IT8320048A1 - SHAPE FOR CASTING SMALL THICKNESS OBJECTS OF METAL OR LOW-FUSING ALLOY AND PROCEDURE FOR COVERING THE ACTIVE SURFACE OF THIS SHAPE - Google Patents
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Description
"FORMA PER LA COLATA DI OGGETTI DI PICCOLO SPESSORE DI METALLO O DI LEGA A BASSO PUNTO DI FUSIONE E PROCEDIMENTO DI COPERTURA DELLA SUPER-FICIE ATTIVA DI TALE FORMA;?. "FORM FOR CASTING SMALL THICKNESS OBJECTS OF METAL OR LOW-MELTING ALLOY AND PROCEDURE FOR COVERING THE ACTIVE SURFACE OF SUCH FORM;
RIASSUNTO SUMMARY
La superficie (4) della forma 0 stampo prevista per essere posta in contatto con il metallo in fusione, ? ricoperta da una pluralit? di particelle sferiche cave (1) di vetro, fissate tramite uno strato (3) di silicato di soda. The surface (4) of the mold or form intended to be placed in contact with the molten metal,? covered by a plurality? of hollow spherical glass particles (1) fixed by means of a layer (3) of soda silicate.
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione riguarda una forma per la colata di oggetti di piccolo spessore di metallo 0 di lega a basso punto di fusione, un procedimento per la copertura della superficie attiva della foima come pure l?utilizzazione di tale forma. The present invention relates to a mold for casting objects with a small thickness of metal or a low melting point alloy, a method for covering the active surface of the hole as well as the use of this mold.
Gli oggetti di piccolo spessore, di metallo o in lega a basso punto di fusione, come ad esempio le griglie per elettrodi di accumulatori elettrochimici,sono generalmente colati'in forme metalliche la cui superficie, prevista per venire in contatto con il metallo in fusione, deve avere propriet? ben definite. Tale superficie deve, infatti, essere termicamente isolante al fine di evitare che, a causa di un raffreddamento troppo rapido, il metallo in fusione introdotto nella forma a circa 480?C abbia a ostruire i canali di colata, impedendo cos? il riempimento completo della forma. Inoltre, la superficie interna della forma deve avere una buona tenuta termica a causa del ritmo di produzione elevato (da 12 a 15 colate al minuto) mantenente la temperatura della forma a circa 150-l80eC. Objects of small thickness, made of metal or low-melting alloy, such as the electrode grids of electrochemical accumulators, are generally cast in metallic forms whose surface, which is intended to come into contact with the molten metal, must have properties well defined. This surface must, in fact, be thermally insulating in order to avoid that, due to a too rapid cooling, the molten metal introduced into the mold at about 480 ° C has to obstruct the sprues, thus preventing? the complete filling of the form. In addition, the internal surface of the mold must have good thermal resistance due to the high production rate (12 to 15 castings per minute) keeping the mold temperature at about 150-180eC.
Per evidenti ragioni, occorreperaltro evitare che le griglie abbiano ad aderire alla superficie interna della forma. Tale adesione pu? essere evitata adattando convenientemente la rugosit? della superficie della forma e riducendo la bagnabilit? di tale superficie da parte del metallo in fusione. Il rivestimento deve, inoltre, fornire alle griglie uno stato superficiale atto a consentire un buon contatto elettrico fra la griglia e il materiale attivo degli elettrodi terminati Com'? noto, per ottenere le propriet? precedentemente menzionate, la superficie interna della forma viene rivestita con uno strato di particene d? sughero fissate tremito un legante. Questo tipo d? rivestimento possiede qualit? isolanti sufficienti, ma tuttavia, presenta il difetto di usurarsi molto rapidamente. Infatti il sughero resiste molto male alle temperature elevate, e lo strato isolante si ossida a poco a poco, perdendo cos? le sue propriet? ?solanti. Inoltre, durante la colata, il metallo fuso provoca un?erosione di detto strato di sughero, ci? traducendosi in una diminuzione progressiva dello spessore di detto strato. Ci? porta a griglie il cui volume aumenta col numero di colate. Il rivestimento deve essere rinnovato dopo circa duemila colate in maniera tale che, in una giornata di otto ore di lavoro, occorre interrompere la produzione almeno due volte per effettuare tale rinnovo For obvious reasons, it is also necessary to avoid that the grids adhere to the internal surface of the form. Such adhesion can? be avoided by conveniently adapting the roughness? of the surface of the form and reducing the wettability? of this surface by the molten metal. Furthermore, the coating must provide the grids with a surface state suitable to allow a good electrical contact between the grid and the active material of the terminated electrodes Com '? known, to obtain the properties? previously mentioned, the internal surface of the mold is coated with a layer of particene d? cork fastened tremble a binder. This type d? coating possesses quality? sufficient insulators, but nevertheless, it has the drawback of wearing out very quickly. In fact the cork resists very badly at high temperatures, and the insulating layer oxidizes little by little, thus losing? its properties? ? solants. Furthermore, during casting, the molten metal causes an erosion of said cork layer, which means that the cork layer is eroded. resulting in a progressive decrease in the thickness of said layer. There? leads to grids whose volume increases with the number of castings. The coating must be renewed after about two thousand castings in such a way that, in a day of eight hours of work, production must be interrupted at least twice to carry out this renewal.
la domanda di brevetto tedesco pubblicata prima dell?esame the German patent application published before the examination
N. 3.040,960 propone di porre rimedio a questo stato di cose depositando sulla superficie interna della forma uno strato ceramico di spessore variabile. Una simile soluzione ha, come inconveniente principale, quello di essere difficile da attuare, ed inoltre, detto strato ceramico non possiede sufficienti qualit? isolanti. No. 3,040,960 proposes to remedy this state of affairs by depositing a ceramic layer of variable thickness on the internal surface of the mold. Such a solution has, as its main drawback, that it is difficult to implement, and furthermore, said ceramic layer does not possess sufficient qualities. insulators.
Il brevetto statunitense N. 3.684.??4 propone di rivestire la superficie interna di una forma con grafite con particelle refrattarie depositate tramite polverizzazione e fissate tramite un legante. Anche se tale procedimento consente la colata di pezzi il cui spessore?relativamente grande, l'isolamento termico che esso consente di ottenerenon ? sufficiente per colare griglie per elettrodi di accumulatori elettrochimici. US Patent No. 3,684.?4 proposes to coat the inner surface of a mold with graphite with refractory particles deposited by pulverization and fixed by a binder. Even if this procedure allows the casting of pieces whose thickness is relatively large, the thermal insulation that it allows to obtain is not obtained. sufficient for casting electrode grids of electrochemical accumulators.
Il brevetto francese N* 1.495*568 descrive una forma di bassa conducibilit? termica costituita da particelle metalliche sinterizzate. La qualit? dell'isolamento termico correlata alla porosit? di tale forma dipende dalla pressione di sinterizzazione e, in via accessoria, dal la impregnazione rispetto al silicato di soda o al silicato d'etile. French Patent N * 1,495 * 568 describes a form of low conductivity. thermal consisting of sintered metal particles. The quality thermal insulation correlated to porosity? of this form depends on the sintering pressure and, as an accessory, on the impregnation with respect to the soda silicate or ethyl silicate.
La presente invenzione ha appunto come scopo quello di eliminare gli inconvenienti menzionati. Essa ha come oggetto una forma per la colata di articoli 0 oggetti di piccolo spessore, di metallo o di lega a basso punto di fusione, la cui superficie attiva prevista per eesere postain contatto col metallo o lega in fusione ? ricoperta con uno strato termicamente isolante, tale forma essendo caratterizzata dal fatto che detto isolante ? costituito da una pluralit? di particelle cave di un materiale ceramico,'fissate a detta superficie tramite un agente legante The present invention has precisely the aim of eliminating the aforementioned drawbacks. It has as its object a mold for the casting of articles or objects of small thickness, made of metal or alloy with a low melting point, whose active surface is intended to be in contact with the metal or alloy being cast? covered with a thermally insulating layer, this form being characterized in that said insulating? consisting of a plurality? of hollow particles of a ceramic material, fixed to said surface by means of a binding agent
L'invenzione ha anche per oggetto un procedimento di copertura della superficie attiva della forma in cui la superficie attiva viene riscaldata ad una temperatura di circa 120?C e su detta superficie viene proiettata una sospensione di circa 10% in volume di silicato di soda, circa il 10% in volume di sferette di vetro cave, aventi un diametro compreso fra 10 e 150 millimicron, e circa 80% in volume d'acqua Un ulteriore scopo dell'invenzione ? l'utilizzazione della forma precedente per la colata di griglie di piombo 0 di lega di piombo previste per essere utilizzate come parte di elettrodi per accumulatori elettrochimici. The invention also relates to a method of covering the active surface of the mold in which the active surface is heated to a temperature of about 120 ° C and a suspension of about 10% by volume of soda silicate is projected onto said surface, about 10% by volume of hollow glass spheres, having a diameter between 10 and 150 millimicrons, and about 80% by volume of water. A further object of the invention? the utilization of the foregoing form for casting lead or lead alloy grids intended to be used as part of electrodes for electrochemical accumulators.
Il disegno accluso illustra, a titolo esemplificativo e in modo molto schematico, una forma di realizzazione dell'oggetto della presente invenzione e, in esso: The accompanying drawing illustrates, by way of example and in a very schematic way, an embodiment of the object of the present invention and, therein:
la figura 1 ? una vista in sezione su scala ingrandita di una porzione della superficie attiva della forma; figure 1? an enlarged sectional view of a portion of the active surface of the mold;
la figura 2 ? una sezione di una massa rivestita secondo l'invenzione} figure 2? a section of a mass coated according to the invention}
la figura 3 ? un diagramma esplicativo. figure 3? an explanatory diagram.
La figura 1 rappresenta una porzione di una forma per fonderia 4, e in tale figura il numero 1 indica sferette di vetro le cui cavit? 2 occupano circa il 90% del volume di ciascuna sferetta, e 3 indica un agente legante, ad esempio silicato di eoda, tramite il quale dette sferette sono fiseate alla superficie attiva della forma. Le sferette hanno un diametro compreso tra 10 e.150 micron e possono sesere costituite da un materiale ceramico diverso dal vetro. Tale riveetimento ? ottenuto mediante proiezione di una sospensione costituita dal 10% in volume di silicato di soda, il 10% in volume di sferette di vetro, e dall'80% in volume d'acqua, a temperatura ambiento (22?C). Figure 1 represents a portion of a mold for foundry 4, and in this figure the number 1 indicates glass spheres whose cavities? 2 occupy about 90% of the volume of each bead, and 3 indicates a binding agent, for example eoda silicate, through which said beads are fixed to the active surface of the mold. The spheres have a diameter between 10 and 150 microns and can be made of a ceramic material other than glass. Such rejection? obtained by projecting a suspension consisting of 10% by volume of soda silicate, 10% by volume of glass beads, and 80% by volume of water, at room temperature (22 ° C).
Il rivestimento viene depositato in strati successivi, il cui spessore ? di circa 30 micron, sino all'ottenimento di uno spessore totale di 300 micron sulla superficie della forma preliminarmente riscaldata (120?C)perconsentire l'evaporazione praticamente immediata dell'acqua? The coating is deposited in successive layers, whose thickness? of about 30 microns, up to obtaining a total thickness of 300 microns on the surface of the previously heated form (120 ° C) to allow practically immediate evaporation of the water?
A titolo esemplificativo previsto per illustrare i vantaggi dell'invenzione, si sono effettuate prove comparative di due tipi di rivestimento depositati su due masse o corpi identici di ghisa grigia? By way of example intended to illustrate the advantages of the invention, have comparative tests been carried out of two types of coating deposited on two identical masses or bodies of gray cast iron?
La figura 2 ? tuia vista in sezione rappresentante una di queste masse 0 corpi 10, a forma di un parallelepipedo rettangolare (lunghezza 70 mm, larghezza 50 mm, altezza 14 mm). Ciascun corpo comprende una cavit? cilindrica 11 il cui asse longitudinale 12 ? parallelo ad lina delle facce maggiori 13 del corpo, ed ? situato ad una distanza di 1,75 mm da tale faccia. Tale cavit? 11 ha un diametro di circa 1,5 mm e si estende Bino al centro della massa o corpo. Una termocoppia 16, prevista per essere collegata ad un voltmetro(non rappresentato) tramite fili conduttori 15a 15b e inserita nella cavit? in modo da consenti? re la misura della temperatura presente nella parte centrale del corpo. Uno dei due corpi ? ricoperto, sulla sua faccia 13? di un rivestimento R, come quello precedentemente descritto facendo riferimento alla figura 1, Figure 2? tuia seen in section representing one of these masses or bodies 10, in the shape of a rectangular parallelepiped (length 70 mm, width 50 mm, height 14 mm). Each body includes a cavity cylindrical 11 whose longitudinal axis 12? parallel to line of the major faces 13 of the body, and? located at a distance of 1.75 mm from that face. This cavity? 11 has a diameter of about 1.5 mm and extends Bino to the center of the mass or body. A thermocouple 16, designed to be connected to a voltmeter (not shown) by means of conducting wires 15a 15b and inserted in the cavity? so allow? re the measurement of the temperature present in the central part of the body. One of the two bodies? covered, on his face 13? of a coating R, such as that previously described with reference to Figure 1,
Viceversa, la faccia 13 del secondo corpo porta un rivestimento di tipo convenzionale ossia costituito da uno strato, avente spessore compreso tra 250 e 300 microndi particelle di sughero fissate al corpo tramite silicato di soda. Vice versa, the face 13 of the second body carries a coating of the conventional type, ie consisting of a layer having a thickness of between 250 and 300 microns of cork particles fixed to the body by means of soda silicate.
I vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dall'esame della figura 3, la quale rappresenta l'andamento delle propriet? di isolamento termico di due tipi di rivestimenti precedenti, quando questi sono sottoposti, in un modo ripetitivo ad una sollecitazione ciclica di natura termica. Le prove sono state realizzate riscaldando preliminarmente i corpi o masse ad una temperatura di 200?C e sottoponendo successivamente sedici volte il rivestimento convenzionale, rispettivamente 14 volte il rivestimento della forma secondo l'invenzione, ad una sollecitazione ciclica di natura termica definita dalla mossa in contatto del rivestimento con la superficie libera di un bagno di piombo mantenuto a 5?0?C, per 5 minuti, e tramite raffreddamento in aria libbra dei corpi o masse, consecutivamente a tale messa in contatto, per un tempo sufficiente a portare nuovamente a 200?C le masse o corpi. In ogni caso, si ? proceduto alla misura del tempo necessario per far s? che la temperatura misurata da ciascuna tezroocoppia 16 di cui ? provvista la massa o corpo rispettiva/o avesse a raggiungere successivamente il valore di 230,240 e 265?C. I valori numerici ottenuti, confrontati nella tabella seguente sono stati riportati sul diagramma di figura 3? Le curve A sono caratteristiche del comportamento del rivestimento secondo l'invenzione (prima massa o primo corpo) e le curve B sono caratteristiche del comportamento di un rivestimento di tipo convenzionale (seconda massa). The advantages of the invention will become evident from the examination of figure 3, which represents the development of the properties. of thermal insulation of two types of previous coatings, when these are subjected, in a repetitive way to a cyclic stress of a thermal nature. The tests were carried out by preliminary heating the bodies or masses to a temperature of 200 ° C and subsequently subjecting the conventional coating sixteen times, respectively 14 times the coating of the mold according to the invention, to a cyclic stress of a thermal nature defined by the movement in contact of the coating with the free surface of a lead bath maintained at 5? 0? C, for 5 minutes, and through cooling in pound air of the bodies or masses, consecutively to such contact, for a time sufficient to bring 200? C the masses or bodies. In any case, yes? proceeded to measure the time needed to make s? that the temperature measured by each tezroocouple 16 of which? provided the respective mass or body / or had to subsequently reach the value of 230,240 and 265? C. Have the numerical values obtained, compared in the following table, been reported on the diagram in figure 3? Curves A are characteristic of the behavior of the coating according to the invention (first mass or first body) and curves B are characteristic of the behavior of a conventional type coating (second mass).
TABELLA 1 TABLE 1
In tutti i casi, il tempo necessario per far s? che la seconda massa rivestita in modo convenzionale (strato di sughero) avesse a raggiungere le diverse temperature (230,240 o 265?C) e nettamente minore di quello impiegato dalla prima massa, rivestita secondo l'invenzione (strato minerale) per raggiungere tali medesime temperature? Il rapporto ? di circa da 1 a 3.Ci? significa che il rivestimento secondo l'invenzione costituisce un isolamento termico migliore del rivestimentoconvenzionale? In all cases, the time needed to let s? that the second mass coated in a conventional way (cork layer) had to reach the different temperatures (230,240 or 265? C) and significantly lower than that used by the first mass, coated according to the invention (mineral layer) to reach these same temperatures ? The report ? approximately from 1 to 3.Ci? does this mean that the coating according to the invention constitutes a better thermal insulation than the conventional coating?
Per il rivestimento convenzionale,si constata inoltre una diminuzione molto rilevante del tempo misurato col numero di cicli, mentre esso ? praticamente costante con il rivestimento secondo l'inven? zione For the conventional coating, there is also a very significant decrease in the time measured with the number of cycles, while it? practically constant with the coating according to the inv? tion
Si ? dedotto che il rivestimento convenzionale si deteriora molto pi? rapidamente del rivestimento secondo l'invenzione, quando entrambi sono sottoposti alle medesime sollecitazioni termiche. Yup ? deduced that the conventional coating deteriorates much more? rapidly of the coating according to the invention, when both are subjected to the same thermal stresses.
E' possibile migliorare ulteriormente le propriet? dello strato secondo l'invenzione diminuendo la bagnabilit? di esso da parte del metallo in fusione in almeno due modi diversi. Is it possible to further improve the properties? of the layer according to the invention by decreasing the wettability? of it by the molten metal in at least two different ways.
In un primo caso ? possibile ricoprire lo strato di sferette di vetro tramite uno strato supplementare di grafite? Questo strato, il cui spessore ? inferiore a 5 micron pu?, ad esempio, essere depositato tramite proiezione. In a first case? Is it possible to cover the layer of glass beads with an additional layer of graphite? This layer, whose thickness? less than 5 microns can, for example, be deposited by projection.
In un secondo caso ? possibile depositare un rivestimento costituito da silicato di soda, sferette di vetro cave e particelle di sughero del tipo utilizzato convenzionalmente per il rivestimento delle forme. Il rivestimento secondo l'invenzione pu? essere ottenuto tramite proiezione di una sospensione costituita dall'80% in volume d'acqu^ 10% in volume di silicato di soda e 10% in volume di sferette di vetro, addizionate di particelle di sughero, In ragione di meno del 2% della massa totale della sospensione. La proiezione pu? essere realizzata come ? stato precedentemente descritto. In a second case? It is possible to deposit a coating consisting of soda silicate, hollow glass spheres and cork particles of the type conventionally used for coating the forms. The coating according to the invention can? be obtained by projection of a suspension consisting of 80% by volume of water ^ 10% by volume of soda silicate and 10% by volume of glass spheres, added with cork particles, in the ratio of less than 2% of the total mass of the suspension. The projection can? be realized how? previously described.
Si deve anche notare che, scegliendo sferette il cui diametro ? compreso tra 10 e 150 micron, ? stato ottenuto un rivestimento di rugosit? ottimale sia dal punto di vista dello stato superficiale degli articoli colati che dal punto di vista della capacit? di adesione del metallo fuso a detto rivestimento. It should also be noted that by choosing spheres whose diameter? between 10 and 150 microns,? has a roughness coating been obtained? optimal both from the point of view of the surface state of the cast articles and from the point of view of the capacity? of adhesion of the molten metal to said coating.
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