ES2204851T3 - Procedimiento y molde para la colada por contra gravedad en moldes de arena con una solidificacion direccional de las piezas fundidas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fundición ascendente o colada en moldes de arena con machos para colar que contienen aglutinadores o ricos en resina con una solidificación direccional de las piezas fundidas, especialmente de prototipos de bloques motor o culatas, por ejemplo, para las máquinas de combustión interna, que se han diseñado con una cavidad a través de la cual fluye el agua refrigerante, donde el molde para la colada provisto de cómo mínimo un alimentador, está conectado por medio de un sistema de colada a un embudo de colada y el caldo metálico contenido en el mismo es conducido por la fuerza de la gravedad a través del sistema de colada al molde para la colada, que se caracteriza por, que tras el llenado de la cavidad(11¿)se impone una presión negativa en el caldo metálico por medio de unas tuberías de ventilación(14) dispuestas bajo los salientes del macho(12), siendo dicha presión superior a la presión creada en el macho por los gases del macho.

Description

Procedimiento y molde para la colada por contra gravedad en moldes de arena con una solidificación direccional de las piezas fundidas.

La presente invención hace referencia a un método y a un molde para la colada o fundición ascendente en moldes de arena con machos para la colada ricos en resina o bien que contienen aglutinadores y con una solidificación direccional de las piezas fundidas metálicas con como mínimo una cavidad, en particular, de prototipos de bloques motor o culatas, por ejemplo, para las máquinas de combustión interna que están dotadas de una cavidad a través de la cual fluye el agua refrigerante.

Las piezas fundidas correspondientes en forma de bloques motor o de culatas con canales para el líquido refrigerante se fabrican actualmente en un gran número de piezas a base de metal ligero o de aleaciones de aluminio o de magnesio. Este tipo de piezas se fabrica según la tecnología actual mediante el vertido de metal líquido en coquillas, de forma que se obtienen superficies buenas y con una medida justa. Un problema general para la fabricación técnica reside en los canales de agua refrigerante necesarios, que prácticamente solo son representables mediante el empleo de machos para la colada. Estos machos son los llamados machos perdidos, que deben ser retirados tras el enfriamiento del bloque. Habitualmente se fabrican a partir de masas para moldear, por ejemplo de arena de moldear, utilizando aglutinantes. Otro procedimiento para la fabricación de este tipo de bloques consiste en crear modelos de espuma de poliestireno. Al fundir el metal líquido se funde y se quema la espuma de poliestireno. En ambos casos, los gases formados deberán ser eliminados por absorción. Además pueden formarse burbujas de gas en la fusión, que en piezas fundidas acabadas conducen a defectos de gas y a

\hbox{fugas.}

Conforme a la DE 36 18 059 A1, los gases formados en la coquilla son retirados en la colada ascendente durante el rellenado a través de dos racores de ventilación, que se encuentran en el lugar más alto del molde de fundición. Los racores de ventilación deben estar configurados de forma que el metal líquido no pueda atravesarlos. Para alimentar herméticamente la pieza de fundición debe mantenerse la presión de la colada hasta un grado determinado de la solidificación, de manera que la contracción de lo fundido en la pieza del molde que se va a fundir se realice en la zona del tubo de nivel.

Este procedimiento no puede ser transferido a la fabricación de prototipos por medio de moldeos de arena. En la fabricación de prototipos siempre se emplean machos para la colada frecuentemente ricos en resina, sinterizados por láser, que presentan un elevado contenido en aglutinantes. Estos producen gases en la colada, que en la superficie de las piezas fundidas pueden producir poros y burbujas. Debido a la fabricación a gran escala en la industria del automóvil, también debe disponerse de prototipos con rendimiento superior, que especialmente garanticen un estándar de calidad alto en las piezas construidas de carga elevada. Por este motivo, la invención tiene como objetivo desarrollar un método de colada especial para prototipos, que proporcione piezas fundidas con características en serie.

Se sabe que los machos para la colada están dotados de agujeros de purga de aire en el saliente del macho y que en la colada los gases fundidos formados proceden del macho. Según la DE 24 26 717 A1 se sabe que, durante la fusión, el aire que se encuentra en la cavidad del molde es aspirado y crea una depresión o vacío en la cavidad del molde. El aire que se encuentra en la cavidad del molde junto con los gases formados no puede producir ninguna contrapresión, de forma que la propia presión de la colada se reduce al menos en la zona de la pared externa de la última pieza fundida. De forma que pueden evitarse defectos de gas, porque el aire puede escaparse rápidamente y a tiempo. El aumento de la presión de la colada se basa en un incremento correspondiente de la presión específica de la atmósfera ambiental por la abertura de la boca, o bien de la mazarota. Para la fabricación de una pieza fundida se emplea un molde, en el cual la pared de la cavidad del molde perforada está en conexión a través de una tubería con un productor de vacío. De esta forma, se puede incrementar la velocidad de relleno del metal fundido. Las mismas condiciones se han dado en el procedimiento descrito en la DE 22 58 461 A1 y en la DE 32 40 808, en las cuales los moldes de fundición se han previsto con paredes permeables al aire y conectadas a una fuente de vacío.

En la DE 33 05 839 A1 se ha publicado un procedimiento y un dispositivo para fabricar una pieza de fundición en un molde con material para moldear, que está impermeabilizado frente a la presión atmosférica por una lámina de contracción con una conexión al vacío y que al menos durante el proceso de la colada está conectado a una fuente de vacío. Aquí se colocarán para una mejor aireación de los machos en el molde en los salientes del macho salidas de aire y se acoplarán al vacío. Cuando todo el molde se encuentra conectado al vacío, se consigue un llenado más rápido del molde.

Aumentando la velocidad de llenado pueden aparecer sin embargo turbulencias o fluidización, disueltas y encerradas por las piezas del molde de arena y por la escoria. Para evitar esto al máximo, se ha probado para la fundición de moldes la fundición ascendente, puesto que con ella el caldo metálico no se licua, sino que se llena el molde con un frente fundido calmado. Pueden evitarse así las inclusiones de óxido en la colada.

El cometido de la invención consiste por tanto en un procedimiento para la fundición ascendente, en el cual ventilando el molde para la colada se garantiza una irrigación pobre en turbulencias del caldo metálico líquido. El impedimento del llenado del molde por un volumen de aire comprimido en el molde debe suprimirse. Al mismo tiempo, deben fabricarse con el método piezas fundidas sólidas mecánicamente, gruesas y libres de poros.

Conforme a la invención el cometido se resuelve mediante un método para la fundición ascendente en moldes de arena, en el cual la cavidad formada por los machos ricos en resina o en aglutinante se carga de una depresión tras el llenado del caldo metálico, que desintegra o merma la presión de los gases del macho frente a la colada metálica, de forma que impide la entrada de gas del macho a la colada metálica.

Conforme a una configuración preferida de la invención la depresión se crea en la cavidad por medio de un dispositivo de vacío conectado como mínimo a un saliente del macho. Mientras que en la conocida fundición por la gravedad la colada metálica fluye en el molde de fundición y se solidifica a una presión atmosférica normal, en el método propuesto la colada metálica se solidifica con el vacío que se crea en el macho.

Según otra configuración de la invención la ventilación del molde para la colada se lleva a cabo a través del dispositivo de vacío conectado al saliente del macho. Por medio de la ventilación del molde para la colada a través del saliente del macho se tiene la ventaja de que durante la fundición no se puede crear ninguna depresión en el molde para la colada, que eleve la velocidad de llenado del caldo metálico. Esto se atribuye al hecho de que la depresión en la cavidad puede crearse inicialmente cuando el macho de la colada queda completamente envuelto por el caldo metálico líquido y queda encerrado herméticamente por esta. Por tanto, durante la colada, puede haberse realizado la ventilación del molde.

Remodelando la invención puede mejorarse la alimentación hermética, si el molde para la colada se enfría durante la ventilación. Mediante el enfriamiento se produce una solidificación direccional del caldo metálico, lo que a continuación con ayuda de un ejemplo práctico y de un dibujo puede aclararse con detalle.

En los dibujos pertenecientes al ejemplo práctico aparece la

Figura 1 un corte a través de un molde para la colada con un macho base,

Figura 2 el macho base según la figura 1 con un macho de camisa de agua y

Figura 3 una representación en perspectiva de un macho base en una representación esquemática.

El molde para la colada 1 conforme a la figura 1 para la realización del procedimiento conforme a la invención presenta una división horizontal 6 entre un molde de caja inferior 2 y un molde de caja superior 3 de material de moldeo 7, con el que se configura una cavidad del molde 4 para una pieza de fundición, en particular, para una culata 4', que se ha de llenar con el caldo metálico líquido que va a ser fundido. Como material de moldeo 7 se emplea en el ejemplo práctico preferiblemente una arena de moldeo con un aglutinante que contiene resina. Sin embargo la invención no debe limitarse a la representación del molde para la colada 1 mediante arena de moldeo. El molde de caja inferior 2 posee un macho base 5, por ejemplo, con un segmento parcial abombado 8 que recibe la configuración de la culata 4' por el lado de la cámara de combustión. Preferiblemente, se puede emplear un material de moldeo 7 para el macho base 5, que se manipulará a través del fresado del material de moldeo. La división 6 entre ambas mitades de molde transcurre horizontalmente y en el plano de la superficie de contacto 9 de la culata 4'. El macho de base 5 inclusive el molde de la caja inferior 2 puede fabricarse de una sola pieza mediante un proceso de moldeo convencional.

La cavidad del molde 4 para la culata 4' presenta además un macho con el correspondiente saliente 12, que a continuación se identificará en el ejemplo de aplicación como macho de camisa de agua 11. Los salientes del macho 12 se enganchan al macho de base 5. El macho de camisa de agua 11 que forma un espacio hueco 11' es de una sola pieza o bien de varios paquetes de machos. La fabricación del macho de camisa de agua 11 se realiza en la fabricación de prototipos con un material de moldeo rico en resina a través de un sinterizado por láser selectivo. Habitualmente los machos de camisa de agua 11 fabricados por el sinterizado láser presentan una proporción alta de aglutinante, por lo que en la fundición se desarrollan gases de fundición.

En el macho de base 5 embutido se encuentran entre los salientes 12 unos tubos de ventilación 14, que en la zona de los salientes 12, según la figura 2, se han dotado de un agujero de purga de aire 15, de manera que los salientes 12 están unidos a los agujeros de purga de aire 15 por el lado frontal. Un sistema de agujeros de purga de aire puede continuar en el macho. Alternativamente, los machos pueden engancharse también al molde de caja superior 3 o en otros elementos del molde.

De la figura 3 se deduce que los tubos de ventilación 14 pueden estar dotados de varios agujeros de purga de aire 15, de manera que se ventila cada saliente 12. Por fuera del molde para la colada 1, los tubos de ventilación 14 están unidos a un dispositivo de vacío no representado.

Como se deduce de la figura 3, en el macho de base 5 en forma de placa se han configurado unas ranuras de refrigeración 17, que sirven para la recepción de un sistema de refrigeración por ejemplo en forma de tuberías de refrigeración 18. Las ranuras de refrigeración 17 están abiertas por el lado de la cavidad de la colada, de manera que los tubos de refrigeración 18 con el caldo metálico circulante vierten directamente a la culata 4'. El sistema de refrigeración con los tubos de refrigeración 18 puede estar provisto de un auxiliar de encolado, por lo que se evita una unión con el caldo metálico. El sistema de refrigeración puede, según las circunstancias, ser extraído manualmente justo después de la solidificación. Entre el sistema de refrigeración 18 y la posterior superficie de contacto 9 de la culata 4' se encuentra un producto del tratamiento 19, de manera que el sistema de refrigeración 18 debe poderse retirar fácilmente.

El molde para la colada 1 según la figura 1 se llena en el ejemplo por el lado, a través de una entrada 21 vertical, que se dispone sobre sistema de colada 22 con un embudo de colada 23. El embudo de colada 23 se encuentra a la misma altura que un alimentador 24 dispuesto por encima del molde para la colada 1, que se ha previsto para la alimentación hermética. De esta forma, el molde para la colada 1 se llena en el punto más profundo con un tubo ascendente en una coquilla. Se forma una distribución de la temperatura poco favorable, puesto que el embudo de colada 23 con el caldo metálico alimentado al final no constituye el alimentador 24. Mediante el empleo del sistema de refrigeración en el lado inferior de la culata 4' se invierte la distribución de la temperatura. De esta forma, se cumple el principio de solidificación direccional, ya que la temperatura hacia el alimentador 24 aumenta. Esto puede ser apoyado por una interrupción del llenado del molde al alcanzar el nivel inferior del alimentador 24 y una fundición del metal caliente restante directamente en el alimentador 24.

La invención se basa en que a través de una solidificación direccional se crea una estructura especialmente sometida a esfuerzos, que se dispone en una culata 4' por el lado de la cámara de combustión con la camisa de agua sobre ella. Esta zona es sometida a un esfuerzo por las caídas de temperatura durante el funcionamiento. En esta zona se encuentra en la colada el metal que se ha fundido al final, que en este lugar es el más caliente. Como consecuencia de ello, se evita la formación de poros por la refrigeración conseguida. Los poros resultan de la contracción, que se produce en la colada del metal fundido y con la consiguiente solidificación del metal. La invención deduce además de esta reflexión que en la colada se han de absorber los gases formados en los salientes 12 y tras la colada en la cavidad 11' se ha de crear una depresión. Esta depresión se ajusta automáticamente cuando el molde para la colada 1 se llena del caldo metálico.

Mientras el molde para la colada 1 no se llene completamente o bien la cavidad 11' no esté encerrada por el caldo metálico, puede existir únicamente un aumento poco importante de la presión sin que aumente la velocidad de llenado del molde 1. Si la colada aumenta el molde 1 se llena con un frente de caldo tranquilo. Al finalizar el proceso de

\hbox{llenado,}

aumenta la resistencia en los tubos de ventilación 14. Tras el llenado del caldo metálico en la cavidad 11', se crea una depresión, que es mayor a la presión metaloestática en el caldo metálico. La cavidad 11' se somete a una depresión, que es mayor a la presión formada en el macho debida a los gases.

De esta forma, se garantiza una alimentación hermética de la zona lateral de la cámara de combustión de la culata 4' mediante la depresión o el vacío en conexión con la solidificación direccional debida al enfriamiento. La zona que más rápidamente se solidifica es alimentada por el caldo metálico restante del alimentador 24. De esta forma se puede fabricar prototipos con una calidad en serie por medio de arena para fundición. La invención permite que las piezas fundidas se formen con una calidad elevada. Se consiguen piezas sin poros y muy sólidas mecánicamente.

Claims (9)

1. Procedimiento para la fundición ascendente o colada en moldes de arena con machos para colar que contienen aglutinadores o ricos en resina con una solidificación direccional de las piezas fundidas, especialmente de prototipos de bloques motor o culatas, por ejemplo, para las máquinas de combustión interna, que se han diseñado con una cavidad a través de la cual fluye el agua refrigerante, donde el molde para la colada provisto de cómo mínimo un alimentador, está conectado por medio de un sistema de colada a un embudo de colada y el caldo metálico contenido en el mismo es conducido por la fuerza de la gravedad a través del sistema de colada al molde para la colada, que se caracteriza por, que tras el llenado de la cavidad(11')se impone una presión negativa en el caldo metálico por medio de unas tuberías de ventilación(14) dispuestas bajo los salientes del macho(12), siendo dicha presión superior a la presión creada en el macho por los gases del macho.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que la depresión o el vacío en la cavidad(11') es creado por un dispositivo de vacío(16), que está conectado a través de las tuberías de ventilación(14)con los agujeros de purga de aire(15), a como mínimo un saliente del macho(12) o a un sistema de ventilación que se encuentra dentro del

\hbox{macho.}

3. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1 a 2, que se caracteriza por que la ventilación del molde para la colada(2) se realiza a través de un dispositivo de vacío(16) conectado a los salientes del
macho(12).

4. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza por que, la ventilación del molde para la colada (1) se lleva a cabo durante

\hbox{la
colada.}

5. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1 a 2, que se caracteriza por que, el molde para la colada(1) se enfría después o durante el llenado del molde para la colada(1).

6. Molde para la colada para la realización del procedimiento conforme a la reivindicación 1 hasta 5, con como mínimo un molde de caja inferior con un sistema de refrigeración y un molde de caja superior a base de material de moldeo, que se caracteriza por, que la cavidad del molde(4) presenta como mínimo un macho que debe ser refundido con el caldo metálico, por ejemplo, el macho de camisa de agua(11), que se ha dispuesto para la formación de una cavidad(11') y está conectado por medio de los salientes del macho(12) a los tubos de ventilación (14), que están conectados embutidos en un dispositivo de vacío(16).

7. Molde para la colada conforme a la reivindicación 6, que se caracteriza por, que los tubos de ventilación(14) y el sistema de refrigeración con los tubos de refrigeración(18) están embutidos en un macho de base(5) o en una pieza del molde.

8. Molde para la colada conforme a las reivindicaciones 6 a 7, que se caracteriza por, que las ranuras de refrigeración(17) con un sistema de refrigeración con tubos de refrigeración(18) abiertos por el lado de la cámara de moldeo están diseñados en un macho de base con forma de placa(5) o en una pieza moldeada, que se encuentra en contacto directo con la pieza que se va a fundir, por ejemplo una culata(4'), con el caldo metálico formando un aditivo del tratamiento(19).

9. Molde para la colada conforme a las reivindicaciones 6 a 8, que se caracteriza por, que un macho rodeado de un caldo metálico, como un macho de camisa de agua(11), es una pieza individual o bien consiste en varios paquetes de machos.