ES2253082B1 - Mazarota chimenea. - Google Patents
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Abstract
Mazarota chimenea. La mazarota es un almacén de metal que se adjunta a las piezas con objeto de compensar el fenómeno de contracción de metal y evitar que se produzcan defectos de sanidad interna denominados rechupes que invalidan las piezas, en procesos de fundición. La presente invención tiene como objetivo el obtener una mazarota de rendimiento superior al de las mazarotas actuales, revestidas o no, cuyo coste de fabricación sea inferior y no necesite de revestimiento alguno. La mazarota chimenea consta de un solo elemento, que se moldea simultáneamente con el molde. Comprende una cámara superior, vertical o cuasi-vertical, una cámara inferior más ancha y al menos una conducción que parte de la cámara inferior, por la que fluye el metal desde la mazarota a la pieza.
Description
Mazarota chimenea.
La mazarota es un almacén de metal que se
adjunta a las piezas con objeto de compensar el fenómeno de
contracción de metal y evitar que se produzcan defectos de sanidad
interna denominados rechupes que invalidan las piezas en procesos de
fundición.
La masa total de la mazarota que se encuentra
por encima del cuello de alimentación de la misma se puede dividir
en masa operativa y masa no operativa. La masa operativa es aquella
que compensa el fenómeno de contracción de metal en la pieza, es
decir, la que fluye de la mazarota a la pieza. La masa no operativa
por el contrario es la que se solidifica en la mazarota y no fluye
a la pieza. La suma de la masa operativa y la masa no operativa de
una mazarota constituyen la masa total de la mazarota que se
encuentra por encima del cuello de alimentación de la misma. El
rendimiento de una mazarota se define como la relación entre la masa
operativa de la misma y la masa total que se encuentra por encima
del cuello de alimentación de la misma. Es decir, el rendimiento se
define como la relación entre la masa operativa y la suma de masa
operativa y no operativa.
La mazarota para ejercer adecuadamente su
función debe cumplir una serie de características, entre las cuales
cabría destacar:
- \sqbullet
- La masa activa, operativa, de la mazarota debe ser al menos la misma que la correspondiente a la contracción que debe compensar.
- \sqbullet
- La mazarota debe tener su masa operativa con más energía calorífica que la zona de la pieza que debe compensar de manera que el metal líquido fluya desde la mazarota a la pieza.
- \sqbullet
- El metal fluye por presión metalostática desde la mazarota hasta la pieza.
Tal y como ya se ha mencionado, la masa no
operativa no fluye a la pieza. Sin embargo, hay que tener en cuenta
que dicha masa no operativa, a pesar de no fluir a la pieza, cumple
una función térmica, de manera que evita que la masa operativa se
solidifique antes de fluir a la pieza. Por lo tanto, el optimizar el
rendimiento de la mazarota ha sido siempre un objetivo preferente a
la hora de diseñar nuevas mazarotas. Esto es así ya que un
rendimiento bajo supone una mayor masa no operativa para una misma
masa operativa, y, por lo tanto, una mayor masa total. Por
consiguiente, dado que la masa que no va a fluir de la mazarota a la
pieza es mayor en una mazarota de bajo rendimiento, en ésta se da
un mayor gasto en material, en energía e incluso en mano de
obra.
Con el objeto de optimizar el rendimiento de la
mazarota, en la actualidad el diseño de la misma se da priorizando
el hecho de que la mazarota posea un módulo (el módulo se define
como su volumen dividido por su superficie de enfriamiento)
superior al módulo de la pieza a la que alimenta. En la Figura 1 se
encuentra una mazarota clásica.
También con el objeto de optimizar el
rendimiento, se han desarrollado un gran número de mazarotas
revestidas con una capa termoaislante y/o exotérmica, de manera que
se puede reducir la masa no operativa necesaria en una mazarota
determinada y por lo tanto incrementar el rendimiento. Esto se debe
a que el revestimiento de la mazarota pasa a realizar también la
función térmica que cumple la masa no operativa en caso de que el
mencionado revestimiento sea exotérmico, o a que optimice la
función térmica de la masa no operativa en caso de que sea
termoaislante.
El rendimiento de una mazarota sin revestimiento
en la actualidad se encuentra entre el 15% y el 20%, mientras que
en las mazarotas revestidas con una capa termoaislante y/o
exotérmica el rendimiento se puede incrementar hasta un 20%-25%, e
incluso más en algunos casos.
Por el documento EP0804980 se conoce una
mazarota constituida por una mezcla de componentes aislantes y/o
exotérmicos y aditivos habituales unidos mediante un
aglutinante.
Por el documento
EP-A-313 907 se conoce otra mazarota
constituida por una mezcla de componentes aislantes y/o exotérmicos
y aditivos habituales unidos mediante un aglutinante.
Un problema que presentan las mazarotas
revestidas es que su coste de fabricación sigue siendo
relativamente elevado, a pesar de que su uso pueda quedar
justificado por el incremento de rendimiento que suponen. Esto es
debido a que dichas mazarotas deben disponer de un manguito, que
será termoaislante y/o exotérmico, y por lo tanto no pueden
fabricarse directamente sobre el molde de arena. Esto resulta en un
incremento de coste por dos razones diferentes. La primera razón es
el uso de material termoaislante y/o exotérmico para la fabricación
del manguito. La segunda razón es el añadir una operación más al
proceso, ya que el manguito debe ser colocado en el molde de
arena.
arena.
Otro problema que presentan las mazarotas
exotérmicas es que, debido a su geometría, hay veces en las que la
parte superior del manguito de la mazarota (4) no se rompe y no
permite que la presión atmosférica ejerza presión sobre el metal
para que éste fluya. De esta manera, hay veces en los que se forma
vacío y el metal no fluye de la mazarota a la pieza, por lo que la
mazarota no cumple su función.
La presente invención tiene como objetivo el
obtener una mazarota de rendimiento superior al de las mazarotas
actuales, revestidas o no, cuyo coste de fabricación sea inferior y
no necesite de revestimiento alguno.
La mazarota chimenea consta de un solo elemento,
que se moldea simultáneamente al resto del molde de la pieza. La
mazarota chimenea comprende una cámara superior, vertical o
cuasi-vertical, una cámara inferior más ancha y al
menos una conducción que parte de la cámara inferior, por la que
fluye el metal desde la mazarota a la pieza. Esta conducción es
conocida como cuello de alimentación.
Esta mazarota es completamente novedosa respecto
a las actuales, revestidas o no, ya que está concebida de una
manera completamente diferente. En la actualidad, las mazarotas son
diseñadas para que su módulo (el módulo se define como el volumen
dividido por su superficie de enfriamiento) sea superior al módulo
de la pieza a la que alimentan. La mazarota chimenea objeto de la
invención sin embargo, no se diseña de esta manera, y su módulo
puede ser, y generalmente será, inferior al de la pieza a la que
alimenta.
La mazarota chimenea actúa en la primera fase de
la contracción, en lo que se llama contracción líquida, y que da
lugar al rechupe primario. Es un periodo corto en comparación con
el tiempo de solidificación y la mazarota debe trabajar en carga.
Una vez cubierta esta primera fase el conducto que parte de la
cámara inferior y por el que el metal fluye a la pieza se
solidifica y paraliza el flujo de metal de la mazarota a la
pieza.
La eficacia de la mazarota chimenea se basa en
que la temperatura del metal es mucho más baja en la zona de la
cámara superior y por tanto, su densidad mayor. Al aumentar la
densidad, el metal de la conducción superior es más pesado que el de
la base y ejerce una mayor presión metalostática, lo cual hace
fluir mejor el metal y alimenta mejor la pieza. A este efecto hay
que sumarle el siguiente: la superficie superior de la cámara
superior (5), rompe cuando pierde metal y la presión atmosférica
ejerce también su acción, potenciando el efecto de la presión
metalostática.
Otra ventaja de la mazarota chimenea es que se
obtiene directamente en la operación de moldeo sin aporte de ningún
elemento exterior al molde.
Por otro lado, cabe mencionar que la mazarota
chimenea puede llevar uno o más cuellos de alimentación y alimentar
varias piezas simultáneamente desde la base, dejando la parte de la
chimenea totalmente libre de cuellos.
Si bien la reducción de masa que se logra con el
uso de la mazarota chimenea respecto a la mazarota clásica es muy
variable dependiendo de los valores que tomen sus parámetros
fundamentales, se puede asegurar que, en base a los diferentes
casos prácticos analizados, esta reducción de masa se encuentra
entre el 30% y el 60%.
Por otro lado, los rendimientos habituales de
las mazarotas clásicas oscilan entre el 15% y el 25%, tal y como ya
se ha mencionado. En el caso de las mazarotas chimenea los
rendimientos pasan a ser de entre el 30% y el 80% según los
casos.
En la Figura 1 se observa una mazarota clásica
diseñada según la teoría tradicional. En la Figura 2 se observa una
mazarota chimenea. En la Figura 3 se observa una pieza con el
volumen que va a alimentar la mazarota rayado. En la Figura 4 se
observa un ejemplo de una mazarota clásica alimentando una pieza. En
la Figura 5 se observa una mazarota chimenea alimentando la misma
pieza que en la Figura 4.
En la Figura 4 se puede observar una pieza de
fundición nodular. Dicha pieza necesita una mazarota en la zona
superior, zona que se presupone va a ser la última en solidificar.
Dicha zona se muestra rayada en la Figura 3. Para dimensionar la
mazarota clásica que se va a utilizar, en primer lugar se calcula el
módulo de la zona de la pieza que se quiere alimentar. El módulo de
la zona a alimentar se calcula dividiendo el volumen de dicha zona
entre el área de enfriamiento que tiene. En el ejemplo que nos
ocupa, el volumen será aquél de la zona rayada de la Figura 3, y la
superficie de enfriamiento será toda la superficie que limita dicho
volumen, con excepción de la marcada como área no enfriante. Una
vez calculado el módulo de la zona de la pieza a alimentar se
procederá a determinar el módulo de la mazarota que alimentará
dicha zona. La teoría tradicional utilizada en el dimensionamiento
de mazarotas indica que el módulo de la mazarota debe ser mayor que
el de la zona de la pieza a la que alimenta. Para ello, el cálculo
del módulo de la mazarota se da multiplicando por un coeficiente
(superior a la unidad) el módulo de la zona de la pieza. Dicho
coeficiente se puede determinar en base a diferentes tablas de
materiales existentes o bien por experiencia. En el caso que nos
ocupa, el módulo de la zona de la pieza a alimentar es de 0,71 cm.
El módulo de la mazarota que se va a aplicar se determina en 0,94
cm. Una vez que se ha determinado el módulo de la mazarota que se
va a utilizar, la elección de la geometría de la misma se da
mediante el uso de tablas que relacionan módulo y geometría. De
esta forma, la geometría de la mazarota clásica elegida se puede
observar en la Figura 4.
La mazarota chimenea que se utilizaría en este
caso se puede observar en la Figura 5. Dicha mazarota chimenea
tiene una masa del 73% de la masa de la mazarota clásica de la
Figura 4, por lo que se reduce la masa de la mazarota en un 27%. Por
otro lado, el rendimiento de la mazarota clásica que se puede
observar en la Figura 4 es de un 19%. El rendimiento de la mazarota
chimenea que se observa en la Figura 5 se incrementa hasta un
57%.
En la siguiente tabla se pueden encontrar 10
ejemplos diferentes de realizaciones particulares de mazarotas
chimenea, así como su comparación con mazarotas clásicas que son
empleadas en la actualidad. (Medidas según Figura 2)
| D_{1} | L_{1} | L_{2} | D_{2} | Reducción | Rendimiento | Rendimiento | |
| Ref | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | de masa | mazarota | mazarota |
| clásica | chimenea | ||||||
| 1 | 130 | 227,5 | 136,5 | 52 | 50% | 15% | 73% |
| 2 | 130 | 227,5 | 91 | 39 | 37% | 20% | 47% |
| 3 | 130 | 195 | 117 | 52 | 51% | 15% | 73% |
| 4 | 130 | 195 | 78 | 39 | 37% | 25% | 58% |
| 5 | 110 | 192,5 | 115,5 | 44 | 50% | 15% | 78% |
| 6 | 110 | 192,5 | 77 | 33 | 37% | 15% | 35% |
| 7 | 85 | 127,5 | 76,5 | 34 | 51% | 15% | 73% |
| 8 | 85 | 127,5 | 51 | 25,5 | 37% | 20% | 47% |
| 9 | 60 | 105 | 63 | 24 | 51% | 15% | 79% |
| 10 | 60 | 105 | 42 | 18 | 37% | 25% | 63% |
En la tabla superior se observa cómo el
incremento del rendimiento de la mazarota chimenea frente al
rendimiento de una mazarota clásica puede ser de hasta un 15% a un
79%, y su reducción en masa de hasta un 51%.
Claims (8)
1. Mazarota que comprende una cámara superior
(1), vertical o cuasi-vertical, una cámara inferior
(2) más ancha y una conducción (3) que parte de la cámara
inferior.
2. Mazarota según la reivindicación 1 en la que
la sección de la cámara superior (1) está comprendida entre el 5% y
el 50% de la sección de la cámara inferior (2), y la altura de
dicha cámara superior está comprendida entre el 25% y el 75% de la
altura total de la mazarota.
3. Mazarota según las reivindicaciones 1 y 2 en
la que la sección de la cámara superior (1) está comprendida entre
el 9% y el 25% de la sección de la cámara inferior, y la altura de
dicha cámara superior está comprendida entre el 30% y el 60% de la
altura total de la mazarota.
4. Mazarota según la reivindicación 1 en la que
la cámara superior (1) es cilíndrica y su diámetro está comprendido
entre el 25% y el 70% del diámetro de la cámara inferior (2) que
también es cilíndrica, y la altura de dicha cámara superior está
comprendida entre el 25% y el 75% de la altura total de la
mazarota.
5. Mazarota según las reivindicaciones 1 y 4 en
la que la cámara superior (1) es cilíndrica y su diámetro está
comprendido entre el 30% y el 50% del diámetro de la cámara
inferior (2) que también es cilíndrica, y la altura de dicha cámara
superior está comprendida entre el 30% y el 60% de la altura total
de la mazarota.
6. Mazarota según las reivindicaciones 4 y 5 en
la que la altura total de la mazarota se encuentra entre un 100% y
un 250% del diámetro de la cámara inferior (2).
7. Mazarota según las reivindicaciones 4 y 5 en
la que la altura total de la mazarota se encuentra entre un 125% y
un 200% del diámetro de la cámara inferior (2).
8. Mazarota según las reivindicaciones 1, 2, 3,
4, 5, 6 y 7 para su utilización en fundiciones grafíticas.
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