ES2380071T3

ES2380071T3 - Pressure resistant male with an improved binder

Info

Publication number: ES2380071T3
Application number: ES08018459T
Authority: ES
Inventors: Manfred Laudenklos
Original assignee: KS Aluminium Technologie GmbH
Current assignee: KS Huayu Alutech GmbH
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2012-05-08
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: EP2082819B1; ATE536950T1; EP2082819A1; PL2082819T3; DE102008004929A1

Abstract

The pressure-resistant core for casting consists of a mixture of mainly water-soluble salts and a binder. It also has a protein combination with inorganic components added to the mixture. The mixture may contain 0.5-5 wt.% of this protein combination, preferably 2% of it. The protein combination with the inorganic components may be in the form of a gelatine.

Description

Macho resistente a la presión con un ligante mejorado Pressure resistant male with an improved binder

La invención se refiere a machos de sal hidrosolubles para fines de fundición, que se componen de una mezcla de sales hidrosolubles y un ligante. The invention relates to water-soluble salt males for casting purposes, which are composed of a mixture of water-soluble salts and a binder.

En diversos bienes que se fabrican mediante un procedimiento de fundición es preciso generar espacios huecos de moldeo en el interior de dichos bienes. Especialmente en la fundición de metales, en particular de metales ligeros y sus aleaciones, existen diferentes posibilidades de realizar la fundición de los bienes. Una posibilidad de diferenciar los procedimientos de fundición es la clasificación según procedimientos de fundición sin presión o bajo presión. En los procedimientos sin presión como por ejemplo la fundición por gravedad, un macho de molde de arena o sal compactada se dispone dentro del molde de fundición y se envuelve por colada con la masa fundida de metal, llenándose el molde de fundición y quedando encerrado el macho de molde. En los procedimientos de de fundición bajo presión, un problema principal consiste en producir un macho de molde resistente a la presión. El macho de molde, por una parte, tiene que ser resistente a la presión, pero por otra parte, también tiene que poder extraerse fácilmente tras obtener la pieza de fundición. Además, el macho de molde tiene que evitar la penetración del metal fundido líquido que lo envuelve. Generalmente, el metal líquido se introduce en el molde de fundición bajo alta presión, de modo que el macho de molde debe presentar, además de la alta resistencia a la presión, también una alta resistencia frente al metal líquido. In various goods that are manufactured by means of a casting process, it is necessary to generate hollow molding spaces inside said goods. Especially in the smelting of metals, in particular of light metals and their alloys, there are different possibilities of smelting the goods. One possibility of differentiating casting procedures is classification according to casting procedures without pressure or under pressure. In pressure-free processes such as gravity casting, a sand mold or compacted salt male is disposed within the casting mold and is cast by casting with the metal melt, the cast mold being filled and the mold being enclosed. mold male. In die casting procedures, a major problem is to produce a pressure resistant mold core. The mold male, on the one hand, has to be resistant to pressure, but on the other hand, it also has to be easily removed after obtaining the casting. In addition, the mold male has to avoid penetration of the liquid molten metal that surrounds it. Generally, the liquid metal is introduced into the foundry mold under high pressure, so that the mold male must have, in addition to the high pressure resistance, also a high resistance against the liquid metal.

Un campo de aplicación en el que se usan cuerpos de moldeo para la función son los pistones de motores de combustión interna. Especialmente en motores cargados y en motores diesel o de gasolina sometidos a altas solicitaciones, el calor originado en el pistón durante el proceso de combustión es tan grande que es necesaria una refrigeración intensa del pistón. En este caso, el pistón puede equiparse especialmente mediante un canal de refrigeración dispuesto en el fondo de pistón para que quede garantizada la evacuación necesaria del calor. A field of application in which molding bodies are used for the function are the internal combustion engine pistons. Especially in loaded engines and diesel or gasoline engines subjected to high stresses, the heat generated in the piston during the combustion process is so great that intense cooling of the piston is necessary. In this case, the piston can be specially equipped by means of a cooling channel arranged in the bottom of the piston so that the necessary evacuation of heat is guaranteed.

Para ello, durante la fundición, los machos de sal prefabricados se insertan en el molde de fundición que tienen la geometría del canal de refrigeración posterior y que tras la solidificación del metal se vuelven a expulsar enjuagando con agua y aire comprimido. Los machos de sal, sin embargo, resultan poco apropiados para la fundición por gravedad, porque son poco estables a la presión y al mismo tiempo tienden a la penetración, de modo que en el canal de refrigeración acabado se producen irregularidades o incluso pequeñas paredes de separación que obstaculizan el paso de aceite refrigerante. Para evitar la filtración de masa fundida de metal en el macho de sal y configurar el macho de sal al mismo tiempo de forma resistente a la presión, se dieron a conocer diversos procedimientos. To do this, during casting, the prefabricated salt males are inserted into the foundry mold that have the geometry of the rear cooling channel and that after solidification of the metal are expelled again by rinsing with water and compressed air. Salt males, however, are not very suitable for gravity casting, because they are not very stable to pressure and at the same time tend to penetrate, so that irregularities or even small walls of the finished cooling channel occur separation that impede the passage of refrigerant oil. In order to avoid the filtration of molten metal in the salt male and to configure the salt male at the same time in a pressure resistant manner, various procedures were disclosed.

Por el documento DE102004006600B4 se conoce un procedimiento para la fabricación de un macho de sal genérico en el que al macho de sal se añade mezclando entre 0,5 % y 5% de un ligante que contiene fosfato. De esta forma, se consigue que el ligante se polimerice bajo una alta presión de aprox. 800 bares y a una temperatura elevada de aprox. 350ºC, pudiendo producirse también una fusión parcial del ligante, de modo que queda formado un macho de sal estable a la presión y resistente al metal líquido. From DE102004006600B4 a process is known for the manufacture of a generic salt male in which the salt male is added by mixing between 0.5% and 5% of a phosphate containing binder. In this way, the binder is polymerized under a high pressure of approx. 800 bars and at an elevated temperature of approx. 350 ° C, a partial fusion of the binder can also occur, so that a pressure stable salt and liquid metal resistant is formed.

La invención tiene el objetivo de proporcionar un macho de sal mejorado y un procedimiento para fabricar un macho de sal hidrosoluble, con el que pueda fabricarse un macho de sal que pueda eliminarse fácilmente, que presente una buena estabilidad frente al metal colado alrededor de él y que al mismo tiempo permita una reducida penetración del metal líquido. Además, el procedimiento debe ser económico y poder integrarse en la secuencia del procedimiento existente. The invention has the objective of providing an improved salt male and a method for manufacturing a water soluble salt male, with which a salt male that can be easily removed can be manufactured, which has a good stability against the cast metal around it and which at the same time allows a reduced penetration of the liquid metal. In addition, the procedure must be economical and can be integrated into the sequence of the existing procedure.

Según la invención, este objetivo se consigue porque la mezcla formada por sales hidrosolubles y un ligante contiene adicionalmente una combinación de proteínas con componentes inorgánicos. En experimentos se ha demostrado que mediante la adición de una combinación de proteínas de este tipo con componentes inorgánicos que por ejemplo puede existir en forma de una gelatina, se logra aumentar la resistencia, especialmente la seguridad contra la rotura, de los macho de sal según la invención. According to the invention, this objective is achieved because the mixture formed by water-soluble salts and a binder additionally contains a combination of proteins with inorganic components. In experiments it has been shown that by adding a combination of proteins of this type with inorganic components that, for example, can exist in the form of a jelly, it is possible to increase the resistance, especially the safety against breakage, of the salt male according to the invention.

Se ha demostrado que se consiguen buenos resultados si la mezcla contiene de 0,5 a 5% en peso, especialmente un 2% aproximadamente de la combinación de proteínas con componentes inorgánicos. It has been shown that good results are achieved if the mixture contains 0.5 to 5% by weight, especially about 2% of the combination of proteins with inorganic components.

Como ligante se elige preferentemente un fosfato inorgánico o una mezcla de fosfatos inorgánicos. Usando este tipo de ligantes que contienen fosfato se consigue que el macho de sal oponga una mayor resistencia al metal líquido y además se caracteriza por una excelente lisura superficial, de modo que se evita la penetración del metal líquido. Al añadir mezclando un ligante usual en el mercado, a base de fosfato, el macho de sal puede fabricarse de forma muy económica y además se puede integrar en la secuencia de fabricación del procedimiento de fundición sin necesidad de pasos de procedimiento adicionales. As the binder, an inorganic phosphate or a mixture of inorganic phosphates is preferably chosen. Using this type of phosphate-containing binders, the salt male has a greater resistance to the liquid metal and is also characterized by excellent surface smoothness, so that the penetration of the liquid metal is avoided. By adding a phosphate-based binder by mixing, the salt male can be manufactured very economically and can also be integrated into the smelting process manufacturing sequence without the need for additional process steps.

La parte del ligante asciende preferentemente a entre 0,5 y 10% en peso de la mezcla. Como ligantes que The part of the binder preferably amounts to between 0.5 and 10% by weight of the mixture. As binders that

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contienen fosfato pueden usarse, por ejemplo, fosfatos en forma del hexametafosfato de sodio que también se comercializa bajo el nombre comercial Budit 6, del borofosfato monohidratado que se comercializa bajo el nombre comercial usual en mercado FFB 761, del hidrogenoortofosfato de monoaluminio que se comercializa bajo el nombre comercial FFB 716, o de una combinación de boratos y fosfatos inorgánicos que se comercializan bajo el nombre comercial FFB 102 y de los que forman parte, por ejemplo, los fosfatos de monozinc. Phosphate-containing phosphates can be used, for example, phosphates in the form of sodium hexametaphosphate which is also marketed under the trade name Budit 6, of the monohydrate borophosphate which is marketed under the usual commercial name in the market FFB 761, of the monoaluminium hydrogen phosphate which is marketed under the trade name FFB 716, or a combination of inorganic borates and phosphates that are marketed under the trade name FFB 102 and of which, for example, monozinc phosphates are part.

Para elaborar el macho de sal, en primer lugar, una combinación de proteínas se mezcla con componentes inorgánicos, por ejemplo en forma de una gelatina con el ligante a base de fosfato. Se mezcla hasta obtener una mezcla homogénea. A continuación, la mezcla formada por la combinación de proteínas y el ligante se mezcla homogéneamente, por ejemplo con sal de mesa, para elaborar la mezcla acabada para el macho de sal. Los componentes están dimensionados de tal forma que la parte de la combinación de proteínas corresponda a entre 0,5 y 5 %, especialmente al 2% de la mezcla del macho de sal, y que la parte del ligante corresponda a entre 0,5 y 10 %, especialmente entre 0,5 y 5 % en peso. To make the salt male, first of all, a combination of proteins is mixed with inorganic components, for example in the form of a gelatin with the phosphate-based binder. Mix until a homogeneous mixture is obtained. Next, the mixture formed by the combination of proteins and the binder is mixed homogeneously, for example with table salt, to make the finished mixture for the salt male. The components are sized so that the part of the protein combination corresponds to between 0.5 and 5%, especially 2% of the mixture of the salt male, and that the part of the binder corresponds to between 0.5 and 10%, especially between 0.5 and 5% by weight.

La mezcla de sal elaborada de esta forma se introduce en una herramienta de moldeo para formar el macho de sal. La herramienta de moldeo es un molde durable que puede constituir por ejemplo un canal de refrigeración para un pistón o un bloque de motor. En la herramienta de moldeo, la mezcla de sal se compacta durante hasta un minuto bajo una presión de aprox. 800 bares y a una temperatura elevada de aprox. 200ºC para ligar el macho de sal. Bajo la alta presión y el influjo de la temperatura elevada se polimeriza el ligante, de modo que queda formado un macho de sal estable a la presión, resistente frente al metal líquido. Por la polimerización o la fusión parcial del ligante se produce una superficie muy lisa en el macho de sal que evita la penetración del metal líquido en el macho de sal. En machos de sal con masas más pequeñas, por ejemplo machos de sal para canales de refrigeración en pistones resultan unos tiempos de fabricación o de moldeo para los machos de sal inferiores o iguales a un minuto. En el caso de masas más grandes como por ejemplo machos de sal para la fundición de bloques de motor resultan unos tiempos de moldeo de hasta 5 minutos, aproximadamente. The salt mixture made in this way is introduced into a molding tool to form the salt core. The molding tool is a durable mold that can constitute, for example, a cooling channel for a piston or an engine block. In the molding tool, the salt mixture is compacted for up to one minute under a pressure of approx. 800 bars and at an elevated temperature of approx. 200 ° C to bind the salt male. Under the high pressure and the influence of the elevated temperature the binder is polymerized, so that a pressure stable salt male is formed, resistant to the liquid metal. The polymerization or partial fusion of the binder produces a very smooth surface in the salt core that prevents the penetration of the liquid metal in the salt core. In salt males with smaller doughs, for example, salt mats for piston cooling channels result in manufacturing or molding times for salt males less than or equal to one minute. In the case of larger masses such as salt mats for casting engine blocks, molding times of up to about 5 minutes result.

Por el uso del ligante que contiene fosfato, el macho de sal se disuelve fácilmente y se puede expulsar muy fácilmente del componente fundido mediante el enjuague con agua. En la presente forma, el ligante de fosfato y la sal son hidrosolubles, pero al mismo tiempo ofrecen la ventaja de un macho de sal estable a la presión y con una superficie resistente. Por lo tanto, se pueden fabricar piezas de fundición que presenten contornos destalonados y que estén libres de penetraciones que hagan rugosa la superficie de la pieza de moldeo acabado, o incluso de paredes de separación por roturas en los machos de sal. By using the phosphate-containing binder, the salt male dissolves easily and can be easily expelled from the molten component by rinsing with water. In the present form, the phosphate binder and the salt are water soluble, but at the same time they offer the advantage of a pressure stable salt male with a resistant surface. Therefore, castings can be manufactured that have contoured contours and are free of penetrations that make the surface of the finished molding piece rough, or even break walls in the salt mats.

Otra ventaja se consigue porque durante la colada, por ejemplo de aluminio líquido, alrededor de los machos de sal elaborados según la invención se producen unas temperaturas del rango de aprox. 700 ºC que a su vez conducen a una polimerización de la superficie y que, por tanto, contrarrestan la penetración del aluminio líquido en el macho de sal. Another advantage is achieved because during the casting, for example of liquid aluminum, temperatures of the range of approx. 700 ° C which in turn lead to a polymerization of the surface and, therefore, counteract the penetration of liquid aluminum into the salt core.

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Claims

1.-Male of water-soluble salt for casting purposes, which is composed of a mixture of water-soluble salts and a binder, characterized in that the mixture additionally contains a combination of proteins with inorganic components.

2. A water-soluble salt male according to claim 1, characterized in that the mixture contains 0.5 to 5% by weight of the combination of proteins with inorganic components.

3. Water-soluble salt male according to claim 2, characterized in that the mixture contains 2% of the combination of proteins with inorganic components.

4. Water-soluble salt male according to one of the preceding claims, characterized in that the combination of proteins with inorganic components is a gelatin.

5. Water-soluble salt male according to one of the preceding claims, characterized in that the binder is an inorganic phosphate or a mixture of inorganic phosphates.

6. Water-soluble salt male according to claim 5, characterized in that the part of the binder is between 0.5 and 10% by weight.

7. A water-soluble salt male according to claim 5, characterized in that the part of the binder is between 0.5 and 5% by weight.

8. Water-soluble salt male according to claim 5 or 6, characterized in that the inorganic phosphate contains a monoaluminium hydrogen orthophosphate.

9. A water-soluble salt male according to one of claims 5 to 8, characterized in that the inorganic phosphate comprises a monohydrated borophosphate.

10. Water-soluble salt male according to one of claims 5 to 9, characterized in that the inorganic phosphate contains a sodium polyphosphate.

11. Water-soluble salt male according to one of claims 5 to 9, characterized in that the inorganic phosphate contains a sodium hexametaphosphate.

12.-Procedure for manufacturing a water-soluble salt male in which water-soluble salts are mixed with a binder, the mixture is introduced into a molding tool to form a salt male and the mold male is compacted under pressure and / or a high temperature, characterized in that 0.5 to 5% of a combination of proteins with inorganic components is added to the mixture.

13. Method according to claim 12, characterized in that the combination of proteins with inorganic components is homogeneously mixed with the binder and then the mixture is mixed with the salts.

14. Method according to claim 12 or 13, characterized in that the mixture formed by the combination of proteins with inorganic components and the binder is homogeneously mixed with table salt.

15. Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that a monoaluminium phosphate is used as a binder.

16. Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the mixture is compacted in the molding tool and heated to 200 ° C.

17. Process according to one of claims 12 to 16, characterized in that the salts used in the mixture are chlorides, sulfates and borates of alkali or alkaline earth metals.