundido a uma pluralidade de cavidades empilhadas 18a-18f na direção geral da força centrífuga “F.” Cavidades empilhadas 18a-18f podem aumentar o número de peças fundidas que podem ser produzidas por derrame ao mesmo tempo, reduzindo a distância que o material fundido tem que percorrer para atingir as cavidades de molde 18a-18f. Por exemplo, em comparação com dispositivos de fundição centrífuga convencionais com o mesmo número de portas, o conjunto rotativo 12 pode compreender uma câmara de jito 14 com um diâmetro reduzido. Beneficamente, o volume 16a-16f por porta de material fundido pode ser reduzido, e a proximidade do volume do material fundido no canal de jito de diâmetro reduzido da câmara 14 pode promover a retenção de superaquecimento. Isso pode manter a fluidez do material fundido para evitar erros ou solidificação prematura que podem obstruir o fornecimento de material fundido na câmara de jito 14 de alcançar as peças fundidas de solidificação. Por conseguinte, a perda de rendimento de canal pode ser reduzida, o rendimento do produto pode ser aumentado, e acabamento da superfície pode ser melhorado.
[051]Em várias modalidades não limitativas, o conjunto rotativo 12 compreende modelos do molde que podem controlar a quantidade e localização de porosidade do encolhimento tal que pode ser internalizado para o material. A porosidade internalizada pode então ser removida por meio de processamento termomecânico posterior. Em certas modalidades não limitativas, os moldes podem ser fabricados a partir de materiais que incluem materiais metálicos, como ferro e ligas de ferro, por exemplo, aços, incluindo materiais semimetálicos como grafite. De acordo com uma modalidade não limitativa, os moldes fabricados a partir destes materiais podem
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16/50 compreender moldes de fundição permanentes, por exemplo, geralmente em moldes de fundição reutilizáveis. Em várias modalidades não limitativas, os moldes fabricados a partir dos materiais acima referidos, também podem reduzir ou eliminar a contaminação do produto moldado por óxidos aprisionados. Por exemplo, os moldes utilizados na fundição de revestimento são normalmente feitas de óxidos. Durante a fundição, no entanto, as partículas de óxido gerando o molde invariavelmente tornam-se aprisionadas no produto fundido de revestimento. As partículas aprisionadas podem subsequentemente reagir com o material do produto fundido e proporcionar um potencial local de iniciação da fadiga. Moldes de fundição de revestimento podem ser projetados para serem inertes para TiAl fundido ou a liga particular sendo fundida, e vários métodos químicos e de usinagem podem estar disponíveis para remover parcialmente as partículas aprisionadas. No entanto, o aprisionamento de partículas é inevitável e os tapa-buracos acima não são ideais, especialmente para peças fundidas utilizadas para fabricar produtos finais destinados ao serviço de alta temperatura, ambientes de alta tensão, como turbinas. Além de reduzir ou eliminar a contaminação do produto final por óxidos aprisionadas, moldes compreendendo materiais metálicos podem reduzir ou eliminar o risco de contaminação da alça de reciclagem devido aos óxidos aprisionados em sucata. Por exemplo, como descrito acima, fundições de revestimento frequentemente incluem óxidos aprisionados e, por conseguinte, sucata, por exemplo, reverter, partir de peças fundidas de revestimento podem de modo semelhante incluir óxidos aprisionados. Consequentemente, os produtos fundidos usando essa sucata reciclada também podem estar contaminados com os óxidos aprisionados. No entanto, sucata a partir de peças fundidas produzidas em moldes fabricados a partir de materiais metálicos acima, não tem um potencial para tais inclusões e, portanto, podem ser recicladas sem risco associado com a contaminação da alça de reciclagem. Por conseguinte, uma limpeza extensiva da sucata antes da reciclagem pode não ser necessária, poupando assim tempo e re
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17/50 duzindo os custos. Apesar das vantagens acima referidas, é também contemplado que algumas modalidades podem compreender moldes fabricados com outros materiais. Por exemplo, em várias modalidades não limitativas, os moldes podem compreender moldes de fundição centrífuga dispensáveis. Esses moldes podem ser fabricados a partir de materiais de consumo, como areia ou óxidos, por exemplo.
[052]Em certas modalidades não limitativas, os moldes podem ser estruturados para controlar o processo de solidificação, controlando a velocidade de resfriamento de regiões do material fundido. Por exemplo, os moldes podem incluir características de isolamento configuradas para limitar a quantidade e/ou taxa de extração de energia térmica a partir do material fundido. Características de isolamento podem geralmente compreender características estruturais ou materiais associados com o molde e podem ser configuradas para modificar a capacidade de calor de uma região do molde e/ou a taxa de transferência de calor a partir do material fundido para o molde. Em uma modalidade não limitativa, a taxa de transferência de calor a partir do material fundido pode ser, pelo menos, parcialmente controlado pela forma do molde. Por exemplo, a espessura de uma ou mais regiões do molde pode ser aumentada ou reduzida para aumentar ou reduzir a capacidade de calor da região. Em uma modalidade não limitativa, a velocidade e/ou a quantidade de energia térmica que pode ser extraída pelo molde pode ser controlada pela densidade ou massa ou de uma região do molde. Por exemplo, em modalidades não limitativas, um ou mais bolsos (ver, por exemplo, FIG. 9, 332a, 338a) podem ser definidos em uma parede ou face do molde adjacente à cavidade 18a-18f para reduzir a taxa de transferência de calor a partir do material fundido. Em modalidades não limitativas, os bolsos podem ser fechados, abertos, evacuados, ou compreender um gás ou material posicionado no bolso.
[053]Em várias modalidades não limitativas, os moldes podem ser estruturados de forma a controlar a extração de calor a partir do material fundido e, assim,
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18/50 controlar o resfriamento do material. Por exemplo, como foi introduzido acima, em certas modalidades não limitativas, um molde pode compreender características de isolamento configuradas para isolar diferencialmente uma ou mais porções de uma cavidade 18a-18f. Características de isolamento diferenciais podem beneficamente modificar a taxa de resfriamento ao longo de uma ou mais regiões do molde, para, por exemplo, controlar a solidificação do material fundido. Por exemplo, as regiões adjacentes do molde para a cavidade 18a-18f podem ser estruturadas de tal forma que o material fundido é submetido a solidificação direcional. Em um aspecto, os moldes podem ser configurados para modificar resfriamento de tal modo que a solidificação é direcional, por exemplo, genericamente no sentido da câmara de jito 14 ou em um sentido oposto ao da força centrífuga. Deste modo, o molde pode criar uma frente de solidificação no interior da cavidade 18a-18f que progride geralmente para a porta 16a-16f e a câmara de jito 14. Assim, a força centrífuga gerada pela rotação do aparelho 12 pode, geralmente, ser contrária à direção de solidificação. Por exemplo, em certas modalidades não limitativas, o material fundido pode ser fornecido para frente de solidificação para compensar a porosidade do encolhimento. Além disso, pressão de fundição gerada pela força centrífuga pode forçar o metal fundido entre as dendrites que formam perto da frente de solidificação, por exemplo, reduzir a falta de alimentação de material fundido e porosidade de encolhimento minimizada. Por conseguinte, em diversas modalidades não limitativas, os aparelhos e métodos revelados podem evitar falta de alimentação de material fundido e superar a exclusão de dendrito para produzir peças fundidas mais densas tendo porosidade de encolhimento reduzida em comparação com as peças fundidas produzidas por técnicas convencionais de fundição estacionárias e centrífugas.
[054]Em modalidades não limitativas, a distribuição do fornecimento de um material metálico fundido para as cavidades 18a-18f está em linha com as cavidades e a força centrífuga. Por exemplo, em uma modalidade não limitativa, as cavidades
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18a-18f estão acopladas à câmara de jito 14 através das portas 16a-16f dispostas entre a câmara de jito 14 e as cavidades 18a-18f. Várias dimensões das portas 16a16f podem ser maiores do que as dimensões das cavidades 18a-18f correspondentes. As portas 16a-16f podem ainda estar em linha com ambas as cavidades 18a-18f e o fornecimento de um material metálico fundido na câmara de jito 14, por exemplo, compreendendo um caminho geralmente em linha com a força centrífuga de modo a que o material fundido pode ser acelerado na direção e para dentro das cavidades 18a-18f pela força centrífuga. Como resultado, a câmara de jito 14 pode agir como ascensor central para todas as portas 16a-16f estão associadas a este. Em várias modalidades não limitativas, isto pode eliminar a necessidade de ascensores adicionais que podem ou não estar em linha com as cavidades. Assim, tal sinergia entre desenho de equipamento, volume de material fundido, e área de fundição disponível podem beneficamente oferecer espaço adicional para peças fundidas adicionais. Por exemplo, como indicado acima, as múltiplas peças podem ser fundidas dentro de uma única cavidade de fundição 18a-18f.
[055]As FIGS. 3-5 ilustram um aparelho de fundição centrífuga compreendendo um conjunto rotativo 20 de acordo com modalidades não limitativas. O conjunto rotativo 20 compreende um primeiro molde 22 e um segundo molde 24 posicionados em uma mesa rotativa 26. A câmara de jito 28 é definida por primeira e segunda seções de jito 30a, 30b e respectivas faces frontais 32a, 32b dos primeiros e segundos moldes 22, 24. Uma primeira extremidade 36 da câmara de jito 28 é posicionada sobre a mesa 26 em torno do eixo de rotação. Uma segunda extremidade 38 da câmara de jito 28 é configurada para receber um fornecimento de material metálico fundido, por exemplo, a partir de um cadinho posicionado acima da câmara de jito 28. A primeira e segunda seções da câmara de jito 30a, 30b são configuradas para engate de vedação com o primeiro e segundos moldes 22, 24 e mesa 26 para vedar a câmara de jito 28. Enquanto a câmara de jito ilustrado 28 é mostrada como compre
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20/50 endendo uma seção transversal geralmente cilíndrica, em várias modalidades não limitativas, a câmara de jito 28 pode compreender dimensões irregulares ou regulares como triangular, quadrado, retangular, octogonal, ou outras seções transversais. Em modalidades não limitativas, o material fundido pode ser fornecido para a câmara de jito 28 através da gravidade, pressão, vácuo, ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, de acordo com uma modalidade não limitativa , o aparelho de fundição centrífuga 20 podem compreender um dispositivo de refundição em arco à vácuo (não mostrado) para gerar um fornecimento de material metálico fundido que pode ser vertido para dentro da câmara de jito 28.
[056]Um anel de contenção 40 é posicionado adjacente à primeira extremidade 36 da câmara de jito 28 e é estruturado para reter o material fundido no interior da câmara de jito 28. Por exemplo, em uma modalidade não limitativa, o anel de contenção 40 compreende uma extensão para a câmara de jito 28, aumentando assim o volume da câmara de jito 28 e/ou distância do material fundido deve viajar para sair da extremidade superior da câmara de jito 28. O anel de contenção 40 define um diâmetro central através do qual o material fundido pode ser fornecido para a câmara de jito 28. O diâmetro central do anel de contenção 40 é reduzido em relação ao diâmetro da câmara de jito 40 de tal modo que o anel de contenção 28 forma uma saliência interna 42 dentro da câmara de jito 28 para melhorar a contenção do material fundido. Por exemplo, em modalidades não limitativas, o anel de contenção 40 pode limitar o material fundido de espirrar ou fluir para fora da câmara de jito 28 durante o derrame e/ou rotação. O anel de contenção 40 também define um diâmetro exterior que compreende uma saliência externa 44 com relação às seções de jito 30a, 30b. Na modalidade não limitativa ilustrada, a superfície superior 46 do anel de contenção 40 prolonga-se para fora em relação ao eixo de rotação, além da câmara de jito 28, para capturar o material fundido assim sobre a sua superfície superior 46 que pode respingar para fora da câmara de jito 28 durante a operação.
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21/50 [057]De acordo com modalidades não limitativas, a segunda extremidade 38 da câmara de jito é acoplada à mesa 26 por meio de uma cunha 48, como se mostra mais claramente na FIG. 4, proporcionando uma vista parcialmente explodida do conjunto de rotação 20 que mostra a mesa 26, cunha 48, e anel de contenção 40 em seção transversal tomada ao longo da linha 5-5 e na direção das setas da FIG. 3. A cunha 48 pode formar uma base 47 da câmara de jito 28 e é fixada ao eixo de rotação do conjunto rotativo 20. A cunha ilustrada 48 é fixada ao eixo de rotação através da mesa 26, através de uma cunha de encaixe 50 definida na mesa 26. A cunha 48 pode ainda compreender um ou mais encaixes configurados para um engate de vedação com as seções de jito 30a, 30b e/ou moldes 22, 24. Por exemplo, em várias modalidades não limitativas, a cunha 48 compreende uma flange de ajuste 50 para engate de vedação com componentes do conjunto rotativo 20. A cunha 48 define dois entalhes 52a, 52b configuradas para engate com ranhuras 54a, 54b, as quais são definidas nos primeiro e segundo molde 22, 24, respectivamente. Em certas modalidades não limitativas, a cunha 48 pode ser susceptível à deterioração mecânica e, portanto, pode compreender um componente separado, por exemplo, modular, que pode ser substituído, se necessário. Do mesmo modo, em certas modalidades não limitativas a cunha 48 pode compreender vários modelos de ligação de tal modo que a cunha 48 pode ser utilizada para modificar ou equipar aparelhos de fundição centrífuga para utilização de acordo com modalidades não limitativas aqui descritas [058]Os primeiros e segundos moldes 22, 24 são cada um acoplados à primeira e segunda seções de fundição 30a, 30b e se estendem geralmente radialmente a partir do eixo de rotação. Cada molde 22, 24 compreende uma face frontal 32a, 32b e uma face final 56a, 56b. A face frontal 32a, 32b é posicionada ao longo da câmara de jito 28 e define as entradas para as portas 60a, 60b. Como mostrado na FIG. 5, os primeiro e segundo moldes 22, 24 cada um compreende uma primeira e
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22/50 segunda seções modulares 64a, b, 66a,b, respectivamente, que podem ser separadas pela remoção de uma série de parafusos 68 a partir das ranhuras 70 para parafusos definidos nos moldes 22, 24 ou por outro acessório conhecido e métodos de descolamento. Cada molde 22, 24 inclui ainda seis cavidades empilhadas 72a, 72b. Cada cavidade 72a, 72b é definida por uma parede lateral 76a, 76b e parede traseira 80a,80b. A entrada de cada cavidade 72a, 72b, compreende uma porta de fornecimento de material 84a, 84b em comunicação de fluido com a câmara de jito 28 através da porta 58a, 58b que está posicionada entre a cavidade 72a, 72b e a câmara de jito 28. Enquanto o primeiro e segundo moldes 22, 24 são ilustrados como se define ambas as cavidades empilhadas 72a, 72b e as respectivas portas acopladas 60a, 60b, de acordo com várias modalidades não limitativas, as portas 60a, 60b podem ser independentes com estruturas relativamente às cavidades 72a, 72b. Por exemplo, portas 60a, 60b podem ser encaixáveis com cavidades 72a, 72b e/ou inseríveis através de ou unitárias com um câmara de jito ou seções das mesmas 30a,30b.
[059]De acordo com modalidades não limitativas as portas 60a, 60b compreendem um diâmetro e a área de seção transversal média maior do que o diâmetro e a área média da seção transversal da cavidade 72a, 72b. Por exemplo, o diâmetro e área de seção transversal de cada porta 60a, 60b adjacente à porta de fornecimento de material 84a, 84b é maior do que o diâmetro e área de seção transversal da abertura de fornecimento de material adjacente 84a, 84b. Em várias modalidades não limitativas, um volume de uma porta 60a, 60b é superior a um volume de um comprimento igual de uma cavidade 72a, 72b adjacente à porta 60a, 60b. Deve ser apreciado que, embora seis cavidades empilhadas 72a, 72b sejam mostradas, a menos que expressamente indicado de outra forma, a presente revelação não está limitada às cavidades empilhadas ou qualquer número específico de cavidades associadas com cada molde. Por exemplo, em várias modalidades não limitativas, um
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23/50 molde pode definir apenas uma cavidade única. Da mesma forma, enquanto que apenas dois moldes 22, 24 são mostrados nas FIGS. 3-5, deve ser entendido que a presente descrição e as modalidades aqui descritas não se limitam ao número de moldes ilustrados. Com efeito, em vários casos, um conjunto rotativo compreende um desenho modular em que o número e desenho dos moldes podem ser modificados conforme necessário. Por exemplo, quando as menos peças fundidas são desejadas, certos moldes podem ser removidos para se adaptar à aplicação.
[060]Em certas modalidades não limitativas, os primeiro e segundo moldes 22, 24 podem ser estruturados de forma a controlar a extração de calor a partir do material metálico fundido e, assim, controlar o resfriamento do material. Por exemplo, os primeiro e segundo moldes 22, 24 podem compreender várias características de isolamento configuradas para produzir a solidificação direcional do material na direção do eixo de rotação. A espessura das paredes traseiras 80a, 80b pode ser maior do que a espessura das paredes laterais 76a,76b. Assim, a transferência de calor a partir do material fundido para os moldes 22, 24 pode ser controlada pela capacidade de calor das paredes 76a, 76b, 80a, 80b definindo cada cavidade 72a, 72b. Por exemplo, características de isolamento diferencial dos moldes 22, 24 podem incluir o aumento de transferência de calor na parede traseira 80a, 80b em comparação com a transferência de calor na parede lateral 76a, 76b, ou uma região da mesma. Por conseguinte, o material adjacente às paredes traseiras 80a, 80b pode começar a solidificar antes de material posicionado adjacente às portas 60a, 60b. Desta forma, uma frente de solidificação pode geralmente progredir dentro de cada uma das cavidades empilhadas 72a, 72b da parede de trás 80a, 80b em direção à porta 60a, 60b e câmara de jito 28. Além de estabelecer uma frente de solidificação, em várias modalidades não limitativas, a força de fundição centrífuga gerada pela rotação dos moldes 22, 24 em torno do eixo de rotação está geralmente oposta à direção de solidificação, impedindo desse modo a falta de alimentação de material fundido e ex
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24/50 clusão de dendrito que podem resultar em porosidade descontrolada em peças fundidas produzidas por técnicas estacionária e convencional de fundição centrífugas. Por exemplo, a câmara de jito 28, portas 60a, 60b, e porções de cavidades 72a, 72b colocadas em frente da frente de solidificação pode atuar como um reservatório para fornecer de modo forçado o material fundido para frente de solidificação para produzir peças fundidas densas possuindo encolhimento de porosidade controlada.
[061]Em certas modalidades não limitativas, os primeiro e segundo moldes 22, 24 são estruturados para controlar a transferência de calor a partir do material metálico fundido para o molde enquanto não prejudicialmente diminuem a velocidade de resfriamento do material. Por exemplo, os primeiro e segundo moldes 22, 24 podem ser estruturados de modo a proporcionar vários níveis de controle sobre o processo de solidificação, proporcionando também o aumento das taxas de solidificação. Como aqueles especialistas na técnica apreciarão, um aumento da taxa de resfriamento pode diminuir favoravelmente o tamanho de grão, beneficiando assim as suas propriedades mecânicas de fundição à temperatura ambiente. Esse aumento da taxa de resfriamento em modelos convencionais, no entanto, é difícil controlar e resulta em porosidade de encolhimento descontrolado. Em contraste, em várias modalidades não limitativas, os primeiro e segundo moldes 22, 24 são moldes permanentes e/ou são fabricados a partir de materiais, incluindo materiais metálicos para fornecer taxas de solidificação aumentadas devido a uma elevada condutividade térmica que pode ser associada com o material do molde, para promover a redução do tamanho de grão dessa forma. Por exemplo, em uma modalidade não limitativa, os primeiro e segundo moldes 22, 24 compreendem um molde de aço permanente. Os primeiros e segundos moldes 22, 24 também podem ser estruturados de forma a promover solidificação direcional, como descrito acima, sem sacrificar o tamanho do grão devido a, por exemplo, uma taxa de resfriamento retardada. Isto é, enquanto que certas porções dos moldes 22, 24 podem ser diferencialmente isola
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25/50 das termicamente em relação a outras porções do molde 22, 24, a taxa global de resfriamento pode ser relativamente rápida. Por exemplo, os primeiro e segundo moldes podem ser configurados para promover uma taxa de resfriamento diferencial que está bem definida, por exemplo, otimizada para promover a formação de uma frente de solidificação que progride rapidamente a partir da parede traseira 80a, 80b para a câmara de jito 28.
[062]Embora não seja mostrado nas FIGS. 3-5, em várias modalidades não limitativas, a paredes do molde 76a, 76b, 80a, 80b, podem compreender múltiplas características de isolamento, como bolsos ou outras características de isolamento. Por exemplo, as paredes do molde 76a, 76b, 80a, 80b podem compreender vários materiais que têm diferentes densidades e capacidades de calor para modular a transferência de calor a partir do material fundido. Por exemplo, um bolso ou vazio pode ser definido de uma parede adjacente a uma cavidade. A massa reduzida da parede pode limitar a capacidade da parede em extrair calor do material fundido. Assim, em várias modalidades não limitativas, as paredes que definem bolsos podem ter capacidade limitadas de calor, limitando, assim a quantidade de energia térmica que pode absorver as paredes antes da saturação térmica ser reduzida. Por conseguinte, tais paredes podem isolar a cavidade para controlar a transferência de calor a partir do material metálico fundido. Em várias modalidades não limitativas, uma cavidade 72a, 72b pode ser definida por uma parede traseira 80a, 80b e uma parede lateral 76a, 76b, que compreende uma primeira e segunda parte da parede lateral. Em alguns casos, as primeiras e segundas porções de paredes laterais podem compreender a mesma espessura, enquanto que em outros casos, as espessuras da primeira e segunda porções de parede lateral podem ser diferentes. Por exemplo, quando uma primeira porção de parede lateral está disposta entre duas cavidades, a primeira porção de parede lateral pode ser mais espessa do que a segunda parte da parede lateral que é adjacente a apenas uma única cavidade. De
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26/50 igual modo, em várias modalidades não limitativas, como mostrado nas FIGS. 3-5, os moldes 22, 24 podem ser isolados a partir da mesa 26 por uma camada de fronteira que compreende interface das superfícies dos moldes 22, 24 e 26 e a mesa.
[063]FIG. 6 ilustra certos componentes de uma modalidade não limitativa de um aparelho de fundição centrífuga compreendendo um conjunto rotativo 100 de acordo com várias modalidades não limitativas da presente invenção. O conjunto rotativo 100 compreende oito moldes 102a-102h, cada um posicionado sobre uma mesa rotativa 104. Os moldes 102a-102h definem uma câmara de jito geralmente octogonal 106 posicionada sobre o eixo de rotação e irradia geralmente para fora, para definir as faces traseiras 108a-108h. FIG. 7 ilustra uma seção transversal do conjunto rotativo 100, tomado ao longo da linha 7-7 e na direção das setas da FIG. 6, e mostra uma seção transversal vertical de seis cavidades empilhadas 110a e 110e definidas por moldes 102a e 102e, respectivamente. Os moldes 102a-102h compreendem cada um, uma face frontal (apenas faces frontais 112a, 112c-112 são visíveis) configurada para vedar o engajamento em torno do eixo de rotação para definir a câmara de jito 106. A câmara de jito 106 se estende da mesa 104 para o anel de contenção elevado 114 estruturado para reter o material fundido no interior da câmara de jito 106.
[064]A câmara de jito está em comunicação de fluido com as cavidades empilhadas 110a, 110e nas portas de fornecimento de material 116a, 116e de cada uma das cavidades empilhadas 110a, 110e, através das respectivas portas 118a, 118e. As cavidades empilhadas 110a, 110e são cada uma definida por uma parede lateral 120a, 120e e uma parede traseira 122a, 122e. Para maior brevidade, as várias características do conjunto rotativo 100 podem ser descritas relativamente aos moldes 102a e 102e. Deve ser apreciado, no entanto, que em várias modalidades, as descrições se aplicam da mesma forma que um ou mais moldes adicional 102b102c, 102f-102h. Por exemplo, seis cavidades empilhadas 110c, 110d de moldes
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102c e 102d podem também estar em comunicação de fluido com a câmara de jito 106 nas portas de fornecimento de material 116c e 116d através das portas 118c, 118d. As portas 118a, 118e compreendem um diâmetro e área média de seção transversal maior do que o diâmetro e área média de seção transversal das respectivas cavidades empilhadas 110a, 110e acopladas a cada uma das portas 118a, 118e. Por exemplo, o diâmetro e a área da seção transversal das portas 118a, 118e adjacente às portas de fornecimento de material 116a, 116e são maiores do que o diâmetro e área de seção transversal das portas de fornecimento de material 116a, 116e ou as cavidades 110c, 110d. Em várias modalidades não limitativas, cada porta 118a, 118e define um volume maior do que um volume definido por um comprimento igual da cavidade 110a, 110e ao lado da porta 118a, 118e.
[065]Em operação, o conjunto rotativo 100 do aparelho de fundição centrífuga utiliza forças centrífugas geradas pela rotação do conjunto rotativo 100 para produzir peças fundidas por fundição centrífuga. Em uma modalidade não limitativa, o aparelho de fundição centrífuga compreende um aparelho de refusão em arco à vácuo (não mostrado) configurado para consumir um eletrodo de material metálico a ser fornecido a um cadinho, como um cadinho de cobre resfriado em água. Por exemplo, o conjunto rotativo 100 pode ser posicionado dentro de um ambiente à vácuo de tal modo que quando o eletrodo é consumido, o material metálico fundido no interior do cadinho pode ser fornecido para o conjunto rotativo 100. O conjunto rotativo 100 pode geralmente compreender a câmara de jito 106 posicionada em torno do eixo de rotação e as duas ou mais cavidades de molde empilhadas 110a, 110e definidas em um ou mais moldes 102a, 102e. Embora não mostrado em detalhe nas FIGS. 6-7, cada uma das cavidades de molde empilhadas 110a, 10e pode ser estruturada para formar uma peça fundida que compreende uma ou mais peças. Quando o material metálico fundido é fornecido à câmara de jito 106, a força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo 100 acelera o material metálico fundido através
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28/50 das portas 118a, 118e e para dentro das cavidades de fundição 110a, 110e. Em várias modalidades não limitativas, os moldes 102a, 102e, podem ser rotativos para velocidades incluindo 100 e 150 rotações por minuto (RPM). Mais preferencialmente, as velocidades de rotação podem ser superiores a 150 RPM. Em geral, maiores velocidades de rotação podem fornecer peças fundidas com a melhoria da estrutura. Por exemplo, em comparação com uma velocidade de rotação de 160 RPM, uma velocidade de rotação de 250 RPM iria produzir a força centrífuga aumentada, o que pode reduzir a porosidade da peça de fundição. Em várias modalidades, um aumento relativo da força centrífuga pode permitir um aumento relativo em uma taxa de solidificação para promover a redução do tamanho de grão e/ou margem de erro adicional que diz respeito ao controle da solidificação direcional.
[066]Como os moldes 102a, 102e extraem calor a partir do material metálico fundido, o material começa a congelar, produzindo a porosidade. De acordo com modalidades não limitativas, a extração de calor pode ser limitada pela espessura das paredes 120a, 120e, 122a, 122e do molde. Por exemplo, em uma modalidade não limitativa, a espessura das paredes laterais 120a, 120e pode ser menor do que 1 centímetro. Por conseguinte, a espessura das paredes 120a, 120e, 122a, 122e pode limitar a capacidade do molde 102a, 102e para absorver energia térmica a partir do material fundido. Como descrito acima, em diversas modalidades não limitativas, os moldes 102a, 102e estão configurados para controlar o resfriamento do material de modo que o material passe por solidificação direcional das paredes traseiras 122a, 122e geralmente na direção do eixo de rotação ou a câmara de jito 106. As dimensões das portas 118a, 118e levando para as cavidades 110a, 110e também são grandes o suficiente para impedir o fornecimento de material fundido na câmara de jito 106 de serem cortados da porosidade de encolhimento. Como resultado, a maior parte da porosidade pode ser preenchida com o material fundido. Quando o material nas cavidades 110a, 110e se solidifica totalmente, as respectivas portas de
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29/50 fundição 118a, 118e também congelam, o que fecha o material fundido que pode permanecer na câmara de jito 106 das cavidades de fundição 110a, 110e. Assim, as portas 118a, 118e podem ser totalmente densas no congelamento. Quando o material metálico solidificado nas cavidades 110a, 110b é suficientemente resfriado para manusear e não mais oxidar, as peças fundidas podem ser removidas dos moldes 102a, 102e, por exemplo, desaparafusando uma primeira seção de molde modular a partir de uma segunda seção de molde modular, que pode ser semelhante ao arranjo descrito acima com relação às seções modulares de molde 64a, 64b. Os moldes podem ser removidos da câmara de jito 106 em ou perto da posição em que as portas 118a, 118e alcançam a câmara de jito 106. Uma vez que as portas 118a, 118e são totalmente densas, qualquer porosidade permanece no interior da peça fundida interna e pode ser removida por HIP, por exemplo, para eliminar qualquer porosidade interna na peça fundida. Quando as peças fundidas compreendem várias peças, a peça fundida totalmente densa pode ser dividida nas peças finais pelo equipamento de usinagem, como serras, tochas de corte, jato de água abrasivo, ou aparelhos de usinagem por eletroerosão de fio, por exemplo.
[067]Como introduzido acima, em várias modalidades não limitativas, as portas 118a, 118e compreendem um diâmetro ou área de seção transversal maior do que o maior diâmetro ou área de seção transversal das cavidades 110a, 110e. Em certas modalidades não limitativas, o aumento do tamanho das portas 118a, 118e impede a porosidade interna de atingir a câmara de jito 106. Por exemplo, uma porta 118a, 118e pode ser completamente densa após a solidificação, impedindo porosidade interna de conectar à câmara de jito 106 onde pode tornar-se mais tarde exposta quando a peça fundida é removida da câmara de jito 106. Assim, portas 118a, 118e podem formar uma barreira de densidade para conter a porosidade interna de tal modo que pode ser dirigida por processamento, como por HIP, por exemplo. Em várias modalidades não limitativas, as portas 118a, 118b podem formar uma barreira
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30/50 térmica entre cavidades de fundição 110a, 110e e a câmara de jito 106. Por exemplo, a velocidade de resfriamento do material metálico fundido na câmara de jito 106 pode ser bem abaixo da velocidade de resfriamento do material metálico fundido nas cavidades 110a, 110e, resultando em um diferencial substancial de temperatura entre as cavidades 110a, 110e e a câmara 106 da câmara de jito bem após um período de resfriamento ideal para a fundição ocorrer. Consequentemente, o tamanho de grão perto da câmara de jito 106 pode ser aumentado. As portas 118a, 118e aqui divulgadas, no entanto, podem ser configuradas para solidificar de perto após a fundição, por exemplo, quando a frente da solidificação se estendeu através da fundição, mas ainda antes de o material metálico fundido na câmara de jito 106 se solidificar. De acordo com um não limitativo, as portas solidificadas 118a, 118b, que podem também estar totalmente densas, formam assim uma barreira térmica entre a câmara de jito 106 e respectivas cavidades de fundição 110a, 110e.
[068]Em várias modalidades não limitativas o conjunto rotativo 100 compreende uma pluralidade de cavidades empilhadas verticalmente 110a, 110e posicionadas sobre uma câmara de jito 106. A câmara de jito 106 pode compreender um raio diminuído em comparação com as câmaras de jito de aparelhos de fundição centrífuga convencionais que são configurados para alimentar um número comparável de cavidades. Em funcionamento, de acordo com uma modalidade não limitativa, o material fundido pode praticamente em simultâneo, por exemplo, de forma contínua, encher a câmara de jito 106, portas 118a, 118e, e cavidades verticais 110a, 110e. Por exemplo, um material fundido fornecido para a câmara de jito 106 pode começar a simultaneamente encher a câmara de jito 106, portas adjacentes 118a, 118e, e cavidades verticais 110a, 110e a partir do fundo em direção ao topo. Assim, conforme o material fundido é vazado para dentro da câmara de jito 106, o material fundido se acumula para formar um volume fundido aumentado na câmara de jito 106 que pode ser alimentado diretamente para os portas adjacentes 118a, 118e e cavidades
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31/50 verticais 110a, 110e sem perda de sobreaquecimento devido ao deslocamento excessivo e em contato com várias estruturas do conjunto rotativo 100. Deste modo, em várias modalidades não limitativas, a câmara de jito 106 está configurado para alimentar todas as cavidades de fundição 110a, 110e, promovendo a retenção de sobreaquecimento. Por exemplo, em operação, a câmara de jito 106 pode ser dimensionada para receber um único derrame de material fundido que preenche completamente uma cavidade das pilhas verticais de cavidades 110a, 110e. Por exemplo, em uma modalidade não limitativa, a câmara de jito é dimensionada para receber um único derrame de material fundido que enche completamente pelo menos a cavidade inferior de cada uma das pilhas verticais de cavidades 110a, 110e. O volume de derrame único é de preferência suficiente para também encher completamente as portas 118a, 118e e o volume da câmara de jito 106 adjacente às cavidades completamente cheias 110a, 110e. Assim, o conjunto rotativo 100 pode ser configurado para receber um volume de material fundido que pode ser alimentado diretamente a partir da câmara de jito 106 para dentro das cavidades 110a, 110e, sem perda de superaquecimento.
[069]De acordo com certas modalidades não limitativas, reter sobreaquecimento promove a produção de peças fundidas compreendendo a melhoria da qualidade da superfície. Pecas fundidas de alumineto de titânio, por exemplo, produzidas por técnicas de fundição convencionais sofrem de pobre qualidade da superfície. Por exemplo, como indicado acima, quando uma fina camada de um material fundido deve percorrer o raio de uma câmara de jito de diâmetro grande e, subsequentemente, subir várias estruturas, como paredes ou portas de jito, por exemplo, para encher a partir do fundo das cavidades de molde, o volume do material fundido pode ser incapaz de reter sobreaquecimento, resultando em uma fraca qualidade de superfície. A fraca qualidade de superfície pode requerer a produção de peças fundidas de vários milímetros maiores do que a parte final, de modo que a superfície da peça de
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32/50 fundição possa ser processada para produzir uma fundição dentro das dimensões desejadas. Em contraste, o conjunto rotativo 100 pode ser configurado para produzir peças fundidas compreendendo suavidade melhorada e sem defeitos de superfície comumente encontrados em peças fundidas produzidas por técnicas convencionais. Por conseguinte, peças fundidas podem ser produzidas com taxas de sucata e custos de produção mais baixos.
[070]FIG. 8 é uma vista de frente de um molde 200 de acordo com determinadas modalidades não limitativas da presente divulgação. O molde 200 inclui uma primeira e segunda seções modulares 202, 202 que definem sete cavidades 210. As cavidades 210 se estendem a partir de uma face dianteira 212 do molde 200 para uma parede traseira 214 do molde 200 e são definidos entre as paredes laterais 216. Em certas modalidades não limitativas, o molde pode ser estruturado de forma a controlar o resfriamento do material fundido de tal modo que o material sofre a solidificação direcional a partir das paredes traseiras 214 geralmente na direção do eixo de rotação ou a câmara de jito que podem estar na proximidade da face frontal 212 do molde 200. O molde inclui ainda portas 218 posicionadas adjacentes à face frontal 212 que conduzem a cada cavidade 210a. As portas 218 são dimensionadas para impedir o fornecimento de material fundido na câmara de jito de ser cortada da porosidade de encolhimento. Como resultado, a maior parte da porosidade pode ser preenchida com um material fundido para a produção de peças fundidas densas. Por exemplo, as portas 218 compreendem um diâmetro ou área de seção transversal maior do que o diâmetro ou área de seção transversal maior das cavidades 210. Em certas modalidades não limitativas, o tamanho aumentado das portas 218 impede a porosidade interna de atingir a câmara de jito. Por exemplo, uma porta 218 pode ser completamente densa após a solidificação, impedindo a porosidade interna de ligar a câmara de jito em que pode tornar-se exposta mais tarde quando a peça fundida é removida da câmara de jito. Assim, as portas 218 podem formar uma barreira de
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33/50 densidade para conter a porosidade interna de tal modo que pode ser dirigida por processamento, como por HIP, por exemplo. Como descrito acima, em diversas modalidades não limitativas, as portas 218 também podem formar uma barreira térmica entre as cavidades de fundição 210 e a câmara de jito. Consequentemente, o tamanho de grão perto da câmara de jito pode ser reduzido em comparação com peças fundidas convencionais, porque o material nas portas 218 pode solidificar estreitamente após a fundição, por exemplo, quando a frente de solidificação se estendeu através da fundição, mas ainda antes de o material metálico fundido na câmara de jito se solidificar. Como descrito acima, quando o material solidificado nas cavidades 210 resfriou suficientemente, as peças fundidas podem ser removidas a partir do molde 200 através da separação da primeira e segunda seções modulares 202, 204.
[071]FIG. 9 é uma vista em perspectiva de alguns componentes de um conjunto rotativo 300 de um aparelho de fundição centrífuga de acordo com modalidades não limitativas da presente invenção. O conjunto rotativo 300 compreende uma câmara de jito 302 acoplada a um primeiro molde 304 e um segundo molde 306. A câmara de jito 302 está posicionada em torno de um eixo de rotação do conjunto 300 e define uma câmara de jito 308 estruturada para receber um abastecimento de material metálico fundido. A câmara de jito 308 compreende uma forma geralmente cilíndrica que tem uma seção transversal geralmente circular. A superfície exterior da câmara de jito 302 define duas aberturas 310a, 310b para receber os moldes 304, 306. Cada molde 304, 306 compreende uma primeira e segunda seções modulares 312a, b, 314a, b acopláveis através de parafusos 316, que são inseríveis através das ranhuras 318 definidas nos moldes 304, 306.
[072]Cada molde define cinco cavidades empilhadas, em que duas das cavidades 320a, 322a compreendem um diâmetro diminuído em comparação com três cavidades de diâmetro maior 320b, 322b. As cavidades de diâmetro diminuídas 320a, 322a são posicionados em intervalos entre as três cavidades de maior diâme
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34/50 tro 320b, 322b. Como pode ser visto, as múltiplas cavidades de diâmetro podem aumentar a flexibilidade com relação aos tamanhos de fundição que podem ser produzidas em um único derrame. Por exemplo, o tempo e perda de produção podem ser reduzidos por meio de derrames de consolidação. As cavidades empilhadas 320a, 320b, 322a, 322b estão em comunicação de fluido com a câmara de jito 308 através das respectivas portas 324a, 324b, 326a, 326b. Cada porta 324a, 324b, 326a, 326b compreende um diâmetro e área de seção transversal maior do que o diâmetro e área da seção transversal da cavidade 320a, 320b, 322a, 322b na qual está acoplada. Em um aspecto, o aumento do tamanho das portas 324a, 324b, 326a, 326b impede a solidificação completa das portas 324a, 324b, 326a, 326b até depois de material nas respectivas cavidades 320a, 320b, 322a, 322b ter totalmente solidificado. Isto é, pelo menos uma porção do material nas portas 324a, 324b, 326a, 326b pode reter a liquidez de tal modo que pode mover-se para dentro e encher as porções do material metálico de solidificação na cavidade de fundição 320a, 320b, 322a, 322b. Como resumido acima, em diversas modalidades não limitativas, portas 324a, 324b, 326a, 326b compreendem uma dimensão aumentada em relação a uma dimensão da cavidade. Por exemplo, de acordo com algumas configurações, a eficiência ideal em relação ao volume de fundição e rendimento pode incluir uma porta 324a, 324b, 326a, 326b que compreende uma área de seção transversal maior do que a área da seção transversal da cavidade 320a, 320b, 322a, 322b, por exemplo, entre 100% a 150% da área da seção transversal da cavidade 320a, 320b, 322a, 322b. É claro que, em algumas modalidades não limitativas, portas compreendendo as áreas de seção transversal de até, por exemplo, 400% ou mais da área da seção transversal da cavidade correspondente, também podem ser usadas para produzir peças fundidas tendo características semelhantes. A perda de rendimento, no entanto, pode aumentar com o aumento das dimensões da porta. De acordo com várias configurações de certas modalidades não limitativas, comprimentos de porta ideais
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35/50 podem compreender 50% a 150% da maior dimensão da seção transversal da porta. Mais uma vez, esses comprimentos são meramente otimizações de certas modalidades com relação ao número de peças fundidas que podem ser produzidas por volume de material fornecido para o molde, e tais exemplos não se destinam a ser limitativos, salvo indicação em contrário.
[073]Os primeiros e segundos moldes 304, 306 são estruturados para promover a solidificação direcional genericamente no sentido do eixo de rotação ou câmara de jito 308 de modo que a força centrífuga pressiona continuamente o material fundido para frente de solidificação da peça de fundição para preencher a porosidade de encolhimento conforme aparece, a fim de produzir um fundição mais densa. Os primeiros e segundos moldes 304, 306 compreendem características de isolamento configuradas para promover a solidificação direcional para a câmara de jito 308. Por exemplo, os moldes 304, 306 compreendem cada um, uma face lateral 328, 330 que define dois bolsos 332a, b, 334a, b espaçados e posicionados próximos à câmara de jito 302. Os bolsos estão configurados para reduzir a capacidade térmica do molde ao longo da porção correspondente do molde. Os moldes 304, 306 definem ainda uma pluralidade de bolsos superior e inferior 336a, b, 338a, b que se estende ao longo de uma porção dos moldes 304, 306. Os bolsos superior e inferior 336a, b, 338a, b são configurados para isolar as porções adjacentes do molde, limitando a capacidade de calor e a taxa de transferência de calor através do molde. Além de controlar a transferência de calor, alterando a capacidade de calor de porções do molde através de bolsos ou massa de paredes do molde, em várias modalidades não limitativas, cavidades também podem ser dispostas de modo a ajudar a controlar a transferência de calor.
[074]FIG. 10 ilustra uma seção transversal de um molde 400 para uma fundição centrífuga de acordo com várias modalidades não limitativas da presente invenção. O molde 400 inclui uma face frontal 406 e duas faces laterais 408, embora
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36/50 apenas um lado da face 408 esteja incluído na seção transversal. Seis cavidades 410 são definidas dentro do molde 400 entre as respectivas paredes laterais 412 e traseira 414.
[075]Cada cavidade 410 compreende uma porta de fornecimento de material fundido 416 adjacente a uma seção transversal cônica ou afunilada afunilando a partir da porta de fornecimento de material 416 para a parede do fundo 414. Em várias modalidades não limitativas, a face frontal 406 pode ser configurada para anexar a uma porta ou placa, ou diretamente para um câmara de jito para a porta de alimentação de material fundido 416. Por exemplo, em algumas modalidades não limitativas, um molde 400 compreende uma cavidade 410 que define uma seção transversal reduzida sobre uma porção do seu comprimento que se estende a partir da porta de fornecimento de material fundido 416, que pode ser diretamente acoplável a uma câmara de jito ou canal de alimentação. Ou seja, a redução na seção transversal ao longo de um comprimento inicial da cavidade 410 pode superar a necessidade de uma porta. Como tal, peças fundidas podem ser produzidas com perda de rendimento reduzida e porosidade de encolhimento controlada. Em várias modalidades não limitativas, as cavidades 410, compreendendo seções transversais diminuídas podem definir paredes laterais 412 geralmente afiladas em linha com a cavidade 410, por exemplo, geralmente alinhadas com uma linha de centro da cavidade 410, e pode compreender um cone simétrico em relação às paredes laterais adjacentes 412 das cavidades 412. Em uma modalidade não limitativa, uma seção transversal decrescente pode ser geralmente definida ao longo da direção da força centrífuga e/ou em cone, em uma direção geral oposta ao sentido geral da solidificação. Por exemplo, em uma modalidade não limitativa uma cavidade define uma seção transversal, como por uma seção cônica, que geralmente se afunila para longe da porta de fornecimento de material fundido, por exemplo, na direção de uma parede traseira 414 da cavidade 410.
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37/50 [076]Em uma modalidade não limitativa, a cavidade 410 define uma seção transversal decrescente que compreende uma seção cônica, que inclui uma primeira seção transversal e uma segunda seção transversal. A segunda seção transversal é menor do que a primeira seção transversal e está localizada a uma distância maior do eixo de rotação do que a primeiro seção transversal. Em operação, uma frente de solidificação pode ser formada e direcionalmente avançar geralmente a partir da parede traseira 414 na direção da primeira seção transversal e a porta de fornecimento de material fundido 416. A solidificação do material ao longo da frente de solidificação pode resultar na formação de dendrito no interior do material em solidificação. De acordo com várias modalidades não limitativas, pelo menos uma porção do material fundido em frente da frente de solidificação pode permanecer fundida durante um período de tempo durante o qual o material localizado em ou perto da segunda seção transversal é sujeita a um resfriamento e, portanto, encolhimento. Deste modo, o material fundido na frente da frente de solidificação, por exemplo, em ou perto da primeira seção transversal, pode ser acelerado pela força centrífuga de modo que se mova para dentro e/ou entre os dendritos que formam a preencher a porosidade de encolhimento conforme surge para evitar a formação de espaços vazios significativos e, assim, produzir uma peça fundida densa. Desta forma, as porções do molde em frente da frente de solidificação, por exemplo, localizadas mais próximas da câmara de jito, podem atuar como um tubo ascendente para a cavidade 410. Em várias modalidades não limitativas, as cavidades podem compreender várias seções cônicas. Em certas modalidades não limitativas, a seção transversal decrescente pode impedir a porosidade interna de atingir a câmara de jito. Em uma modalidade não limitativa, a seção transversal decrescente pode formar uma barreira de densidade para conter porosidade interna de tal modo que pode ser dirigida por processamento, como por HIP, por exemplo. Por exemplo, em utilização, pelo menos uma porção da seção transversal decrescente na ou adjacente à maior seção transversal da seção
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38/50 transversal decrescente, por exemplo, na ou adjacente à porta de alimentação de material fundido 416, pode ser completamente densa após a solidificação, impedindo assim a porosidade interna de se conectar com o câmara de jito onde possa ficar exposta mais tarde, quando a peça fundida é removida da câmara de jito.
[077]O molde 400 inclui ainda características de isolamento, compreendendo uma pluralidade de bolsos 418 definida nas paredes laterais 412 definindo as cavidades 410. Em várias modalidades não limitativas, as paredes laterais 412 do molde 400 pode também, ou em alternativa, compreender características de isolamento, como bolsos semelhantes aos ilustrados na FIG. 9. Por exemplo, bolsos definidos em uma ou ambas as paredes laterais 412 podem ser estruturados de forma a alterar a capacidade térmica do molde ao longo de uma porção lateral da parede lateral 412. Os bolsos 418 são dimensionados e posicionados de modo a promover a solidificação direcional a partir da parede traseira 414 em direção à face frontal 406. Como acontece com outras modalidades não limitativas o comprimento particular, área e/ou a posição dos bolsos 418 podem ser ajustados de acordo com os parâmetros específicos ou condições de derrame, por exemplo, temperatura de derrame, volume do molde, características de transformação de fase do material metálico, composição do molde, as dimensões da cavidade, número e proximidade das cavidades, e/ou número e proximidade de moldes. Em certas modalidades não limitativas, o molde pode compreender duas ou mais seções modulares. As seções modulares, por exemplo, podem compreender seções transversais horizontais, verticais, anguladas, ou com fenda para auxiliar na remoção das peças fundidas.
[078]FIG. 11 ilustra um molde 500 para utilização em um aparelho de fundição centrífuga de acordo com várias modalidades não limitativas da presente invenção. O molde 500 inclui uma face frontal 502, uma face posterior 504, uma face superior 506, uma face inferior 508, uma primeira face lateral 510, e uma segunda face lateral 512. Quatro cavidades empilhadas 514a-514d se estendem para dentro do
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39/50 molde 500 da face frontal 502 em direção à face traseira 504. Cada cavidade 514a514d é definida por uma parede lateral 516. O molde 500 define ainda características de isolamento compreendendo uma pluralidade de bolsos 526 posicionados sobre cada cavidade 514a-514d. Como mostrado, os bolsos 526 são espaçados igualmente em torno das cavidades 514a-514d. Em certas modalidades não limitativas, no entanto, o número, espaçamento, e/ou dimensões de um ou mais bolsos 526 podem ser diferentes. Embora não seja mostrado nas FIGS.11-15, o molde 500 pode ainda compreender seções de porta em ou perto de porções das cavidades 514a514d adjacentes à face frontal 502 do molde 500. As seções de porta podem ser definidas no molde 500, ou podem ser acopláveis, por exemplo, para a face frontal 502.
[079]As FIGS. 12-15 ilustram seções transversais do molde 500 ao longo das cavidades 514a-514d de acordo com várias modalidades não limitativas da presente invenção. As FIGS. 12-13 ilustram seções transversais ao longo das primeira e segunda cavidades 514a, 514b,respectivamente. As cavidades 514a, 514b se estendem desde a face frontal 502 do molde 500 para as respectivas paredes traseiras 528, que estão posicionadas adjacentes à face posterior 504. As cavidades 514a, 514b prolongam-se substancialmente perpendicular a um plano definido pela face frontal 502. Em operação, por exemplo, quando o molde 500 é rodado em torno de um eixo de rotação, a velocidade angular das cavidades 514a, 514b é substancialmente perpendicular a um raio que se estende a partir do centro de rotação. Os bolsos 526 estendem-se substancialmente paralelos às cavidades 514a, 514b e estão configurados para reduzir a capacidade de aquecimento da parede lateral adjacente às cavidades 514a, 514b e limitam a taxa de transferência de calor a partir do material fundido para o molde 500. Na modalidade ilustrada não limitativa, as paredes do fundo 528 representam uma condição completa de extração de calor térmica a partir do material fundido para o molde. Por conseguinte, a taxa de extração de calor a
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40/50 partir do material fundido pode ser diferencialmente controlada para promover a solidificação direcional geralmente a partir das paredes traseiras 528 em relação à face frontal. Como indicado acima, quando o molde 500 é rodado, a força centrífuga pode dirigir o material fundido em direção e contra a frente de solidificação para reduzir a porosidade.
[080]As FIGS. 14-15 ilustram as variações nos arranjos das cavidades e mostram radialmente cavidades deslocadas. FIG. 14 ilustra uma seção transversal do molde 500 ao longo da terceira cavidade 514c, que se estende a partir da face frontal 502 em direção à parede traseira 528. Os bolsos 526 prolongam-se substancialmente paralelos à cavidade 514c e estão configurados para reduzir a taxa de transferência de calor a partir do material fundido para o molde 500, como descrito acima. A cavidade 514c é radialmente deslocada e define um ângulo de aproximadamente 15 graus em relação à segunda cavidade 514b. A FIG. 15 ilustra uma seção transversal do molde 500 ao longo da quarta cavidade 514d, que se estende a partir da face frontal 502 em direção à parede traseira 528. Os bolsos 526 prolongam-se substancialmente paralelas à cavidade 514d e são configuradas para reduzir a taxa de transferência de calor a partir do material fundido para o molde 500, como descrito acima. A cavidade é radialmente deslocada e define um ângulo de aproximadamente 15 graus em relação à segunda cavidade 514b e cerca de um ângulo de 30 graus com relação à terceira cavidade 514c. Assim, as terceira e quarta cavidades 514a, 514b podem ser deslocadas radialmente, por exemplo, a velocidade angular de uma linha de centro da cavidade não é perpendicular a um raio originário no centro de rotação. No entanto, como acima indicado, as paredes traseiras 528 representam uma condição completa de extração de calor térmica a partir do material fundido para o molde. Por conseguinte, a taxa de extração de calor a partir do material pode ser diferencialmente controlada para promover a solidificação direcional a partir das paredes traseiras 528 em relação à face frontal. Como indicado acima,
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41/50 quando o molde 500 é rodado, a força centrífuga irá dirigir o material metálico fundido para frente e contra a solidificação para reduzir a porosidade.
[081]De acordo com certas modalidades não limitativas da presente invenção, uma estrutura de porta afunilada pode ser aplicada às modalidades dos aparelhos de fundição centrífuga, conjuntos rotativos e/ou moldes aqui descritos. Com referência à FIG. 16, por exemplo, uma porta 602 comunica com uma porta de entrada 604, de pelo menos uma cavidade 606 de um molde 608. A porta 602 pode incluir uma porção cônica 610 estruturada de forma a ficar adjacente à porta de entrada 604 da cavidade. A porção afunilada 610 pode incluir um ou mais porções sub-cônicas 610a, 610b, 610c, ou pode ser incorporada como uma única porção afunilada, por exemplo. Em certas modalidades, a porção afunilada 610 pode ser incorporada como um arco, por exemplo, ou outro tipo de configuração geométrica. Como mostrado, a porção afunilada 610 pode estender-se em torno de substancialmente a totalidade da área da seção transversal da porta 602 adjacente à porta de entrada 604 da cavidade 606, por exemplo. Em outras modalidades, a porção afunilada 610 pode estender-se em torno de menos do que toda a área da seção transversal da porção da porta 602 adjacente à porta de entrada 604 da cavidade 606. Em um exemplo não limitativo, a porção cônica 610, ou sub-porções 610a, 610b, 610c da mesma, pode definir um ângulo em relação a uma linha central de um produto ou componente fundido no molde 608, por exemplo, em que o ângulo de afunilamento pode ser definido no intervalo entre mais de zero grau a 90 graus.
[082]Em várias modalidades, uma área de seção transversal real ou média definida pela parte cônica 610 da porta 602 pode ser mais do que uma área de seção transversal definida pela porta de entrada 604 da cavidade 606 do molde 608. Em uma modalidade preferida, a área da secção transversal real ou média definida pela parte cônica 610 da porta 602 pode estar no intervalo entre mais de 100% a 150% da área da secção transversal definida pela porta de entrada 604 da cavidade
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606. Em um exemplo não limitativo anteriormente descrito acima em relação às FIGS. 3-5, o diâmetro e área de secção transversal de cada porta 60a, 60b adjacente à porta de fornecimento de material 84a, 84b pode ser maior do que o diâmetro e área de secção transversal da porta de fornecimento de material adjacente 84a, 84b.
[083]Os inventores descobriram que um certo número de fatores pode determinar a estrutura da porção cônica 610 da porta 602, e/ou a seleção da relação entre a área da secção transversal definida pela parte cônica 610 da porta 602 para a área da seção transversal definida pela porta de entrada 604 da cavidade 606. Tais fatores de seleção podem incluir, sem limitação, o tipo de material fundido sendo fundido no molde 608, o tipo de material que compreende o molde 608, características termodinâmicas desejadas como taxas de aquecimento e de resfriamento ou distribuição de calor, a geometria do componente sendo moldado no molde 608, a quantidade de material do produto sacrificados ou perda de rendimento que pode ocorrer como resultado da utilização da porção cônica 610, e/ou outros critérios de seleção. Em certas modalidades, a seleção de um ângulo para uma porção afunilada de uma porta pode ser resposiva às características desejadas ou requeridas de movimento de líquidos fluidos.
[084]Com referência à FIG. 16A, em certas modalidades não limitativas da presente invenção, uma porta 632 pode ser estruturada com uma forma genericamente trapezoidal, por exemplo, para associação operativa com uma cavidade 634 do molde. Em certas modalidades, a porta 632 pode ser estruturada com porções afuniladas 636, 638 em um ângulo incluído de 20 graus ou menos, por exemplo. Pode ser visto que as porções afuniladas 636, 638 da porta 632 podem estender-se ao longo de parte ou substancialmente toda a distância 640 de um eixo longitudinal da porta 632. A distância 640 pode representar a distância a partir de uma câmara de jito (não representada) de um aparelho de fundição de, por exemplo, para a abertura de entrada da cavidade 634. Em certas modalidades, uma área de
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43/50 seção transversal real ou média definida dentro das porções afuniladas 636, 638 da porta 632 pode estar no intervalo entre mais de 100% para 150% da área da seção transversal definida pela porta de entrada da cavidade 634. Em outras modalidades não limitativas, a porta 632 pode ser estruturada como uma geometria geralmente retangular ou geralmente quadrada, por exemplo, entre outros tipos de formas. Pode ser visto que a porta 632 pode ser estruturada para proporcionar um movimento descendente da seção transversal da câmara de jito em direção à porta de entrada da cavidade 634. Além disso, em certas modalidades não limitativas a cavidade 634 em si pode ser afunilada a um ângulo afunilado (ver, por exemplo, FIG. 22).
[085]Com referência à FIG. 17, de acordo com certas modalidades não limitativas da presente invenção, um molde 652 pode ser estruturado com uma ou mais cavidades 654 tendo uma porta alargada 656, como mostrado. Na prática, a operação de um aparelho de fundição utilizando este molde 652 pode produzir componentes ou peças que podem ser divididas ou cortadas em sub-componentes ou sub-partes, por exemplo, através do processamento pós-fundição. Por exemplo, um componente produzido na cavidade 654 pode ser mais tarde subdividido em múltiplos sub-componentes. Em um exemplo não limitativo, um componente ou parte produzido na cavidade 654 pode produzir doze sub-componentes, em que cada um desses sub-componentes tem uma relação de aspecto na faixa de dois a três. Neste exemplo, e apenas para fins de ilustração, cada um desses sub-componentes pode ser produzido com uma espessura de 55 milímetros e altura de 150 mm, resultando em uma proporção de aspecto de cerca de 2,7. Em outro exemplo não limitativo, um componente ou sub-componente pode ser produzido com uma relação de aspectos de cerca de 7,7 ou mais. FIG. 18 ilustra um exemplo de um molde 662 para a fundição de um único componente estruturado a partir do qual vários subcomponentes tendo uma relação de aspecto de cerca de 7,7, por exemplo, pode ser produzido. No exemplo mostrado, uma porta 664 do molde pode incluir uma ou mais
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44/50 porções afuniladas 666, 668, definindo um ângulo afunilado aproximado, que pode estar na faixa de aproximadamente quatro a seis graus, por exemplo. Também pode ser visto nesta modalidade particular, que o molde 662 inclui somente uma única cavidade 670.
[086]Em certas modalidades não limitativas, o molde 652 pode ser estruturado com uma ou mais ranhuras 653, 655, 657, em que uma ou mais paredes laterais de porta (como a parede lateral 659) podem ser removivelmente inseridas. A parede lateral da porta 659 pode ser constituída por uma variedade de materiais diferentes e pode ser constituída do mesmo ou de diferentes materiais como o material que compreende o molde 652. Em uma modalidade não limitativa, a parede lateral 659 pode ser incorporada como um inserto metálico, por exemplo; em outras modalidades, a parede lateral 659 pode ser incorporada como um componente semimetálico ou não metálico. Por exemplo, o uso de tais paredes laterais 659 permite o controle da transferência de calor por seleção de materiais para encher as ranhuras 653, 655, 657 as quais podem conter condutividade térmica mais baixa, capacidade de calor, ou uma combinação dos mesmos, em comparação com outros materiais que podem ser usados dentro do molde 652. As ranhuras 653, 655, 657 podem ser formadas em geometrias redondas ou quadradas, por exemplo, entre outras formas estruturais potenciais.
[087]Os inventores descobriram que fundir um componente (por exemplo, uma placa) no molde 652 através da utilização de uma porta estendida 656 como mostrado na FIG. 17, por exemplo, ou utilizando uma única cavidade 670 no molde 662, como mostrado na FIG. 18, por exemplo, pode, em muitos casos, reduzir a porosidade conforme fundida do produto. Extração de calor pode ser ainda mais reduzida, eliminando as superfícies de contato entre o material fundido e a cavidade do molde. Essa redução na extração de calor aumenta a frente de solidificação dirigida. Além disso, pode ser reduzida a perda de rendimento para o produto devido
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45/50 a uma menor necessidade de realizar usinagem periférica, por exemplo, dos produtos fundidos. Por exemplo, pode ser visto que a razão entre a área da superfície do produto fundido na cavidade 654 para a área de superfície das arestas periféricas do produto fundido na cavidade 654 é maior em comparação com os componentes que podem ser expressos em outras cavidades 672, 674, 676 do molde 652. Em certas modalidades não limitativas, uma ou mais das cavidades 654, 672, 674, 676 pode também incluir uma porta operacionalmente associada 656, 684, 686, 688 estruturada com um ou mais porções afuniladas 692, 694, 696, 698 (como descrito acima).
[088]De acordo com certas modalidades não limitativas da presente invenção, a FIG. 9 ilustra um exemplo de um molde 702 em que duas cavidades 704, 706 do molde 702 partes de uma porta comum 708 em comunicação com ambas as cavidades 704, 706. A porta comum 708 pode ser utilizada em vários processos de fundição sujeitos a consideração dos fatores como, sem limitação, o tipo de material fundido sendo moldado no molde 702, o tipo de material que compreende o molde 702, as características desejadas termodinâmicas, como taxas de aquecimento e de resfriamento ou a distribuição do calor, a geometria do componente sendo moldado nas cavidades 704, 706 do molde 702, e/ou de outros critérios. Em certas modalidades não limitativas, uma ou mais das cavidades 704, 706, 712, 714, 716 podem incluir uma porta 708, 722, 724, 726 estruturada com uma ou mais porções afuniladas 732, 734, 736, 738 (como descrito acima).
[089]Em certas modalidades não limitativas, o molde 702 pode ser estruturado com uma ou mais ranhuras 752, 754, 756 em que uma ou mais paredes laterais da porta (como a parede lateral 758) podem ser removivelmente inseridas. A parede lateral da porta 758 pode ser constituída por uma variedade de materiais diferentes e pode ser constituída do mesmo ou de diferentes materiais como o material que compreende o molde 702. Em uma modalidade não limitativa, a parede
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46/50 lateral 758 pode ser incorporada como um inserto metálico, por exemplo; em outras modalidades, a parede lateral 758 pode ser incorporada como um componente semimetálico ou não metálico. Por exemplo, o uso de tais paredes laterais 758 permite o controle da transferência de calor por seleção de materiais para encher as ranhuras 752, 754, 756 as quais podem conter condutividade térmica mais baixa, a capacidade de calor, ou uma combinação dos mesmos, em comparação com outros materiais que podem ser usados dentro do molde 702. As ranhuras 752, 754, 756 podem ser formadas em geometrias redonda ou quadrada, por exemplo, entre outras formas estruturais potenciais.
[090]As FIGS. 20-21 ilustram um exemplo de um aparelho de fundição centrífuga 802 estruturada de acordo com certas modalidades não limitativas da presente invenção. O aparelho de fundição 802 inclui moldes múltiplos 804, 806, 808, 810, 812, 816, 814, 818 que se prolongam radialmente para fora a partir de uma câmara de jito posicionada centralmente 820. Em várias modalidades, um ou mais dos moldes 804-818 podem ser constituídos por vários tipos de materiais. Por exemplo, uma porção de corpo principal 832 do molde 804 pode ser composto por um primeiro tipo de material; e uma parede traseira 834 do molde 804 pode ser composto de um segundo tipo de material, em que o primeiro tipo de material é diferente do segundo tipo de material. Os materiais podem ser de diferentes tipos de materiais metálicos ou de cerâmica, por exemplo. Em certas modalidades, a parede traseira 834 pode ser estruturada de forma a ser removível ou separável da porção de corpo principal 832 do molde 804, como pela utilização de parafusos, ou outros fixadores convencionais. Deste modo, um tipo de material pode ser trocado por outro tipo de material para um ou mais dos moldes 804-818, sujeitos a considerações, como objetivos do processo de fundição, geometria do componente, ou fatores termodinâmicos, como qualidades de transferência de calor de material ou critérios de distribuição de calor.
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47/50 [091]Em certas modalidades não limitativas, um ou mais dos moldes 804818 do aparelho de fundição 802 da FIG. 20, por exemplo, podem ser estruturados de acordo com o molde 852 ilustrado na FIG. 22, por exemplo. O molde 852 pode incluir uma porção de corpo principal 854 e uma porção de parede do fundo separada 856 que pode ser separada ou ligada à porção de corpo principal 854, como desejado. Além disso, uma ou mais das cavidades 862, 864, 866, 868, 870, 872 incluídas dentro do molde 852 podem ser estruturadas de forma a serem afuniladas em um ângulo afunilado a partir da face frontal 882 do molde 852 em direção à porção de parede traseira 856. Pode ser apreciado que durante a operação do aparelho de fundição 802, concentrando-se mais o material do molde 852 e menos porções de cavidade 862-872 para fora da face frontal 882 na direção de parede de trás 856, por exemplo, pode criar mais de um efeito do dissipador de calor adjacente à porção de parede de trás 856. Deste modo, o comportamento termodinâmico global do molde 852 pode ser ajustado em resposta à quantidade de cone estruturado nas cavidades 862-872, a quantidade de material da porção de parede posterior 856 adicionada a ou separada do molde 852, e/ou o tipo de materiais que compreendem, respectivamente, a porção de corpo principal 854 e a porção de parede posterior 856, entre outros fatores.
[092]De acordo com certas modalidades não limitativas aqui descritas, pode ser apreciado que uma estrutura de porta e uma cavidade para a formação de um produto ou componente podem ambos ter uma ou mais porções afuniladas dentro do mesmo molde. Em um exemplo, uma estrutura de cavidade afunilada, como mostrado na FIG. 22, por exemplo, pode ser acoplada com uma ou mais das várias estruturas de porta afunilada ou estruturas de porta geométricas aqui descritas.
[093]Deve notar-se que certas características dos aparelhos de fundição centrífuga e métodos aqui descritos são descritos em termos de modalidades ilustradas. Por exemplo, por questões de brevidade e facilidade de compreensão, ape
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48/50 nas um número limitado de variantes no que diz respeito ao número e disposição dos moldes e cavidades é ilustrado. Como se tornará aparente para um especialista na técnica após a leitura deste documento, as modalidades ilustradas e as suas várias alternativas podem ser executadas sem confinamento para os exemplos ilustrados. A presente descrição também não está limitada aos arranjos de cavidades ou moldes ilustrados. Por exemplo, em várias modalidades, os moldes podem compreender múltiplas pilhas verticais de cavidades. Cavidades empilhadas podem compreender moldes compreendendo várias linhas de cavidades empilhadas. Cavidades empilhadas podem também compreender uma ou mais cavidades radialmente deslocadas do centro de rotação. Por exemplo, um molde pode compreender uma pilha de cavidades em que as cavidades são radialmente deslocadas. Em algumas modalidades não limitativas, cavidades empilhadas podem compreender múltiplas fileiras de cavidades empilhadas. Embora as modalidades ilustradas apresentem, em geral cavidades empilhadas onde pelo menos as portas de alimentação de material são alinhadas, em várias modalidades não limitativas, as cavidades podem ser empilhadas de modo a que uma ou mais cavidades não estão alinhadas, por exemplo, as cavidades podem ser escalonadas ou compensadas com intervalos uniformes ou não uniformes.
[094]Deve ser apreciado que a configuração e número de moldes podem ser geralmente relacionadas com o tamanho e número de peças a ser expresso e o volume de jito. Por exemplo, em várias modalidades não limitativas, os aparelhos de fundição podem compreender uma pluralidade de moldes posicionados sobre um eixo de rotação. A pluralidade de moldes pode definir cada uma pilha vertical de uma pluralidade de cavidades. Cada uma da pluralidade de cavidades pode definir uma pluralidade de peças fundidas dispostas linearmente. Assim, dependendo da configuração, várias modalidades dos aparelhos de fundição podem produzir duas a muitas centenas de peças fundidas em uma única corrida de fundição. Isto é, aparelhos
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49/50 de fundição que compreendem, por exemplo, dois a dez moldes, cada molde definindo duas a dez cavidades, e cada cavidade definindo duas a seis peças fundidas, pode produzir entre 8 e 600 peças fundidas.
[095]Na presente descrição, exceto nos exemplos de funcionamento ou onde indicado em contrário, todos os números que expressam quantidades ou características dos elementos, ingredientes e produtos, condições de processamento e semelhantes devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Por conseguinte, a menos que indicado em contrário, todos os parâmetros numéricos apresentados na descrição que se segue são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que se procura obter nos aparelhos e métodos de acordo com a presente divulgação. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deve pelo menos ser interpretado à luz do número de algarismos significativos relatados e pela aplicação de técnicas comuns de arredondamento.
[096]Esta divulgação descreve vários elementos, características, aspectos e vantagens de modalidades não limitativas de aparelhos de fundição centrífuga e métodos destes. Deve ser entendido que certas descrições das modalidades não limitativas foram simplificadas para ilustrar apenas aqueles elementos e características, aspectos que são relevantes para uma compreensão mais clara das modalidades divulgadas, enquanto eliminando, por razões de brevidade e clareza, outros elementos, características e aspectos. Deve notar-se que certas características, que são, para clareza, descritas no contexto de modalidades separadas, podem também ser proporcionadas em combinação em uma única modalidade. Inversamente, várias características da invenção, que são, para brevidade, descritas no contexto de uma única modalidade, podem também ser fornecidas separadamente, em qualquer subcombinação adequada, como adequado ou em qualquer outra modalidade descrita.
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Por exemplo, enquanto as cavidades são geralmente mostradas para estender ao longo de um plano de operação horizontal, em várias modalidades não limitativas, as cavidades podem estender-se em ângulos positivos e/ou negativos em relação a um plano de operação horizontal. Além disso, certas características descritas no contexto de modalidades não devem ser consideradas características essenciais dessas modalidades, a menos que a modalidade seja inoperante, sem esses elementos.
[097]Embora a descrição anterior tenha necessariamente apresentado um número limitado de modalidades, os especialistas na técnica relevante apreciarão que várias alterações nos métodos e aparelhos e outros detalhes dos exemplos que foram aqui descritas e ilustradas podem ser feitas por aqueles especializados na técnica, e todas essas modificações permanecerão no princípio e escopo da presente invenção como aqui e nas reivindicações anexas expressa. Aqueles com conhecimentos gerais, após a leitura da presente descrição, irão facilmente identificar aparelhos e métodos adicionais de fundição centrífuga e podem projetar, construir e utilizar aparelhos e métodos adicionais de fundição centrífuga ao longo das linhas e dentro do espírito do número necessariamente limitado de modalidades aqui discutidas. Entende-se, portanto, que a presente invenção não está limitada às modalidades ou os métodos divulgados aqui incorporados ou particulares, mas destina-se a cobrir as modificações que estão dentro do princípio e escopo da invenção, como definido pelas reivindicações. Também será apreciado por aqueles especialistas na técnica que alterações podem ser feitas às modalidades não limitativas e métodos aqui discutidos, sem se afastar do amplo conceito da invenção.

Claims (19)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    um conjunto rotativo configurado para rodar em torno de um eixo de rotação, em que o conjunto rotativo compreende:
    uma câmara de jito posicionada em torno do eixo de rotação e estruturada para receber um fornecimento de material fundido;
    uma primeira porta posicionada para receber material fundido proveniente da câmara de jito em uma direção geral da força centrífuga;
    uma segunda porta posicionada para receber material fundido a partir da câmara de jito na direção geral da força centrífuga;
    uma primeira cavidade posicionada para receber material fundido a partir da primeira porta na direção geral da força centrífuga, em que a primeira porta compreende um volume maior que um volume de um comprimento adjacente igual da primeira cavidade; e uma segunda cavidade posicionada para receber material fundido a partir da segunda porta na direção geral da força centrífuga;
    em que a primeira cavidade e a segunda cavidade estão empilhadas.
  2. 2. Molde de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    uma face frontal configurada para receber um fornecimento de material fundido;
    uma face traseira; e uma primeira cavidade e uma segunda cavidade, cada uma estendendo-se a partir da face frontal em direção a face traseira e definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde, em que as primeira e segunda cavidades são empilhadas e configuradas para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir de um eixo rotacional do molde; e
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    2/12 uma primeira porta definida no molde posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade, em que a primeira porta é configurada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir do eixo rotacional do molde, e em que a primeira porta compreende um volume maior que um volume de um comprimento adjacente igual da primeira cavidade;
    em que o molde está estruturado para isolar diferencialmente das primeira e segunda cavidades, de tal forma que para cada das primeira e segunda cavidades uma taxa de extração de calor a partir do material fundido seja maior na parede traseira do que uma taxa de extração de calor na parede lateral para promover a solidificação direcional a partir da parede traseira em uma direção geral estendendo-se no sentido do eixo rotacional do molde.
  3. 3. Molde de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    uma face frontal configurada para receber um fornecimento de material fundido;
    uma face traseira;
    uma primeira cavidade que se estende a partir da face frontal para a face traseira, a primeira cavidade definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde; e uma primeira porta definida no molde posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade, em que a primeira porta compreende uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da primeira cavidade, e em que a primeira porta é configurada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga.
  4. 4. Molde de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    uma face frontal compreendendo uma primeira porta de fornecimento de material configurada para receber um fornecimento de material fundido;
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 68/79
    3/12 uma face traseira;
    uma primeira cavidade que se estende a partir da primeira porta de fornecimento de material na direção da face traseira, a primeira cavidade definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde;
    uma primeira porta definida no molde posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade, em que a primeira porta é configurada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir do eixo rotacional do molde, e em que a primeira porta compreende um volume maior que um volume de um comprimento adjacente igual da primeira cavidade; e a primeira cavidade compreendendo uma área de seção transversal decrescente ao longo de um comprimento da primeira cavidade.
  5. 5. Molde de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    uma face frontal compreendendo uma primeira porta de fornecimento de material e uma segunda porta de fornecimento de material, a primeira e segunda portas de fornecimento de material configuradas para receber um fornecimento de material fundido;
    uma face traseira;
    uma primeira cavidade que se estende a partir da primeira porta de fornecimento de material na direção da face traseira, a primeira cavidade definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde, a primeira cavidade compreendendo uma área de seção transversal continuamente decrescente a partir da face frontal para a face traseira da primeira cavidade;
    uma primeira porta definida no molde posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade, em que a primeira porta compreende uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da primeira cavidade, e em que a primeira porta é configurada para receber material fundido em uma direção geral
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 69/79
    4/12 da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir de um eixo rotacional do molde; e uma segunda cavidade que se estende a partir da segunda porta de fornecimento de material na direção da face traseira, em que a segunda cavidade é definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde, a segunda cavidade compreendendo uma área de seção transversal continuamente decrescente a partir da face frontal para a face traseira da segunda cavidade e em que a primeira cavidade e a segunda cavidade são empilhadas.
  6. 6. Aparelho de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    um conjunto rotativo configurado para rodar em torno de um eixo de rotação, em que o conjunto rotativo compreende:
    uma câmara de jito posicionada em torno do eixo de rotação e estruturada para receber um fornecimento de material fundido;
    uma primeira porta posicionada para receber material fundido proveniente da câmara de jito em uma direção geral da força centrífuga;
    uma segunda porta posicionada para receber material fundido a partir da câmara de jito na direção geral da força centrífuga;
    uma primeira cavidade posicionada para receber material fundido a partir da primeira porta na direção geral da força centrífuga, em que a primeira porta compreende um diâmetro maior do que um diâmetro da primeira cavidade; e uma segunda cavidade posicionada para receber material fundido a partir da segunda porta na direção geral da força centrífuga;
    em que a primeira cavidade e a segunda cavidade estão empilhadas.
  7. 7. Aparelho de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    um conjunto rotativo configurado para rodar em torno de um eixo de rotação, em que o conjunto rotativo compreende:
    uma câmara de jito posicionada em torno do eixo de rotação e estruturada
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 70/79
    5/12 para receber um fornecimento de material fundido;
    uma primeira porta posicionada para receber material fundido proveniente da câmara de jito em uma direção geral da força centrífuga;
    uma segunda porta posicionada para receber material fundido a partir da câmara de jito na direção geral da força centrífuga;
    uma primeira cavidade posicionada para receber material fundido a partir da primeira porta na direção geral da força centrífuga, em que a primeira porta compreende um diâmetro maior do que um diâmetro da primeira cavidade; e em que a primeira porta compreende uma área de seção transversal entre 125% e 150% de uma área de seção transversal da primeira cavidade, e um comprimento entre 50% e 150% da maior dimensão de uma seção transversal da porta; e uma segunda cavidade posicionada para receber material fundido a partir da segunda porta na direção geral da força centrífuga;
    em que a primeira cavidade e a segunda cavidade estão empilhadas.
  8. 8. Molde de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    uma face frontal configurada para receber um fornecimento de material fundido;
    uma face traseira; e uma primeira cavidade e uma segunda cavidade, cada uma estendendo-se a partir da face frontal em direção a face traseira e definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde, em que as primeira e segunda cavidades são empilhadas e configuradas para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir de um eixo rotacional do molde; e uma primeira porta definida no molde posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade, que a primeira porta compreende uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da primeira cavidade, e em que a pri
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 71/79
    6/12 meira porta é configurada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir de um eixo rotacional do molde;
    em que o molde está estruturado para isolar diferencialmente das primeira e segunda cavidades, de modo que em cada das primeira e segunda cavidades uma taxa de extração de calor a partir do material fundido seja maior na parede traseira do que uma taxa de extração de calor na parede lateral para promover a solidificação direcional a partir da parede traseira em uma direção geral estendendo-se no sentido do eixo rotacional do molde.
  9. 9. Molde de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    uma face frontal compreendendo uma primeira porta de fornecimento de material configurada para receber um fornecimento de material fundido;
    uma face traseira;
    uma primeira cavidade que se estende a partir da primeira porta de fornecimento de material na direção da face traseira, a primeira cavidade definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde;
    uma primeira porta definida no molde posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade, que a primeira porta compreende uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da primeira cavidade, e em que a primeira porta é configurada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir de um eixo rotacional do molde; e a primeira cavidade compreendendo uma área de seção transversal decrescente ao longo de um comprimento da primeira cavidade.
  10. 10. Molde de fundição centrífuga, CARACTERIZADO por compreender:
    uma face frontal compreendendo uma primeira porta de fornecimento de material e uma segunda porta de fornecimento de material, a primeira e segunda portas
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 72/79
    7/12 de fornecimento de material configuradas para receber um fornecimento de material fundido;
    uma face traseira;
    uma primeira cavidade que se estende a partir da primeira porta de fornecimento de material na direção da face traseira, a primeira cavidade definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde, a primeira cavidade compreendendo uma área de seção transversal continuamente decrescente a partir da face frontal para a face traseira da primeira cavidade;
    uma primeira porta definida no molde posicionada entre a face frontal e a primeira cavidade, em que a primeira porta é configurada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga estendendo-se radialmente para fora a partir do eixo rotacional do molde, e em que a primeira porta compreende um volume maior que um volume de um comprimento adjacente igual da primeira cavidade; e uma segunda cavidade que se estende a partir da segunda porta de fornecimento de material na direção da face traseira, em que a segunda cavidade é definida por uma parede lateral e uma parede traseira adjacente à face traseira do molde, a segunda cavidade compreendendo uma área de seção transversal continuamente decrescente a partir da face frontal para a face traseira da segunda cavidade e em que a primeira cavidade e a segunda cavidade são empilhadas.
  11. 11. Método para produzir um fundido de um material metálico, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:
    posicionar um conjunto rotativo que compreende uma pluralidade de portas e uma pluralidade de cavidades dispostas em torno de uma câmara de jito, de modo que a pluralidade de portas e a pluralidade de cavidades estão posicionadas para receber material metálico fundido a partir da camada de jito em uma direção geral da força centrífuga conforme o conjunto rotativo roda, e em que cada da pluralidade de
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 73/79
    8/12 portas é acoplada a uma da pluralidade de cavidades, em que cada da pluralidade de portas está posicionada e dimensionada para receber um volume de material metálico fundido maior do que um volume de um comprimento adjacente igual da cavidade a qual a porta está acoplada, e em que pelo menos duas da pluralidade de cavidades são empilhadas;
    rodar o conjunto rotativo; e fornecer um material metálico fundido para a câmara de jito.
  12. 12. Método para produzir um fundido de um material metálico, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:
    posicionar um conjunto rotativo que compreende uma pluralidade de portas e uma pluralidade de cavidades dispostas em torno de uma câmara de jito, de modo que a pluralidade de portas e a pluralidade de cavidades estão posicionadas para receber material metálico fundido a partir da camada de jito em uma direção geral da força centrífuga conforme o conjunto rotativo roda, em que cada da pluralidade de portas é acoplada a uma da pluralidade de cavidades, em que cada da pluralidade de portas está posicionada e dimensionada para receber um volume do material metálico fundido, tendo uma seção transversal maior do que uma seção transversal da cavidade à qual está acoplada, e em que pelo menos duas da pluralidade de cavidades são empilhadas;
    rodar o conjunto rotativo; e fornecer um material metálico fundido para a câmara de jito, em que fornecer o material metálico fundido para a câmara de jito compreende verter o material metálico fundido para a câmara de jito até que pelo menos o material metálico fundido submerja completamente a pluralidade de portas.
  13. 13. Método para produzir um fundido de um material metálico, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:
    posicionar um conjunto rotativo que compreende uma pluralidade de portas
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 74/79
    9/12 e uma pluralidade de cavidades dispostas em torno de uma câmara de jito, de modo que a pluralidade de portas e a pluralidade de cavidades estão posicionadas para receber material metálico fundido a partir da camada de jito em uma direção geral da força centrífuga conforme o conjunto rotativo roda, em que cada da pluralidade de portas é acoplada a uma da pluralidade de cavidades, em que cada das cavidades é isolada termicamente de modo diferente para assim promover a solidificação direcional do material metálico fundido recebido na mesma; e em que pelo menos duas da pluralidade de cavidades são empilhadas;
    rodar o conjunto rotativo; e fornecer um material metálico fundido para a câmara de jito; e solidificar uma parte do material metálico fundido dentro de cada da pluralidade de cavidades, e em que o conjunto rotativo é construído de modo o material metálico fundido se solidifica direcionalmente dentro de pelo menos uma da pluralidade de cavidades.
  14. 14. Método para produzir um fundido de um material metálico, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:
    posicionar um conjunto rotativo que compreende uma pluralidade de portas e uma pluralidade de cavidades dispostas em torno de uma câmara de jito, de modo que a pluralidade de portas e a pluralidade de cavidades estão posicionadas para receber material metálico fundido a partir da camada de jito em uma direção geral da força centrífuga conforme o conjunto rotativo roda, em que cada da pluralidade de portas é acoplada a uma da pluralidade de cavidades, em que pelo menos duas da pluralidade de cavidades são empilhadas, e em que para cada das cavidades uma taxa de extração de calor a partir do material metálico fundido em uma parede traseira seja maior do que uma taxa de extração de calor do material metálico fundido em uma parede lateral da cavidade, para assim promover a solidificação direcional do material metálico fundido dentro da cavidade;
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 75/79
    10/12 rodar o conjunto rotativo; e fornecer um material metálico fundido para a câmara de jito; e solidificar uma parte do material metálico fundido dentro de cada da pluralidade de cavidades, e em que o conjunto rotativo é construído de modo o material metálico fundido se solidifica direcionalmente dentro de pelo menos uma da pluralidade de cavidades.
  15. 15. Método para produzir um fundido de um material metálico, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:
    posicionar um conjunto rotativo que compreende uma pluralidade de portas e uma pluralidade de cavidades dispostas em torno de uma câmara de jito, de modo que a pluralidade de portas e a pluralidade de cavidades estão posicionadas para receber material metálico fundido a partir da camada de jito em uma direção geral da força centrífuga conforme o conjunto rotativo roda, em que cada da pluralidade de portas é acoplada a uma da pluralidade de cavidades, em que o conjunto rotativo adicionalmente compreende uma pluralidade de bolsos adjacentes a pluralidade de cavidades, assim modificando a taxa de extração de calor do material metálico fundido recebido nas cavidades, e em que pelo menos duas da pluralidade de cavidades são empilhadas;
    rodar o conjunto rotativo; e fornecer um material metálico fundido para a câmara de jito.
  16. 16. Molde estruturado para associação operativa com um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga, o molde CARACTERIZADO por compreender:
    pelo menos uma cavidade tendo uma abertura de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo; e, uma porta em comunicação com a abertura de entrada de pelo menos uma
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 76/79
    11/12 cavidade, em que a porta inclui pelo menos uma porção afunilada posicionada adjacente à abertura de entrada de pelo menos uma cavidade, em quem uma área de seção transversal média definida pela pelo menos uma porção afunilada da porta é maior do que uma área de seção transversal definida pela abertura de entrada da pelo menos uma cavidade.
  17. 17. Molde de fundição estruturado para associação operativa com um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga, o molde de fundição CARACTERIZADO por compreender:
    pelo menos uma cavidade tendo uma abertura de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo; e uma porta em comunicação com a abertura de entrada de pelo menos uma cavidade, em que a porta inclui pelo menos uma porção afunilada posicionada adjacente à abertura de entrada de pelo menos uma cavidade;
    em que o molde de fundição é um molde de fundição reutilizável;
    em quem uma área de seção transversal média definida pela pelo menos uma porção afunilada da porta é maior do que uma área de seção transversal definida pela abertura de entrada da pelo menos uma cavidade.
  18. 18. Molde estruturado para associação operativa com um conjunto rotativo de um aparelho de fundição centrífuga, o molde CARACTERIZADO por compreender:
    pelo menos duas cavidades, cada uma tendo uma abertura de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo; e uma porta comum em comunicação com ambas as aberturas de entrada das cavidades.
  19. 19. Molde estruturado para associação operativa com um conjunto rotativo
    Petição 870190071931, de 26/07/2019, pág. 77/79
    12/12 de um aparelho de fundição centrífuga, CARACTERIZADO pelo fato de que o molde compreende:
    pelo menos uma cavidade tendo uma abertura de entrada estruturada para receber material fundido em uma direção geral da força centrífuga gerada pela rotação do conjunto rotativo;
    uma porção de corpo principal que compreende um primeiro material;
    uma porção de parede posterior acoplável ou removível a porção de corpo principal, em que a porção de parede traseira compreende um segundo material; e em que o primeiro material é um tipo de material diferente do segundo material.
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