PT95746A - Aperfeicoamento no processo de moldacao por espuma perdida e sob pressao controlada de pecas metalicas - Google Patents

Description

ALUMINIUM PÉCHINEY "APERFEIÇOAMENTO NO PROCESSO DE MOLDAÇÃO POR ESPUMA PERDIDA E SOB PRESSÃO CONTROLADA DE PEÇAS METÁLICAS" A presente invenção diz respeito a um aperfeiçoamento no processo de moldação por espuma perdida sob pressão controlada de peças metálicas, em especial de alumínio e das suas ligas, tal como se descreve na patente de invenção francês^

publicada em 20 de Maio de 1988, e que corresponde ao pedido de patente de invenção portuguesaiNQ. 86142 depositado em 16 de Novembro de 1987. É conhecido pelos técnicos, principalmente pelo ensinamento da patente de invenção norte-americana NQ. 3 157 924, utilizar para a moldação modelos de espuma de poliestireno mergulhados

num molde constituído por areia seca que não contém qualquer agente de ligação. Num tal processo, o metal a moldar, que foi previamente fundido, é levado, por intermédio de canais que atravessam a areia, ao contacto com o modelo e substitui progre^ sivamente este último, queimando-o e transformando-o em vapores que se escapam entre os grãos de areia. -2-

Esta técnica mostrou-se ser sedutora à escala industrial, porque evita a fabricação prévia, por compactação e aglomeração de materiais refractários em pó, de moldes rígidos associados, de maneira mais ou menos complicada, a machos, por intermédio de canais, e porque permite uma recuperação fácil das peças moldadas, bem como uma reciclagem fácil dos materiais de moldação.

Todavia, esta técnica é prejudicada por dois factores : a lentidão relativa da solidificação favorece a formação de picaduras devidas ao desprendimento de gases, a fraqueza relativa dos gradientes térmicos, que pode provocar um micro-rechupe, se o traçado da peça tornar a sua rebarbagem difícil. É com o fim de evitar tais inconvenientes que a requerente desenvolveu um processo de moldação por espuma perdida, objecto do pedido de patente de invenção publicado em França com ο N2. 2 606 688.

Este pedido de patente de invenção ensina que, depois de se ter enchido o molde com o metal fundido, isto é, quando o modelo tiver sido completamente destruído pelo metal, quando os vapores emitidos pela espuma tiverem sido evacuados e, de preferência, antes que se inicie a solidificação do metal, se exerce no conjunto do molde e do metal uma pressão gasosa isostática.

Esta pressão é aplicada segundo valores crescentes no tempo, a fim de evitar o fenômeno de abeberação e de modo que o valor máximo seja atingido em menos de 15 segundos.

Neste pedido de patente de invenção, o valor máximo da pressão foi fixada entre 0,5 e 1,5 MPa. Mas no seguimento esta faixa foi estendida até aos 10 MPa, no certificado de adição francês N9. 89-11943 depositado em 7 de Setembro de 1989, a fim de poder, entre outras melhorias, aumentar a resistência à fadiga das peças fabricadas.

Entretanto, a requerente também constatou que, além do fenómeno de abeberação, que conduz a uma deformação da peça, se produz, quando da combustão da espuma pelo metal, uma liquefacção prévia desta espuma, seguida de uma gazeificação que gerava uma pressão tal que penetrava gás no metal e aí formava bolhas, provocando o aparecimento de inclusões de carbono provenientes de uma combustão incompleta dos resíduos de espuma.

Para remediar esta nova dificuldade, preconizou um aperfeiçoamento, objecto do pedido de certifido de adição depositado em 7 de Março de 1989 com ο N2. 89-03706, e que consiste em aumentar a pressão com uma velocidade tal que, em função da granulometria da areia, da profundidade de imersão do modelo, gera rapidamente 4- e temporariamente, por perda de carga através da areia, uma sobrepressão do metal fundido em relação â areia ao nível da sua interface, atingindo essa sobrepressão um valor compreendido entre dois limites e diminuindo em seguida à medida que a referida pressão aumenta e depois em manter a dita pressão constante até â solidificação completa.

De preferência, a velocidade de crescimento da pressão estã compreendida entre 0,003 e 0,3 MPa/segundo e é tanto menor quanto maior for a espessura da peça, sendo a referida sobrepressão máxima atingida em menos de dois segundos. É no quadro do pedido de patente de invenção de base e dos seus aperfeiçoamentos que a requerente procurou melhorar ainda o seu processo. Com efeito, é conhecido que a pressão máxima deve ser aplicada antes de o metal vazado ter atingido um certo grau de solidificação, se não o efeito da referida pressão é muito atenuado. Ora, viu-se igualmente que, para evitar o fenómeno da abeberação e da penetração na peça de gás proveniente da vaporização da espuma, era necessário manter-nos inicialmente numa faixa de sobrepressões dada. Isso supõe que, para evitar uma sobrepressão demasiadamente elevada, a pressão deve ser aumentada durante os primeiros segundos de aplicação de maneira moderada. Mas, por outro lado, se se mantiver este crescimento com o mesmo valor durante toda a aplicação da pressão, constata-se que na maioria dos casos o conjunto do metal estã praticamente so.lidifi- fi cado antes de ser atingida a pressão máxima, limitando-se assim a eficácia do processo. Ê por isso que a requerente teve a ideia de proceder a uma subida da pressão em duas faces.

Donde resulta o processo caracterizado por se fazer crescer inicialmente a pressão a uma velocidade compreendida entre 0,003 e 0,3 MPa/s durante um primeiro período de no máximo cinco segundos a partir do início da subida da pressão e depois a uma velocidade superior à do primeiro período, durante um segundo período e isso até que se atinja a pressão máxima.

Assim, é possível manter-nos nas condições próprias para evitar a abeberaçao e as inclusões de carbono e para atingir a pressão máxima antes de o metal ter solidificado completamente.

De preferência, o primeiro período é no máximo de dois segundos porque este valor é na maioria das vezes suficiente para evitar os inconvenientes atrás mencionados. 0 aumento de velocidade de subida da pressão pode ser obtido de duas maneiras diferentes : ou se procede em duas fases, no decurso de cada uma das quais se aplica em primeiro lugar uma velocidade baixa e constante e depois uma velocidade elevada e constante. A curva de pressão em função do tempo i então representada por duas porções de recta com um ponto comum situado no instante t 5 segundos.

Isso pode ser obtido colocando no circuito de gás uma válvula ou duas válvulas com secções de abertura diferente. ou com um processo no decurso do qual a velocidade cresce continuamente. A curva de pressão é então representada por uma curva contínua crescente na qual, no instante t ^ 5 segundos, o valor de v e menor do que 0,3 MPa/segundo. Isso pode ser obtido com o auxílio de uma válvula cuja secção de passagem aumenta progressivamente. Um elemento não limitativo deste processo consiste em adaptar uma lei de abertura que dê um crescimento da velocidade linear do tempo, de forma dP/dt = kt, _ 2 o que conduz a uma lei de pressão parabólica p = 1/2 kt . A presente invenção pode ser ilustrada com o auxílio dos exemplos de aplicação seguintes : EXEMPLO 1

Realizou-se um colector para motor de combustão interna de uma liga de alumínio do tipo A-S^U^G, contendo, em peso, 6,9% de silício, 3,1% de cobre, 0,3% de magnésio, o restante de alumínio e as suas impurezas habituais. Este colector apresentava flanges espessos e telas finas com a espessura de 3 mm para as quais o tempo que permite atingir uma taxa de solidificação de 30% era da ordem de 4 segundos; por outro lado, o percursso do metal era longo, donde resultava uma pequena velocidade de alimentação no fim do enchimento e a necessidade de um sobreaque-cimento do metal. 0 metal foi vazado num molde contendo o modelo de poliestireno mergulhado em areia e aplicou-se uma pressão máxima de 1,5 MPa, de acordo com a presente invenção, segundo o processo : durante os dois primeiros segundos, um crescimento de 0,25 MPa/segundo de modo a atingir uma pressão de 0,5 MPa; durante os dois segundos seguintes, um crescimento de 0,5 MPa/segundo de modo a atingir a pressão de 1,5 MPa.

Este processo foi realizado com o auxilio de duas válvulas de secções diferentes colocadas no circuito de alimentação de gás.

Evitou-se assim o problema da abeberação e inclusão de carbono na peça, mas colocando-nos em condições tais que se atinge a pressão máxima antes de a taxa de solidificação atingir «-

Segundo a técnica anterior, a aplicação de uma pressão crescente no tempo teria conduzido, para atingir 1,5 MPa em 4 segundos, a um crescimento de 0,375 MPa/segundo, valor superior ao limite imposto no pedido de patente de invenção francesa N9. 8903706 e que era de 0,30 MPa/segundo. EXEMPLO 2

Realizou-se um braço de suspensão de liga de alumínio do tipo A-SyG0,3 contendo, em peso, 7,5% de silício, 0,25% de magnésio, o restante de alumínio e as suas impurezas habituais. Este braço apresentava uma espessura normal de 6 a 8 mm e o tempo necessário para atingir uma taxa de solidificação de 30% era da ordem de 20 segundos.

Vazou-se o metal no molde e aplicou-se uma pressão máxima de 8 MPa, de acordo com a presente invenção, seguindo o processo que consiste em obter por meio de uma válvula comandada, uma subida de pressão parabólica que obedece â fórmula -2 2 P = 2 x 10 t , sendo P expresso em MPa e t em segundos, o que é realizado graças a uma velocidade de subida de pressão dP/dt = 4 x 10~2 t.

Este processo permite : durante os dois primeiros segundos ter uma velocidade -9-

crescente que não excede 0,08 MPa/segundo, portanto largamente inferior ao limite de 0,30 MPa/segundo imposto no pedido de patente de invenção francesa N°. 8903706 a fim de evitar a abeberação e, no entanto, superior desde o instante t = 0,075 segundo ao limite inferior de 0,003 MPa/segundo, assegurando uma boa evacuação dos resíduos gasosos e líquido proveniente do modelo; no fim de 20 segundos disponíveis, obter a pressão de 8 MPa necessária para que o fenómeno de compactação se exerça plenamente.

Evitou-se assim o problema da abeberação e a inclusão de carbono na peça mas colocando-nos nas condições tais que a pressão máxima seja atingida antes de a taxa de solidificação atingir 30%.

Segundo a técnica anterior, a aplicação de uma pressão crescente no tempo teria conduzido, para atingir 8 MPa em 20 segundos a um crescimento de 0,4 MPa/segundo, valor superior ao limite necessário para evitar o fenómeno de abeberação.

Claims (4)

1. -10- REIVINDICAÇÕES 1. Aperfeiçoamento no processo de moldação por espuma perdida e sob pressão controlada de peças metálicas, em especial de alumínio e das suas ligas, no qual se mergulha um modelo de espuma orgânica da peça a moldar num molde cujas paredes são delimitadas por um banho de areia seca que não contém qualquer agente de ligação,se enche o referido molde com o metal no estado líquido que substitui progressivamente a espuma, queimando-a, depois se aplica no molde e no metal, de preferencia antes que se inicie a solidificação do metal, uma pressão gasosa quase isostática crescente no tempo até atingir um valor constante compreendido entre 0,5 e 10 MPa, gerando a fase de subida da pressão uma sobrepressão neste metal fundido em relação â areia cujo máximo se situa nos cinco primeiros segundos da subida, caracterizado por se fazer crescer inicialmente a pressão a uma velocidade compreendida entre 0,003 e 0,3 MPa/segundo durante um primeiro período de no máximo 5 segundos a partir do início da subida da pressão e depois a uma velocidade superior à do primeiro período durante um segundo período e isso até ser atingida a pressão máxima.
2. 2. Aperfeiçoamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro período ser no máximo de dois segundos. -Ál-
3. 3. Aperfeiçoamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a velocidade ser constante no decurso de cada um dos dois períodos.
4. 4. Aperfeiçoamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a velocidade crescer continuamente no decurso dos dois períodos. i O Aganíe Oficial da Propriedade Industrial