ES2267068T3 - Material de moldeo, pieza moldeada y procedimiento de fabricacion de piezas moldeadas para un molde. - Google Patents
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Abstract
Material de moldeo para piezas de moldeo de moldes de colado para el colado de masa fundida de metal, en particular, de masa fundida de aluminio, constituida por un componente de base de moldeo elaborado a partir de arena sin cuarzo y de un ligante inorgánico elaborado a partir de silicato soluble y mezclado con el componente de base de moldeo, caracterizado por el hecho de que la arena sin cuarzo es olivina.
Description
Material de moldeo, pieza moldeada y
procedimiento de fabricación de piezas moldeadas para un molde.
La invención se refiere a un material de moldeo
para la fabricación de piezas moldeadas para moldes de colado para
el colado de fundiciones de metales, en particular, fundiciones de
metales ligeros, como fundiciones de aluminio. Asimismo, la
invención se refiere a piezas moldeadas elaboradas a partir de un
material de base de moldeo del mismo tipo. Finalmente, la invención
facilita un procedimiento con el que se pueden fabricar piezas
moldeadas de un material de moldeo según la invención.
Como material de base del material de moldeo, a
partir del que se fabrican piezas de molde como núcleos de colado
para moldes de colado, se emplea, por lo general, arena de cuarzo.
Esta arena se introduce, con anterioridad, en un mezclador donde se
mezcla con un ligante. El material de moldeo contenido en dicha
mezcla se introducirá, a continuación, en la cavidad de una
herramienta de molde determinada en el molde de la pieza de molde a
elaborar. A continuación, se realizará la solidificación de la
pieza moldeada en la herramienta del molde. Si se emplea un ligante
orgánico, por ejemplo, con una base de resina sintética, se
provocará una reacción química en el material de moldeo introducido
en la herramienta del molde. Si por el contrario, se emplea un
ligante inorgánico, por ejemplo, con una base de silicato soluble,
por lo general, el material de moldeo contenido en la herramienta
del molde será conductor del calor provocado, mediante la
evaporación del agua contenida en el material de moldeo, en la
solidificación de la pieza moldeada a elaborar. Sin embargo, también
es posible endurecer químicamente el material de moldeo que
contiene el silicato soluble mediante un gaseado con CO_{2}.
El empleo de arena de cuarzo, como material de
base para la fabricación de piezas moldeadas de colado, proporciona
un buen resultado, en particular, para el colado de materiales de
metales ligeros, desde múltiples puntos de vista. De esta forma,
dicha arena de cuarzo se proporciona a bajo precio y se caracteriza
por una transformación simple y una buena calidad en el caso de la
formación de elementos de molde de las piezas moldeadas de colado a
elaborar cada vez.
Sin embargo, frente a las ventajas que tiene el
empleo de un material de moldeo con arena de cuarzo como material
de base, que contiene un ligante con una base de silicato soluble
aparece la desventaja de que, en las superficies de la parte colada
formadas por las partes del molde, permanecen adherencias de arena.
Dichas adherencias sólo se pueden eliminar aplicando arena en las
partes coladas mediante un proceso de elaboración separado, por
ejemplo, con una aplicación de material a chorro o limpiándolas con
agua a presión.
El gasto de elaboración y junto con él, los
gastos de elaboración de las partes coladas, incrementarán según la
necesidad de una elaboración posterior. El gasto vinculado a la
elaboración posterior será especialmente elevado si las piezas
moldeadas se emplean como núcleos de colado para la formación de las
cavidades interiores de la parte colada.
Se ha intentado disminuir el gasto relacionado
la limpieza de las partes coladas mediante el empleo de materiales
de moldeo cuyo material de base de moldeo contenga una alta
proporción de mullita sintética.
Los materiales de moldeo de este tipo presentan
la cualidad de disgregarse de forma espontánea durante la
solidificación en la parte colada, de manera que se puedan separar
con facilidad tras la solidificación de la parte colada finalizada.
Por otra parte, las cantidades de mullita necesarias para cumplir
este objetivo conducen a un alto coste del material de base de
moldeo. La JP-A-06 063683 revela el
empleo de arena de cromita, es decir, de una arena libre de cuarzo,
como material de moldeo de base para las piezas moldeadas de moldes
de colado.
La tarea de la invención consiste en encontrar
un material de moldeo que posibilite la elaboración de bajo coste
de las partes del molde de colado, en particular, de núcleos de
colado. Asimismo, se debe encontrar unas piezas moldeadas que se
elaboren de forma económica al igual que un procedimiento que
posibilite producir dichas piezas moldeadas.
En lo que respecta al material de moldeo para
las piezas moldeadas de moldes de colado para el colado de
fundiciones de metal, en particular, de fundiciones de metales
ligeros, como fundiciones de aluminio, cabe mencionar que esta
tarea será solucionada de manera que dicho material de moldeo se
elabore a partir de un material de base de moldeo creado con una
base de arena de olivino y con un ligante inorgánico elaborado con
una base de silicato soluble mezclado con el material de base de
moldeo.
La arena de olivino es un mineral extendido que
se puede encontrar a bajo precio en grandes cantidades.
De forma sorprendente, se ha demostrado que unos
materiales de moldeo que se elaboren, según la invención, a partir
de un material de base que contenga un parte muy importante o al
menos bastante importante de arena de olivino libre de cuarzo,
también se separan correctamente de las partes coladas terminadas
cuando éstas se encuentran unidas con un ligante de silicato
soluble. Con este fin, las adherencias de arena que permanecen en
la parte colada se reducen a un mínimo. De esta manera, también se
puede garantizar, en el empleo de piezas moldeadas elaboradas según
la invención con un material de moldeo que contenga un ligante de
silicato soluble, que se reciban partes coladas sin adherencias de
arena.
El material de moldeo elaborado según la
invención con una base de arena de olivino libre de cuarzo cumple
el requisito necesario para la elaboración económica de las partes
coladas. De esta forma, en el empleo de materiales de moldeo, según
la invención, el coste para la eliminación de arena se reduce frente
al coste que se origina con la limpieza de las partes coladas que
se han colado mediante el uso de piezas moldeadas elaboradas con
materiales de moldeo convencionales con cuarzo.
Básicamente, el material de base de moldeo
utilizado según la invención puede estar compuesto, de forma
íntegra, por arena de olivino libre de cuarzo. Sin embargo, con el
fin de garantizar, junto a la falta de adherencias una separación
particularmente simple de las piezas moldeadas de las partes coladas
solidificadas y terminadas, es posible, según una disposición
ventajosa de la invención, añadir al material de base de moldeo una
parte de mullita sintética. Esta proporción de mullita mezclada con
la parte principal de arena de olivino libre de cuarzo permite la
disgregación, de forma espontánea, de la pieza moldeada elaborada a
partir de un material de base de moldeo según la invención, durante
la solidificación del componente colado. Esto será particularmente
favorable cuando se trate, en el caso de piezas moldeadas, de
núcleos de colado que formen cavidades en la pieza colada
terminada.
Los efectos positivos conseguidos mediante el
empleo de materiales de moldeo según la invención se ajustarán en
el caso de todos los silicatos solubles corrientes. Esto será válido
en particular para aquellos silicatos solubles que ofrezcan un
módulo de 3,3 - 2.
Una combinación de materiales de moldeo que
cumpla particularmente bien con los requisitos de la forma de
aplicación se distinguirá por contener, cada vez, 1,5 -3,0 de peso
en % de silicato soluble.
Para obtener una mejora de la duración de la
arena, el material de moldeo puede contener de 0,3 - 0,5 de peso en
% de sosa líquida.
En lo que respecta a la pieza moldeada, la tarea
anteriormente mencionada se solucionará de manera que una parte del
molde para moldes de colado, según la invención, en el caso de que
se trate, en particular, de un núcleo de colado, sea elaborada a
partir de un material de moldeo según la invención.
Básicamente, los efectos ventajosos alcanzados
en el colado de fundiciones de metales ligeros mediante el uso de
un sistema de material de moldeo basado en la mezcla de arena libre
de cuarzo y de un ligante de silicato soluble inorgánico son
independientes del procedimiento con el que se hayan elaborado las
respectivas piezas de molde, especialmente los núcleos de
colado.
Sin embargo, se ha manifestado que el denominado
"procedimiento warmbox inorgánico" es particularmente apropiado
para este propósito. Según la invención, la tarea anteriormente
mencionada, en lo que respecta al procedimiento para la elaboración
de una pieza de molde para moldes de colado, en particular, para la
elaboración de núcleos de colado, se resolverá, en consecuencia, de
manera que se sigan los siguientes pasos:
- -
- Elaboración de un material de moldeo según la invención,
- -
- Llenado del material de moldeo en una cavidad de una caja de moldeo templada que forma la pieza moldeada.
- -
- Solidificación del material de moldeo en dos fases,
- -
- de manera que en la primera fase de solidificación, el material de moldeo se mantenga en la caja de moldeo templada hasta que se origine una capa resistente al desgaste en el borde de la pieza moldeada, y
- -
- de manera que la pieza moldeada se saque, a continuación, de la caja de moldeo y termine endureciéndose bajo el efecto de un calentamiento con microondas.
Con este procedimiento es posible terminar de
forma exacta, con unos materiales de moldeo que se elaboran
mediante una mezcla de arenas libres de cuarzo según la invención,
en particular, mediante unos materiales de base de arena de olivino
con un ligante inorgánico, unas piezas moldeadas que no sólo posean
una alta resistencia y una fidelidad de representación sino que
además presenten la característica de disgregarse sin adherencias
en la elaboración de las partes coladas. Los aditivos que estimulan
la disgregación en el sistema de ligante ya no son necesarios. Con
este fin, en la puesta en práctica de la invención se evitan daños
al medioambiente y peligros a los operadores a través de los gases
que se escapan, cuyo origen y difusión indeseada sólo se puede
minimizar en los procesos convencionales de acabado con un gasto
técnico elevado.
La formación de la capa externa sólida que
posibilita el transporte posterior en el horno microondas puede
permitir, de esta forma, que el material de moldeo se mantenga bajo
presión durante la primera fase de la solidificación. En esta
primera fase de la solidificación, el material de moldeo se endurece
siempre que en el borde que limita con las paredes del molde se
forme una capa sólida que garantice una estabilidad suficiente del
material de moldeo en la siguiente etapa de elaboración.
Dependiendo de la complejidad de la conformación
de la pieza moldeada a elaborar cada vez, la temperatura de la caja
de moldeo debe ascender, en la primera fase de la solidificación, de
150ºC a 200ºC. Manteniendo este rango de temperatura durante la
formación del borde sólido de la pieza moldeada, seguramente también
se puedan elaborar dichos núcleos de colado que ofrecen un diámetro
variable o una distribución desigual de la masa.
Se ha demostrado que, si se elige la temperatura
adecuada se crea entonces una capa exterior de la pieza moldeada lo
suficientemente resistente, cuando la primera fase de la
solidificación dura de 10 a 50 segundos.
Seguramente, el endurecimiento completo de la
pieza moldeada se produce a continuación cuando la duración de la
aplicación del calentamiento por microondas dura, en la segunda fase
de la solidificación, de 2 a 5 minutos. En este espacio de tiempo,
la duración de la aplicación correspondiente, teniendo en cuenta la
complejidad de la conformación, puede realizarse de tal manera que,
al finalizar el tratamiento con microondas, se garantice una
resistencia final y una sequedad suficiente de la pieza moldeada
para el proceso de colado.
A continuación, la invención se explica de una
forma más detallada mediante un ejemplo de realización.
Posteriormente, para la elaboración de un núcleo
de colado determinado para el colado de una cabeza de cilindro de
una aleación de aluminio se ha elaborado un material de base de
moldeo que se compone completamente de arenas de olivino.
A continuación, con este material de base de
moldeo se ha elaborado un material de moldeo tras haber mezclado
el material de base de moldeo con un ligante de silicato soluble. De
forma adicional, al material de base de moldeo se le ha añadido una
parte de sosa líquida para mejorar su solidez. El material de base
de moldeo compuesto de esta forma contiene 2,5 de peso en % de
ligante de silicato soluble, 0,3 de peso en % de sosa líquida y el
resto de material de base de moldeo con la combinación anteriormente
expli-
cada.
cada.
Este material de moldeo se ha colocado en la
cavidad de una caja de moldeo precalentada que forma el núcleo de
colado terminado. Con motivo de la fluidez demostrada del material
de moldeo, también se han llenado de forma segura los elementos de
moldeo de piezas pequeñas y de moldeo difícil de la cavidad. Este
llenado seguro del molde se ha permitido puesto que se le ha
practicado una depresión a la caja del moldeo ya durante el proceso
de llenado. Dicha depresión ascendió a 0,3 bar.
La temperatura de la caja de moldeo ascendió
durante el llenado del material de moldeo a 180ºC. El material de
moldeo se ha mantenido a esta temperatura tras la finalización del
proceso de llenado de la caja de moldeo durante 30 segundos con una
depresión eficaz equivalente a la anterior. Durante este tiempo, se
ha creado una capa exterior sólida en las zonas del material de
moldeo que limitan con las paredes interiores de la caja de moldeo.
De esta manera, al finalizar la primera fase de la solidificación
realizada en la caja de moldeo, se ha creado una pieza moldeada con
una solidez suficiente para permitir su transporte, de forma segura,
a un horno microondas.
En el horno microondas, la pieza moldeada se ha
calentado durante 3 minutos mediante microondas hasta que ha
alcanzado una solidez final suficiente para el colado.
El núcleo de colado elaborado de esta forma se
ha colocado en un molde de colado en el que, a continuación, se ha
colado la fundición elaborada de una aleación de aluminio para la
cabeza de cilindro a elaborar. Durante el proceso de
solidificación, el núcleo de colado, a causa de la influencia de la
temperatura del calor de colado y de la carga mecánica aplicada
como consecuencia de la solidificación de la pieza colada, se
disgrega, de forma espontánea, en muchos pedazos pequeños, que se
pueden separar con facilidad tras la solidificación completa de la
pieza colada.
La separación de los pedazos del núcleo de
colado muestra que en las paredes de la pieza colada, en contacto
directo con el núcleo de colado, ya no se adhiere la arena. Por
consiguiente, ya no es necesaria una limpieza posterior de los
canales y de las cavidades de la cabeza de cilindro conformados por
el núcleo de colado.
Claims (11)
1. Material de moldeo para piezas de moldeo de
moldes de colado para el colado de masa fundida de metal, en
particular, de masa fundida de aluminio, constituida por un
componente de base de moldeo elaborado a partir de arena sin cuarzo
y de un ligante inorgánico elaborado a partir de silicato soluble y
mezclado con el componente de base de moldeo, caracterizado
por el hecho de que la arena sin cuarzo es olivina.
2. Material de moldeo, según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que el componente de base
de moldeo contiene una parte de mullita sintética.
3. Material de moldeo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el silicato soluble ofrece un módulo de 3,3 - 2.
4. Material de moldeo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que contiene entre 1,5 y 3,0 de peso en % de silicato soluble.
5. Material de moldeo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que contiene entre 0,3 y 0,5 del peso en % de hidróxido sódico
líquido.
6. Pieza de moldeo para moldes de colado, en
particular para núcleos de colado, constituida por una material de
moldeo compuesto según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores.
7. Procedimiento para la elaboración de una
pieza de moldeo para moldes de colado, en particular, para la
elaboración de núcleos de colado, que incluye las siguientes fases
de trabajo:
- -
- Elaboración de un material de moldeo proporcionado según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 6,
- -
- Llenado del material de moldeo en una cavidad formada por la pieza de moldeo de una caja de moldeo templada,
- -
- Solidificación del material de moldeo en dos fases,
- -
- como consecuencia de ésta, en el momento de la primera fase de solidificación, el material de moldeo será mantenido en la caja de moldeo templada hasta la creación de una capa de borde de la pieza de moldeo resistente al desgaste; y
- -
- una vez que se haya realizado esto, a continuación, la pieza de moldeo será extraída de la caja de moldeo y ésta terminará su endurecimiento bajo el efecto de una radiación microondas.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que el material de moldeo,
durante la primera fase de la solidificación, es mantenido bajo
presión.
9. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por el hecho de que la
temperatura de la caja de moldeo, en la primera fase de
solidificación es de 150 - 200ºC.
10. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por el hecho de que la
primera fase de solidificación tiene una duración de 10 a 50
segundos.
11. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por el hecho de que el
periodo de acción de la radiación microondas, en la segunda fase de
solidificación, tiene una duración de 2 a 5 minutos.
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