PT1518620E

PT1518620E - Vazamento por gravidade melhorado

Info

Publication number: PT1518620E
Application number: PT04022658T
Authority: PT
Inventors: Norman E Peterson
Original assignee: Water Gremlin Co
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2010-03-02
Also published as: US20050067132A1; BRPI0404138A; CA2479040A1; SI1518620T1; ES2338229T3; US7246650B2; ATE451989T1; EP1518620B1; US20050241795A1; PL1518620T3; US6997234B2; EP1518620A1; DE602004024624D1

Description

ΡΕ1518620 - 1 -

DESCRIÇÃO "VAZAMENTO POR GRAVIDADE MELHORADO"

CAMPO DO INVENTO

Este invento refere-se a vazamento por gravidade e, mais especificamente, a vazamento por gravidade melhorado de um metal fundido.

REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOS

Nenhuma

DECLARAÇÃO REFERENTE A PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADOS A NÍVEL FEDERAL

Nenhuma

REFERÊNCIA A UM APÊNDICE DE MICROFICHA

Nenhuma

ANTECEDENTES DO INVENTO O vazamento de metal fundido e, particularmente, metais fundidos, tais como chumbo fundido para componentes de baterias, é efectuado em diferentes condições de vazamento. Um dos métodos de vazamento é intensificação de alta pressão que implica aumentar a pressão de chumbo fundido na cavidade ao conduzir um pistão até ao metal ΡΕ1518620 - 2 - fundido para aumentar, substancialmente, a pressão. Este processo de intensificação está descrito de modo mais pormenorizado nas patentes U.S. 6202733; 6363996; 6405786; 6499530; 6513570; 6598658 e 6564853 de Ratte e utiliza pressões que comprimem o metal para reduzir o volume das bolhas de ar no metal.

Outro método de vazamento de componentes de baterias é o vazamento por gravidade. 0 vazamento por gravidade é preferido para efectuar o vazamento de componentes de grandes dimensões que arrefecem lentamente porque o vazamento por gravidade permite que o metal fundido se escoe lentamente sob a pressão gravitacional para preencher quaisquer lacunas na cavidade de molde quando o metal fundido solidifica. Isto dá origem a um componente que está isento, substancialmente, de quaisquer fissuras e lacunas. O vazamento por gravidade utiliza a pressão de carga gerada pelo metal fundido para preencher a cavidade de molde. Assim, o vazamento por gravidade é efectuado com uma baixa pressão de fluido no interior do metal fundido. Em determinadas aplicações, tais como componentes de grandes dimensões imersas num ácido, um componente de bateria fabricado por vazamento por gravidade é muito desejável dado que o metal fundido se escoa e efectua o enchimento durante o processo de solidificação, eliminando, assim, praticamente, fissuras de solidificação e tensões no componente de bateria. Dado que fissuras e tensões num componente de bateria, que está imerso num ácido, podem provocar uma rápida deterioração do componente de bateria é, de um modo geral, preferido fabricar artigos de grandes dimensões por vazamento por gravidade se o artigo estiver posicionado num ácido, tal como é o caso numa bateria. No entanto, uma das desvantagens dos artigos ΡΕ1518620 - 3 - fabricados por vazamento por gravidade é que a definição de superfície dos artigos não é, de um modo geral, a dos componentes moldados por injecção a alta pressão.

Um aparelho de vazamento por gravidade que proporciona uma aplicação de pressão ao item vazado durante o arrefecimento do metal fundido é conhecido do documento FR-2504 424 . 0 presente invento proporciona um processo de vazamento por gravidade melhorado, em que se deixa solidificar o metal fundido em condições de vazamento por gravidade, enquanto, ao mesmo tempo, um elemento seguidor, que é uma parte da superfície de molde, é mantido sob uma pressão de acompanhamento para acompanhar a contracção de volume do metal fundido à medida que o metal fundido se solidifica. Ou seja, à medida que o metal se contrai durante a solidificação, a pressão sobre o metal fundido é mantida para que a superfície de molde ou elemento seguidor se desloque na direcção da cavidade de molde em resposta à contracção devida à solidificação. Uma outra característica do invento é que se deixa, ao mesmo tempo, que o ar saia do metal fundido através de uma passagem que é suficientemente pequena para não permitir a passagem de chumbo fundido pela mesma.

SUMÁRIO DO INVENTO

Um aparelho e método para vazamento por gravidade melhorado de acordo com o invento têm as características da reivindicação 1 e os passos da reivindicação 9. Num aparelho deste tipo, uma parte do molde é mantida em contacto de acompanhamento, por meio de pressão, com metal ΡΕ1518620 - 4 - fundido a medida que este se solidifica para permitir que a superfície de molde acompanhe a contracção do metal em solidificação. Uma outra característica do invento é a utilização de um espaço entre componentes de molde que é suficiente para permitir a evacuação de ar, mas insuficiente para permitir o escoamento de metal fundido através do mesmo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista em corte de um aparelho de vazamento por gravidade numa condição de enchimento de molde; A Figura 2 é a vista em corte do aparelho de vazamento por gravidade da Figura 1 numa condição fechada; A Figura 3 é uma vista parcial ampliada que mostra a relação entre uma passagem de admissão no molde e um componente de molde móvel; e A Figura 4 é uma vista esquemática parcial de um aparelho para vazamento por gravidade melhorado de um artigo.

DESCRIÇÃO DA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERENCIAL A Figura 1 é uma vista em corte que mostra o aparelho 10 de vazamento por gravidade melhorado compreendendo um componente 11 de molde inferior e um componente 12 de molde superior, ou invólucro, que definem uma cavidade 13 de molde. Ou seja, o componente 12 de molde inclui uma superfície 12a de molde fixa que define uma ΡΕ1518620 - 5 - parte do topo da cavidade 13 de molde e o componente 11 de molde inclui uma superfície 11a de molde de fundo que define a parte de fundo da cavidade 13 de molde e uma superfície 11b de molde lateral que define os lados da cavidade 13 de molde. 0 componente 12 de molde superior inclui uma passagem 14 de admissão cilíndrica no mesmo para permitir o escoamento de metal fundido desde uma câmara 17 de retenção de metal fundido formada no componente 12 de molde. A câmara 17 compreende uma câmara de topo aberta com uma parede 18 lateral cilíndrica e uma parede lateral ou margem 19 lateral convergente que está ligada a uma passagem 14 de admissão para dirigir chumbo fundido, na câmara 17, para a cavidade 13 de molde sob pressão gravitacional.

No interior da câmara 17 está posicionado um elemento 20 de fecho ou componente de molde móvel tendo uma parte 20a superior cilíndrica, uma parte ou margem 20b lateral convergente e uma parte 20c cilíndrica inferior. O diâmetro da parte 20c inferior está identificado por Dx e o diâmetro da passagem 14 de admissão é designado por D2. A Figura 1 mostra a componente 20 de molde móvel na condição de vazamentos por gravidade, em que se deixa escoar chumbo 9 fundido desde a câmara 17 para dentro da cavidade 13 de molde de fundo sob a influência da gravidade. O número 24 de referência define a interface de fluido entre o metal 9 fundido e o ar ou atmosfera gasosa por cima do chumbo fundido. Uma fonte 25 de chumbo fornece chumbo fundido à câmara 17 para manter um nível de chumbo fundido na câmara 17, para que o chumbo fundido se possa escoar para a cavidade de molde sob a acção da pressão gravitacional sobre o chumbo fundido. A Figura 1 identifica ΡΕ1518620 - 6 -

a pressão Pi do chumbo fundido na cavidade de molde. A pressão Pi deve-se à altura do chumbo fundido por cima da cavidade 13 de molde.

Como se pode ver na Figura 1, o elemento 20 de fecho é mantido, pelo menos parcialmente, submerso no chumbo 9 fundido, na câmara 17, e numa condição de afastamento da passagem 14 de admissão. Deve compreender-se que a referência, neste documento, a chumbo fundido deve incluir chumbo e ligas de chumbo. Como mostrado na Figura 1, o chumbo 9 fundido pode escoar-se livremente para a cavidade 13, desde a câmara 17, sob a pressão gravitacional.

Assim, o primeiro passo no método do vazamento por gravidade melhorado inclui dirigir uma carga de chumbo 9 fundido para dentro de uma câmara 17, situada em comunicação fluida com uma cavidade 13 de componente de bateria, para gerar uma pressão gravitacional sobre o metal fundido, o que permite o enchimento da cavidade 13 de componente de bateria com chumbo 9 fundido sob uma condição de escoamento gravitacional.

Este método é particularmente útil em peças vazadas de grandes dimensões e particularmente útil em peças vazadas que pesam muitas libras ou têm configurações que necessitam de uma solidificação lenta do chumbo fundido. Como se pode ver na Figura 1, a cavidade 13 de molde é preenchida com o chumbo 9 fundido sob a pressão gravitacional sobre o chumbo fundido. A Figura 2 ilustra o componente de molde móvel na condição de solidificação ou fechada, em que a superfície - 7 - ΡΕ1518620 20d de extremidade de cavidade de molde do elemento 20 de fecho forma, de preferência, uma parte continua da superfície de molde com a superfície 12a de molde para ai definir a cavidade 13 de molde. Na condição de solidificação, o componente 20 de molde móvel permanece, pelo menos parcialmente, imerso no banho de chumbo 9 fundido, formando a superfície 20d de molde de extremidade do componente 20 de molde móvel um dispositivo de fecho para a cavidade 13 de molde. Nesta condição, o elemento 20 de fecho fica posicionado no chumbo fundido, na câmara 17, e a superfície 20c de elemento de fecho fica engatada numa passagem 14 de admissão de molde, permanecendo o chumbo fundido num estado 9 líquido. O engate do elemento 20c na passagem 14 de admissão impede a continuação do escoamento por gravidade de chumbo fundido para dentro da cavidade 13 de molde. Na posição mostrada, a margem 19 lateral funciona como um batente para a margem 20b lateral para impedir a continuação do movimento descendente do elemento 20. Na posição preferencial, a face 20d de extremidade estende-se, substancialmente, na continuação da face 12a de molde e está impedida de se deslocar para dentro da cavidade 13 devido ao engate das margens 20b e 19 laterais. A Figura 3 é uma vista em corte parcial ampliada que mostra a relação entre o elemento 20 de fecho e superfície 20c particularmente cilíndrica e a passagem 14 de admissão. Na forma de realização mostrada, o componente 20 de molde móvel é mantido em contacto, por meio de pressão, com o chumbo 9 fundido através de uma força F de acompanhamento sobre o componente 20 de molde móvel. A pressão do metal na cavidade de molde está indicada por P2. Nesta condição, a pressão P2 do metal no molde equilibra a força F de acompanhamento sobre o componente de molde ΡΕ1518620 - 8 - móvel. À medida que o metal fundido se solidifica e contrai, a pressão P2 diminui, fazendo com que o componente 20 de molde seja forçado no sentido descendente até que a pressão de molde suba novamente para o nivel P2 para se equilibrar com a força F de acompanhamento. Assim, ao manter uma força F de acompanhamento constante sobre o componente 20 de molde, a face 20d de molde pode acompanhar a contracção de volume de solidificação do metal durante o processo de solidificação. No método preferencial, após solidificação, a força F de acompanhamento e o momento de fecho são regulados para que a superfície 20d de molde fique substancialmente alinhada com a superfície 12a de molde. Por força de acompanhamento entende-se que a força F de acompanhamento é suficiente para fazer com que a superfície de molde se desloque na direcção da cavidade em resposta à contracção do metal durante a solidificação, mas a força de acompanhamento é, de um modo geral, insuficiente para comprimir e deformar o metal para além da contracção de volume interno que ocorre, normalmente, durante o vazamento por gravidade. Assim, no presente processo, o volume de bolhas de ar individuais que subsistem no metal fundido, permanece, substancialmente, o mesmo, dado que o artigo não é sujeito a pressões de intensificação. No entanto, o presente processo também pode proporcionar uma diminuição na massa de ar no vazamento por gravidade ao permitir a saída de ar da peça vazada em solidificação.

Assim, uma outra característica do invento é o espaço entre a passagem 14 de admissão do componente 12 de molde e a superfície 20c de componente de molde móvel, que está indicado por X0 na Figura 3. O espaço Xo é mantido suficientemente pequeno para que o chumbo fundido não se escoe através do mesmo, mas suficientemente grande para que ΡΕ1518620 - 9 - o ar no chumbo fundido possa sair através do mesmo. Tipicamente, em condições de vazamento por gravidade com chumbo fundido, um espaço para ar ou gás com cerca de 0,127 mm (0,005 polegadas) é espaço suficiente para permitir que bolhas de ar no chumbo fundido saiam do metal em solidificação, mas insuficiente para permitir a saída de chumbo fundido pelo mesmo. No entanto, o valor efectivo do espaço para ar pode variar em função da forma das superfícies. Em contrapartida, um espaço para líquido para que um metal fundido, tal como chumbo ou algo análogo, se escoe através dele é substancialmente maior em condições de vazamento por gravidade. A Figura 4 mostra uma vista do presente invento, em que o aparelho 10 de vazamento por gravidade é abastecido com metal fundido por uma fonte 25 e um cilindro 31 de efeito duplo tendo um braço 33 extensível e retráctil é mostrado engatado no componente 20 de molde móvel. O aparelho 10 de vazamento por gravidade é mostrado na condição descida ou na condição em que a força F de acompanhamento é mantida sobre o elemento 20, como ilustrado na Figura 2. As linhas a tracejado, que são indicadas por 20', mostram o componente 20 de molde móvel na condição retraída ou aberta, como ilustrado na Figura 1.

Assim, o presente invento inclui um método de vazamento por gravidade melhorado que dirige uma carga de chumbo fundido para dentro de uma câmara 17 posicionada em comunicação fluida com uma cavidade 13 de componente de bateria. Em seguida, permite-se que a cavidade 13 de componente de bateria seja preenchida com chumbo fundido sob uma condição de escoamento por gravidade. Depois de preenchida, estende-se um elemento 20 de fecho, posicionado -10- PE1518620 no chumbo 9 fundido na câmara 17, de modo a engatar-se numa passagem 14 de admissão de molde, enquanto o chumbo fundido está num estado liquido, para fechar a passagem 14 de admissão e impedir a continuação do escoamento por gravidade de chumbo fundido para dentro da cavidade 13 de molde. A manutenção de uma pressão de acompanhamento suficiente sobre o elemento 20 de fecho, através do elemento 31, à medida que o chumbo 9 fundido se solidifica, permite que o elemento de fecho acompanhe uma contracção de volume de solidificação do chumbo 9 fundido na cavidade 13 de molde para, desse modo, formar um vazamento por gravidade melhorado, no qual as caracteristicas de superfície têm uma definição e pormenor elevados.

No método preferencial, a face 20d de extremidade do elemento 20 de fecho é conduzida até ficar substancialmente alinhada com uma face 12a da cavidade 13 de molde, à medida que a contracção de volume ocorre durante a solidificação do chumbo fundido na cavidade de componente de bateria, através da determinação do valor previsível da contracção de volume durante a fase de solidificação.

Ao formar o elemento de fecho com uma dimensão em termos de diâmetro inferior à dimensão da câmara 17, quando o elemento de fecho está na condição fechada, o chumbo fundido pode permanecer num estado fundido envolvendo o elemento 20 de fecho e numa posição na qual o metal fundido pode ser dirigido para a cavidade 13 de molde depois de o componente solidificado ser retirado da cavidade 13 de molde. A manutenção do elemento 20 de fecho e da passagem 14 de admissão com um espaço Xo para ar que -11- ΡΕ1518620 permite a saída de ar do chumbo fundido na cavidade, mas é insuficiente para permitir a saída de chumbo fundido através do mesmo, permite que o ar saia do componente moldado e, desse modo, proporciona uma peça vazada mais densa sem que se tenha que comprimir as bolhas de ar na peça vazada.

No presente processo, aplica-se uma força F de acompanhamento ao elemento de fecho, através de um pistão 31 móvel ou algo análogo, e posiciona-se a passagem 14 de admissão de molde num lado de topo da cavidade 13 de componente de bateria. No método preferencial, a força F de acompanhamento, que é suficiente para fazer com que a superfície de molde acompanhe a contracção de volume do metal em solidificação, é mantida sobre o componente em solidificação quando o metal fundido está num estado líquido e continua até que o processo de solidificação esteja terminado. Assim, no presente invento, uma redução de volume interno devido a contracção é compensado apenas pela manutenção de uma força de acompanhamento sobre o chumbo fundido até que o chumbo fundido se solidifique.

Uma outra característica do invento é que o segundo componente de molde está posicionado, pelo menos parcialmente, numa câmara de chumbo fundido com a câmara 17 em comunicação fluida com a cavidade 13 de molde e o chumbo 9 fundido na câmara pode ser mantido num estado fundido para permitir o vazamento por gravidade de um segundo artigo removendo uma primeira peça vazada da cavidade de molde e substituindo o componente moldado por uma cavidade de molde vazia por baixo da câmara. -12- ΡΕ1518620

Quando características técnicas mencionadas em qualquer reivindicação são seguidas por símbolos de referência, esses símbolos de referência foram incluídos com o único propósito de aumentar a inteligibilidade das reivindicações e, consequentemente, esses símbolos de referência não têm qualquer efeito limitativo no âmbito de cada elemento identificado, a título de exemplo, por esses símbolos de referência.

Lisboa, de 23 de Fevereiro de 2010

Claims

ΡΕ1518620 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho para vazamento por gravidade melhorado, compreendendo: um invólucro (12) ; uma câmara (17) de metal fundido no referido invólucro (12); uma passagem (14) de admissão, no referido invólucro, localizada em comunicação fluida com a referida câmara (17) no referido invólucro; um componente (11) de molde tendo uma cavidade (13) de componente de bateria no mesmo e uma abertura para entrada do metal (9) fundido que se escoa desde a referida câmara (17); um componente (20) de molde móvel tendo uma face (20d) de extremidade e uma parede lateral, podendo a referida face (2Od) de extremidade de componente de molde móvel ser mantida em contacto com uma parte do metal fundido na cavidade (13) sob a acção de uma força de modo a fazer com que a face (20d) de extremidade do componente móvel se desloque na direcção da cavidade (13) para reduzir um volume de cavidade de molde em resposta à contracção de solidificação de metal fundido, caracterizado por a parte (20c) inferior do referido componente (20) de molde móvel poder ser engatada na ΡΕ1518620 - 2 - passagem (14) de admissão para prender metal fundido na cavidade (13) e impedir o escoamento de metal fundido para ou desde a cavidade (13), tendo a câmara (17) de retenção de metal fundido uma margem (19) lateral que está ligada à referida passagem (14) de admissão, estando a referida margem (19) lateral preparada, após o movimento do referido componente (20) móvel na referida câmara (17) de retenção de metal fundido, sob a acção da referida força, que é uma força (F) de acompanhamento, para funcionar como um batente para uma parte (20b) de margem lateral do referido componente (20) de molde móvel, impedindo a continuação do movimento do referido componente (20) de molde móvel na referida câmara (17) de retenção de metal fundido.
2. Aparelho da reivindicação 1, em que o componente (20) de molde móvel está posicionado, pelo menos parcialmente, no metal (9) fundido na câmara (17) de retenção de metal fundido.
3. Aparelho da reivindicação 1, incluindo um elemento (31) para manter uma força (F) de acompanhamento constante sobre o componente (20) de molde móvel para permitir que o componente de molde móvel se desloque em resposta à contracção de solidificação de metal fundido.
4. Aparelho da reivindicação 1, em que o metal (9) fundido compreende chumbo fundido.
5. Aparelho da reivindicação 4, em que o componente (20) de molde móvel está posicionado, pelo menos ΡΕ1518620 - 3 - parcialmente, por baixo de uma interface de chumbo fundido com uma atmosfera envolvente.
6. Aparelho da reivindicação 4, em que a referida margem (19) lateral compreende uma parede lateral convergente que está ligada à referida passagem (14) de admissão para dirigir o metal (9) fundido, na referida câmara (17) de retenção de metal fundido, para dentro da referida cavidade (13) de molde sob pressão gravitacional.
7. Aparelho da reivindicação 4, em que o componente de molde móvel tem um primeiro diâmetro e a admissão tem um segundo diâmetro com uma diferença, em termos de diâmetro, entre o primeiro diâmetro e o segundo diâmetro de 0,127 mm (0,005 polegadas) ou menos para permitir a saída de ar, ao mesmo tempo que se impede o escoamento de chumbo através da mesma.
8. Aparelho de qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o referido componente de molde móvel ser um elemento (20) de fecho que está configurado com uma dimensão inferior às dimensões da referida câmara (17) de retenção de metal fundido para que, quando o elemento (20) de fecho fecha a referida passagem (14) de admissão, o metal (9) fundido permaneça num estado fundido em torno do referido elemento (20) de fecho.
9. Método de vazamento por gravidade melhorado, compreendendo: dirigir uma carga de chumbo (9) fundido para dentro de uma câmara (17) proporcionada num invólucro (12) e posicionada em comunicação fluida com um componente (11) de PE1518620 - 4 - molde compreendendo uma cavidade (13) de componente de bateria; permitir que a cavidade (13) de componente de bateria seja cheia com chumbo fundido sob uma condição de escoamento por gravidade; estender a parte (20c) inferior de um elemento (20) de fecho, posicionado no chumbo (9) fundido na câmara (17), de modo a engatar-se numa passagem (14) de admissão de molde, enquanto o chumbo fundido está num estado liquido, para fechar a passagem (14) de admissão e impedir a continuação de escoamento de chumbo fundido por gravidade para dentro da cavidade (13) de molde; e manter uma força (F) de acompanhamento para gerar uma pressão suficiente sobre o elemento (20) de fecho à medida que o chumbo fundido se solidifica para permitir o deslocamento do elemento (20) de fecho, com uma sua face (2 Od) de extremidade de componente de molde móvel, na direcção da referida cavidade (13) de modo a acompanhar uma contracção de volume do chumbo fundido na cavidade de molde para, desse modo, formar um vazamento por gravidade melhorado; e limitar a contracção do volume de chumbo fundido na referida cavidade (13) fazendo com que uma margem (19) lateral da referida câmara (17) funcione como um batente para a parte (20b) de margem lateral do elemento (20) de fecho no engate com a referida passagem (14) de admissão de molde para, desse modo, impedir a continuação do seu movimento.
10. Método da reivindicação 9, compreendendo permitir que a face (2Od) de extremidade do elemento (20) ΡΕ1518620 - 5 - de fecho seja conduzida até ficar, substancialmente, alinhada com uma face da cavidade (13) de componente de bateria quando ocorre a contracção de volume durante a solidificação do chumbo fundido na cavidade (13) de componente de bateria.
11. Método da reivindicação 9 ou 10, incluindo formar o elemento (20) de fecho com uma dimensão inferior às dimensões da referida câmara (17) para que, quando o elemento (20) de fecho está na condição fechada, o metal fundido permaneça num estado fundido em torno do elemento (20) de fecho.
12. Método de qualquer das reivindicações 9-11, em que o elemento (20) de fecho e a passagem (14) de admissão são mantidos com um espaço (Xo) suficiente entre eles para permitir a saída de ar do chumbo fundido na cavidade (13), mas insuficiente para permitir a saída de chumbo fundido através do mesmo.
13. Método de qualquer das reivindicações 9-12, incluindo o passo de aplicar a força (F) de acompanhamento ao elemento (20) de fecho através de um pistão (31) móvel.
14. Método de qualquer das reivindicações 9-13, incluindo o passo de formar a passagem (14) de admissão de molde num lado de topo da cavidade (13) de componente de bateria.
15. Método de qualquer das reivindicações 9-14, incluindo o passo de fazer descer o elemento (20) de fecho para dentro da passagem (14) de admissão de molde, ao mesmo tempo que há chumbo fundido na passagem (14) de admissão. PE1518620 - 6 -
16. Método de qualquer das reivindicações 9-15, incluindo o passo de manter a força (F) de acompanhamento sobre o elemento (20) de fecho quando o elemento de fecho está engatado na passagem (14) de admissão para permitir que o elemento (20) de fecho acompanhe uma contracção de volume do chumbo fundido à medida que o chumbo fundido se solidifica.
17. Método de qualquer das reivindicações 9-16, em que uma redução de volume interno do metal em solidificação na referida cavidade (13) devido a contracção é compensada apenas pela manutenção da força (F) de acompanhamento sobre o elemento (20) de fecho até que o chumbo fundido se solidifique. Lisboa, de 23 de Fevereiro de 2010