MX2014000520A - Metodo para produccion de piezas de fundicion para aplicaciones electricas. - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un método, en el cual se usan aleaciones de aluminio endurecibles que son fundidas e introducidas a un molde de colada a presión. Con la finalidad de producir las piezas de fundición de manera económica y con poco consumo de tiempo, el molde de colada a presión consiste de un material que tiene una conductibilidad de calor tal que la aleación fundida en el molde de colada a presión se enfría con una velocidad de enfriamiento de aproximadamente = 5 x 102 k/s. Gracias a esta alta velocidad de enfriamiento brusco se forma un cristal de mezcla sobresaturado que ya no requiere de ningún tratamiento térmico adicional. De esta manera se forma una aleación de aluminio endurecible de alta resistencia mecánica que es excelentemente apropiada para la producción de piezas de fundición para aplicaciones eléctricas.

Description

MÉTODO PARA PRODUCCIÓN DE PIEZAS DE FUNDICIÓN PARA APLICACIONES ELÉCTRICAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método para la producción de piezas de fundición para aplicaciones eléctricas según el preámbulo de la reivindicación 1.

Es conocido producir piezas de fundición a presión para aplicaciones eléctricas, por ejemplo, para conductores eléctricos, interruptores de alta tensión, rotores o estatores en motores eléctricos y similares. Se usan para esto, entre otras, aleaciones de aluminio que pueden ser endurecidas. Semejantes aleaciones de aluminio son, por ejemplo, Al-Cu, Al-Mn-Si, Al-Zn-Mg, Al-Si-Cu o Al-Si-Mg. Las aleaciones endurecibles tienen una conductibilidad eléctrica que usualmente asciende a algo más de 28 ms/m. Para mejorar las propiedades mecánicas de las diferentes aleaciones de aluminio es conocido prever en la estructura de estas aleaciones, así llamadas, zonas Guinier-Preston. Estas son unas precipitaciones coherentes que aumentan la resistencia mecánica de la aleación de aluminio. Con la ayuda de la Fig. 1 se describe un método conocido para obtener semejantes aleaciones de aluminio endurecibles con altas resistencias a la tracción. Para lograr esto se necesitan etapas de proceso aparatosos. Primero se somete la aleación de aluminio a un proceso de recocido de solución. Durante el recocido de solución se calienta la aleación lentamente. Según la Fig. 1, que muestra un diagrama temperatura-tiempo para una aleación A356, esta etapa de calentamiento toma un período de 100 minutos . La aleación de aluminio se calienta a aproximadamente 80% de su punto de fusión, en el ejemplo de realización a 530°C. En aleaciones de aluminio esta temperatura de calentamiento se ubica entre 470°C y 540°C. La pieza de trabajo tiene que mantenerse a esta temperatura hasta que se haya formada una cantidad bastante de cristales de mezcla. En el ejemplo de realización, este período es de 140 min. A continuación se enfría este cristal de mezcla formado bruscamente en un segundo proceso, para que estos cristales de mezcla se conserven aún a temperaturas más bajas, usualmente a temperatura ambiente. A continuación se lleva a cabo un envejecimiento, en el cual la aleación de aluminio se calienta durante aproximadamente 50 min a 210°C y se mantiene allí durante otros 70 min. Durante esta etapa del proceso se forman las zonas Guinier-Preston que conllevan una alta resistencia mecánica de la aleación de aluminio.

Este método en tres etapas de proceso es aparatoso y consume mucho tiempo.

La invención se basa en el problema de diseñar el método inventivo de tal manera que se puedan producir las piezas de fundición de manera más económica con menos consumo de tiempo .

Este problema se resuelve en el método del género en cuestión inventivamente por medio de las características distintivas de la reivindicación 1.

En el método inventivo se produce la pieza de fundición en un molde de colada a presión cuya material tiene una conductibilidad de calor tan grande que la aleación fundida durante el proceso de colada a presión se enfría con una velocidad de enfriamiento de aproximadamente > 5 x 102 k/s. La velocidad de enfriamiento es preferentemente no menor que aproximadamente > 103 k/s. A causa de esta velocidad de enfriamiento brusco tan alta se forma un cristal de mezcla sobresaturado que ya no requiere ningún tratamiento térmico adicional . De esta manera se forma una aleación de aluminio endurecible altamente resistente que es excelentemente apropiado para la producción de piezas fundidas para aplicaciones eléctricas. No se necesita ninguna inversión grande en tecnología de proceso para llevar a la práctica el método inventivo. El método inventivo requiere además menos tiempo que los métodos descritos, conocidos hasta ahora.

La aleación fundida se desplaza en una primera etapa ventajosamente con poca velocidad a una cámara de llenado, donde la aleación fundida es introducida primeramente y luego se alimenta a la cavidad correspondiente del molde de colada a presión. Gracias a la baja velocidad de desplazamiento el aire contenido en la aleación fundida puede escapar bien. Se garantiza así además que la aleación fundida se mueve poco y forma, correspondientemente, ningunas o sólo muy pocas olas, de manera que se evita el riesgo de una inclusión de aire.

La velocidad de desplazamiento se ubica en un rango más baj o que aproximadamente 0.5 m/s .

La aleación fundida se inyecta en una segunda fase ventajosamente con alta velocidad de la cámara de llenado al molde de colada a presión posterior. Gracias a esto se llena la cavidad correspondiente en el molde de colada a presión por completo con la aleación fundida.

La velocidad con que la aleación fundida se inyecta en esta segunda fase al molde de colada a presión se ubica ventajosamente en un rango entre aproximadamente 1 m/s y aproximadamente 3 m/s.

En una modalidad ventajosa, la aleación fundida es sometida en el molde de colada a presión todavía con una alta presión posterior para compensar el déficit de la menor densidad de la aleación fundida con relación al estado sólido de la aleación y evitar de esta manera los rechupes en la pieza fundida.

El objeto de la solicitud es el resultado no sólo del objeto de cada una de las reivindicaciones, sino también de las indicaciones y características manifestadas en las figuras y en la descripción. Se reivindican, aun no siendo objeto de las reivindicaciones, como esenciales para la invención, en la medida en que son nuevas, cada una de ellas o en combinación, frente al estado de la técnica.

Características adicionales de la invención son desprendibles de las demás reivindicaciones, de la descripción y de las figuras .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención se explica con la ayuda de un ejemplo de realización representado en las figuras. Se muestra Fig. 1 en un diagrama de temperatura-tiempo un tratamiento térmico de una aleación de aluminio según el estado de la técnica, Fig. 2 a Fig. 4 en representación esquemática un proceso de colada a presión según el método inventivo.

EXPLICACIÓN DEL EJEMPLO DE REALIZACIÓN Mediante el método que a continuación se describe es posible producir una aleación de aluminio endurecible, en la cual se puede prescindir al menos de la etapa del recocido de solución, preferentemente también la del enfriamiento brusco. Esto permite producir la aleación de manera sencilla, económica y dentro de poco tiempo. El método se distingue, por consiguiente, de una conducción sencilla del proceso.

El método es apropiado para aleaciones de aluminio endurecibles que contienen, además de aluminio, al menos dos componentes más. El método es apropiado, por ejemplo, para aleaciones de Al-Mn-Si, Al-Zn-Mg, Al-Si-Cu o Al-Si-Mg. Una aleación de aluminio particularmente ventajosa es 6101. Las aleaciones—de—aiuminio tienen una alta conductibilidad eléctrica que es más alta que aproximadamente 28 ms/m.

Por medio de las figuras 2 a 4 se explica el método con más detalle. La aleación 1 fundida se encuentra en una cámara de llenado 2, donde la aleación 1 fundida se desplaza con la ayuda de un émbolo 3 en dirección a un molde de colada a presión 4. Ésta tiene una placa de punta de inyección 5 de molde y una placa de eyección 6 de molde, entre las cuales se encuentra una placa de cilindro 7. La placa de cilindro 7 recibe una pieza de trabajo 8 que, en el ejemplo de realización, es un paquete de laminillas que se usa, por ejemplo, para la producción de rotores o estatores de electromotores . En ambas caras frontales de la pieza de trabajo 8 se unen por fundición unos anillos de cortocircuito 9, 10. El molde de colada a presión 4 está provisto para ello con unas cavidades 11, 12 correspondientes que están provistas en la placa de punta de inyección 5 del molde y en la placa de eyección 6 del molde. Los anillos de cortocircuito 9, 10 conectan las barras conductoras (no representadas) en el paquete de laminillas 8 de manera conocida.

La aleación 1 fundida se introduce primeramente en la cámara de llenado 2. En la primera etapa, según la Fig. 2, el émbolo 3 empieza a desplazar la masa fundida lentamente en dirección a un canal de colada 13. La velocidad del émbolo 3 en esta primera etapa es ventajosamente menor que aproximadamente 0.5 m/s. Gracias a la baja velocidad de desplazamiento, el aire contenido en la masa fundida puede escapar bien. Además hay poca formación de olas en la masa fundida, generadas al mover la masa fundida, de manera que tampoco se presentan movimientos de rebosamiento en la masa fundida que podría causar inclusiones de aire. Para que el aire escape, la cámara de llenado 2 está provista de aberturas de ventilación correspondientes en la- parte superior. La aleación 1 líquida llega a través de al menos una abertura de llenado 14 a la cámara de llenado 2. En la posición inicial según la Fig. 2, el émbolo 3 se encuentra aún frente a la abertura de llenado 14. Se mueve tanto a baja velocidad en dirección al molde de fundición a presión 4 hasta que se encuentre atrás de la abertura de llenado 14 (Fig. 3) .

En la segunda etapa (Fig. 3) se inyecta la aleación 1 líquida por medio del émbolo 3 a velocidad alta en el molde de colada a presión 4. La aleación 1 líquida llena por completo las cavidades 11, 12 y el canal de colada 13 (Fig. 4) . La velocidad del émbolo 3 en la segunda etapa depende del producto y de la geometría. Dependiendo de la geometría puede calcularse el tiempo de llenado máximo u óptimo, lo que implica un caudal correspondiente. El mismo caudal puede lograrse con un diámetro pequeño y velocidad alta o con un diámetro grande y una velocidad baja. En caso de rotores usuales, la velocidad se ubica entre aproximadamente 1 m/s y aproximadamente 3 m/s.

El émbolo 3 todavía aplica una alta presión posterior a la aleación 1 líquida. De esta manera se toma en cuenta que la aleación 1 líquida tiene una densidad menor que en fase sólida. Gracias a la alta presión posterior se compensa esta diferencia, lo que evita rechupes en los anillos de cortocircuito 9, 10. La magnitud de la presión depende del producto/geometría y se ubica entre aproximadamente 80 y 600 bar.

Tan pronto la aleación 1 esté enfriada y solidificada se abre el molde de colada a presión 4 para que la pieza de trabajo 8 con los anillos de cortocircuito 9, 10 en las caras frontales pueda retirarse. La mazarota formada por el material en el canal de colada 13 es retirada del anillo de cortocircuito 9 de la manera conocida.

El material del molde de colada a presión 4 se selecciona de tal manera que se pueda lograr una tasa de enfriamiento muy alta, que no es menor que aproximadamente 5xl02 k/s, preferentemente no menor que aproximadamente 103 k/s. Un material que permite una tasa de enfriamiento tan alta es, por ejemplo, acero, que permite el enfriamiento rápido de la aleación fundida. Cualquier material es apropiado que tiene una conductibilidad de calor tan alta que se logra el enfriamiento rápido de la aleación fundida. El proceso de enfriamiento rápido se logra gracias al molde de colada 4 durante el proceso de colada, de manera que se puede prescindir del proceso de recocido de solución. El proceso de colada a presión, por ello, necesita sólo poco tiempo.

Mediante el método descrito puede producirse una estructura de solución sólida sobresaturada en la pieza de fundición a presión 9, 10, siendo que el molde de colada a presión 4 se llena óptimamente durante el proceso de colada a presión. Se pueden usar todas las aleaciones de aluminio para el método descrito que son endurecibles .

No es necesario someter las piezas de fundición a presión 9, 10 a tratamiento térmico, puesto que gracias al enfriamiento extremadamente rápido a través del molde de colada por presión durante el proceso de colada a presión las piezas de fundición a presión obtienen una estructura de cristales de mezcla sobresaturada que ya no requiere de ningún tratamiento térmico.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Método para la producción de piezas de fundición para aplicaciones eléctricas, en el cual se usan aleaciones de aluminio endurecibles, que son fundidas e introducidas en un molde de colada a presión, caracterizado porque el molde de colada a presión consiste de un material que tiene una conductibilidad de calor tal que la aleación fundida se enfría en el molde de colada a presión con una velocidad de enfriamiento de aproximadamente > 5 x 102 k/s.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la velocidad de enfriamiento es aproximadamente de >103 k/s.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la aleación fundida es desplazada en una primera etapa con una velocidad baja en una cámara de llenado.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque la velocidad . en la primera etapa es menor que aproximadamente 0.5 m/s .

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la aleación fundida es desplazada con alta velocidad en una segunda etapa de la cámara de llenado al molde de colada a presión.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque la velocidad en la segunda etapa es entre aproximadamente 1 m/s y aproximadamente 3 m/s.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque la aleación fundida es puesto bajo sobrepresión después del llenado completo del molde de colada a presión.