ES2346999T3 - Procedimiento para fabricar una pluralidad de componentes, en particular compuestos de aluminuro de titanio, y dispositivo para llevar a cabo este procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar una pluralidad de componentes, en particular compuestos de un aluminuro de titanio, en el cual una masa fundida del material del que debe componerse el componentes es introducida en cáscaras de moldeo (3) que reproducen en negativo los componentes y que son retiradas después de la solidificación de la masa fundida, en lo cual para introducir una masa fundida en una cáscara de moldeo ésta se coloca con la parte superior hacia abajo sobre el borde de un crisol (6) lleno con la masa fundida, de manera que el crisol y la cáscara de moldeo encierran un espacio hueco común, y después de esto la disposición de crisol y cáscara de moldeo es girada más de 90º sobre un eje horizontal, caracterizado porque las cáscaras de moldeo son alimentadas individualmente a un aparato de fundición con una cadencia de trabajo predeterminada, y la masa fundida en cada caso en la cantidad que se requiere para llenar una cáscara de moldeo es producida en concurrencia en el mismo ciclo de trabajo a partir de un lingote de tamaño adecuado en un crisol dentro de una cámara de fusión (7) directamente preconectada a una cámara de colada (1) y el crisol lleno con la masa fundida es transferido a la cámara de colada para el vertido, y porque en el siguiente ciclo una nueva cáscara de moldeo y un nuevo crisol son introducidos en la cámara de colada.
Description
Procedimiento para fabricar una pluralidad de
componentes, en particular compuestos de aluminuro de titanio, y
dispositivo para llevar a cabo este procedimiento.
El invento se refiere por una parte a un
procedimiento para fabricar una pluralidad de componentes, en
particular compuestos de aluminuro de titanio según el preámbulo de
la reivindicación 1. Componentes típicos, que se fabrican según un
procedimiento de este tipo, son por ejemplo álabes de turbina o
ruedas para turbocompresores.
En principio se procede en ello como sigue. Un
número lo mayor posible de cáscaras de moldeo son reunidas formando
un árbol, construyéndose primero un molde positivo de cera, que
reproduce tanto los componentes individuales como los canales de
alimentación. La forma negativa sirve para producir una cáscara de
moldeo múltiple de cerámica, que dispone de un manguito de entrada
central y con la cual puede producirse en una colada un número de
componen-
tes correspondiente al número de cáscaras de moldeo individuales en la cáscara de moldeo múltiple. Para llenar es-
ta cáscara de moldeo múltiple se funde una cantidad mayor de material y se introduce en la cáscara de moldeo múltiple.
tes correspondiente al número de cáscaras de moldeo individuales en la cáscara de moldeo múltiple. Para llenar es-
ta cáscara de moldeo múltiple se funde una cantidad mayor de material y se introduce en la cáscara de moldeo múltiple.
Este proceso requiere mucho tiempo y mucho
personal, puesto que la forma negativa debe hacerse a mano. Además
se necesita una gran cantidad de cerámica para la fabricación de la
cáscara de moldeo múltiple, puesto que ésta no sólo debe reproducir
los componentes individuales, sino también la alimentación. Incluso
se necesita más material de colada para llenar la cáscara de moldeo
múltiple que para los propios componentes, puesto que una parte del
material de colada también llena las alimentaciones. Esta parte se
pierde, lo que particularmente en caso de materiales caros como el
TiAl lleva a un correspondiente encarecimiento de los
componentes.
Además una forma de proceder semejante no es
apropiada para todos los materiales, puesto que determinados
materiales se solidifican parcialmente ya en su recorrido a través
de los canales hacia las cáscaras de moldeo individuales. Esto es
válido en particular para los denominados compuestos intermetálicos
como por ejemplo el aluminuro de titanio, siendo sin embargo este
material precisamente preferido para los componentes arriba
mencionados, puesto que es muy resistente al calor, estable y sin
embargo especialmente ligero.
Un procedimiento según el preámbulo de la
reivindicación 1 está descrito en el documento DE 199 59 960, según
el cual la colada de piezas individuales se efectúa produciéndose
una masa fundida en justamente la cantidad requerida para el
componente y colándose en una cáscara de moldeo. Este proceso puede
repetirse para la producción de demás componentes.
El documento GB 633 946 muestra una disposición
de colada en la cual se coloca un molde de colada con la parte
superior por encima de un crisol lleno con una masa fundida y a
continuación la disposición se gira, de manera que el molde de
colada es llenado desde el crisol con la masa fundida.
Una instalación de gran tamaño que trabaja de
manera similar, y en la cual en el molde de colada están colocadas
varias cáscaras de moldeo para reproducir varias piezas de moldeo
individuales, está mostrada en el documento DE 196 07 805 C1. Aquí
se presentan los problemas arriba mencionados.
El invento se basa por eso en el problema de
presentar un procedimiento de fundición que sobre todo sea apropiado
para fabricar componentes de compuestos intermetálicos y que además
de esto independientemente del material empleado en cada caso
posibilite una producción económica a gran escala de
componentes.
Para la solución del problema el invento prevé
que las cáscaras de moldeo sean alimentadas a un dispositivo de
fundición con una cadencia de trabajo predeterminada, y la masa
fundida en cada caso en la cantidad que se requiere para llenar una
cáscara de moldeo sea producida en concurrencia en el mismo ciclo de
trabajo a partir de un lingote de tamaño adecuado en un crisol
dentro de una cámara de fusión directamente preconectada a una
cámara de colada y el crisol lleno con la masa fundida sea
transferido a la cámara de colada para el vertido, y que en el
siguiente ciclo una nueva cáscara de moldeo y un nuevo crisol sean
introducidos en la cámara de colada.
El invento por lo tanto se aparta del concepto
de la colada simultánea de una pluralidad de componentes y pasa a
un concepto lineal de piezas individuales, en el cual las cáscaras
de moldeo son llenadas por ciclos, siendo preparada en concurrencia
la cantidad de masa fundida requerida en cada caso.
En este concepto la masa fundida puede penetrar
con un corto recorrido en la cáscara de moldeo, de manera que ahora
de ningún modo pueden producirse solidificaciones parciales en el
recorrido hacia la cáscara de moldeo. Los porcentajes de chatarra
se reducen de este modo considerablemente.
Puesto que los componentes se fabrican en ciclos
según el invento, también pueden realizarse y dado el caso
automatizarse por ciclos controles de calidad en los componentes
individuales, de manera que el proceso en conjunto se puede manejar
y controlar mejor.
Puesto que las cáscaras de moldeo en cada caso
sólo deben reproducir el componente, pero no los canales de
alimentación a la cáscara de moldeo, el consumo de cerámica o del
material de fundición está marcadamente reducido, de manera que
aquí también debe esperarse una reducción de los costes por número
de piezas.
La cadencia notificada de la instalación debe
ser aproximadamente 1 minuto por componente o menos. Esto resulta
posible según el invento, porque:
- 1.
- Los componentes son colados y mecanizados individualmente;
- 2.
- la cantidad de material requerida en cada caso corresponde al volumen del componente y por lo tanto se alcanzan tiempos de fusión cortos;
- 3.
- una instalación para la realización del procedimiento se puede construir compacta y por lo tanto la masa fundida penetra con corto recorrido en la cáscara de moldeo;
- 4.
- la colada y la solidificación se realizan rápidamente, de manera que sólo se producen pequeñas reacciones del material de colada (en particular TiAl) con la cerámica de la cáscara de moldeo; y
- 5.
- las cámaras de la instalación presentan volúmenes pequeños y con ello
- 6.
- en caso de una colada bajo vacío se alcanzan tiempos de evacuación pequeños.
Puesto que, como se ha explicado, la cantidad de
masa fundida en cada caso se prepara en concurrencia, el invento
prevé preferentemente que los crisoles tengan sólo un tamaño
correspondiente. Tales crisoles, que se componen de poco material
de crisol, pueden ser calentados rápidamente, de manera que tampoco
aquí se produce ningún desperdicio de energía innecesario.
Preferentemente los crisoles sólo se emplean una vez, de manera que
las contaminaciones que dado el caso se produzcan no se transmiten a
la siguiente masa fundida.
Precisamente en el caso de los compuestos
intermetálicos la cuestión está en que el proceso de colada se
efectúe relativamente rápido. El invento prevé por eso que la masa
fundida no sea colada en un chorro, sino que sea volcada en la
cáscara de moldeo. Para ello la cáscara de moldeo se coloca con la
parte superior hacia abajo sobre el borde del crisol lleno con la
masa fundida, de manera que crisol y cáscara de moldeo encierren un
espacio hueco común, y que después de esto la disposición de crisol
y cáscara de moldeo sea girada sobre un eje horizontal más de 90º,
preferentemente 180º.
Si el movimiento de giro se realiza rápidamente,
el material fundido se vuelca o cae en la cáscara de moldeo, con lo
cual la masa fundida por su propio peso y por la energía de caída
absorbida penetra con fuerza en la cáscara de moldeo y llena
limpiamente incluso las más pequeñas formas en la cáscara de
moldeo.
Puesto que para el vuelco sólo se requiere un
brevísimo tiempo, sólo se produce una solidificación cuando el
material se encuentra totalmente dentro de la cáscara de moldeo.
Las cáscaras de moldeo pueden realizarse como
cáscaras de molde perdido, que son alimentadas vacías por ciclos a
los aparatos de colada y se retiran de nuevo llenas. Tales cáscaras
de moldeo se componen preferentemente de una cerámica, como se ha
mencionado antes.
Puede también pensarse sin embargo en realizar
las cáscaras de moldeo como moldes permanentes de dos partes. Esto
se propone particularmente si la solidificación se efectúa
relativamente rápido, casi en el ciclo predeterminado de los
aparatos de colada. En este caso el molde permanente únicamente
necesita ser abierto después de la solidificación, de manera que el
componente solidificado cae fuera. Si la solidificación tuviera que
durar más tiempo que un posible ciclo de trabajo, también pueden
ponerse en uso alternativamente dos o tres moldes permanentes.
El invento se refiere además a un dispositivo
para realizar el procedimiento anteriormente descrito. El
dispositivo se compone de una cámara de colada, en la cual por
ciclos pueden prepararse un crisol con material fundido y una
cáscara de moldeo, y de un dispositivo de colada en la cámara de
colada para unir el crisol y la cáscara de moldeo el uno con la
otra de tal manera que la cáscara de moldeo volcada asienta sobre el
borde del crisol, y para bascular sobre un eje horizontal más de
90º la cáscara de moldeo unida con el crisol. A la cámara de colada
está preconectada una cámara de fusión, en la cual pueden ser
introducidos por ciclos los crisoles llenados con un lingote para
fundir el lingote en el crisol. Un dispositivo de alimentación sirve
para transferir los crisoles desde la cámara de fusión a la cámara
de colada.
En la cámara de colada por lo tanto por medio de
la instalación de colada se "casan" unos con otras crisoles y
cáscaras de moldeo, acto seguido se vuelcan, de manera que la masa
fundida penetra en la cáscara de moldeo, y a continuación se
separan de nuevo unos de otras. Es decisivo que el proceso se
efectúe por ciclos, de manera que en un proceso siempre igual pueda
ser producida una pluralidad de componentes. Puesto que el proceso
en sí es muy sencillo y funciona de manera relativamente sencilla,
no son de esperar perturbaciones en el desarrollo.
Para que el material de colada sea mantenido en
un estado fundido sólo por un tiempo relativamente corto, el
invento prevé que a la cámara de colada sea preconectada
directamente una cámara de fusión, en la cual se introduce por
ciclos un crisol provisto en cada caso de un lingote y se somete a
una energía de fusión, que llega a fundir el lingote. Tan pronto
como el material está en forma fundida, el crisol es transferido
desde la cámara de fusión a la cámara de colada y puede ser unido
con la cáscara de moldeo de la manera antes descrita. Para fundir
el lingote se prevé preferentemente una calefacción por inducción,
que está prevista en la cámara de fusión y en la cual se introducen
por ciclos los crisoles.
Como ya se ha mencionado, en el caso de las
cáscaras de moldeo puede tratarse de moldes perdidos. En este caso
la cámara de colada tiene un dispositivo de alimentación, por medio
del cual son alimentadas por ciclos las cáscaras de moldeo.
Alternativamente a esto en la cámara de colada pueden preverse
también una o varias cáscaras de molde permanente de dos
partes.
Para impedir contaminaciones de la masa fundida,
la cámara de colada puede estar diseñada como cámara de vacío, que
en este caso está provista de las correspondientes esclusas.
Para evitar solidificaciones del material antes
del vuelco, el dispositivo de colada puede estar provisto de una
instalación de calefacción, con la cual el crisol y/o la cáscara de
moldeo son calentados hasta la colada.
A continuación el invento debe ser explicado en
detalle con ayuda de un ejemplo de realización. Para ello
muestran:
La Figura 1 una representación general de una
instalación, con la cual puede realizarse el procedimiento según el
invento;
la Figura 2 la unión del crisol con una cáscara
de moldeo en un soporte.
En primer lugar se hace referencia a la Figura
1.
El centro de la instalación está formado por una
cámara de colada 1, que dado el caso dispone de una conexión de
vacío 2, de manera que la colada se efectúa bajo vacío. A través de
esta cámara de colada 1 pasan por ciclos en una dirección cáscaras
de moldeo 3, que por un lado son alimentadas a la cámara de colada 1
a través de una esclusa 4 y por el otro lado son hechas salir a
través de otra esclusa 5. Transversalmente a ello los crisoles 6
son conducidos a través de la cámara de colada 1, siendo los
crisoles 6 llenados con un lingote alimentados a la cámara de
colada 1 a través de una tercera esclusa 7, que sirve a la vez como
cámara de fusión, y siendo retirados vaciados de la cámara de
colada 1 a través de una cuarta esclusa 9. También la primera
esclusa 4 para cáscaras de moldeo puede ser realizada como cámara de
calefacción, para precalentar las cáscaras de moldeo.
La fusión del material en la cámara de fusión 7
se efectúa preferentemente por medio de una calefacción por
inducción, que aquí no está representada en detalle, pero que
pertenece al estado de la técnica y en general es conocida por el
experto. Las cáscaras de moldeo 3 y los crisoles 6 son transportados
en líneas transportadoras, que trabajan por ciclos
respectivamente.
En la cámara de colada 1 se reúnen
respectivamente en la forma mostrada en la Figura 2 un crisol 6 y
una cáscara de moldeo 3. Para ello existen robots o aparatos de
manipulación no mostrados aquí en detalle, que colocan la cáscara
de moldeo 3 volcada sobre un crisol 6, de manera que se forma un
espacio hueco común 10. En el crisol 6 se encuentra la masa fundida
11, que es justamente suficiente para llenar la cáscara de moldeo 3.
La cáscara de moldeo 3 es de grande justamente para reproducir el
componente. Un canal de alimentación 12 se mantiene tan corto como
sea posible.
En la cáscara de moldeo 3 se encuentra
únicamente un talón 13 con un escalón 14, que encaja exactamente
sobre el borde del crisol 6. En caso necesario pueden preverse
abrazaderas, para unir firmemente el crisol 6 y la cáscara de
moldeo 3. Para ello es apropiado por ejemplo un bastidor 15, que
está indicado esquemáticamente en la Figura 2 y que dispone de
resaltes 16, 17, que por una parte están apoyados en la cabeza de la
cáscara de moldeo 3 o en el fondo del crisol 6.
El bastidor 15 dado el caso está previsto de
espirales de calefacción 18, que están dispuestas tanto alrededor
del crisol 6 como de la cáscara de moldeo 3 y tienen que mantener la
disposición a una temperatura de colada adecuada.
Para llenar la cáscara de moldeo 3 el bastidor
15 es girado sobre un eje horizontal 20, que se desarrolla por
ejemplo a través de la unión entre la cáscara de moldeo 3 y el
crisol 6. Tras un rápido giro de 180º la cáscara de moldeo 3 se
encuentra debajo del crisol 6, de manera que la masa fundida 11 se
vuelca dentro de la cáscara de moldeo 3.
Después de esto el dispositivo de manipulación
separa el crisol 6 vaciado y la cáscara de moldeo 3 llenada y
transporta éstos a través de la segunda o cuarta esclusa 5, 8 hacia
fuera de la cámara de colada 1, de manera que en el siguiente ciclo
pueden ser introducidos en la cámara de colada 1 una nueva cáscara
de moldeo 3 y un nuevo crisol 6 para llenar la cáscara de
moldeo.
Alternativamente al empleo de una cáscara de
molde perdido puede emplearse también una cáscara de molde
permanente, que preferentemente es de dos partes. En este caso en
el fondo de la cámara de colada 1 se encuentra una abertura
provista de una esclusa, a través de la cual la pieza de
construcción solidificada puede caer tras la apertura de la cáscara
de moldeo 3.
\vskip1.000000\baselineskip
- 1
- Cámara de colada
- 2
- Cierre de vacío
- 3
- Cáscara de moldeo
- 4
- Esclusa de alimentación
- 5
- Esclusa
- 6
- Crisol
- 7
- Cámara de fusión
- 8
- Esclusa
- 9
- Esclusa
- 10
- Espacio hueco
- 11
- Masa fundida
- 12
- Canal de alimentación
- 13
- Talón
- 14
- Escalón
- 15
- Bastidor
- 16, 17
- Resalte
- 18
- Espiral de calefacción
19
- 20
- Eje
Claims (12)
1. Procedimiento para fabricar una pluralidad de
componentes, en particular compuestos de un aluminuro de titanio,
en el cual una masa fundida del material del que debe componerse el
componentes es introducida en cáscaras de moldeo (3) que reproducen
en negativo los componentes y que son retiradas después de la
solidificación de la masa fundida, en lo cual para introducir una
masa fundida en una cáscara de moldeo ésta se coloca con la parte
superior hacia abajo sobre el borde de un crisol (6) lleno con la
masa fundida, de manera que el crisol y la cáscara de moldeo
encierran un espacio hueco común, y después de esto la disposición
de crisol y cáscara de moldeo es girada más de 90º sobre un eje
horizontal,
caracterizado porque
las cáscaras de moldeo son alimentadas
individualmente a un aparato de fundición con una cadencia de
trabajo predeterminada, y la masa fundida en cada caso en la
cantidad que se requiere para llenar una cáscara de moldeo es
producida en concurrencia en el mismo ciclo de trabajo a partir de
un lingote de tamaño adecuado en un crisol dentro de una cámara de
fusión (7) directamente preconectada a una cámara de colada (1) y el
crisol lleno con la masa fundida es transferido a la cámara de
colada para el vertido, y
porque en el siguiente ciclo una nueva cáscara
de moldeo y un nuevo crisol son introducidos en la cámara de
colada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los crisoles sólo se emplean una
vez.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la disposición es girada 180º sobre un
eje horizontal.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cáscara
de moldeo es una cáscara de molde perdido.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la cáscara de moldeo se compone de
cerámica.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la cáscara de
moldeo es un molde permanente de dos partes.
7. Dispositivo para realizar el procedimiento
según una de las reivindicaciones precedentes, con una cámara de
colada (1), en la cual pueden ser preparados por ciclos un crisol
(6) con material fundido (11) y una cáscara de moldeo (3),
con un dispositivo de colada en la cámara de
colada (1) para unir el crisol (6) y la cáscara de moldeo (3) el
uno con la otra de tal manera que la cáscara de moldeo (3) asienta
volcada sobre el borde del crisol (6), y para hacer bascular la
cáscara de moldeo (3) unida con el crisol (6) más de 90º sobre un
eje horizontal (20),
caracterizado por
una cámara de fusión (7) preconectada a la
cámara de colada (1) y en la cual para fundir el lingote en el
crisol pueden ser introducidos por ciclos los crisoles (6) llenados
con un lingote, y un dispositivo de alimentación para transferir
los crisoles (6) desde la cámara de fusión (7) a la cámara de colada
(1).
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque la cámara de fusión (7) está provista de
una calefacción por inducción.
9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque en el caso de la cáscara de moldeo (3)
se trata de un molde perdido.
10. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque la cáscara de moldeo (3) es una cáscara
de moldeo de dos partes.
11. Dispositivo según las reivindicaciones 7 a
10, caracterizado porque la cámara de colada (1) es una
cámara de vacío, que dispone de un cierre de vacío (2), al cual
está conectada una instalación de vacío.
12. Dispositivo según las reivindicaciones 7 a
11, caracterizado porque la cámara de colada está provista
de una calefacción.
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