MXPA04001490A - Metodo y aparato para colar espuma de aluminio a baja presion. - Google Patents

Abstract

Un metodo para colar un articulo compuesto de metal espumado incluye colocar una matriz con una cavidad de matriz por encima de un bano de un metal fundido y presurizar el bano para provocar que el metal fundido llene la cavidad de matriz. Posteriormente, se burbujea un gas a traves del metal fundido para formar una espuma; la espuma se forma dentro de la cavidad de matriz. Una vez que la espuma dentro de la cavidad de matriz se haya solidificado, se libera la presion en el bano y se retira el articulo espumado. Un aparato para el metodo incluye una matriz colocada por encima del bano, la matriz tiene una cavidad de matriz en comunicacion fluida con el bano. El bano cuenta con medios de presurizacion y medios de ventilacion portillo para suministro de gas para formar la espuma.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA COLAR ESPUMA DE ALUMINIO A BAJA PRESIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método y un aparato para colar artículos de espuma metálica. De manera más específica, la invención proporciona un método para colar artículos usando un método a baja presión para introducir espuma metálica en una cavidad del molde. Los procesos de colado a baja presión se conocen comúnmente en la técnica. En general, estos procesos involucran un aparato que incluye un molde y un baño que contiene un metal fundido, tal como aluminio. El molde y el baño se conectan fluidamente con un tubo de subida. En el método conocido, el metal fundido se impulsa hacia arriba a través del tubo de subida, teniendo el tubo su extremo inferior que se extiende por debajo del nivel del metal fundido en el baño y su extremo superior conectado a una apertura en la cavidad del molde. El metal fundido se eleva aplicando presión gaseosa al metal fundido en el baño. El metal fundido después se eleva en el tubo de subida y en la cavidad del molde, donde el metal solidifica. La presión gaseosa después se reduce permitiendo que el metal fundido en exceso caiga nuevamente en el tubo de subida y en el baño. El colado después se deja enfriar adicionalmente, después de lo cual la cavidad del molde se abre para retirar el fundido del mismo. Este proceso resulta en un articulo sólido hecho del metal. Ejemplos de tal colado a baja presión se proporcionan en las Patentes de EE.UU. 4,860,820 y 4,875,518 y la solicitud de patente Japonesa número 58003769. En la manufactura de los productos tales como automóviles etc . , hay una gran demanda de que los componentes se elaboren con materiales que tengan una alta resistencia a la relación en peso. ara satisfacer esta demanda, se ha puesto mucho énfasis en encontrar materiales que sean considerablemente bajos en peso y que mantengan aún la resistencia estructural requerida. Uno de los materiales de este tipo que se ha propuesto es el metal poroso, tal como aluminio poroso. Se han propuesto varios métodos para producir espuma metálica, tal como en las Patentes de EE.UU. números 5,221,324 y 5,622,542. Estos métodos involucran generalmente el burbujeo de un gas a través de un baño de metal fundido, por lo que se crea una espuma metálica arriba del baño. La espuma después se extrae del baño y se enfría para formar una petaca. La petaca después se corta o trabaja para formar un artículo deseado. El metal fundido incluye normalmente aditivos tales como un compuesto de matriz metálica ( MC, por sus siglas en inglés) y de preferencia otros componentes, tales como partículas refractarias y estabilizadores, etc. para asegurar que la espuma generada por el proceso se preserve. Esto es, los aditivos se proporcionan para facilitar la estabilización de las células que comprenden la espuma. Existe la necesidad de un método para formar un artículo de espuma metálica que use un proceso de tipo colado .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En una modalidad, la presente invención proporciona un método para colar un artículo a partir de un metal fundido, y que comprende: a) proporcionar un baño que contiene el metal fundido; b) proporcionar un molde que tiene una cavidad del molde en comunicación de fluido con el baño, estando el molde localizado arriba del baño; c) establecer una presión dentro del baño, siendo tal presión suficiente para provocar el flujo de metal fundido en la cavidad del molde; d) hacer burbuj ear un gas a través del metal fundido para formar una espuma del metal fundido; e) causar que la espuma entre y rellene la cavidad del molde; f) liberar la presión en el baño; g) retirar el artículo formado de la cavidad del molde . En otra modalidad, la invención proporciona un aparato para colar un articulo a partir de un metal fundido poroso, y que comprende : un baño para contener el metal fundido; una fuente de calor para el baño que mantenga el metal en un estado fundido; un medio de presurización; - un medio para liberar presión; un medio de suministro de gas para burbujear un gas a través del metal fundido; un molde que tiene una cavidad de molde en forma complementaria al artículo; - un canal para establecer una comunicación de fluido entre la cavidad del molde y el baño.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una elevación de sección transversal de un aparato de colado a baja presión de la técnica anterior. La Figura 2 es una elevación de sección transversal de un aparato de colado a baja presión de la presente invención. La Figura 3 es una elevación de sección transversal de un aparato de la Figura 2 durante la etapa de formación de la espuma. La Figura 4 es una elevación de sección transversal de un aparato de la Figura 2 después de que la cavidad del molde se llena con la espuma metálica.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Como se ilustra en la Figura 1, el aparato de colado a baja presión de la técnica anterior se indica generalmente como 10. El aparato incluye un baño 12 que contiene un metal fundido 14. El baño 12 está contenido dentro de un horno o se calienta de otra manera para mantener el metal en el estado fundido. El aparato 10 también incluye un molde 16, que incluye una cavidad del molde 18. Como se muestra, el molde 16 puede estar comprendido de dos porciones o puede construirse de cualquier otra manera conocida, de modo que el molde puede abrirse para retirar el artículo formado. El molde 16 y el baño 12 se conectan fluidamente por medio de un tubo 20. Como puede observarse, el extremo superior del tubo 20 se abre en la cavidad del molde 28 mientras que el extremo inferior del tubo 20 se extiende debajo del nivel del fluido del metal fundido . El aparato también incluye un puerto 22 para presurizar y ventilar el baño 12. Aunque la presente descripción usa el término "metal fundido", se entenderá que tal término incluye un MMC como se describió anteriormente y cualquier tipo de metal o aleación metálica. Además, tal término también incluirá un metal fundido o aleación que incluya cualquier variedad de aditivos conocidos, tales como materiales refractarios, partículas estabilizadoras, etc. En operación, el baño se presuriza haciendo pasar un gas al interior del baño a través del puerto 22. La presurización hace que el metal fundido 14 se eleve a través del tubo 20 y en la cavidad del molde 18. Una vez que se llena la cavidad, el puerto 22 se abre para liberar la presión en el baño causando de esta manera que cualquier metal fundido restante en el tubo vuelva a entrar al baño. El metal fundido que entró en la cavidad del molde se habrá enfriado suficientemente para solidificar. Posteriormente, el molde 16 se abre y el artículo formado se retira. La Figura 2 ilustra un aparato de colado, indicado generalmente como 30, de acuerdo con una modalidad preferida de la invención. Como se muestra, el aparato 30 incluye un baño 32 que contiene metal fundido 34. En la modalidad preferida, el metal es aluminio; sin embargo, como se apreciará por los expertos en la técnica, también pueden usarse otros metales. El aparato también incluye un molde 36 que tiene una cavidad del molde 38 que es de forma complementaria a la forma del artículo que va a producirse.

La cavidad del molde 38 se conecta fluidamente al metal fundido 34 por vía del tubo 39 de la misma manera que se describió anteriormente con relación a la técnica anterior. Como con el aparato de la técnica anterior, el aparato 30 de la presente invención también incluye un puerto 40 para presurizar y ventilar el baño 32. El aparato también incluye un segundo puerto 42 de suministro de gas conectado a la base del baño 32. En una modalidad preferida, el puerto 42 de suministro de gas se conecta a un tapón poroso 44 en la base del baño 32. El tapón 44 está diseñado para permitir el paso de gas en el baño, pero no permite el paso de metal fundido a través del mismo. Como se explica más adelante, el propósito del tapón 44 es permitir que el gas de un suministro (no mostrado) burbujee a través del metal fundido para provocar de esta forma que se forme la espuma del metal fundido, como se conoce en la técnica. Como se apreciará, el tapón poroso 44 puede sustituirse por cualquier otro medio conocido para introducir el gas. Por ejemplo, en una modalidad, el tapón puede reemplazarse con un impulsor de descarga de gas como se conoce en la técnica. La Figura 3 ilustra el aparato de la Figura 2 durante la primera etapa del proceso de fundido. En esta etapa, un gas presurizado se hace pasar hacia el baño 32 a través del puerto 40. La dirección de la flecha A indica el flujo de gas en el baño 32. La presurización del baño causa que el metal fundido 34 sea impulsado hacia arriba por el tubo 39 en la cavidad del molde 38. La presurización se continúa hasta que la cavidad del molde se llena con el metal fundido. Después de que la cavidad del molde se llena de esta manera, el gas se suministra al puerto 42 de suministro de gas como se muestra por la flecha B. El gas se hace pasar a través del tapón poroso 44 y se hace burbujear en el metal fundido 34. Debido a la presión aplicada al baño a través del puerto 40 y/o debido a su flotabilidad natural, las burbujas 46 se elevan preferentemente en el tubo 39, como se muestra por la flecha C. Una vez que alcanzan la cavidad del molde 38, las burbujas desplazan el metal fundido contenido en la misma. Se entenderá por las personas expertas en la técnica, que el puerto 42 de suministro de gas debería colocarse preferentemente de tal manera que se asegure que las burbujas 46 generadas entren al tubo 39 en lugar de al baño 32. Como se ilustra, un medio preferido para asegurar que las burbujas 46 entren al tubo 39 es colocar el puerto 42 de suministro de gas directamente debajo de la abertura del tubo 39. En otra modalidad, la abertura terminal del tubo 39 puede ser acampanada o tener cualquier otra forma similar que asegurará que las burbujas 46 se dirijan hacia arriba a través del tubo 39.

En una modalidad preferida, una vez que el metal fundido llena el interior del molde, se deja enfriar durante un periodo de tiempo antes de introducir el gas a través del puerto de suministro 42. El enfriamiento del metal fundido causa endurecimiento del fundido adyacente a la superficie interior de la cavidad del molde. De esta manera, una vez que la espuma metálica ocupa la cavidad del molde, el producto final se proporciona con una superficie o recubrimiento exterior relativamente liso. Como se apreciará, esta modalidad es deseable en los casos donde tales características de superficie exterior lisa se necesitan, ya sea por razones estéticas o mecánicas. La Figura 4 ilustra la segunda etapa del proceso de colado. Como se muestra, las burbujas 46 han emigrado ahora en la cavidad del molde 38 llenando la misma con una espuma metálica. La espuma después se deja enfriar y solidificar dentro de la cavidad del molde 38 y, de esta manera, asumen la forma de tal cavidad. En este punto, el flujo de gas al puerto 42 de suministro de gas se cambia, por lo que se detiene la generación de cualesquiera burbujas adicionales y, por lo tanto, se detiene la formación de espuma metálica adicional. El puerto 40 también se abre para liberar la presión dentro del baño 32 como se indica por la flecha D. Tal normalización de la presión causa que el nivel de metal fundido en el tubo 39 caiga al nivel del metal en el baño 32, colando de esta manera generalmente el tubo 39. Subsecuentemente, el molde 36 se abre y el artículo formado se retira. Como se apreciará, el artículo formado mediante este proceso tendrá la misma forma tridimensional que la cavidad del molde 38. Por lo tanto, se entenderá que cada artículo deseado requerirá un molde y cavidad del molde respectivos . Como también se entenderá, el propósito de la presente invención es llenar la cavidad del molde con una espuma metálica que asumirá la forma de la misma. Por lo tanto, las condiciones de temperatura, presión y velocidad de flujo de gas deberían elegirse para generar tal espuma. Además, como se conoce en la técnica, el metal fundido puede incluir aditivos para estabilizar la espuma generada por la presente invención, por lo que se asegura que la burbuja formada en el metal fundido no se colapsa. Como se entenderá por las personas experimentadas en la técnica, cuando el baño 32 se presuriza, la elevación del metal fundido 34 en la cavidad del molde 38 conducirá a una reducción en el volumen del metal fundido en el baño 32, conduciendo así a una caída en el nivel del metal. Para acomodar tal caída en el nivel, el tubo 39 debería ser suficientemente largo para que el extremo inferior se mantenga sumergido en el metal fundido 34. Alternativamente, el volumen del metal fundido 34 debería mantenerse a un valor mínimo para asegurar que la base del tubo 39 se sumerja continuamente en el mismo. El aparato de la invención también puede incluir varias otras modificaciones como será evidente para las personas con experiencia en la técnica. Por ejemplo, pueden emplearse varios medios para mantener el baño 32 a la temperatura requerida para mantener el metal en el estado fundido. Como se indicó anteriormente, el baño 32 puede localizarse dentro de un horno. De manera alternativa, en otra modalidad, el baño 32 puede proporcionarse con un elemento de calentamiento interno o externo. El aparato también puede incluir un termopar que se extiende en el metal fundido para monitorear la temperatura del mismo. En otra modalidad, el puerto 40 puede incluir una válvula unidireccional y puede usarse exclusivamente con el propósito de presurizar el baño. En tal caso, un puerto adicional puede proporcionarse para ventilar el baño y normalizar la presión en el mismo. Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a diversas modalidades preferidas, varias modificaciones de la misma serán evidentes para las personas con experiencia en la técnica sin apartarse del espíritu o alcance de la invención como se define en la presente .

Claims (19)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para colar un artículo a partir de un metal fundido, y que comprende: a) proporcionar un baño que contiene el metal f ndido; b) proporcionar un molde que tiene una cavidad del molde en comunicación de fluido con el baño, estando el molde localizado arriba del baño; c) establecer una presión dentro del baño, siendo tal presión suficiente para provocar el flujo de metal fundido hacia la cavidad del molde; d) hacer burbujear un gas a través del metal fundido para formar una espuma del metal fundido; e) hacer que la espuma entre y rellene la cavidad del molde; f) liberar la presión en el baño; g) retirar el artículo formado de la cavidad del molde.
2. 2. El método según la reivindicación 1, en donde la presión hace que el metal fundido rellene la cavidad del molde antes de introducir el gas .
3. 3. El método según la reivindicación 2 , en donde el metal fundido dentro de la cavidad del molde se enfría parcialmente antes de la etapa (d) .
4. 4. El método según la reivindicación 1, en donde, en la etapa (e) , la espuma desplaza el metal fundido en la cavidad del molde .
5. 5. El método según la reivindicación 1, en donde, en la etapa (e) , la espuma se desvía en la cavidad del molde a través de un conducto.
6. 6. El método según la reivindicación 1, en donde, antes de la etapa (f) , la espuma en la cavidad del molde se enfría hasta un estado endurecido.
7. 7. Un aparato para colar un artículo a partir de un metal fundido poroso, y que comprende: un baño para contener el metal fundido; una fuente de calor para que el baño mantenga el metal en un estado fundido; un medio de presurización; un medio para liberar presión; un medio de suministro de gas para hacer burbujear un gas a través del metal fundido; un molde que tiene una cavidad del molde en forma complementaria al artículo; un canal para establecer una comunicación de fluido entre la cavidad del molde y el baño.
8. 8. El aparato según la reivindicación 7, en donde el molde se coloca arriba del baño.
9. 9. El aparato según la reivindicación 7, en donde el medio de liberación de presión comprende un medio de ventilación para liberar presión en el baño.
10. 10. El aparato según la reivindicación 7, en donde el medio de suministro de gas comprende una fuente de gas presurizado y una entrada de gas en el baño.
11. 11. El aparato según la reivindicación 10, en donde la entrada de gas comprende un tapón poroso para permitir el paso del gas y evitar el paso del metal fundido .
12. 12. El aparato según la reivindicación 10, en donde la entrada de gas comprende un impulsor de descarga de gas .
13. 13. El aparato según la reivindicación 10, en donde la entrada de gas se proporciona próxima a una abertura del canal para desviar la espuma hacia la cavidad del molde.
14. 14. El aparato según la reivindicación 13, en donde el canal comprende un tubo orientado en general verticalmente y tiene un primer extremo localizado arriba de la entrada de gas y un segundo extremo opuesto que se abre en la cavidad del molde.
15. 15. El aparato según la reivindicación 14, en donde el primer extremo se proporciona con un extremo acampanado para facilitar la entrada de la espuma.
16. 16. El aparato según la reivindicación 14, en donde el primer extremo del canal se sumerge en el metal fundido.
17. 17. El aparato según la reivindicación 7, en donde el medio de presurización y el medio de liberación de presión comprenden un puerto simple en el baño para permitir la entrada del gas presurizado en un espacio en el baño arriba del nivel del metal fundido y para permitir la salida del gas .
18. 18. El aparato según la reivindicación 7, que incluye además un medio de enfriamiento para enfriar el molde .
19. 19. El aparato según la reivindicación 7, en donde el baño se sella para permitir la presurización.