ES2241215T3 - Molde de fundicion y procedimiento de fundicion para la fabricacion de un bloque de motor. - Google Patents

Abstract

Se presenta un bloque de motor de aluminio fundido para motores de combustión interna. El bloque de motor tiene canales de refrigeración estructurados en las paredes entre los cilindros con una sección de corte reducida en las zonas en las que los ejes de los canales intersectan con los ejes de los cilindros. El bloque de motor tiene un canal de refrigeración en la pared del cilindro intermedio con un grosor mínimo de pared menor o igual a 5 mm. El canal de refrigeración está completamente definido por una capa del material de fundición. La superficie de la sección de corte del canal de refrigeración se reduce desde su extremo hasta una superficie de sección de corte del eje del canal de refrigeración (14) en donde intersecta con el eje del cilindro. La anchura máxima del canal de refrigeración en el eje de la superficie de la sección de corte en la intersección con el eje del cilindro es de entre 0,5 y 1,5 mm. El molde tiene machos para el moldeado de los canales (8) en los extremos de los machos (2, 3) para obtener las aberturas de los cilindros.

Description

Molde de fundición y procedimiento de fundición para la fabricación de un bloque de motor.

La invención se refiere a un molde de fundición para la fabricación de un bloque de motor que presenta un canal de refrigeración que se extiende entre entalladuras de cilindro de una línea de cilindros, estando previsto entre las entalladuras de cilindro un grosor mínimo de la pared de material de fundición menor de 5 mm y estando dispuesto en el molde de fundición, con vistas a formar el canal de refrigeración, entre los machos del molde de fundición que forman las entalladuras de cilindro, un macho de molde del canal apoyado sólo por sus extremos. La invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de un bloque de motor con, al menos, un canal de refrigeración en una pared intermedia entre entalladuras vecinas de cilindro, siendo el grosor de la pared, formada mediante material de fundición, menor de 5 mm, moldeándose el bloque de motor mediante el vertido de material de fundición en un molde de fundición e insertándose en el molde de fundición los machos que forman las entalladuras de cilindro.

Para mantener lo más reducida posible la longitud constructiva de un bloque de motor, por ejemplo, de aluminio de fundición, se trata de disponer muy juntas las entalladuras de cilindro de una línea de cilindros, lo que da lugar a paredes intermedias de los cilindros correspondientemente delgadas. Debido a que las cámaras de combustión están situadas muy juntas y la reducida extracción del calor, estas delgadas paredes intermedias están sometidas, especialmente en el extremo, dirigido hacia la culata, de la superficie de deslizamiento del cilindro, a una elevada carga térmica que exige prever un canal de refrigeración en la pared intermedia.

Es conocida la formación de un canal de refrigeración mediante el mecanizado con arranque de virutas, en la que se realiza una incisión en el bloque de motor a partir de la superficie de apoyo de la culata y después se cierra la incisión de nuevo, quedando un canal de refrigeración que une secciones, extendidas por lados opuestos de la línea de cilindros, de una camisa de refrigeración que rodea la línea de cilindros. Alternativamente, se perfora lateralmente el bloque de motor para formar un canal de refrigeración de este tipo, después de lo que resulta necesario cerrar de nuevo el paso taladrado entre la camisa de refrigeración y el lado externo del bloque de motor.

Además del estado de la técnica explicado anteriormente, se conoce del documento EP0197365A2 un dispositivo y un procedimiento para la fabricación por técnica de fundición de un bloque de cilindro de construcción estrecha, en los que están previstas camisas de refrigeración alrededor de los taladros de cilindro dispuestos en el bloque fundido de motor y unidos a través de canales de refrigeración entre las paredes intermedias de los cilindros. Los canales de refrigeración se conforman mediante machos por separado en el molde de fundición, que en una forma de realización están encajados por ambos extremos en el macho de la camisa. En el documento EP0197365A2 se propone arena de circón como material para los machos del canal, pues esta arena posee una elevada densidad aparente a granel y, por tanto, una gran resistencia. Sin embargo, en la práctica se demuestra que se produce una rotura del macho de fundición del canal en los casos de secciones transversales pequeñas del macho del canal debido a las cargas que se generan inevitablemente durante la fabricación de machos de fundición.

Finalmente, del documento US5217059A se conocen también un macho de fundición y un procedimiento para la formación de una cámara de camisa de agua dentro de un bloque fundido de cilindros. Aquí se prevé conformar un canal de refrigeración mediante una placa, fabricada de un material refractario adecuado, entre dos cámaras de cilindro.

La presente invención se basa en el objetivo de proporcionar un molde de fundición que posibilite, por una parte, la fabricación de motores de construcción estrecha sin las limitaciones provocadas por el uso de machos de arena. Se debe proporcionar, asimismo, un procedimiento que posibilite la producción de bloques de motor de mejor calidad con un gasto de fabricación reducido.

Este objetivo se alcanza en lo relativo al molde de fundición del tipo indicado al inicio, al fabricarse de vidrio el macho de molde del canal. En cuanto al procedimiento del tipo mencionado al inicio, este objetivo se consigue, al disponerse para la formación del canal de refrigeración entre los machos que forman las entalladuras de los cilindros del canal de refrigeración, en el molde de fundición, un macho de molde del canal, fabricado de vidrio, de modo que sólo esté apoyado por sus extremos.

El molde de fundición según la invención posibilita fabricar un bloque de motor en el que la resistencia y la durabilidad se incrementa respecto a un bloque de motor conocido de este tipo, al no influirse en la estructura de solidificación del material de fundición a través del mecanizado con arranque de virutas para formar el canal de refrigeración.

En este sentido, la superficie de sección transversal del canal de refrigeración se puede reducir de sus extremos hacia un eje transversal del canal de refrigeración, que atraviesa perpendicularmente los ejes de cilindro. Con esta reducción se tiene en cuenta la disminución de la pared intermedia de los cilindros hacia este eje. Con un grosor de pared intermedia que se incrementa hacia ambos lados, aumenta también la superficie de sección transversal del canal de refrigeración, por lo que se reduce ventajosamente la resistencia del canal a la corriente y aumenta el caudal de refrigerante.

La anchura mínima del canal de refrigeración en dirección al eje transversal del canal, que atraviesa perpendicularmente los ejes de cilindro, puede oscilar entre 0,5 y 1,5 mm.

Mientras que se puede pensar en cualquier tipo de forma de la superficie de la sección transversal, la superficie de la sección transversal del canal tiene una configuración preferentemente alargada y se extiende con un eje longitudinal paralelamente a los ejes de cilindro. Mientras que la extensión en anchura del canal de refrigeración está limitada por el grosor de la pared intermedia de los cilindros, el canal de refrigeración se puede extender de forma relativamente ancha en dirección a los ejes de cilindro con un incremento de la sección transversal de paso.

Aquí, el canal de refrigeración se puede extender en línea recta entre secciones, opuestas entre sí, de una camisa de refrigeración que rodea la línea de cilindros

Básicamente se puede pensar en que el macho de molde de fundición esté compuesto por un material soluble en un líquido, combustible y/o frágil, especialmente por una sal o carbono.

Un macho de sal se puede extraer de la pieza fundida mediante desprendimiento, después del vertido y la solidificación del material. Se entiende que hay que seleccionar una sal soluble con un punto de fusión que esté por encima de la temperatura del material de fundición usado. Un macho de carbono se puede quemar del todo, para lo que, dado el caso, se alimenta oxígeno para estimular la combustión. Se puede pensar también en usar un material pirotécnico para el macho de modo que comprenda, además de carbono, un oxidante añadido al carbono, garantizándose una combustión completa del macho mediante la composición del material y pudiéndose evitar, sin embargo, una combustión en forma de explosión.

Un macho frágil de vidrio, usado según la invención, se puede eliminar de un canal estrecho de refrigeración, incluso si las entradas del canal de refrigeración no son accesibles mediante herramientas, al ser desintegrado en pequeños pedazos, por ejemplo, mediante ultrasonido, pudiendo estar tratado previamente de la forma correspondiente el macho de vidrio generando tensiones. Alternativamente, el macho de vidrio se puede retirar mediante chorro de agua a presión.

En otra realización preferida de la invención, el macho de molde de fundición está apoyado por sus extremos en una parte del molde de fundición que presenta los machos para la formación de los cilindros. Con esta medida se puede asegurar con fluctuaciones pequeñas de la tolerancia que el canal de refrigeración está dispuesto dentro de la pared intermedia en la posición prevista, respecto a los machos que forman las entalladuras y, con ello, respecto a las entalladuras de los cilindros. Si el macho de molde del canal se apoya en otra parte del molde de fundición, habría que asumir mayores tolerancias de fabricación debido a fluctuaciones de la exactitud del ajuste de las partes del molde de fundición entre sí, respecto a la posición del canal de refrigeración.

La invención se explica y describe detalladamente a continuación mediante ejemplos de realización y de los dibujos adjuntos en relación con estos ejemplos de realización. Muestran:

Fig. 1 una parte del molde de fundición según la invención, en una vista en planta desde arriba,

Fig. 2 una vista de la sección transversal del molde de fundición mencionado, que contiene la parte del molde de fundición de la figura 1,

Fig. 3 un bloque de motor según la invención en una vista lateral cortada,

Fig. 4 el bloque de motor de la figura 3 en una vista transversal,

Fig. 5 otro ejemplo de realización de un bloque de motor según la invención con un canal arqueado de refrigeración, en una vista de sección transversal y

Fig. 6 el bloque de motor de la figura 5 en una vista en planta desde arriba.

Con la referencia 1 se indica en las figuras 1 y 2 una parte del molde de fundición con los machos 2 y 3 para la formación de una entalladura de cilindro.

La parte 1 de molde de fundición presenta además soportes 4 y 5 con una ranura 6 ó 7. Un macho 8 de sal está insertado con sus extremos en la ranura 6 ó 7. Cada una de las ranuras 6, 7 tiene una longitud tal que existe un espacio libre de dilatación para el macho 8 de sal en cada ranura.

Como se puede ver en la figura 2, los soportes forman una ruptura en la tapa 11 del bloque de motor, dirigida hacia la culata de cilindro. Cuando el núcleo 8 de sal está fijado en las ranuras 6, 7, los soportes 4, 5 limitan con otra parte 12 del molde de fundición que forma una camisa de refrigeración que rodea los cilindros.

En 13, se forma entre las entalladuras de los cilindros una pared intermedia de cilindro de material fundido, cuya anchura mínima está indicada mediante las flechas dibujadas.

Como indica la figura 1, la anchura del macho 8 de sal, que es constante al principio, disminuye de sus extremos hacia un eje transversal 14 que atraviesa perpendicularmente los ejes de cilindro y alcanza en este eje una anchura de 1 mm, mientras que las secciones externas del macho de sal en el ejemplo de realización presentan una anchura de 2,5 mm. El grosor mínimo del material fundido en la pared intermedia de los cilindros en 13 es de 2,5 mm, incluida la anchura mínima del canal. No se muestran los manguitos de fundición gris que se deben fundir en el bloque de motor, de modo que la anchura total del puente es de 5,5 mm. El macho 8 de sal presenta una sección transversal rectangular, extendiéndose el lado rectangular largo de la sección transversal perpendicularmente respecto a los ejes de cilindro y siendo de 4 mm en el ejemplo de realización mostrado.

El macho 8 de sal está fabricado de NaCl que presenta un punto de fusión situado por encima de la temperatura del material líquido de aluminio de fundición usado para la fabricación del bloque de motor. Se pueden usar otras sales y mezclas de sales en dependencia del material fundido.

El macho 8 de sal esta fabricado en el ejemplo de realización mostrado mediante prensado y sinterizado posterior.

Después de un proceso de fundición y solidificación, el macho de sal se desprende con agua caliente de la pieza fundida y se forma un canal de refrigeración que une las secciones de la camisa de refrigeración a ambos lados de la línea de cilindros y que está limitado exclusivamente por una piel de material de fundición ininterrumpida, lo que da una resistencia elevada a la delgada pared intermedia de los cilindros. Con el canal de refrigeración se garantiza una extracción suficiente del calor y, con ello, una gran resistencia al calor del motor fabricado con este bloque de motor.

Durante el proceso de fundición el macho de sal se dilata, asegurando la longitud de las ranuras 6, 7 suficiente espacio libre.

A diferencia del ejemplo de realización mostrado, el macho de sal podría ser hacia sus extremos más ancho de lo indicado, reforzando esto su acción de refrigeración.

Mediante la colocación del macho de sal sobre los soportes 4, 5, que integran la parte 1 del molde de fundición que contiene los machos 2, 3, se garantiza que el canal de refrigeración en la pared intermedia en 13 se pueda disponer con fluctuaciones pequeñas de la tolerancia en la posición deseada, respecto a los ejes de cilindro. Si en vez de esto el macho 8 se apoyara en la parte 12 del molde de fundición que forma la cámara de refrigeración, la posición del canal de refrigeración estaría sometida a fluctuaciones mayores.

Durante el desprendimiento del macho 8 de la pieza fundida formada, se puede usar agua caliente y, dado el caso, agua a presión para acelerar el proceso de desprendimiento.

Ahora se hará referencia a las figuras 3 y 4.

En la figura 3 se ve una primera entalladura de cilindros de un bloque de motor con un revestimiento 16, una pared intermedia 17 de cilindro y un revestimiento 18 de la próxima entalladura 19 de cilindro.

En la figura 4 se ven las entalladuras 15, 19 de cilindro, a la mitad cada una, con la pared intermedia 17 de cilindro en el medio. En las secciones A y B dentro del círculo se representa adicionalmente el estado del molde de fundición.

Se pueden ver además una pared externa 20 del bloque de motor, una superficie 21 de culata, una camisa 22 de agua y dos espárragos 23 para la fijación de una culata.

En las secciones A y B dentro del círculo está representado el macho 24 de molde que conforma la camisa 22 de agua. Una placa 26 de grafito está moldeada en éste con dos secciones finales 25 más gruesas. La placa de grafito presenta entre las secciones finales 25 más gruesas un grosor de aproximadamente 1,2 mm y una altura de aproximadamente 12 mm. Con estas dimensiones se extiende centralmente a través del grosor de la pared intermedia 17 de cilindro, concretamente a una altura inmediatamente debajo de los espárragos 23.

En las figuras 3 y 4 las secciones A y B dentro del círculo muestran la placa 26 de grafito, antes de su eliminación, en el bloque de motor desmoldeado después de la fundición.

La placa 26 de grafito se elimina a continuación mediante quemado total. Esta se enciende por soplado de oxígeno y se quema por completo, si se insufla permanentemente oxígeno al canal liberado por su quema. Esto se puede realizar desde ambos lados para acelerar el proceso. A diferencia de esta forma de realización, podría ser mezclando un oxidante con el material de grafito de modo que sería posible un quemado total sin una ayuda de este tipo.

La conducción del agua en el bloque de motor está prevista con una cierta caída de presión entre un lado de la línea de cilindros y el otro lado. Así se produce un recorrido a través del canal formado por la placa 26 de grafito y, con ello, una extracción de calor.

El procedimiento se puede usar de forma igualmente ventajosa para otros canales finos de conducción de agua, aceite o gas en un bloque de cilindros o una culata, especialmente para un conducto estrecho de agua entre los taladros de válvula de una culata.

Ahora se hará referencia a las figuras 5 y 6. La referencia 27 en las figuras 5 y 6 indican un bloque de motor formado por fundición. El bloque 27 de motor, representado mediante rayas finas en sección transversal, está compuesto por una aleación de aluminio. La referencia 28 indica una parte de molde de fundición para la formación de una camisa de refrigeración que rodea los cilindros del bloque 27 de motor. En el bloque 27 de motor están integrados casquillos 29 de cilindro mediante refundido con material de fundición. Los casquillos 29 de cilindro están asentados en el molde de fundición con toda su superficie interna, en cada caso, sobre un mandril cilíndrico hueco 30 de coquilla del molde de fundición. El molde de fundición, no mostrado, es un molde de fundición

\hbox{de arena.}

En las figuras 5 y 6, la referencia 31 indica un macho de vidrio que se extiende entre entalladuras vecinas 32 de cilindro del bloque 27 de motor desde una parte 33 del molde de fundición de arena hasta una parte 34 del molde de fundición de arena. Las partes 33, 34 del molde de fundición de arena están unidas a la parte 28 del molde de fundición de arena que forma la camisa de refrigeración y sirven para la formación de orificios de la camisa de refrigeración hacia la superficie de apoyo de la culata del bloque 1 de motor.

El macho de vidrio, colocado en arco, está empotrado con cada uno de sus extremos en la parte 33 ó 34 del molde de fundición.

En el ejemplo de realización mostrado, el material de vidrio presenta un coeficiente de dilatación térmica situado aproximadamente por debajo de 10^{-6}K^{-1}. La temperatura de transición vítrea es de 700ºC. El macho 31 de vidrio tiene un diámetro de 1 mm.

Entre cada una de las entalladuras 32 de cilindro del bloque 27 de motor está dispuesto un macho como el que muestran las figuras 5 y 6.

Durante el proceso de fundición se funde alrededor del macho 31 de vidrio, resistiendo el material de vidrio la carga de temperatura vinculada al vertido. Poco tiempo después del vertido, el macho de vidrio alcanza la temperatura del material de fundición y, con esto, su dilatación térmica máxima durante el procedo de fundición. El macho de vidrio se enfría ahora en el equilibrio térmico junto con el material de fundición, contrayéndose el material de fundición, debido a su coeficiente superior de dilatación térmica, más que el macho 31 de vidrio. Esta contracción provoca como regla que el macho 31 de vidrio se rompa. El macho 31 de vidrio se puede haber tratado antes adicionalmente y de forma adecuada mediante templado, irradiación, ataque químico y/o rayado, especialmente de manera que se obtenga una pluralidad de fragmentos que se pueden extraer con facilidad.

En el ejemplo de realización mostrado, el macho 31 de vidrio está colocado de modo que a través de los orificios, formados hacia la superficie de apoyo de la culata, se puede introducir una herramienta flexible de empuje, con la que se realiza un desmoldeado en caso de que el macho de vidrio no se hubiese roto por completo o sólo parcialmente durante la contracción.

El macho de vidrio, arqueado en el ejemplo de realización, también podría ser recto. Para extraer el macho de vidrio de la pieza fundida se usa entonces un tratamiento con ultrasonido o chorro de alta presión de la pieza fundida.

De la manera descrita anteriormente se pueden fabricar, sin influir en la estructura fundida, canales con paredes internas muy lisas y similares en calidad a los taladros. Ventajosamente, en estos canales no se producen incrustaciones de refrigerante. No se podrían formar mediante taladrado canales de refrigeración de este tipo entre las entalladuras de cilindro en el bloque de motor, sin dañar el bloque de motor.

Resulta conveniente el tratamiento previo mencionado antes, en el que el macho de vidrio tiene una estructura, especialmente una estructura de esfuerzo, que facilita la rotura del vidrio durante la contracción o la rotura posterior.

Los machos de sal, grafito o vidrio también se pueden usar, a diferencia de los ejemplos mostrados de un bloque de motor con un canal de refrigeración entre los cilindros, en otros puntos del bloque de motor, por ejemplo, para formar canales a través de los que se pueda alimentar refrigerante o aceite a determinadas partes funcionales del motor.

Claims (4)

1. Molde de fundición para la fabricación de un bloque de motor que presenta un canal de refrigeración que se extiende entre entalladuras (15, 19, 32) de cilindro de una línea de cilindros, estando previsto entre las entalladuras de cilindro un grosor mínimo de la pared de material de fundición menor de 5 mm y estando dispuesto en el molde de fundición, con vistas a formar el canal de refrigeración, entre los machos (2, 3) del molde de fundición que forman las entalladuras de cilindro, un macho (8, 26) de molde del canal apoyado sólo por sus extremos, caracterizado porque el macho (8, 26) de molde del canal está fabricado de vidrio.

2. Molde de fundición según la reivindicación 1, caracterizado porque el macho (8) de molde del canal está apoyado por sus extremos en una parte (1) del molde de fundición que presenta los machos (2, 3) para la formación de la entalladura de cilindro.

3. Molde de fundición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en los soportes (4-7) para el macho (8) del molde del canal están previstos espacios libres que permiten su dilatación longitudinal durante la fundición.

4. Procedimiento para la fabricación de un bloque de motor con, al menos, un canal (31) de refrigeración en una pared intermedia entre entalladuras vecinas (32) de cilindro, siendo el grosor de la pared, formada mediante material de fundición, menor de 5 mm, moldeándose el bloque de motor mediante el vertido de material de fundición en un molde de fundición e insertándose en el molde de fundición los machos que forman las entalladuras de cilindro, caracterizado porque en el molde de fundición, para la formación del canal de refrigeración, entre los machos que forman las entalladuras de cilindro, se dispone un macho de molde del canal, compuesto por vidrio, que sólo está apoyado por sus extremos.