ES2248613T3 - Procedimiento para la fabricacion de piezas de colada a presion y dispositivo de colada. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de piezas de colada a presion y dispositivo de colada.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de piezas coladas a presión, en especial ruedas o llantas para vehículos mediante colada, de modo que los materiales de partida se alimentan y calientan en forma de pernos o piezas en bruto, de modo que los materiales de partida calentados presentan una microestructura globular, son alimentados en forma semisólida a una máquina (1) de colada a presión y se cuelan o conforman aplicando alta presión, caracterizado porque la alimentación de los materiales de partida calentados a la máquina (1) de colada a presión tiene lugar con cierre hermético extensivo, y el tiempo de ciclo es aproximadamente de 1 minuto.
Description
Procedimiento para la fabricación de piezas de
colada a presión y dispositivo de colada.
La invención se refiere a un procedimiento y un
dispositivo para la fabricación de piezas de colada a presión, en
especial de piezas de material de aluminio o magnesio. La invención
se refiere en especial a la fabricación de llantas o ruedas para la
industria del automóvil.
Las llantas o ruedas para automóviles, en
especial automóviles motorizados, se fabrican hoy en día en material
de aluminio según el procedimiento de colada a baja presión. En este
caso se trata en su mayoría de máquinas de colada a baja presión
controladas de manera sencilla, con una gran parte de trabajo
manual. Cada máquina necesita una persona supervisora, que está
expuesta tanto a las elevadas temperaturas de la fusión de metales
como también a los gases de escape del proceso de colada. El
desmoldeo de la pieza colada es costoso.
Muchas operaciones manuales influyen en la
calidad de las piezas y el tiempo de ciclo para la colada de una
rueda asciende de 7 a 12 minutos. Los cambios de diseño condicionan
la fabricación de nuevos moldes.
El fabricante (fundidor a baja presión) compra la
aleación de aluminio necesaria en forma de barras y funde éstas en
hornos de fusión junto a las máquinas de colada a baja presión, es
decir, además la calidad puede ser diferente de máquina a
máquina.
El documento
DE-C-3619525 muestra un
procedimiento para colar ruedas de vehículos motorizados de
aluminio, magnesio o metales ligeros semejantes, en máquinas de
colada a baja presión, que se componen esencialmente de un crisol
para el mantener caliente la fusión, de un molde para colada
dispuesto sobre el crisol así como de un tubo de subida que sale del
molde de fundición, que sobresale a través de la tapa del crisol y
que se introduce en la fusión, de modo que el metal consumido
durante la colada de la pieza de moldeo se recarga en la máquina de
colar. Se caracteriza porque se introduce antes de cada colada un
bloque de metal (perno) de una masa fundamentalmente correspondiente
al peso de colada en la cámara de expansión sobre el nivel del baño
de la máquina de colar y se introduce antes o después de la
extracción o expulsión de la pieza de colada en el baño de la
máquina de colar.
Se conoce en general el fabricar piezas de
material de aluminio o magnesio por colada a presión a partir de la
fusión o también perno semisólido cortado a medida (procedimiento
SSM -Metal Semi Sólido- o tixomoldeo). Sin embargo, hasta ahora no
se ha conseguido desarrollar procedimientos alternativos de manera
rentable para piezas de este tipo sometidas a grandes cargas.
De este modo, el documento
DE-C-195 38 243 da a conocer un
procedimiento para la fabricación de un material de
colada-tixomoldeo semi fundido en el que se somete a
un tratamiento de calor mediante material de tixocolada que
comprende una sección de capa exterior con dendritas alrededor de un
perímetro exterior de una sección del cuerpo principal, para
producir un material de colada semi fundido con fases sólidas y
líquidas que coexisten en el mismo. En este caso, las dendritas, o
fragmentos de dendritas se transforman en fases sólidas esféricas,
por el aumento de la temperatura de la sección de capa exterior con
respecto a la sección del cuerpo principal, y la sección de capa
exterior se lleva a un estado semi fundido. Mediante la utilización
de efectos peliculares puede evitarse un calentamiento demasiado
rápido del cuerpo principal. Un procedimiento progresivo para el
calentamiento de este tipo es costoso y requiere varias etapas de
calentamiento por inducción con frecuencias (rendimientos)
diferentes.
En el documento US-PS 5 638 889
se da a conocer un procedimiento de colada con un dispositivo de
colada. El calentamiento de los billetes tiene lugar en un
dispositivo de calentamiento del dispositivo de colada
inmediatamente delante del molde. El calentamiento de los billetes
tiene lugar de manera escalonada, con tiempos de ciclo en sucesión
correspondientemente altos.
El documento
EP-A-710 515 describe un
procedimiento de tixomoldeo de ruedas con una aleación de
reo-colada y un dispositivo para esto en el que se
utiliza un robot.
La invención se basa en el objetivo de
desarrollar un procedimiento para la fabricación de piezas de colada
a presión, en especial de ruedas o llantas para vehículos, con el
que pueden superarse las desventajas del estado de la técnica. En
especial deben poder fabricarse ruedas y elementos similares de gran
valor de manera cualitativa y con coste reducido. Los daños
medioambientales deben reducirse sensiblemente, en conexión con
condiciones de trabajo mejoradas.
La solución del objetivo marcado se lleva a cabo
con las características de la reivindicación 1. En las
reivindicaciones dependientes se dan a conocer formas de
realizaciones ventajosas.
En un dispositivo de colada a presión como el
conocido anteriormente con dispositivos de alimentación y
calentamiento para el material de colada, con una máquina de colada,
aparatos de manejo y dispositivos de control, están integrados
dispositivos de calefacción que permiten también un calentamiento
escalonado de pernos de material de aluminio fuera de la máquina de
colada bajo presión (si se requiere, también de material de
magnesio), que entonces llegan sin contacto apreciable con el aire
ambiente a la máquina de colada bajo presión.
En una configuración adicional del procedimiento,
tras la colada a presión o la deformación bajo presión, las piezas
coladas se enfrían y extraen en un proceso especial y,
concretamente, sustancialmente más rápido que lo hasta ahora
convencional. Una característica del calentamiento es que se inicia
con un aporte elevado, constante de energía y entonces el aporte de
energía se reduce tras alcanzar la textura tixotrópica en la zona
metálica.
Las ventajas esenciales del procedimiento según
la invención, radican en que puede ejecutarse de manera totalmente
automatizada, se suprime el manejo del metal líquido, incluidos los
hornos de fusión correspondientes y las condiciones potenciales de
peligro. Los gases de escape etc. no llegan en contacto directo a
las personas supervisoras y al medio ambiente. El tiempo de ciclo
por rueda se reduce a aproximadamente 1 minuto.
Un objetivo adicional de la invención consiste en
crear un dispositivo de colada según la reivindicación 4 para
realizar el procedimiento. El dispositivo de colada está configurado
como celda de colada automatizada y presenta moldes y empleo de los
moldes variables, por lo que están previstos elementos de expulsión,
que son al mismo tiempo elementos funcionales.
A continuación se describe la invención más
detalladamente en un ejemplo de realización mediante un dibujo. En
el dibujo, muestran:
la figura 1, una celda de colada;
la figura 2, una estructura sólida de molde en
una representación en perspectiva;
la figura 3, una estructura de molde en corte
parcial.
La celda de colada contiene una máquina 1 de
colada a presión con un molde, un convertidor para la instalación 2
de calefacción, un monitor 3, un robot 5 de extracción para extraer
las piezas con una unidad 5 de control, un robot 6 de carga para la
alimentación de piezas en bruto con una unidad 7 de control así como
un robot 8 de pulverización con una unidad 9 de control. También
están previstos dispositivos 10 para el templado del molde,
estaciones 11 y 13 de enfriamiento, unidades 12 de calefacción
eléctricas, por ejemplo, inductivas para el calentamiento de las
piezas en bruto (pernos), un dispositivo para el control de las
piezas ante una cinta 16 transportadora para la extracción de piezas
sin la calidad adecuada así como otra cinta 15 transportadora para
la extracción de las piezas válidas. Están previstos además un
suministro de metal (depósito 17 de piezas en bruto), una estación
18 de depuración automática así como una estación 20 de depuración
manual para las piezas coladas, un instrumento 19 de pesaje y una
zona 21 de reparación.
A la máquina 1 de colada bajo presión alimentan
directamente piezas en bruto o pernos o partes, que han sido
anteriormente calentadas en las unidades 12 de calefacción. Pueden
transportarse directamente y con cierre hermético a la cámara de
colada de la máquina 1 de colada a presión. En el caso de la
utilización de materiales de magnesio (pero también tiene sentido
con materiales de aluminio) las piezas en bruto calentadas en
recipientes cerrados mediante el robot 6 alimenten a la cámara de
colada de la máquina 1 de colada bajo presión. Los recipientes están
cerrados con una tapadera, de manera que las piezas en bruto ya se
calientan en éstos y al alcanzar la temperatura de mantenimiento
desde la unidad 12 de calefacción pueden alimentar la cámara de
colada sin gas protector. El recipiente está dotado de una tapadera,
que puede ser extraíble o que está conectada con el recipiente de
manera articulada. Para la eventual provisión de partes fundidas, la
tapadera o el suelo del recipiente pueden estar dotados también de
una abertura adicional y que puede cerrarse para una descarga de
presión o de vacío. El recipiente puede estar realizado más bien
plano o alto y estrecho. No es necesaria una adaptación completa del
recipiente a la forma de la parte de material, aunque es ventajoso
un volumen de aire lo más pequeño posible en el recipiente cerrado.
En especial, sólo debería darse un pequeño intersticio de aire entre
la tapadera y la superficie del material (parte). La mayoría de las
veces basta que pueda alcanzarse una impermeabilidad a través del
moldeo y un peso fijo de la tapadera. Con materiales semisólidos
resulta sencilla la extracción del recipiente por el borde del
recipiente. Alternativamente, la alimentación del perno puede tener
lugar también directamente a partir de un espacio de provisión /
canal de alimentación que puede calentarse, que opcionalmente puede
estar conectado también directamente con la cámara de colada, de
modo que la temperatura puede aumentarse más, si se necesita,
también durante el transporte. En caso de materiales de aluminio, se
utiliza preferiblemente por ejemplo una aleación número A357
(Al-Si7Mg0,6) que permite un enfriamiento brusco y
un endurecimiento por precipitación de las piezas coladas con un
tiempo empleado muy reducido (tratamiento T5). El calentamiento
antes de la colada tiene lugar de manera escalonada. Éste puede
dividirse en tres intervalos. Un calentamiento de gran rendimiento
al principio, un "refinamiento" tras alcanzar la textura
tixotrópica en la zona de cubierta del perno y una homogeneización
para el ajuste definitivo de la textura globular en el material de
partida.
En este caso, se calienta en primer lugar un
perno de aluminio de 5 a 6'' de diámetro con energía constante
elevada hasta aproximadamente 550 a 570ºC, por lo que la diferencia
de la temperatura en el interior del perno alcanza hasta los 20ºC
aproximadamente. A continuación, el aporte de energía se reduce de
manera drástica en muy poco tiempo, se mantiene durante muy poco
tempo ("refinamiento") y entonces vuelve a elevarse y se
mantiene nuevamente, hasta que se haya alcanzado una temperatura de
aproximadamente 585ºC y la diferencia de temperatura haya descendido
aproximadamente a 2 a 3 grados. Con pernos de hasta 4'' de diámetro,
puede facilitarse el desarrollo del procedimiento, de manera que la
etapa de reducción del aporte de energía puede llevarse a cabo de
manera uniforme, más lentamente y durante más tiempo.
Los pernos individuales también pueden
"embalarse" en una lámina antes del calentamiento,
preferiblemente en una lámina de aluminio, para evitar la formación
de óxido etc. También puede emplearse gas protector para evitar la
formación de óxido.
Como material de partida de las piezas en bruto,
es adecuado un material distribuido homogéneamente, de grano fino,
que forma una microestructura globular con finura de grano de
aproximadamente 10-100 \mum, distribuida
homogéneamente, mediante el proceso de calentamiento. Esto último es
necesario para, por ejemplo, ruedas o llantas de gran valor
cualitativo, cuya fabricación debe realizarse según un procedimiento
de SSM.
No se puede manejar más ningún material líquido.
Todos los gases de escape se aspiran y la pulverización del molde se
optimiza de manera que no deba eliminarse ningún medio de
pulverización de restos. La creación de gases de combustión está
casi descartada.
Los moldes y herramientas de colada están
configurados de manera modular, de manera que se dan paquetes de
moldes por tipo de rueda, económicos y que pueden cambiarse
fácilmente. Es posible un cambio rápido en cada caso de la pieza de
moldeo de los moldes.
El molde en la máquina 1 de colada bajo presión
puede emplearse, por ejemplo, de dos piezas o de tres piezas y de
forma variable. Dado que la base de la llanta se mantiene invariable
según la dimensión de rueda, sólo deben adaptarse dos placas de
molde a un diseño frontal diferente. Éstas pueden incluir también
piezas insertadas que se componen de un material adecuado y de menor
resistencia. Con ellos, la vida útil de los componentes de este tipo
puede adaptarse a la cadencia de moldeo y sólo el molde de base debe
estar compuesto de un material de alta resistencia.
Además, las placas de molde pueden incluir piezas
insertadas de corredera que permiten en zonas definidas alturas y
anchuras ajustables en el diseño frontal (según la dimensión del
neumático y la llanta), de manera que no se requiere un molde extra
para cada dimensión.
Los desmoldeadores especiales permiten una
conformación sencilla incluso en moldeos complicados o
destalonamientos. Estos desmoldeadores están dispuestos de tal
manera que se mueven hacia arriba tras una elevación de la abertura
del molde a través de una carrera de expulsión, de modo que las
partes de contorno / corredera también pueden moverse de manera
transversal a la dirección de conformación y extraerse de la pieza
colada.
Según un ejemplo más de realización, el molde de
colada presenta, para la fabricación de una rueda de automóvil, por
ejemplo, de materiales de aluminio, una estructura 30 de molde fija
con un centrado 31 de molde así como piezas de moldeo o correderas
32 y espirales de enfriamiento. La estructura 30 de molde fija está
conectada de manera habitual con la cámara 34 de colada. Ésta
presenta además elementos de núcleo específicos según la pieza para
orificios en el cubo 36 de la rueda 35, que al mismo tiempo pueden
servir como elementos de extracción de la rueda 35. No es necesario
por tanto ningún extractor adicional, sino que se utilizan piezas
funcionales que ya eran necesarias para otras tareas (aquí como
elementos de núcleo). La carga del molde de colada se realiza desde
el cubo 36 de la rueda 35, y entre la superficie del cubo y el
ataque 37 de colada de la cámara 34 de colada está dispuesto, como
pieza insertada, un filtro o criba 38 apoyado en el cubo 36, que
sirve prioritariamente para retener las películas de óxido de los
pernos SSM que van a introducirse a presión, o para extraer y
desmenuzar. La criba 38 es una pieza estampada de aluminio o acero
y, opcionalmente agujereada de forma correspondiente a la superficie
del cubo. Los pernos no mostrados se calientan y se alimentan con
oxígeno-pobre. El llenado en la cavidad de molde se
realiza de manera totalmente seca, es decir, sin un medio
lubricante. Debido a la criba, puede prescindirse de un cuchillo
cizallador para la película de óxido del perno.
La cámara 34 de colada y el pistón de colada de
la máquina 1 de colar a presión se componen preferiblemente de un
material cerámico, para poder prescindir cuanto sea posible de
medios lubricantes y pulverizadores.
Frente a la hasta ahora dirección de colada desde
la superficie de visualización de la rueda 35, se producen
esencialmente pequeñas carreras de retorno del material y el propio
cubo se vuelve residuo de extrusión. Los residuos de la criba 38 se
separan en este caso con la conformación por arranque de virutas de
la superficie del cubo (si la criba 38 se compone de acero, entonces
las virutas de aluminio-acero pueden emplearse, por
ejemplo, para la fabricación de acero. La superficie de
visualización de la rueda 35 se cuela ya con los contornos finales
exactos.
Las piezas de moldeo o correderas 32 están
dotadas de accionamientos y guías, no mostrados, para garantizar la
entrada y salida de las piezas de moldeo o correderas 32.
Prácticamente perpendiculares al plano de apoyo
de la estructura 30 de molde fija están previstas superficies para
bloquear la corredera 32. Además, están previstas superficies para
bloquear la corredera 32, que están dispuestas paralelas al
mencionado plano de apoyo sobre la corredera 32 o las piezas de
moldeo. Además, están previstas superficies adicionales
prácticamente perpendiculares al mencionado plano de apoyo para el
bloqueo opuesto y para el centrado del molde combinado.
En la estructura 33 de molde móvil están
configurados contornos opuestos correspondientes.
Las superficies para el boqueo de la corredera 32
se encuentran preferiblemente sobre o en la estructura 30 de molde
fija y de manera especialmente preferida en una línea. Las
superficies para centrado del molde son giratorias
independientemente del número de piezas de moldeo o de correderas
32.
Las fuerzas que actúan durante la colada se
reparten por tanto en la estructura 30 de molde fija sobre las
superficies tanto para el centrado del molde como para el bloqueo
opuesto combinado a la derecha y a la izquierda de la corredera 32
-la entrada de fuerzas y la transmisión de fuerzas se encuentran por
tanto aproximadamente en una línea y pueden controlarse más
fácilmente.
Las piezas de moldeo o correderas 32 están
disponibles para el intervalo de uso corriente de tamaños de la
rueda (por ejemplo, de 13'' a 22'') y pueden disponerse estructuras
30, 33 de molde en sólo un lote.
- 1
- máquina de colada a presión
- 2
- convertidor
- 3
- monitor
- 4
- robot de extracción
- 5
- unidad de control
- 6
- robot de carga
- 7
- unidad de control
- 8
- robot de pulverización
- 9
- unidad de control
- 10
- templado de molde
- 11
- estación de enfriamiento
- 12
- unidad de calefacción
- 13
- estación de enfriamiento
- 14
- control de piezas
- 15
- cinta transportadora
- 16
- cinta transportadora
- 17
- depósito de piezas en bruto
- 18
- estación de depuración
- 19
- instrumento de pesaje
- 20
- estación de depuración
- 21
- zona de reparación
- 30
- estructura de molde fija
- 31
- guía
- 32
- corredera
- 33
- estructura de molde móvil
- 34
- cámara de colada
- 35
- rueda
- 36
- cubo
- 37
- ataque de colada
- 38
- criba
Claims (8)
1. Procedimiento para la fabricación de piezas
coladas a presión, en especial ruedas o llantas para vehículos
mediante colada, de modo que los materiales de partida se alimentan
y calientan en forma de pernos o piezas en bruto, de modo que los
materiales de partida calentados presentan una microestructura
globular, son alimentados en forma semisólida a una máquina (1) de
colada a presión y se cuelan o conforman aplicando alta presión,
caracterizado porque la alimentación de los materiales de
partida calentados a la máquina (1) de colada a presión tiene lugar
con cierre hermético extensivo, y el tiempo de ciclo es
aproximadamente de 1 minuto.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el calentamiento de los materiales de
partida tiene lugar de manera escalonada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque a continuación se lleva a cabo un
enfriamiento de la pieza de colada bajo presión a al menos 180ºC y
puede abreviarse un endurecimiento por precipitación de la pieza de
colada (T5).
4. Dispositivo de colada para fabricar piezas de
colada a presión, en especial de llantas o ruedas para vehículos con
un dispositivo de colada que comprende una máquina (1) de colada a
presión, dispositivos (12) de calentamiento para calentar los
materiales de partida y dispositivos de manejo, en especial robots
(4, 6, 7) para la manipulación de los materiales de partida y de las
piezas de colada a presión, caracterizado porque el
dispositivo de colada está configurado como celda de colada
automatizada, que presenta moldes y piezas insertadas de los moldes
variables, de modo que están previstos elementos extractores que son
al mismo tiempo elementos funcionales del proceso de colada.
5. Dispositivo de colada según la reivindicación
4, caracterizado porque el material de una pieza insertada
está adaptado a la cadencia de moldeo.
6. Dispositivo de colada según la reivindicación
4, caracterizado porque el molde comprende una estructura
(30) fija de molde y una estructura (33) móvil de molde, y en las
mismas están dispuestas en guías piezas de molde o correderas (32),
que están formadas de manera modular.
7. Dispositivo de colada según la reivindicación
4 ó 6, caracterizado porque las piezas de molde o correderas
(32) pueden disponerse para determinadas dimensiones de piezas en
las estructuras (30, 33) de molde.
8. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque la cámara de
colada y el pistón de la máquina (1) de colada a presión están
compuestos de un material cerámico.
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