ES2200809T3 - Procedimiento de colada de metales en molde de arena verde y dispositivo de obturacion de canal de colada. - Google Patents
Procedimiento de colada de metales en molde de arena verde y dispositivo de obturacion de canal de colada.Info
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Abstract
El método se basa en que simultáneamente al llenado del molde (1) a través de su parte inferior, por medio del canal de colada principal (3), se produce el ascenso de metal fundido (2) a través de un canal secundario (6) que se deriva del inicio del canal de colada (3), ascendiendo ese metal fundido (2) en el canal secundario (6) de igual manera que el ascenso que se produce en el molde (1), todo ello de forma que cuando se produce el llenado de éste se obtura el canal de colada principal (3), siguiendo con la alimentación del canal secundario (6) para producir el rebose de éste y el llenado de la respectiva mazarota (5) establecida superiormente en el molde (1), estando el canal secundario (6) en comunicación superior con dicha mazarota (5), para que una vez llena ésta se produzca la obturación del canal secundario (6). De esta manera se consigue que el metal más líquido alcance la zona superior del molde (1), pudiéndose aportar a éste para compensar la contracción del metal en su enfriamiento. Es objeto también de la invención el dispositivo (7) que realiza el obturado del canal principal de colada (3) y del canal secundario (6), siendo ambos dispositivos de obturación (7) iguales e independientes.
Description
Procedimiento de colada de metales en molde de
arena verde y dispositivo de obturación del canal de colada.
La invención se refiere un método de colada de
metales en moldes de arena verde, concebido para que además de irse
llenando el molde con el metal fundido a través de la parte
interior del mismo, por medio de correspondiente canal principal de
colada, se produzca simultáneamente el llenado de un canal
secundario dispuesto verticalmente y externo al molde,
comunicándose con la parte superior de éste, concretamente con la
zona de reserva denominada mazarota, a fin de que una vez lleno el
molde se produzca la obturación del canal principal de colada e
inmediatamente a continuación el llenado de dicha mazarota para
conseguir que el metal fundido en ésta compense la contracción del
metal cuando se solidifica.
Es también objeto de la invención el dispositivo
de obturación del canal principal de colada, que se repite
igualmente en el canal secundario de llenado de la mazarota,
efectuándose primeramente el seccionado u obturación del canal
principal de colada cuando el molde ha sido llenado de metal
fundido, y posteriormente la obturación del canal secundario cuando
se efectúa el llenado de la mazarota, todo ello controlado mediante
una sonda que detecta el nivel de llenado tanto del molde cono de la
mazarota. La obturación o seccionado de los canales referidos se
produce mediante corte de la arena del molde y del propio canal de
colada, sin desplazamiento de arena.
Son sobradamente conocidos los procedimientos de
obtención de piezas de metales, coladas sobre motas o moldes de
arena, basándose en que una vez obtenidas las motas éstas van
avanzando sobre un sistema transportador y se van disponiendo en
correspondencia con la estación de llenado, constituida por una
placa de cierre superior, unas placas laterales y un sistema de
vacío y extracción de gases, todo ello de manera tal que en primer
lugar se realiza el presurizado de la cuchara de colada y con ello
el llenado del molde, realizándose seguidamente la extracción de
gases contenidos en las cavidades del molde a través de un sistema
de vacío, para finalmente una vez llenado el molde efectuar el
taponado del canal o conducto de inyección del metal fundido y el
correspondiente despresurizado de la cuchara de colada. Una vez
realizadas estas operaciones y tras enfriamiento del canal de
entrada al molde, se retira éste con el metal ya colado, pudiendo
comenzar un nuevo ciclo de llenado con el siguiente molde.
Este tipo de moldes incorporan, generalmente en
su parte superior, una mazarota o cavidad de reserva que se llena
también con metal fundido, con el fin de que al producirse el
enfriamiento y solidificación del metal exista una cantidad de metal
de reserva que compense la contracción del metal, de manera que sin
la mazarota y el aporte suplementario del metal fundido que
proporciona aquella, la pieza presentaría irregularidades
superficiales y por tanto unas piezas de escasa calidad.
También es conocido el hecho de que en este tipo
de moldes la colada o alimentación del metal fundido se produce por
la parte inferior del molde, por lo que la mazarota se dispone en
la parte superior del mismo.
Se ha comprobado que al realizarse la
alimentación de metal fundido y caliente por la parte inferior, el
molde va llenándose en su zona inferior con metal fundido, mientras
que según se avanza hacia arriba el metal se encuentra cada vez más
frío, lo que quiere decir que en la zona más superior del molde, es
decir la zona que constituye la mazarota, se encuentra el metal más
frío y por lo tanto el que antes se solidifica, cuando sería
deseable que en la mazarota se encuentre el metal más líquido para
con ello alimentar y compensar las necesidades de metal según se va
contrayendo en el interior del molde.
Una instalación para la ejecución de colada de
metales en moldes de arena verde, es la descrita en la Patente de
Invención española nº9800071 de la propia firma solicitante,
incluyendo la instalación un sistema de taponado u obturación del
canal de colada en el que se utiliza un émbolo accionado por un
cilindro, incorporando el émbolo una cámara interior a través de la
cual se hace circular una corriente de un líquido que permite
enfriar su extremo para así provocar la solidificación rápida del
canal de colada y con ello el taponado del mismo.
Otro sistema de obturación o taponado del canal
de colada se describe en la Patente Europea número 0760723 de Georg
Fischer Deisa, en cuyo documento se citan varias realizaciones del
propio sistema de obturación consistiendo uno de ellos en la
utilización de una placa que cuenta con un orificio central que,
durante la colada de metal fundido sobre el molde, queda
posicionada en coincidencia con el canal de entrada, para permitir
el paso del metal fundido. Una vez finalizada la colada, la placa en
cuestión se desplaza provocando el cierre del canal de entrada.
Pues bien, esta realización de obturación o
taponado presenta el inconveniente de que la placa debe remontarse
sobre el molde con anterioridad a la colada, montaje que debe
realizarse con bastante precisión para que el orificio de aquella
quede dispuesto en coincidencia con el canal de entrada.
En dicha Patente europea se describe, entre
otros, un sistema de obturación o taponado basado en un pistón que
se introduce, una vez finalizada la colada, en un lateral del
molde, desplazando una porción de arena que tapona el canal de
entrada o alimentación referido.
Pues bien, el citado sistema presenta dos serios
inconvenientes, uno de ellos consistente en que sobre cada uno de
los moldes debe realizarse una muesca o entalladura que actúa como
marca o señal para la introducción del pistón en el lugar correcto,
y un segundo inconveniente consistente en que el taponamiento se
produce mediante el desplazamiento de arena, operación ésta que no
resulta deseable en ningún caso.
Mediante el método objeto de la invención, se
elimina el inconveniente que supone el enfriamiento del metal
fundido en la parte superior del molde, para el llenado final de
éste, mientras que con el dispositivo de taponado u obturación del
canal de colada se eliminan los problemas de desplazamiento de
arena y otros referidos en el apartado anterior.
Más concretamente, el método de colada de metales
en moldes de arena verde según el objeto de la invención, se
caracteriza porque el canal principal de colada, a través del cual
se alimenta el metal fundido por la parte inferior del molde, se
prolonga en un canal secundario que se sitúa verticalmente y por el
exterior del molde, derivándose del aludido canal principal de
colada o de alimentación, con anterioridad a la entrada en el
molde, todo ello de manera tal que a medida que se va llenando el
molde se produce simultáneamente y por efecto de vasos
comunicantes el llenado del canal secundario, con una altura de
metal fundido igual a la que va adquiriendo el molde durante su
llenado, todo ello de manera tal que ese canal secundario en
disposición vertical se comunica con el molde en correspondencia con
la parte superior de éste, concretamente con la cavidad de reserva
denominada mazarota.
De esta manera, cuando se llena el molde se
efectúa la obturación del canal principal de alimentación, con lo
que el metal fundido a través del canal vertical secundario llena
la mazarota, y una vez efectuada esta operación se produce
igualmente la obturación de ese canal secundario para la
recuperación por simple gravedad del metal fundido que ha quedado
tanto en ese canal secundario como en el canal principal de
entrada.
El control de llenado del molde y de la mazarota
lo realiza una sonda prevista en la parte superior, sonda que es
desplazable, es decir, retráctil, de manera tal que puede ocupar
tres posiciones distintas, dos correspondientes a una introducción
de la misma en mayor o menor medida sobre la parte superior del
molde, para detectar el llenado de éste y el llenado de la
mazarota, y una tercera posición de total retraimiento para
posibilitar la introducción y extracción del molde de arena, todo
ello de manera tal que dicha sonda envía las señales oportunas a
los dispositivos de obturación de los canales de colada principal y
secundario para producir precisamente su activación y la
correspondiente obturación de los canales.
El dispositivo de obturación es el mismo en los
dos casos aunque independientes, estando en cada caso enfrentado al
correspondiente canal, en un caso al canal de colada principal y en
otro caso al canal secundario del llenado de la mazarota,
constituyéndose el dispositivo mediante una
plaqueta-cuchilla ciega, es decir, sin orificios,
que corta la arena del molde y también el canal de colada
justamente en el momento en que se ha efectuado el llenado del
molde, todo ello sin desplazamiento de arena.
Las plaquetas-cuchillas, en lugar
de estar montadas en el molde como ocurre en los sistemas
tradicionales, están montadas en un almacén o cargador automático y
externo al molde, previsto para ser dispuesto bajo la propia máquina
o en un lateral, con una cierta inclinación, de manera que en
cualquier caso el cargador cuenta con una salida para permitir la
proyección hacia el exterior de cada una de las
placas-cuchilla, siendo realizada la proyección
hacia el exterior de cada una de las
placas-cuchilla, siendo realizada esa salida
mediante la impulsión de un elemento que forma parte del émbolo de
un cilindro neumático e hidráulico, preferentemente un cilindro de
impacto, el cual comprende un sistema de impulsión que empuja al
émbolo o cabezal propiamente dicho, y con ello al elemento que a su
vez ha de empujar la plaqueta-cuchilla prevista en
el inicio del cargador, para que dicha
plaqueta-cuchilla atraviese la arena del molde del
propio canal de colada efectuando así la obturación automática de
éste.
Evidentemente las
plaquetas-cuchillas contenidas en el cargador o
alimentador automático estarán constantemente presionadas por un
elemento elástico interior, tal como un muelle, que tiende a que
primera de ellas esté siempre enfrentada a la salida de dicho
cargador.
Las plaquetas-cuchilla son de
mínimo espesor con el fin de conseguir que la resistencia a la
penetración en la arena sea reducida, de forma que para mejorar su
rigidez presentarán preferentemente un perfil quebrado de
configuración angular, ondulado o rectangular, que además, permite
la utilización de placas de reducido espesor y mecanismos de
impacto de gran robustez y eficiencia, que mejoran la
penetración.
En el caso de que la colada se realice con
aluminio, las placas-cuchillas serán
preferentemente de este mismo material, para no contaminar la
aleación de aluminio utilizado al refundir el retorno de los
canales de colada. Si se utiliza un material de colada con punto de
fusión más elevado, las placas-cuchillas serán
preferentemente de acero.
En lo respecta a las fases de funcionamiento
según todo el sistema de la invención, pueden resumirse en las
siguientes:
- Se aproxima el horno de colada al molde y se
sitúa la sonda en posición de máxima introducción en el molde.
- Se presuriza el horno y se va llenando el
molde con metal fundido, a través del canal principal o
alimentación, hasta que el nivel dentro del molde alcanza el nivel
indicado por la sonda. Simultáneamente, el metal fundido alcanza en
el interior del canal secundario la misma altura que en el
interior del molde.
- Se corta u obtura el canal de colada o
alimentación principal con el respectivo dispositivo de
obturación.
- La sonda asciende hasta colocarse en la
segunda posición de medida, que corresponde al nivel máximo de la
mazarota.
- Se continua la alimentación de metal fundido,
produciéndose ésta únicamente a través del canal secundario, ya que
el canal principal o de alimentación ha sido previamente obturado,
hasta que el metal fundido alcanza la nueva posición de la
sonda.
- La sonda genera la señal para cortar la
alimentación de metal, activando el corte y obturación del canal
secundario mediante el respectivo dispositivo de obturación, que
como se ha dicho con anterioridad es idéntico al que obtura el canal
de colada o de alimentación principal.
- El horno se despresuriza, de manera que el
metal líquido residual en los canales de colada principal y
secundario retorna al horno. Simultáneamente, la sonda sale del
horno, ocupando su posición más retraída para permitir el cambio del
molde.
- El horno retrocede.
- Avanza otro nuevo molde.
- Comienza un nuevo ciclo.
Mediante el método descrito y fases de
funcionamiento referidas, se obtienen unas piezas con mejor calidad
que las obtenidas mediante los sistemas tradicionales, ya que el
metal más caliente y por lo tanto líquido, está en la parte superior
del molde, de forma que la alimentación desde la mazarota será
mejor y se reducirá sustancialmente el volumen y peso de la
mazarota de la alimentación.
Así mismo, la relación entre el peso total de
metal utilizado y el peso de la pieza obtenida mejora
sustancialmente.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante
de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Las figuras 1 a 7.- Muestran las distintas
secuencias de colada, así como de obturación de los canales de
colada principal y secundario, todo ello de acuerdo con el método
de la invención y del dispositivo de obturación que forma parte de
la misma invención.
La figura 8.- Muestra una vista frontal del
dispositivo de obturación utilizado en el método de colada
representado en las figuras anteriores.
La figura 9.- Muestra una vista como la de la
figura anterior, con el dispositivo de obturación activado y por lo
tanto la placa-cuchilla seccionando u obturando el
canal principal de colada del molde.
La figura 10.- Muestra una vista en sección de
un ejemplo de realización de lo que es un cargador o alimentador de
plaquetas-cuchillas utilizadas como elementos de
obturación en dispositivo representado en las dos figuras
anteriores.
La figura 11.- Muestra, finalmente, una vista de
varias formas o configuraciones en que pueden materializarse las
plaquetas-cuchillas.
En las figuras 1 a 7 pueden verse un molde (1)
destinado a ser llenado de un metal fundido (2), a través de un
canal principal de colada (3) al que se acopla el conducto de
salida (4) de una cuchara presurizada. El canal de colada principal
(3) queda situado en la parte inferior del molde (1), por lo que el
llenado de éste con el metal fundido (2) se realiza desde la parte
inferior hasta la parte superior, estando establecida en dicha
parte superior una cavidad de reserva o mazarota (5), la cual se
encuentra en comunicación con un canal secundario (6) que se deriva
verticalmente del inicio del canal principal (3), quedando ese
canal secundario (6) dispuesto verticalmente y por el exterior del
molde (1) como se representa claramente en las figuras
aludidas.
De esta manera y como se observa concretamente en
la figura 2, a medida que el molde (1) se llena de metal fundido
(2), en la misma altura el metal líquido o fundido va ascendiendo,
por efecto de los vasos comunicantes, a través del conducto que
constituye el canal secundario (6).
Una vez el molde (1) lleno de metal fundido (2),
se produce la obturación del mismo, de manera que si se sigue
alimentando metal, y al no poder pasar ya a través del canal
principal de colada (3), el metal fundido llenará la mazarota (5),
produciéndose una vez llena ésta la obturación de ese canal
secundario (6), para que todo el metal líquido sobrante sea
recuperado, tal y como se representa en las figuras 6 y 7.
Pues bien, tanto la obturación del canal
principal (3) como del canal secundario (6) se realiza mediante
sendos dispositivos de obturación (7), iguales entre sí, dispuesto
el primero de ellos en disposición vertical y el segundo en
disposición horizontal, pudiendo ir dispuestos inclinadamente cono
ya se ha dicho con anterioridad. Dicho dispositivo de obturación
comprende un cargador automático (8) contenedor de una serie de
plaquetas-cuchillas (9) constantemente impulsadas
hacia un extremo de ese cargador (8), en el que está establecida
una salida lateral (10) enfrentada a un ranura (11) prevista en la
parte inferior de la instalación donde queda situado el molde (1). A
dicho cargador (8) está solidarizado un cilindro de impulsión (12),
también hidráulico o neumático, con un cabezal (13) previsto en el
extremo de su correspondiente émbolo o vástago (15), cuyo cabezal
(13) se prolonga en un elemento empujador (14) de la
plaqueta-cuchilla (9) prevista enfrentadamente a la
salida (10), todo ello de manera tal que dispuesto el conjunto del
dispositivo de obturación (7) como se ve en las figuras 1 a 9, es
decir debajo de la máquina o bien en el lateral, y una a vez
realizado el llenado del molde (1), se produce la activación del
cilindro (12) y en consecuencia la impulsión del cabezal (13) con su
elemento de empuje (14), que se hace pasante a través del cargador
(8), empujando a la primera plaqueta-cuchilla (9),
la cual cortará la arena del molde y el canal de colada (3),
produciendo la obturación de éste.
Después de esta operación, se realizará el
llenado definitivo de la mazarota (5), lo que dará origen la
activación del dispositivo de obturación o taponado (7) situado
lateralmente y que ha de obturar el canal secundario (6), actuando
de la misma manera al anteriormente referido.
Para controlar y regular el funcionamiento de los
dos dispositivos de obturación (7) y por lo tanto de las
plaquetas-cuchillas (9), se ha previsto la
incorporación de una sonda (16) capaz de detectar el momento en que
el molde (1) está lleno y el momento en que se llena la mazarota
(5), para lo cual la sonda es retráctil, es decir, desplazable en
sentido ascendente y descendente, pudiendo ocupar tres posiciones
distintas, dos correspondientes a las posiciones de medida en las
cuales la sonda introduce en el molde, en mayor o menor medida, y
una situación de tracción total, como la presentada en la figura 7,
que permite la introducción y extracción del molde (1).
En la figura 10 puede observarse en el cargador
(8) con las placas-cuchillas (9) empujadas por un
elemento plástico, tal como un muelle o similar (17), mientras que
en la figura 11 se observan tres configuraciones o formas del perfil
correspondiente a otras tantas plaquetas-cuchillas
referenciadas con los números (9') (9'') (9'''), en cuyos tres
casos el perfil es quebrado, bien en forma angular, ondulada o
rectangular, respectivamente, determinando en todos ellos una
estructura de elevada resistencia y rigidez, posibilitando la
utilización de cilindros o elementos de impulsión (12) con potencia
y resistencia.
Claims (7)
1. Método de colada de metales en moldes de
arena verde, que siendo aplicable en aquel tipo de máquinas
utilizadas para el llenado de moldes de arena con metales, con la
correspondiente obturación del canal de colada principal, una vez
llenado el molde de metal fundido, siendo éste alimentado a través
de la parte inferior del propio molde, se caracteriza porque
consiste en:
- Disponer, además del canal principal de colada
(3) un canal secundario (6), vertical y externo al molde (1);
- en comunicar dicho canal secundario (6) con la
parte superior del molde (1) en la que está establecida la
correspondiente mazarota (5) de dicho molde;
- hacer que un parte del metal fundido (2), vaya
llenando progresivamente el molde (1), y otra parte de metal
fundido vaya simultáneamente ascendiendo por el canal secundario
(6);
- conseguir que una vez lleno el molde (1) de
metal fundido (2) se efectué la obturación del canal principal de
colada (3) y se siga alimentando metal fundido a través del canal
secundario (6), hasta llenar la mazarota superior (5) del molde
(1).
2. Método de colada de metales en moldes de
arena verde, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el canal
secundario (6) está constituido por una prolongación vertical que
se deriva del canal de colada principal (3), al inicio de éste,
con anterioridad a la entrada al molde (1).
3. Método de colada de metales en moldes de arena
verde, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
proveen medios para detectar el llenado del molde (1) y de la
mazarota (5).
4. Método de colada de metales en moldes de arena
verde, según reivindicación 3ª, caracterizado porque el medio para
detectar el llenado del molde (1) y de la mazarota (5) comprende
una sonda (16) montada para que pueda ocupar tres posiciones: dos
posiciones de medida para controlar el llenado del molde (1) y de
la mazarota (5), y una tercera posición retraída hacia arriba que
permite retirar el molde (1); sonda (16) que puede enviar las
correspondientes señales para sellar el canal (3) principal de
colada y el canal (6) secundario de colada, una vez que el molde (1)
y que la mazarota (5), respectivamente, estén llenas.
5. Dispositivo de sellado para el canal de colada
en moldes de arena verde, lo que significa sellar el canal (3)
principal de colada y tras él el canal (6) secundario de colada,
usado en el procedimiento de colada de las reivindicaciones
anteriores, en el cual en ambos casos el sellado se obtiene por
medio de la inserción transversal de una placa en el canal
correspondiente, caracterizado porque la propia placa de sellado es
una plaqueta-cuchilla (9) ciega que junto con otras
placas similares está provista en el interior de un cargador (8)
asociado a un cilindro (12), cilindro que acciona la
plaqueta-cuchilla (9) desde el cargador (8) hasta el
canal (3) principal de colada, o en su caso hasta el canal (6)
secundario de colada, cortando de este modo la alimentación al molde
(1) y al canal (3) principal de colada sin desplazamiento de
arena.
6. Dispositivo de sellado para el canal de colada
en moldes de arena verde, según reivindicación 5ª, caracterizado
porque las plaqueta-cuchilla (9) son muy delgadas,
y tales que mejoran su rigidez y que permiten usar mecanismos de
impacto más enérgicos, pueden tener un nuevo perfil (9') angular
quebrado, un perfil (9'') ondulado, un perfil (9''') rectangular u
otros perfiles similares, y considerando que cuando se usa aluminio
en la colada, las plaquetas-cuchilla (9) están
realizadas en el mismo material para evitar la contaminación de la
aleación de aluminio empleada al volver a colar el retorno de los
canales de colada, mientras que cuando el material de la colada
tiene un punto de fusión muy alto, las
plaquetas-cuchilla (9) se fabrican preferentemente
en acero.
7. Dispositivo de sellado para el canal de colada
en moldes de arena verde, según reivindicaciones 5ª y 6ª,
caracterizado porque el conjunto (7) dispositivo de sellado que
comprende el cargador con sus plaquetas-cuchilla (9)
y el cilindro (12) de accionamiento, es independiente del molde
(1); tal que las plaquetas-cuchilla (9) contenidas
en el cargador (8) automático son, mientras, constantemente
empujadas en el cargador por un elemento elástico tal como un
resorte (17) o similar, hacia uno de los extremos del mencionado
cargador (8), sobre el extremo de cuyo cargador hay una salida (10)
lateral para alcanzar la plaqueta-cuchilla (9) la
cual debe sellar el canal (3) principal de colada o el canal (6)
secundario de colada, mientras el cilindro (12) de accionamiento,
que puede ser tanto un cilindro hidráulico como neumático,
preferentemente un cilindro de impacto, tiene una cabeza (13)
asociada a su pistón (15) correspondiente, cabeza (13) que está
prolongada por un elemento (14) que al activarse el cilindro (12)
se inserta lateralmente en el cargador (8) para empujar la primera
plaqueta-cuchilla (9) y hacer que salga a través de
la salida (10), colocando de este modo ésta en el canal (3)
principal de colada o en el canal secundario (6).
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