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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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D23/006Casting by filling the mould through rotation of the mould together with a molten metal holding recipient, about a common axis

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.
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.
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Lista de signos de referencia
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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