WO2015177384A1 - Base de mazarota insertable, molde de arena, dispositivo de moldeo compuesto por la base de mazarota insertable y el molde de arena y procedimiento de obtencion del dispositivo de moldeo - Google Patents

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cavity
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mazarot
mazarota
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Julián IZAGA
Jaime PRAT
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Casa Maristas Azterlan
Ask Chemicals España S.A.
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    • B22C9/088—Feeder heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/02—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings

Definitions

  • the present invention falls within the field of melting devices and procedures in sand molds and, more specifically, to the feeding systems for foundry molds.
  • molds (usually of sand) are used, comprising:
  • a main cavity (of piece) that adjusts to the shape and dimensions of the piece to be manufactured, conveniently increased in volume, so that at room temperature the molten product fits in shape and dimensions to what has been given in call "casting blank.”
  • These cavities are formed by the corresponding molding tools (molding plates and male boxes).
  • a filling system through which the metal or alloy of molten metal that will constitute the piece is poured into the mold. It consists of a set of channels, ducts and chambers, capable of communicating the exterior of the mold and the cavity corresponding to the piece.
  • a feeding system (mazarota or minimazarota) that allows to feed the main cavity with molten metal during the cooling of said molten metal.
  • the manufacture of cast iron parts requires a series of steps or stages: - Design.
  • the filling and feeding system is calculated and validated, so that the part meets the specifications.
  • the liquid alloy is introduced into the mold cavity through the filling system. To complete the mold filling it is necessary
  • overheating the alloy and this overheating depends mainly on the thicknesses of the piece to be manufactured. Small thickness parts require higher overheating temperatures.
  • the response of the feeding system is the one that corresponds to the sum of the two contractions indicated, since once the solidification of the metal is finished, the feeding devices are not able to provide metal.
  • the feeding systems that is to say, mazarotas and minimazarotas, can occupy in the molds two perfectly differentiated positions:
  • the feeding device rests directly on the piece to be fed, although a support supplement or a separating ring (cookie) may be available.
  • mazarot base In lateral position.
  • the feeding device is located laterally and its connection to the piece is made by what has been called “sleeve base or mazarot base".
  • the mazarota bases are spaces or cavities that make up a deposit in the mold (usually of considerable size) that must be occupied by the liquid metal at the time of casting to put the metal of said mazarota in communication with the piece and compensate for the contraction experienced by the metal of the piece in its solidification process.
  • this function is known as food and only makes sense while there is a liquid phase, since once solidified it is not possible to provide material.
  • mazarota base For the mazarota base to fulfill its function, that is, that during the liquid interval there is communication between the piece and the mazarota, it is essential that the piece solidify first, then the base of the mazarota and, finally, the own mazarota This solidification sequence is the one that guarantees that contraction defects (rechupes) do not develop in the piece, which make the piece unusable.
  • the molding plate that is used to obtain the interior configuration of the sand mold generates the cavity of the piece to be manufactured and the base of the mazarot, in such a way that the sand mold obtained is the replica of the figures of the Model plate and the cavity of the mazarota base. Therefore, the cavity that forms the base of the flask is of the same material as the rest of the mold, usually silica sand, agglomerated with different systems.
  • the cavity corresponding to the base of the flask is constituted by the same molding system as the piece (usually silica sand agglomerated with the system using the foundry in question).
  • volume and geometry are used, since it must imperatively solidify after the piece.
  • the object of the present invention is a base of inserts in a sand mold for casting metal parts comprising a main cavity designed to be filled with molten metal to obtain a casting and at least one auxiliary cavity (in a simple way).
  • the insertable mazarota base of the invention has an external geometry that allows the insertion of the mazarota base in said auxiliary cavity and comprises an internal cavity that communicates said main cavity of the mold with a Feed tap, when the tap base is inserted into the auxiliary cavity of the mold.
  • the auxiliary cavity may have a shape and configuration complementary to the outer geometry of the mazarota base, so that the base fits into the cavity.
  • the mazarot base can comprise elements designed to fit in a part of the auxiliary cavity.
  • the auxiliary cavity is arranged (in the mold) in such a way that, by inserting the mazarota base into the auxiliary cavity of the mold, the interior of the mazarota base is in communication with the main cavity of the mold (piece) to allow passage of molten metal in the inner cavity to the main cavity.
  • the auxiliary cavity can be contiguous to the main cavity and even form a single cavity to facilitate the formation of the mold, in the latter case, once the mazarota base is inserted, the main cavity that communicates with the internal cavity of the interior is formed. mazarota base.
  • the object of the present invention is also a sand mold for the casting of metal parts configured to receive the incorporation of an insert base, provided with an interior cavity configured to receive molten metal from a feed cylinder.
  • the mold comprises a main cavity that can be filled with molten metal to obtain a casting and at least one auxiliary cavity with a geometry (interior) that allows the insertion of said mazarota base, the auxiliary cavity being arranged relative to the main cavity in such a way that, when the mazarot base is inserted in the auxiliary cavity, the inner cavity of the mazarot base puts said main mold cavity in communication with a feeding mazarot.
  • the insertable mazarota base is obtained independently of the mold, for example by manual molding or by blowing with an exterior geometry with variable shapes and sizes. These forms will preferably be simple, for example prismatic, pyramidal, cylindrical or hemispherical trunk.
  • Mazarota bases that will act as inserts can be manufactured outside the smelting plant, as is the case, for example, with the mazarotas, minimazarotas or magüitos.
  • the sand mold is composed of silica sand.
  • Silica sand is to be understood in this invention as pure silica sand, as well as other sands that contain, in addition to silica, other common sand components such as iron, feldspar, plaster, etc.
  • the mold is obtained by molding tools, for example a model plate that configures the main cavity and one or several auxiliary cavities, with a geometry in correspondence with the shape of the insertable mazarota bases manufactured specifically for it.
  • the outer geometry will preferably be prismatic, pyramidal, cylindrical or hemispherical.
  • the mazarota bases are incorporated into the mold at the time of making the mold for the casting of the pieces, that is to say by means of the model plate the main cavity and the cavity or auxiliary cavities of the mold are generated (depending on the number of mazarotas necessary) and then the mazarota bases are introduced as if they were male.
  • the inner cavity must meet the criteria of the thermal module, so that the last parts of liquid metal must be in the feeding system, to provide the metal that the piece demands during its contraction.
  • the union between the feeder (mazarota, minimazarota, etc.) and the main cavity of the mold (piece) is carried out through an insert or insert (base of mazarota) outside the mold, which has been arranged in the space or auxiliary cavity practiced in the mold itself to act as a mazarota base.
  • the mazarot base comprises an insulating or exothermic composition.
  • This composition may comprise hollow aluminum silicate microspheres and a binder, preferably cold box curing binders, the hollow microspheres having an alumina content equal to or less than 38% by weight and preferably 20 to 38%.
  • the composition may comprise non-fibrous fillers, selected from the group consisting of oxidizable metals, oxidizers capable of oxidizing said oxidizable metals and inorganic fluorinated fluxes.
  • oxidizable metals aluminum, magnesium and silicon, preferably aluminum, can be used.
  • alkali metal or alkaline earth metal salts may be used, for example nitrates, chlorates and permanganates of alkali and alkaline earth metals.
  • Metal oxides can also be used, for example Iron oxides and of Manganese, preferably iron oxide.
  • cryolite, potassium aluminum tetrafluoride and aluminum and potassium hexafluoride, preferably cryolite can be used.
  • the hollow aluminum silicate microspheres preferably have a grain diameter of up to 3 mm and more preferably a grain diameter of less than 1 mm and a wall thickness of approximately 10% of the diameter of the microsphere.
  • the object of the invention is also a molding device formed by a sand mold and a mazarot base in accordance with the present invention and wherein said mazarot base is inserted in said sand mold.
  • the object of the invention is a method of obtaining a molding device for casting castings comprising the following steps:
  • a silica sand mold comprising a main cavity that can be filled with molten metal to obtain a casting and at least one auxiliary cavity that has a geometry (interior) that is configured to allow insertion of a mazarota base .
  • a base of mazarota with a composition of insulating and / or exothermic material comprising an inner cavity to receive molten metal from a feeding mazarot and an external geometry that allows the insertion of the mazarot base in the said cavity (or cavities ) sand mold auxiliary.
  • the mazarot base has an insulating or exothermic composition.
  • This composition may comprise hollow microspheres of aluminum silicate and a binder, the hollow microspheres having a content of alumina equal to or less than 38% by weight and preferably 20 to 38%.
  • any type of resin, both solid and liquid, which is polymerized by the corresponding catalyst can be used as binder.
  • the cold or hot box system can be used, as well as self-forging techniques.
  • a cold box curing binder is used,
  • the composition may comprise non-fibrous fillers, selected from the group consisting of oxidizable metals, oxidants and inorganic fluorinated fluxes.
  • oxidizable metals aluminum, gagnesium and silicon, preferably aluminum, can be used.
  • alkali metal or alkaline earth metal salts may be used, for example nitrates, chlorates and permanganates of alkali and alkaline earth metals.
  • Metal oxides can also be used, for example iron and manganese oxides, preferably iron oxide.
  • cryolite, aluminum-potassium tetrafluoride and aluminum-potassium hexafluoride, preferably cryolite can be used as inorganic fluorinated fluxes.
  • the hollow aluminum silicate microspheres preferably have a grain diameter of up to 3 mm and more preferably a grain diameter of less than 1 mm and a wall thickness of approximately 10% of the diameter of the microsphere.
  • the formulation of this invention may contain optional charges in non-fibrous form, selected from the group of oxidizable metals, oxidants and inorganic fluorinated fluxes.
  • the formulations described above are used, which are manually molded or blow molded, polymerizing the resin used by the appropriate catalyst, resulting in a block of more or less prismatic shape (or pyramidal or cylindrical or hemispherical trunk) containing the shape of the previously designed mazarota base.
  • the dimensional accuracy obtained by these procedures is much higher than that obtained by traditional molding procedures, which allows these mazarot bases to be considered as precise elements and, therefore, can be attached to the sand mold with great ease , and can even reach automation.
  • - Insulating capacity The molding masses of the inserts of the mazarot bases, are formed by materials of exothermic and / or insulating nature, which have been described above.
  • Binder system For the manufacture of the insert bases in the mold, different binder systems are used (cold box and hot box, chemical binders, etc).
  • the exterior and interior geometry of the insert bases in the mold differ, although both can adopt the shapes and sizes that best suit the needs of the piece to be manufactured. Its conceptualization is relatively simple, since the exterior must adapt to the cavity practiced in the sand mold and the interior must comply with the condition of communication mazarota / piece.
  • a cavity is provided in which the insert (mazarota base) manufactured specifically for it is housed.
  • False It is an insert that is housed in the mold and shapes the new mazarota base.
  • the new process is based on the use of insertable mazarot bases
  • the cavity enabled in the mold can have different shapes and dimensions (prismatic, truncated pyramid, hemispherical, etc.), said cavity, belongs to the mold and is constituted by the same system or mass as the rest of the mold.
  • the insert object of the invention which is constituted by the following particularities or characteristics, is placed or disposed as a male:
  • the shape and external dimensions of the insert adapt to the needs of each mold. Prismatic shapes with exit angle may be the most frequent, although not the only ones.
  • the shape and internal dimensions of the insert adapt to the particularities of each piece (compliance with the rule of the module).
  • the preferred form is considered to be approximately hemispherical, although not the only one.
  • the molding tools shape a cavity in which the insert motive of this patent is housed and adjusted. It is a block, with different shapes and dimensions, whose composition is the mixture already defined as insulating and / or exothermic.
  • the insert is insulating and / or exothermic in nature. Based on the formulations indicated above, it is achieved that the thermal behavior of the mold area in which the insertable flask base is housed is more favorable, since the local thermal module increases considerably.
  • Both the insulating and exothermic capacity are adjusted to the needs of each piece, so that the number of combinations is unlimited and, at the same time, adjusted to each need.
  • the simulation tools of the casting process are very helpful in selecting the shape and size of the most favorable inserts.
  • Figure 1 is a schematic representation of the elements that constitute a cast mold.
  • Figure 2 describes the two ways of presenting the feeding devices (in this case minimazarotas).
  • Figure 3 represents a model plate used in the prior art for obtaining a sand mold with a main cavity and a mazarot cavity or base.
  • Figure 4 is a schematic representation of an insertable mazarot base, according to the present invention, ready to be inserted into a sand mold configured in accordance with the present invention to receive and house the insertable mazarot base.
  • Figure 5 is a schematic representation of a molding device comprising an insertable mazarot base and a sand mold according to the present invention.
  • Figures 6A and 6B are a comparative representation of a specific example to show what happens when replacing a traditional mazarota base with an insertable mazarota base according to the object of the present invention. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION
  • Figure 1 shows a cast mold (1) comprising a main cavity (2) corresponding to the piece to be manufactured and which has been shaped by the molding tool (3).
  • the filling system (4) and the feeding devices (5) have been configured.
  • the filling system (4) communicates the exterior of the mold (1) with the main cavity (2) and is formed by the trough, the distribution channels and the joints or attacks on the piece.
  • the feeding system (5) is responsible for feeding the part, that is, to compensate for the contractions that occur in the liquid-solid change. The use of insulating and / or exothermic minimazarots is frequent.
  • FIG 2 two usual forms of feeding devices (in this case minimazarotas) have been represented.
  • the feeding device (5) When the feeding device (5) is placed at the top of the part, reference is made to the "load arrangement” and in this case "mazarota base” is not used.
  • the feeding when the feeding is placed laterally, it is essential to use cavities of mazarota bases (6).
  • the cavity corresponding to the mazarot base (6) is one more part of the mold and, therefore, these cavities are formed by the mold tooling itself (3), with the same molding material as the mold assembly (1).
  • Figure 3 shows a molding tool (3) or model plate used to obtain the main cavity (2) and the cavity that forms the base of the flask (6).
  • FIG 4 an insertable mazarot base (7) according to the object of the invention has been shown.
  • the insertable mazarota base (7) is an element obtained independently from the foundry mold (1) and comprises an inner cavity (8) that can accommodate molten metal to feed the main cavity (2).
  • a cast mold (1) comprising a main cavity (2) that reproduces the shape of the piece to be obtained and an auxiliary cavity (9) has also been represented.
  • the outer geometry of the insertable mazarot base (7) is similar to the geometry of the auxiliary cavity (9), so that the mazarot base (7) can be easily inserted into the auxiliary cavity (9).
  • FIG 5 an insertable mazarot base (7) housed in the auxiliary cavity (9) of the mold (1) and a mazarot or minimazarot (10) on the base of insertable mazarot (7) is shown.
  • the inner cavity (8) is in direct communication with the main cavity (2) of the mold (1) and with the flask, so that the molten metal contained in the flask feeds the main cavity (2) of the mold (1). It is observed that the metal of the piece, the base of the mazarot and the minimazarot form a unit, which from the thermal point of view must keep the corresponding relationship.
  • the constituent material of the insertable mazarot base (7) is similar or the same as that of the minimazarot (10), since both must have insulating and / or exothermic characteristics, material that is different from that of the mold (1 ). It is observed that the mazarot base (7) is an insert in the mold (1), which performs the same function as those cavities of traditional mazarot bases made of the same mixture (silica sand) as the mold and obtained together with The cavity of the piece.
  • Figure 6A shows a mazarot base according to the usual techniques.
  • the size of the "base of the mazarota” is very high, when compared with the diameter of the mazarota itself. This disproportion is related to the thermo-physical characteristics of the mold material and the flask. It is very evident that the size of the "mazarota base" penalizes performance, while appreciating the enormous disproportion between it and the feeder itself.
  • FIG. 6B shows the size of the mazarot base according to the object of the present invention. The difference in sizes of the two mazarot bases represented in Figures 6A and 6B is adjusted to reality, since these geometries have been designed and validated by means of the corresponding simulation studies.
  • the invention is not limited to the specific embodiments that have been described, but also covers, for example, the variants that can be made by the average person skilled in the art (for example, as regards the choice of materials, dimensions, components, configuration, etc.), within what follows from the claims.

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Abstract

La base de mazarota es un inserto obtenido por moldeo manual o por soplado de una composición aislante o exotérmica, que comprende microesferas huecas de silicato de aluminio. El molde está compuesto, principalmente, por arena de sílice y presenta una cavidad principal diseñada para llenarse de metal fundido para obtener una pieza de fundición y una o varias cavidades auxiliares. El inserto encaja en la cavidad auxiliar practicada en el molde y presenta una cavidad interior configurada para recibir metal fundido desde una mazarota o minimazarota de alimentación y una geometría exterior que coincide con la geometría de la citada cavidad auxiliar. La cavidad o cavidades auxiliares practicadas en el propio molde, están dispuestas de tal forma que, al insertar la base de mazarota en dicha cavidad auxiliar, la cavidad interior de la base de mazarota quede en comunicación con dicha cavidad principal del molde (pieza) para permitir el paso del metal fundido.

Description

BASE DE MAZAROTA INSERTABLE, MOLDE DE ARENA, DISPOSITIVO DE MOLDEO COMPUESTO POR LA BASE DE MAZAROTA INSERTABLE Y EL MOLDE DE ARENA
Y PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DEL DISPOSITIVO DE MOLDEO
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se encuadra dentro del campo de los dispositivos y procedimientos de fundición en moldes de arena y, más concretamente, a los sistemas de alimentación para los moldes de fundición.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Para obtener piezas de fundición por moldeo se utilizan moldes (generalmente de arena) que comprenden:
- Una cavidad principal (de pieza) que se ajusta a la forma y dimensiones de la pieza a fabricar, convenientemente incrementadas en volumen, de tal forma que a temperatura ambiente el producto fundido se ajuste en forma y dimensiones a lo que se ha dado en llamar "pieza en bruto de fundición". Estas cavidades se conforman mediante los correspondientes utillajes de moldeo (placas de moldeo y cajas de machos).
Un sistema de llenado, a través del cual se vierte en el molde el metal o aleación de metal fundido que va a constituir la pieza. Está formado por un conjunto de canales, conductos y cámaras, capaces de poner en comunicación el exterior del molde y la cavidad correspondiente a la pieza.
Un sistema de alimentación (mazarota o minimazarota) que permite alimentar la cavidad principal con metal fundido durante el enfriamiento de dicho metal fundido.
Enfriadores. En determinadas piezas y con el fin de asegurar la ausencia de defectos de contracción (rechupes), es necesario disponer en el propio molde insertos (metálicos o de grafito), de tal forma que se vea acelerado el modo de solidificación y enfriamiento de esa zona de la pieza. Se trata de una práctica de fundición frecuente, ya que en determinadas piezas es la única o la mejor forma de asegurar el cumplimiento de especificaciones. En la figura 1 se han representado, de forma esquemática, los elementos constitutivos de un molde de fundición.
La fabricación de piezas de fundición por moldeo requiere de una serie de pasos o etapas: - Diseño. Se calcula y valida el sistema de llenado y alimentación, de forma que la pieza cumpla las especificaciones.
- Moldeo. Se utilizan mezclas formadas por arenas, de diferente constitución y características, aglomeradas por diferentes sistemas, para obtener los moldes.
- Colada. La aleación líquida se introduce en la cavidad del molde a través del sistema de llenado. Para completar el llenado del molde es necesario
"sobrecalentar" la aleación y este sobrecalentamiento depende, principalmente, de los espesores de la pieza a fabricar. Piezas de pequeño espesor requieren de mayores temperaturas de sobrecalentamiento.
- Solidificación-enfriamiento. Se deja enfriar la aleación dentro del molde hasta que solidifique. La solidificación es una etapa crítica, ya que el sistema de alimentación debe ser capaz de contrarrestar la contracción que experimenta la aleación colada.
- Desmoldeo. El conjunto pieza-sistema de alimentación y llenado se extrae del molde y para ello es necesaria la rotura del molde de arena. Por tanto, un sistema de alimentación, correctamente diseñado, debe ser capaz de compensar las contracciones que se producen durante el enfriamiento del metal en estado líquido. En efecto, la solidificación o cambio de estado se desarrolla en dos etapas:
- Enfriamiento en estado líquido. Corresponde al intervalo entre la temperatura de colada Tc y la temperatura de inicio de la solidificación, TL. - Enfriamiento en el intervalo de solidificación. Se trata de la contracción del metal entre la temperatura de comienzo y final de solidificación, es decir, el intervalo TL - Ts.
La respuesta del sistema de alimentación es la que corresponde al sumatorio de las dos contracciones indicadas, ya que una vez finalizada la solidificación del metal los dispositivos de alimentación no son capaces de aportar metal. Los sistemas de alimentación, es decir, mazarotas y minimazarotas, pueden ocupar en los moldes dos posiciones perfectamente diferenciadas:
- En carga. En estos casos, el dispositivo de alimentación se apoya directamente en la pieza a alimentar, si bien puede disponerse de un suplemento de apoyo o un anillo separador (galleta).
- En posición lateral. En estos casos, el dispositivo de alimentación se sitúa lateralmente y su conexión a la pieza se realiza mediante lo que se ha dado en llamar "base de manguito o base de mazarota". Las bases de mazarota son espacios o cavidades que conforman un deposito en el molde (generalmente de tamaño considerable) que deben ser ocupados por el metal líquido en el momento de la colada para poner en comunicación el metal de dicha mazarota con la pieza y compensar la contracción que experimenta el metal de la pieza en su proceso de solidificación. Como se ha dicho, a esta función se le conoce como alimentación y únicamente tiene sentido mientras existe fase líquida, ya que una vez solidificado no es posible aportar material.
Para que la base de mazarota cumpla su función, es decir, que durante el intervalo líquido exista comunicación entre la pieza y la mazarota, es imprescindible que en primer lugar solidifique la pieza, a continuación la base de la mazarota y, finalmente, la propia mazarota. Esta secuencia de solidificación es la que garantiza que en la pieza no se desarrollen defectos de contracción (rechupes), que conviertan a la pieza en inservible.
Generalmente la placa de moldeo que se utiliza para obtener la configuración interior del molde de arena, genera la cavidad de la pieza a fabricar y la base de la mazarota, de tal forma que el molde de arena obtenido es la réplica de las figuras de la placa modelo y la cavidad de la base de mazarota. Por tanto, la cavidad que conforma la base de la mazarota es del mismo material que el resto del molde, habitualmente arena de sílice, aglomerada con diferentes sistemas.
Por ello, para asegurar que el metal de la base de mazarota solidifique más tarde que la pieza, no se aplica otra alternativa que no sea la del volumen y geometría, es decir las bases de mazarota presentan un gran tamaño lo que afecta de forma importante al rendimiento neto/bruto.
En lo que se refiere, exclusivamente, a las bases de mazarota, el proceso actual presenta numerosas limitaciones, siendo las más destacables las siguientes: - La cavidad correspondiente a la base de la mazarota está constituida por el mismo sistema de moldeo que la pieza (normalmente arena de sílice aglomerada con el sistema que utilice la fundición en cuestión).
- Su comportamiento térmico es semejante al del resto del molde y, por ello, no dispone de capacidad aislante/térmica adicional.
- Para compensar su deficiente comportamiento térmico, se recurre al volumen y a la geometría, ya que de forma imperativa debe solidificar con posterioridad a la pieza.
- El rendimiento neto/bruto, clave en términos de costo de fabricación, se ve penalizado de forma notable.
- La productividad, expresada en piezas por colada, se ve afectada negativamente, ya que una parte significativa del metal líquido se emplea en las propias bases de mazarota. En la medida que se optimiza el rendimiento neto/bruto, mejora la productividad. - Una vez desmoldeada la pieza, la separación de las bases de mazarota de la pieza es, cuando menos, laboriosa, ya que las secciones a cortar son exageradamente grandes.
- La elevada masividad que demandan los diseños convencionales de las bases de mazarota, también tiene efectos negativos en estado metalúrgico de la pieza, ya que la solicitación térmica local es muy elevada.
- La separación de las bases de mazarota de la pieza, genera importantes riesgos de agrietamientos, ya que las secciones de corte son exageradamente elevadas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención una base de mazarota insertable en un molde de arena para fundición de piezas metálicas que comprende una cavidad principal diseñada para llenarse de metal fundido para obtener una pieza de fundición y al menos una cavidad auxiliar (de forma sencilla).
La base de mazarota insertable de la invención presenta una geometría exterior que permite la inserción de la base de mazarota en la citada cavidad auxiliar y comprende una cavidad interior que pone en comunicación dicha cavidad principal del molde con una mazarota de alimentación, cuando la base de mazarota está insertada en la cavidad auxiliar del molde. Por ejemplo la cavidad auxiliar puede presentar una forma y configuración complementaria a la geometría exterior de la base de mazarota, para que la base encaje en la cavidad. También es posible que la base de mazarota pueda comprender elementos diseñados para encajar en una parte de la cavidad auxiliar.
La cavidad auxiliar está dispuesta (en el molde) de tal forma que, al insertar la base de mazarota en la cavidad auxiliar del molde, el interior de la base de mazarota quede en comunicación con la cavidad principal del molde (pieza) para permitir el paso del metal fundido en la cavidad interior a la cavidad principal. Por ejemplo la cavidad auxiliar puede ser contigua a la cavidad principal e incluso formar una única cavidad para facilitar la formación del molde, en este último caso una vez insertada la base de mazarota se conforma la cavidad principal que queda comunicada con la cavidad interior de la base de mazarota.
Es también objeto de la presente invención un molde de arena para fundición de piezas metálicas configurado para recibir la incorporación de una base de mazarota insertable, provista de una cavidad interior configurada para recibir metal fundido desde una mazarota de alimentación. El molde comprende una cavidad principal que puede llenarse con metal fundido para obtener una pieza de fundición y al menos una cavidad auxiliar con una geometría (interior) que permite la inserción de dicha base de mazarota, estando la cavidad auxiliar dispuesta respecto de la cavidad principal de tal forma que, al insertar la base de mazarota en la cavidad auxiliar, la cavidad interior de la base de mazarota pone en comunicación dicha cavidad principal del molde con una mazarota de alimentación.
La base de mazarota insertable se obtiene de forma independiente al molde, por ejemplo por moldeo manual o por soplado con una geometría exterior con formas y tamaños variables. Estas formas preferentemente serán sencillas, por ejemplo prismática, tronco piramidal, cilindrica o semiesférica. Las bases de mazarota que actuarán como insertos pueden fabricarse fuera de la planta de fundición, al igual que ocurre por ejemplo con las mazarotas, minimazarotas o magüitos.
El molde de arena está compuesto por arena de sílice. Por arena de sílice ha de entenderse en esta invención arena de sílice puro, así como otras arenas que contengan además de la sílice otros componentes habituales de la arena tales como hierro, feldespato, yeso, etc. El molde se obtiene mediante utillaje de moldeo, por ejemplo una placa modelo que configura la cavidad principal y una o varias cavidades auxiliares, con una geometrías en correspondencia con la forma de las bases de mazarota insertables fabricadas ex profeso para ello. Por ejemplo la geometría exterior será preferentemente prismática, tronco piramidal, cilindrica o semiesférica. Las bases de mazarota se incorporan al molde en el momento de proceder a la elaboración del molde para la colada de las piezas, es decir mediante la placa modelo se generan la cavidad principal y la cavidad o cavidades auxiliares del molde (dependiendo del número de mazarotas necesarias) y a continuación se introducen las bases de mazarota como si fueran machos.
La cavidad interior debe cumplir el criterio del módulo térmico, de tal forma que las últimas partes de metal líquido deben encontrarse en el sistema de alimentación, para aportar el metal que demande la pieza durante su contracción. De esta forma la unión entre el alimentador (mazarota, minimazarota, etc. ) y la cavidad principal del molde (pieza) se realiza a través de un inserto o postizo (base de mazarota) ajeno al molde, que se ha dispuesto en el espacio o cavidad auxiliar practicada en el propio molde para actuar como base de mazarota. De acuerdo con la invención, la base de mazarota comprende una composición aislante o exotérmica. Esta composición puede comprender microesferas huecas de silicato de aluminio y un aglomerante, preferentemente aglomerantes de curado en caja fría, presentando las microesferas huecas un contenido de alúmina igual o inferior al 38% en peso y preferentemente de 20 a 38%.
Como aglomerante se puede utilizar cualquier tipo de resinatanto sólida como líquida, que se polimeriza mediante el catalizador correspondiente. En el moldeo o soplado puede utilizarse el sistema de caja fría o caliente, así como técnicas autofraguantes. La composición puede comprender cargas no fibrosas, seleccionadas del grupo formado por metales oxidables, oxidantes capaces de oxidar dichos metales oxidables y fundentes fluorados inorgánicos.
Como metales oxidables pueden utilizarse aluminio, magnesio y silicio, preferentemente aluminio. Como oxidantes puede recurrirse a sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, por ejemplo nitratos, cloratos y permanganatos de metales alcalinos y alcalinotérreos. También puede recurrirse a óxidos metálicos, por ejemplo óxidos de Hierro y de Manganeso, preferentemente óxido de hierro. Como fundentes fluorados inorgánicos pueden utilizarse criolita, tetrafluoruro de aluminio y potasio y hexafluoruro de aluminio y - potasio, preferentemente criolita. Las microesferas huecas de silicato de aluminio presentan preferentemente un diámetro de grano de hasta 3 mm y más preferentemente un diámetro de grano inferior a 1 mm y un espesor de pared de aproximadamente el 10% del diámetro de la microesfera.
Es también objeto de la invención un dispositivo de moldeo formado por un molde de arena y una base de mazarota de acuerdo con la presente invención y donde dicha base de mazarota está insertada en dicho molde de arena.
Por último, es objeto de la invención un procedimiento de obtención de un dispositivo de moldeo para fundición de piezas de fundición que comprende las siguientes etapas:
- Obtener un molde de arena de sílice que comprende una cavidad principal que puede llenarse con metal fundido para obtener una pieza de fundición y al menos una cavidad auxiliar que presenta una geometría (interior) que está configurada para permitir la inserción de una base de mazarota.
- Obtener una base de mazarota con una composición de material aislante y/o exotérmico que comprende una cavidad interior para recibir metal fundido desde una mazarota de alimentación y una geometría exterior que permite la inserción de la base de mazarota en la citada cavidad (o cavidades) auxiliar del molde de arena.
Insertar la base de mazarota obtenida en la cavidad auxiliar del molde de forma que la cavidad interior de la base de mazarota quede en comunicación con la cavidad principal del molde.
- Colocar una mazarota de alimentación sobre la base de mazarota, de forma que el interior de la mazarota quede en comunicación con la cavidad interior de la base de mazarota.
De acuerdo con la invención la base de mazarota presenta una composición aislante o exotérmica.
Esta composición puede comprender microesferas huecas de silicato de aluminio y un aglomerante, presentando las microesferas huecas un contenido de alúmina igual o inferior al 38% en peso y preferentemente de 20 a 38%.
Como aglomerante se puede utilizar cualquier tipo de resina, tanto sólida como líquida, que se polimeriza mediante el catalizador correspondiente. En el moldeo o soplado puede utilizarse el sistema de caja fría o caliente, así como técnicas autofraguantes. En una realización preferente se utiliza un aglomerante de curado en caja fría,
La composición puede comprender cargas no fibrosas, seleccionadas del grupo formado por metales oxidables, oxidantes y fundentes fluorados inorgánicos.
Como metales oxidables pueden utilizarse aluminio, gagnesio y silicio, preferentemente Aluminio. Como oxidantes puede recurrirse a sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, por ejemplo nitratos, cloratos y permanganatos de metales alcalinos y alcalinotérreos. También puede recurrirse a óxidos metálicos, por ejemplo óxidos de hierro y de manganeso, preferentemente óxido de hierro. Como fundentes fluorados inorgánicos pueden utilizarse criolita, tetrafluoruro de aluminio- potasio y hexafluoruro de aluminio-potasio, preferentemente criolita.
Las microesferas huecas de silicato de aluminio presentan preferentemente un diámetro de grano de hasta 3 mm y más preferentemente un diámetro de grano inferior a 1 mm y un espesor de pared de aproximadamente el 10% del diámetro de la microesfera.
La formulación propia de esta invención, puede contener cargas opcionales en forma no fibrosa, seleccionadas del grupo de los metales oxidables, oxidantes y fundentes fluorados inorgánicos.
Como material de partida se utilizan las formulaciones anteriormente descritas, que son moldeadas manualmente o por soplado, polimeriza la resina utilizada mediante el catalizador apropiado, obteniéndose como resultado un bloque de forma más o menos prismática (o tronco piramidal o cilindrica o semiesférica) que contiene la forma de la base de mazarota previamente diseñada. La precisión dimensional que se obtiene por estos procedimientos, es muy superior a la obtenida por procedimientos tradicionales de moldeo, lo que permite considerar a estas bases de mazarota, como elementos precisos y, por ello, se pueden acoplar al molde de arena con gran facilidad, pudiendo incluso llegar a la automatización. Para definir los activos de esta patente, se considera necesario hacer mención a las principales aportaciones: - Capacidad aislante. Las masas de moldeo de los insertos de las bases de mazarota, están formadas por materiales de naturaleza exotérmica y/o aislante, que han sido descritas anteriormente.
Capacidad exotérmica. En la fabricación de las bases de mazarota insertables en el molde, se utilizan masas de moldeo con elevada capacidad de aislamiento térmico.
Sistema aglomerante. Para la fabricación de las bases de mazarota insertables en el molde, se utilizan diferentes sistemas aglomerantes (caja fría y caja caliente, aglomerantes químicos, etc ).
Geometría. Se diferencia la geometría exterior e interior de las bases de mazarota insertables en el molde, si bien ambas pueden adoptar las formas y tamaños que mejor se adapten a las necesidades de la pieza a fabricar. Su conceptualización es relativamente simple, ya que el exterior debe adaptarse a la cavidad practicada en el molde de arena y el interior debe cumplir con la condición de comunicación mazarota/pieza.
- Moldeo. En el moldeo de la pieza se ha previsto una cavidad en la que se aloja el inserto (base de mazarota) fabricado ex profeso para ello.
Postizo. Se trata de un inserto que se aloja en el molde y da forma a la nueva base de mazarota. El nuevo proceso se basa en la utilización de bases de mazarota insertables
(insertos), que se alojan en las cavidades que de forma expresa se han conformado en el molde con el utillaje de moldeo. La cavidad habilitada en el molde puede presentar formas y dimensiones diversas (prismática, troncopiramidal, semiesférica, etc ), dicha cavidad, pertenece al molde y está constituida por el mismo sistema o masa que el resto del molde. En dicha cavidad se sitúa o dispone, a modo de macho, el inserto objeto de la invención, que está constituido por las particularidades o características siguientes:
La forma y dimensiones exteriores del inserto se adaptan a las necesidades de cada molde. Formas prismáticas con ángulo de salida pueden ser las más frecuentes, si bien no las únicas. La forma y dimensiones interiores del inserto, se adaptan a las particularidades de cada pieza (cumplimiento de la regla del módulo). Se considera que la forma preferente es aproximadamente semiesférica, si bien no la única.
Su comportamiento térmico obedece a consideraciones aislantes y/o exotérmicas y, por ello, los materiales utilizados en la fabricación de estos insertos son de naturaleza aislante y/o exotérmica.
Las limitaciones de las actuales bases de mazarota se resuelven de forma satisfactoria con los nuevos dispositivos, designados como "bases de mazarota insertables", siendo su concreción la siguiente:
Los utillajes de moldeo dan forma a una cavidad en la que se aloja y ajusta el inserto motivo de esta patente. Se trata de un bloque, con diferentes formas y dimensiones, cuya composición es la mezcla ya definida como aislante y/o exotérmica.
El inserto es de naturaleza aislante y/o exotérmica. En base a las formulaciones anteriormente indicadas, se consigue que el comportamiento térmico de la zona del molde en la que se aloja la base de mazarota insertable, sea más favorable, ya que el módulo térmico local aumenta considerablemente.
Tanto la capacidad aislante como exotérmica se ajustan a las necesidades de cada pieza, de forma que el número de combinaciones es ilimitado y, a la vez, ajustado a cada necesidad.
En base a las consideraciones térmicas indicadas (capacidad aislante/exotérmica), es posible reducir el tamaño de las bases de mazarota de una forma muy significativa. Al reducir dicho tamaño, se incrementa el rendimiento neto/bruto y, consecuentemente, la productividad e, incluso, la calidad metalúrgica de las piezas fundidas.
El acabado de la pieza, que conlleva la separación por corte de todo aquello que no es pieza, se ve facilitado de forma significativa. En la medida que el tamaño de la base de mazarota se reduce, su separación de la pieza es más sencilla.
Con el uso de las bases de mazarota insertables, mejoran significativamente los costos de fabricación. La única penalización es atribuible al costo adicional de los insertos, si bien el balance económico es claramente favorable al uso de insertos de esta naturaleza.
Las herramientas de simulación del proceso de fundición son de gran ayuda a la hora de seleccionar la forma y el tamaño de los insertos más favorables.
Los análisis virtuales permiten ajustar las predicciones a las necesidades de cada pieza fundida.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de figuras en el que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 es una representación esquemática de los elementos que constituyen un molde de fundición.
La Figura 2 describe las dos formas de presentarse los dispositivos de alimentación (en este caso minimazarotas).
La Figura 3 representa una placa modelo utilizada en el estado de la técnica anterior para la obtención de un molde de arena con una cavidad principal y una cavidad o base de mazarota.
La Figura 4 es una representación esquemática de una base de mazarota insertable, según la presente invención, lista para insertarse en un molde de arena configurado de acuerdo a la presente invención para recibir y alojar la base de mazarota insertable.
La figura 5 es una representación esquemática de un dispositivo de moldeo que comprende una base de mazarota insertable y un molde de arena según la presente invención. Las figura 6A y 6B son una representación comparativa de un ejemplo concreto para mostrar lo que sucede al sustituir una base de mazarota tradicional con una base de mazarota insertable según el objeto de la presente invención. DESCRIPCIÓN DE UN MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
En la figura 1 se ha representado un molde (1 ) de fundición que comprende una cavidad principal (2) correspondiente a la pieza a fabricar y que ha sido conformada por el utillaje de moldeo (3). En la misma etapa de moldeo se han configurado el sistema de llenado (4) y los dispositivos de alimentación (5).
El sistema de llenado (4) pone en comunicación el exterior del molde (1 ) con la cavidad principal (2) y está formado por el bebedero, los canales de distribución y las uniones o ataques a la pieza. El sistema de alimentación (5) se encarga de alimentar la pieza, es decir, de compensar las contracciones que se producen en el cambio líquido-sólido. Es frecuente la utilización de minimazarotas de carácter aislante y/o exotérmico.
En la figura 2 se han representado dos formas habituales de dispositivos de alimentación (en este caso minimazarotas). Cuando el dispositivo de alimentación (5) se sitúa en la parte superior de la pieza se hace referencia a la "disposición en carga" y en este caso no se utiliza "base de mazarota". Por el contrario, cuando la alimentación se sitúa lateralmente, es imprescindible la utilización cavidades de bases de mazarota (6). La cavidad correspondiente a la base de mazarota (6) es una parte más del molde y, por ello, esas cavidades las forma el propio utillaje de moldeo (3), con el mismo material de moldeo que el conjunto del molde (1 ).
La figura 3 presenta un utillaje de moldeo (3) o placa modelo utilizado para obtener la cavidad principal (2) y la cavidad que conforma la base de la mazarota (6).
En las figura 4 se ha representado una base de mazarota insertable (7) según el objeto de la invención. La base de mazarota insertable (7) es un elemento obtenido de forma independiente al molde de fundición (1 ) y comprende un cavidad interior (8) que puede alojar metal fundido para alimentar la cavidad principal (2). Se ha representado también un molde de fundición (1 ) que comprende una cavidad principal (2) que reproduce la forma de la pieza a obtener y una cavidad auxiliar (9). La geometría exterior de la base de mazarota insertable (7) es similar a la geometría de la cavidad auxiliar (9), de forma que la base de mazarota (7) puede insertarse fácilmente en la cavidad auxiliar (9).
En la figura 5 se ha representado una base de mazarota insertable (7) alojada en la cavidad auxiliar (9) del molde (1 ) y una mazarota o minimazarota (10) sobre la base de mazarota insertable (7). Como se observa en la citada figura 5 la cavidad interior (8) queda en comunicación directa con la cavidad principal (2) del molde (1 ) y con la mazarota, de forma que el metal fundido contenido en la mazarota alimenta la cavidad principal (2) del molde (1 ). Se observa que el metal de la pieza, de la base de mazarota y de la minimazarota forman una unidad, que desde el punto de vista térmico deben guardar la correspondiente relación. Se aprecia que el material constitutivo de la base de mazarota insertable (7) es semejante o el mismo que el de la minimazarota (10), ya que ambos deben presentar características aislantes y/o exotérmicas, material que es distinto al del molde (1 ). Se observa que la base de mazarota (7) es un inserto en el molde (1 ), que desempeña la misma función que aquellas cavidades de bases de mazarota tradicionales hechas de la misma mezcla (arena de sílice) que el molde y obtenidas junto con la cavidad de la pieza.
En la figura 6A y 6B se puede visualizar lo que en la actualidad sucede en la fabricación de componentes fundidos. En la figura 6A se representa una base de mazarota según las técnicas habituales. Como se observa en la figura 6A el tamaño de la "base de la mazarota" es muy elevado, si se compara con el diámetro de la propia mazarota. Esa desproporción está relacionada con las características termo-físicas del material de molde y de la mazarota. Es muy evidente que el tamaño de la "base de mazarota" penaliza al rendimiento, a la vez que se aprecia la enorme desproporción existente entre ella y el alimentador propiamente dicho. La sustitución de la cavidad de la "base de la mazarota" por una base de mazarota con un material semejante al de la minimazarota, permite modificar los modelos de solidificación del entorno de la alimentación. Al optimizar el comportamiento aislante y dotarle de capacidad exotérmica, el comportamiento térmico de las "bases de mazarota" objeto de la invención es más favorable y, por ello, la cantidad de metal que demandan ambas bases de mazarota es totalmente diferente. En la figura 6B se observa el tamaño de la base de mazarota según el objeto de la presente invención. La diferencia de tamaños de las dos bases de mazarota representadas en las figura 6A y 6B se ajusta a la realidad, ya que dichas geometrías se han diseñado y validado mediante los correspondientes estudios de simulación.
En este texto, la palabra "comprende" y sus variantes (como "comprendiendo", etc.) no deben interpretarse de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya otros elementos, pasos, etc.
Por otra parte, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito, sino abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.

Claims
REIVINDICACIONES
Base de mazarota (7) insertable en un molde de arena (1 ) para fundición de piezas metálicas, que comprende una cavidad principal (2) diseñada para llenarse de metal fundido para obtener una pieza de fundición y al menos una cavidad auxiliar (9), caracterizada porque tiene una geometría exterior que permite la inserción de la base de mazarota (7) en la citada cavidad auxiliar (9) del molde (1 ) y porque comprende una cavidad interior (8) que pone en comunicación dicha cavidad principal (2) del molde (1 ) con una mazarota de alimentación (10), cuando la base de mazarota (7) está insertada en la cavidad auxiliar (9), comprendiendo la base de mazarota (7) una composición aislante o exotérmica.
Base de mazarota según reivindicación 1 , donde la composición aislante o exotérmica comprende microesferas huecas de silicato de aluminio y un aglomerante, presentando las microesferas huecas un contenido de alúmina igual o inferior al 38% en peso.
Base de mazarota según reivindicación 2, en la que las microsferas huecas presentan un contenido de alúmina de 20 a 38%.
Base de mazarota según cualquier de las reivindicaciones 2 ó 3, en la que la composición aislante o exotérmica comprende cargas no fibrosas, seleccionadas del grupo formado por metales oxidables, oxidantes y fundentes fluorados inorgánicos. Base de mazarota, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, cuya composición aislante y/o exotérmica comprende aglomerantes de curado en caja fría o caliente. Base de mazarota según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuya geometría exterior es prismática, tronco piramidal, cilindrica o semiesférica
Molde de arena (1 ) para fundición de piezas metálicas, configurado para recibir la incorporación de una base de mazarota insertable (7) provista de una cavidad interior
(8) configurada para recibir metal fundido desde una mazarota de alimentación (10), caracterizado porque comprende una cavidad principal (2) que puede llenarse con metal fundido para obtener una pieza de fundición y, al menos, una cavidad auxiliar
(9) con una geometría que permite la inserción de dicha base de mazarota (7), estando la cavidad auxiliar (9) dispuesta respecto de la cavidad principal (2) de tal forma que, al insertar la base de mazarota (7) en la cavidad auxiliar (9), la cavidad interior (8) de la base de mazarota (7) pone en comunicación dicha cavidad principal (2) del molde (1 ) con una mazarota de alimentación (10) y porque el molde de arena (1 ) está compuesto por arena de sílice.
Molde de arena según reivindicación 9, en el cual la geometría interior de la cavidad auxiliar es prismática, tronco piramidal, cilindrica o semiesférica.
9. Dispositivo de moldeo formado por un molde de arena de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10 y una base de mazarota, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde dicha base de mazarota está insertada en dicho molde de arena.
10. Procedimiento de obtención de un dispositivo de moldeo para fundición de piezas de fundición caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- Obtener un molde (1 ) de arena de sílice que comprende una cavidad principal (2) que puede llenarse con metal fundido para obtener una pieza de fundición y al menos una cavidad auxiliar (9) que presenta una geometría que está configurada para permitir la inserción de una base de mazarota (7);
- Obtener una base de mazarota (7) con una composición de material aislante y/o exotérmico, que comprende una cavidad interior (8) para recibir metal fundido desde una mazarota de alimentación (10) y una geometría exterior que permite la inserción de la base de mazarota (7) en la citada cavidad auxiliar (9) del molde (1 ).
Insertar la base de mazarota (7) en la cavidad auxiliar (9) del molde (1 ), de forma que la cavidad interior (8) de la base de mazarota (7) quede en comunicación con la cavidad principal (2) del molde (1 ).
- Colocar una mazarota de alimentación (10) sobre la base de mazarota (7), de forma que el interior de la mazarota (7) quede en comunicación con la cavidad interior (8) de la base de mazarota (7).
1 1 . Procedimiento según reivindicación 12, según el cual la base de mazarota presenta comprende una composición aislante o exotérmica que comprende microesferas huecas de silicato de aluminio y un aglomerante, presentando las microesferas huecas un contenido de alúmina igual o inferior al 38% en peso.
12. Procedimiento según reivindicación 12, que en el que el silicato de aluminio presenta un contenido de alúmina de 20 a 38%.
13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, según el cual la base de mazarota comprende cargas no fibrosas, seleccionadas del grupo formado por metales oxidables, oxidantes y fundentes fluorados inorgánicos.
14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, en el que la composición aislante y/o exotérmica comprende un aglomerante de curado en caja fría o caliente.
15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, según el cual la geometría exterior de la base de mazarota y la geometría interior de la cavidad auxiliar del molde es de forma prismática, tronco piramidal, cilindrica o semiesférica.
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