ITMI20100629A1

ITMI20100629A1 - Composizione per processo di pressofusione

Info

Publication number: ITMI20100629A1
Application number: IT000629A
Authority: IT
Inventors: Manuel Benitez; Fiorenzo Bucelli; Joannes Mendizabal; Gianni Rizzuto; Marco Sciaccaluga
Original assignee: Foundry Chem
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2011-10-15
Also published as: EP2377913A1

Description

Descrizione di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“Composizione per processo di pressofusione”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una composizione utile in un processo di pressofusione ed al processo stesso che utilizza tale composizione; in particolare, la presente invenzione si riferisce ad una composizione sostanzialmente anidra con un elevato punto di infiammabilità.

Tecnica nota

Col termine pressofusione si intende un processo secondo il quale una lega fusa viene colata in uno stampo generalmente metallico, per mezzo di una macchina da pressofusione (indicata anche più brevemente come “pressa”), dove col termine lega si intende una lega ottenuta principalmente con la combinazione tra alluminio e rame, zinco, manganese, silicio, o magnesio, come ad esempio, zama, od altre combinazioni in assenza di allumino, come ad esempio, ottone.

Tali presse agiscono in modo che la lega sia soggetta ad una pressione che determina i seguenti effetti concatenati tra loro: a) un velocissimo riempimento della cavità dello stampo, b) un totale riempimento di tale cavità, indipendentemente dalla forma geometrica della cavità stessa, c) il conferimento al getto di una struttura cristallina desiderata e d) una alimentazione supplementare per compensare la riduzione del volume della lega che, in seguito a raffreddamento della stessa durante la colata, passa dallo stato liquido allo stato solido.

In un processo standard di pressofusione viene utilizzata una quantità molto rilevante di acqua; infatti, una della azioni principali è il raffreddamento dello stampo, che avviene generalmente mediante un agente di rilascio (distaccante) diluito in acqua.

L’applicazione del distaccante diluito in acqua ha infatti come prima elementare funzione quella di raffreddare la superficie dello stampo. La lega viene iniettata normalmente a 680-720°C ed il pezzo estratto a circa 300-350°C. I circuiti di raffreddamento interno agli stampi (circuiti ad acqua) consentono di mantenere la massa degli stessi a livelli di temperature idonee al ciclo (150-200°C) ma le temperature che si incontrano sulla “pelle” dello stampo richiedono un scambio termico dall’ esterno che è rappresentato appunto dall’acqua che veicola il distaccante. Durante l’erogazione, per lo più automatizzata, l’emulsione viene nebulizzata sullo stampo, l’acqua sottrae calore evaporando e lascia i principi attivi del distaccante vero e proprio.

Attualmente, per ogni ciclo si impiegano mediamente, in base al tonnellaggio di ogni singola pressa, circa 2 litri di acqua per il raffreddamento e il veicolare del fluido lubrodistaccante. Considerando che il tempo di ciascun ciclo varia da 60 secondi a 120 secondi a seconda del tipo di produzione, mediamente vengono impiegati circa 800 litri di acqua al giorno, 15.000 al mese per ogni pressa. Moltiplicato il numero di presse, solamente in Italia si utilizzano circa 200.000 tonnellate/anno di acqua, per produzione di getti pressofusi.

È evidentemente quindi sentito il bisogno di fornire una composizione sostanzialmente priva d’acqua che permetta di ridurre sensibilmente il consumo di acqua e che al tempo stesso permetta di svolgere tutte le azioni necessarie in un processo di pressofusione. Un ridotto consumo di acqua faciliterebbe inoltre anche i problemi relativi all’ organizzazione per il recupero dell’acqua, alla presenza di fumi e conseguente inquinamento.

La domanda di brevetto EP 1818119 si propone di risolvere tale problema tramite una composizione comprendente: a) 70-98 parti in peso di un solvente avente un punto d’infiammabilità (COC), fra 70 e 170°C e viscosità dinamica a 40°C di 2-10 mm<2>/sec, b) 1-10 parti in peso di oli minerali e/o oli sintetici aventi viscosità dinamica a 40°C di almeno 100 mm /se, c) 15 parti in peso o meno di un olio siliconico, e d) 1-5 parti in peso di additivi aventi una funzione lubrificante, in cui il punto d’infiammabilità (COC), della composizione nella sua interezza è 70-170°C e la viscosità dinamica a 40°C è 2-30 mm<2>/sec.

Tuttavia, la soluzione proposta in tale domanda di brevetto presenta lo svantaggio di avere un punto d’infiammabilità troppo basso per le condizioni operative, con rischio d’incendio una volta presente in forma anidra, dopo evaporazione dell’ acqua durante il suo impiego; ed una viscosità del prodotto ivi denominato “solvente” troppo bassa con conseguente inevitabile sua evaporazione e dispersione nell’ ambiente di lavoro associata ed enfatizzata anche dalla considerevole evaporazione dell’ acqua. La conseguenza più importante sono le pessime condizioni d’igiene ambientale.

È quindi fortemente sentito il problema di realizzare una composizione che permetta l’utilizzo del minor quantitativo di acqua possibile, nonché di prodotto tal quale e che consenta di garantire al tempo stesso sia una buona produttività dell’impianto, che una elevata qualità dei manufatti prodotti, come ad esempio porosità ed elevata stabilità termica.Questi ed altri scopi, che saranno resi più evidenti dalla descrizione seguente, sono stati perseguiti dai titolari della presente domanda che hanno infatti riscontrato che una composizione come quella indicata nella rivendicazione 1 è in grado di risolvere i problemi sopra evidenziati.

In particolare, in un primo aspetto, la presente domanda si riferisce ad una composizione sostanzialmente in forma anidra comprendente:

- almeno un estere carbonico, avente una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 3 e 90 mm /sec;

- almeno un acido organico, saturo od insaturo, avente da 12 a 22 atomi di carbonio; - almeno un estere di sintesi avente una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 25 e 90 mm /sec;

- almeno una resina polimerica;

ed in cui detta composizione ha una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 45 e 180 mm /sec ed un punto d’infiammabilità non inferiore a 250°C.

In questo modo, la composizione della presente invenzione, oltre al fatto di ridurre il consumo di acqua in un processo di pressofusione che utilizza tale composizione, consentendo quindi di abbattere i costi relativi al trattamento dei reflui ed al prelievo idrico, permette anche la riduzione degli attriti che la lega fusa incontra durante la fase di riempimento dello stampo; la formazione di una barriera che impedisce la saldatura tra la lega e lo stampo; l’agevolazione dell’estrazione del getto solidificato; nonché la riduzione della presenza di tracce sul getto ed incrostazioni sullo stampo e/o portastampo.

Inoltre, la composizione della presente invenzione permette di ottenere migliorate qualità del prodotto finale, come ad esempio, porosità e stabilità termica, con riduzione significativa degli scarti di produzione.

Con il termine “composizione sostanzialmente in forma anidra” si intende una composizione priva di acqua, ma contenente un grado di umidità del valore massimo di 1.000 mg/1 (ovvero, 1.000 parti per milione).

Preferibilmente, detta composizione ha una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’intervallo tra 45 e 140 mm /sec, più preferibilmente tra 50 mm /sec e 130 mm<2>/sec.

Preferibilmente, detta composizione ha un punto d’infiammabilità (COC), di almeno 280°C.

In questo modo, un tale elevato punto di infiammabilità della composizione della presente invenzione permette di lavorare in sicurezza con lo stampo anche ad elevate temperature dello stampo stesso, ad esempio circa 400°- 450°C, senza pericolo di incendio.

Inoltre, detto elevato punto di infiammabilità della composizione della presente invenzione permette anche di creare uno strato uniforme di detta composizione anche a dette elevate temperature, prevenendo quindi l’effetto “Leidenfrost”, ovvero la formazione di microsaldature, permettendo anche una perfetta espulsione del pezzo pressofuso.

Preferibilmente, detta composizione ha inoltre un indice di viscosità maggiore od uguale a 150, più preferibilmente maggiore di 170, ed un punto di intorbidamento maggiore od uguale a -10°C, più preferibilmente maggiore di - 8°C.

In questo modo, un tale indice di viscosità della composizione della presente invenzione permette una maggiore stabilità nel processo di pressofusione in cui viene utilizzata la composizione della presente invenzione per quel che riguarda le quantità di prodotto spruzzato.

Preferibilmente, detto estere carbonico compreso nella composizione della presente invenzione ha una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 5 e 60 mm /sec e più preferibilmente tra 10 e 50.

Preferibilmente, detto estere carbonico ha una catena alcolica, ramificata o lineare, avente 12-50 atomi di carbonio, satura od insatura. Più preferibilmente, detto estere carbonico è rappresentato dalla formula generale I:

0=C[-0-(CH2)X-CH3]2(I)

dove x è un intero che varia da 11 a 19.

Preferibilmente, detto estere carbonico è compreso nella composizione della presente invenzione in 5-40, più preferibilmente in 10-35, parti peso rispetto a 100 parti in peso dell’ intera composizione.

In una forma particolare, la composizione della presente invenzione può comprendere anche una miscela formata da due o più di detti esteri carbonici.

Preferibilmente, detto acido organico compreso nella composizione della presente invenzione è rappresentato dalla formula generale II:

CH3-(CH2)y-COOH (Π)

dove y è un intero che varia da 11 a 21.

Più preferibilmente, detto acido organico è selezionato fra il gruppo consistente in acido oleico, acido miristico, acido isostearico, acido paimitico, acido erucico, da soli o miscelati tra loro. Più preferibilmente, detto acido è l’acido oleico e/o acido miristico. Preferibilmente, detto acido organico è compreso nella composizione della presente invenzione in 10-40, più preferibilmente 15-35, parti in peso rispetto a 100 parti in peso dell ’ intera compo sizione .

Preferibilmente, detto estere di sintesi compreso nella composizione della presente invenzione ha una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 30 e 75 mm /sec.

Preferibilmente, detto estere di sintesi è costituito da un polialcol ramificato o lineare con una catena formata da 3-6 atomi di carbonio e da una parte acilica, satura o non satura, avente almeno una catena di 12-18 atomi di carbonio.

Più preferibilmente, detto estere di sintesi è rappresentato dalla formula generale ΙΠ:

C4H7[-0- (CH2)Z-CH3]3(ΠΙ)

dove z è un intero che varia da 11 a 17.

Preferibilmente, detto estere di sintesi è compreso nella composizione della presente invenzione in 15-60%, più preferibilmente 20-55%, parti in peso rispetto a 100 parti in peso dell’ intera composizione.

In una forma particolare, la composizione della presente invenzione può comprendere anche una miscela formata da due o più di detti esteri di sintesi.

Preferibilmente, detta resina polimerica compresa nella composizione della presente invenzione ha una catena avente da 50 a 400 atomi di carbonio, più preferibilmente tra 100 e 350 atomi di carbonio.

Più preferibilmente, detta resina polimerica contiene silicio; ancora più preferibilmente, detta resina polimerica contenente silicio è rappresentata dalla formula generale IV:

(CH2-Si02- CH2)W- (IV)

dove w è un intero da 25 a 250.

La presenza del silicio nella composizione della presente invenzione consente alla composizione stessa di ottenere migliori caratteristiche lubrificanti e di distacco.

Preferibilmente, detta resina è compresa nella composizione della presente invenzione in 15-40, più preferibilmente 20-35, parti in peso rispetto a 100 parti in peso delPintera composizione.

In una forma particolare, la composizione della presente invenzione può comprendere anche una miscela formata da due o più di dette resine polimeriche.

La composizione della presente invenzione può essere ottenuta mediante mezzi di preparazione tradizionali. Preferibilmente, detta composizione viene ottenuta aggiungendo gli ingredienti sopra citati che la compongono miscelando ad una temperatura in un intervallo fra 20°C e 60°C, per un periodo di almeno 3 ore, preferibilmente almeno 4 ore, utilizzando un opportuno miscelatore.

In un secondo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un processo di pressofusione comprendente le fasi di: a) erogare in uno stampo una composizione come quella sopra descritta, b) iniettare una lega in detto stampo, c) aprire detto stampo a solidificazione avvenuta della lega e della composizione della presente invenzione, e d) estrarre il getto ottenuto.

Preferibilmente, detta lega è una lega leggera di alluminio, zama od ottone.

Preferibilmente, nella fase a) l’erogazione della composizione della presente invenzione avviene per mezzo di uno spruzzatore atto a creare un atomizzazione molto fine della composizione della presente invenzione, creando goccioline con diametro nell’ordine dei micron.

Preferibilmente, detto spruzzatore comprende ugelli miscelatori atti a controllare la pressione di detta composizione e dell’aria in maniera indipendente una dall’altra.

Preferibilmente, detta pressione dell’ aria era inferiore a 3 bar, più preferibilmente inferiore a 2 bar, ancora più preferibilmente inferiore ad 1 bar. In questo modo, vengono ridotti al minimo il consumo ed il rumore, mantenendo nel contempo una atomizzazione fine ed omogenea della composizione della presente invenzione.

Preferibilmente, la quantità utilizzata della composizione della presente invenzione per ogni erogazione è nell’intervallo da 1 a 50 mi, più preferibilmente da 1 a 20 mi.

In questo modo, una bassa quantità di liquido spruzzato è in grado di ridurre la produzione di fumi ed inquinamento dell’ aria, ed anche la difettosità dovuta dalla porosità da gas generata dai fumi, aumentando così la qualità dei pezzi pressofusi.

Descrizione dettagliata dell 'invenzione.

Composizione 1.

La composizione 1 della presente invenzione comprende 15 grammi (15%) di un estere carbonico di formula 0=C[0-(CH2)i5-CH3]2;25 grammi (25%) di una miscela di acido oleico ed acido miristico, 35 grammi (35%) di un estere di sintesi di formula C4H7[-0-(CH2)i5-CH3]3avente una viscosità dinamica misurata a 40°C di 45 mm /sec, e 25 grammi (25%) di resina polimerica.

L’estere carbonico sopra indicato ha una viscosità dinamica misurata a 40°C di 30 mm /sec, mentre la viscosità dinamica complessiva della composizione 1 misurata a 40°C è di 65 mm /sec. Inoltre, il punto d’infiammabilità (COC), della composizione 1 è di 300°C.

100 grammi della composizione 1 furono preparati aggiungendo, in ordine, l’estere carbonico, l’estere di sintesi, la miscela di acidi oleico e miristico e la resina polimerica nelle quantità indicate sopra come componenti della composizione ad una temperatura di 40°C. La miscela ottenuta venne agitata per circa 3 ore in un mescolatore di tipo cilindrico ed in acciaio inox, dotato di un mescolatore a pale e con riscaldamento/raffreddamento a vapore/acqua. La composizione ottenuta venne poi raffreddata a temperatura ambiente per via naturale o a mezzo di camicia d’acqua, dopodiché il prodotto ottenuto venne infu stato.

La composizione 1 della presente invenzione venne quindi utilizzata in un processo di pressofusione che comprendeva le fasi di a) erogare in uno stampo la composizione 1, b) iniettare una lega, ad esempio zama, c) aprire lo stampo a solidificazione avvenuta della lega e della composizione della presente invenzione, e d) estrarre il getto.

In particolare, nella fase a) venne utilizzato uno spruzzatore atto a creare un atomizzazione molto fine della composizione della presente invenzione, creando goccioline con diametro nell’ordine dei micron. Tale spruzzatore comprendeva ugelli miscelatori atti a controllare la pressione di detta composizione e dell’ aria in maniera indipendente una dall’altra. La pressione dell’aria fu inferiore ad 1 bar per ridurre al minimo il consumo ed il rumore, mantenendo nel contempo una atomizzazione fine ed omogenea del prodotto.

La quantità utilizzata della composizione della presente invenzione per ogni erogazione fu di 5 mi. La minor quantità di liquido spruzzato produsse minori quantità di fumi ed inquinamento dell’ aria, e diminuì la difettosità dovuta dalla porosità da gas generata dai fumi al minimo, aumentando così la qualità dei pezzi pressofusi.

L’Indice di Viscosità della composizione della presente invenzione comunque mai inferiore a 140, garantì la stabilità del processo per quel che riguarda le quantità di prodotto spruzzato.

L’utilizzo della composizione 1 permise di ottenere una distribuzione uniforme, priva di microsaldature, e resistente a variazione di temperatura, nonché una eccellente lubrificazione di tutte le parti mobili del processo di pressofusione, una riduzione degli attriti che la lega fusa incontra durante la fase di riempimento dello stampo, la formazione di una barriera che impedisce la saldatura tra la lega e lo stampo, l’agevolazione dell’estrazione del getto solidificato, e la riduzione della presenza di tracce sul getto ed incrostazioni sullo stampo e/o portastampo. Inoltre, venne agevolata la dissipazione termica, consentendo una agevole gestione del programma di raffreddamento ed una sensibile riduzione del tempo ciclo produttivo.

Claims

Rivendicazioni. 1. Una composizione sostanzialmente in forma anidra comprendente: a) almeno un estere carbonico, avente una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 3 e 90 mm /sec; b) almeno un acido organico, saturo od insaturo, avente da 12 a 22 atomi di carbonio; c) almeno un estere di sintesi avente una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 25 e 90 mm /sec; d) almeno una resina polimerica; ed in cui detta composizione ha: una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell 'intervallo tra 45 e 180mm /sec, ed un punto d’infiammabilità (COC), non inferiore a 250°C.
2. Composizione secondo la rivendicazione 1, in cui detta composizione ha una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 45 e 140 mm /sec.
3. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta composizione ha un indice di viscosità maggiore od uguale a 140 ed un punto di intorbidamento maggiore od uguale a -10°C.
4. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto estere carbonico ha una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 5 e 60 mm /sec.
5. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto estere carbonico è rappresentato dalla formula generale I: 0=C[-0-(CH2)X-CH3]2(I) dove x è un intero che varia da 11 a 19.
6. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto acido organico è rappresentato dalla formula generale II: CH3-(CH2)y-COOH (Π) dove y è un intero che varia da 11 a 21.
7. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto acido organico è selezionato fra il gruppo consistente in acido oleico, acido miristico, acido isostearico, acido paimitico ed acido erucico, o loro miscela.
8. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto estere di sintesi ha una viscosità dinamica misurata a 40°C compresa nell’ intervallo tra 30 e 75 mm<2>/sec.
9. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto estere di sintesi è rappresentato dalla formula generale ΠΙ: C4H7[O - CO-((CH2)Z-CH3]3(ΠΙ) dove z è un intero che varia da 11 a 17.
10. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta resina polimerica contiene silicio.
11. Composizione secondo la rivendicazione 10, in cui detta resina polimerica contenente silicio è rappresentata dalla formula generale IV: (CH2-Si02- CH2)W- (IV) dove w è un intero da 25 a 150.
12. Processo di pressofusione comprendente le fasi di: a) erogare in uno stampo una composizione come quella descritta in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-11, b) iniettare una lega in detto stampo, c) estrarre il getto ottenuto.
13. Processo di pressofusione secondo la rivendicazione 12, in cui in detta fase a) l’erogazione di detta composizione avviene per mezzo di ugelli miscelatori atti a controllare la pressione di detta composizione e delParia in maniera indipendente una dall’altra.
14. Processo di pressofusione secondo la rivendicazione 13, in cui detta pressione delParia è inferiore a 3 bar.