PT733422E - PROCESS AND DEVICE FOR THE MANUFACTURE OF FRAMED METAL FIXES - Google Patents
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Abstract
Description
Descrição “Processo e dispositivo para a fabricação de peças metálicas moldadas’' A invenção refere-se a um processo para a fabricação de peças metálicas moldadas de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. O processo para a fabricação de peças moldadas a partir de cavilhas metálicas tixotrópicas, isto é, parcialmente sólídas/parcialmente líquidas, é designado por tixomoldação. Como cavilhas metálicas, utilizam-se aqui cavilhas de um metal que pode passar para um estado tixotrópico.The invention relates to a process for the manufacture of shaped metal parts according to the preamble of claim 1. The process for the manufacture of molded parts from bolts thixotropic, i.e., partially solid / partially liquid, is referred to as thixomoldation. As metal bolts, metal bolts are used here which can pass into a thixotropic state.
Em especial, as cavilhas metálicas podem ser de alumínio, magnésio ou zinco, e suas ligas. A tixomoldação de ligas metálicas tixotrópicas é conhecida em si. Neste processo, utilizam-se as propriedades tixotrópicas das ligas metálicas parcialmente líquidas ou, respectivamente, parcialmente sólidas. Por comportamento tixotrópico de uma liga metálica entende-se o comportamento de um metal, previamente preparado de maneira apropriada como um corpo sólido, quando não carregado, mas quando sujeito a um esforço de corte a sua viscosidade diminui até ao ponto em que se comporta de maneira análoga à de um metal em fusão. Para isso é necessário um aquecimento da liga até uma temperatura situada no intervalo de solidificação entre as temperaturas de passagem ao estado líquido e de passagem ao estado sólido. A temperatura é então ajustada de modo tal que, por exemplo, funde uma ífacção de 20% a 80%, em peso da estrutura, mantendo-se no entanto o restante na forma sólida. Na tixomoldação, fomece-se metal parcialmente sólido/parcialmente líquido, na forma de uma cavilha tixotrópica metálica, numa câmara de enchimento, disposta usualmente horizontalmente e, por meio da aplicação de uma pressão, com um êmbolo, leva-se a, ou introduz-se na cavidade de um molde, na qual a liga metálica tixotrópica solidifica. O enchimento do molde com o metal parcialmente sólido/parcialmente líquido faz-se, na tixomoldação, com escoamento amplamente laminar. O metal forma uma frente metálica fechada, que desloca à sua frente o ar, no sentido dos canais de ventilação. O ar pode escapar-se através destes canais. Embora o enchimento do molde se faça de maneira relativamente lenta, podem incluir-se na peça moldada ar e/ou outros componentes gasosos, o que, em especial depois de um tratamento térmico, pode conduzir à obtenção de porosidade ou bolhas. Também, os canais de ventilação podem, com o tempo, entupir-se pelo menos parcialmente por meios que se separam e depositam. Isso conduz ao aumento da pressão dos gases à frente da frente metálica e a uma maior recepção de gases na peça moldada. Em função do grau de sujidades do molde, pode devido a isso variar a porosidade aos gases, das peças moldadas.In particular, the metal pegs may be of aluminum, magnesium or zinc, and their alloys. Thixomolding of thixotropic metal alloys is known per se. In this process, the thixotropic properties of the partially liquid or partially solid metal alloys are used. By thixotropic behavior of a metal alloy is meant the behavior of a metal, previously properly prepared as a solid body, when not charged, but when subjected to a shear stress its viscosity decreases to the point where it behaves in a manner analogous to that of a molten metal. For this, it is necessary to heat the alloy to a temperature in the range of solidification between the temperatures of passing to the liquid state and passing to the solid state. The temperature is then adjusted such that, for example, it melts a composition from 20% to 80% by weight of the structure, while the remainder remains in the solid form. Partially solid metal / partially liquid metal is formed in the form of a metal thixotropic peg in a filling chamber, usually arranged horizontally and by the application of a pressure with a plunger, is brought to or introduced in the cavity of a mold, in which the thixotropic metal alloy solidifies. The filling of the mold with the partially solid / partially liquid metal takes place, in tixomoldation, with a largely laminar flow. The metal forms a closed metal front, which moves the air in front of it towards the ventilation channels. Air can escape through these channels. While filling the mold is done relatively slowly, air and / or other gaseous components may be included in the molded part, which, in particular after a heat treatment, may lead to porosity or bubbles. Also, the ventilation channels may, over time, become clogged at least partially by separating and depositing means. This leads to increased gas pressure ahead of the metal front and greater gas reception in the molded part. Depending on the degree of soiling of the mold, the porosity of the molded parts may vary.
Na fabricação de peças moldadas com configurações especiais, tais como, por exemplo, olhais, é inevitável que se formem duas ou mais frentes metálicas, cujo encontro pode conduzir a uma inclusão local de gases entre as frentes. Isso sucede em especial quando não se previu ou não é possível qualquer ventilação no local do encontro, o que forçosamente conduz a erros sistemáticos.In the manufacture of molded parts with special configurations, such as for example eye bolts, it is inevitable that two or more metal fronts will form, the meeting of which may lead to a local inclusion of gases between the fronts. This is especially true when ventilation is not foreseen or is not possible at the meeting place, which will inevitably lead to systematic errors.
Da patente EP-A-0 005 239 é conhecido, num processo de vazamento em baixa pressão, evacuar a cavidade do molde para evitar a inclusão de gases.From EP-A-0 005 239 it is known, in a low pressure casting process, to evacuate the mold cavity to prevent the inclusion of gases.
Tendo em vista estas circunstâncias, o inventor propôs-se o problema de proporcionar um processo do tipo indicado na introdução, com o qual se pode diminuir ainda mais a porosidade aos gases, nas peças moldadas.In view of these circumstances, the inventor has proposed the problem of providing a process of the type indicated in the introduction, with which the porosity to gases in the molded parts can be further reduced.
Um processo com as características mencionadas na reivindicação 1, conduz à solução do problema, de acordo com a invenção.A process having the features mentioned in claim 1, leads to the solution of the problem according to the invention.
Formas de realização especiais e aperfeiçoadas da invenção são o objecto das reivindicações secundárias.Special and improved embodiments of the invention are the object of the secondary claims.
Com o processo de acordo com a invenção, podem fabricar-se peças moldadas por tixomoldação, que apresentam uma porosidade aos gases mais reduzida que as das peças moldadas fabricadas de acordo com o estado da técnica. Experiências feitas mostraram que o teor de gases nas peças moldadas por tixomoldação apresenta em geral um nível muito baixo e portanto não devem aparecer quaisquer problemas relacionados com a porosidade. Todavia, nos casos de determinadas peças e de exigências de qualidade muito elevadas, o teor de gases pode ser muito elevado em certas zonas da peça moldada. Uma razão para a porosidade localmente elevada reside, por exemplo, no facto de, no caso de peças com paredes finas, se escolher uma velocidade de enchimento tão elevada que a frente metálica já não é compacta. Além disso, em determinadas formas geométricas, é praticamente impossível libertar os gases, de determinadas zonas que não podem ser ventiladas. Na medida em que não seja necessário levar, a solução completamente ao rubro, ficam gases na solução, ou sujeitos a uma pressão muito elevada, o que não representa qualquer problema especial. Mas, quando forem necessárias propriedades mecânicas elevadas e sendo portanto necessário um tratamento térmico, mesmo pequenas quantidades de gases que se tenham concentrado em determinados pontos, levantam problemas. A ventilação forçada, utilizada de acordo com a presente invenção, traz algum auxílio.With the process according to the invention, thixomolding castings which have a reduced gas porosity than cast parts manufactured according to the prior art can be manufactured. Experiments have shown that the gas content in the pieces molded by thixomolding generally shows a very low level and therefore no problems related to the porosity should appear. However, in the case of certain parts and very high quality requirements, the gas content may be very high in certain zones of the molded part. One reason for locally high porosity lies, for example, in the case of thin walled parts, if one chooses a filling speed so high that the metal front is no longer compact. Moreover, in certain geometric forms, it is practically impossible to release gases from certain areas which can not be ventilated. Insofar as it is not necessary to take the solution completely to the point, there are gases in the solution, or subjected to a very high pressure, which does not represent any special problem. However, where high mechanical properties are required and therefore a heat treatment is required, even small quantities of gases which have concentrated at certain points raise problems. The forced ventilation used in accordance with the present invention brings some assistance.
Podem obter-se resultados particularmente bons se se mantiver a ventilação 4 forçada até se obter o enchimento do molde praticamente completo.Particularly good results can be obtained if the forced ventilation is maintained until practically complete mold filling is achieved.
Numa forma de realização aperfeiçoada vantajosa do processo, a câmara de enchimento é feita isolada termicamente e/ou é aquecida. Com esta medida, reduz-se a retirada de calor da cavilha metálica e o metal solidifica menos bruscamente, de modo que pode prolongar-se também o tempo de evacuação.In an advantageous improved embodiment of the process, the filling chamber is thermally insulated and / or heated. With this measure, the withdrawal of heat from the metal peg is reduced and the metal solidifies less abruptly, so that the drainage time can also be prolonged.
Por meio da ventilação ou evacuação forçadas da cavidade do molde, pode aumentar-se a velocidade do êmbolo, depois do instante da entrada do metal na cavidade do molde e portanto acelera-se o enchimento do molde, o que permite a fabricação de peças de parede fina.By means of forced ventilation or evacuation from the mold cavity, the speed of the piston can be increased after the time of entry of the metal into the mold cavity and therefore the mold filling is accelerated, which allows the fabrication of parts of thin wall.
Uma instalação para a realização do processo de acordo com a invenção apresenta uma câmara de enchimento para a recepção de uma cavilha de metal tixotrópico, uma cavidade do molde que se liga à câmara de enchimento, e um êmbolo para comprimir a cavilha de metal, impelmdo-a da câmara de enchimento para a cavidade do molde. A cavidade do molde está em ligação com um recipiente de vácuo.An installation for carrying out the process according to the invention has a filling chamber for receiving a thixotropic metal pin, a mold cavity which connects to the filling chamber, and a piston for compressing the metal pin, impelled from the filling chamber into the mold cavity. The mold cavity is in connection with a vacuum vessel.
De maneira conveniente, coloca-se entre a cavidade do molde e o recipiente de vácuo um órgão de regulação, para a abertura e o fecho da ligação entre a cavidade do molde e o recipiente de vácuo.Conveniently, there is placed between the mold cavity and the vacuum vessel a regulating member for opening and closing the connection between the mold cavity and the vacuum vessel.
Nesta instalação de tixomoldação, o órgão de regulação apresenta uma cavilha de comando com uma cabeça de fecho, servindo a cabeça de fecho para a abertura e o fecho de um canal de ventilação que se segue directamente à cavidade do molde.In this welding installation, the regulating member has a control pin with a closure head, the closure head serving to open and close a ventilation channel directly next to the mold cavity.
Para a obtenção de um isolamento térmico bom, a câmara de enchimento pode ser feita de um material cerâmico, em especial de Si3N4. É também possível prover a câmara de enchimento com dispositivos de aquecimento. Estes dispositivos de aquecimento podem ser. por exemplo montados como barras calefactoras, ou como furos nos quais passa um meio aquecido, por exemplo óleo, na parede da câmara de enchimento.In order to obtain a good thermal insulation, the filling chamber can be made of a ceramic material, in particular Si 3 N 4. It is also possible to provide the filling chamber with heating devices. These heating devices can be. for example mounted as heating rods, or as holes in which a heated medium, for example oil, passes through the wall of the filling chamber.
Outras vantagens, características e pormenores da invenção resultam da descrição seguinte de um exemplo de realização preferido, bem como dos desenhos, cujas figuras representam, esquematicamente: A fig. 1, um corte longitudinal de uma instalação de tixomoldação com ventilação forçada; e A fíg. 2, uma curva típica do enchimento do molde na tixomoldação.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred embodiment, as well as the drawings, in which the figures schematically represent: Fig. 1, a longitudinal section of a forced-ventilation thixomoulding installation; and Fig. 2, a typical curve of the mold filler in the tixomoldation.
Uma instalação de tixomoldação (10), representada na fíg. 1, apresenta uma câmara de enchimento (12), cilíndrica, colocada horizontal mente, com uma cavidade da câmara de enchimento (14). Uma abertura (18) na câmara de enchimento (12) serve para a introdução de uma cavilha metálica tixotrópica (20) na cavidade (14) da câmara de enchimento. O deslocamento da cavilha metálica (20) no interior da cavidade (14) da câmara de enchimento é feito por meio de um êmbolo (16) colocado na câmara de enchimento (12), o qual pode mover-se na direcção do eixo (x) da câmara de enchimento. A câmara de enchimento (12) termina numa placa fixa (22) do molde, que se opõe a uma placa móvel (24) do molde. As duas placas do molde (22, 24) recebem, cada uma, uma metade do molde (26, 28) que, no estado de fecho, formam a cavidade (30) do molde, na qual se forma, depois da solidificação do metal, a peça moldada (32). A cavidade do molde (30) apresenta um ou vários canais de ventilação (34), 6 6A tixomolding installation (10), shown in Fig. 1, has a cylindrical filling chamber 12 positioned horizontally with a cavity of the filling chamber 14. An opening 18 in the filling chamber 12 serves to introduce a thixotropic metal peg 20 into the cavity 14 of the filling chamber. The displacement of the metal pin 20 within the cavity 14 of the filling chamber is done by means of a plunger 16 placed in the filling chamber 12, which can move in the direction of the axis x ) of the filling chamber. The filling chamber (12) terminates in a fixed plate (22) of the mold, which opposes a movable plate (24) of the mold. The two mold plates (22, 24) each receive a half of the mold (26, 28) which in the closed state form the mold cavity (30), in which, after solidification of the metal , the molded part (32). The mold cavity (30) has one or more ventilation channels (34), 66
que se reúnem eventualmente num canal colector. Na placa móvel (24) do molde está colocada uma peça adicional de comando (36), com uma cavilha de comando (38). A cavilha de comando (38) apresenta um tampão de fecho (40) para abrir e fechar, respectivamente, o canal de ventilação (34). O deslocamento da cavilha de comando (38) faz-se por meio de um cilindro de accionamento (42), ligado por um flange à face exterior da placa móvel (24) do molde. Com esta disposição pode manter-se a ventilação forçada até ao enchimento completo do molde. Só depois de feito o enchimento do molde se fecha, através da cabeça de fecho (40) da cavilha de comando (38), o canal de ventilação (34), na extremidade da cavidade (30) do molde. A peça adicional de comando (36) segue-se uma conduta de vácuo (44), ligada, através de uma válvula (46), com o recipiente de vácuo (48). O recipiente de vácuo (48) é evacuado com uma bomba de vácuo (50) e mantida em depressão. Previu-se um manómetro (52) para controlar a pressão. A cabeça de fecho (40) da cavilha de comando (38), que funciona como válvula, tem várias funções: - Antes do enchimento do molde, a válvula está fechada e a bomba de vácuo (50) estabelece uma depressão no recipiente de vácuo (48). - Durante uma primeira fase de enchimento faz-se uma abertura comandada da válvula e portanto inicia-se a ventilação forçada. - Quando se completar o enchimento do molde, a válvula fecha-se, para que não entre qualquer metal na parte de vácuo da instalação. O fecho da válvula é também necessário para que possam separar-se as metades (26, 28) do molde, e portanto abrir-se o molde, e para se restabelecer de novo a depressão no recipiente 7 de vácuo (48). A ventilação forçada começa o mais cedo quando o êmbolo (16) fechar a abertura (18) na câmara de enchimento (12) e termina o mais tardar quando a ferramenta se abre de novo pela separação das metades (26, 28) do molde. De maneira vantajosa e conveniente, a ventilação forçada termina logo que esteja terminado o enchimento do molde, isto é, quando o êmbolo (16) já não se desloca mais. Como é evidente, a ventilação forçada pode terminar mais cedo. Os pontos de ligação e desligação da ventilação forçada podem ser determinados por meio de sensores de trajecto. A ligação e a desligação podem no entanto fazer-se também por comando em função do tempo, da velocidade ou da pressão. Uma outra possibilidade consiste na utilização de sensores da frente de metal, que desencadeiam um comando quando a frente de metal atingir uma posição determinada.which are eventually brought together in a collecting channel. An additional control piece (36) with a control pin (38) is placed on the movable plate (24) of the mold. The control pin (38) has a closure cap (40) for opening and closing, respectively, the ventilation channel (34). The displacement of the control pin 38 is effected by means of a drive cylinder 42 connected by a flange to the outer face of the movable plate 24 of the mold. With this arrangement, forced ventilation can be maintained until the mold is completely filled. Only after the filling of the mold, the ventilation channel (34), at the end of the mold cavity (30), closes through the closure head (40) of the control pin (38). The additional control piece 36 is followed by a vacuum conduit 44 connected through a valve 46 to the vacuum container 48. The vacuum vessel (48) is evacuated with a vacuum pump (50) and maintained depressed. A pressure gauge (52) was provided to control the pressure. The closure head (40) of the control pin (38), which functions as a valve, has several functions: - Before filling the mold, the valve is closed and the vacuum pump (50) establishes a depression in the vacuum container (48). - During a first filling phase, the valve is opened in a controlled manner and forced ventilation is initiated. - When the mold is filled, the valve closes so that no metal enters the vacuum part of the installation. The closure of the valve is also necessary so that the halves (26, 28) of the mold can be separated, and therefore the mold is opened, and to re-establish the depression in the vacuum container (48). The forced ventilation begins as soon as the plunger 16 closes the opening 18 in the filling chamber 12 and terminates at the latest when the tool opens again by separating the halves 26,28 from the mold. Advantageously and conveniently, forced ventilation terminates as soon as the mold is filled, ie when the plunger (16) no longer moves. Of course, forced ventilation may end sooner. The points of connection and disconnection of forced ventilation can be determined by means of path sensors. However, switching on and off can also be done by control of time, speed or pressure. Another possibility is the use of metal front sensors, which trigger a command when the metal front reaches a certain position.
Na fig. 2 está representada uma operação de enchimento típica, numa instalação de tixomoldação com ventilação forçada. Durante uma primeira fase do enchimento, o êmbolo conduz o metal até ao corte; durante uma segunda fase, que começa no instante tE da entrada do metal na cavidade do molde, a cavidade do molde enche-se com metal. Tipicamente, na tixomoldação as duas fases têm a mesma duração, por exemplo com o valor de 0,5 s cada uma. O tempo de evacuação tem um valor portanto menor que 1 segundo. A aspiração dos gases só por começar quando o êmbolo tiver fechado a abertura de enchimento. Por outro lado, a velocidade do êmbolo não pode reduzir-se de qualquer maneira, pois de contrário seria solidificado demasiado metal na câmara de enchimento. Não é necessário manter um vácuo muito profundo. Basta que os gases δ existentes na cavidade do molde sejam aspirados antes e durante o enchimento do molde, para que se estabeleça pouca ou nenhuma contrapressão por estes gases. Ensaios feitos confirmaram que, para a obtenção de resultados extraordinariamente bons relativamente à porosidade, não é forçosamente necessário um vácuo muito profundo.In Fig. 2 shows a typical filling operation in a forced ventilation thixomolding plant. During a first stage of the filling, the plunger drives the metal to the cut; during a second phase starting at the instant tE of the metal inlet in the mold cavity, the mold cavity is filled with metal. Typically, in the tixomoldation the two phases have the same duration, for example with the value of 0.5 s each. The evacuation time has a value therefore less than 1 second. The aspiration of the gases only begins when the plunger has closed the filling opening. On the other hand, the speed of the plunger can not be reduced in any way, otherwise too much metal would be solidified in the filling chamber. It is not necessary to maintain a very deep vacuum. It is sufficient for the δ gases in the mold cavity to be sucked before and during the filling of the mold, so that little or no back pressure is established by these gases. Tests carried out have confirmed that a very deep vacuum is not necessarily required for extremely good results on porosity.
Lisboa, 27 de Março de 2000Lisbon, 27 March 2000
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