ES2246195T3 - Elemento de alimentacion y sistema de operaciones de moldeo de metales. - Google Patents

Elemento de alimentacion y sistema de operaciones de moldeo de metales.

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ES2246195T3 ES04785804T ES04785804T ES2246195T3 ES 2246195 T3 ES2246195 T3 ES 2246195T3 ES 04785804 T ES04785804 T ES 04785804T ES 04785804 T ES04785804 T ES 04785804T ES 2246195 T3 ES2246195 T3 ES 2246195T3
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Abstract

Elemento de alimentación para su uso en la fundición de metal, que comprende un primer extremo que es para montarse en un molde tipo, un extremo opuesto que es para recibir un manguito de alimentación, y una cavidad entre el primer y el segundo extremo que está definida por una pared lateral, siendo dicho elemento de alimentación comprimible en uso, reduciéndose con ello la distancia entre dichos extremos primero y segundo.

Description

Elemento de alimentación y sistema de operaciones de moldeo de metales.

La presente invención versa acerca de un elemento de alimentación para su uso en operaciones de moldeo de metales utilizando moldes de fundición, especialmente, pero no exclusivamente, en sistemas de moldeo con arena a presión elevada.

En un proceso típico de fundición, el metal fundido se vierte en una cavidad de un molde preformada que define la forma del objeto fundido. Sin embargo, según se solidifica el metal éste se encoge, dando lugar a rechupes que, a su vez, dan lugar a imperfecciones inaceptables en el estado final del objeto fundido. Este es un problema perfectamente conocido en la industria de la fundición, y se afronta con el uso de tubos de distribución u orificios de colada que se integran en el molde durante la formación del propio molde. Cada tubo de alimentación supone un volumen o cavidad adicional (normalmente limitado) que está comunicado con la cavidad del molde, para que el metal fundido también entre en el tubo de alimentación. Durante la solidificación, el metal fundido que hay en el tubo de alimentación fluye de nuevo hacia la cavidad del molde para compensar la contracción del objeto fundido. Es importante que el metal que hay en la cavidad del tubo de alimentación permanezca fundido durante más tiempo que el metal de la cavidad del molde, por lo que los tubos de distribución se fabrican para ser altamente aislantes o, más habitualmente, exotérmicos, para que, en contacto con el metal fundido, se genere calor adicional para retrasar la solidificación.

Después de la solidificación y retirada del material del molde, el metal residual indeseado de dentro de la cavidad del tubo de alimentación permanece unido al objeto fundido y debe ser retirado. Para facilitar la retirada del metal residual, la cavidad del tubo de alimentación puede tener forma cónica que se estrecha hacia su base (o sea, el extremo del tubo de alimentación que esté más cercano a la cavidad del molde) en un diseño comúnmente denominado tubo con cuello en la parte baja. Cuando se da un golpe brusco al metal residual, se separa por su punto más débil, que estará cerca del molde (el proceso se conoce comúnmente como golpe de extracción (knock off). También es deseable una huella pequeña en la fundición para permitir el posicionamiento de los tubos de distribución en zonas de la fundición donde el acceso puede estar restringido por las características adyacentes.

Aunque los tubos de distribución pueden estar aplicados directamente sobre la superficie de la cavidad del molde, se usan habitualmente en conjunción con una caja partida. Una caja partida es simplemente un disco de material refractario (típicamente un material de núcleo de arena aglutinada con resina o de núcleo cerámico de un tubo de alimentación) con un agujero en su centro que se encuentra entre la cavidad del molde y el tubo de alimentación. El diámetro del agujero a través de la caja partida está diseñado para ser menor que el diámetro de la cavidad interna del tubo de alimentación (que no ha de tener forzosamente forma cónica) para que el golpe de extracción ocurra en la caja partida cerca del molde.

Los moldes de fundición se forman comúnmente usando un patrón de moldeo que define la cavidad del molde. Se proporcionan clavijas en los puntos predeterminados de la plancha de moldeo como puntos de montaje para los tubos de distribución. Una vez los tubos requeridos estén montados en la plancha de moldeo, el molde se forma vertiendo arena de moldeo en la plancha de moldeo y alrededor de los tubos de distribución hasta que los tubos de distribución estén cubiertos. El molde debe tener suficiente fuerza para resistir la erosión durante el vertido del metal fundido, para resistir la presión ferrostática ejercida sobre el molde cuando esté lleno y para resistir las fuerzas de expansión/compresión cuando el metal se solidifique.

La arena de moldeo puede estar clasificada en dos categorías principales. Unida químicamente (unión basada en enlaces orgánicos o inorgánicos) o aglutinada con arcilla. Los enlaces de molde unidos químicamente son típicamente sistemas de autoendurecimiento en los que un enlace y un endurecedor químico se mezclan con la arena y el enlace y el endurecedor comienzan a reaccionar inmediatamente, pero lo suficientemente despacio como para permitir que la arena se amolde alrededor de la plancha de moldeo y luego se le permita endurecer lo suficiente para su eliminación y moldeo.

Los moldes unidos con arcilla usan arcilla y agua como enlace y pueden ser usados estando "verdes", o sea, en un estado no seco al que nos referimos comúnmente como arena verde (greensand). Las mezclas de arena verde no fluyen fácilmente ni tampoco se mueven fácilmente bajo fuerzas de compresión por sí solas y, por lo tanto, para compactar la arena verde alrededor del patrón y darle al molde suficientes propiedades de resistencia, como se ha detallado anteriormente, se aplica una variedad de combinaciones de sacudidas, vibraciones, estrujamientos y golpes para producir moldes de resistencia uniforme con una alta productividad. La arena está típicamente comprimida (compactada) a alta presión, normalmente usando un ariete hidráulico (nos referimos a este proceso como apelmazamiento [ramming up]). Con el incremento de complejidad en la fundición y con los requerimientos de la productividad, hay una mayor necesidad de moldes de dimensiones estables y la tendencia es hacia mayores presiones de apelmazamiento que pueden ocasionar roturas del tubo de alimentación y/o de la caja partida cuando se presentan, especialmente si la caja partida o el tubo de alimentación está en contacto con la plancha de moldeo antes del apelmazamiento.

El anterior problema se mitiga en parte usando ejes de resorte. El tubo de alimentación y la barra localizadora opcional (similar en composición y dimensiones globales a la caja partida) están separados inicialmente de la plancha de moldeo y se mueven hacia la plancha de moldeo con el apelmazamiento. El eje de resorte y el tubo de alimentación pueden ser diseñados para que, después del apelmazamiento, la posición final del tubo sea tal que no esté en contacto directo con la plancha de moldeo y pueda estar situada a una distancia de entre 5 y 25 mm de la superficie del patrón. El punto del golpe de extracción suele ser imprevisible porque depende de las dimensiones y perfil de la base de los ejes de resorte y, por lo tanto, conlleva costes de limpieza adicionales. Otros problemas asociados con los ejes de resorte se explican en la patente EP-A-1184104. La solución ofrecida en la patente EP-A-1184104 es un tubo de alimentación de dos partes. Bajo compresión durante la formación del molde, un molde (tubo) se mete en parte dentro del otro. Uno de las partes del molde (tubo) siempre está en contacto con la plancha de moldeo y no se requiere ningún eje de resorte. Sin embargo, hay problemas asociados con este empleo de inclusiones de un tubo dentro de otro, postulado por la patente EP-A-1184104. Por ejemplo, debido a dicha inclusión, el volumen del tubo de alimentación después del moldeo es variable y dependiente de un conjunto de factores que incluyen la presión de la máquina de moldeo, la geometría del objeto fundido y las propiedades de la arena. Esta imprevisibilidad puede tener un efecto perjudicial sobre el rendimiento de la alimentación. Además, la disposición no resulta idealmente apropiada cuando se requieren tubos exotérmicos. Cuando se usan tubos exotérmicos, el contacto directo del material exotérmico con la superficie de la fundición resulta indeseable y puede dar lugar a un acabado de la superficie de mala calidad, a una contaminación localizada de la superficie de fundición, e incluso a defectos relacionados con la presencia de gas bajo la superficie.

Una desventaja adicional de la referida inclusión de un tubo en otro de la patente EP-A-1184104 surge de los separadores o pestañas que se requieren para mantener la separación inicial de las dos partes (tubo) del molde. Durante el moldeo, estos pequeños separadores se rompen (permitiendo, por lo tanto, que tenga lugar la acción telescópica de la inclusión) y simplemente se caen dentro de la arena de moldeo. A lo largo de un periodo de tiempo, estas piezas se acumularán en la arena de moldeo. El problema resulta especialmente agudo cuando las piezas están hechas de material exotérmico. La humedad de la arena puede reaccionar potencialmente con el material exotérmico (por ejemplo, aluminio) creando la posibilidad de que se den pequeños defectos explosivos.

Es un objeto de la presente invención en un primer aspecto proporcionar un elemento de alimentación, que puede ser usado en una operación de fundición de objetos. En particular, es un objeto de la presente invención en su primer aspecto proporcionar un elemento de alimentación que ofrezca una o más de las siguientes ventajas (y preferiblemente todas):

(i)
un área de contacto (apertura de la fundición) del elemento de alimentación pequeña;

(ii)
una huella pequeña(contacto de perfil externo) en la superficie de la fundición;

(iii)
probabilidad reducida de una rotura del tubo de alimentación bajo presiones elevadas durante la formación del molde; y

(iv)
golpe de extracción homogéneo con requerimientos de limpieza significativamente reducidos.

Un objeto adicional de la presente invención es obviar o mitigar una o más de las desventajas asociadas con el tubo de alimentación "telescópico" de dos partes presentado en la patente EP-A-1184104.

Un objeto del segundo aspecto de la presente invención,es proporcionar un sistema de alimentación alternativo al propuesto en la patente EP-A-1184104.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un elemento de alimentación para su uso en fundición metálica, teniendo dicho elemento de alimentación un primer extremo para montar sobre un patrón de moldeo (plancha), un segundo extremo opuesto para recibir un tubo de alimentación y una perforación entre los extremos primero y segundo delimitada por una pared lateral, siendo dicho elemento de alimentación susceptible de compresión cuando está siendo utilizado, por lo que se reduce la distancia entre dichos extremos primero y segundo.

Se entenderá que la cantidad de compresión y la fuerza requerida para inducir la compresión se verán influidas por un número de factores que incluyen el material de fabricación del elemento de alimentación y la forma y grosor de la pared lateral. Igualmente, se entenderá que se diseñarán elementos de alimentación individuales en conformidad con la aplicación prevista, con las presiones que se prevé que tendrán lugar y con los requerimientos de tamaño del alimentador. Aunque la invención tiene una utilidad particular en sistemas de moldeo a alta presión y de gran volumen, también es útil en aplicaciones de baja presión (cuando se configura como corresponde), tales como los moldes de fundición apelmazados a mano.

Preferiblemente, la resistencia inicial al aplastamiento (o sea, la fuerza requerida para iniciar una compresión y deformar irreversiblemente el elemento de alimentación por encima y más allá de su flexibilidad natural que tiene en su estado antes de ser empleado y de ser aplastado) no es mayor a 5000 N, y preferiblemente no más de 3000 N. Si la resistencia inicial al aplastamiento es demasiado alta, entonces la presión de moldeo puede provocar que el tubo de alimentación falle antes de que la compresión comience. n Preferiblemente, la resistencia inicial al aplastamiento es de al menos 500 N. Si la resistencia al aplastamiento es demasiado baja, entonces la compresión del elemento puede comenzar accidentalmente, por ejemplo si varios elementos se amontonan para ser almacenados, o durante el transporte.

El elemento de alimentación de la presente invención puede ser considerado como una caja partida, ya que este término describe de forma adecuada algunas de las funciones del elemento en uso. Tradicionalmente, las cajas partidas constan de arena aglutinada por medio de resina o son de un material cerámico o de un núcleo del material del tubo de alimentación. Sin embargo, el elemento de alimentación de la presente invención puede ser fabricado de una variedad de materiales apropiados. En ciertas configuraciones, puede ser más apropiado considerar al elemento de alimentación como un cuello del alimentador.

Tal y como se ha usado en esta patente, la expresión "susceptible de compresión" es usada en su sentido más amplio y sólo se pretende comunicar que la longitud del elemento de alimentación entre sus extremos primero y segundo es menor después de la compresión que antes de la compresión. Preferiblemente, dicha compresión es irreversible, o sea, es importante que después de la desaparición de la fuerza inductora de la compresión el elemento de alimentación no revierta a su forma original. La compresión se puede conseguir a través de la compresibilidad inherente del material del que está formado el elemento de alimentación, por ejemplo, caucho o algún otro material polimérico. Por lo tanto, en un primer ejemplo de realización, el elemento de alimentación es un tubo de caucho.

Alternativamente, la compresión se puede conseguir a través de la deformación de un material no quebradizo tal como un metal (por ejemplo, acero, aluminio, aleaciones de aluminio, latón, etc.) o plástico. En un segundo ejemplo de realización, la pared lateral del elemento de alimentación se proporciona con uno o más puntos débiles que están diseñados para deformarse (o incluso cizallarse) bajo una carga determinada (correspondiente a la resistencia al aplastamiento).

La pared lateral puede ser proporcionada con al menos una zona de grosor reducido que se deforma bajo una carga predeterminada. Alternativamente, o además, la pared lateral puede tener una o más torsiones, giros, ondulaciones u otros contornos que causen que la pared lateral se deforme bajo una carga predeterminada (correspondiente a la resistencia al aplastamiento).

En un tercer ejemplo de realización, el orificio es troncocónico y delimitado por una pared lateral que tiene al menos un surco circunferencial. Esto que denominamos como "al menos un surco circunferencial" puede estar en una superficie interior o (preferiblemente) exterior de la pared lateral y proporciona cuando se usa un punto débil que se deforma o cizalla previsiblemente bajo una carga aplicada (correspondiente a la resistencia al aplastamiento).

En un ejemplo de realización particularmente preferido, el elemento de alimentación tiene una pared lateral escalonada que consta de una primera serie de zonas de la pared lateral en forma de anillos (que no están necesariamente en un solo plano) de diámetros crecientes interconectados y formados de una pieza con una segunda serie de zonas de pared lateral. Preferiblemente, las zonas de la pared lateral son de un grosor sustancialmente uniforme, para que el diámetro del orificio del elemento de alimentación vaya en aumento desde el primer extremo hasta el segundo extremo del elemento de alimentación. Convenientemente, la segunda serie de zonas de la pared lateral es anular (o sea, son paralelas al eje del orificio), aunque pueden tener una distribución troncocónica (o sea, ir inclinadas hacia el eje del orificio). Ambas series de zonas de la pared lateral pueden ser de una forma no circular (por ejemplo, ovalada, cuadrada, rectangular, o en forma de estrella).

El comportamiento bajo compresión del elemento de alimentación puede ser alterado ajustando las dimensiones de cada zona de pared. En un ejemplo de realización, todas las zonas de la pared lateral de la primera serie tienen la misma longitud y toda la segunda serie de zonas de la pared lateral tiene la misma longitud (que puede ser igual o diferente a la primera serie de zonas de la pared lateral). Sin embargo, en un ejemplo de realización preferido, la longitud de la primera serie de zonas de la pared lateral varía, siendo las zonas de la pared hacia el segundo extremo del elemento de alimentación más largas que las zonas de la pared lateral hacia el primer extremo del elemento de alimentación.

El elemento de alimentación puede ser delimitado por un único anillo entre un par de zonas de la pared lateral de la segunda serie. Sin embargo, el elemento de alimentación puede tener hasta seis o más de cada una de la primera y la segunda serie de las zonas de la pared lateral.

Preferiblemente, el ángulo definido entre el eje del orificio y las primeras zonas de la pared lateral (especialmente cuando las segundas zonas de la pared lateral son paralelas al eje del orificio) va desde 55 a 90º y más preferiblemente desde 70 a 90º. Preferiblemente, el grosor de las zonas de la pared lateral va desde el 4 al 24%, preferiblemente desde el 6 al 20%, y más preferiblemente desde el 8 al 16% de la distancia entre los diámetros internos y externos de las primeras zonas de la pared lateral (o sea, el grosor anular en el caso de anillos que estén en un solo plano [coronas circulares]).

Preferiblemente, la distancia entre los diámetros internos y externos de la primera serie de zonas de la pared lateral va de 4 a 10 mm y más preferiblemente de 5 a 7,5 mm. Preferiblemente, el grosor de las zonas de la pared lateral es de 0,4 a 1,5 mm y más preferiblemente de 0,5 a 1,2 mm.

En general, cada una de las paredes laterales entre las series primera y segunda serán paralelas para que la relación angular descrita con anterioridad se aplique a todas las zonas de la pared lateral. Sin embargo, no es forzoso que sea así, y una (o más) de las zonas de la pared lateral puede estar inclinada a un ángulo diferente respecto al eje del orificio que el de las demás de la misma serie, especialmente donde la zona de la pared lateral delimita el primer extremo (base) del elemento de alimentación.

En un ejemplo de realización conveniente, únicamente se forma un contacto de borde entre el elemento de alimentación y la fundición, estando el primer extremo (base) del elemento de alimentación delimitado por una zona de pared lateral de la primera o segunda serie que no es perpendicular al eje del orificio. Se apreciará de la discusión precedente que tal disposición es ventajosa para minimizar la huella y el área de contacto del elemento de alimentación. En tales ejemplos de realización, la zona de pared lateral que delimita el primer extremo del elemento de alimentación puede tener distinta longitud y/u orientación a las demás zonas de pared lateral de esa serie. Por ejemplo, la zona de la pared lateral que delimita la base puede estar inclinada hacia el eje del orificio con un ángulo de 5 a 30º, preferiblemente de 5 a 15º. Preferiblemente, el borde libre de la zona de la pared lateral que delimita el primer extremo del elemento de alimentación tiene un reborde o pestaña anular dirigido hacia dentro.

Convenientemente, una zona de la pared lateral de la primera serie delimita el segundo extremo del elemento de alimentación, siendo preferiblemente dicha zona de la pared lateral perpendicular al eje del orificio. Tal disposición proporciona una superficie adecuada para el montaje del tubo de alimentación en uso.

Se entenderá de la discusión precedente que se prevé que el uso del elemento de alimentación se haga en conjunción con un tubo de alimentación. Por lo tanto, la invención proporciona en un segundo aspecto un sistema de alimentación para la fundición de metales que consta de un elemento de alimentación en conformidad con el primer aspecto y que va unido a un tubo de alimentación.

La naturaleza del tubo de alimentación no está particularmente limitada y puede, por ejemplo, ser aislante, exotérmica o una combinación de ambas cosas, por ejemplo uno vendido por Foseco bajo el nombre comercial de KALMIN, FEEDEX o KALMINEX. El tubo de alimentación puede estar convenientemente sujeto al elemento de alimentación por medio de un adhesivo, pero puede también ser encajada por medio de presión o tener el tubo moldeado alrededor de parte del elemento de alimentación.

Se describirán a continuación ejemplos de realización de la invención a título de ejemplo, haciendo referencia únicamente a los dibujos adjuntos en los que:

las Figuras 1 y 2 son un alzado lateral y un plano superior de un primer elemento de alimentación en conformidad con la presente invención,

las Figuras 3 y 4 muestran el elemento de alimentación de la Figura 1 y un tubo de alimentación montado en un eje de resorte antes y después del apelmazamiento, respectivamente,

la Figura 3A es un corte transversal de parte del montaje de la Figura 3.

Las Figuras 5 y 6 muestran el elemento de alimentación de la Figura 1 y un tubo de alimentación montado en un eje fijo antes y después del apelmazamiento, respectivamente,

las Figuras 7 y 8 son un alzado lateral y un plano superior, respectivamente, de un segundo elemento de alimentación en conformidad con la presente invención,

las Figuras 7A y 7B son cortes transversales de parte del elemento de alimentación de la Figura 7 montado en una clavija normalizada y una clavija modificada, respectivamente,

las Figuras 9 y 10 son un alzado lateral y un plano superior, respectivamente, de un tercer elemento de alimentación en conformidad con la presente invención,

la Figura 11 es un alzado lateral de un cuarto elemento de alimentación en conformidad con la presente invención,

las Figuras 12 y 13 son cortes transversales de un quinto elemento de alimentación en conformidad con la presente invención antes y después de la compresión, respectivamente,

las Figuras 14 y 15 son esquemas de cortes transversales de un montaje de alimentación que incorpora un sexto elemento de alimentación en conformidad con la presente invención antes y después de la compresión, respectivamente,

la Figura 16 es un alzado lateral de un séptimo elemento de alimentación en conformidad con la presente invención,

las Figuras 17 y 18 son vistas de cortes transversales de un conjunto de tubos de distribución que incorpora un octavo ejemplo de realización de un elemento de alimentación en conformidad con la presente invención,

las Figuras 19 y 20 son esquemas de cortes transversales de un montaje de alimentación que incorpora un noveno elemento de alimentación en conformidad con la presente invención antes y después de la compresión, respectivamente,

la Figura 21 es un representación gráfica de la fuerza aplicada con respecto a la compresión para la caja partida de la Figura 7,

la Figura 22 es un gráfico de barras que muestra datos de compresión para una serie de cajas partidas en conformidad con la presente invención,

la Figura 23 es una representación gráfica de la fuerza con respecto a la compresión para una serie de cajas partidas del tipo mostrado en la Figura 7 que difieren en grosores de pared lateral, y

las Figuras 24 y 25 muestran el elemento de alimentación de la Figura 1 y un tubo de alimentación distinto del mostrado en las Figuras 5 y 6 montado en un eje fijo antes y después del apelmazamiento, respectivamente.

Refiriéndonos a las Figuras 1 y 2, un elemento de alimentación en forma de una caja partida 10 tiene una pared lateral generalmente troncocónica 12 formada embutiendo chapas de acero. Una superficie interior de la pared lateral 12 delimita un orificio 14 que se extiende a través de la caja partida 10 desde su primer extremo (base) 16 hasta su segundo extremo (parte superior) 18, siendo el orificio 14 de menor diámetro en el primer extremo 16 que en el segundo extremo 18. La pared lateral 12 tiene una configuración escalonada y consta de una serie alternante de primeras y segundas zonas de la pared lateral 12a, 12b. La pared lateral 12 puede ser considerada como una (primera) serie de coronas o anillos circulares 12a (de los cuales hay siete) separados entre sí, teniendo cada corona circular 12a un diámetro interno correspondiente al diámetro externo de la corona circular precedente 12a, estando las coronas circulares adyacentes 12a conectadas entre sí por una zona de pared lateral de la corona circular de la segunda serie 12b (de las cuales hay seis). Las zonas de la pared lateral 12a, 12b están descritas más convenientemente con referencia al eje longitudinal del orificio 14, siendo zonas de pared lateral radial la primera serie de zonas de la pared lateral 12a (horizontal, según se muestra) y siendo la segunda serie de zonas de pared lateral 12b zonas de pared lateral axial (vertical, según se muestra). El ángulo \alpha entre el eje del orificio y las primeras zonas de pared lateral 12a (en este caso también es el ángulo entre pares adyacentes de zonas de pared lateral) es de 90º. Las zonas de pared lateral radial 12a delimitan la base 16 y la parte superior 18 de la caja partida 10. En el ejemplo de realización mostrado, las zonas de pared lateral axial 12b tienen todas la misma altura (distancia desde el diámetro interno hasta el diámetro externo), mientras que las dos zonas de pared lateral radial 12a más bajas tienen un grosor anular reducido (distancia radial entre diámetros internos y externos). El diámetro externo de la zona de pared lateral radial que delimita la parte superior 18 de la caja partida 10 se escoge según las dimensiones del tubo de alimentación al que irá unida (como se describirá más adelante). El diámetro del orificio 14 del primer extremo 16 de la caja partida 10 está diseñado para que tenga un ajuste deslizante con un eje fijo.

Refiriéndonos a la Figura 3, la caja partida 10 de la Figura 1 está sujeta por medio de un adhesivo al tubo de alimentación 20, estando el conjunto de la caja partida/tubo de alimentación montado sobre un eje de resorte 22 fijado a una plancha de moldeo 24. La zona de pared lateral radial 12a que forma la base 16 de la caja partida 10 se asienta sobre la plancha de moldeo 24 (Figura 3A). En una modificación (no mostrada), a la parte superior 18 de la caja partida 10 se le proporciona una serie de taladros pasantes (por ejemplo seis agujeros circulares separados entre sí de manera regular). La caja partida 10 está fijada al tubo de alimentación 20 mediante la aplicación de un adhesivo (por ejemplo, un adhesivo termofusible) aplicado entre las dos partes. Cuando se aplica presión, el adhesivo sale parcialmente con dificultad a través de los agujeros, y fragua. Este adhesivo fraguado hace de remache para sujetar juntas la caja partida 10 y el tubo de alimentación 20 de forma más firme.

Cuando está en uso, el conjunto del tubo de alimentación está cubierto con arena de moldeo (arena que también entra en el volumen que rodea a la caja partida 10 bajo el tubo de alimentación 20), y la plancha de moldeo 24 es golpeada, por lo que se comprime la arena de moldeo. Las fuerzas compresivas hacen que el tubo 20 se mueva hacia abajo, hacia la plancha de moldeo 24. Las fuerzas son absorbidas parcialmente por la clavija 22, y parcialmente por la deformación o colapso de la caja partida 10, que actúa eficazmente como zona de arrugamiento para el tubo de alimentación 20. Al mismo tiempo, el medio moldeador (arena) atrapado bajo la caja partida en deformación 10 también se compacta progresivamente para darle la dureza requerida al molde y un acabado de superficie bajo la caja partida 10 (esta característica es común a todos los ejemplos de realización en los que la forma cónica en la que se estrecha hacia abajo el elemento de alimentación permite que la arena moldeadora ser atrapada directamente bajo el tubo de alimentación). Además, la compactación de la arena también ayuda a absorber algo del impacto. Se entenderá que ya que la base 16 de la caja partida 10 delimita la zona más estrecha en comunicación con la cavidad del molde, no se requiere que el tubo de alimentación 20 tenga una cavidad cónica o que sus paredes laterales se estrechen excesivamente, ya que puede reducir su resistencia. En la Figura 4 se muestra la situación después del apelmazamiento. La fundición se lleva a cabo después de retirar la plancha de moldeo 24 y la clavija 22.

Ventajosamente, el elemento de alimentación de la presente invención no depende del uso de un eje de resorte. Las Figuras 5 y 6 ilustran la caja partida 10 encajada en un tubo de alimentación 20a montado sobre un eje fijo 26. Ya que en el apelmazamiento (Figura 6), el tubo 20a se mueve hacia abajo y la clavija 26 está fija, al tubo 20a se le proporciona un orificio 28 dentro del cual se recibe la clavija 26. Como se muestra, el orificio 28 se extiende sobre la superficie superior del tubo 20a, aunque se entenderá que en otros ejemplos de realización (no mostrados) el tubo puede estar provisto de un orificio ciego (o sea, el orificio se extiende sólo parcialmente a través de la sección superior del alimentador para que el orificio de colada de la cavidad del tubo esté limitado). En una variación adicional (mostrada en la Figura 24), se usa un orificio ciego en conjunción con un eje fijo, estando el tubo diseñado para que, en el apelmazamiento, la clavija penetre la parte superior del tubo de alimentación como se muestra en la Figura 25 (y se describe en la patente DE 19503456), creando con ello un respiradero para los gases del moldeo, una vez se retire la clavija.

Refiriéndonos a las Figuras 7 y 8, la caja partida 30 mostrada difiere de la ilustrada en la Figura 1 en que la zona de pared lateral 32 que delimita la base de la caja partida 30 está orientada axialmente y su diámetro se corresponde sustancialmente con el diámetro de la clavija 22, 26. Esta zona de pared lateral axial 32 también está extendida para tener una mayor altura que otras zonas de pared lateral axial 12b, para dar pie a que haya algo de profundidad de arena compactada bajo la caja partida 30. Además, el borde libre de la zona de pared lateral axial 32 que delimita la base tiene una pestaña anular 32a orientada hacia adentro que forma parte de la plancha de moldeo en uso y que refuerza el borde inferior del orificio e incrementa el área de contacto con la plancha de moldeo 24 (garantizando que la base de la caja partida 30 no se abra hacia afuera bajo compresión), produce una muesca definida en el cuello del alimentador para ayudar con el golpe de extracción y garantiza que el golpe de extracción esté cerca de la superficie de moldeo. La pestaña anular también proporciona una localización precisa de la clavija, a la vez que permite liberad de movimiento entre él y la zona de pared lateral axial 32. Esto se ve más claramente en la Figura 7A, donde se puede ver que sólo hay un contacto de perfil entre la plancha de moldeo 24 y la caja partida 30, minimizando por lo tanto la huella del elemento de alimentación. Las zonas restantes de pared lateral axial y radial 12a, 12b tienen la misma longitud/altura.

El punto del golpe de extracción está tan cerca del objeto fundido que en ciertas circunstancias extremas puede ser posible que la caja partida 30 se desprenda y caiga a la superficie de moldeo. Refiriéndonos por lo tanto a la Figura 7B, puede ser deseable proporcionar un muñón corto 36 (aproximadamente 1 mm) en la base de la clavija (fija o de resorte) sobre el que descase la caja partida 30. Esto se consigue convenientemente formando la plancha de moldeo 24 con una zona convenientemente elevada sobre la que se monta la clavija. Alternativamente, el muñón puede ser en forma de un anillo que esté formado ya sea como parte de una plancha de moldeo 24, en la base de la clavija, o como un miembro diferenciado (por ejemplo, una arandela) que se coloca sobre la clavija antes de que se monte la caja partida 30 sobre la clavija.

Refiriéndonos a las Figuras 9 y 10, una caja partida adicional 40 en conformidad con la invención es casi igual a la mostrada en las Figuras 7 y 8, excepto que la pared lateral 42 que delimita la base de la caja partida 40 es troncocónica, estrechándose axialmente hacia afuera desde la base de la caja partida a un ángulo de aproximadamente 20º a 30º respecto al eje del orificio. A la pared lateral 42 se le proporciona una pestaña anular 42a de la misma manera y para el mismo fin que en el ejemplo de realización mostrado en la Figura 7. La caja partida 40 tiene un escalón menos (o sea, una zona de pared lateral axial y radial menos 12a, 12b) que la caja partida 30 mostrada en la Figura 7.

Refiriéndonos a la Figura 11, se muestra una caja partida adicional 50 en conformidad con la invención. La configuración básica es similar a la del ejemplo de realización descrito previamente. La pared lateral de metal prensado está escalonada para facilitar un orificio 14 de diámetro creciente hacia el segundo extremo 52 (parte superior) de la caja partida 50. En este ejemplo de realización, sin embargo, la primera serie de zonas de paredes laterales 54 están inclinadas unos 45º respecto al eje del orificio (o sea, en una disposición troncocónica), de tal modo que haya un ensanchamiento hacia afuera relativo a la base 56 de la caja partida 50. El ángulo \alpha entre las zonas de pared lateral 54 y el eje del orificio también es de 45º. El ejemplo de realización consta de la característica preferida de que la primera serie de zonas de pared lateral radial 54 son de la misma longitud que las zonas de pared lateral axial 12b, de tal modo que en la compresión el perfil del elemento deformado resultante de la alimentación esté relativamente nivelado (horizontal). La caja partida 50 consta únicamente de cuatro zonas de pared lateral axial 54 de la primera serie. La zona de pared lateral 58 de la segunda serie 12b termina en la base 56 de la caja partida 50 y es significativamente más larga que otras zonas de pared lateral 12b de la segunda serie.

Refiriéndonos a las Figuras 12 y 13, se muestra una caja partida adicional 60. La caja partida 60 tiene un orificio troncocónico 62 delimitado por una pared lateral metálica 64 de grosor sustancialmente uniforme, dentro una superficie externa de la cual se han facilitado tres surcos concéntricos 66 de separación idéntica (en este caso mediante maquinaria). Los surcos 66 introducen puntos débiles en la pared lateral 64 que fallan previsiblemente bajo compresión (Figura 13). En variaciones de este ejemplo de realización (no mostradas) se proporciona una serie de muescas diferenciadas. Alternativamente, la pared lateral está formada por zonas que alternan espesores relativamente gruesos y relativamente finos.

Las Figuras 14 y 15 muestran otra caja partida adicional en conformidad con la presente invención. La caja partida 70 es una embutición de acero de pared fina. Desde su base, la pared lateral tiene una primera zona 72a ensanchada hacia afuera, una segunda zona 72b tubular orientada axialmente de corte transversal circular, y una tercera zona 72c que se extiende hacia afuera de forma radial, sirviendo la tercera zona 72c de asiento para el tubo de alimentación 20 en uso. Bajo compresión, la caja partida 70 se colapsa de manera previsible (Figura 15), decreciendo el ángulo entre las zonas de pared lateral primera y segunda 72a, 72b.

Se entenderá que hay muchas cajas partidas posibles con diferentes combinaciones de zonas de pared lateral orientadas. Refiriéndonos a la Figura 16, la caja partida 80 ilustrada es similar a la ilustrada en la Figura 11. En este caso particular, una serie de zonas de pared lateral orientadas de forma radial (horizontal) 82 se alternan con una serie de zonas de pared lateral inclinadas axialmente 84. Refiriéndonos a las Figuras 17 y 18, la caja partida 90 tiene una configuración en zigzag formada por una primera serie de zonas de pared lateral inclinadas hacia afuera axialmente 92 que se alternan con una serie de zonas de pared lateral inclinadas hacia adentro axialmente 94, estando delimitada hacia dentro y hacia fuera desde la base hasta arriba. En este ejemplo de realización, la caja partida está montada sobre la clavija 22 independientemente del tubo 20, que se asienta sobre la caja partida, pero a la que no está sujeto. En una modificación (no mostrada), una superficie radial superior delimita la parte superior de la caja partida y proporciona una superficie de asiento para el tubo que puede ser adherido con anterioridad a la caja partida si se requiere.

Refiriéndonos a las Figuras 19 y 20, se muestra otra caja partida 100 en conformidad con la presente invención. La caja partida 100 consiste simplemente en una cubierta tubular de caucho que encaja de manera deslizante en la clavija 22 y que proporciona un asiento para el tubo 20. Tras el apelmazamiento, la cubierta se comprime axialmente (Figura 20).

Ejemplos de prueba

Se llevaron a cabo las pruebas usando una línea comercial de moldeo de alta presión Kunkel-Wagner Nº 09-2958, con una presión de apelmazamiento de 300 toneladas y unas dimensiones de la caja de moldeo de 1375 \times 975 \times 390/390 mm. El medio de moldeo fue un sistema de arena verde aglutinada con arcilla. Los objetos fundidos eran cajas centrales de cambios hechas de hierro fundido dúctil (de hierro con grafito esferoidal) para su empleo en automóviles.

Ejemplo Comparativo 1

Se montó un tubo de alimentación FEEDEX HD-VS159 (encendido rápido, altamente exotérmico y resistente a la presión) unido a una caja partida de arena de sílice apropiado (10Q) directamente sobre la plancha de moldeo con un eje fijo para localizar el conjunto de la caja partida/tubo de alimentación en la plancha de moldeo antes del moldeo. Aunque el punto del golpe de extracción era repetible y cercano a la superficie de fundición, se evidenciaron daños (principalmente agrietamientos) debidos a la presión de moldeo en un número de cajas partidas y tubos.

Ejemplo Comparativo 2

Se usó un tubo de alimentación FEEDEX HD-VS159 (encendido rápido, altamente exotérmico y resistente a la presión) unido a una barra localizadora apropiada (50HD), como en el ejemplo comparativo 1, pero en este caso se usó un eje de resorte para el montaje del conjunto barra localizadora/tubo de alimentación en y por encima de la plancha de moldeo antes del moldeo. Cuando se moldeó, la presión forzó hacia abajo al conjunto barra localizadora/tubo de alimentación y al eje de resorte, y la arena de moldeo fluyó y se compactó debajo de la barra localizadora. No se observó ningún daño visible en la caja partida o en el tubo después del moldeo. Sin embargo, el punto del golpe de extracción no era repetible (debido a las dimensiones y perfil de la base de los ejes de resorte) y en algunos casos hubiese sido necesario la preparación manual de los muñones, añadiendo costes de fabricación al objeto fundido.

Ejemplo 1a

La caja partida de la Figura 1 (longitud axial 30 mm, diámetro mínimo 30 mm, diámetro máximo 82 mm correspondiente al diámetro externo de la base del tubo) fabricada en acero de 0,5 mm unida a un tubo exotérmico FEEDEX HD-VS159 se montó bien en un eje fijo, o bien en un eje de resorte. No se observó ningún daño visible en el tubo de alimentación después del moldeo y se observó que había una compactación de arena excelente del molde en el zona directamente debajo de la caja partida. El punto del golpe de extracción era repetible y cercano a la superficie de fundición. En algunos casos, el metal residual del alimentador y la caja partida se cayeron del molde de arena verde durante la agitación posterior al proceso de fundición, obviando la necesidad de un paso para el golpe de extracción. No hubo defectos de superficie en el objeto fundido, ni ninguna implicación adversa en tener a la caja partida de acero en contacto con la superficie de fundición de hierro.

Ejemplo 1b

Se llevó a cabo una nueva prueba con una caja partida de la Figura 7 (longitud axial 33 mm, diámetro mínimo 20 mm, diámetro máximo 82 mm correspondiente al diámetro externo de la base del tubo) fabricado en acero de 0,5 mm, unida a un tubo exotérmico FEEDEX HD-VS159. Esto se usó para un modelo de caja de cambios, con un perfil más contorneado y desigual, diferente al objeto fundido del ejemplo anterior, y se montó similarmente bien en un eje fijo, o bien en un eje de resorte. El golpe de extracción, de nuevo, fue excelente, como lo fue la compactación de la arena del molde en la zona directamente debajo la caja partida. El uso de esta caja partida (comparado con la del Ejemplo 1a) supuso la oportunidad beneficiosa de una huella menor, y redujo el área de contacto del elemento de alimentación con la superficie de fundición.

Ejemplo 1c

Se llevó a cabo una tercera prueba con una caja partida de la Figura 9 (longitud axial 28 mm, diámetro máximo 82 mm correspondiente al diámetro externo de la base del tubo y pared lateral 42 estrechándose axialmente hacia fuera desde la base a un ángulo de 18º respecto al eje del orificio) fabricado en acero de 0,5 mm, unida a un tubo exotérmico FEEDEX HD-VS159. Esto se empleó para varios diseños diferentes de moldes de cajas de cambios, incluyendo aquellas usadas en los ejemplos 1a y 1b. El conjunto caja partida/tubo de alimentación se montó bien en un eje fijo, o bien en un eje de resorte. La combinación de una pared lateral que se estrecha 42 y una pestaña anular 42a en la base de la caja partida produjo una muesca muy definida y un estrechamiento en el cuello del alimentador dando como resultado un excelente golpe de extracción del cabezal de alimentación, que fue altamente coherente y reproducible, muy cercano a la superficie de fundición y por lo tanto requirió un mínimo mecanizado de los muñones para producir el objeto fundido terminado.

Ejemplo 2 Investigación de la fuerza de aplastamiento y configuración de la pared lateral

Se probaron las cajas partidas alojándolas entre dos placas paralelas de un aparato Hounsfield para la medida de la fuerza de compresión. La placa inferior se fijó, mientras que la placa superior se movía hacia abajo mediante un mecanismo de rosca de tornillo mecánico a un ritmo constante de 30 mm por minuto y se dibujaron gráficos de fuerza con respecto al desplazamiento de la placa.

La caja partida probada tenía la configuración básica mostrada en la Figura 11 (siendo las zonas de pared lateral 12b y 54 de 5 mm, la zona de pared lateral 58 de 8 mm y delimitando un orificio de entre 18 a 25 mm, y siendo el diámetro máximo de la parte superior 52 de la caja partida 65 mm). En total, se probaron diez cajas partidas distintas, siendo las únicas diferencias entre las cajas el ángulo \alpha, que variaba de 45 a 90º en intervalos de 5º, y la longitud de la zona de pared lateral de la parte superior externa, que fue ajustada para que el diámetro máximo de la parte superior 52 de la caja partida fuese 65 mm para todas las cajas partidas. El grosor del metal de las cajas partidas metálicas era de 0,6 mm.

Refiriéndonos a la Figura 21, la fuerza se representa contra el desplazamiento de placa para una caja partida con \alpha = 50º. Se observará que según se aumenta la fuerza, hay una compresión mínima (asociada con la flexibilidad natural en su estado de desuso y no aplastado) de la caja partida hasta que se aplica una fuerza crítica (punto A), mencionada en este documento como la fuerza de aplastamiento inicial, después de la cual la compresión se sucede rápidamente bajo una carga menor, marcando el punto B la medición de fuerza mínima después de que se dé la fuerza de aplastamiento inicial. Se comprime aún más y la fuerza aumenta hasta un máximo (fuerza de aplastamiento máximo, punto C). Cuando la caja ha alcanzado o está a punto de alcanzar su máximo desplazamiento (punto D), la fuerza aumenta rápidamente hasta estar fuera de la escala en el punto donde no es posible un desplazamiento físico más allá
(punto E).

Las fuerzas de aplastamiento inicial, las mediciones de fuerza mínima y las fuerzas de aplastamiento máximo se representan en la Figura 22 para las diez cajas partidas. Idealmente, la fuerza de aplastamiento inicial debería ser menor que 3000 N. Si la fuerza de aplastamiento inicial es demasiado alta, entonces la presión de moldeo puede causar el fallo del tubo de alimentación antes de que la caja partida tenga oportunidad de comprimirse. Un perfil ideal debería ser una representación lineal desde la fuerza de aplastamiento inicial hasta la fuerza de aplastamiento máximo; por lo tanto, la medición de la fuerza mínima (punto B) idealmente estaría muy cercano a la fuerza de aplastamiento mínimo. La fuerza de aplastamiento máximo ideal es muy dependiente de la aplicación para la que se prevé la caja partida. Si se han de aplicar muy altas presiones de moldeo entonces sería más deseable una fuerza de aplastamiento máximo mayor que para una caja partida que vaya a ser usada en una aplicación de presiones de moldeo menores.

Ejemplo 3 Investigación de la fuerza de aplastamiento y del grosor de la pared lateral

A fin de investigar el efecto del grosor del metal sobre los parámetros de la fuerza de aplastamiento, se fabricaron más cajas partidas y se probaron según el ejemplo 2. Las cajas partidas eran idénticas a las usadas en el Ejemplo 1b (longitud axial 33 mm, diámetro mínimo 20 mm, diámetro máximo 82 mm correspondiente al diámetro externo de la base del tubo). El grosor del acero era de 0,5, 0,6 o 0,8 mm (correspondiendo al 10, 12 y 16% del grosor anular de la pared lateral 12a). Las representaciones de la fuerza contra el desplazamiento se muestran en la Figura 23, a partir de la cual se puede ver que la fuerza de aplastamiento inicial (puntos A) aumenta con el grosor del metal, al igual que la diferencia entre la fuerza mínima (puntos B) y la fuerza de aplastamiento inicial. Si el metal es demasiado grueso en relación al grosor anular de la zona de pared lateral 12a, entonces la fuerza de aplastamiento inicial es inaceptablemente alta. Si el metal es demasiado fino, entonces la fuerza de aplastamiento es inaceptablemente baja.

Se entenderá, a raíz de la consideración de los Ejemplos 2 y 3, que cambiando la geometría de la caja partida y el grosor del material de la caja partida, los tres parámetros clave (fuerza de aplastamiento inicial, fuerza mínima y fuerza de aplastamiento máximo) pueden ser adaptados a la aplicación particular pretendida para la caja partida.

Claims (25)

1. Elemento de alimentación para su uso en la fundición de metal, comprendiendo dicho elemento de alimentación (10) un primer extremo (16) que es para montarse en un molde tipo, un extremo opuesto (18) que es para recibir un manguito de alimentación (20), y una cavidad (14) entre el primer (16) y el segundo extremo (18) que está definida por una pared lateral (12), siendo dicho elemento de alimentación (10) comprimible en uso, reduciéndose con ello la distancia entre dichos extremos primero y segundo.
2. Elemento de alimentación de acuerdo con la reivindicación 1, hecho a partir de un metal seleccionado de entre el acero, el aluminio, las aleaciones de aluminio y el latón.
3. Elemento de alimentación de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho elemento de alimentación está hecho de acero.
4. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la resistencia inicial al aplastamiento es no más de 5000 N.
5. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la resistencia inicial al aplastamiento es al menos de 500 N.
6. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la resistencia al aplastamiento es al menos de 500 N y no más de 3000 N.
7. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha compresión es irreversible.
8. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la compresión se consigue gracias a la deformación de un material no quebradizo.
9. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, dotado de una pared lateral escalonada que comprende una primera serie de partes de pared lateral en forma de anillos de diámetro ascendente, interconectados y unidos solidariamente a una segunda serie de partes de pared lateral.
10. Elemento de alimentación de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el grosor de las partes de pared lateral está comprendido entre los 0,4 y los 1,5 mm.
11. Elemento de alimentación de acuerdo con las reivindicaciones 9 ó 10, en el cual dichos anillos son circulares.
12. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que dichos anillos son planos.
13. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que las partes de pared lateral tienen un grosor sustancialmente uniforme, de manera que el diámetro de la cavidad del elemento de alimentación aumenta desde el primer extremo hasta el segundo extremo del elemento de alimentación.
14. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en el que la segunda serie de partes de pared lateral es anular.
15. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el que el ángulo definido entre el eje de la cavidad y las primeras partes de pared lateral está comprendido entre los 55º y los 90º.
16. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, en el que las series primera y segunda del elemento de alimentación están definidas por una parte de pared lateral de dicha parte de pared lateral que tiene una longitud mayor que las otras partes de pared lateral de la segunda serie.
17. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, en el que la parte de pared lateral que define el primer extremo de dicho elemento de alimentación está inclinado con respecto al eje de la cavidad, formando un ángulo de entre 5º y 30º.
18. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 17, en el que el grosor de las partes de pared lateral constituye entre un 4 y un 24% de la distancia entre los diámetros interior y exterior de las primeras partes de pared lateral.
19. Elemento de alimentación de acuerdo con la reivindicación 18, en el que un extremo libre de la parte de pared lateral que define el primer extremo del elemento de alimentación tiene una pestaña o reborde anular dirigido hacia dentro.
20. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la pared lateral del elemento de alimentación está provista de uno o más puntos débiles diseñados para deformarse o romperse en uso bajo una carga predeterminada.
21. Elemento de alimentación de acuerdo con la reivindicación 20, en el que la pared lateral está provista de al menos una parte de grosor reducido que se deforma bajo una carga predeterminada.
22. Elemento de alimentación de acuerdo con las reivindicaciones 20 ó 21, en el que la pared lateral está provista de uno o más pliegues, curvas, ondulaciones u otros contornos que facilitan la deformación de la pared lateral bajo una carga predeterminada.
23. Elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, en el que la cavidad es frustocónica y está rodeada por una pared lateral que tiene al menos una ranura circular.
24. Sistema de alimentación para la fundición de metal, que comprende un elemento de alimentación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23 y un manguito de alimentación fijado al mismo.
25. Sistema de alimentación de acuerdo con la reivindicación 24, en el que el manguito de alimentación está fijado al elemento de alimentación mediante un adhesivo, mediante apretamiento o bien mediante moldeo alrededor de una parte de dicho elemento.
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