ES2296166T3 - Procedimiento de colada de componentes de metal ligero segun el principio de colada por inclinacion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de colada de componentes de metal ligero según el principio de colada por inclinación, en el que se carga la masa fundida, mediante colada por arriba, en un canal de colada transversal situado en el lado longitudinal de un molde de colada, caracterizado porque se inclina primero el molde de colada (1) en un ángulo de 45º a 70º alrededor de su eje longitudinal (8), seguidamente se comienza la carga de la masa fundida en el canal de colada transversal (2) hasta que se ha cargado en dicho canal de colada transversal (2) aproximadamente un quinto de la masa fundida necesaria para la operación de colada, sin que entre ya la masa fundida en la cavidad de moldeo (9), y luego, mientras se sigue cargando continuamente masa fundida en el canal de colada transversal (2), se gira el molde de colada (1) desde la posición inclinada hasta la vertical de modo que la masa fundida pase del canal de colada transversal (2) a la cavidad de moldeo (9) a lo largo de una pared del molde decolada.

Description

Procedimiento de colada de componentes de metal ligero según el principio de colada por inclinación.

La invención concierne a un procedimiento de colada de componentes de metal ligero, preferiblemente de aleaciones de aluminio, según el principio de colada por inclinación. Un campo de aplicación preferido de la invención es la colada de culatas de aluminio y bloques de motor.

La colada por inclinación es un procedimiento conocido desde hace bastante tiempo para el llenado de un molde con masa fundida metálica mediante colada por gravedad en modo de colada descendente. Como ventaja especial de la colada por inclinación se destaca en la bibliografía que se puede evitar la proyección de salpicaduras del metal que eventualmente se presenta en la colada por gravedad mediante un guiado de la masa fundida metálica a lo largo de una pared del molde de colada (P Schneider, Kokillen für Leichtmetallguss, Giesserei-Verlag 1986, páginas 100 y siguientes). Particularmente en la colada de aleaciones de aluminio es necesario que la masa fundida sea transferida de la cuba de fusión o del recipiente de colada al molde en la forma más continua que sea posible para, por un lado, mantener una reacción tan pequeña como sea posible de los constituyentes de la aleación con el aire ambiente y, por otro lado, evitar pérdidas de temperatura durante la colada. Lo primero puede conducir a oclusiones en la pieza colada y lo último puede influir negativamente sobre la formación de la estructura. Sin embargo, en el caso de una carga rápida de la masa fundida hay que tener en cuenta que se pueden producir considerables remolinos y también formación de espuma. La consecuencia pueden ser oclusiones y porosidad en la pieza colada.

Se conocen por los documentos EP 0 656 819 B1 y EP 1 155 763 A1 un procedimiento y un dispositivo de colada rotativa, un procedimiento especial de colada por inclinación bajo un giro de 180º del molde. El molde de colada se dispone en esta solución con su bebedero mirando hacia abajo sobre un recipiente de colada y, después del llenado del recipiente de colada, se le une herméticamente al gas con una cantidad de masa fundida calculada para una operación de colada de modo que la masa fundida entre en la cavidad de moldeo al girar 180º el molde de colada y el recipiente de colada. El bebedero discurre a lo largo del eje longitudinal del molde de colada para conseguir que la entrada de la masa fundida se efectúe a través de una sección transversal del bebedero lo más grande posible en proporción a la sección transversal de la cavidad de moldeo. Mediante la solución descrita se deberá poder realizar, por un lado, de una manera especial, un llenado cuidadoso del molde sin proyección de salpicaduras del metal a fin de evitar cavidades, porosidades y oclusiones en la pieza colada incluso en el caso de piezas coladas complicadas, y, por otro lado, se deberá impedir ampliamente una reacción de constituyentes de aleación con el aire ambiente por medio del cierre hermético al gas de la cuba de colada y el molde. La realización de este procedimiento requiere un alto coste técnico, sin que, como se ha visto en la práctica, se alcancen plenamente los objetivos perseguidos, especialmente la evitación de cavidades y porosidades en piezas coladas complicadas, tales como, por ejemplo, culatas. El alto coste técnico afecta, por un lado, al equipo de colada rotativo en 180º con una cuba de colada independiente que se ha de unir con el molde en forma hermética al aire y, por otro lado, al molde de colada, en el que tienen que estar fijamente montados los machos inevitables en el caso de piezas coladas complicadas de modo que estos machos se mantengan inmovilizados en una posición estable incluso al producirse un giro de 180º del molde de colada.

El cometido de la presente invención consiste en el desarrollo de un procedimiento para la colada de componentes complicados de alto valor, hechos de metal ligero, preferiblemente de aleaciones de aluminio, con los cuales se eviten los inconvenientes del estado de la técnica. Esto significa que, sin un coste técnico considerable, se consigue un llenado del molde que, incluso en el caso de geometrías complicadas de los componentes, evita cavidades, porosidades y oclusiones en la pieza colada y crea condiciones favorables para la formación de la estructura durante la solidificación de la masa fundida, y que se minimizan reacciones no deseadas de constituyentes de la aleación con el aire ambiente o bien éstas no tienen ninguna influencia negativa sobre la calidad de la pieza colada.

Este problema se resuelve con un procedimiento según la primera reivindicación. A este fin, en un primer paso del procedimiento se hace que un molde de colada con bebedero mirando hacia arriba, en cuyo lado longitudinal está dispuesto un canal de colada transversal unido con el bebedero a través de salidas, sea inclinado en 45º a 70º alrededor de su eje longitudinal. El canal de colada transversal está dimensionado respecto de su volumen y configurado respecto de la disposición de las salidas hacia la cavidad de moldeo de modo que, estando el molde de colada con su canal de colada transversal inclinado en 45º a 70º alrededor de su eje longitudinal, en un segundo paso del procedimiento se pueda cargar en el canal de colada transversal aproximadamente un quinto de la masa fundida necesaria para la operación de colada, sin que la masa fundida entre ya en la cavidad de moldeo del molde de colada. Seguidamente, se invierte la inclinación del molde de colada hasta alcanzar la vertical mientras se sigue cargando continuamente masa fundida en el canal de colada transversal, entrando la masa fundida en la cavidad de moldeo a través de las salidas. Las salidas del canal de colada transversal hacia la cavidad de moldeo deberán estar dispuestas y configuradas aquí de modo que la masa fundida, tal como es usual en la colada por inclinación, entre en la cavidad de moldeo a lo largo de una pared lateral del molde. El procedimiento de colada según la invención se caracteriza porque la masa fundida, durante y después de la carga de la misma en el canal de colada transversal, pierde de momento en dicho canal de colada transversal una parte de su energía cinética proveniente de la carga de la misma y se estabiliza antes de que entre en la cavidad de moldeo. Esto se consigue especialmente debido a que se carga primeramente en el canal de colada transversal alrededor de un quinto de la masa fundida necesaria para una operación de colada y se estabiliza esta porción de masa fundida antes de que, mientras se sigue cargando continuamente masa fundida en el canal de colada transversal, se efectúe la operación de colada propiamente dicha, es decir, la entrada de la masa fundida en la cavidad de moldeo. Por tanto, está disponible considerablemente más tiempo para la carga de la masa fundida en el canal de colada transversal que el que es óptimo desde el punto de vista tecnológico y con miras a una alta calidad de colada para la entrada de la masa fundida en la cavidad de moldeo. La carga de la masa fundida en el canal de colada transversal puede efectuarse así con especial cuidado y minimizando turbulencias, pero especialmente evitando remolinos y formación de espuma, sin que sea necesario un incremento del tiempo que requiere la entrada de la masa fundida en la cavidad de moldeo. De este modo y debido a la entrada de la masa fundida en el bebedero a través de las aberturas de unión entre el canal de colada transversal y el bebedero, se consigue que no se introduzcan en la cavidad de moldeo ni espuma ni productos de reacción de constituyentes de la aleación con el aire ambiente que eventualmente floten sobre la masa fundida. Esta ventaja especial del procedimiento según la invención se consigue con un coste técnico relativamente pequeño. El procedimiento no requiere trabajar bajo gas protector ni tampoco exige procesos tecnológicos complicados y propensos a averías, tales como el amarre hermético de una cuba de colada o una rotación de 180º del molde de colada con el coste que se origina entonces respecto de la construcción del molde.

Por supuesto, para una carga cuidadosa y poco turbulenta de una porción prefijada de masa fundida en el canal de colada transversal es de especial importancia, aparte del tiempo de carga disponible, el ataque del chorro de masa fundida y el flujo de masa fundida en el canal de colada transversal. Es conveniente que el chorro de masa fundida ataque en una pared inclinada hacia afuera en un ángulo de 5º a 15º y aproximadamente perpendicular al eje de inclinación del molde de colada y del canal de colada transversal y que este chorro circule directamente o después de una o varias desviaciones en la dirección longitudinal del canal de colada transversal, debiendo estar bien redondeados los contornos de la zona de pared del canal de colada transversal que conduce el flujo de masa fundida. Las condiciones anteriormente citadas deberán observarse tanto al comienzo de la carga de masa fundida en el canal de colada transversal, es decir, mientras el molde de colada con su canal de colada transversal está inclinado en aproximadamente 45º a 70º alrededor de su eje longitudinal, como durante la inversión de la inclinación del molde de colada y del canal de colada transversal y durante la carga adicional entonces continua de masa fundida en el canal de colada transversal. Por este motivo, es favorable que el eje de inclinación en torno al cual se inclinan el molde de colada y el canal de colada transversal, discurra a través de la pared, preferiblemente la zona de la pared en la que ataca el chorro de masa fundida. Si esto no puede materializarse, el chorro de masa fundida tiene que adaptarse, por medio de un dispositivo de vertido controlable en su movimiento, al movimiento de la pared durante el proceso de inversión de la inclinación.

Otra mejora de la invención puede conseguirse cargando la masa fundida no directamente en el canal de colada transversal, sino en una cubeta de vertido dispuesta preferiblemente en un lado frontal del canal de colada transversal. De este modo, se pueden estabilizar ya en la cubeta de vertido las turbulencias inevitables durante la carga de la masa fundida, con lo que esta masa fundida entra en el canal de colada transversal sin turbulencias o sólo con pequeñas turbulencias. En este caso, una parte considerable de la energía cinética de la masa fundida que proviene de la carga de esta masa fundida puede ser eliminada ya en la cubeta de vertido.

A continuación, se explica la invención con más detalle ayudándose de un ejemplo de realización y haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

La figura 1, la representación esquemática de un molde de colada con canal de colada transversal lateralmente dispuesto y con una cubeta de vertido en el lado frontal del canal de colada transversal y una cuchara de colada posicionada como unidad de vertido,

La figura 2a, la sección transversal del molde de colada con canal de colada lateralmente dispuesto,

La figura 2b, el molde de colada inclinado en 50º con el canal de colada transversal lleno de masa fundida,

La figura 2c, el molde de colada parcialmente invertido en su inclinación con masa fundida entrando en la cavidad de moldeo, y

La figura 2d, el molde de colada totalmente invertido en su inclinación y lleno de masa fundida.

La figura 1 muestra esquemáticamente un molde de colada 1 para una culata con un canal de colada transversal 2 lateralmente dispuesto. En el lado frontal posterior del canal de colada transversal 2 está dispuesta una cubeta de vertido 3. El lado frontal posterior 4 de la cubeta de vertido 3 está inclinado hacia afuera bajo un ángulo de 10º con respecto a la vertical. El compartimiento interior del canal de colada transversal 2 está unido con la cavidad de moldeo del molde de colada 1 por medio de cuatro salidas 5. Sobre la cubeta de vertido 3 está posicionada una cuchara de colada 6 móvil en el espacio e inclinable alrededor de un eje transversal de modo que la masa fundida que sale de la cuchara de colada 6 ataque en el lado frontal posterior 4 de la cubeta de vertido 3, tal como se ilustra con la flecha 7, y entre en el canal de colada transversal 2 en la dirección longitudinal de la cubeta de vertido 3 y del canal de colada transversal 2. El molde de colada 1 puede ser inclinado alrededor del eje 8.

Las figuras 2a a 2d ilustran el procedimiento según la invención. La figura 2a muestra aquí, en primer lugar, la sección transversal del molde de colada 1 con el canal de colada transversal 2 lateralmente dispuesto y con la cavidad de moldeo 9. El compartimiento interior del canal de colada transversal 2 está unido con la cavidad de moldeo 9 a través de las salidas 5. La figura 2b muestra el molde de colada 1 inclinado en aproximadamente 50º alrededor del eje longitudinal 8. La masa fundida necesaria para la operación de colada es cargada continuamente en la cubeta de vertido 3 por medio de la cuchara de colada 6 controlable en su movimiento, concretamente de tal manera que el chorro 7 de masa fundida ataque en la pared frontal posterior 4 de la cubeta de vertido 3 inclinada en 10º hacia afuera con respecto a la vertical y, en una forma ampliamente exenta de remolinos, entre en el canal de colada transversal 2 en la dirección longitudinal de éste. El compartimiento interior del canal de colada transversal 2 se llena así de momento continuamente, sin que entre masa fundida en la cavidad de moldeo 9. La figura 2b ilustra este paso del procedimiento. Cuando el nivel de la masa fundida en el compartimiento interior del canal de colada transversal 2 alcanza las salidas 5 (aproximadamente un quinto de la masa fundida necesaria para la operación de colada se encuentra entonces en el compartimiento interior del canal de colada transversal 2), la masa fundida comienza a entrar en la cavidad de moldeo a través de las salidas 5 a lo largo de la pared lateral del moldeo de colada. Se invierte ahora continuamente la inclinación del molde de colada 1, cargándose continuamente más masa fundida de la cuchara de colada 6 en la cubeta de vertido 3 y, por tanto, en el canal de colada transversal 2, estabilizándose esta masa fundida en la cubeta de vertido 3 y en el canal de colada transversal 2 y penetrando en la cavidad de moldeo 9 a lo largo de la pared lateral y llenando esta cavidad, tal como muestra la figura 2c. La carga de la masa fundida y la inversión de la inclinación del molde de colada 1 están ajustadas una a otra de modo que se haya invertido completamente la inclinación del molde de colada 1 cuando se haya efectuado un llenado de la cavidad de moldeo 9 hasta el arranque de los alimentadores. Finalmente, se efectúa el llenado de los alimentadores hasta el nivel de masa fundida mostrado en la figura 2d.

Claims (6)

1. Procedimiento de colada de componentes de metal ligero según el principio de colada por inclinación, en el que se carga la masa fundida, mediante colada por arriba, en un canal de colada transversal situado en el lado longitudinal de un molde de colada, caracterizado porque se inclina primero el molde de colada (1) en un ángulo de 45º a 70º alrededor de su eje longitudinal (8), seguidamente se comienza la carga de la masa fundida en el canal de colada transversal (2) hasta que se ha cargado en dicho canal de colada transversal (2) aproximadamente un quinto de la masa fundida necesaria para la operación de colada, sin que entre ya la masa fundida en la cavidad de moldeo (9), y luego, mientras se sigue cargando continuamente masa fundida en el canal de colada transversal (2), se gira el molde de colada (1) desde la posición inclinada hasta la vertical de modo que la masa fundida pase del canal de colada transversal (2) a la cavidad de moldeo (9) a lo largo de una pared del molde de colada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la masa fundida se carga en una cubeta de vertido (3) dispuesta en el canal de colada transversal (2) y entra desde ésta en el canal de colada transversal (2).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la masa fundida pasa de la cubeta de vertido (3) al canal de colada transversal (2) en la dirección longitudinal de éste.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la masa fundida necesaria para una operación de colada se carga en el canal de colada transversal (2) o en la cubeta de vertido (3) por medio de un dispositivo de vertido (6) y, al retornar el molde de colada (1) de la posición inclinada a la vertical, se reajusta el dispositivo de vertido (6) al movimiento del canal de colada transversal (2) o de la cubeta de vertido (3) de modo que el chorro (7) de masa fundida ataque en una zona predeterminada de la pared (4) del canal de colada transversal (2) o de la cubeta de vertido (3).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el chorro (7) de masa fundida, al cargar la masa fundida en el canal de colada transversal (2) o en la cubeta de vertido (3), ataca en una pared (4) aproximadamente perpendicular al eje de inclinación (8) del molde de colada (1) y del canal de colada transversal (2).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el eje de inclinación (8) del molde de colada (1) y del canal de colada transversal (2) discurre a través de la pared (4) en la que ataca el chorro (7) de masa fundida.