ES2235736T3 - Maquina para moldeo a presion con camara caliente y procedimiento de funcionamiento correspondiente. - Google Patents

Abstract

Máquina de moldeo a presión con cámara caliente con un recipiente de colada, un émbolo de colada, un accionamiento del émbolo de colada (1) y un dispositivo del control (20), a fin de introducir a presión en el molde colada metálica desde el recipiente de colada pasando por un orificio ascendente, una boquilla y un punto de inyección, caracterizado porque al accionamiento del émbolo de colada (1) se le asigna un dispositivo de pulsación conectable adicionalmente en la fase final del proceso de llenado (tF), cuyas oscilaciones actúan sobre el eje de accionamiento (10) del émbolo de colada.

Description

Máquina para moldeo a presión con cámara caliente y procedimiento de funcionamiento correspondiente.

La invención se refiere a una máquina para moldeo a presión con cámara caliente según el preámbulo de la reivindicación 1 y un procedimiento para el funcionamiento de una máquina para moldeo a presión con cámara caliente de estas características, en la que la colada metálica se introduce a presión en un molde desde el recipiente de colada pasando por un orificio ascendente, una boquilla y un punto de inyección.

En el procedimiento con cámara caliente el metal líquido se impartía hasta el molde mediante un recipiente de colada y un émbolo de colada. El recipiente de colada y el émbolo de colada se encuentran permanentemente en el baño de metal. Durante el movimiento del émbolo y también al final del movimiento del émbolo se originan, según la temperatura de la colada metálica, pérdidas entre el segmento del émbolo y el orificio del recipiente de colada. Por eso durante el procedimiento con cámara caliente al verter el zinc, que presenta una temperatura del baño de metal de aproximadamente 420ºC, se puede producir una presión del metal de aproximadamente 300 bar al final del proceso de llenado. En el moldeo a presión del magnesio, con una temperatura del baño del metal de aproximadamente 650ºC, sólo pueden alcanzarse aproximadamente 250 bar de presión del metal, asimismo al final del proceso de llenado.

Hay también procedimientos para moldeo a presión con cámara fría (entre éstos DE 29 22 914 C2), en los que las fases de llenado del molde se desarrollan de forma parecida a las del procedimiento de moldeo a presión con cámara caliente. En el procedimiento con cámara fría, en el que el recipiente de colada y el émbolo de colada no se encuentran en colada líquida, es posible generar presiones finales más altas del orden de magnitud de 400 bar hasta 700 bar. Esto significa que debido a la alta presión del metal en el procedimiento con cámara fría es posible fabricar piezas con una mayor densidad. Esto a su vez significa menos porosidad en la pieza moldeada a presión, mayores valores de resistencia mecánica y de resistencia a la tracción y mayor densidad superficial.

En la patente US nº 5.560.419 se describe una máquina para moldeo a presión con cámara fría y el correspondiente funcionamiento de la misma, en la que las dos mitades de molde incluso estando el molde cerrado se pueden mover axialmente entre ellas, gracias a que una mitad de molde está guiada a través de una abertura en la otra mitad de molde. La colada metálica se introduce en el molde cerrado por una abertura situada en la parte superior a través de un orificio central de una de las mitades de molde. Tras la introducción de la colada metálica, un émbolo de presión hidráulico, al cual ésta fijo en una de las dos mitades de molde, se somete a un movimiento axial oscilante, para ejercer sobre la colada metálica una oscilación de presión.

Durante el procedimiento de moldeo a presión con cámara caliente, el proceso de llenado del molde dura aproximadamente entre 7 ms y 20 ms. Al final del proceso de llenado se establece, como ya se ha mencionado, la presión máxima de la colada. Está presión de colada actúa por el punto de inyección sobre el metal que ya se encuentra en la cavidad del molde. Puesto que el grosor del punto de inyección depende del espesor de la pared y de la calidad superficial de las piezas así como del mecanizado de acabado, y el espesor de pared más delgado del punto de inyección es el espesor de la entrada o ataque, la colada metálica se solidifica primeramente en este punto. Esto hace que quede obturado el punto de inyección de la cavidad del molde y que la presión posterior de compresión aplicada por el émbolo de colada ya no pueda tener efecto, o por lo menos no plenamente. Para una mejor aclaración debe destacarse que en el espesor de pared más delgado de una entrada o ataque una pieza de zinc se encuentra entre 0,3 mm y 0,6 mm y en una pieza de magnesio entre 0,4 mm y 0,8 mm. Como consecuencia del enfriamiento que tiene lugar en esta zona, el material solidifica relativamente rápido en este punto.

La presente invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento del tipo citado al principio, que a pesar de las bajas presiones finales obtenibles con el procedimiento de moldeo a presión con cámara caliente se puedan conseguir piezas de moldeo a presión que presenten las mismas características que aquéllas que han sido fabricadas empleando el procedimiento con cámara fría.

Para conseguir este objetivo, la invención propone una máquina de moldeo a presión con cámara caliente que presenta las características de la reivindicación 1 y un funcionamiento según las características de la reivindicación 5.

Según el procedimiento de la invención, al final del proceso de llenado del molde, por lo menos en la sección más estrecha del punto de inyección, se produce una oscilación de presión, que impide que la colada metálica se solidifique rápidamente. Variando la presión se consigue un movimiento en la colada metálica, lo cual conduce a que la sección de la entrada o ataque anteriormente mencionada, con su delgado espesor de pared, no solidifique demasiado rápido, es decir que no "fragüe". De esta manera la presión puede actuar durante más tiempo en el molde y con ello también se contrarresta la contracción por volumen de la colada metálica.

En un perfeccionamiento de la invención, mediante un órgano de temporización se puede aumentar la presión después de un intervalo de tiempo determinado, en el que se mantiene la pulsación, de tal manera que a continuación, cuando la colada metálica ha alcanzado la denominada fase semisólida, se produce la máxima compresión. En esta fase en los contornos exteriores de la pieza moldeada a presión ya no se forma ninguna rebaba. Mediante las oscilaciones, que pueden aplicarse con una frecuencia relativamente grande, la presión se transmite plenamente al metal que se encuentra en el molde. De esta manera se origina una especie de martilleo sobre el molde lleno, lo que conduce a una compactación final del material.

En un perfeccionamiento de la invención, con un procedimiento en el que hay un émbolo de colada movido por un accionamiento por motor eléctrico, la presión pulsatoria puede introducirse mediante superposición del accionamiento con una oscilación. Esta oscilación puede presenta un valor, en el perfeccionamiento de la invención, de aproximadamente 300 Hz y puede iniciarse con una desaceleración preestablecida de la velocidad del émbolo de colada. La velocidad del émbolo de colada puede determinarse, de forma conocida, dependiendo del recorrido, de manera que no representa ningún problema determinar el instante en que es necesaria la presión pulsatoria.

En un perfeccionamiento de la invención, la presión puede disminuirse o aumentarse pulsatoriamente en relación con la presión de colada máxima, y como ya se ha mencionado anteriormente, la presión en la fase final durante un primer intervalo de tiempo corto se reduce y durante un segundo intervalo de tiempo se aumenta, antes de que se produzca la total solidificación de la colada metálica.

Con la máquina de moldeo a presión con cámara caliente puede realizarse el procedimiento según la invención. Esta máquina de moldeo a presión con cámara caliente posee un accionamiento del émbolo de colada y un dispositivo de control para el mismo, en el que al accionamiento del émbolo de colada se le asigna un dispositivo generador de pulsaciones conectable adicionalmente en la fase final del proceso de llenado, y las oscilaciones generadas por dicho dispositivo actúan sobre el eje de accionamiento del émbolo de colada. Si el accionamiento del émbolo de colada está provisto de un émbolo de colada accionado por motor eléctrico, el dispositivo generador de pulsaciones puede estar compuesto por el servoaccionamiento eléctrico y por un dispositivo de control que actúa sobre éste, pudiendo estar concebido este dispositivo de control como un ordenador electrónico controlado por un software por un diseño adecuado. El servoaccionamiento propiamente dicho puede ser un motor eléctrico sin escobillas con un reducido momento de inercia. Un accionamiento de estas características evita en gran medida la repercusión de las fuerzas de inercia sobre el émbolo de colada, las cuales sin embargo se pueden atenuar de una forma ya conocida también mediante de la intercalación de un elemento elástico entre el motor de accionamiento y el émbolo de colada o mediante una delimitación controlada por servoaccionamiento.

La invención se representa esquemáticamente en el dibujo mediante un ejemplo de realización y se explica a continuación.

Las figuras muestran:

la Figura 1 es una representación esquemática de un accionamiento del émbolo de colada con un motor eléctrico y un dispositivo de control para producir una oscilación;

la Figura 2 es una representación esquemática de bloques de una parte de los grupos de control; y

la Figura 3 es la representación de la curva de evolución de la presión y del volumen del proceso de compresión empleando el procedimiento según la invención.

La figura 1 representa el grupo de compresión de una máquina de moldeo a presión con cámara caliente para el procesado de metales fundidos, que, además de forma conocida, está provisto de un recipiente de colada dispuesto en el baño de la colada metálica, de un émbolo de colada movible por el grupo de compresión y de un orificio ascendente y una boquilla dispuesta en sus extremos. Respecto al proceso de colada propiamente dicho la colada metálica se ha de introducir en el molde de forma conocida por la boquilla, a través del punto de inyección.

En el grupo de compresión según la figura 1 está previsto un motor eléctrico 1, por ejemplo un motor asíncrono o también otra variante de un servomotor con un reductor que no se representa con detalle y con un acoplamiento 2, que acciona un husillo roscado 3 para hacer un movimiento de giro. El husillo roscado 3 se conduce en una carcasa de protección 5 de forma estanca. Sobre el husillo se conduce una tuerca 4 que realiza una acción combinada de conjunto con la rosca del husillo 3, y dicha tuerca 4 con un resalte de guía 6 encarcasa en una ranura 7 dentro de la carcasa 5 y de esta manera es guiada en la carcasa 5 sin poder girar. La tuerca 4 está por encima de una prolongación 8 que va más allá del extremo libre del husillo 3 y dicha prolongación está unida con una barra de empuje 9, que a su vez sale de la carcasa 5 de forma estanca y está provista de un apéndice 10 con diámetro reducido. Sobre el apéndice 10 está guiado de forma móvil un primer disco 11 que apoya contra un sensor de presión 12, que a título de ejemplo, puede estar realizado como elemento piezoeléctrico. Este sensor de presión 12 está interconectado mediante una línea de transmisión de la señal 13 con un regulador de múltiples parámetros 20, mediante el cual se regula la velocidad de rotación del motor 1.

Sobre el apéndice 10 se aloja además un manguito 14 con un disco de cierre 15 que es desplazable, estando dispuesto entre el disco de cierre 15 y el disco 11 que apoya en el sensor de presión 12 un elemento elástico en forma de un aro de material sintético 16, que también es atravesado por el apéndice 10. El manguito 14, en el extremo opuesto al disco 15 está provisto de un extremo de conexión 17 para efectuar la unión con el émbolo de colada que no se representa, estando provisto el extremo libre del apéndice 10 de un resalte 18 de mayor diámetro, que retiene el manguito en el apéndice 10 y también puede servir para proporcionar una cierta tensión previa del aro de material sintético 16. Esté resalte 18 está a una distancia de una superficie final interior 19 del manguito 14 equivalente al recorrido a. Este grupo de compresión se pone en funcionamiento cuando, de una forma conocida, la colada metálica de un crisol de una máquina de moldeo a presión con cámara caliente se ha de comprimir en el molde. El accionamiento eléctrico 1 es activado por el regulador de múltiples parámetros 20 para que dé una vuelta del husillo 3, lo cual conduce a que la tuerca 4 se desplace hacia abajo a lo largo del husillo 3 partiendo de la posición representada, empujando así también hacia abajo la barra de empuje 9, haciéndose esto con la velocidad necesaria para el proceso de llenado del molde de colada.

Cuando el molde está lleno, entonces el accionamiento rotativo del husillo 3 debe conmutar desde el modo de regulación por velocidad al modo de regulación por par. Para evitar que el émbolo de colada en este caso como consecuencia del momento de inercia de la masa del accionamiento siga ejerciendo presión sobre la colada metálica incompresible que se encuentra en el molde y que como consecuencia de ello se originen puntas de presión indeseadas en el mecanismo de accionamiento, que podrían originar daños, está previsto el elemento elástico 16 que se comprime y absorbe el recorrido que, de no estar, hubiera tenido que recorrer adicionalmente el émbolo de colada.

La disposición del conjunto se configura de tal manera que el recorrido que aún ha de cubrir el accionamiento sea menor que la medida a. Por eso, el elemento elástico 16 se comprime un muy poquito menos que a y es sometido a tensión. La disposición del conjunto puede concebirse de tal modo que entonces la fuerza de reacción ejercida por el elemento elástico 16 sobre el manguito 14 y sobre el émbolo de colada sea suficientemente grande como para provocar en la colada metálica la presión complementaria necesaria como consecuencia de una fuerza por ejemplo de 7 a 8 t (70 hasta 80 kN).

La figura 2 ilustra que para la regulación de la velocidad de rotación y del par del motor eléctrico 1 al regulador 20 se le preestablece la posición deseada 21 para que el émbolo de colada, que se compara con la posición real 22, sea detectado en la salida del accionamiento. Al regulador 20 se le introduce además la velocidad deseada y el par deseado. La velocidad de rotación deseada 24 resultante de ello se envía a una regulación digital o analógica la velocidad de rotación y de par que no se representa, para el motor 1 y la velocidad de rotación real 25 y el par real conduce entonces, de una forma conocida, al aporte de colada metálica (proceso de llenado), por ejemplo en las tres fases de llenado del molde conocidas. Al alcanzarse una posición real 22, en la que el molde está lleno, entonces de la manera explicada anteriormente se conmuta a regulación por par y aquí ahora en el instante en el que la velocidad del émbolo de colada ha alcanzado un valor de desaceleración preestablecido, se superpone al par una oscilación.

La figura 3 ilustra de forma detallada cómo tiene lugar este proceso de compresión. En la figura 3 en el eje de las abscisas se pone el tiempo de llenado del molde y en las ordenadas se pone tanto la velocidad del émbolo v como también la presión p producida en la colada metálica por el émbolo de colada que se desplaza hacia adelante. La figura 3 ilustra que en un primer intervalo de tiempo hasta el instante identificado por la línea 26, la fase de llenado tiene lugar primero con tres o incluso más velocidades diferentes, teniendo lugar luego entre el instante identificado con la línea 26 y el instante identificado con la línea 27 un considerable incremento de la velocidad del émbolo y de la velocidad de llenado. A partir del instante correspondiente a la línea 27 tiene lugar el proceso de llenado del molde a lo largo del tiempo t_{F}. Por eso este proceso de llenado se efectúa con alta velocidad, aumentando forzosamente también la presión p de forma correspondiente, para que un poco antes de su incremento final estando lleno el molde, cuando la velocidad del émbolo v vuelve a reducirse hasta cero, volver a subir hasta la presión final.

La figura 3 ilustra ahora que al alcanzarse un valor de desaceleración determinado previamente establecido V_{z} de 0,1 m/s (descendiendo respecto al valor de aproximadamente 1,2 m/s) de la velocidad del émbolo y la velocidad de llenado, a la presión ejercida por el grupo de compresión (figura 1) durante un primer intervalo t_{1} se le superpone una oscilación, de tal manera que haya una presión pulsatoria aumentada en el valor \Deltap, cuyo valor máximo está en la proximidad de la presión final primeramente alcanzada. Por el contrario, en un segundo tramo de tiempo t_{2}, la presión se aumenta respecto a la presión final original en \Deltap pero permaneciendo expuesta a la oscilación desencadenada.

Esta medida conduce, como ya se ha mencionado también al principio, a que con el molde de lleno en el punto de inyección entre la cavidad del molde y la boquilla de la máquina de moldeo a presión con cámara caliente, pero también en todo el espacio ocupado por la colada metálica se produzcan oscilaciones de presión durante los tramos de tiempo t_{1} y t_{2}. Esto conduce a que también en la sección más estrecha del punto de inyección, que aparece en la entrada, en este instante se produzca una presión pulsatoria que impide que aquí la colada metálica solidifique prematuramente y se cierre así la unión con la cavidad del molde. Por eso el aumento de presión que tiene lugar durante el intervalo de tiempo t_{2} puede repercutir también sobre toda la cavidad del molde y sobre la colada metálica que allí se encuentra. En ese instante la colada metálica se encuentra en la denominada fase semisólida y gracias a la invención será posible conseguir aquí la máxima compresión. En esta fase ya no se forma ninguna rebaba en los contornos exteriores de la pieza fundida a presión en el molde. Mediante las oscilaciones de \Deltap, la presión ejercida por el émbolo de colada sobre la colada metálica se transmite al metal que se encuentra en el molde en una especie de efecto de martilleo, con lo que de esta manera el metal puede comprimirse más de lo normal empleando el procedimiento de moldeo para presión con cámara caliente. Se ha puesto de manifiesto que con el nuevo procedimiento se pueden conseguir piezas fundidas a presión cuya densidad, resistencia mecánica y porosidad son como las que de otro modo sólo se podrían conseguir con el procedimiento de moldeo a presión con cámara fría.

El procedimiento según la invención se explica empleando un ejemplo de realización en el que el grupo de compresión funciona mediante un servomotor eléctrico. Con tales máquinas servocontroladas es posible preestablecer un punto de frenado al final del proceso de llenado. De esta manera se puede evitar que aparezcan picos de presión, que -como ya se ha mencionado al principio- se originarían al final de un proceso de llenado sin frenado. Así pues, la velocidad de llenado se reduce antes del final del llenado del molde, de manera que con esta medida se pueden producir piezas sin rebaba. Este punto de frenado, en el que hay una desaceleración preestablecida, puede preverse como punto de arranque para las oscilaciones de presión.

Pero también es absolutamente factible que con las máquinas de moldeo a presión con cámara caliente con un émbolo de colada accionado hidráulicamente, el sistema hidráulico una vez llenado el molde sea sometido a las correspondientes oscilaciones de presión, de tal manera que también con tales grupos de compresión se puede hacer realidad la invención. Pero también es factible que mediante dispositivos especiales, en el punto de inyección y en la entrada o ataque en la fase decisiva después del llenado del molde se activen oscilaciones para impedir también entonces el denominado "fraguado" de la colada metálica en el punto de inyección. Una aplicación de presión pulsatoria mediante el émbolo de colada no sería necesaria entonces.

La aplicación representada en el nuevo procedimiento de colada en un grupo de compresión con un émbolo de colada accionado por motor eléctrico es sin embargo muy fácil de realizar, ya que es suficiente con tener disponible un software correspondiente para el control mediante un ordenador electrónico, el cual entonces en el instante explicado según la figura 3 en la conmutación al control por par se introducen las oscilaciones deseadas.

Claims (10)

1. Máquina de moldeo a presión con cámara caliente con un recipiente de colada, un émbolo de colada, un accionamiento del émbolo de colada (1) y un dispositivo del control (20), a fin de introducir a presión en el molde colada metálica desde el recipiente de colada pasando por un orificio ascendente, una boquilla y un punto de inyección, caracterizado porque al accionamiento del émbolo de colada (1) se le asigna un dispositivo de pulsación conectable adicionalmente en la fase final del proceso de llenado (t_{F}), cuyas oscilaciones actúan sobre el eje de accionamiento (10) del émbolo de colada.

2. Máquina de moldeo a presión con cámara caliente según la reivindicación 1, caracterizado porque el émbolo de colada es accionado por motor eléctrico y el dispositivo de pulsación se compone de un servoaccionamiento eléctrico (1) y de un dispositivo de control (20) que actúa sobre éste.

3. Máquina para moldeo a presión con cámara caliente según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo de control (20) es un ordenador electrónico hecho funcionar por un software adecuadamente diseñado que actúa en forma de un regulador de múltiples parámetros (20).

4. Máquina para moldeo a presión con cámara caliente según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el servoaccionamiento (1) es un motor eléctrico sin escobillas con momento de inercia reducido.

5. Procedimiento para el funcionamiento de una máquina para moldeo a presión con cámara caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque al final de un proceso de llenado del molde por lo menos en la sección más estrecha del punto de inyección se produce una oscilación de presión que impide que la colada metálica se solidifique rápidamente.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el émbolo de colada durante el proceso de compresión en las correspondientes fases de llenado del molde se desplace y al final del proceso de llenado se someta a una presión de colada pulsatoria máxima (\Deltap).

7. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la presión pulsatoria se produce superponiendo una oscilación al accionamiento del émbolo de colada con motor eléctrico (1).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la oscilación se efectúa con aproximadamente 300 Hz y se inicia con una desaceleración preestablecida (Vz) de la velocidad del émbolo de colada.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque la presión (p) se aumenta o disminuye pulsatoriamente respecto a la presión de colada máxima (P_{máx}).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la presión (p) en la fase final durante un primer intervalo de tiempo corto (t_{1}) se reduce y durante un segundo intervalo de tiempo (t_{2}) se aumenta, antes de que se produzca la total solidificación de la colada metálica.