ES2279279T3 - Procedimiento de fundicion para fabricar una pieza fundida. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fundición para fabricar una pieza fundida (2), especialmente un componente de fundición de acero de pared delgada, empleando un molde de fundición (1), con una capa delgada aplicada el menos en ciertas zonas sobre la estructura de la superficie interior del molde de fundición (1) y hecha de material base de molde (3) que presenta material de molde y aglutinante para formar la cavidad de fundición, siendo consolidado el material del molde por el aglutinante del proceso de fundición y siendo transformado térmicamente el aglutinante durante la fundición con anulación de las ligaduras entre las partículas del material del molde, caracterizado porque se solidifica la pieza fundida (2) durante un primer tiempo de permanencia en el molde de fundición (1) y porque la pieza fundida (2) permanece después de la solidificación durante un segundo tiempo de permanencia adicional en el molde de fundición (1), porque el segundo tiempo de permanencia adicional es un ciclo de fundición adicional del proceso de fundición y porque la duración del segundo tiempo de permanencia adicional se ajusta de tal manera que, mediante el alargamiento del tiempo de permanencia de la pieza fundida (2) en el molde de fundición (1), se garantice la transformación térmica de todo el aglutinante.
Description
Procedimiento de fundición para fabricar una
pieza fundida.
La invención concierne a un procedimiento de
fundición para fabricar una pieza fundida según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Las piezas de fundición, que frecuentemente
tienen una forma complicada, se fabrican en general en los llamados
moldes "perdidos" o en moldes permanentes. En la fundición en
molde perdidos, que están constituidos en general por un material
base o material de molde granular mineral refractario, tal como, por
ejemplo, arena de cuarzo o arena de mineral de cromo, así como un
aglutinante y a menudo también otros aditivos para mejorar las
propiedades del material base del molde, se destruye el molde
después de la fundición por medio del proceso de desempaquetado.
Cuando en el presente caso se habla de "aglutinante", se quiere
dar a entender con esto no sólo el aglutinante como tal, sino
también otros eventuales aditivos. En la acción con la fundición en
moldes perdidos se fabrica primeramente un modelo de la pieza de
fundición a base de metal, madera, yeso o plástico. El modelo forma
el contorno exterior de la pieza base. El modelo es en principio
reutilizable. Para la fabricación del molde de fundición se
posicionan las partes superior e inferior del modelo en una caja de
molde, a saber, una caja superior y una caja inferior, y se rodean
dichas partes con el material base del molde. Después de la
compactación y endurecimiento del material base del molde se
extraen las partes del modelo del molde de arena. A continuación,
se colocan las cajas superior e inferior una sobre otra. Se termina
de preparar así el molde negativo.
Especialmente en el caso de aleaciones de alto
punto de fusión a base de Fe se utiliza la fundición con moldes
perdidos. En la fundición con moldes perdidos es desventajoso el
hecho de que, después de cada proceso de fundición, no sólo se
tiene que fabricar un nuevo molde de fundición, sino que el
reciclado o el desechado del material base del molde después de la
fundición está ligado a un elevado coste técnico y financiero. La
preparación del material base del molde se efectúa en general de tal
manera que dicho material base es primeramente triturado después de
la fundición, ya que las partículas individuales del material del
molde están sólidamente unidas una con otra a consecuencia del
aglutinante. A continuación, se efectúa un tratamiento térmico para
que quemar el aglutinante. Por último, los residuos de la combustión
térmica del aglutinante son retirados del material del molde. En
este contexto, es de importancia especialmente el hecho de que las
cajas de moldeo para fabricar los moldes tienen usualmente un
formato estándar, de modo que precisamente en el caso de pequeñas
piezas fundidas se necesita una cantidad relativamente grande de
material base del molde para poder fabricar el molde.
Por tanto, el cometido de la presente invención
consiste en proporcionar un procedimiento de fundición con el que
sea posible una fundición sencilla y barata de materiales de hierro
fundido y acero.
El problema anteriormente indicado se resuelve
según la invención en un procedimiento de la clase citada al
principio por medio de las particularidades caracterizadoras de la
reivindicación 1. En la invención se utiliza el calor de
solidificación liberado de la pieza fundida recién obtenida para
quemar el aglutinante de todo el material base del molde que se
encuentra en el molde de fundición, de modo que resultan a
continuación unas partículas de material del molde sueltas,
fluyentes y no unidas ya una con otra por medio del aglutinante.
Por tanto, como resultado, el tiempo de permanencia de la pieza
fundida fabricada según la invención es más largo que el que sería
realmente necesario para la pieza fundida desde el punto de vista de
la técnica de fabricación. Atendiendo a la técnica de fabricación,
la pieza fundida tiene que ser extraída después de la fundición tan
pronto como se encuentre solidificada. En la invención, sigue un
paso de permanencia más largo o una duración de permanencia
adicional que está intencionadamente sintonizado con la
transformación térmica completa del aglutinante del material base
del molde. Es cierto que el alargamiento del tiempo de permanencia
junto con una combustión simultánea del aglutinante no resulta
enteramente carente de problemas para el molde de fundición, ya que
la alta temperatura puede dañar dicho molde, pero se ha comprobado
que sólo se presentan, si es que se presentan, fenómenos de muy
pequeño desgaste en el molde de fundición cuando el calor de
solidificación que se libera se aprovecha para quemar todo el
aglutinante. En cualquier caso, las ventajas logradas por la
invención debido a la preparación simplificada del material base del
molde tienen una repercusión muchísimo más clara que el desgaste
eventualmente mayor del molde de fundi-
ción.
ción.
En la invención se tiene que el tiempo de
permanencia, por un lado, y el espesor de capa del material base
del molde, por otro lado, se eligen de manera enteramente consciente
en función del espesor de pared de la pieza fundida a obtener y/o
en función del comportamiento de solidificación de la masa fundida
introducida en el molde de fundición. Cuanto mayor sea el espesor
de pared de la pieza fundida a obtener tanto mayor habrá que elegir
también el espesor de capa del material base del molde en el sitio
correspondiente del molde de fundición. Al mismo tiempo, se puede
ajustar el tiempo de permanencia de modo que también en este sitio
se queme el aglutinante y se anulen así las ligaduras entre las
partículas del material del molde.
Se ha comprobado que el espesor de capa del
material base del molde puede ajustarse hasta un máximo de 150 mm
para lograr el resultado preconizado por la invención. A este
respecto, se entiende que se puede ajustar cualquier valor
individual entre mayor que 0 mm y 150 mm, es decir, 1, 2, ..., 148,
149 mm, sin que esto requiera una mención explícita.
Atendiendo al aspecto técnico de la fabricación,
el procedimiento según la invención se puede integrar fácilmente en
el proceso de fundición haciendo que el tiempo de permanencia
adicional de la pieza fundida en el molde de fundición sea al menos
un múltiplo de la duración de un ciclo de fundición del proceso de
fundición. En otras palabras, esto significa que no se extrae la
pieza fundida en el momento en el que es extraída usualmente
después de la fundición, sino un ciclo de fundición más tarde. Por
tanto, la pieza fundida permanece de forma enteramente consciente
un ciclo de fundición más en el molde, de modo que el aglutinante
puede quemarse por completo. Los tiempos de ciclo ascienden aquí
preferiblemente a menos de 5 min, en general menos de 2 min, siendo
posible cualquier valor menor que 2 min, sin que esto requiera una
mención explícita.
Después de la fundición y la extracción de la
pieza fundida del molde de fundición se prepara usualmente el
material base del molde. En el procedimiento según la invención
tiene lugar también una preparación del material base del molde. No
obstante, según la invención, la preparación en la invención se
limita a la separación del material del molde de los residuos de
combustión térmica del aglutinante, dado que las partículas
individuales del material del molde no están ya unidas una con otra
por medio del aglutinante. En la invención no son necesarios un
paso de trituración y/o un tratamiento térmico para preparar el
material base del molde.
Preferiblemente y en general, es suficiente una
preparación del material base del molde después de la fundición por
medio de un cribado y/o un tamizado, lo que conduce en último
término a una considerable reducción de los costes de preparación y
de la complejidad de la preparación y, por tanto, a una considerable
reducción de los costes de fabricación de la pieza fundida.
Después de la preparación se puede añadir el
material preparado del molde un aglutinante para volver a obtener
el material base del molde. A continuación, se aplica el material
base del molde sobre la estructura de la superficie interior del
molde de fundición, preferiblemente por vía neumática con ayuda de
impulsos de aire, fraguándose el material base del molde por vía
química, preferiblemente por gaseado con un catalizador, al aplicar
dicho material sobre la superficie interior del molde de fundición o
después de aplicarlo.
El procedimiento según la invención es adecuado
para todos los procedimientos de fundición corrientes. Es
especialmente ventajoso para la fundición por depresión, sobre la
cual se entrará seguidamente en más detalles. Sin embargo, el
procedimiento según la invención es adecuado también para la
fundición por fuerza de gravedad, la fundición por colada a presión
y la fundición por basculación.
El molde de fundición está provisto de un primer
portamolde exterior, un segundo portamolde exterior, un cuerpo de
molde dispuesto entre los portamoldes y una capa interior de
material base del molde aplicada sobre el cuerpo del molde, al
menos en ciertos tramos, para formar la cavidad de fundición.
Aunque el molde de fundición antes citado
constituye también por su tipo un molde perdido, resultan ventajas
importantes en comparación con el estado de la técnica. Debido al
cuerpo de molde dispuesto entre los portamoldes, el cual prefija ya
al menos sustancialmente el molde negativo o la cavidad de
fundición, es necesaria únicamente una menor cantidad de material
base del molde para fabricar el molde negativo propiamente dicho.
Por tanto, en contraste con el estado de la técnica, se produce
también solamente una menor cantidad de material base del molde en
cada proceso de fundición. Esto es de importancia sobre todo en el
caso de piezas fundidas de pared delgada con un espesor de la pared
comprendido entre 1 y 10 mm. En efecto, en la fundición de tales
piezas fundidas de pared delgada se produce también solamente una
menor cantidad de calor que tiene que ser absorbida por el material
base del molde durante la solidificación. Por tanto, el aglutinante
del material base del molde se quema solamente en una profundidad
de unos pocos centímetros. En la invención se aprovecha ahora
precisamente esta circunstancia y se elige de acuerdo con ella el
espesor de capa del material base aplicado del molde en función del
espesor de pared de la pieza fundida a obtener y/o en función del
comportamiento de solidificación o de la temperatura de la masa
fundida introducida en el molde de fundición. De este modo, en el
caso óptimo es necesaria en último término también solamente la
cantidad de material base del molde que, por motivos técnicos se
necesita durante la fundición. Por el contrario, en el estado de la
técnica ocurre que precisamente en el caso de piezas fundidas
pequeñas o de pared delgada se alimentan a la etapa de reciclado
unas cantidades considerables de material base del molde que en sí
seguirían siendo utilizables después de la fundición. Esto no sólo
va ligado a costes incrementados y en sí innecesarios para el
material base del molde, sino también a una alta inversión técnica
en la instalación de reciclado. Se producen también mayores costes
de energía. Además, el diseño de la estación de preparación de la
arena del taller de fundición es también más complicado debido a
las grandes cantidades de arena que se producen. Por último, en el
estado de la técnica se originan grandes cantidades de polvos, lo
que puede traer consigo no sólo una contaminación del medio
ambiente, sino también elevados costes para el desechado de las
mismas.
Ahora bien, el empleo del cuerpo de molde según
la invención ofrece aún otras ventajas. Dado que el cuerpo de
molde, que prefija y deja listo el molde base negativo, representa
ya una gran parte del volumen entre los portamoldes y, en
consecuencia, sólo son necesarias pequeñas cantidades de arena para
la fabricación de un molde de fundición, se pueden lograr tiempos
de ciclo considerablemente más pequeños para la fabricación del
molde de fundición. Además, en el molde de fundición según la
invención es posible sin mayores dificultades fijar segmentos de
refrigeración en el portamolde o en el cuerpo del molde, con lo que
resulta un posicionamiento exacto, lo cual, como se ha explicado al
principio, es esencial precisamente para la fabricación de piezas
de fundición moldeadas de pared delgada. Por lo demás, es posible
también sin mayores dificultades que el cuerpo del molde - en el
caso de una elección correspondiente del material - asuma él mismo,
al menos en ciertos tramos, la función de un segmento de
refrigeración, concretamente en zonas que no están revestidas o sólo
lo están con una pequeña capa de material base del molde.
Se pueden materializar pequeños tiempos de ciclo
especialmente debido a que la aplicación de la capa de material
base del molde sobre el cuerpo del molde o sobre las distintas
mitades del cuerpo del molde se efectúa con asistencia de una
corriente de aire. De este modo, se puede ajustar también sin
mayores dificultades el espesor de la capa de arena de conformidad
con las necesidades de una solidificación dirigida. Después de la
aplicación de la capa se asientan entonces las mitades del cuerpo
del molde una sobra otra, con lo que se cierra el molde de
fundición.
Por lo demás, se ha comprobado que se obtiene
una considerable estabilización del molde cuando se emplean
portamoldes metálicos y/o cerámicos y un cuerpo de molde metálico,
lo que es de importancia precisamente para la fabricación de piezas
de fundición de pared delgada, en donde tienen que observarse
estrechas tolerancias de fabricación.
En relación con la presente invención es
especialmente ventajoso que se construya el cuerpo del molde en
forma modular, de modo que éste se componga de una pluralidad de
segmentos de cuerpo de molde. Debido a esta construcción modular es
posible de manera sencilla complementar módulos individuales y
prefijar así el molde base negativo para la cavidad de moldeo. El
molde negativo definitivo se obtiene después por medio del material
base del molde, siempre que éste se encuentre aplicado sobre el
cuerpo del molde.
Ejecuciones preferidas de la invención se
desprenden de las reivindicaciones subordinadas.
Se explican seguidamente formas de realización
preferidas de la invención haciendo referencia al dibujo. Muestran
en éste:
La figura 1, una vista en sección transversal de
una primera forma de realización de un molde de fundición según la
invención,
La figura 2, otra vista en sección transversal
del molde de fundición de la figura 1,
La figura 3, una vista en sección transversal de
una segunda forma de realización de un molde de fundición según la
invención,
La figura 4, otra vista en sección transversal
del molde de fundición de la figura 3,
La figura 5, una vista en sección transversal de
una tercera forma de realización de un molde de fundición según la
invención,
La figura 6, otra vista en sección transversal
del molde de fundición de la figura 5,
La figura 7, una vista en sección transversal de
una cuarta forma de realización de un molde de fundición según la
invención,
La figura 8, otra vista en sección transversal
del molde de fundición de la figura 7,
La figura 9, una vista en sección transversal de
una quinta forma de realización de un molde de fundición según la
invención,
La figura 10, otra vista en sección transversal
del molde de fundición de la figura 9,
La figura 11, una vista en sección transversal
de una sexta forma de realización de un molde de fundición según la
invención y
La figura 12, una vista en sección transversal
de una séptima forma de realización de un molde de fundición según
la invención.
Antes de que se entre a describir con detalle el
procedimiento de fundición según la invención, se describe
primeramente un molde de fundición 1 que es especialmente adecuado
en combinación con el procedimiento de fundición según la
invención.
En las distintas figuras se representa un
respectivo molde de fundición 1 para fabricar una pieza de fundición
2 empleando un material base de molde 3. El material base del molde
consiste de manera en sí conocida en material granular mineral
refractario, tal como arena, con aglutinante y eventualmente otros
aditivos. Debido al empleo de material base de molde, el molde de
fundición 1 consiste, en el fondo, en un molde del tipo de "molde
perdido".
El molde de fundición 1 presenta un primer
portamolde exterior 4 y un segundo portamolde exterior 5. Los
portamoldes 4 y 5 constituyen las limitaciones superior e inferior
del molde de fundición 1 en el caso de una disposición horizontal
de éste. Se entiende que, por supuesto, el molde de fundición puede
disponerse igualmente en posición oblicua o bien en posición
vertical. En el caso de una disposición vertical del molde de
fundición 1, los portamoldes 4, 5 se encuentran también por fuera,
pero entonces están dispuestos a la derecha y la izquierda. Las
explicaciones siguientes se refieren de la misma manera a la
disposición derecha-izquierda de los portamoldes,
aún cuando únicamente se represente y describa la disposición
arriba-abajo de los portamoldes. Por lo demás, se
aplica la misma consideración para las mitades 13, 14 del cuerpo del
molde que se describen seguidamente con más detalle. Entre los
portamoldes 4, 5 se encuentra un cuerpo de molde 6 que está hecho
usualmente de metal, pero que, al menos en ciertas zonas, puede
consistir también en cerámica. El cuerpo 6 del molde se aplica con
sus lados exteriores 7, 8 a las superficies interiores 9, 10 de los
portamoldes 4, 5. La superficie interior 11 del cuerpo 6 del molde
está perfilada y corresponde al menos sustancialmente al contorno
exterior de la pieza de fundición 2. Por tanto, la superficie
interior 11 del cuerpo 6 del molde forma un premolde negativo o un
premolde exterior. Sobre la superficie interior 11 del cuerpo 6 del
molde está aplicada al menos parcialmente una capa 12 de material
base 3 del molde para formar la cavidad de fundición, que no se ha
designado en forma individualizada. El espesor de la capa varía de
0 mm a un máximo de 150 mm y puede presentar cualquier valor
intermedio, sin que sea necesaria una enumeración detallada.
Aunque en las distintas figuras la superficie
interior completa del cuerpo 6 del molde está revestida de material
base 3 del molde, deberá consignarse que, por motivos técnicos de
fundición, es en principio posible también que no estén revestidas
algunas zonas de la superficie. Seguidamente, se entra en más
detalles sobre esto. Por lo demás, en las formas de realización
representadas ocurre que la capa 12 de material base 3 del molde
está aplicada en parte también directamente sobre la superficie
interior 10 del portamolde inferior 5. Por supuesto, esto es
posible también, en determinadas piezas de fundición 2, en la zona
del portamolde superior 4, aun cuando ello no se ha representado en
el presente caso.
Como se desprende de las distintas figuras, el
cuerpo 6 del molde presenta una primera mitad 13 de dicho cuerpo y
una segunda mitad 14 del mismo. La mitad superior 13 del cuerpo del
molde está fijada al portamolde superior 4, mientras que la mitad
inferior 14 del cuerpo del molde está fijada al portamolde inferior
5. En el estado cerrado del molde de fundición 1, las mitades 13,
14 del cuerpo del molde descansan una sobre otra, en cualquier caso
en su zona de borde exterior 15, de modo que el molde de fundición 1
está cerrado en esta zona.
Se desprende sobre todo de las figuras 11 y 12
que el cuerpo 6 del molde presenta una pluralidad de segmentos 16
de portamolde construidos especialmente en forma modular. Debido a
la construcción modular es posible complementar o retirar, en caso
necesario, segmentos individuales 16 del cuerpo del molde para
lograr una variación del espesor de la capa 12 a fin de satisfacer
los requisitos de una solidificación dirigida. En el presente caso,
modular significa siempre también que los segmentos 16 del cuerpo
del molde están estructurados a la manera de una caja de
construcciones normalizadas, es decir que las longitudes, anchuras
y/o alturas de los distintos segmentos 16 del cuerpo del molde
están ajustadas una a otra en sus dimensiones, lo que significa que
está prevista una medida básica determinada n y que todas las
dimensiones son un múltiplo entero de la medida básica n. Los
distintos elementos 16 del cuerpo del molde están sólidamente unidos
cada uno de ellos con el respectivo portamolde 4, 5. Cuando, para
la materialización de un molde negativo o un premolde negativo
determinados, es necesario disponer elementos 16 del cuerpo del
molde uno sobre otro, se entiende que en este caso los elementos
correspondientes 16 del cuerpo del molde están fijados uno sobre
otro, especialmente atornillados. Por lo demás, en los lados
exteriores 7, 8 de los segmentos 16 del cuerpo del molde y en las
superficies interiores 9, 10 de los portamoldes 4, 6 pueden estar
previstos elementos de guía correspondientes, tales como espigas y
ranuras, para garantizar un posicionamiento exacto de los distintos
segmentos 16 del cuerpo del molde o de las mitades 13, 14 del
cuerpo del molde en los portamoldes 4, 5. Debido a la construcción
modular del cuerpo 6 del molde, es posible sin mayores dificultades
prever elementos de guía o de posicionamiento correspondientes
siempre idóneos en los componentes correspondientes.
En los distintos ejemplos de realización los
segmentos 16 del cuerpo del molde están construidos en forma de
bloques macizos. La construcción maciza conduce a un peso
relativamente alto tanto de la caja superior 17, que se compone del
portamolde superior 4, la mitad superior 13 del cuerpo del molde y
la capa aplicada 3, como de la caja inferior 18, que presenta el
portamolde inferior 5, la mitad inferior 14 del cuerpo del molde y
la capa 12 aplicada sobre ésta. Para determinados casos de
utilización, es ventajoso un peso relativamente alto de, en
cualquier caso, la caja superior. En los ejemplos de realización
representados se utiliza el molde de fundición 1 para realizar un
proceso de fundición por depresión. El llenado del molde de
fundición 1 se efectúa desde abajo, concretamente a través de una
abertura 19 del portamolde inferior 5 designada usualmente como
bebedero. Debido a la construcción maciza de la mitad superior 13
del cuerpo del molde y al alto peso propio resultante de ello se
puede impedir una "flotación" de la caja superior 17 durante la
fundición. Se puede prescindir de medios adicionales para retener
la caja superior 17 o bien de una sujeción del molde de fundición 1
por medio de abrazaderas.
No se representa que, para ahorrar peso, los
segmentos 16 del cuerpo del molde pueden estar provistos también de
cavidades, rebajos y similares en el lado que queda vuelto hacia el
respectivo portamolde 4, 5. De este modo, se puede lograr entonces
un ahorro de peso, siempre que esto - según el procedimiento de
fundición o la utilización - sea deseado o necesario.
En la forma de realización representada en las
figuras 3 y 4 ocurre que en el cuerpo 6 del molde están previstas
sobre la superficie interior 11, es decir, sobre el lado vuelto
hacia el material base 3 del molde, unas ayudas de inmovilización
20 para impedir que el material base 3 del molde se desprenda
involuntariamente del cuerpo 6 del molde. Las ayudas de
inmovilización 20 consisten, por ejemplo, en salientes a la manera
de hierros de armado que deberán impedir un desprendimiento de la
arena del molde por efecto de las sacudidas que se produzcan
durante el funcionamiento del taller de fundición. En lugar de
hierros de armado, es en principio posible también prever ayudas de
inmovilización a la manera de un perfilado de la superficie interior
11 del cuerpo 6 del molde para obtener una mejor unión del material
base 3 del molde con el cuerpo 6 de dicho molde.
El propio cuerpo 6 del molde o los distintos
segmentos 16 de dicho cuerpo del molde consisten preferiblemente en
un material resistente a altas temperaturas, tal como especialmente
grafito, carburo de wolframio o acero. Esta elección del material
es necesaria en general, ya que el cuerpo 6 del molde está sometido
a un alto esfuerzo térmico durante la fundición. Por el contrario,
los portamoldes 4, 5 pueden fabricarse de materiales más propicios,
ya que la carga térmica de estos componentes es en general
considerablemente más baja.
En las formas de realización representadas en
las figuras 11 y 12 está fijado un respectivo segmento de
refrigeración 21 tanto al portamolde superior 4 como al portamolde
inferior 5. Debido a la fijación directa de los segmentos de
refrigeración 21 a los portamoldes 4, 5 se obtiene un
posicionamiento exacto de estos segmentos, lo que es de
considerable importancia en lo que respecta a una solidificación
dirigida precisamente en el caso de piezas de fundición de pared
delgada. Los segmentos de refrigeración 21 se caracterizan porque no
está aplicada sobre ellos, al menos en ciertas zonas, ninguna capa
12 de material base 3 del molde, y de ahí que se evacue muy
rápidamente energía calorífica a través de los segmentos de
refrigeración 21. En último término, los segmentos de refrigeración
21 consisten en segmentos 16 del cuerpo del molde sobre los cuales
no está aplicado, o sólo lo está parcialmente, material base
termoaislante 3 del molde.
Como se desprende de las distintas
representaciones, el material base 3 del molde está aplicado con un
espesor de capa diferente sobre el cuerpo 6 del molde o sobre la
superficie interior 11. En las zonas en las que se deberá mantener
líquida la masa fundida durante el mayor tiempo posible, el espesor
de capa es mayor, de modo que resulta allí una acción
termoaislante. En zonas en las que se encuentra mucho material de la
pieza de fundición 2 y/o deberá tener lugar una solidificación lo
más rápida posible, el espesor de capa es muy pequeño o bien se
puede prescindir enteramente de material base 3 del molde en estas
zonas, tal como ocurre en las formas de realización según las
figuras 11 y 12 en la zona de los segmentos de refrigeración 21. En
cualquier caso, el espesor de la capa 12 puede ajustarse y, por
tanto, optimizarse de acuerdo con las necesidades de una
solidificación dirigida y teniendo en cuenta el espesor de pared de
la pieza de fundición 1 que se quiere obtener.
Aún cuando esto no se ha representado con
detalle, el propio material base 3 del molde ha sido aplicado por
vía neumática sobre la superficie interior 11 del cuerpo 6 del
molde, concretamente en particular por medio de impulsos de aire,
es decir, con alta velocidad y a alta presión. El material base 3
del molde casi es disparado sobre el cuerpo 6 del molde. De este
modo, se puede materializar exactamente y en un tiempo muy breve el
espesor de capa deseado. En vista de esta aplicación muy rápida del
material base 3 del molde sobre el cuerpo 6 del molde, se han
previsto en dicho cuerpo 6 del molde unas aberturas no representadas
de pequeña anchura para evacuar aire durante la aplicación del
material base 3 del molde bajo la asistencia de una corriente de
aire. El material base 3 del molde se aplica de forma completamente
automática en el espesor de capa deseado, el cual está usualmente
en el rango de centímetros expresado con una sola cifra,
obteniéndose muy rápidamente una consolidación debido al
aglutinante contenido en el material base 3 del molde. Debido a esta
clase de fabricación del molde negativo, se pueden lograr tiempos
de ciclo muy pequeños para la fabricación del molde de fundición 1,
sobre todo porque solamente tiene que aplicarse una cantidad muy
pequeña de material base 3 del molde sobre el cuerpo 6 de dicho
molde.
Como se desprende también de las distintas
figuras, los portamoldes 4, 5 están configurados ambos en forma de
placas que corresponden a las llamadas placas de base. En último
térmico, las placas de base se hacen cargo únicamente de la función
portante para el cuerpo 6 del molde, el cual puede tener un tamaño
cualquiera, pero no deberá sobresalir de las placas de base. Por
tanto, la invención ofrece la posibilidad de utilizar placas de
base normalizadas en las que, según la pieza de fundición a
fabricar, se fijen cuerpos de molde 6 de mayor o menor tamaño.
Debido a la configuración de los portamoldes 4, 5 en forma de
placas, éstos constituyen únicamente los cierres superior e
inferior del molde de fundición 1. El molde de fundición 1 está
limitado lateralmente por el cuerpo 6 del molde o por las mitades
consecutivas 13, 14 de dicho cuerpo del molde.
Como ya se ha explicado antes, en el presente
caso se encuentra en el portamolde inferior 5 una abertura 19 para
llenar el molde de fundición 1. En principio, es posible también
prever una abertura correspondiente en el portamolde superior 4 o
bien lateralmente en el cuerpo 6 del molde. La disposición de los
bebederos se efectúa teniendo en cuenta el respectivo procedimiento
de fundición elegido, y el molde de fundición 1, aparte de
utilizarse para la fundición por depresión, puede utilizarse en
principio también para la fundición por fuerza de gravedad y la
fundición a presión, así como para la fundición por bascu-
lación.
lación.
En cualquier caso, se propone prever en la zona
del bebedero y/o de un alimentador no representado del molde de
fundición 1 un inserto 22 de material resistente al calor, tal como
se representa en la figura 12. El inserto puede estar hecho de
material base del molde o bien de materiales aislantes usuales en el
mercado. No se representa que el inserto 22 puede sobresalir
también en principio hacia fuera.
En la forma de realización representada en las
figuras 5 y 6 está previsto un sistema de refrigeración en la zona
de la abertura 19. El sistema de refrigeración tiene en el presente
caso al menos un canal de refrigeración 23 que se extiende por
delante del bebedero y preferiblemente lo rodea en grado sustancial
y que está destinado a conducir un medio refrigerante. En el
presente caso, el canal de refrigeración 23 se encuentra en el
portamolde inferior 5, de modo que éste y especialmente la zona de
la abertura 19 son refrigerados. Conforme al procedimiento, la
refrigeración se activa hacia el final del proceso de fundición. La
acción de refrigeración producida es aprovechada para desarrollar
una solidificación dirigida o para ajustar una rápida solidificación
en la zona de la abertura 19. La solidificación rápida en la zona
de la abertura 19 es necesaria para impedir que se derrame el metal
aún líquido de la abertura 19 cuando se utilizan tiempos de ciclo
pequeños. Como medios refrigerantes que se alimentan a través del
canal de refrigeración 23 y se conducen preferiblemente en circuito
cerrado, se pueden emplear todos los materiales gaseosos y líquidos
adecuados.
Por lo demás, deberá consignarse que se adjudica
también importancia inventiva autónoma a la disposición del sistema
de refrigeración en la zona de la abertura 19, es decir, con
independencia de la realización del cuerpo 6 del molde y de la capa
aplicada 12 de material base 3 del molde.
En las figuras 7 y 8 se representa que en uno de
los portamoldes, en el presente caso en el portamolde inferior 5,
están previstos unos medios para acoplamiento con el dispositivo de
fundición asociado. En el presente caso, los medios de acoplamiento
consisten en rebajos 24 en los que encajan ganchos o salientes
correspondientes del dispositivo de fundición cuando se posiciona
el molde de fundición 1 sobre dicho dispositivo de fundición. Se
sobrentiende que, en principio, es posible también prever unos
rebajos correspondientes dispuestos adicional o exclusivamente en el
portamolde superior 4.
En las figuras 9 y 10 se representa que están
previstos unos medios de guía 25, 26 tanto en el portamolde
superior 4 como en el portamolde inferior 5 para poder trasladar y
posicionar los portamoldes 4, 5 de una manera sencilla. En el
ejemplo de realización representado el medio de guía 25 consiste en
un saliente de guía alargado que sobresale lateralmente del
portamolde inferior 5, mientras que el medio de guía 26 consiste en
una pluralidad de piezas de guía lateralmente sobresalientes.
El procedimiento según la invención se
desarrolla ahora de tal manera que, después de la fundición de una
pieza de fundición 2, ésta permanece aún en el molde de fundición 1
hasta que el aglutinante del material base 3 del molde esté
completamente quemado y, aparte del material del molde o de las
partículas del material de molde, queden únicamente todavía
residuos de combustión del aglutinante, pero éstos no produzcan
ninguna unión sólida entre las distintas partículas del material
del molde. Para garantizar esta combustión o transformación térmica
del aglutinante, la temperatura durante o después del proceso de
fundición deberá ser de al menos 350ºC, preferiblemente unos 400ºC,
en cualquier punto del contorno interior del molde de fundición en
el que se encuentre material base de dicho molde.
Después de la extracción de la pieza de
fundición 2 obtenida se alimenta el material base 3 proveniente del
molde de fundición a una estación de preparación, en donde se separa
el material del molde de los residuos de combustión del
aglutinante, consistiendo este último sustancialmente en partículas
de polvo, lo que se efectúa preferiblemente por medio de un cribado
y/o un tamizado. Ya no son necesarios un tratamiento térmico y/o
una trituración. A continuación, se puede añadir nuevamente
aglutinante al material preparado del molde para obtener nuevamente
material base 3 de dicho molde.
La fabricación de un nuevo molde de fundición 1
se efectúa entonces de tal manera que primero se asientan los
segmentos 16 del cuerpo del molde sobre los respectivos portamoldes
4, 5 y se posicionen exactamente estos segmentos con ayuda de
medios de posicionamiento o de cierre del molde correspondientes. A
continuación, se unen sólidamente los segmentos 16 del cuerpo del
molde con el respectivo portamolde 4, 5. Se aplica luego
neumáticamente el material base 3 del molde con ayuda de impulsos de
aire en el espesor de capa necesario en función del espesor de
pared de la pieza de fundición que se ha de fabricar. Mediante la
adición de un catalizador correspondiente se produce entonces una
reacción química del aglutinante, de modo que se fragua el material
base del molde después de la aplicación del mismo sobre el cuerpo
del molde. El catalizador se alimenta por medio de gaseado. El
espesor de capa necesario para lograr una solidificación dirigida es
de la incumbencia del experto teniendo en cuenta sus conocimientos
técnicos sobre la base de los parámetros antes citados. En
principio, se cumple aquí que en zonas en las que deberá tener lugar
lo más tarde posible una solidificación, se elige un espesor de
capa grande, mientras que en zonas en las que deberá solidificarse
rápidamente la masa fundida, deberá estar presente un espesor de
capa que vaya desde muy pequeño hasta nulo. En casos en los que la
masa fundida entre en contacto directamente con segmentos de
refrigeración 21 o con segmentos 16 del cuerpo del molde, resulta
en último término una combinación de molde permanente metálico y
molde perdido. Después de la aplicación de la capa 12 se colocan las
mitades 13, 14 del cuerpo del molde una sobre otra, con lo que se
cierra el molde de fundición 1 y se puede introducir masa
fundida.
fundida.
El procedimiento según la invención es adecuado
especialmente para la fabricación de componentes de carrocería de
acero de una estructura de bastidor portante de vehículo automóvil,
estando configurado el componente de carrocería como una pieza de
fundición de acero de pared delgada. Mediante el empleo de acero
fino como material de fundición se pueden lograr valores de
resistencia especiales. En principio, se pueden emplear clases
diferentes de acero fino. Preferiblemente, se utiliza un acero fino
con una resistencia de al menos 400 MPa y una dilatación a la
rotura de aproximadamente un 25%. Por ejemplo, se puede emplear un
acero fino que, aparte de hierro, contenga también 0,1% a 0,3%,
especialmente alrededor de 0,2% de carbono, 3% a 7%, especialmente
alrededor de 5% de manganeso, 0,2% a 0,6%, especialmente alrededor
de 0,4% de silicio, 15% a 26%, especialmente alrededor de 21% de
cromo, 0,5% a 1,7%, preferiblemente alrededor de 1,1% de níquel,
0,3% a 0,7%, especialmente alrededor de 0,5% de cobre y 0,08% a
0,18%, especialmente 0,13% de nitrógeno.
Claims (5)
1. Procedimiento de fundición para fabricar una
pieza fundida (2), especialmente un componente de fundición de
acero de pared delgada, empleando un molde de fundición (1), con una
capa delgada aplicada el menos en ciertas zonas sobre la estructura
de la superficie interior del molde de fundición (1) y hecha de
material base de molde (3) que presenta material de molde y
aglutinante para formar la cavidad de fundición, siendo consolidado
el material del molde por el aglutinante del proceso de fundición y
siendo transformado térmicamente el aglutinante durante la
fundición con anulación de las ligaduras entre las partículas del
material del molde, caracterizado porque se solidifica la
pieza fundida (2) durante un primer tiempo de permanencia en el
molde de fundición (1) y porque la pieza fundida (2) permanece
después de la solidificación durante un segundo tiempo de
permanencia adicional en el molde de fundición (1), porque el
segundo tiempo de permanencia adicional es un ciclo de fundición
adicional del proceso de fundición y porque la duración del segundo
tiempo de permanencia adicional se ajusta de tal manera que,
mediante el alargamiento del tiempo de permanencia de la pieza
fundida (2) en el molde de fundición (1), se garantice la
transformación térmica de todo el aglutinante.
2. Procedimiento de fundición según la
reivindicación 1, caracterizado porque el tiempo de
permanencia, por un lado, y el espesor de capa del material base
(3) del molde, por otro lado, se eligen en función del espesor de
pared de la pieza fundida (2) a obtener y/o en función del
comportamiento de solidificación de la masa fundida introducida en
el molde de fundición (1).
3. Procedimiento de fundición según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se prepara el
material base (3) del molde después de la fundición y porque la
preparación se limita a la separación entre el material del molde y
los residuos de combustión térmica del aglutinante, sin que sean
necesarios un paso de trituración y/o un tratamiento térmico.
4. Procedimiento de fundición según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
preparación del material base (3) del molde después de la fundición
se efectúa por medio de un cribado y/o un tamizado.
5. Procedimiento de fundición según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se aplica
neumáticamente el material base (3) del molde con ayuda de impulsos
de aire sobre la estructura de la superficie interior del cuerpo
(6) del molde y porque, preferiblemente, se hace que fragüe el
material base (3) del molde por vía química, de preferencia por
gaseado con un catalizador, durante y/o después de su aplicación
sobre el cuerpo (6) del molde.
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