ES2248613T3 - Procedimiento para la fabricacion de piezas de colada a presion y dispositivo de colada. - Google Patents

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.

Números de referencia

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.