ES2279168T3 - Procedimiento y dispositivo de colada con retirada del molde. - Google Patents

Abstract

Una construcción de puerta de automóvil en la cual un orificio de montaje (2a) para incorporar un mecanismo (5) de elevación del vidrio para subir / bajar un vidrio (4) de la puerta se forma en un panel interior (2) de un cuerpo (1) de puerta, en la cual se forma una porción (1b) de bolsa de puerta entre el panel interior (2) y un panel exterior (3), y se proporciona un revestimiento (13) de puerta sobre la superficie del lado de la cabina del citado panel interior (2), que se caracteriza porque el citado revestimiento (13) de puerta está dividido en un revestimiento superior (131) y un revestimiento inferior (132); el citado mecanismo (5) de elevación del vidrio se instala en la superficie interior del citado revestimiento inferior (132), de manera que el extremo superior de un carril de guiado (7) se proyecte hacia arriba desde el borde superior del citado revestimiento inferior (132); y el citado mecanismo (5) de elevación del vidrio se inserta por el extremo superior del carril de guiado (7) del citado mecanismo (5) de elevación del vidrio que se inserta a través del orificio de montaje (2a) en el citado panel interior (2), y se aloja en la citada porción (1b) de bolsa de puerta, y el citado revestimiento inferior (132) puede bajarse a lo largo del citado panel interior (2), con lo cual el citado mecanismo (5) de elevación del vidrio y el citado revestimiento inferior (132) se instalan en el citado panel interior (2).

Description

Procedimiento y dispositivo de colada con retirada del molde.

Referencia cruzada a solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional U.S número de serie 60/394. 713, presentada el 9 de julio de 2002.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la colada de metales. Más en particular, la presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para la colada de metales con retirada del molde.

Antecedentes de la intención

En el procedimiento de colada tradicional, el metal fundido se vierte en un molde y se solidifica, o endurece, debido a la pérdida de calor al molde. Cuando se ha perdido suficiente calor del metal de manera que se solidifica, el producto resultante, es decir, una pieza colada, puede soportar su propio peso. A continuación, se retira la pieza colada del
molde.

Diferentes tipos de moldes de la técnica anterior ofrecen ciertas ventajas. Por ejemplo, los moldes de arena verde están compuestos por un agregado, arena, que se mantiene unida por medio de un aglomerante, tal como una mezcla de arcilla y agua. Estos moldes pueden ser fabricados rápidamente, por ejemplo, en diez (10) segundos, para moldes simples en una planta de fabricación automática de moldes. Además, la arena puede ser reciclada con relativa facilidad para su utilización posterior.

Otros moldes de arena a menudo utilizan aglomerantes químicos basados en resina que posee una elevada precisión final y una alta dureza. Tales moldes de arena unidos por resina son algo más lentos de fabricar que los moldes de arena verde debido a que se debe producir una reacción de curado en el aglomerante para que se haga efectivo y permita la formación del molde. Como en los moldes unidos por arcilla, a menudo se puede reciclar la arena, aunque con algún tratamiento para eliminar la resina.

Además de la fabricación relativamente fácil y económica, los moldes de arena también tienen una elevada productividad. Un molde de arena se puede apartar después de que se haya colado el metal permitiendo que otros moldes sean colados.

La arena que se utiliza como un agregado en el moldeo de arena más comúnmente es sílice. Sin embargo, se han utilizado otros minerales para evitar la transición indeseable del cuarzo alfa al cuarzo beta a aproximadamente 570ºC, incluyendo olivino, cromita y circonio. Estos minerales poseen ciertas desventajas, puesto que el olivino a menudo es variable en sus propiedades químicas, lo que conduce a problemas de control uniforme con los aglomerantes químicos. La cromita típicamente se aplasta, creando unos granos angulares que conducen a una pobre terminación superficial de la pieza colada y al desgaste rápido de las herramientas. El circonio es pesado, lo cual incrementa las demandas sobre los equipos que se utilizan para formar y manejar un molde y produce un rápido desgaste de las herramientas.

Además de las desventajas creadas por los expertos únicos de la sílice y de los minerales alternativos, los moldes de arena con arcilla y aglomerantes químicos típicamente no permiten el rápido enfriamiento del metal fundido debido a su conductividad térmica relativamente baja. El enfriamiento rápido del metal fundido a menudo es deseable, puesto que, como se conoce en la técnica, con tal enfriamiento se mejoran las propiedades mecánicas de la pieza colada. Además, el enfriamiento rápido permite la retención de más elementos de aleaciones en la solución, lo cual introduce la posibilidad de eliminar el tratamiento posterior de la solución, lo cual ahorra tiempo y gastos. La eliminación del tratamiento de la solución previene el templado que típicamente se produce después, eliminando el problema de la distorsión y de las tensiones residuales en la pieza colada que son producidas por el templado.

Como alternativa a los moldes de arena, a veces se utilizan moldes fabricados de metal o moldes semipermanente o moldes en coquilla. Estos moldes metálicos son particularmente ventajosos ya que su conductividad térmica relativamente alta permite que el metal fundido colado se enfríe y se solidifique rápidamente, lo cual conduce a propiedades mecánicas ventajosas de la pieza colada. Por ejemplo, un procedimiento particular de colada, conocido como colada en coquilla por presión, utiliza moldes metálicos y se.:sabe que tiene una rápida velocidad de solidificación. Una velocidad de solidificación rápida de este tipo está indicada por la presencia de separaciones de brazos dendríticos finos (DAS) en la pieza colada. Como es conocido en la técnica, cuanto más rápida sea la velocidad de solidificación, menor será la DAS. Sin embargo la colada en coquilla por presión a menudo permite la formación de defectos en una pieza colada debido a que se produce una turbulencia superficial extrema en el metal fundido durante el llenado del molde.

Además, todos los moldes hechos de metal poseen una desventaja económica. Debido a que las piezas coladas deben endurecerse antes de que se puedan retirar del molde, se deben utilizar múltiples moldes metálicos para conseguir un elevada productividad. La necesidad de moldes múltiples en la colada de moldes permanentes incrementa el costo de las herramientas y típicamente resulta en costes de herramientas que son al menos cinco veces más que aquellos asociados con moldes de arena.

Como resultado, es deseable desarrollar un procedimiento de colada y un aparato relacionado que presente la ventaja de una rápida solidificación de los moldes metálicos mientras que también tiene unos costos bajos, alta productividad y la capacidad de regeneración asociada con los moldes de arena.

Breve sumario de la invención

En la presente invención se proporciona un procedimiento para reducir el tiempo de enfriamiento de un metal que ha sido colado. El procedimiento incluye los pasos de proporcionar un molde, suministrar metal fundido al molde y someter el molde a la acción de un solvente, descomponer al menos una porción del molde con el solvente y enfriar el metal fundido con el solvente.

Breve descripción de los dibujos

La invención puede tomar forma física en ciertas partes y disposiciones de partes o en ciertos pasos de procedimiento, una realización del cual se describirá en detalle en esta memoria descriptiva y se ilustra en los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la figura 1 es un diagrama de flujo de los pasos asociados con una realización de la presente invención;

la figura 2 es una vista lateral esquemática de otra realización de la presente invención;

la figura 3 es una vista lateral esquemática de otra realización de la presente invención;

la figura 4 es una vista lateral de una muestra de prueba tratada de acuerdo con un procedimiento de la técnica anterior,

la figura 5 es una representación gráfica de una curva de enfriamiento de la muestra de prueba de la figura 4, que ilustra una curva de enfriamiento de la técnica anterior

la figura 6 es una vista lateral de una muestra de prueba de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 7 es una representación gráfica de una curva de enfriamiento de la muestra de prueba de la figura 6, que ilustra una curva de enfriamiento de la presente invención;, y

la figura 8 es representación esquemática de la disposición de todavía otra realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia ahora a los dibujos, en la cual los dibujos son con propósitos de ilustración de la realización preferida de la invención y no con propósitos de limitación de la misma, la figura 1 ilustra los pasos del procedimiento de la invención. Se debe hacer notar que la invención es adecuada para el colado de cualquier metal, incluyendo aleaciones no ferrosas basadas en magnesio, aluminio y cobre, así como aleaciones ferrosas y aleaciones de alta temperatura tales como aleaciones basadas en níquel y similares. En primer lugar, se forma un molde, paso 10.

El molde está compuesto por un agregado 12 y un aglomerante 14. El agregado 12 incluye un material que tiene una capacidad térmica mínima y/o conductividad térmica mínima para reducir el calor que es extraído del metal fundido colado. Al reducir el calor que se extrae, el metal fundido no se solidifica prematuramente y por lo tanto fluye suavemente al interior de todas las porciones de grandes moldes y áreas delgadas. El agregado 12 puede tener también un bajo coeficiente de expansión térmica y no presentar cambio de fase, permitiendo la utilización del molde a elevadas temperaturas al mismo tiempo que se mantiene una precisión dimensional elevada.

El agregado 12 puede estar compuesto por partículas aproximadamente esféricas, que imparten un buen acabado superficial a la pieza colada y minimizan el desgaste de las herramientas. El tamaño de las partículas debería ser lo suficientemente fino para permitir la creación de un buen acabado superficial de la pieza colada, pero el tamaño puede incrementarse si el molde debe ser permeable a los gases de venteo.

Un material ejemplar que se puede utilizar para el agregado 12 es arena de sílice. Como se ha descrito previamente, la arena de sílice puede poseer algunas desventajas, pero tiene muchas características deseables como agregado 12, incluyendo una forma de partículas suave, pequeño tamaño de partículas, costo bajo y buenas propiedades térmicas hasta su temperatura de transición de cuarzo alfa/beta.

El agregado 12 está unido con un aglomerante 14 que es soluble. El aglomerante 14 puede ser un material inorgánico que recogerá poco o ningún hidrógeno, impidiendo la exposición perjudicial del metal al hidrógeno. Como resultado, el aglomerante puede no contener nada de agua o hidrocarburos. Una carencia de agua o hidrocarburos de este tipo también permite que el molde se seque a elevadas temperaturas o se caliente hasta la temperatura de colada del metal, bien por encima del punto de ebullición del agua. El aglomerante 14 también puede presentar una baja evolución de gas cuando el metal fundido es colado, reduciendo la necesidad de un molde o de núcleos de molde que sean permeables. La evitación de un molde permeable permite la utilización de partículas de tamaños más finos para el agregado 12, lo cual es ventajoso, como se ha descrito más arriba.

Un aglomerante ejemplar 14 que posee las características descritas está basado en vidrio de fosfato, que es un aglomerante conocido en la técnica. El vidrio de fosfato es un material amorfo es un material amorfo, soluble en el agua, que incluye óxido fosfórico, P_{2}O_{5}, como constituyente principal con otros compuestos tales como alúmina y magnesio u óxido sódico y óxido cálcico. Otros aglomerantes ejemplares adicionales 14 incluyen silicatos inorgánicos tales como silicato sódico, sulfatos de magnesio y otras sales y boratos, Aglomerantes ejemplares adicionales 14 incluyen sistemas en los que un aglomerante orgánico, tal como uretano, se añade a un aglomerante inorgánico conocido y el aglomerante orgánico está el rango de aproximadamente el 1% por peso (% pp) hasta aproximadamente el 51% pp del sistema aglomerante.

Una vez que se ha formando el molde, en el paso 10, se coloca en su posición de manera que se pueda llenar con un metal fundido, en el paso 16. Por ejemplo, el molde se puede mantener encima del suelo de una fundición como es conocido en la técnica. El metal fundido se cuela en el molde en el paso 18. El molde puede estar diseñado para permitir que el metal fundido fluya por gravedad, lo cual es conocido en la técnica como colada por gravedad.

Después de colar el metal en el molde, en el paso 18, el molde se somete a la acción de un solvente, tal como por pulverización, en el paso 20. Como se ha mencionado, el aglomerante 14 es soluble. De esta manera, el solvente disuelve el aglomerante y por lo tanto hace que el molde se descomponga, 22. Cuando el molde se descompone, 22, la pieza colada queda expuesta al solvente, lo cual hace que se enfría rápidamente y se solidifique, 24. De esta manera, la pieza colada se separa del molde y se enfría simultáneamente de una manera rápida, produciendo una pieza colada que se ha fabricado con un molde barato y se ha solidificado rápidamente, con lo cual tiene propiedades mecánicas ventajosas. Además, el suministro de un solvente de una manera tal como por pulverización puede tener un efecto de enfriamiento zonal fuerte sobre el metal colado, promoviendo que la pieza completa se solidifique progresivamente, con lo cual se facilita la alimentación y se asegura la solidez de la pieza colada.

Un solvente ejemplar es el agua. El agua es aceptable ambientalmente y tiene una elevada capacidad de calor y de calor latente de evaporación, permitiendo que absorba una cantidad significativa de calor antes de evaporarse. Por lo tanto, puede proporcionar un efecto de enfriamiento óptimo para permitir la rápida solidificación del metal colado.

Otros solventes pueden incluir líquidos o gases que descomponen el aglomerante 22 y enfrían en el metal colado 24. Por ejemplo, se pueden utilizar agentes de templado conocidos con aglomerantes solubles apropiadamente. Además, una granalla puede quedar atrapada en el fluido refrigerante (líquido o gas) y utilizarse para descomponer el molde 22 por abrasión, al mismo tiempo que el molde está siendo eliminado por el fluido. La granalla también puede servir a un segundo propósito, es decir, permitir que el metal colado sea endurecido por la granalla cuando se enfría, 24, proporcionando propiedades superficiales ventajosas adicionales.

A medida que el molde se descompone 22 cuando es pulverizado con el solvente 20, al menos algunos de los constituyentes del molde pueden ser regenerados, paso 26. El agregado se puede recoger 28 para su secado y reutilización. Además, el solvente se puede recoger, 30, filtrar y recircular para uso posterior. En algunos sistemas, también puede ser posible regenerar el aglomerante, por medio de un sistema de regeneración como se conoce en la técnica.

Volviendo a continuación a la figura 2, se proporciona un esquema que ilustra esquemáticamente los aparatos implicados en el paso 20 (haciendo referencia de nuevo a la figura 1) para someter el molde a un solvente. Un crisol o cuchara de colada 32 se ha utilizado para colar metal fundido 33 dentro de una cavidad 34 de molde, que está definida por un molde 36 de la composición de agregado y aglomerante que se ha descrito más arriba. Una columna ascendente 38 es la última porción que se va a colar. Una boquilla 40 de pulverización dirige un chorro de solvente A, tal como agua, al molde 36. El chorro A se puede suministrar con cualquier configuración adecuada, desde una corriente estrecha a una corriente ancha en abanico, y puede ser una corriente continua o una corriente en impulsos, como sea preciso por la aplicación particular.

El suministro de solvente, es decir, la pulverización, puede empezar en la base del molde 36. El molde 36 desciende para permitir que la boquilla 40 suministre el solvente de una manera progresiva a porciones intactas del molde 36, de manera que el molde 36 se descomponga por completo. En la alternativa, el molde 36 puede permanecer estacionario y se puede hacer que la boquilla 40 se mueva con el fin de suministrar progresivamente un chorro A de solvente para descomponer al menos parte del molde 36. Con el fin de permitir que la circunferencia completa del molde 36 entre en contacto con el chorro A para una rápida descomposición, el molde 36 puede ser girado o la boquilla 40 de pulverización se puede mover alrededor del molde 36.

El caudal y la presión de suministro del chorro A tienen un ajuste que es lo suficientemente alto para descomponer el molde 36, pero lo suficiente bajo para permitir que el solvente se filtre a través del molde 36 de manera que el solvente filtrado llegue al metal colado 33 antes de que lo haga la fuerza completa del chorro A. Por ejemplo, un suministro de alto volumen, baja presión en el rango de aproximadamente 0,5 a 50 litros por segundo, Ips, con una presión que varía de 0,03 a 70 bar puede ser ventajosa. De esta manera, el solvente filtrado produce la formación de una piel relativamente sólida en el metal colado 33 antes de que el metal 33 entre en contacto con la fuerza del chorro A, lo cual impide la distorsión del metal 33 o la explosión producida por el contacto directo excesivo del solvente con el metal 33. La adición de un tensioactivo, como se conoce en la técnica, al solvente en el chorro A o en la formulación del aglomerante puede mejorar el filtrado del solvente a través del molde 36. Además, al menos algo del calor que es absorbido del metal fundido 33 por el molde 36 puede incrementar la temperatura del solvente cuando el solvente se filtra a través del molde 36, con lo cual incrementa la energía del solvente y hacer que se pueda eliminar el molde 76 más rápidamente.

Una consideración adicional respecto al caudal y presión de suministro del chorro A es el contacto con el metal colado 33 una vez que el molde 36 se haya descompuesto. El caudal y presión del chorro A deben ser suficientemente bajos para impedir daño a la pieza colada 33, pero deben ser suficientemente altos para superar la formación de una manta de vapor. Una manta de vapor se forma por la evaporación del solvente que ha filtrado a través del molde 36 para entrar en contacto con el metal 33 y formar la piel sobre la pieza colada 33. La manta de vapor reduce la transferencia de calor desde el metal colado 33 y es perjudicial para el rápido enfriamiento que es necesario para obtener las propiedades deseadas y los efectos que se han descrito más arriba. De esta manera, es ventajoso ajustar el chorro A para superar la manta de vapor.

El control del chorro A se puede ejercer al menos de dos maneras. El caudal y la presión de suministro se pueden establecer para alcanzar todos los parámetros anteriores, o se pueden utilizar dos ajustes separados. Si se utilizan dos ajustes separados, un ajuste se puede establecer para la descomposición del molde 36 y un ajuste separado, reducido, puede ser temporizado para reemplazar el ajuste de descomposición cuando el chorro A está próximo a entrar en contacto con el metal colado 33. Por supuesto, la manera con la que se suministra el chorro A, es decir, corriente estrecha, corriente ancha en abanico, corriente estable, impulsos intermitentes, etc. afectará, consecuentemente, los ajustes de caudal y presión del chorro A.

La solidificación de la pieza colada 33 empieza en su base y la progresión hasta su parte superior permite que la columna ascendente 38 permanezca en estado fundido durante la máxima duración de tiempo, de manera que pueda continuar alimentando a la pieza colada 33. Al alimentar la pieza colada 33 durante un período de tiempo más largo, se minimizan los vacíos creados por la contracción del metal 33 con el enfriamiento. La solidificación desde la base de la pieza colada 33 a la parte superior también permite que se produzcan cambios de longitud o longitudinales antes de que la solidificación se complete, con lo cual se elimina cualquier acumulación significativa de tensiones internas que a menudo se producen durante el templado.

Es importante hacer notar que una única boquilla 40 no está limitada a una dirección de pulverización de base a parte superior como se ha descrito más arriba. Dependiendo de la aplicación, puede ser deseable pulverizar el chorro A desde la parte superior del molde 36 al fondo, desde un punto medio a un extremo, o con algún otro patrón similar.

Haciendo referencia la a figura 3, la aplicación del solvente no está limitada a una única dirección o boquilla. Por ejemplo, dos o más boquillas 42, 44, 46, 48 y 50 pueden estar presentes, eliminando el molde 36 desde múltiples direcciones. Cada boquilla 42, 44, 46, 48 y 50 puede pulverizar un chorro respectivo B, C, D, E y F en el molde 36. De esta manera, el molde 36 se puede descomponer más rápida y uniformemente, si así se desea en una aplicación particular. Puede haber cualquier número de boquillas, puesto que un gran número de boquillas puede ser ventajoso para moldes 36 grandes o complejos o unas pocas boquillas pueden proporcionar una cobertura óptima para otros moldes 36. Como en la figura 2, el molde 36 puede ser girado y movido verticalmente para permitir la distribución completa de los chorros B, C, D, E y F. O las boquillas 42, 44, 46, 48 y 50 pueden moverse mientras el molde 36 y la pieza colada 33 permanecen estacionarios.

Además, cuando se utilizan múltiples boquillas 42, 44, 46, 48 y 50 puede ser ventajoso temporizar la función de las boquillas 42, 44, 46, 48 y 50 para que se complementen entre sí. Por ejemplo, la boquilla inferior 50 puede aplicarse, con lo cual pulveriza el chorro F en la parte inferior del molde 36. La boquilla de la parte inferior 50 puede desconectarse y se pueden aplicar unas boquillas laterales inferiores 44 y 48 para pulverizar los chorros C y E en el molde 36, y se puede continuar de esta manera. Tal temporización de boquillas múltiples coordinadas puede optimizar la descomposición del molde 36 y/o la dirección de enfriamiento del metal colado 30 para proporcionar las características deseadas de la pieza colada 33.

Con referencia de nuevo a la figura 2, la boquilla 40 se puede montar en un alojamiento 60, que permite el movimiento relativo entre la boquilla y el molde 36. Además, un control 82 puede estar asociado operativamente con la boquilla 40 para regular la pulverización del solvente a través de la boquilla. Se pueden utilizar una bomba 84 para alimentar el solvente desde un depósito 86 a la boquilla a través de un conducto 88. El conducto 88 puede ser flexible para permitir el movimiento del alojamiento 80 en relación con el depósito 86. Con referencia ahora de nuevo a la figura 3, se puede usar un regulador 100 para actuar de manera selectiva las distintas boquillas 42 - 50 en una secuencia u orden deseado.

Para ilustrar el diseño y el efecto del procedimiento y de los aparatos de la presente invención, se hace referencia a los ejemplos que siguen. Se debe entender que la presente invención no está limitada a los ejemplos, y se pueden realizar varios cambios y modificaciones sin separarse del espíritu y del alcance de la misma. Aunque los ejemplos que siguen se describen con referencia a aleaciones de aluminio, como se ha mencionado más arriba, la invención es adecuada para la colada de una amplia variedad de metales y aleaciones.

Ejemplos Ejemplo 1 Enfriamiento de la técnica anterior

La figura 4 es una vista lateral de una primera muestra colada 52. La primera muestra 52 era de aluminio 6061 e incluía una columna ascendente 54 en la cual se colocó un termopar en el punto G. La primera muestra 52 se formó calentando el aluminio hasta una temperatura de aproximadamente 720ºC en un crisol de calentamiento eléctrico. El aluminio se coló en un molde alimentado por gravedad que se precalentó hasta aproximadamente 177ºC y que estaba compuesto por un agregado de arena de sílice que tenía un tamaño medio de grano de aproximadamente 150 micrómetros (\mum) y un aglomerante basado en un vidrio de fosfato.

La arena era arena Wedron 505 y el aglomerante se obtuvo en MA Internacional, de Chicago, Illinois, EE.UU, que vende el aglomerante con el nombre comercial Cordis #4615. El aglomerante era aproximadamente el 1% en peso del molde. Aproximadamente 2,99 kilogramos, kg, de arena Wedron 505 se mezclaron con 29,9 gramos, g, de aglomerante Cordis #4615. La mezcla se ejecutó por medio de un mezclador manual eléctrico y el molde se horneó durante 30 minutos a aproximadamente 149ºC.

La muestra 52 se coló en un intervalo de 10 segundos después de que se retirase el crisol del calor. El diámetro de la sección media de la primera muestra 52 era aproximadamente de 20 milímetros (mm), y la longitud de la muestra 52 era aproximadamente 120 mm. Durante la colada el molde se mantuvo a una temperatura de 65ºC.

Después de la colada, la primera muestra 52 se dejó que se enfriase a temperatura ambiente de acuerdo con la técnica anterior y la curva de enfriamiento que se muestra en la figura 5 fue generada por el termopar en el punto G (haciendo referencia de nuevo a la figura 4). La curva de enfriamiento G_{CC} incluye una temperatura de colado H de aproximadamente 720ºC y una temperatura de solidificación o endurecimiento I de aproximadamente 650ºC. A la temperatura de solidificación I se alcanzó una plataforma de detención térmica. Cuando la plataforma de detención térmica J finalizó, la primera muestra colada 52 estaba suficientemente enfriada para permitir que se retirase de su molde. El resto de la curva K representa el enfriamiento final de la muestra 52. El tiempo de solidificación L fue justo superior a tres minutos. Una curva de enfriamiento M_{CC} de la presente invención, que se describirá en el ejemplo 2 más adelante, se muestra solamente a título de referencia.

Ejemplo 2 Realización ejemplar de la presente invención

La figura 6 es una vista lateral de una segunda muestra colada 56. La segunda muestra 56 era de aluminio 6061 e incluía una columna ascendente 58 en la cual se colocó un termopar en el punto M. La segunda muestra también incluía una sección media superior 60, una sección media inferior 62 y un fondo 64. Se colocaron termopares en los puntos N, O y P en la mitad superior 60, en el la parte media inferior 62 y en el fondo 64 de de la segunda muestra 50, respectivamente.

La segunda muestra 56 se formó calentando el aluminio hasta una temperatura de aproximadamente 720ºC en un crisol calentado eléctricamente. Se coló el aluminio en un molde alimentado por gravedad que estaba precalentado hasta aproximadamente 177ºC y que estaba compuesto por una arena de sílice agregada y tenía un tamaño medio de grano de 150 \mum y un aglomerante de vidrio de fosfato, como en el primer ejemplo. La pieza de muestra 56 se coló en 10 segundos después de la retirada del crisol del calor. El tiempo de llenado del molde fue de aproximadamente 3 segundos. El diámetro de la sección media de la muestra segunda 56 era de aproximadamente 20 mm y la longitud de la muestra 56 era de aproximadamente 120 mm. El molde, durante la colada, se mantuvo a una temperatura de aproximadamente 65ºC.

Inmediatamente después de que se colase el metal fundido, es decir, en 10 segundos después de que se llenase el molde, se dirigieron 0,5 litros por segundo de agua a la base del molde por medio de un único chorro horizontal en abanico. Se utilizó agua con caudal alto, presión baja, para eliminar el molde. Específicamente, se suministró agua a una presión de aproximadamente 70 bar, por ejemplo de un pulverizador de agua de 5 kilovatios (kW). El agua era agua de red o municipal a una temperatura ambiente y se pulverizó con un patrón de pulverización en abanico plano, lo suficientemente ancho para abarcar la anchura del molde. Las dimensiones del chorro de agua en el punto en el que chocó contra el molde eran de 4 mm por 35 mm. El chorro se elevó progresivamente en un período de aproximadamente 45 segundos hasta la parte superior del molde, de manera que el molde se eliminó.

El agua, u otro fluido, se puede pulverizar con distintas presiones y caudales. Un rango que ha probado ser satisfactorio para la pieza colada del ejemplo 2 varía desde un mínimo de aproximadamente 4 litros a aproximadamente 3 bar hasta aproximadamente 11litros a aproximadamente 100 bar.

También se debe apreciar que la pieza colada puede ser enfriada adicionalmente después de que el molde se haya eliminado continuando la pulverización de la pieza colada con fluido de refrigeración. La humedad del ambiente no parece afectar significativamente la eliminación del molde. Sin embargo, mantener una elevada humedad o premojar el molde puede acelerar el procedimiento de eliminación.

La figura 7 muestra las curvas de enfriamiento generadas por los termopares situados en los puntos M, N, O y P en la segunda muestra 56 (haciendo referencia de nuevo a la figura 6). La curva de enfriamiento en el punto M en la columna ascendente 58 está designada como en M_{CC}, mientras que la curva en el punto N en la parte media superior 60 está designada como N_{CC}, la curva en el punto O en la sección media inferior 62 está designada como O_{CC} y la curva en el punto P en el fondo 64 de la muestra 56 está designada como P_{CC}. Todas las curvas de enfriamiento M_{CC}, N_{CC}, O_{CC} y P_{CC} tiene una temperatura de colada entre aproximadamente 650ºC y hasta justo por encima de 700ºC. Como en el ejemplo anterior, la temperatura de colada Q para la columna ascendente 58 es superior a 700ºC. La plataforma de detención térmica R de las curvas de enfriamiento M_{CC}, N_{CC}, O_{CC} y P_{CC} se encontraba en o era ligeramente inferior a 650ºC, como en el ejemplo anterior. Sin embargo, la plataforma de detención térmica R finalizaba relativa rápidamente, con un enfriamiento final S que pasaba rápidamente a través de la temperatura de solidificación T de 582ºC y a la temperatura ambiente en una cantidad de tiempo U extremadamente corta, un tiempo de aproximadamente un minuto.

Es importante hacer notar el tiempo de solidificación, es decir, el tiempo con el cual cada plataforma de detención térmica R finaliza, variaba a lo largo de la muestra 56 de acuerdo el orden de enfriamiento. La plataforma de detención térmica R de la curva de enfriamiento en el punto P, la primera área que se va a enfriar, finalizaba después de aproximadamente 30 segundos. La plataforma de detención térmica R de la curva de enfriamiento O, la segunda área que se va a enfriar, finalizaba aproximada después de 40 segundos. La plataforma de detención térmica R de la curva de enfriamiento en el punto N, la tercera área que se va a enfriar, finalizaba después de aproximada 45 segundos. Finalmente, la plataforma de detención térmica R de la curva de enfriamiento en el punto M, la última área que se va a enfriar, finalizaba en V, un tiempo de aproximadamente 53 segundos.

Como se muestra a título de los ejemplos anteriores, el tiempo de solidificación L (haciendo referencia a la figura 5) es de aproximadamente 3 minutos, mientras que el tiempo de solidificación V comparable de la presente invención (haciendo referencia a la figura 7) es inferior a un minuto. Además, el tiempo necesario para enfriar completamente la pieza colada se reduce drásticamente, desde más de una hora en la técnica anterior de la figura 5, hasta aproximadamente un minuto para la presente invención, como se muestra en la figura 7 en U. La velocidad de enfriamiento se estima que es del orden de 30 a 50ºC por segundo en la porción sólida de la pieza colada.

Además, se midió la DAS de la primera muestra 52 y se encontró que era de aproximadamente 70 \mum, mientras que la DAS de la segunda muestra 56 era de aproximadamente 20 \mum. Como se ha hecho notar mas arriba, cuanto mayor sea la velocidad de solidificación, menor será la DAS. La segunda muestra 56 de la presente invención tiene una DAS que es significativamente menor que la de la muestra 52 de la técnica anterior y es igual o menor que la encontrada en los procedimientos de colada enfriada rápidamente de la técnica anterior, tal como la colada en coquilla por presión. Sin embargo, debido a que el molde puede ser alimentado por gravedad, los problemas asociados con las turbulencias inducidas en el metal fundido en la colada en coquilla por presión, se evitan. El tamaño de grano de la pieza colada de aluminio 6061 de acuerdo con la presente invención se encontró que era de aproximadamente 45 \mum sin añadir ningún refinador de grano. Este se considera que es un tamaño de grano adecuado, permitiendo que la pieza colada resista la fatiga mejor que las piezas coladas de la técnica anterior.

Aunque la aleación 6061 de aluminio forjado se ha discutido en los ejemplos de la presente memoria descriptiva, el procedimiento de la presente invención también puede ser apropiado para otras aleaciones forjadas, en particular para las aleaciones de aluminio de la serie 7000 que normalmente tienen unas velocidades de endurecimiento muy largas. Las velocidades de solidificación muy rápidas de acuerdo con la presente invención permitirían la colada de estas aleaciones de velocidades de solidificación largas. Debido a las velocidades de templado rápidas, del orden de 30 a 50ºC por segundo, la presente invención puede reducir o eliminar los tiempos de solución o tratamiento de envejecimiento, con lo cual proporciona un ahorro de costes. El procedimiento también puede ser útil en las aleaciones de aluminio forjado de las series 2000, así como en aleaciones coladas de aluminio baratas tales como las series 319 y 333.

Ejemplo 3 Otra realización ejemplar de la presente invención

Con referencia a la figura 8, todavía otra realización de la presente invención comprende un molde 120 que mantiene metal fundido 122. El molde puede sujetarse en un bastidor 130 que está hecho, por ejemplo, por una pluralidad de barras de manera que el solvente pueda penetrar en el bastidor y realizar la abrasión o disolver el material del molde 120, y de manera que las partículas desgastadas del molde caigan separándose del bastidor. En esta realización, el molde 120 se puede llenar como en las realizaciones de las figuras 2 y 3 por medio de llenado por gravedad desde un crisol o una cuchara de colada, o de cualquier otra manera convencional. En esta realización, el molde se mueve hacia abajo hacia un primer conjunto de barras de pulverización, como se ilustra por la flecha 134. Alternativamente, el conjunto de barras de pulverización se puede trasladar hacia arriba, como se ilustra por la flecha 136. Además, aunque no se muestra, el molde también puede ser girado y trasladado, si así se desea, por medios convencionales.

El mecanismo de pulverización de acuerdo con la presente invención comprende una primera barra de pulverización 140 que puede tener montada una pluralidad de boquillas de pulverización 142 que se mantienen en un alojamiento común 144. Ilustradas en la figura 8 hay seis boquillas de pulverización 142. Por supuesto, se podría utilizar cualquier otro número adecuado de ellas. Estas pueden están separadas entre sí una separación de 0,64 a 25,4 cm. Separada de la primera barra de pulverización 140 hay una segunda barra de pulverización que también comprende una pluralidad de boquillas de pulverización 152 que se mantienen en un segundo alojamiento común 154. El segundo alojamiento puede estar separado del primer alojamiento cualquier distancia de 0,64 a 15,2 cm por elementos separadores adecuados 156. Separada de la segunda barra de pulverización 150 hay una tercera barra de pulverización 160 que también puede tener una pluralidad de boquillas de pulverización 162 que se mantienen en un alojamiento común 164. La separación de boquillas de las boquillas de pulverización en la segunda y tercera barras de pulverización puede ser aproximadamente la misma distancia que se ha establecido en relación con la primera barra de pulverización, o distancias diferentes. Además, la tercera barra de pulverización está separada de la segunda barra de pulverización aproximadamente la misma cantidad con la que la primera y la segunda barras de pulverización están separadas entre sí, o alguna otra distancia deseada.

Suministrando fluido a la primera barra de pulverización 140 hay un primer tubo de suministro 170 que está alimentado por una primera fuente 172. El fluido puede ser, por ejemplo, agua caliente a aproximadamente 65,6ºC con un caudal de 30,3 a 37,9 litros por minuto. Por supuesto, se debe reconocer que también se pueden utilizar otros tipos de fluidos a otros caudales y temperaturas. En la realización ilustrada, la segunda barra de pulverización pulveriza el agua a temperatura ambiente con un caudal comprendido entre 75,8 y 113,6 litros por minuto cuando se alimenta por un segundo tubo de suministro 174 desde una segunda fuente de fluido 176. La tercera barra de pulverización pulveriza agua a temperatura ambiente a un caudal de entre 37,9 a 56,8 litros por minuto alimentada por un tercer tubo de suministro 180 desde una tercera fuente de suministro 182. Aunque se indica que el fluido para todas las tres barras de pulverización es agua, es evidente que se pueden utilizar diferentes tipos de fluido para las distintas barras de pulverización si así se desea. Además los fluidos se pueden pulverizar también a diferentes temperaturas.

Con el fin de obtener los diferentes caudales de pulverización, es decir, cualquiera de entre 30 a 113,6 litros por minuto, que se pulverizan por las distintas barras de pulverización, se puede disminuir o incrementar la cantidad de boquillas de pulverización como sea necesario, o se puede ajustar adecuadamente el volumen del caudal por las mismas boquillas de pulverización, como es bien conocido en la técnica. Alternativamente, bombas convencionales (no mostradas) que se comunican con las varias tuberías de suministro de fluido se pueden regular adecuadamente para conseguir los flujos de caudal deseados. Los caudales de pulverización deberían cambiarse dependiendo de los distintos grosores de piezas coladas, los distintos aglomerantes utilizados y dependería del módulo de colada y de la composición de la aleación que se solidifica.

La velocidad de avance del molde cuando el mismo se mueve hacia abajo hacia el primer conjunto de barras de pulverización puede ser del orden de 0,025 a 2,54 centímetros por segundo, como se pueda desear considerando el grosor de la pieza colada, así como el tipo particular de metal que está siendo colado y la composición específica del molde.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 8, también se pueden utilizar barras de pulveriza adicionales, situadas debajo del primer conjunto de barras de pulverización. Se ilustra una cuarta barra de pulverización 190 que comprende una pluralidad de boquillas de pulverización 192 montadas en un alojamiento común 194. Separada de la cuarta barra de pulverización puede haber una quinta barra de pulverización 200 que está dispuesta de manera similar con una o más boquillas de pulverización 202 mantenidas en un alojamiento común 204. Aunque en el dibujo se ilustra la misma cantidad de boquillas de pulverización (6), es evidente que se puede utilizar cualquier número deseado adecuado de boquillas de pulverización para cualquiera de las barras de pulverización 140, 150, 160, 290 y 200 que se han discutido en la presente memoria descriptiva. Estas boquillas de pulverización son alimentadas por una cuarta tubería de alimentación 210 conectada a una cuarta fuente 212. La fuente puede ser de agua a temperatura ambiente.

Las boquillas de pulverización para todas las distintas barras de pulverización que se han mencionado con anterioridad pueden tener, cada una, una capacidad de aproximadamente 1,9 litros por minuto, y pueden tener un patrón de pulverización en abanico que emite el fluido que está siendo pulverizado con un patrón de aproximadamente 30º.

El metal colado en la muestra de prueba del aparato ilustrado en la figura 8 era aluminio A356. Se formó la tercera muestra, dos veces, calentando el aluminio hasta una temperatura de aproximadamente 733,2ºC. Se formó una vez en un crisol alimentado por gas y otra vez en un crisol calentado eléctricamente. La primera vez, el aluminio se coló en un molde a temperatura ambiente que estaba compuesto por una arena de sílice agregada que tenía un tamaño medio de grano de aproximadamente 150 \mum utilizando un aglomerante de fosfato. La segunda vez, el aluminio se coló en un molde de arena de sílice con el mismo tamaño medio de grano usando un aglomerante de sulfato de magnesio. Cada molde, durante la colada, se mantuvo a temperatura ambiente. Inmediatamente después de que el metal fundido se colase, en un intervalo de 10 segundos después de que el molde se llenase, el procedimiento de pulverización empezó con el solvente, que como se ha mencionado, era agua.

Sometiendo un molde que tiene un aglomerante soluble a un solvente, se disuelve el molde, haciendo que, simultáneamente, la pieza colada se solidifique y se enfríe. De esta manera, se consigue rápidamente una pieza colada refrigerada sustancialmente que ha sido separado de su molde. La presente invención permite que el molde defina solamente la forma del producto colado y límite la extracción de calor o no extraer sustancialmente calor de la pieza colada. La extracción de calor se realiza por el procedimiento controlado de endurecer la pieza colada con un solvente de una manera dirigida para promover las máximas propiedades y el alivio de tensiones de la pieza colada. Realizando la extracción de calor en un paso separado, el llenado del molde, ya sea por colada por gravedad, colada por inclinación o llenado por contra gravedad, promueve el flujo del metal fundido mientras que minimiza la solidificación prematura, permitiendo que se consigan piezas coladas de geometría compleja o de secciones delgadas.

La aplicación de un solvente no precisa ser por medio de una boquilla. Por ejemplo, se podría dirigir el solvente al molde por medio de un impulsor, en una cascada o por otro medio. Además, es concebible que la combinación de aglomerante y de solvente se pueda desarrollar con una efectividad tal que el molde pudiese eliminarse sin movimientos rápidos de solvente, tal como por inmersión del molde en un baño de solvente. Por lo tanto, aunque un medio de aplicar el solvente es con una boquilla, otros medios también son concebibles.

Además, la presión de la boquilla, el volumen de la solución pulverizada, la dirección de recorrido de la solución en relación con el molde (por ejemplo, 1. la boquillas se mueve y el molde permanece estacionario; 2. el molde se mueve y la boquilla permanece estacionaria; ó 3. el molde así como la boquilla se mueven, ya sea simultáneamente o con unos intervalos de tiempo discretos), así como otros parámetros pueden depender ya sea del tamaño o del tipo de la pieza producida, o de ambos. Por ejemplo, se requerirán diferentes ajuste cuando se fabriquen ruedas del vehículo y cuando se produzcan pequeños componentes de suspensión de vehículos.

Como en los ejemplos anteriores, la colada del metal típicamente incluye columnas ascendentes que permiten que se alimente metal fundido a la pieza colada cuando las mismas se enfrían y se contraen, con lo cual se reduce cualquier vacío producido por la contracción. Una vez que una pieza colada se ha enfriado, la columna ascendente puede ser cortada. Con la presente invención, al menos un chorro de solvente se puede diseñar para suministrar solvente con un caudal, un volumen y área suficientes para cortar la columna, con lo cual se elimina un paso de procedimiento adicional de la técnica anterior.

Además, el procedimiento, moldes y equipos incluidos son de coste bajo y aceptables medioambientalmente. Las piezas coladas se pueden producir con una buena terminación superficial y propiedades mecánicas deseables de una manera rápida y económica, mientras que los constituyentes del molde pueden ser regenerados para una utilización adicional.

Todavía en las figuras 2 y 3, se ilustra un sistema de alimentación por gravedad que utiliza un crisol o cuchara de colada 32, se debe apreciar que se puede utilizar un sistema de alimentación ayudada por presión para alimentar metal fundido al molde. Una variedad de los sistemas de alimentación asistida por presión convencionales es conocida en la técnica.

En los párrafos que anteceden, se ha realizado mención de descomponer el molde. Se debe apreciar que el molde completo no necesita descomponerse o eliminarse en el procedimiento de acuerdo con la presente invención. Todo lo que se necesita es la eliminación de al menos una porción del molde, en la que el paso de eliminar el molde empieza antes de que el paso de solidificar el metal fundido se haya completado. La porción del molde eliminada puede ser un lado del molde o, por ejemplo, una sección de fondo del molde con todos los lados del mismo. Por ejemplo, todos los cuatro lados de un molde rectangular puede ser eliminados o descompuestos.

En la memoria descriptiva anterior, se ha realizado mención del caudal de suministro de solvente que varía de 0,5 hasta aproximadamente 50,0 litros por segundo. Se debería apreciar que el caudal del suministro de solvente puede ser constante o puede ser variable, como se desee. Por ejemplo, para ciertos metales y para ciertos moldes, puede ser ventajoso variar el caudal de suministro de solvente, mientras que para otros tipos de metales o moldes, podría ser beneficioso un caudal constante de suministro. De manera similar, se ha establecido en la memoria descriptiva que la presión de suministro de solvente puede variar desde 0,03 bar a aproximadamente 70,00 bar. Se debe apreciar que la presión del suministro de solvente se puede variar o puede permanecer constante. Será evidente a las personas de conocimientos ordinario en la técnica que se pueden utilizar bombas convencionales que pueden ser reguladas adecuadamente para alcanzar los caudales y presiones de suministro de fluido deseado, ya sean variables o constantes.

La invención se ha descrito con referencia a las realizaciones preferentes. Obviamente, a otras personas se les puede ocurrir modificaciones y alteraciones con la lectura y la comprensión de la descripción detallada que precede. Se pretende que se interprete que la invención incluye todas estas modificaciones y alteraciones, siempre que se encuentren en el alcance de las reivindicaciones adjuntas o de sus equivalentes.

Claims (25)

1. Un procedimiento de colada de metales, que comprende los pasos de: proporcionar un molde (36, 120);

suministrar un metal fundido (122) al interior del molde;

solidificar el metal fundido; y

retirar al menos una porción del molde, en el que el paso de retirar el molde empieza antes de que el paso de solidificar el metal fundido se haya completado, y en el que el paso de retirar al menos una porción del molde incluye el paso de someter el molde a la acción de un solvente.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el paso de someter el molde a la acción de un solvente incluye el paso de pulverizar el molde con el solvente.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el paso de pulverizar comienza poco después de que el metal fundido haya sido colado en el interior del molde.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que el paso de pulverizar del molde con un solvente incluye el paso de ajustar al menos uno de entre un caudal de pulverización del solvente y un patrón de pulverización del solvente.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en el que el paso de pulverizar el molde con un solvente incluye el paso de dirigir al menos dos corrientes de solvente sobre el molde.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que se dirige una primera corriente de solvente sobre el molde en momentos diferentes o en posiciones diferentes que una segunda corriente de solvente.

7. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que las dos corrientes están separadas entre si para que entren en contacto con áreas separadas del molde.

8. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que se dirigen múltiples corrientes de solvente al molde, por medio de al menos una barra de pulverización.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, en el que se suministra solvente a un caudal desde 0,5 hasta aproximadamente 50,0 litros por segundo.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, en el que solvente se suministra con una presión desde aproximadamente 0,03 hasta aproximadamente 70,00 bar.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el paso de someter el molde a la acción del solvente incluye el paso de sumergir el molde dentro de un baño del solvente.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11, en el que el solvente incluye al menos uno de entre un líquido, un gas, y un material de
granallado.

13. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1- 12, en el que molde incluye al menos un constituyente, y el procedimiento comprende además el paso adicional de regenerar el al menos un constituyente y el solvente.

14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13, en el que el paso de solidificar el metal fundido incluye producir una solidificación progresiva del metal fundido.

15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 14, en el que los pasos de eliminar al menos una porción del molde y solidificar el metal fundido se ejecutan aproximadamente simultáneamente.

16. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 15, en el que el paso de eliminar al menos una porción del molde incluye el paso que descomponer el molde.

17. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 16, en el que el paso de suministrar metal fundido en el interior del molde se consigue por una alimentación por gravedad (32) del metal fundido.

18. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 16, en el que el paso de suministrar el metal fundido en el molde se consigue por sistema de alimentación asistida por presión.

19. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el paso de someter el molde a la acción del solvente comprende proporcionar una boquilla de pulverización para pulverizar el molde con solvente.

20. El procedimiento de la reivindicación 19, que comprende, además, el paso de mover uno de entre un molde y la boquilla de pulverización en relación con el otro.

21. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 20, que comprende, además, el paso de suministrar metal fundido adicional al molde durante el citado paso de someter el molde a la acción del solvente.

22. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 21, en el que el molde comprende un agregado y un aglomerante y en el que el aglomeran que es soluble por el solvente.

23. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 22, en el que el molde incluye un aglomerante y un agregado, y que comprende, además, el paso adicional de regenerar al menos uno de entre el aglomerante, agregado y solvente.

24. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 - 23, en el que un caudal con el cual el molde se encuentra sometido a la acción del solvente, es lo suficientemente bajo para impedir daños a una pieza colada formada del metal fundido.

25. El procedimiento de la reivindicación 24, en el que el caudal con el cual el molde se encuentra sometido a la acción de solvente, es lo suficientemente alto para vencer la formación de una manta de vapor.