ES2235552T3 - Metodo y dispositivo para moldeo en coquilla. - Google Patents
Metodo y dispositivo para moldeo en coquilla.Info
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Abstract
Un dispositivo para colar hierro colado que incluye un molde (100) metálico de enfriamiento rápido que tiene paredes (206, 208, 210) exteriores y paredes (212, 213, 220) interiores, cuyas paredes interiores están en contacto con un molde (300), medios (400) de presurización para aplicar una presión en las paredes (206, 208, 210) exteriores del molde de enfriamiento rápido, caracterizado porque los medios (400) de presurización están destinados a aplicar una presión variable sobre las paredes exteriores, y porque dicho dispositivo incluye además medios (500) de enfriamiento del molde de enfriamiento rápido para el enfriamiento variable de las paredes (212, 213, 220) interiores de dicho molde de enfriamiento rápido.
Description
Método y dispositivo para moldeo en coquilla.
La presente invención se refiere a un método y a
un dispositivo para moldeo con enfriamiento brusco de hierro
colado.
En el documento
SE-C-506508 se muestra un método y
un dispositivo para la fabricación de piezas de hierro colado
mediante colada en un molde metálico estacionario, que está
revestido interiormente con una capa de material endurecedor de
moldeo o de arena verde. Se utiliza un molde metálico tubular, por
lo que se reviste interiormente un espacio, tubular y abierto hacia
arriba, del molde utilizando un material formador aislante. El
hierro colado fundido se suministra desde arriba, de manera que el
efecto de enfriamiento del molde y del revestimiento genere un
frente direccional de solidificación desde el extremo inferior del
revestimiento y hacia arriba hacia un volumen de alimentación en la
parte superior hasta que el hierro termine de solidificar.
El método y el dispositivo descritos dan
resultados excelentes en piezas coladas de espesores iguales y
paredes relativamente delgadas, como revestimientos cilíndricos,
pero son menos adecuados para colar piezas con sección transversal
variable y geometría más compleja, en las que la velocidad de
enfriamiento variará demasiado entre piezas diferentes de la colada.
Las peticiones de propiedades mecánicas mejoradas, combinadas con
una buena ductilidad significan que los materiales aleados, que se
utilizan tradicionalmente para mejorar las propiedades mecánicas, no
pueden utilizarse cuando se reduzca en capacidad para trabajarlos
debido al contenido elevado de carburo y la colada resulta difícil
debido a su tendencia a encogerse.
Un método adicional, utilizado para moldes sin
cavidades con una inserción empotrada, se conoce a partir del
documento US 4 085 790. De acuerdo con este método, una membrana se
sitúa a través de, al menos, un lado del molde, por lo que el molde
está sometido a una presión o a un vacío desde el exterior. El
objeto de esta invención es compactar el molde alrededor de la
inserción empotrada susceptible de vaporizarse, antes de verter el
metal dentro del molde. Sin embargo, el método no es adecuado para
corregir variaciones de volumen durante el enfriamiento del
molde.
Por lo tanto, un propósito general de la
invención es proporcionar un método y un dispositivo para el moldeo
con enfriamiento brusco de piezas de hierro colado de área variable
de sección transversal y de geometría relativamente compleja, cuando
las propiedades mecánicas del material colado no se controlan y
solamente están limitadas por los materiales de aleación
añadidos.
Un propósito adicional del método de colada de
acuerdo con la invención es proporcionar un aumento de las
posibilidades de influir en la velocidad de enfriamiento de la
colada, principalmente mediante el intervalo de temperatura de
transformación en perlita, lo que hace posible mejorar las
propiedades mecánicas incluso en mayor grado. Un aumento de la
velocidad de enfriamiento aumentará también la productividad, esto
es, permitirá obtener un número más grande de piezas coladas por
unidad de tiempo y unidad de producción.
Un propósito adicional de la invención es cumplir
las exigencias medioambientales de alto nivel, tales como bajas
emisiones de contaminantes, uso reducido de energía, entorno de
trabajo limpio, uso reducido de material de moldeo o de arena,
calculado por unidad de peso para coladas con una necesidad reducida
correspondiente de depositar material de moldeo o arena y una
recuperación significativamente mejorada de energía añadida.
Estos propósitos se consiguen mediante un
dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1.
El espesor de la pared del molde se elige de modo
que se consiga la velocidad deseada de transmisión de calor para las
propiedades mecánicas exigidas de la pieza colada. El molde se hace,
preferiblemente, de material de moldeo o de arena verde.
Además, es ventajoso incluir una prensa
hidráulica o neumática en dichos medios de presurización para actuar
sobre las paredes exteriores del molde metálico con enfriamiento
brusco.
Dichos medios para enfriamiento del molde con
enfriamiento brusco incluyen, preferiblemente, varios circuitos de
enfriamiento dispuestos en dicho molde metálico con enfriamiento
brusco, un recipiente de refrigerante, un intercambiador de calor y
una bomba de refrigerante, por lo que dicha bomba de refrigerante
hace circular un refrigerante a través de un conducto de
refrigerante que interconecta dichos circuitos refrigerantes con
dicho recipiente de refrigerante, dicho intercambiador de calor y
dicha bomba de refrigerante.
Los propósitos planteados más arriba se
consiguen, también, mediante un método de acuerdo con la
reivindicación 6.
Dicho molde está hecho, preferiblemente, de un
material endurecedor de moldeo o de arena verde. El espesor de las
paredes del molde se elige para conseguir la velocidad requerida de
enfriamiento.
El método de colada permite la colada de
materiales que tienen un equivalente C bajo, así como de materiales
que tienen elevados niveles de materiales de aleación
estabilizadores con carburo, utilizados para obtener coladas con una
resistencia a la flexión, resistencia a la fatiga y módulo de
elasticidad considerablemente más elevados que, sumados,
proporcionan buenas propiedades mecánicas.
Colando materiales con un equivalente C bajo y
añadiendo cantidades moderadas de materiales de aleación
estabilizadores con carburo, puede obtenerse un material fuerte,
virtualmente libre de carburos y con una buena susceptibilidad para
ser mecanizado.
El método de colada dará, también, menos
dispersión dimensional en la colada, comparado con la colada
convencional con arena verde.
En lo que sigue, se describirán con mayor detalle
realizaciones preferidas de la invención, con referencia al dibujo
adjunto, en el que:
la figura 1 muestra una sección transversal
esquemática de un dispositivo para la colada mediante moldeo con
enfriamiento brusco de hierro colado de acuerdo con la
invención.
La figura 1 muestra un dispositivo 100 para la
colada mediante moldeo con enfriamiento brusco de hierro colado de
acuerdo con la presente invención. El dispositivo incluye un molde
100 para enfriamiento brusco, rígido, metálico y con paredes
gruesas, con elementos 200 laterales, un elemento 205 superior y un
elemento 207 inferior. Cada uno de los elementos 200 laterales tiene
una pared 210 exterior, que mira hacia fuera de una cavidad de molde
dentro de la que se va a verter el hierro colado fundido, y una
pared 220 interior, que mira hacia el molde 300. El elemento 205
superior está provisto de una cara 206 exterior correspondiente y
una cara 212 interior. De manera similar, el elemento 207 inferior
tiene una cara 208 exterior y una cara 213 interior. El espesor de
la pared 330 de molde se elige de manera que se obtenga una
velocidad deseada de transmisión de calor. El material de molde, el
espesor de pared, la presión y la temperatura controlan la velocidad
de transmisión de calor, por lo que una pared delgada dará una
velocidad de enfriamiento rápida y una pared gruesa, una velocidad
de enfriamiento lenta. El molde 300 se produce mediante métodos
convencionales, de manera alternativa en una máquina de hacer machos
mediante prensado con aire, en una máquina de formación de machos o
mediante fabricación manual, utilizando un material endurecedor,
aislante, de molde, con un agente aglutinante, adecuado y conocido,
orgánico o inorgánico, o arena verde. El moldeo se realiza
utilizando una plantilla que da forma a la cavidad de molde. El
espesor de la pared 330 de molde se genera por medios
convencionales, de manera alternativa en la caja de machos o en
relación con la altura del bloque de molde. El molde 300 incluye,
preferiblemente, una primera pieza 310 de molde y una segunda pieza
320 de molde. Las piezas 310 y 320 de molde están unidas por medio
de un adhesivo o conectadas mediante tornillos después de que se ha
montado el macho, si se requiriera un macho. El molde 300 se sitúa
en el molde 100 con enfriamiento brusco, después de lo cual los
elementos 200 laterales, el elemento 205 superior y el elemento 207
inferior del molde 100 con enfriamiento brusco se cierran alrededor
del molde 300, presurizando uno o más medios 400 de presurización.
El material fundido se vierte dentro del molde a través de una
abertura 160 de entrada que está conectada con la cavidad de molde.
La abertura de entrada se hace por medios convencionales.
De este modo, es posible aplicar una presión
variable sobre los elementos 200 laterales, el elemento 205 superior
y el elemento 207 inferior del molde con enfriamiento brusco,
utilizando medios 400 de presurización dispuestos en conexión con el
molde con enfriamiento brusco. Los medios 400 de presurización
incluyen, preferiblemente, prensas hidráulicas o neumáticas
dispuestas para actuar sobre las paredes, 206, 208 y 210
respectivamente, exteriores del molde con enfriamiento brusco.
Durante la solidificación del material fundido en el molde 100 con
enfriamiento brusco ocurrirán disminuciones de volumen (por ejemplo,
durante la formación de austenita) y aumentos de volumen (por
ejemplo, durante la formación de grafito) durante diferentes
transformaciones de fase. Estos cambios de volumen serán mayores o
menores dependiendo de factores como la relación de tamaño entre el
material fundido, el molde y los machos, si los hay, así como de la
composición química del material básico, la inoculación, el
tratamiento de la masa fundida, etc. Posibilitando controlar la
presión aplicada a las paredes, respectivamente 206, 208 y 210,
exteriores del molde con enfriamiento brusco, también es posible
controlar parcialmente la fuerza por la que el material fundido
residual se transfiere desde áreas de volumen creciente a áreas de
volumen decreciente, sin que se generen fuerzas dentro del molde o
macho, ni causar porosidad por encogimiento.
El dispositivo de acuerdo con la invención está
provisto, también, de enfriamiento variable gracias a medios 500 de
enfriamiento del molde de enfriamiento rápido, que actúan sobre las
paredes interiores 212, 213 y 220, respectivamente, del molde de
enfriamiento rápido. Los medios 500 de enfriamiento de molde de
enfriamiento rápido incluyen varios, preferiblemente seis, circuitos
520 de enfriamiento, dispuestos dentro de, o sobre, los elementos
200 laterales, el elemento 205 superior y el elemento 207 inferior
del molde de enfriamiento rápido. Los medios 500 de enfriamiento del
molde de enfriamiento rápido incluyen, preferiblemente, un
recipiente 530 de refrigerante, en el que se almacena un
refrigerante tal como agua, un intercambiador 540 de calor para
recuperar calor del refrigerante y una bomba 550 de refrigerante
para hacer circular el refrigerante a través de un conducto de
refrigerante hacia los circuitos 520 de refrigerante y desde los
mismos.
La cavidad de molde es enfriada por el
refrigerante en el molde 100 de enfriamiento rápido durante todo el
proceso de colada. La velocidad de enfriamiento se regula mediante
la velocidad de transmisión de calor de la pared 330 de molde, la
velocidad de transmisión de calor de la pared 220 interior del molde
de enfriamiento rápido, la cavidad de molde y la temperatura del
refrigerante. A la transmisión de calor le afecta, también, la
presurización de los medios 400 de presurización. La velocidad de
enfriamiento está controlada durante todo el proceso de
enfriamiento, hasta que se ha completado la transformación
perlítica, para conseguir las propiedades mecánicas deseadas para la
colada; una velocidad de enfriamiento elevada dará una resistencia
elevada. La velocidad de enfriamiento a través de la fase de
transformación perlítica puede aumentarse abriendo el molde de
enfriamiento rápido cuando la temperatura de la colada está por
encima de la temperatura de transformación perlítica. El
enfriamiento por aire que ocurrirá entonces aumenta más la velocidad
de enfriamiento, dando una resistencia incluso más elevada. Por otra
parte, la velocidad de enfriamiento puede reducirse también mediante
la apertura del molde de enfriamiento rápido cuando la temperatura
de la colada está en el margen austenítico. Inmediatamente después
de la apertura, la colada se sumerge en un medio aislante y es
cubierta por el mismo, y se mantiene en este estado hasta que la
temperatura de la colada haya caído por debajo de la temperatura de
transformación perlítica. Este método puede utilizarse también para
reducir las tensiones en la pieza colada, pero la colada debe
mantenerse entonces en el medio aislante hasta que su temperatura
sea menor que 200ºC, en el caso de hierro colado. La apertura del
molde de enfriamiento rápido puede tener lugar antes de la fase de
transformación perlítica o después de la misma, dependiendo de las
propiedades deseadas del material.
La invención no está limitada a las realizaciones
mostradas en la figura o descritas más arriba, sino que puede
modificarse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Es
posible, por ejemplo, construir el molde con más de dos piezas de
molde, por ejemplo utilizando tres o cuatro piezas montadas para
formar una unidad de molde.
Claims (10)
1. Un dispositivo para colar hierro colado que
incluye un molde (100) metálico de enfriamiento rápido que tiene
paredes (206, 208, 210) exteriores y paredes (212, 213, 220)
interiores, cuyas paredes interiores están en contacto con un molde
(300), medios (400) de presurización para aplicar una presión en las
paredes (206, 208, 210) exteriores del molde de enfriamiento rápido,
caracterizado porque los medios (400) de presurización están
destinados a aplicar una presión variable sobre las paredes
exteriores, y porque dicho dispositivo incluye además medios (500)
de enfriamiento del molde de enfriamiento rápido para el
enfriamiento variable de las paredes (212, 213, 220) interiores de
dicho molde de enfriamiento rápido.
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios (400) de
presurización incluyen prensas hidráulicas o neumáticas dispuestas
para actuar sobre las paredes (206, 208, 210) exteriores de dicho
molde de enfriamiento rápido.
3. Un dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque dichos medios
(500) de enfriamiento del molde de enfriamiento rápido incluyen
varios circuitos (520) de enfriamiento dispuestos en dicho molde
(100) de enfriamiento rápido, un recipiente (530) de refrigerante,
un intercambiador (540) de calor y una bomba (550) de refrigerante,
por lo que dicha bomba de refrigerante hace circular un refrigerante
a través de un conducto (510) de refrigerante que conecta dichos
circuitos (520) refrigerantes entre sí y con dicho recipiente (530)
de refrigerante, con dicho intercambiador (540) de calor y con dicha
bomba (550) de refrigerante.
4. Un dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la pared (330)
de dicho molde tiene un espesor elegido para que se obtenga una
velocidad deseada de transmisión de calor, a fin de conseguir
propiedades mecánicas deseadas en el material fundido.
5. Un dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho molde
(300) está hecho de un material endurecedor de moldeo o de arena
verde.
6. Un método para hacer coladas de hierro, en el
que un molde (100) metálico de enfriamiento rápido, que tiene
paredes (206, 208, 210) exteriores y paredes (212, 213, 220)
interiores, y cuyas paredes interiores están en contacto con un
molde (300), se llena de hierro colado fundido, y medios (400) de
presurización actúan sobre las paredes (206, 208, 210) exteriores de
dicho molde metálico de enfriamiento rápido, caracterizado
porque los medios (400) de presurización actúan con una presión
variable sobre las paredes (206, 208, 210) exteriores de dicho molde
metálico de enfriamiento rápido, a fin de controlar los cambios de
volumen del material fundido contenido en el molde de enfriamiento
rápido, y porque medios (500) de enfriamiento del molde de
enfriamiento rápido, enfrían de manera variable las paredes (212,
213, 220) interiores de dicho molde de enfriamiento rápido durante
el enfriamiento de la colada.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque dicho molde (300) está hecho de un
material endurecedor de moldeo o de arena verde.
8. Un método de acuerdo con las reivindicaciones
6 o 7, caracterizado por aplicar presión a dichas paredes
(206, 208, 210) por medios (400) de presurización que incluyen
prensas hidráulicas o neumáticas.
9. Un método de acuerdo con las reivindicaciones
6 a 8, caracterizado porque dichos medios (500) de
enfriamiento del molde de enfriamiento rápido incluyen varios
circuitos (520) de enfriamiento dispuestos en dicho molde (100) de
enfriamiento rápido, un recipiente (530) de refrigerante, un
intercambiador (540) de calor y una bomba (550) de refrigerante, por
lo que dicha bomba de refrigerante hace circular un refrigerante a
través de un conducto (510) de refrigerante que conecta dichos
circuitos (520) de refrigerante entre sí y con dicho recipiente
(530) de refrigerante, con dicho intercambiador (540) de calor y con
dicha bomba (550) de refrigerante.
10. Un método de acuerdo con las reivindicaciones
6 a 9, caracterizado por elegir un espesor de pared de molde
que da una velocidad deseada de enfriamiento de la colada.
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