PT93953B

PT93953B - Processo e dispositivo de alimentacao de metal liquido a um molde

Info

Publication number: PT93953B
Application number: PT93953A
Authority: PT
Inventors: Jean-Pierre Denis
Original assignee: Pont A Mousson
Priority date: 1989-05-05
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1997-08-29
Also published as: JP2902446B2; EP0396483A1; ES2033219T3; US5176196A; FR2647379B1; ES2033219T1; DK0396483T3; CA2016092C; DE69000588D1; BR9002100A; MX173020B; JPH0347667A; CA2016092A1; DD294200A5; FR2647379A1; GR3006566T3; EP0396483B1; DE69000588T2; PT93953A; ATE83413T1

Description

A presente invenção refere-se a um processo e dispositivo de alimentação de metal líquido a um molde.

A presente invenção tem mais particularmente como objectj. vo um processo e um dispositivo de alimentação em liga ferrosa, de um molde constituído por um modelo perdido gaseificável mergulhado num material de moldação granular não ligado, que supri, me o aparecimento do fenómeno de carbono incandescente.

Nas instalações deste tipo, um modelo perdido gaseificável, de poliestireno expandido, é utilizado em cada vazamento. Este modelo, depois de produzido, é coberto com um revestimento refractário, e, em seguida, colocado no molde propriamente dito onde é mergulhado num material granular, geralmente areia, que é tornado compacto por vibração· molde é então realizado e pode ser alimentado em metal líquido,que vaporiza então o modelo perdido gaseificável.

Este processo é conhecido com a denominação geral de vazamento em molde cheio·

Nos casos de realizações de peças de ligas ferrosas com pontos de fusão elevados, como o ferro fundido e o aço, o material que constitui o modelo perdido nem sempre é completamente vaporizado. Além disso, acontece frequentemente que os constituintes do modelo perdido, que foram vaporizados numa primeira fase, se recondensam depois parcialmente.

Nos dois casos, formam-se então resíduos carbonados à superfície da peça moldada.

No caso de peças com pequeno conteúdo de carbono, como os aços, os resíduos carbonados dissolvem-se no metal líquido·

Seja como for, mesmo neste caso, as consequências não são insignificantes porque surge então na peça um gradiente de co£ teúdo de carbono, sendo a superfície da peça mais rica em carbono que o corpo da peça.

Assim, as peças de aço com pequeno conteúdo garantido de carbono não podiam ser fabricadas, até agora, pelo processo de vazamento em molde cheio descrito acima.

No caso de peças de metal com grande conteúdo de carbono ,

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-3como as peças de ferro fundido dúctil, as consequências são ainda mais importantes.

Forma-se, de facto, o que é classicamente denominado o carbono incandescente,e que se manifesta aleatoriamente na for ma de descontinuidades na espessura e irregularidades na super fície da peça moldada,que prejudicam a boa qualidade da peça.

Assim, não havia até agora nenhum processo e dispositivo que permitissem fabricar de maneira simples e reprodutível peças de ferro fundido dúctil, com elevadas caracteristicas mecânicas, no âmbito do processo em molde cheio com modelo perdido gaseificável de poliestireno expandido ou qualquer outro material, que se decompõe produzindo resíduos carbonados.

Para remediar o aparecimento do carbono incandescente e a difusão do carbono na peça moldada, propôs-se mudar o material que constitui o modelo perdido·

Surgiu assim, para substituir o poliestireno, o poli(meta crilato de metilo) que, quando é sujeito a uma pirolise no domínio de temperatura das ligas ferrosas, se vaporiza totalmente sem dar origem a resíduos carbonados.

Mas, sendo certo que este produto evita o aparecimento do carbono brilhante, apresenta outros problemas.

De facto, além do problema do preço, afigura-se menos sólido que o poliestireno, o que obriga a aumentar as precauções durante a mánipulação do modelo, e, além disso, dá origem a uma grande quantidade de gás,que pode provocar um recuo do metal líquido durante a alimentação do molde, o que obriga a duplicar o tempo de enchimento do molde.

A presente invenção tem como objectivo, portanto, resolver os problemas mencionados acima.

A presente invenção tem mais particularmente como objecti vo um processo e dispositivo de realização de peças de liga ferrosa, pelo processo de vazamento em molde cheio, no qual o modelo perdido gaseificável é realizado num material que dá origem a resíduos carbonados no domínio das temperaturas de va zamento desta liga ferrosa, que eliminam os problemas ligados à produção destes resíduos carbonados suprimindo o aparecimento do carbono incandescente.

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-4As características e vantagens vão tornar-se evidentes com a descrição que se segue,feita com referência aos desenhos anexos, apresentados a título de exemplo não limitativo e entre os quais:

- a figura 1 representa uma instalação de vazamento em molde cheio que funciona segundo o processo de acordo com a invenção♦

- a figura 2 representa o circuito de regulação de pressão de acordo com a invenção.

A requerente descobriu que, em certas condições, a utilização de uma instalação de alimentação do molde com ferro fundido líquido do tipo da descrita no documento FR-A-2 295 θθ8, permite evitar o aparecimento de carbono incandescente.

Assim, conforme está representado na figura 1, a instalação que funciona de acordo com o processo da presente invenção compreende uma instalação 1 de alimentação de ferro fundido lí, quido destinado a alimentar um molde 2, constituído por um mode lo perdido gaseificável 3,mergulhado numa areia sem ligante 4, no interior de uma caixa 5·

A instalação 1 compreende uma câmara 6 sob pressão de gás, no interior da qual está situado o ferro fundido líquido dest_i nado a alimentar o molde 2.

Esta câmara 6 compreende uma tampa 7 fixada de maneira im permeável à câmara 6, um tubo de vazamento 8 que atravessa por um orifício 9 a tampa 7, sendo impermeável a junção entre o tu bo 8 e a tampa 7. Este tubo 8 é atravessado, verticalmente e de um lado e doutro, por um tubo de imersão 10 que mergulha no ferro fundido líquido até à proximidade do pavimento da câmara 6.

A câmara 6 está ligada, por um circuito 12, a uma fonte de gás sob pressão 11 constituída por uma câmara alimentada com com gás sob pressão.

modelo perdido gaseificável 3» do poliestireno expandido compreende duas partes, uma parte 13 correspondente à forma da peça que deve ser realizada e uma parte 14 que constitui o poço de vazamento, pelo qual o metal líquido vém seguidamente alimen tar os ataques da peça a realizar.

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-5“

Este modelo perdido gaseificável 5 é posicionado pela sua parte 14 num orifício 15 aberto numa inserção 16 de material refractário, estando esta inserção 16 fixada de maneira amovível, numa abertura 17 feita na base da caixa 5·

Conforme se vê na figura 1, o tubo de vazamento 8, pela sua extremidade superior, destina-se a ser aplicado por meio de contacto impermeável,contra a inserção 16 da armação 5» comunicando o tubo de imersão 10 com o orifício 15 da inserção 16 .

Ha orifícios 18 nas paredes laterais 19 da caixa 5 para ligar esta caixa 5 ^a dispositivo de colocação sob vácuo, não representado·

Como se vâ na figura 2, o circuito 12 tem um dispositivo de regulação 20,constituído por uma ou mais electroválvulas que comahdam a comunicação entre a câmara 6 e a fonte de gás sob pressão 11. 0 dispositivo de regulação 20 está ligado a um calculador, que compara permanentemente a pressão existente na câmara 6 com uma pressão determinada.

Entre o dispositivo de regulação 20 e a câmara 6 está colo cado um depósito de gás 21,que desempenha o papel de capacidade de tampão» ligado à câmara 6 por uma conduta 22, com grande diâmetro, tendo este depósito 21 uma fuga 23 permanente.

Vai ser descrito agora o processo de acordo com a presente invenção,e a realização do dispositivo que funciona de acordo com a invenção·

Segundo o funcionamento clássico de uma instalação de vaza mento como a descrita no documento FR-A-2 295 808» o tubo 8 é aplicado de maneira impermeável contra a inserção 16 da caixa 5 na face inferior deste·

Devido a isso» a câmara 6 sob pressão que contem o ferro fundido líquido vê a sua pressão P aumentar a uma certa velocidade dP/dT (T representa o tempo), de maneira que o ferro fundisobe do líquido contido na câmara/no tubo de imersão e entra na caixa 5 Ρθΐο orifício 15 da inserção 16 com um certo débito· modelo perdido 3 vaporiza-se então, devido à acção do calor do ferro fundido líquido injectada no molde 2,à medida que o molde 2 se enche.

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-6É nesta fase de enchimento do molde 2 que, na arte anterior, surge o fenómeno do carbono incandescente.

Ora a requerente verificou, sem encontrar explicação, que o fenómeno acima desaparece se se regular o débito de ali mentação do molde em metal líquido·

De facto a requerente descobriu que o débito óptimo de alimentação do molde com ferro fundido líquido, que permite a obtenção de uma peça, na qual está excluído o carbono incandescente, depende da geometria do modelo perdido gaseificável e mais particularmente da sua proporção S/V, sendo S a superfície do modelo perdido e V o seu volume.

Observa-se, de facto, que quanto menor for a proporção S/V mais carbono incandescente se forma, mantendo-se constantes todos os restantes factores, que se se aumentar o débito de alimentação do molde até um certo valor, o fenómeno desaparede.

processo de acordo com a presente invenção consiste, por tanto, em realizar uma peça de ferro fundido dúctil, num molde constituído por um modelo perdido,de poliestireno expandido mer gulhado, sendo o molde alimentado em ferro fundido pela base por meio de um dispositivo de alimentação constituído por uma câmara sob pressão que contém o ferro fundido líquido, no qual o débito de alimentação do molde em ferro fundido líquido é ca^L culado,em função da proporção S/V do modelo perdido gaseificável , de tal maneira que o fenómeno de carbono incandescente não aparece.

Para isso, convém obter uma regulação perfeita da pressão existente no interior da câmara 6, o que nenhum dispositivo anterior permitia.

É isto o que permite o dispositivo de regulação 20·

De facto, quando se quer regular a pressão no interior de uma bolsa de vazamento, as temperaturas atingidas pelos gases na referida bolsa impõem que se afastem as electroválvulas des_ ta, a fim de evitar que as juntas de estanqueidade das electro válvulas não se queimem,durante as fases de diminuição de pre£ são que sobrevêm depois de o molde estar cheio·

Daqui resulta uma constante de tempo que prejudica a esta bilidade da regulação de pressão.

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-7Ora, devido ao depósito de gás 21 que desempenha o papel de capacidade de tampão, pressão de facto regulada apenas pelas electroválvulas no referido depósito 21, que comunica com a câmara sob pressão 6, por uma conduta 22 com grande diâmetro que limita assim as perdas de carga.

Assim, 0 depósito 21 permite aos gases emitidos pela câmara 6 que arrefeçam a uma temperatura aceitável para o funcionamento das electroválvulas.

Aliás, um outro problema de regulação resulta do facto de os gases introduzidos na câmara 6 reaquecem-se no interior desta, o que provoca na câmara um aumento de pressão indesejá vel, depois de ter cessado a injecção do gás.

Devido a esta fuga permanente 23, que é estabelecida no depósito 21, que desempenha 0 papel de capacidade de tampão, o sistema é mantido permanentemente em admissão durante todas as fases de enchimento do molde 2.

Os factos expostos acima são demonstrados pelos exemplos numéricos que se seguem.

Para a realização de um corpo de válvula de 17 kg de peso de ferro fundido,num molde cheio alimentado por uma instalação de vazamento, conforme descrita acima, visto que a fonte líquida na bolsa está a uma temperatura entre 142O⁹G e l46o⁹C, débi^ tos de alimentação do molde de 1 kg/s e 3,3 kg/s produziram pe ças defeituosas enquanto que um débito de 5»? kg/s permitiu obter uma peça perfeitamente sã.

Isto mostra bem que, regulando a pressão na bolsa de alimentação e, portanto, o débito de alimentação num processo de molde cheio, pode obter-se uma peça de ferro fundido dúctil da qual está excluído o carbono incandescente.

Aliás, para a realização de um colector de escape de 2,1 kg, foi possível obter uma peça sã com um débito de alimentação de 3,3 kg/s, 0 que mostra bem que 0 débito óptimo é função da geometria da peça, e, portanto, do modelo perdido gaseifica vel.

A invenção descrita acima é aplicável da mesma maneira tanto a um molde destinado à realização de uma só peça,como a

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-8um molde destinado à realização de várias peças. Neste último caso, o modelo perdido gaseificável á constituído por várias partes correspondentes às diferentes peças a realizar, colocadas em conjunto a seguir ao poço de alimentação 14.

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Claims

-REIVINDICAÇÕES15. - Processo para a realização de uma peça de ferro fundido dúctil num molde (2) constituído por um modelo perdi^ do gaseificável (5), num material que produz resíduos carbonados no domínio de temperaturas de vazamento do ferro fundi, do» mergulhado numa areia (4) sem ligante, caracterizado por, quando se alimenta o molde (2) com ferro fundido líquido pela base por meio de um dispositivo de alimentação constituído por uma câmara (6) sob pressão que contém o ferro fundido líquido, o débito de alimentação do referido molde (2) em ferro fundido líquido ser regulado pela pressão existente na câmara sob pressão, de maneira que não aparece o fenomeno de carbono incandescente.

25. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado por a pressão existente na câmara (6) sob pressão ser regulada em função da proporção S/v do modelo perdido gaseificável (5), representando S a superfície do modelo perdido (5) e V o seu volume.

5^?. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracte^ rizado por a pressão na câmara (6) sob pressão ser regulada, modificando a pressão existente numa capacidade tampão constituída por um depósito (21) sob pressão, ligado à referida câmara (6) sob pressão.
4^§. - Dispositivo de regulação da pressão para a realização do processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma capacidade tampão constituída por um depósito (21) estar intercalada entre um dispositivo (20) de regulação de pressão e a câmara (6).
5^§· - Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracte rizado por o depósito (21) que constitui a capacidade tampão ter uma fuga permanente (25)·

65. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caract£ rizado por o depósito (21), que constitui a capacidade tampão, estar ligado à câmara (6) sob pressão por meio de uma conduta (22) com grande diâmetro.