METODO Y APARATO PARA INYECTAR METAL FUNDIDO DENTRO DE UN MOLDE
CAMPO TÉCNICO Esta invención se refiere a métodos y aparatos para colada a presión, y más particularmente, a sistemas para reducir la inclusión de vacíos gaseosos en piezas fundidas a presión.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso de colada a presión y moldeado de plástico se ha extendido para la fabricación de grandes y grandes artículos. Tales piezas automotrices grandes como bloques de motor de combustión interna y bastidores para transmisiones automáticas ahora comúnmente se fabrican con colada a presión como la primera etapa en la formación de la pieza. Tales piezas tienen superficies complejas y extensas, con tolerancias cerradas; y la colada a presión permite su formación, eliminando operaciones mecanizadas costosas y ahorro de metal. La colada a presión requiere presiones extremas ejercidas en el metal líquido y grandes cantidades de calor se liberan de los metales fundidos mientras ellos cambian de estado. Matrices masivas se requieren para mantener las tolerancias dimensionales dentro de los límites, haciendo tales operaciones económicamente atractivas y para suministrar la resistencia para aguantar la presión que se da como resultado de altas presiones y fuerzas. Los moldes para colar a presión para tales piezas automotrices grandes como bastidores de transmisión automática son, por ejemplo, frecuentemente de siete a ocho pies (2.1-2.5 metros) de alto, siete a ocho pies (2.1-2.5 metros) de ancho y seis a siete pies (1.8-2.1 metros) de grueso cuando están cerrados, y se deben fabricar de acero de alta resistencia y gran calidad superior. (Las palabras "molde" y "matriz" se usan intercambiablemente en la presente.) Tales moldes frecuentemente incluyen un elemento fijo, un elemento móvil que se opera por la máquina de colada a presión para cerrar el molde, y varios elementos deslizables calificados como "deslizamientos" que se mueven transversalmente de la dirección de movimiento de la máquina de colada a presión para suministrar una cavidad de molde con configuraciones de superficie re-participantes e intricadas. Los deslizamientos de molde, los cuales se deslizan transversalmente de la dirección de movimiento de la máquina de colada a presión, se mueven generalmente por cilindros hidráulicos a sus posiciones adecuadas. La colada a presión ha llegado a ser deseable como un método de fabricación para piezas tales como bloques de motor de automóvil y bastidores de transmisión, porque esta puede producir piezas moldeadas intricadamente para tolerancias cerradas. Por eso, la colada a presión puede suministrar tales piezas con resistencia y superficies moldeadas intricadamente sin operaciones mecanizadas caras y extensas. Tales piezas tienen espesores de pared diseñados para tomar ventaja de la economía de las operaciones para vaciar a presión. El desalineamiento de las piezas de molde debido a, por ejemplo alabeo del molde, desalineamiento del molde en la máquina de moldeado, ó no paralelismo en las superficies del rodillo de la máquina de moldeado ó su dirección del movimiento, puede variar los espesores de pared y distorsionar las dimensiones de la superficie de la pieza en límites inaceptables y resultar en una perdida substancial de las piezas fundidas a presión. Además, la inclusión de vacíos dentro de las paredes de una colada puede crear sitios de concentración de resistencia y puede suministrar áreas finas indeseables de las paredes de la colada. La detección de vacío en las paredes de la colada es difícil, y el fallo para detectar piezas mal vaciadas antes de mecanizar puede resultar en perdida. En las operaciones de colada a presión, se necesitan presiones altas para llenar rápidamente las cavidades intricadas de los moldes de colada a presión y evitar solidificación prematura del metal fundido cuando la cavidad de la matriz se esta llenando. Las máquinas de colada a presión típicamente incluyen un "tubo de inyección" conectado a un elemento de matriz fijo, de esta manera su cavidad cilindrica central esta en comunicación con la cavidad del molde. El metal fundido se introduce en la cavidad central del tubo de inyección a través de un agujero de derrame y se inyecta dentro la cavidad del molde por una punta de transmisión del pistón ó émbolo (calificado como una "punta de inyección" que se mueve recíprocamente en la cavidad del tubo de inyección. En el llenado, las presiones de la cavidad del molde de arriba de 5500 a 20,000 psi (386-1400 kg/cm2) se ejercen por el pistón sobre el metal fundido en el tubo de inyección y la cavidad del molde en cada "inyección". En una operación típica de colada a presión, el tubo de inyección únicamente se llena parcialmente con el volumen de metal que corresponde al volumen de la cavidad de la matriz. Una inyección con un tubo de inyección parcialmente lleno se llama una "inyección abierta". Durante una inyección abierta, se forma una onda en frente de la punta de inyección mientras esta avanza. Esta onda puede entrampar burbujas de aire con el metal fundido, resultando finalmente en la formación de vacíos dentro de la colada. Por consiguiente, la parte de inyección de la operación de colada a presión, los tubos de inyección y sus operaciones han sido el objeto de desarrollo y estudio extenso. Ejemplos de tales esfuerzos se revelan en la Patente de EE.UU. No. 5,601,136 y la Publicación de la Patente Japonesa Nos. 58-148066, 59-921157, 62-101360 y 63-188465, y Capítulo 5, Plunger Velocity & Forcé, de Die Casting Process Engineering and Control, publicada por The North American Die Casting Association of Rosemont, Illinois 1991. La Publicación de la Patente Japonesa 63-188465 revela un intento para reducir la inclusión de aire en el tubo de inyección añadiendo, al tubo de inyección, una abertura que se extiende desde el agujero de derrame en la dirección de la matriz para actuar como una salida de aire y reducir el aire inyectado en la cavidad de la matriz durante la inyección, pero tales aberturas disminuyen la capacidad del tubo de inyección para aguantar las presiones altas internas que se ejercen sobre el metal fundido y pueden llevar al fallo estructural del tubo de inyección y suministran una vía extendida para el escape del metal fundido cuando la punta del tubo de inyección esta avanzando, las dos de los cuales pueden suministrar condiciones de operación inseguras. Para producir coladas de mejor calidad, se han desarrollado montajes de "inyección cerrada". Una inyección cerrada tiene un volumen que corresponde al volumen de la cavidad de la matriz. En consecuencia, la camisa se llena completamente con el metal fundido y el agujero de derrame se cierra antes de que el émbolo avance. Tales montajes de inyección cerrada requieren montajes de piezas de movimiento complejos que se exponen al metal fundido y presiones extremas y que no son preferentes en la industria de colada a presión. Se cree que ninguno de los desarrollos anteriores de la parte de inyección de una operación de colada a presión y tubos de inyección y su operación ha hablado de los efectos combinados de transmisión de calor, formaciones de onda, y aire dentro de un tubo de inyección durante la inyección de metal fundido dentro de la cavidad de la matriz. Una necesidad continúa existiendo para un método y aparato de colada a presión, el cual se puede operar bien para reducir substancialmente ó eliminar substancialmente vacíos dentro de las piezas fundidas a presión.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención suministra un método y aparato mejorado para inyectar un metal fundido dentro de una cavidad de la matriz y se basa en la creencia de que los vacíos de aire dentro de una pieza vaciada a presión se pueden minimizar controlando, durante el proceso de inyección, la descarga de gas del tubo de inyección y el movimiento del metal dentro del tubo de inyección para evitar gas entrampado y partículas de aluminio solidificado prematuramente en el metal fundido que se esta inyectando dentro del la cavidad de la matriz durante el proceso de inyección. En la invención un tubo de inyección para usarse con las inyecciones al inyectar un metal fundido dentro de la cavidad de la matriz se suministra con una abertura de salida que tiene un diámetro Dv, preferentemente de alrededor de 18% a aproximadamente 27% del diámetro del tubo de inyección, situado río debajo de la abertura de derrame, y río arriba del extremo distante del tubo de inyección, una distancia Lv, la cual es substancialmente igual a VM y dividida por VT veces LT, en donde VM es el volumen del metal vertido dentro del tubo de inyección, el cual se un poco mayor que el volumen total de la cavidad de la matriz, y VT y LT son, respectivamente, el volumen total del tubo de inyección y la longitud del tubo de inyección entre la punta de inyección y el extremo distante del tubo de inyección (la longitud del recorrido de inyección), y la punta de inyección se acelera a través del tubo de inyección en un nivel que mantiene una onda creciente no turbulenta de metal en el tubo de inyección hasta que la punta de inyección es adyacente a la abertura de salida, y después se acelera para llenar la cavidad tan rápidamente como sea posible. Al llenar la cavidad, presiones muy altas se aplican a la punta de inyección por el reforzador para comprimir el metal fundido en la cavidad de la matriz. Además, un vacío se puede aplicar a la cavidad de la matriz después de que la punta de inyección es adyacente a la abertura de salida. Un aparato de colada a presión de la invención puede comprender una matriz que tiene una cavidad de matriz que forma una pieza con un volumen VM, un tubo de inyección que tiene un calibre central con una longitud LT y un volumen VT conectado con una cavidad de la matriz, una abertura de derrame en la parte posterior de el tubo de inyección para la introducción del metal fundido en el calibre del tubo de inyección, y una abertura de salida, que tiene preferentemente un diámetro de alrededor de 18% a aproximadamente 27% del diámetro DT del calibre del tubo de inyección, situado a una distancia Lv, igual a VM dividida por VT veces LT, del extremo distante del tubo de inyección conectado con la cavidad de la matriz, el tubo de inyección que tiene una punta de inyección recíprocamente llevada dentro de su calibre entre su parte posterior y su extremo distante para incitar al metal fundido dentro de la cavidad de la matriz, un medio para introducir al menos un volumen de VM de metal fundido a través de la abertura de derrame dentro del calibre del tubo de inyección entre la punta de inyección y el extremo distante del tubo de inyección, y un medio para avanzar la punta de inyección hacia el extremo distante del tubo de inyección para inyectar el metal dentro de la cavidad de la matriz, dichos medios de avance son factibles para acelerar y avanzar la punta de inyección en un nivel que forma una onda creciente pero no turbulenta del metal fundido en frente de la punta de inyección hasta que la punta de inyección ha cubierto la abertura de la salida y después avanzar la punta de inyección en un nivel rápido hasta que la cavidad de la matriz se llena con el metal fundido y después es factible para aplicar unan presión extremadamente alta sobre el metal fundido en la cavidad de la matriz. La invención también suministra un método de colada a presión que comprende las etapas de suministrar una inyección demetal fundido que tiene al menos un volumen VM al menos igual al volumen de la cavidad de la matriz, a través de una abertura de derrame para llenar parcialmente el calibre de un tubo de inyección que tiene un volumen total VT, con el calibre del tubo de inyección que se esta conectando con la cavidad que forma un pieza de una matriz, y avanzar una punta de inyección dentro del calibre del tubo de inyección para formar una onda creciente substancialmente no turbulenta del material fundido dentro del tubo de inyección y expulsar gas de arriba de la onda creciente del metal fundido a través de una abertura de salida situada a una distancia del extremo distante de la tubo de inyección igual a aproximadamente VM dividida por VT veces LT, en donde VM es un volumen del metal fundido del tubo de inyección, y VT y LT son, respectivamente el volumen total del tubo de inyección entre su extremo distante y la punta de inyección, y la longitud total del tubo de inyección entre su extremo distante y la punta de inyección, y después de que la punta de inyección ha cerrado la abertura de salida y rápidamente avanzar la punta de inyección para llenar la cavidad de la matriz e intensificar la fuerza aplicada al tubo de inyección para ejercer presión extrema sobre el metal fundido en la cavidad de la matriz, preferentemente en niveles reducidos. El método también puede incluir aplicar un vacío a la cavidad de la matriz en el momento que la punta de inyección ha cerrado la abertura de la salida. Otras características de la invención se harán evidentes de los dibujos y la descripción mas detallada de la invención que sigue.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIG. 1 es un corte transversal de una máquina de colada a presión horizontal típica; La FIG. 2A es una vista lateral de un molde típico para el bastidor de una transmisión automática de un automóvil en la posición abierta, con partes del rodillo fijo y el elemento de la matriz separado para ilustrar el tubo de inyección de la máquina de colada a presión y el corredor del elemento de la matriz; La FIG. 2B es una vista de corte transversal tomada en la línea 2B-2B del molde de la FIG. 2A, que muestra el transportador móvil del molde y la pluralidad de deslizamientos del molde móvil transversalmente para formar el interior del bastidor de transmisión, su superficie más alta (por el transportador) y su partes finales y externas; La FIG. 3A es una vista lateral del molde de las FIGS. 2A y 2B en la posición cerrada; La FIG. 3B es una vista de corte transversal tomada en la línea 3B-3B del sistema de molde de la FIG. 3A que muestra la posición de los deslizamientos con el molde cerrado y que indica una sección transversal de la cavidad formada por el molde; La FIG. 4 es una vista de corte transversal de un tubo de inyección cilindrico y de la invención tomada en un plano que incluye el eje central del tubo de inyección cilindrico y que muestra la ubicación de una abertura de salida suministrada adyacente al extremo distante del tubo de inyección; Las FIGS. 5-8 son vistas de corte transversal del tubo de inyección de la FIG. 4 para ilustrar su operación durante el proceso de inyección; La FIG. 5 que ilustra el tubo de inyección que se esta llenando con metal fundido; La FIG. 6 que ilustra el tubo de inyección y el metal fundido después de que la punta de inyección ha comenzado su movimiento; La FIG. 7 que ilustra el tubo de inyección y el metal fundido cuando la punta de inyección se adyacente a la abertura de salida; y La FIG. 8 que ilustra el tubo de inyección y el metal fundido después de que la punta de inyección ha cerrado el agujero de salida; La FIG. 9 es una gráfica que ilustra la operación de tubo de inyección de una técnica anterior al llenar una cavidad de la matriz; FIG. 10 es una gráfica que ilustra la operación de la invención al llenar la misma cavidad de la matriz.
MEJOR MODO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN La FIG. 1 es una vista esquemática y corte transversal de una máquina de colada a presión, horizontal, típica 10. La máquina de colada a presión se diseña para cerrar y abrir un molde de colada a presión 11, frecuentemente calificada como una matriz, que incluye un elemento móvil 1 a y un elemento fijo 11b. La máquina de colada a presión incluye una base 12 adaptada para soportar un rodillo fijo
13 y un rodillo móvil 14. El rodillo fijo 13 y el rodillo móvil 14 se soportan por la base en tal forma que sus superficies verticales 13 a y
14 a, respectivamente, son paralelas. La naturaleza paralela de las superficies verticales 13 a y 14 a de los rodillos de la máquina de colada a presión es importante para asegurar que las superficies paralelas que se suministran en una parte móvil 11 a y una parte fija 11b de un molde 11 sigan paralelas cuando la matriz se instala en la máquina y cuando el molde se cierra, esto es, cuando un rodillo móvil 14 se mueve por la máquina de colada a presión, hacia el rodillo fijo 13. Como se muestra en la FIG. 1, la máquina de colada a presión también incluye un bastidor de vástago 15 llevado por la base 12, y un cilindro hidráulico 16 llevado por el bastidor de vástago 15 con su pistón que se mueve horizontalmente. Un pistón 16 a del cilindro hidráulico 16 se conecta a un montaje de vástago del tensor 17. El vástago del tensor 17 suministra una gran ventaja mecánica, multiplicando la fuerza impuesta por el pistón 16 a del cilindro hidráulico 16 muchas veces para mover el rodillo móvil 14 hacia el rodillo fijo 13 y, en el engranaje de las superficies de contacto del elemento de la matriz móvil 11 a y el elemento de la matriz fijo 11b, para aplicar fuerzas extremadamente altas para presionar el elemento de la matriz móvil 11 a contra el elemento de la matriz fijo 11b para resistir las fuerzas separadas impuestas en los elementos de la matriz 11 a y 11b por la inyección de metal líquido inyectada dentro de una cavidad 11c formada en una matriz 1. Como se muestra en la FIG. 1, la máquina de colada a presión 10 incluye un tubo de inyección 40 dentro del cual se vierte metal fundido. El metal fundido se inyecta dentro de la cavidad 11c por una punta de inyección móvil 43 en el tubo de inyección 40, la cual se avanza por una barra de inyección 20 llevada por un pistón 21 a en un cilindro hidráulico 21. El pistón 21 se mueve hacia adelante en el cilindro hidráulico 21 en un nivel controlado por un medio de control de flujo hidráulico 25. El medio de control de flujo hidráulico, controla el fluido hidráulico que lleva la barra de inyección 20 y el pistón 21 a suministrando un nivel controlado programable, ajustable del flujo a una presión substancialmente constante para avanzar la punta de inyección 43 en un nivel controlado dentro del tubo de inyección, y en la realización del recorrido hacia adelante de la barra de inyección 20, el pistón 21 a se expone a una presión de intensificación extremadamente alta, frecuentemente en la escala de 1,000 a 6,000 psi (20 a 422 kg/cm2). El reforzador incluye un montaje de pistón hidráulico aislador, y la presión alta del contenedor de alta presión 23 se aplica para aislar el montaje de pistón 22 y a través del fluido hidráulico a la barra de inyección 20 y se multiplica por el pistón 21 a y la punta de inyección 43 para ejerce presiones tales como 5,500 a 20,000 psi (386 a 1400 kg/cm2) en el metal fundido dentro del tubo de inyección 40 y la cavidad 11c. Para evitar las presiones altas extremas del metal fundido al inyectar los elementos de la matriz 11 a y 11b aparte, la maquina para colar a presión 10 a través de un vastago del tensor 17 puede aplicar fuerzas de varios millones de libras, y arriba de 7,000,000 libras (3,178,000 kilogramos), a un rodillo móvil 14. Varios medios se han aplicado para evitar el aire que esta atrapado en la cavidad de la matriz durante el proceso de colada. Además el escape de aire que se permite en las superficies de contacto entre los elementos de la matriz, las matrices grandes se suministran frecuentemente con salidas de aire adicionales para permitir al metal fundido empujar el aire de la cavidad de la matriz cuando este se esta inyectando dentro de la matriz. Además la eliminación de aire de la cavidad de la matriz algunas veces se ayuda por generadores de vacío conectados con las salidas de aire que conducen a la cavidad de la matriz. Como se muestra en la FIG 1, un rodillo móvil 14 y una matriz móvil 11 a se soportan por rieles 18 en la base; y los dos, el rodillo móvil 14 y el miembro de la matriz móvil 11 a se llevan y guían por barras de vínculo 19 que se extienden entre el rodillo fijo 13 y el bastidor del vastago 15 soportados por la base 12. Las barras de vínculo 19 deben llevar la fuerza impuesta por el pistón 16 a y el vástago del tensor 17 impuesto, a través del rodillo móvil 14 y el molde 11, sobre un rodillo fijo 13. El rodillo fijo 13 y el bastidor del vástago 17 se sostienen juntos por las barras de vínculo 19 para permitir que las fuerzas extremas se impongan sobre los elementos de la matriz 11 a y 11b por el vástago del tensor 17 de la maquina de colada a presión. Las barras de vínculo 19 se separan en la FIG 1 de manera que no restringirán la vista del vástago del tensor 17 y los elementos de la matriz 11 a y 11b (los cuales se muestran en un corte transversal). Como se muestra además en la FIG. 1, si las superficies de contacto de los elementos de la matriz 11 a y 11b se impiden por un material ¡ncomprimible, tal como flash, de unión y se mantienen separadas, la fuerza de precarga diseñada para ser aplicada por la maquina para colar a presión a través del vástago del tensor 17 puede ser muchas veces mayor que anticipada y puede alcanzar niveles suficientes para romper el montaje del vástago del tensor ó las barras de vínculo de la máquina de colada a presión. Como se señala arriba, las fuerzas impuestas por la máquina de colada a presión están frecuentemente en la escala de 700,000 a 7,000,000 libras (317,800 a 3,178,000 kilogramos). Las FIGS. 2-3 ilustran un molde para formar, de aluminio, por ejemplo, el bastidor de una transmisión automática de un automóvil. La FIG. 2A es una vista lateral esquemática de un sistema de moldeado 30 con un molde en la posición abierta. Como se muestra en las FIGS.2A y 2B, el molde incluye un elemento de molde móvil, o transportador, 31 montado en la superficie de un rodillo móvil 32 de una máquina de moldeado y que lleva una pluralidad de elementos de molde corredizos, a saber, un deslizamiento superior 33 que incluye una parte de superficie 33 a moldeada para formar la superficie interior del bastidor de la transmisión automática, un deslizamiento lateral 34 que tiene una superficie interior moldeada para formar una parte de la superficie externa del bastidor de la transmisión automática (no se muestra), y un deslizamiento inferior 35 moldeado para formar el extremo del bastidor de la transmisión automática. Otro deslizamiento lateral 41 se lleva por un elemento de molde 31 como se muestra en la FIG. 2B. El sistema de molde también incluye un elemento de matriz fijo 36 que incluye partes interiores (no se muestra) las cuales cooperan con las superficies que forman la cavidad del elemento de matriz móvil 31 y los elementos de corredizos 33, 34, 35, y 41 (que se muestran en la FIG. 2B) para completar la formación de una cavidad interna cuando el elemento móvil 31 se cierra por el rodillo móvil 32 de la máquina de colada a presión para inyectar las superficies de unión y de contacto 31 a y 36 a del elemento de matriz 31 y el elemento de matriz 36 en el engranaje. Antes del movimiento del elemento de matriz móvil 31 dentro del engranaje con el elemento de matriz fijo 36, los elementos de matriz corredizos 33, 34, 35 y 41 (que se muestra en las FIGS. 2B y 3B) se mueven transversalmente y preferentemente perpendicularmente en la dirección del movimiento impuesto sobre el elemento de matriz móvil 31 por un rodillo móvil 32 de la máquina de colada a presión. Los deslizamientos 33, 34, 35 y 41 (FIG. 2B) se mueven por pistones de transmisión hidráulica separados montados sobre ei elemento de matriz 31 y se sujetan uno a otro de los deslizamientos 33, 34, 35 y 41 (FIG. 2B) para mover los deslizamientos. El montaje y operación de tales cilindros de pistón hidráulicos para llevar los deslizamientos del molde de colada a presión son bien conocidos en la técnica, y las transmisiones del cilindro de pistón hidráulico se omiten en las FIGS. 2-3 para claridad. La FIG 2B es una vista del transportador y los deslizamientos del sistema de molde 30 tomada a lo largo de una sección 2B-2B de la FIG. 2A. La FIG. 2B muestra, la disposición de los deslizamientos 33, 34 y 35, y el otro deslizamiento lateral 41, el cual es el deslizamiento lateral opuesto 34 y no es visible en la FIG. 2A. Como se muestra en la FIG. 2B un elemento de matriz móvil 31, el cual sirve como transportador para los deslizamientos incluye una parte interior 31 a que incluye superficies diseñadas para cooperar con las superficies que forman la cavidad 33 a, 34 a, 35 a, 36 a y 41 de los elementos de matriz 33, 34, 35, 36 y 41 para formar el bastidor de la transmisión automática. Las superficies interiores 34 a del elemento de deslizamiento 34, 35 a del elemento de deslizamiento 35, y 41 del elemento de deslizamiento 41, así como una vista más completa del exterior de la superficie que forma la cavidad 33 a del elemento de deslizamiento superior 33 se muestran en la FIG. 2B. Como se ilustra en la FIG. 2A por las partes separadas parcialmente del elemento de matriz fijo 36 y el rodillo fijo 37, la máquina de colada a presión incluye un tubo de inyección 40 llevada por el rodillo fijo 37 de esta manera su calibre interior cilindrico 44 esta en comunicación con un corredor transportador de metal fundido a través del cual el metal fundido se inyecta dentro de la cavidad del molde. Las FIGS. 3A y 3B corresponden, respectivamente, a las FIGS 2A y 2B y muestran un sistema de molde 30 en la posición cerrada. La FIG. 3B es un corte transversal de la FIG 3A tomada a lo largo de las líneas 3B-3B de la FIG. 3A. La sección 3B-3B se toma a lo largo de la línea de separación (esta es, la superficie de contacto entre los elementos de molde 31 y 36) pero se desvía a través del línea del centro de la cavidad de molde para mostrar más claramente la manera en la cual los elementos de molde definen el bastidor de la transmisión automática. En la posición que se muestra en la FIG. 3A, la máquina de colada a presión a través de un rodillo móvil 32 aplica fuerza que alcanza millones de libras a un sistema de moldeado 30 para sistema de moldeado de cuña y abrazadera 30 en la posición cerrada e impedir que elementos de moldeado 31 y 36 se inyecten aparte, esto es, de esta manera no ocurre espaciamiento entre los elementos de matriz 31 y 36, cuando se expone a la presión impuesta en el metal líquido cuando este se inyecta dentro de la cavidad del molde. A través de altas fuerzas impuestas sobre el elemento de la matriz móvil 31 por un rodillo móvil 32 de la máquina de colada a presión y su transmisión a través de superficies tipo rampa 33b del deslizamiento superior 33, 34b del deslizamiento lateral 34, y 41b del deslizamiento lateral 41, y 35b del deslizamiento inferior 35 (FIG. 2B), deslizamientos 33, 34, 41 y 35, respectivamente, se intenta ser sostenidas en la posición cerrada adecuada definida por el deslizamiento contiguo y topes del transportador como se muestra en la FIG. 3B. En una pieza grande tal como un bastidor para una transmisión automática la cual requiere un elemento de deslizamiento tal como un elemento de deslizamiento superior 33 que se muestra en las FIGS. 2-3 para formar su cavidad interior grande, aún una pequeña, un desplazamiento angular de su eje central proyectado puede desplazar su superficie del extremo remoto (ver 33c en las FIGS. 2B y 3B) por mucho miles de una pulgada y resultar en la fabricación de un bastidor con un espesor de pared tan delgado para suministrar servicio y operación seguros, particularmente si sus vacíos formados en la pared por aire que se lleva en un molde con, ó entrampados dentro del molde por, el metal fundido. Para coladas grandes, tales como la colada de aluminio para un bastidor de transmisión automática, un ciclo completo, que incluye cerrar el molde, cargar el molde, enfriar la carga y abrir y limpiar, el molde requiere alrededor de dos minutos a alrededor dos minutos y medio. Un bastidor típico para una transmisión automática tal vez de dieciocho a veinte pulgadas (45 a 50 cm) en diámetro y veinte a veinticuatro pulgadas (50 a 60 cm) de largo. En referencia a la FIG. 3B, si el metal fundido ejerce una presión de 5,500 psi a 20,000 psi (386 a 1400 kg/cm2) sobre las superficies que forman la cavidad del sistema de moldeado 30, las fuerzas que tienden a mover los elementos de deslizamiento de molde 33, 34, 41 y 35 exteriormente lejos de la cavidad pueden alcanzar varios millones de libras (varios millones de kilogramos) que actúan en cada uno de los elementos de deslizamiento 33, 34, 35 y 41. La imposición de presiones tales como 5,500 psi a 20,000 psi (386 a 1400 kg/cm2) sobre un metal líquido dentro de un tubo de inyección 40 (FIG. 2 A) y una cavidad del molde puede también imponer fuerzas sobre la orden de millones de libras (millones de kilogramos) que actúan para expandir el tubo de inyección 40 y para inyectar los elementos del molde 31 y 36 aparte. La máquina de colada a presión, a través de la imposición de la fuerzas de 350 a 3,500 toneladas (317,000 a 3,171,000 kilogramos) ó más, debe mantener los elementos de la matriz 31 y 36 cerrados y mantener los elementos de deslizamiento 33, 34, 35, 41 y su parte cerrada diseñada, no con aguantar las altas presiones que se imponen sobre las inyecciones de metal líquido.
La FIG. 4 ¡lustra un tubo de inyección 40 de la invención. Los tubos de inyección son típicamente cilindros que se fabrican de acero útil de gran calidad superior de composiciones especiales para aguantar los ciclos enfriamiento y calentamiento extremos que se experimentan durante el proceso de colada. Los tubos de inyección típicamente tienen longitudes de alrededor de dos a aproximadamente cuatro pies y calibres centrales con diámetros (DT) de alrededor de dos a aproximadamente seis pulgadas, y los tubos de inyección se exponen a presiones internas tan altas como 20,000 libras por pulgada cuadrada (1400 kg/cm2) en sus extremos distantes durante la operación del reforzador. Por consiguiente, las paredes del tubo de inyección son generalmente varias pulgadas espesas. Como es bien conocido en la técnica, el cilindro del tubo de inyección 40 se suministra con un agujero de derrame 46 adyacente a su extremo de la parte posterior para dejar entrar una carga de metal fundido para que se introduzca dentro del un tubo de inyección. El volumen de la carga VM que se introduce en el tubo de carga es al menos igual a y es generalmente un poco más que el volumen de la cavidad de la matriz, para llenar la cavidad de la matriz y los corredores de la matriz. Al fabricar un tubo de inyección para usar con una matriz, el calibre del tubo de inyección (DT) y la longitud se determinan por la longitud del recorrido (LT) de la barra de inyección 20 de la máquina de colada a presión y el volumen del metal VM que se necesita para llenar la cavidad de la matriz. El calibre y la longitud del recorrido del tubo de la inyección suministran Dr2xLT) un volumen total VT igual a 4 el cual es generalmente más de alrededor dos veces el volumen de la cavidad de la matriz VM, y algunas veces arriba de alrededor cuatro veces el volumen VM de la cavidad de la matriz, y es preferentemente calibrada de manera que el volumen de la carga del metal VM es 30-40% del volumen total VT del tubo de inyección 40. Como se ilustra en la FIG. 4, un agujero de salida 42 se suministra en el extremo distante del tubo de inyección 40 a una distancia L del extremo distante del tubo de inyección, la cual se determina preferentemente dividiendo el volumen de la carga del metal V por el volumen total del tubo de inyección VT y multiplicando la longitud del recorrido de inyección LT por la proporción resultante. Esto es, Lv es igual a VM dividido por VT veces LT. El agujero de salida 42 debe ser tan pequeño como sea posible para evitar la debilitación de la capacidad del tubo de inyección para aguantar la fuerza impuesta por las presiones internar y la temperatura. El agujero de salida 42 estará preferentemente en la parte superior del tubo de inyección 40 y tiene un diámetro que se determina como sigue: DT Diámetro del Calibre del Tubo Dv Diámetro de la Salida - de Invección- pulgadas pulgadas Menor que 3.0 OD .62 OD 3.0 a 4.0 .75 OD 4.0 a 5.5 1.00 5.5 para arriba 1.50 Como se muestra por la tabla, el diámetro de salida es, generalmente, de alrededor de 18% hasta aproximadamente 27% del diámetro del calibre del tubo de inyección. En la instalación el tubo de inyección cilindrico 40 se introduce horizontalmente a través del rodillo fijo 37 de la máquina de colada a presión en el elemento de cubierta ó fijo 36 de la matriz. Como se indica arriba, la punta de inyección 43 se lleva recíprocamente dentro del calibre 44 del tubo de inyección 40. Las FIGS. 5-8 y las FIGS. 9 y 10 ilustran la operación del tubo de inyección 40 en la invención. En la operación, después que de una matriz se cierra, la carga de metal fundido 51 se introduce en el tubo de inyección, como se ilustra por la FIG. 5 por un medio que suministran un volumen controlable del metal fundido VM. Tal medio pueden ser un caldero de la colada de un volumen seleccionado, una válvula controlada para suministrar un volumen controlado del metal u otro tal aparato conocido en la técnica. El metal fundido esta típicamente a una temperatura en la orden de 1,200 a 1,300 grados Fahrenheit. En la introducción del metal fundido en del tubo de inyección 40, el tubo de inyección 40 y el aire atmosférico y cualquier materia ajena, tal como lubricación de residuo, dentro del tubo de inyección llegan a ser rápidamente calentados, alcanzando rápidamente temperaturas de 500 grados Fahrenheit y más. Como resultado de la transmisión de calor en el metal fundido, una expansión rápida del aire y vapores presentes en los resultados del tubo de inyección. Cualquier lubricante que se puede presentar en ei tubo puede ser convertido violentamente por el metal fundido en gas, el cual también intenta escapar del tubo de inyección. Típicamente, la trayectoria de escape del gas en el tubo de inyección 40 a través de la matriz y las salidas de la matriz es tormentosa con alta resistencia a fluido rápido, y el agujero de salida 42 permite a la masa que se expande rápidamente del gas escaparse en seguida de dentro del tubo de inyección del molde, como se indica por las flechas 52, y reduce enormemente la posibilidad de gas que se expande, fluyendo de manera externa a través del agujero de derrame 46. El agujero de salida 42 también reduce el número de salidas de aire que se deben suministrar en una matriz, reduciendo el costo de la matriz y la posibilidad de una salida de aire que tapa y limpia. La punta de inyección 43 se avanza en un calibre 44 del tubo de inyección 40 con aceleración controlada SM la cual evita la creación de turbulencia significativa en el metal fundido 51 dentro de el tubo de inyección. La aceleración de la punta de inyección 43 se controla, en la modalidad ilustrada, por un medio de control de flujo hidráulico 25 (Ver en la FIG.1), el cual introduce el fluido hidráulico en el cilindro 21 en un nivel que suministra el avance controlado de la barra de inyección 20 y la punta de inyección 43. El control del flujo hidráulico 25 puede incluir un microprocesador programable con un algoritmo que produce el avance de la punta de inyección deseado, ó este puede ser un control análogo que suministra niveles de flujo hidráulico programados controlables que generan la aceleración deseada y la velocidad de la punta de inyección 43, u otro medio de control de flujo hidráulico equivalente. Aquellos expertos en la materia reconocerán que se puede usar otro medio para controlar el avance de la punta de inyección 43 dentro del tubo de inyección para evitar turbulencia significativa en el metal fundido. Como se ilustra por la FIG. 6 después de que el tubo de inyección se ha llenado con la carga de metal 51, la punta de inyección 43 se acelera lentamente en un nivel controlado que evita la formación de una onda turbulenta del metal fundido en el tubo de inyección. (Ver en la FIG. 10 por ejemplo.) Cuando la punta de inyección avanza, la onda creciente del metal fundido 51 dentro del tubo de inyección debido al volumen reductor dentro del tubo de inyección 40 creado por la punta de inyección que avanza 43, y la transmisión continúa de calor del metal fundido 51 al gas dentro del tubo de inyección, continua para suministrar un escape rápido de gas calentado en la abertura de salida 42, como se indica por la flecha 52. Como se ilustra por la FIG. 7, para cuando la punta de inyección que avanza 43 es adyacente al agujero de salida 42, substancialmente todo el gas dentro del tubo de inyección ha tenido la oportunidad de escapar a través del agujero de salida 42. La temperatura del extremo distante del tubo de inyección 40 y cualquier masa pequeña de aire restante con el tubo de inyección son muy altos, posiblemente tan alto como 1000 grados Fahrenheit. La aceleración controlada y el avance de la punta de inyección 43 al punto en donde esta es adyacente al agujero de salida 42 evita la creación de áreas de superficie grandes de metal fundido que se exponen al enfriador y posiblemente a temperaturas que solidifican dentro del tubo de inyección y evita la creación de partículas solidificadas ó parcialmente solidificadas de aluminio y aire atrapado dentro de la carga de metal fundido 51 para ser incitadas dentro de la cavidad de la matriz. Como se ilustra por la FIG. 8, la punta de inyección 43 se ha desplazado al punto den donde la abertura de la salida 42 se cierra, en una distancia LT-LV, y no más gas puede escapar de dentro del tubo de inyección 40. También en esta ubicación, substancialmente todo el extremo distante del tubo de inyección delante de la punta de inyección 43 se llena con la carga de metal 51, y la punta de inyección 43 puede ser rápidamente adelantada para inyectar la carga de metal 41 dentro de la cavidad de la matriz. Cuando el tubo de inyección 43 ha alcanzado el extremo distante del tubo de inyección 40 y la cavidad de la matriz se ha llenado con el metal fundido, el reforzador se acciona, imponiendo una fuerza sobre la punta de inyección 43 que genera tanto como 20,000 libras por pulgada cuadrada (1400 kg/cm2) sobre el metal fundido dentro de la cavidad de la matriz. Se cree que las presiones de intensificación se deben imponer en un nivel reducido comparado con el proceso de inyección anterior para los mismos ó equivalentes coladas, por ejemplo, en niveles promedio de incremento de presión menores que alrededor de 10,000 a 12,000 psi por segundo, y preferentemente a niveles promedio de alrededor de dos tercios ó menores que los niveles promedio anteriores de incremento de presión para los mismos coladas y tan bajo como alrededor de 5,000 psi por segundo. Los incrementos rápidos menores en presión de intensificación reducen la exposición de lineas hidráulicas y componentes para rápida expansión y contracción y la fuerza que resulta y pueden suministrar una solidificación parcial del metal fundido cerrando las salidas de aire y dividiendo las líneas y reduciendo las áreas de matriz expuestas a la presión de intensificación y su efecto de separación en los elementos de una matriz cerrada. En los sistemas que usan un vacío para sacar aire de la cavidad de la matriz durante el colada, la aplicación de vacío a la pieza fundida a presión se puede aplazar y el vacío puede poner en marcha al mismo tiempo que la abertura de la salida 42 se cierra, después de que la punta de inyección a recorrido una distancia LT-LV, en vez de ser puesta en marcha al comienzo de la inyección, es decir, cuando la punta de inyección 43 comienza a moverse. Con el uso de la invención, el sistema de vacío puede quitar más efectivamente aire y gas de la cavidad de la matriz. La invención y sus beneficios se ilustran por los siguientes ejemplos. En esta comparación, una pluralidad de bastidores de transmisión que pesan alrededor de 22 libras se fundieron a presión usando tubos de inyección cilindricos de 34.5 pulgadas de largo que tienen un calibre con un diámetro interior de 5 pulgadas. La primera serie de bastidores de transmisión se fundieron usando un tubo de inyección con una longitud de recorrido de inyección de 34 pulgadas de largo, con un calibre de 5 pulgadas de diámetro y que no tiene un agujero de salida. La FIG. 9 es una gráfica que ilustra en el trazo bajo, la velocidad de la punta de inyección 43 entre su posición de salida y final, las cuales están a 0 pulgadas y a 34 pulgadas en la abscisa de la gráfica, y en el trazo alto, la presión hidráulica aplicado a la barra de inyección 20 que lleva la punta de inyección 43, e ilustra la operación de la parte de inyección de un proceso de colada, la cual es típica de tales operaciones anteriores a la invención. En la posición final de la punta de inyección 43 (esto es, a 34 pulgadas en la abscisa), la cavidad de la matriz se llena con el metal fundido, y las unidades las cuales el eje x que se indica y en el cual la abscisa se calibra cambia a pulgadas en milisegundos para ilustrar la curva de tiempo de presión durante el periodo en que la presión sobre el metal fundido en la cavidad llena se intensifica. Como se ilustra en la FIG 9, después de que la punta de inyección 43 se ha desplazado más allá del agujero de derrame, alrededor de 4 1/2 pulgadas de su punto de salida, la velocidad de la punta de inyección se acelera a una velocidad de 27 pulgadas/segundo y se mantiene esta velocidad hasta que la punta de inyección 43 a recorrido 26 pulgadas, posición en la cual el metal fundido ha alcanzado las entradas de la cavidad de la matriz, y la velocidad de la punta de inyección se acelera rápidamente a aproximadamente 110 pulgadas/segundo hasta que la cavidad de la matriz se llena; en ese momento, indicado por el 0 en el extremo derecho de la abscisa, la presión aplicada a la punta de inyección se incrementa rápidamente, alcanzado, en este ejemplo, un presión máxima en 100 milisegundos. El uso de este proceso de colada de un técnica anterior resultó en un nivel de desecho de 4.5% debido a la porosidad de la colada. Una pluralidad de bastidores de transmisión fueron entonces coladas usando la invención. En la invención un agujero de salida 42 se añadió al tubo de inyección a una distancia Lv de 15 pulgadas del extremo distante del tubo de inyección, el cual esta a 34 pulgadas de la abscisa. La FIG. 10 ilustra, en el trazo bajo, la velocidad de la punta de inyección 43 entre su posición final y de salida (es decir, entre 0 y 34 pulgadas en la abscisa en la FIG.10). Después de que la punta de inyección 43 se ha desplazado más allá del agujero de derrame, alrededor de 4 ½ pulgadas en la abscisa, la punta de inyección 43 se aceleró a una velocidad de únicamente alrededor de 16 pulgadas por segundo y se mantuvo hasta aproximadamente 16 pulgadas/segundo hasta que la punta de inyección 43 cerró el agujero de salida 42, en alrededor de 19 pulgadas en la abscisa. El avance de la punta de inyección 43 a tal un nivel, con una velocidad de menos de 18 pulgadas/segundo, evita turbulencia de metal significativa dentro del tubo de inyección y permite la minimización de la masa de gas inyectada dentro de la cavidad de la matriz. Después, la punta de inyección 43 se controló para desplazarse a la misma velocidad con en la operación de la técnica anterior de la FIG.9. Después de que la cavidad se llenó, a 34 pulgadas en la abscisa de la FIG. 10, una presión intensificada se aplicó a el metal fundido en la cavidad llena, pero la presión de intensificación se aplicó en un nivel mas lento que en la operación de la técnica anterior de la FIG.9, usando alrededor de dos veces el tiempo para alcanzar la presión máxima aplicada. Con la invención, el nivel de desecho se redujo de 4.5% a aproximadamente 0,7% reduciendo el número de coladas de desecho a menos de un sexto del desecho que se da como resultado de la operación de la técnica anterior. Aunque la invención se ha descrito a detalle con referencia a una modalidad preferente y modo de operación, aquellos expertos en la materia reconocerán aquellas variaciones y modificaciones que existen dentro del ámbito y espíritu de la invención como se enuncian en las siguientes reivindicaciones.