ES2634203T3 - Procedimiento para la producción de piezas de fundición por medio de una técnica de fundición a partir de una masa fundida de metal - Google Patents

Procedimiento para la producción de piezas de fundición por medio de una técnica de fundición a partir de una masa fundida de metal Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la producción de piezas de fundición mediante la técnica de fundición a partir de una masa fundida de metal utilizando - un molde de fundición (5) dispuesto en una máquina de fundición (G) de manera que puede pivotar alrededor de un eje de pivotado con orientación horizontal (HS), que define un espacio interior hueco del molde (10) que refleja la respectiva pieza de fundición que se va a fundir, y que presenta - una tapa (9) que limita el espacio interior hueco del molde (10) por uno de sus lados, en la que está prevista por lo menos una abertura de llenado (13) para introducir la masa fundida de metal (S) dentro del espacio interior hueco del molde (10), - una pared lateral de referencia (7) que topa con la tapa (9), y que limita el espacio interior hueco del molde (10) por uno de sus lados mediante superficies de pared (24), en las que un plano principal (HE) de la pared lateral de referencia (7), que se extiende de manera axialmente paralela al eje de pivotado (HS), está dispuesto de tal manera que su orientación se aproxima al valor medio de las orientaciones (VW) de las superficies de pared (24), que en cada caso también se extienden en una dirección orientada de manera paralela al eje de pivotado (HS), - un fondo (6), cuyas superficies de fondo asociadas al espacio interior hueco del molde (10) reflejan la terminación en el lado del fondo de la pieza de fundición, y - una artesa (15), que en su lado de entrada para el vertido de la masa fundida de metal en la artesa (15) y en un lado de salida que topa con el lado de entrada y con el fondo de la artesa (15) está abierta respectivamente por lo menos por secciones, a través de la que la masa fundida de metal cargada en la artesa (15) fluye desde la artesa (15) al interior del molde de fundición (5) durante la operación de fundición, estando dispuesta la artesa (15) de tal manera junto al molde de fundición (5) que su lado de salida (16) queda adyacente a la tapa (9) del molde de fundición (5) y el fondo (18) de la artesa (15) está asociado a la pared lateral de referencia (7), solapándose la abertura de entrada (13) del molde de fundición (5) y la sección abierta del lado de salida (16) por lo menos mutuamente, caracterizado por las siguientes etapas de trabajo: - hacer pivotar el molde de fundición (5) a una posición de carga, en la que el plano principal (HE) de la pared lateral de referencia (7) forma, con el nivel del baño (BS) de una porción de masa fundida de metal (S) que se va a cargar en la artesa (15), un ángulo ß1 que es menor de 180°, y el nivel del baño (BS) de la porción de masa fundida de metal (S) que se va a cargar en la artesa (15) se encuentra por debajo de la abertura de llenado (13) del molde de fundición (5); - llenar la artesa (15) colocada en la posición de llenado con una porción de masa fundida de metal (S) suficiente para llenar el molde de fundición (5); y - hacer pivotar el molde de fundición (5) junto con la artesa (15) dispuesta junto al mismo alrededor del eje de pivotado (HS) en una dirección de pivotado en la que, debido al pivotado, la masa fundida de metal (S) fluye desde el artesa (15) al interior del molde de fundición (5), continuando el pivotado hasta que se haya alcanzado una posición final, en la que el molde de fundición (5) se ha llenado con la masa fundida de metal (S), y siendo el ángulo ß1 formado entre el plano principal (HE) de la pared lateral de referencia (7) y el nivel del baño (BS) de la porción de masa fundida de metal (S) respectiva contenida dentro de la artesa (15) siempre más pequeño que 180°, por lo menos hasta que la masa fundida que fluye al interior del molde de fundición (5) alcanza el fondo (6) del molde de fundición (5).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para la production de piezas de fundicion por medio de una tecnica de fundicion a partir de una masa fundida de metal
La presente invention se refiere a un procedimiento para la produccion de piezas de fundicion por medio de una tecnica de fundicion a partir de una masa fundida de metal de acuerdo con el concepto general de la revindication 1.
Un procedimiento de este tipo para la produccion por fundicion de piezas de fundicion se conoce por el documento US 5.704.413 A.
Un problema fundamental en la produccion por fundicion de piezas de fundicion a partir de una masa fundida de metal consiste en rellenar el molde con el material fundido llquido de tal manera que dentro de lo posible se mantenga reducido a un mlnimo la inclusion de aire y oxido en la pieza de fundicion. Adicionalmente, en muchas aplicaciones se quiere lograr un determinado desarrollo de la solidificacion, con el fin de lograr una configuration estructural que satisfaga los respectivos requisitos relacionados con la distribution de las propiedades mecanicas.
En particular en la fundicion de aleaciones de aluminio, a esto se suma que la masa fundida debe transferirse lo mas rapido posible de la cubeta de fundicion o el recipiente de colada al molde. De esta manera se evita que los componentes de la aleacion reaccionen con el oxlgeno ambiental y se formen oxidos duros. Al mismo tiempo, se quiere minimizar las perdidas de temperatura durante la fundicion, con el fin de asegurar una configuracion estructural optima. A estos requisitos se opone el peligro de que con un llenado rapido de la masa fundida en el molde se formen turbulencias importantes en la corriente de material fundido y se producen inclusiones de gas en la pieza fundida, por lo que se obstaculiza la formation de una estructura optima en la pieza fundida.
En particular en el ambito de la fundicion de piezas requeridas para la construction de motores de combustion interna, tales como culatas o carteres de ciguenal, a partir de una masa de metal ligero fundido, en particular una masa fundida de metal basada en aluminio, es particularmente importante un rellenado “tranquilo” y libre de turbulencias del respectivo molde de fundicion. De esta manera se puede minimizar la cantidad de oxidos y otras contaminaciones que flotan sobre el volumen de masa fundida a ser rellenado en el molde de fundicion y que de otra manera entrarlan en el molde de fundicion durante el vaciado. Para poder lograrlo, anteriormente se han desarrollado numerosas variantes del as! llamado procedimiento de “colada basculante”.
Una caracterlstica comun de los procedimientos de colada basculante conocidos es que el molde de fundicion se rellena a traves de un recipiente de masa fundida acoplado al mismo, en el que el molde se rellena con el contenido del recipiente de masa fundida a partir de una position inicial, en la que el recipiente de masa fundida cargado con la masa fundida que va a ser vaciada se gira alrededor de un eje de pivotado a una posicion final, por lo que, debido a este movimiento de pivotado, la masa fundida puede fluir al interior del molde de fundicion.
En una variante de la colada basculante, conocida por el documento EP 1 155 763 A1, un molde de fundicion con el lado de vertido orientado hacia arriba se monta sobre una placa de base y luego se gira con la placa de base aproximadamente 180° alrededor de un eje de pivotado horizontal, hasta que el lado de entrada del molde de fundicion queda orientado hacia abajo. Despues, un recipiente de colada, que para la carga del molde de fundicion esta rellenado con una portion suficiente de masa fundida, se acopla con su lado de salida de manera proxima al lado de entrada del molde de fundicion. Posteriormente, el molde de fundicion junto con el recipiente de colada acoplado se giran aproximadamente 180° alrededor de un eje de pivotado con orientation horizontal, de tal manera que la masa fundida fluye desde el recipiente de colada al molde de fundicion. Una vez que el proceso de vertido se haya completado, el recipiente de colada puede ser retirado del molde de fundicion. Los procedimientos de este tipo se conocen como procedimientos de fundicion por rotation debido al amplio recorrido de pivotado.
Por el documento DE 10 2004 015 649 B3 se conoce un procedimiento adicional para la colada basculante, con el que se funden componentes constructivos de metal ligero, en particular aleaciones de aluminio. En este procedimiento, la masa fundida se llena en colada de cabecera dentro de un canal transversal dispuesto en el lado longitudinal de un molde de fundicion. El molde de fundicion primero se voltea por un angulo de 45° a 70° alrededor de su eje longitudinal orientado horizontalmente. Despues comienza la carga de la masa fundida llquida en el canal transversal, hasta que aproximadamente una quinta parte de la masa fundida requerida para la fundicion del componente se haya cargado en el canal transversal, pero sin que la masa fundida ya fluya dentro del espacio interior hueco del molde de fundicion. Despues, el molde de fundicion bajo recarga constante de masa fundida se gira fuera de la posicion inclinada, de tal manera que la masa fundida fluye a lo largo de una pared del molde de fundicion al interior del espacio hueco del molde.
Por el documento DE 10 2008 015 856 A1 se conoce una variante adicional de un procedimiento para la fundicion de componentes constructivos de metal ligero de acuerdo con el principio de la colada basculante. En este procedimiento, la masa fundida se vierte dentro de un grupo constructivo asociado al molde de fundicion. Desde este grupo constructivo, la masa fundida fluye durante un movimiento basculante del molde de fundicion al interior del
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espacio hueco del molde. Debido a que el molde de fundicion se hace pivotar a partir de una posicion final mediante una maquina de fundicion asociada a una posicion inicial de hasta 90° alrededor de un eje de pivotado con orientacion horizontal, y debido a que el molde de fundicion luego puede ser desplazado en un intervalo de 0° a 90°, se pueden fundir componentes geometricamente exigentes con una buena configuracion estructural en el plazo de cortos tiempos de ciclo durante la solidifi cacion.
Por el documento DE 10 2010 022 343 A1 se conoce ademas un procedimiento para la fundicion basculante de componentes, en el que en una primera etapa de trabajo, un molde, que define un espacio interior hueco del molde para recibir una masa fundida de metal y que presenta por lo menos un estanque de colada, se hace pivotar desde una posicion inicial con el lado de vertido orientado hacia arriba en una primera direction de pivotado alrededor de un primer angulo de pivotado a una primera posicion de pivotado. Despues, el molde de fundicion se prepara para la fundicion de un nuevo componente mediante su limpieza, alisado y finalmente se dota con nucleos de fundicion. Luego, el molde de fundicion se hace pivotar en una segunda direccion de pivotado opuesta a la primera direccion de pivotado. En este movimiento pasa por la posicion inicial y se hace pivotar hasta una segunda posicion de pivotado, en la que el molde de fundicion, referido a la posicion inicial, presenta un segundo angulo de pivotado. Despues, el por lo menos un estanque de colada se carga para la fundicion del componente con la masa fundida de metal prevista para esto. Despues, el molde de fundicion junto con el estanque de colada se hace pivotar en la direccion opuesta hasta la posicion inicial, de tal manera que la masa fundida llquida fluye entre la segunda posicion de pivotado y la posicion inicial de manera laminar dentro del espacio interior hueco del molde de fundicion. Una ventaja de esta variante de la fundicion basculante serla que el estanque de colada estarla dispuesto relativamente lejos del operario, por lo que la radiation termica que actua sobre el operario es relativamente pequena. Al mismo tiempo, tambien este procedimiento conocido de fundicion basculante permitirla la fabrication de componentes de alta calidad mediante la tecnica de fundicion con tiempos de ciclo mas cortos y, por ende, un mayor rendimiento de production.
Ante este trasfondo del estado de la tecnica arriba descrito, el objetivo de la presente invention ha consistido en crear un procedimiento para la fabricacion de piezas de fundicion mediante la tecnica de fundicion, con el que se asegura una optima calidad de las piezas de fundicion mediante un rellenado optimizado adicionalmente del molde de fundicion, junto con un desarrollo optimizado de la solidification como resultado de esto.
De acuerdo con la presente invencion, este objetivo se logra siguiendo las etapas de trabajo mencionadas en la revindication 1 para la fundicion de piezas de fundicion a partir de una masa fundida de metal.
En un procedimiento de acuerdo con la presente invencion, para la produccion de piezas de fundicion mediante la tecnica de fundicion a partir de una masa fundida de metal, se emplea correspondientemente un molde de fundicion, que se encuentra colocado en una maquina de fundicion de manera que puede pivotar alrededor de un eje de pivotado con orientacion horizontal y a este respecto define un espacio interior hueco que refleja la forma de la pieza de fundicion que se va a fundir, y que ademas presenta una tapa que limita el espacio interior hueco por uno de sus lados, en la que esta prevista por lo menos una abertura de entrada para introducir la masa fundida de metal dentro del espacio interior hueco, as! como una pared lateral de referencia que topa con la tapa y que limita del espacio interior hueco por uno de sus lados mediante superficies de pared, en las que un plano principal de la pared lateral de referencia, que se extiende de manera axialmente paralela al eje de pivotado, esta dispuesto de tal manera que su orientacion se aproxima al valor medio de las orientaciones de las superficies de pared, que tambien se extienden respectivamente en una direccion orientada de manera paralela al eje de pivotado, y un fondo, cuyas superficies de fondo asociadas al espacio interior hueco reflejan la termination en el lado del fondo de la pieza de fundicion.
Adicionalmente, de acuerdo con la presente invencion se emplea una artesa, que en su lado de entrada para el vertido de la masa fundida de metal en la artesa y en un lado de salida que topa con el lado de entrada y con el fondo de la artesa esta abierta por lo menos por secciones, a traves de la que la masa fundida de metal cargada en artesa fluye desde la artesa al interior del molde de fundicion durante el proceso de fundicion.
De acuerdo con la presente invencion, en una primera etapa de trabajo la artesa se dispone junto al molde de fundicion de tal manera que su lado de salida queda adyacente a la tapa del molde de fundicion y el fondo de la artesa esta asociado a la pared lateral de referencia, y la abertura de entrada del molde de fundicion y la section abierta del lado de salida por lo menos se solapan entre si.
Despues, el molde de fundicion se hace pivotar a una posicion de carga, en la que el plano principal de la pared lateral de referencia forma, con el nivel del bano de una portion de masa fundida de metal que se va a cargar en la artesa, un angulo 131 menor de 180°, y el nivel del bano de la porcion de masa fundida de metal que se va a llenar en artesa se encuentra por debajo de la abertura de entrada del molde de fundicion.
Luego, la artesa que se encuentra en la posicion de carga, se llena con una porcion suficiente de masa fundida de metal para llenar el molde de fundicion.
Finalmente, el molde de fundicion se hace pivotar junto con la artesa dispuesta junto al mismo alrededor de un eje de pivotado en una direccion de pivotado, en la que debido al pivotado y al efecto de la fuerza de gravedad la masa
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fundida de metal fluye desde el artesa al interior del molde de fundicion, y el pivotado continua hasta que se alcanza una posicion final, en la que el molde de fundicion se ha llenado con la masa fundida de metal, y el angulo 131 respectivamente formado entre el plano principal de la pared lateral de referencia y el nivel del bano de la porcion de masa fundida de metal contenida dentro de la artesa siempre es mas pequeno que 180°, por lo menos hasta que la masa fundida que fluye al interior del molde de fundicion alcanza el fondo del molde de fundicion.
Con el procedimiento de acuerdo con la presente invencion, en comparacion con los procedimientos de fundicion de rotacion convencionales, en los que normalmente se recorre una trayectoria de pivotado de 180°, se logra un acortamiento sustancial de la trayectoria de pivotado. Esto resulta en un ahorro sustancial de tiempo en comparacion con los procedimientos mencionados.
Al mismo tiempo, tanto en comparacion con los procedimientos de fundicion de rotacion convencionales como tambien en comparacion con los procedimientos de colada basculante convencionales, en los que entre la posicion inicial, en la que todavla no fluye ninguna masa fundida al interior del molde de fundicion desde el respectivo recipiente de colada acoplado al molde de fundicion, hasta la posicion final, en la que el molde de fundicion se ha rellenado completamente, normalmente se recorre una trayectoria de pivotado de hasta 110°, se logra un mejoramiento sustancial del proceso de llenado del molde y por ende tambien del resultado de la fundicion. Asl, con el procedimiento de acuerdo con la presente invencion, la energla cinetica, que actua sobre la masa fundida dentro de la artesa debido al movimiento de pivotado, se reduce a un mlnimo. De esta manera se previene la formacion de turbulencias en la masa fundida que se encuentra dentro de la artesa. De manera correspondiente, tambien se minimiza la cantidad de inclusiones de oxido o de otro tipo que se introducen en la masa fundida dentro de la artesa por la superficie.
Esto se logra debido a que para la realizacion del procedimiento de acuerdo con la presente invencion, la posicion de pivotado de la combinacion formada por el molde de fundicion y la artesa dispuesta en el mismo que sirve como recipiente de colada se selecciona en la posicion inicial de tal manera que despues de haberse cargado la porcion de masa fundida de metal requerida en el molde de fundicion, el nivel del bano de la porcion de masa fundida de metal forma con el plano principal de la pared lateral de referencia un angulo 31 menor que 180°.
Este angulo 31 de acuerdo con la presente invencion se mide respectivamente entre el plano principal de la pared lateral de referencia y la superficie libre del nivel del bano virtual hasta la carga de la porcion de masa fundida de metal. El termino “pared lateral de referencia” se refiere a la pared lateral del molde de fundicion que, cuando la artesa esta acoplada al molde de fundicion, se encuentra inmediatamente adyacente a la artesa. El termino “plano principal” de la pared lateral de referencia se refiere entonces a un plano imaginario que esta definido entre un vector de direccion que se extiende de manera paralela al eje de pivotado del molde de fundicion y un segundo vector de direccion que por una parte esta orientado de manera perpendicular al eje de pivotado y cuya orientacion por otra parte corresponde al valor medio de las orientaciones de vectores igualmente posicionados de manera perpendicular al eje de pivotado, que se aplican a aquellas superficies de pared que se extienden respectivamente paralelas al eje de pivotado.
El angulo 31 se selecciona de acuerdo con la presente invencion mediante un pivotado correspondiente de la combinacion de molde de fundicion/artesa para la posicion de carga, de tal manera que durante de pivotado de la combinacion de molde de fundicion/artesa efectuado para cargar la porcion de masa fundida de metal requerida en la artesa que sirve como recipiente de colada, este angulo se mantiene mas pequeno que 180°, hasta que la masa fundida choca contra el fondo del molde de fundicion. Esto significa que en el procedimiento de acuerdo con la presente invencion, la masa fundida que se va a verter, durante de pivotado y la entrada consecuente de la misma en el molde de fundicion, alcanza de forma creciente y plana las superficies de pared interiores de la pared lateral de referencia que definen la posicion del plano principal, hasta que alcanza el fondo del molde de fundicion. De manera similar a una marea que incide suavemente contra una playa de declive plano, tambien en la masa fundida que entra en el molde de fundicion en todo caso se producen solo turbulencias mlnimas.
Por lo tanto, durante el pivotado efectuado de acuerdo con la presente invencion, el molde de fundicion se llena de manera particularmente uniforme y tranquila con la masa fundida que entra en el molde de fundicion debido al movimiento de pivotado y al efecto de la fuerza de gravedad. Con el procedimiento de acuerdo con la presente invencion, la pieza de fundicion se va formando paulatinamente a medida que aumenta el pivotado a partir de la pared lateral de referencia en el espacio hueco interior del molde de fundicion, hasta que se alcanza la posicion final en la trayectoria de pivotado y el molde de fundicion se ha llenado completamente con la masa fundida.
De manera sorprendente, se ha demostrado que el llenado del molde de fundicion como resultado del procedimiento de acuerdo con la presente invencion se realiza de manera tan tranquila, que los oxidos y otros contaminantes existentes sobre el bano de masa fundida dentro de la artesa se mantienen en gran medida fuera del espacio hueco interior del molde de fundicion, sin que para esto se requieran medidas especiales. En este tipo de moldes de fundicion, en los que en la zona de la tapa esta prevista una escotadura para recoger una porcion de masa fundida que sirve como mazarota para la pieza de fundicion que se va a fundir, los oxidos y otros contaminantes de manera correspondiente se acumulan en una zona cercana a la superficie, en la que no representan ningun peligro para la calidad de la pieza de fundicion. De esta manera se reduce a un mlnimo la formacion de inclusiones en las piezas de
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fundicion fabricadas de acuerdo con la presente invencion. Por lo tanto, no se requieren otras medidas de caracter constructivo u operativo, tales como la disposicion de una cuchilla de retencion, un filtro o un tamiz en la zona de la entrada de llenado del molde de fundicion, o alguna otra cosa similar. Por lo tanto, la presente invencion no solo resulta en un ahorro sustancial de tiempo comparado con los procedimientos de fundicion de rotacion convencionales, sino tambien en caracterlsticas de produccion mejoradas de las piezas de fundicion fabricadas en comparacion con otras piezas de fundicion que fueron producidas de acuerdo con procedimientos de colada basculante convencionales.
Una ventaja adicional de la presente invencion consiste en que como recipiente de colada se puede emplear una artesa abierta hacia su lado de entrada durante el proceso de llenado y pivotado, con la configuracion geometrica mas sencilla posible. A este respecto, si se siguen las especificaciones de acuerdo con la presente invencion, se logra respectivamente una posicion de vertido facilmente alcanzable, en la que mediante el uso de una cuchara de fundicion convencional se puede cargar respectivamente la porcion de masa fundida requerida en la artesa.
La abertura de llenado provista en la tapa del molde de fundicion, para el procedimiento de acuerdo con la presente invencion puede estar configurada de tal manera que el llenado tambien se puede efectuar en secciones del molde de fundicion muy alejadas de la abertura de llenado, mediante una corriente directamente incidente. Es decir, la abertura de llenado de manera optima no esta limitada a una pequena seccion de superficie de la tapa, de tal manera que la masa fundida pueda entrar en el molde de fundicion en forma de una corriente de flujo rapido, sino que mas bien esta disenada de tal manera que en una vista desde arriba sobre la tapa ella cubre en gran medida la superficie ocupada por la seccion transversal orientada paralelamente a la tapa del espacio hueco interior del molde de fundicion. Esto tambien se puede lograr, si a las diferentes secciones del molde de fundicion distribuidas sobre la superficie de seccion transversal se asocia respectivamente una abertura de llenado propia o si una determinada seccion se asocia a una abertura de llenado comun de gran tamano. Para esto, varias aberturas de llenado mutuamente superpuestas pueden estar configuradas de tal manera que en su secciones solapadas trascienden unas en otras, para formar as! una abertura de llenado ramificada en dos o mas secciones. A este respecto, el objetivo es que la abertura de llenado presente un tamano maximo, con el fin de permitir la entrada simultanea de un gran volumen de masa fundida dentro del molde de fundicion en forma de una corriente tranquila y previniendo que se formen picos locales de la velocidad de flujo.
El llenado tranquilo del molde de fundicion tambien se puede apoyar si el eje de pivotado, alrededor del que se hace pivotar el molde de fundicion, se extiende a traves o cerca del fondo del molde de fundicion. Debido a esta disposicion del eje de pivotado desplazada en direction al molde de fundicion, excentrica con respecto al molde de fundicion, se reduce adicionalmente el declive y por ende la energla cinetica con la que la masa fundida entra en el molde de fundicion.
Debido a los resultados de fundicion optimizados y los tiempos de fundicion minimizados, el procedimiento de acuerdo con la presente invencion es apropiado en particular para la produccion a gran escala de culatas y carteres de ciguenal para motores de combustion interna, cuya aptitud mecanica y termica esta sujeta a las maximas exigencias. Aqul se demuestran las ventajas del procedimiento de acuerdo con la presente invencion, en particular si como material de fundicion se emplea una masa fundida de metal basada en aluminio.
Para la realization del procedimiento de acuerdo con la presente invencion, la artesa o bien puede estar unida de manera fija y permanente con el molde de fundicion, o tambien puede ser desprendible del molde de fundicion por medio de dispositivos de sujecion apropiados. Esta ultima forma de realizacion presenta la ventaja de que la artesa puede ser separada facilmente del molde de fundicion, por ejemplo con fines de limpieza o sustitucion. Al mismo tiempo, a traves de una fuerza de retencion suficiente se asegura la union estanca de las juntas, en las que la artesa entra en contacto con el molde de fundicion, incluso si por efecto del calor o el desgaste las superficies de contacto mutuamente asociadas ya no se adaptan de manera perfecta entre si. Como dispositivo para sujetar la artesa en el molde de fundicion los dispositivos de contacto a presion de funcionamiento hidraulico, que en un espacio muy reducido pueden producir fuerzas de contacto a presion y fuerzas de retencion muy grandes.
En vista de la deseada entrada tranquila y uniforme de la masa fundida en el molde de fundicion, se ha demostrado como particularmente efectivo si la artesa presenta un fondo que es plano en la superficie del fondo que esta orientada hacia la masa fundida de metal. A este respecto, la superficie de fondo plana de manera optima esta orientada de tal manera, que como mas temprano en el momento en el que la masa fundida que entra en el molde de fundicion incide sobre el fondo del molde de fundicion, se encuentra en posicion horizontal.
En la fundicion de piezas de fundicion, que presentan una superficie de cabeza y de fondo claramente definida, optimamente plana, tal como en el caso de culatas o carteres de ciguenal para motores de combustion interna, en los que el molde de fundicion igualmente presenta de manera correspondiente en el lado exterior de la tapa y del fondo dos superficies exteriores orientadas de manera paralela entre si, esto se puede asegurar si la superficie del fondo de la artesa forma un angulo recto con el fondo del molde de fundicion.
La artesa se puede disponer y alinear de manera particularmente facil en el molde de fundicion, si el lado de vertido esta abierto a lo largo de la altura y la anchura del espacio de contention rodeado por la artesa. Con un molde de
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fundicion en cuya tapa estan previstas varias aberturas o entalladuras de entrada, por las que la masa fundida se ha de distribuir en el molde de fundicion, esta forma de realizacion presenta la ventaja adicional de que la porcion de masa fundida de metal existente en la artesa durante el pivotado fluye de manera uniforme contra la tapa del molde de fundicion a lo largo de una gran anchura y de manera correspondiente fluye uniformemente dentro de las aberturas provistas en el molde de fundicion.
Se puede minimizar la cantidad de oxidos y otros contaminantes que se incluyen en la porcion de masa fundida de metal cargada en la artesa, si tambien el vertido mismo se efectua en forma de una corriente lo mas tranquila posible. Esto se puede apoyar si en uno de los lados orientados hacia la masa fundida de metal de una de las paredes laterales cerradas de la artesa se forma una superficie de incidencia que, partiendo del fondo de la artesa, asciende en direccion hacia el borde superior libre de esta pared lateral, y contra la que se dirige la masa fundida de metal durante el vertido de la masa fundida de metal al interior de la artesa. El chorro de masa fundida que incide sobre la superficie inclinada formada de esta manera se desvla con perdida de energla cinetica, de tal manera que incide de forma distribuida a lo largo de un frente mas ancho sobre la masa fundida que ya se encuentra dentro de la artesa, por lo que se minimiza la intensidad y profundidad de las turbulencias que necesariamente se forman alll. Dependiendo de la concentracion con la que el chorro de masa fundida choca contra la superficie de incidencia durante el llenado, puede ser ventajoso si la superficie de incidencia se configura de manera concava hacia adentro, plana o concava hacia afuera.
Bajo consideracion de las propuestas de la presente invencion que se han resumido en lo anterior, se ha demostrado como particularmente ventajosa y apropiada una artesa, cuyo espacio interior de artesa presenta una forma de base cuadrada, en la que el lado de salida asociado al molde de fundicion y el lado superior de la artesa estan abiertos, mientras que la superficie de incidencia esta realizada en la superficie interior opuesta al lado de salida de la artesa.
Las experiencias practicas demuestran que en particular en la fundicion de culatas y carteres de ciguenal para motores de combustion interna se obtienen resultados de fundicion optimos, si antes de efectuarse el pivotado con el molde de fundicion en posicion de carga, el angulo 131 formado entre la superficie del nivel del bano de la porcion de masa fundida cargada en la artesa y el plano principal de la pared lateral de referencia es de 120-160°.
El llenado del molde de fundicion se puede efectuar a traves de un sistema interior de distribucion realizado en la tapa del molde o antepuesto a la tapa del molde, si esto se considera como ventajoso desde el punto de vista tecnico de la fundicion y la reologla. Sin embargo, las ventajas particulares del procedimiento de acuerdo con la presente invencion tambien se demuestran en particular si en la tapa desembocan dos o mas entalladuras como aberturas de llenado, por las que la masa fundida durante el pivotado fluye directamente al interior del espacio hueco del molde de fundicion. En este sentido, se ha demostrado que debido al llenado particularmente tranquilo, que se asegura a traves de la presente invencion, sigue siendo igualmente posible dirigir la corriente directamente contra la tapa, cuando la misma esta formada por un material de molde como macho de molde perdido.
De manera correspondiente, el procedimiento de acuerdo con la presente invencion resulta particularmente apropiado para la fundicion de piezas de fundicion de formas filigranas, que se componen enteramente o por lo menos parcialmente de un as! llamado paquete del nucleo formado por una pluralidad de nucleos de fundicion preformados en particular con un material de molde. Este tipo de moldes de fundicion son aptos en particular para fabricar piezas de fundicion conformadas de manera afiligranada con una pluralidad de canales interiores, tales como se requieren para la construccion de motores de combustion interna.
El angulo de pivotado recorrido en el procedimiento de acuerdo con la presente invencion durante el pivotado del molde de fundicion con la artesa acoplada al mismo entre la posicion de llenado y la posicion final se ubica normalmente en el alcance de por lo menos 110° hasta un maximo de 160°, aunque en la practica se ha demostrado como particularmente apropiado un angulo de pivotado de 120-150°.
La presente invencion se describe mas detalladamente a continuation basandose en un ejemplo de realizacion con referencia a los dibujos. En las figuras se muestra respectivamente de forma esquematica lo siguiente:
la Fig. 1 una maquina de fundicion pivotada a la posicion inicial para la fundicion de piezas de fundicion en
una vista lateral.
la Fig. 2 la maquina de fundicion de acuerdo con la Fig. 1 en una vista desde arriba.
la Fig. 3 la maquina de fundicion de acuerdo con la Fig. 1 en la posicion inicial con una artesa dispuesta en
la misma en una vista lateral.
la Fig. 4 la maquina de fundicion de acuerdo con la Fig. 1 en la posicion de llenado en una vista lateral.
la Fig. 5 la maquina de fundicion de acuerdo con la Fig. 4 durante el vertido de la masa fundida dentro de la
artesa en una vista lateral.
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las Figs. 6-8 la maquina de fundicion de acuerdo con la Fig. 1 en diferentes posiciones de pivotado en una vista lateral.
la Fig. 9 la maquina de fundicion en la posicion final alcanzada despues de completarse el movimiento de
pivotado en una vista lateral.
La maquina de fundicion G presenta una placa de soporte 2 apoyada en un bastidor 1, que puede hacerse pivotar por medio de un accionamiento de pivotado 3 alrededor de un eje de pivotado horizontalmente orientado HS. Con la maquina de fundicion G en la posicion inicial (Fig. 1), la placa de soporte 2 esta orientada de manera horizontal.
En una superficie de montaje 4 formada en el lado superior de la placa de soporte 2, se encuentra montado un molde de fundicion 5 compuesto por una pluralidad de nucleos de fundicion 6-11 prefabricados de manera conocida, para la fundicion de, por ejemplo, una culata, un carter de ciguenal o un bloque de motor para un motor de combustion interna. El material de molde, del que estan hechos los nucleos de fundicion 6-11, es una mezcla de arena para moldes, aditivos opcionales y un aglutinante que se endurece por medio de un tratamiento qulmico o por la aplicacion de calor, con el fin de producir la solidez requerida del molde. Obviamente, nucleos individuales o partes del molde de fundicion 5 tambien pueden estar hechos de otros materiales, con el fin de poder usarlos de manera repetida. Asimismo, en el molde de fundicion 5 pueden disponerse de hierros de refrigeration o elementos similares, no mostrados aqul, para producir una solidificacion dirigida de la masa fundida cargada en el molde de fundicion 5.
El molde de fundicion, que por razones de claridad aqul solo se representa de una manera no detallada, comprende un fondo 6, paredes laterales 7, 8, que forman el cierre lateral exterior del molde de fundicion 5, una tapa 9, as! como nucleos de fundicion 11 dispuestos dentro del espacio interior hueco 10 del molde, que reproducen canales y otros espacios huecos en la pieza de fundicion que se va a fundir. El fondo 6 y las paredes laterales 7, 8 pueden estar hechos, por ejemplo, como nucleos de fundicion con material de molde, o tambien como piezas de molde de fundicion permanentes hechas de un material metalico, tal como, por ejemplo, un material de acero resistente al calor, o un material de cobre. Con miras a la capacidad de desmolde de la pieza de fundicion que se va a fundir en el molde de fundicion 5, sin embargo, solo la tapa 9 normalmente esta hecha de material de molde, mientras que el fondo 6 y las paredes laterales 7, 8 estan realizadas como piezas de molde permanentes.
Desde su lado superior, en la tapa 9 se encuentra formada una escotadura en forma de cuba 12, en cuyo fondo terminan entalladuras 13 que sirven como aberturas de llenado, por las que el espacio interior hueco 10 del molde de fundicion 5 se puede llenar con la masa fundida.
La maquina de fundicion G comprende adicionalmente un dispositivo de pivotado y posicionamiento 14 que tambien estan montados sobre la placa de soporte 2. Por medio del dispositivo 14, una artesa 15 puede hacerse pivotar entre una posicion de espera, en la que se encuentra fuera de la zona que antes del proceso de fundicion se requiere para el montaje del molde de fundicion 5 sobre la placa de soporte 2 o que despues de completarse el proceso de fundicion se requiere para extraer el molde de fundicion 5, y una posicion de llenado, en la que con su lado de salida 16 se encuentra dispuesta de manera adyacente al lado exterior 17 de la tapa 9.
La artesa 15 abierta en su lado de salida 16 y en su lado superior O, hecha de un material resistente al fuego, con su fondo 18, as! como con dos paredes laterales longitudinales 19, 20 paralelas entre si que se extienden a lo largo del fondo 18, y una pared posterior 21, define una espacio interior de artesa 22. A este respecto, la pared posterior 21 se extiende de manera paralela al lado de salida abierto 16 entre los extremos asociados a ella de las paredes laterales longitudinales 19, 20 y en su lado asociado al espacio interior de artesa 22 presenta una superficie de incidencia 23 que asciende de forma oblicua a partir de la superficie de fondo plana, asociada al espacio interior de la artesa 22, del fondo 18 en direction hacia el borde superior libre de la pared posterior 21.
En su posicion de uso, la artesa 15 se sostiene por medio del dispositivo 14 en el molde de fundicion 5, de tal manera que el molde de fundicion 5, con los lados frontales respectivamente libres de las paredes laterales longitudinales 19, 20 y del fondo 18, se pone en contacto estrechamente adyacente a las superficies de contacto asociadas de la tapa 9 del molde de fundicion 5.
Durante el ensamblaje del molde de fundicion 5, la placa de soporte 2 con el molde de fundicion 5 montado encima se encuentra en la posicion inicial. El angulo de pivotado 132 alrededor del eje de pivotado HS en esta posicion es igual a “0”.
Despues del montaje del molde de fundicion 5 sobre la placa de soporte 2, el dispositivo 14 coloca la artesa 15 con su lado de salida sobre la tapa 9 del molde de fundicion 5 (Fig. 3). El dispositivo 14 mantiene la artesa en esta posicion junto al molde de fundicion 5, hasta que se haya completado el proceso de fundicion.
Con la artesa 15 colocada sobre el molde de fundicion 5, la pared lateral 7 que en esta posicion representa la pared lateral de referencia mas proxima al fondo 18 de la artesa 5 del molde de fundicion, que es determinante para determinar la posicion de carga, en la que la artesa 5 se rellena con la masa fundida. En su lado asociado al espacio
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hueco interior del molde 10, la pared lateral 7 presenta superficies de pared 24 que representan superficies de molde en la superficie exterior lateral asociada de la pieza de fundicion que se va a fundir. Cada una de las superficies de pared 24 presenta una determinada orientacion con respecto al eje de pivotado HS, que puede ser indicada por medio de respectivamente un vector VW aplicado a la respectiva superficie de pared 24 y orientado de manera perpendicular al eje de pivotado HS.
Para determinar el angulo de pivotado 132, alrededor del que se tiene que hacer pivotar el molde de fundicion 5 con la artesa 15 desde la posicion inicial a la posicion de llenado, en la pared lateral 7 se coloca un plano principal virtual HE, que por una parte se extiende de manera paralela al eje de pivotado HS y por otra parte esta orientado de tal manera que su orientacion se aproxima al valor medio de las orientaciones indicadas por los vectores VW de las superficies de pared 24, que igualmente se extienden en una direccion orientada de manera paralela al eje de pivotado.
El angulo de pivotado 32, alrededor del que se hace pivotar el molde de fundicion 5 despues del acoplamiento de la artesa 15 en el sentido contrario a las manecillas del reloj en el ejemplo aqul representado alrededor del eje de pivotado HS a partir de la posicion inicial mostrada en la Fig. 3 a la posicion de llenado mostrada en las Figs. 4, 5, se selecciona de tal manera que el angulo 31 formado entre el lado superior del lado superior BS del bano, que en ese momento todavla es virtual, de la porcion de masa fundida de metal S que se debe cargar en la artesa 15 y el plano principal HE del lado de referencia B, es menor de 180°. En el ejemplo de realization aqul representado, este angulo 31 es, por ejemplo, de 135-165°, mientras que el angulo de pivotado 32 se ubica en el alcance de 110-160°, en particular de 120-150°.
A este respecto, para determinar el angulo de pivotado 32 se tiene en cuenta adicionalmente que el nivel del bano BS con el molde de fundicion 5 y la artesa 15 pivotados a la posicion de llenado se encuentra por debajo de la entalladura 13 del molde de fundicion 5 que en esa posicion se encuentra mas en la tapa 9.
Despues de que la combination formada por el molde de fundicion 5 y la artesa 15 se haya pivotado a la posicion de llenado con el angulo 32 determinado de la manera arriba descrita, mediante el uso de una cuchara de fundicion convencional 25 se carga la porcion de masa fundida de metal requerida S en la artesa 15. Como masa fundida de metal en este caso se usa una aleacion de fundicion de aluminio, tal como se usan normalmente para la fundicion de componentes para motores de combustion interna. Para asegurar un llenado tan tranquilo y libre de turbulencias como sea posible de la artesa 15, el chorro de fundicion 26 que sale de la cuchara de fundicion 25 se dirige contra la superficie de incidencia 23 de la artesa 15. El chorro 26 que incide all! se desvla con perdida de energla cinetica en direccion hacia la superficie del fondo de la artesa 15, y de esta manera incide en forma de una corriente comparativamente suave, distribuida a lo largo de una mayor anchura, sobre la masa fundida que ya se encuentra dentro de la artesa 15.
Despues de completarse el llenado de la artesa 15, el molde de fundicion 5 con la artesa 15 vuelven a hacerse pivotar en el sentido de las manecillas del reloj en direccion hacia la posicion inicial. A medida que aumenta el pivotado, una cantidad cada vez mayor de masa fundida S fluye al interior del espacio interior hueco 10 del molde de fundicion 5, hasta que finalmente, al alcanzarse la posicion final (= posicion inicial), la porcion de masa fundida de metal S se ha cargado completamente dentro del molde de fundicion 5. A este respecto, el volumen excedente de masa fundida es recogido por la escotadura 12 en la tapa 9. El volumen de masa fundida recogido all! despues de completarse el pivotado del molde de fundicion 5 sirve como mazarota para compensar la contraction de material que se presenta en el proceso de solidification de la masa fundida.
De acuerdo con la presente invention, el angulo de pivotado 32 seleccionado para la posicion de llenado se ajusta de tal manera que el angulo 31 entre el nivel del bano BS y el plano principal HB de la pared lateral 7 siempre permanece mas pequeno que es 180°, hasta que la masa fundida S que fluye dentro del molde de fundicion 5 entra en contacto con el fondo 6 del molde de fundicion. Con este ajuste se asegura que la masa fundida S incida con un angulo agudo de manera plana contra las superficies de pared 24 de la pared lateral de referencia (pared lateral 7). De esta manera se logra un llenado tranquilo, en forma de capas consecutivas, del molde de fundicion 5, que proporciona condiciones optimas para la realizacion de una estructura uniforme en la pieza fundida acabada. De esta manera se previene en la mayor medida posible la formation de espuma sobre la masa fundida. Asimismo, debido al proceso de llenado tranquilo, la pieza fundida producida esta libre en su mayor parte de inclusiones u otros defectos. Los contaminantes y oxidos, que causan tales inclusiones, se acumulan en la capa superior del volumen de mazarota SV formado por la masa fundida restante S en la escotadura 12, mientras que en la artesa 15 en todo caso quedarlan pequenos residuos que se pueden eliminar facilmente.
Lista de sfmbolos de referencia
31 Angulo formado entre el lado superior del nivel del bano BS y el plano principal HE
32 Angulo de pivotado
BS Nivel del bano de la masa fundida S existente dentro de la artesa 15 G Maquina de fundicion
HS Eje de pivotado
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HE Plano principal de la pared lateral de referenda (pared lateral 7)
S Masa metalica fundida
SV Mazarota
0 Lado superior de la artesa 15
VW Vectores que indican la orientacion de las superficies de pared 24
1 Bastidor
2 Placa de soporte
3 Accionamiento de pivotado
4 Superficie de montaje
5 Molde de fundicion
6 Fondo
7 Pared lateral (pared lateral de referencia)
8 Pared lateral
9 Tapa
10 Espacio interior hueco del molde
11 Nucleo de fundicion
12 Escotadura
13 Entalladuras
14 Dispositivo de pivotado y posicionamiento
15 Artesa
16 Lado de salida
17 Lado exterior de la tapa 9
18 Fondo de la artesa 15
19, 20 Paredes laterales longitudinales de la artesa 15
21 Pared posterior de la artesa 15
22 Espacio interior de la artesa
23 Superficie de incidencia de la artesa 15
24 Superficies de pared de la pared lateral 7
25 Cuchara de fundicion
26 Chorro de fundicion

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la production de piezas de fundicion mediante la tecnica de fundicion a partir de una masa fundida de metal utilizando
    - un molde de fundicion (5) dispuesto en una maquina de fundicion (G) de manera que puede pivotar alrededor de un eje de pivotado con orientation horizontal (HS), que define un espacio interior hueco del molde (10) que refleja la respectiva pieza de fundicion que se va a fundir, y que presenta
    - una tapa (9) que limita el espacio interior hueco del molde (10) por uno de sus lados, en la que esta prevista por lo menos una abertura de llenado (13) para introducir la masa fundida de metal (S) dentro del espacio interior hueco del molde (10),
    - una pared lateral de referencia (7) que topa con la tapa (9), y que limita el espacio interior hueco del molde (10) por uno de sus lados mediante superficies de pared (24), en las que un plano principal (HE) de la pared lateral de referencia (7), que se extiende de manera axialmente paralela al eje de pivotado (HS), esta dispuesto de tal manera que su orientacion se aproxima al valor medio de las orientaciones (VW) de las superficies de pared (24), que en cada caso tambien se extienden en una direction orientada de manera paralela al eje de pivotado (HS),
    - un fondo (6), cuyas superficies de fondo asociadas al espacio interior hueco del molde (10) reflejan la termination en el lado del fondo de la pieza de fundicion,
    y
    - una artesa (15), que en su lado de entrada para el vertido de la masa fundida de metal en la artesa (15) y en un lado de salida que topa con el lado de entrada y con el fondo de la artesa (15) esta abierta respectivamente por lo menos por secciones, a traves de la que la masa fundida de metal cargada en la artesa (15) fluye desde la artesa (15) al interior del molde de fundicion (5) durante la operation de fundicion,
    estando dispuesta la artesa (15) de tal manera junto al molde de fundicion (5) que su lado de salida (16) queda adyacente a la tapa (9) del molde de fundicion (5) y el fondo (18) de la artesa (15) esta asociado a la pared lateral de referencia (7), solapandose la abertura de entrada (13) del molde de fundicion (5) y la section abierta del lado de salida (16) por lo menos mutuamente, caracterizado por las siguientes etapas de trabajo:
    - hacer pivotar el molde de fundicion (5) a una position de carga, en la que el plano principal (HE) de la pared lateral de referencia (7) forma, con el nivel del bano (BS) de una portion de masa fundida de metal (S) que se va a cargar en la artesa (15), un angulo 131 que es menor de 180°, y el nivel del bano (BS) de la porcion de masa fundida de metal (S) que se va a cargar en la artesa (15) se encuentra por debajo de la abertura de llenado (13) del molde de fundicion (5);
    - llenar la artesa (15) colocada en la posicion de llenado con una porcion de masa fundida de metal (S) suficiente para llenar el molde de fundicion (5);
    y
    - hacer pivotar el molde de fundicion (5) junto con la artesa (15) dispuesta junto al mismo alrededor del eje de pivotado (HS) en una direccion de pivotado en la que, debido al pivotado, la masa fundida de metal (S) fluye desde el artesa (15) al interior del molde de fundicion (5), continuando el pivotado hasta que se haya alcanzado una posicion final, en la que el molde de fundicion (5) se ha llenado con la masa fundida de metal (S), y siendo el angulo 31 formado entre el plano principal (HE) de la pared lateral de referencia (7) y el nivel del bano (BS) de la porcion de masa fundida de metal (S) respectiva contenida dentro de la artesa (15) siempre mas pequeno que 180°, por lo menos hasta que la masa fundida que fluye al interior del molde de fundicion (5) alcanza el fondo (6) del molde de fundicion (5).
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la revindication 1, caracterizado por que el fondo (18) de la artesa (15) es plano en su lado orientado hacia la masa fundida de metal (S).
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una superficie de fondo formada en el lado interior de la artesa (15) forma un angulo recto con el fondo (6) del molde de fundicion (5).
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el lado de salida (16) de la artesa (15) asociado al molde de fundicion (5) esta abierto.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la abertura de entrada (13) del molde de fundicion (5) se extiende sobre el lado asociado a la artesa (15) de la tapa (9) del molde de fundicion (5).
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la tapa (9) del molde de fundicion (5) se encuentra formada una escotadura (12) que, con el molde de fundicion (5) completamente pivotado, recoge un volumen de masa fundida que sirve como mazarota (SV).
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  7. 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el lado orientado hacia la masa fundida de metal (S) de una de las paredes cerradas (21) de la artesa (15) se encuentra formada una superficie de incidencia (23) que, partiendo del fondo (18), asciende en direccion hacia el borde superior libre de esa pared (21), y contra la que se dirige la masa fundida de metal durante el vertido de la masa fundida de metal al interior de la artesa (15).
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el angulo 131 es de 120-160° cuando el molde de fundicion (5) se encuentra en la posicion de carga.
  9. 9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la tapa (9) desembocan dos o mas entalladuras (13) como aberturas de entrada, por las que durante el pivotado a la posicion final la masa fundida fluye al interior del espacio interior hueco del molde (10) del molde de fundicion (5).
  10. 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que durante el pivotado a la posicion final la masa fundida de metal (S) fluye directamente contra la tapa (9) del molde de fundicion (5) y fluye al interior de la abertura de entrada (13) respectiva existente alll.
  11. 11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el angulo de pivotado recorrido por el molde de fundicion (5) con la artesa (15) dispuesta junto al mismo entre la posicion de carga y la posicion final es de 110-160°.
  12. 12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el eje de pivotado (HS) se extiende a traves o cerca del fondo (6) del molde de fundicion (5).
  13. 13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la masa fundida de metal (S) es una masa fundida de metal ligero.
  14. 14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pieza de fundicion que se va a fundir es una culata o un carter de ciguenal para un motor de combustion interna.
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