BRPI0615461A2 - processo para a fundição de peças moldadas - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A FUNDIçãO DE PEçAS MOLDADAS. Processo para a fundição de peça moldada com as seguintes etapas: - preparação de molde de fundição (2), composto de núcleos de material de moldagem que completam um pacote de núcleo (1), - posicionamento do pacote de núcleo (1) em um molde de proteção (3) distanciado do pacote de núcleo (1), - enchimento do compartimento entre o pacote de núcleo (1) e o molde de proteção (3) com um material de enchimento (5) escoável, - vazar a massa fundida metálica no molde de fundição (2), - abrir ou retirar o molde de proteção (3) após o endurecimento da massa fundida, - retirada o máximo possível do material de enchimento (5), e - isolar termicamente novamente o pacote de núcleo restante com a peça moldada (7) endurecida que se encontra no mesmo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA A FUNDIÇÃO DE PEÇAS MOLDADAS ".

A presente invenção refere-se a um processo para a fundição depeças moldadas.

A presente invenção refere-se de uma maneira geral à fundiçãode peças moldadas, isto é, à técnica de fundição. Para a fundição de peçasmoldadas de qualquer tipo são feitos núcleos de fundição e/ou moldes, namaioria das vezes de partes separadas, juntadas e unidas uma com a outrapara formarem um molde de fundição ou um pacote de núcleos ou pacote demoldes. Esses pacotes de moldes / núcleos serão então preenchidos commetal fundido, por exemplo, para a produção de uma peça metálica, sendoque na produção em série os pacotes de molde / núcleos a serem preenchi-dos com metal fundido são enfileirados um atrás do outro, passando pelalinha de produção.

Máquinas de núcleos e de fechamento de máscaras para a pro-dução dos núcleos a serem unidos uns aos outros são conhecidos na praticahá décadas. Apenas a título de exemplo é mencionada aqui a patente DE31 48 461 C1 que revela uma máquina de fechamento de núcleo e máscara.

Até a presente data, peças moldadas são fundidas em um moldeque por sua vez consiste em núcleos ou de um pacote de núcleos. Depoisdo fechamento e da complementação do molde, o mesmo é inserido em umoutro molde ou ambiente de areia para núcleos, isto é, em um tipo de ummolde de proteção, a fim de poder garantir a estabilidade mecânica necessá-ria. Notadamente em caso de fundição cinzenta ou fundição de aço, a pres-são estática para a fundição é tão alta que um pacote de núcleos só não ésuficiente e a providência de um molde de proteção é obrigatória. Os moldesde proteção até agora são moldes de areia verde colocados dentro do paco-te de núcleos. Moldes metálicos até agora também já foram usados, sendoque estes moldes metálicos são extremamente caros e além disso, sofremum desgaste muito rápido.

Independentemente da fundição propriamente dita, o material demolde que constitui o pacote de núcleos / molde precisa ser removido dapeça moldada fundida. Em virtude de um agente aglutinante, o material demolde precisa ser descartado de modo especial ou ser reciclado. O mesmovale para os moldes de proteção até agora usados ou para os moldes deareia verde que também são dotados de um agente aglutinante. O dispêndioenvolvido na reciclagem da areia de molde / areia verde é considerável, jáque em instalações de beneficiamento caras precisam ser removidos aditi-vos como bentonite etc..

A isso se junta um outro problema na produção de moldes deproteção ou moldes de areia verde que são produzidos em instalações demoldagem muito caras. Além disso, a preparação da areia ocorre em insta-lações de preparação de areia muito complexas e, por conseguinte, muitocaras. A colocação à disposição de moldes de areia verde para proteger opacote de núcleos e a preparação de areia, portanto, é cara demais.

A presente invenção tem a tarefa de realizar e aperfeiçoar o pro-cesso do gênero acima discutido de tal modo que especialmente também nafundição cinzenta ou fundição de aço o dispêndio a ser realizado diminuimantendo um resultado reproduzível, particularmente no que se refere à re-ciclagem dos materiais empregados. Além disso, pretende-se aproveitar ocalor residual na peça moldada endurecida.

A tarefa acima indicada é solucionada por meio de um processocom as seguintes etapas do processo:

- Preparar o molde de fundição, consistindo em núcleos de ma-terial de moldagem que formam um pacote de núcleos completo;

- Posicionamento do pacote de núcleos em um molde de prote-ção distanciado do pacote de núcleos;

- Preenchimento do espaço entre o pacote de núcleos e o moldede proteção com um material de enchimento escoável;

- Vazar a massa fundida metálica no molde de fundição;

- Abertura ou retirada do molde de proteção depois do endure-cimento da massa fundida;

- Retirada de pelo menos o máximo do material de enchimento;

- Novo isolamento térmico do pacote de núcleos restante com apeça moldada nele contido já endurecida.

De acordo com a presente invenção foi constatado que na ver-dade se precisa do molde de proteção consistindo em areia verde, porém,que se pode reduzir consideravelmente os custos, por um lado relacionadosà produção e, por outro lado, à reciclagem, isto é, os custos de produção emgeral. Para tal, agora como antes, é previsto um molde de proteção, porém, -conscientemente - distanciado do pacote de núcleos. Dessa forma, o moldede proteção pode ser criado, por exemplo, de placas de diversos materiaisresistentes à temperatura, precisamente segundo o princípio de módulos.

Para mantê-los juntos, os componentes individuais podem ser encaixados,engatados ou de um outro modo fixados um no outro. Nisso é importanteque entre o molde de fundição propriamente dito, isto é, o pacote de núcleose o molde de proteção, permanece um espaço. Este espaço entre o pacotede núcleos e o molde de proteção é preenchido com um material de enchi-mento escoável. Esse material de enchimento define por todos os lados aoredor do pacote de núcleos uma pressão isostática, de maneira que em vir-tude dessa pressão o pacote de núcleos pode resistir à pressão dirigida parafora que surge durante a vazão da massa fundida de metal. Com a ajuda domaterial de enchimento de qualquer maneira é garantido que o pacote denúcleos resiste à pressão que surge durante a fundição e também é garanti-do que nenhuma massa fundida escape para fora através de possíveis fen-das, fissuras ou semelhantes. Com meios simples, na base de uma pressãoisostática, é garantido que a massa fundida de metal possa ser vertida nomolde de fundição sem colocar em risco a estabilidade da forma do pacotede núcleos.

Também foi constatado de acordo com a presente invenção quea energia armazenada na massa fundida ou na peça moldada e no pacotede núcleos não é o suficiente por si só para operar um processo continuado,por exemplo, para queimar os agentes aglutinantes contidos no pacote denúcleos. Isto, porque a massa a ser esquentada é grande demais, tambémpor causa do material de enchimento contido no interior do molde de prote-ção. Dessa forma, também de modo de acordo com a presente invenção, omolde de proteção é aberto ou retirado, precisamente depois do endureci-mento da massa fundida, de modo que a função de apoio propriamente ditado molde de proteção já não é mais necessária. O material de enchimento éretirado pelo menos amplamente. Depois, o pacote de núcleos restante énovamente isolado com a peça moldada já endurecida contida nele, de mo-do que o calor residual nela contida possa ser aproveitado sem a massa domaterial de enchimento.

Com vantagem, para o posicionamento do pacote de núcleos nomolde de proteção, o pacote de núcleos é colocado sobre uma base termi-camente isolante como parte do molde de proteção. Esta base permanecedebaixo do pacote de núcleos. Com uma parede termicamente isolante euma tampa termicamente isolante, a base completa o molde de proteção.

Uma abertura do molde de proteção, isto é, uma remoção com-pleta do molde de proteção, ocorre por meio da retirada da tampa e das pa-redes. Depois disso o material de enchimento pode ser retirado sem proble-mas. Uma sucção do material de enchimento é çoncebível.

Para um novo isolamento térmico é usada com vantagem umacobertura termicamente isolante que pode ser de peça única ou de váriaspeças. No caso de uma execução inteiriça, esta poderia ser colocada sobreo pacote de núcleos com a ajuda de uma talha, um manipulador ou com ou-tros meios auxiliares. Concretamente, a cobertura ao redor do pacote de nú-cleos com a peça moldada contida nela é colocada sobre a base e a basejunto com a base constitui um isolamento térmico completo por todos os la-dos. Tão logo os agentes aglutinantes do pacote de núcleos sejam queima-dos ou pelo menos dissolvidos, a cobertura e novamente retirada, de modoque na base permanece a peça moldada pelo menos amplamente livre daareia de molde.

De modo especialmente vantajoso, o material de enchimento éessencialmente o mesmo material como o material do molde para a produ-ção do núcleo, e precisamente, de preferência, sem quaisquer aditivos. Seos núcleos consistirem em material de molde (por exemplo, de areia dequartzo) com agentes aglutinantes, o mesmo material de molde, de prefe-rência, sem agentes aglutinantes, pode ser usado como material de enchi-mento. Do mesmo modo poderia o material de enchimento possuir essenci-almente a mesma granulação como o material de molde, de modo que o ma-terial de molde junto com o material de enchimento - depois da reciclagemdo material de molde - pode novamente ser usado com granulação idênticaou diferente.

Concretamente, como material de enchimento poderia ser usadaareia pura, de preferência, a chamada areia seca, sem aditivos, que depoisno processamento posterior com a areia de molde não causa nenhum pro-blema. Isto vale especialmente no caso de granulação idêntica ou quase queidêntica. Como material de enchimento é particularmente apropriada a areiade quartzo.

O preenchimento no espaço entre o pacote de núcleos e o mol-de de proteção pode ser realizado por meio de um funil ou de outros meiostécnicos apropriados simplesmente vertendo o material de enchimento paraobter uma densidade aparente. Do peso do material de enchimento resultauma pressão isostática agindo sobre o pacote de núcleos que age contra apressão dirigida para fora que ocorre durante a fundição com massa fundidade metal, a fim de manter a forma sem deformação. Assim sendo, os nú-cleos individuais do pacote de núcleos seguramente permanecem juntados.

Se a densidade aparente obtida vertendo-se o material de en-chimento não for suficiente, o enchimento pode ser executado soprando-se omaterial de enchimento. Desse modo pode se conseguir uma densidade domaterial de enchimento que fica acima da densidade aparente. Também épossível, depois de verter o material de enchimento, compactá-lo mais aindacom a ajuda de ar comprimido.

Uma outra compactação do material de enchimento, de prefe-rência, até se obter a densidade de batimento, pode ser obtida quando oenchimento for apoiado por meio de material de enchimento através de vi-bração. A vibração pode ser induzida, por exemplo, por meio de ultra-som outambém mecanicamente, sendo que para tal todo o molde de proteção ouum elemento funcional que se encontra nele ou que pode ser colocado den-tro do molde de proteção serve de ressoador. De qualquer modo é essencialque a vibração, preferencialmente induzida por ultra-som, promova a com-pactação do material de enchimento.

Do mesmo modo é possível que para mais compactação do ma-terial de enchimento haja uma compactação posterior mecânica, apertando-se ou até pressionando-se o material de enchimento com equipamentos me-cânicos para dentro do molde. Uma compactação posterior por pontos ouzonas por meio de matrizes ou semelhantes apropriadas é possível.

Também de modo vantajoso, o molde de proteção é usado parao isolamento térmico do molde de fundição antes e/ou depois da fundição epara o aproveitamento consciente do calor de processo dentro do molde defundição ou isolamento para o tratamento controlado da peça moldada fun-dida e/ou do material de molde que constitui o pacote de núcleos.

Dessa forma, o calor de processo pode ser usado para queimaro agente aglutinante orgânico ou inorgânico no material de molde de modoque depois já não são mais necessárias providências de reciclagem especi-ais. Uma remoção especial do material de molde como lixo especial tambémnão é mais necessária caso não se deseje utilizar mais o material de molde.

Do mesmo modo o calor do processo pode ser usado para o tra-tamento térmico da peça moldada fundida.

De modo especialmente vantajoso, a peça moldada poderia seresfriada de maneira controlada, sendo que um isolamento térmico atravésdo molde de proteção e o preenchimento apresentam um significado especial.

Também é possível que durante o tratamento térmico in situ sãoremovidos os gases do interior do molde e/ou do isolamento ou da parte deapoio e do preenchimento.

Uma importância especial cabe a uma outra característica deacordo com a qual é vantajoso se para a formação do pacote de núcleos sãousados núcleos individuais que são executados como corpos ocos. Isto tema grande vantagem de que a massa do material de areia do núcleo é manti-da mais baixa possível, de modo que a energia presente como calor dentrodo sistema global pode ser usada amplamente para o tratamento da peçamoldada fundida e/ou do pacote de núcleos, assim, por exemplo, para quei-mar o agente aglutinante. Além disso surgem bem menos gases que alémdisso possam ser coletados e espirados.

Também é vantajoso se os gases de fumo que surgem durante aqueima do agente aglutinante são retidos dentro do equipamento para o iso-lamento térmico. Eles podem ser aspirados no final do processo de isola-mento. A presença concentrada dos gases poluentes facilita em muito suaretirada ou destruição o que simplifica consideravelmente o processo.

Há então diversas possibilidades de implementar ou aprimorarcom vantagem o ensinamento da presente invenção. Para tal, por um lado, échamada a tenção para a reivindicação 1 e as dela dependentes e, por outrolado, a explicação seguinte de um exemplo de execução da presente inven-ção com a ajuda do desenho. Em combinação com a explicação do exemplode execução preferido da presente invenção com a ajuda do desenho, tam-bém serão explicados realizações preferidas e aprimoramentos em geral doensinamento. O desenho mostra:

A figura 1 mostra em uma vista esquematizada a disposição deum pacote de núcleos com um molde de proteção distanciado e o espaçoentre o pacote de núcleos e o molde de proteção preenchido com materialde enchimento.

A figura 2 mostra em uma vista esquematizada a disposição deum pacote de núcleos de acordo com a figura 1, porém, sem material de en-chimento e com uma cobertura colocada sobre o mesmo para o isolamentotérmico.

A figura 1 mostra para ilustrar o processo de acordo com a pre-sente invenção em que disposição o molde de fundição 2 a ser consideradacomo pacote de núcleos 1 é preparado para verter a massa fundida. O paco-te de núcleos 1 compreende vários núcleos individuais que juntos comple-tam um pacote de núcleos 1. O pacote de núcleos 1 constitui o molde defundição 2.

Da figura 1 ainda é evidente que o pacote de núcleos 1 é posi-cionado dentro de um molde de proteção 3 que por sua vez é composto porvárias partes 4 em forma de quadro ou é uma peça única. Entre o molde deproteção 3 e o pacote de núcleos 1 é formado um espaço que é preenchidopor material de enchimento escoável 5 e que gera, portanto, entre a moldede proteção 3 e o pacote de núcleos 1 uma pressão isostática definida pelopeso. Nesse estado a massa fundida de metal é vertida para dentro do mol-de de fundição ou do pacote de núcleos 1 e é garantido que o pacote de nú-cleos 1 resiste com estabilidade da forma à pressão interna que surge du-rante a fundição.

No caso do exemplo de execução aqui selecionado, as partes 4do molde de proteção 3 podem ser usadas várias vezes. O apoio do moldede fundição 2 ou do pacote de núcleos 1 ocorre através do material de en-chimento escoável 5 que essencialmente é areia seca sem qualquer aditivo.Como areia seca pode ser usada areia de quartzo e precisamente de prefe-rência, com a mesma granulação como o material de molde dos diversosnúcleos ou do pacote de núcleos.

Também cabe frisar mais uma vez aqui que o material de en-chimento escoável 5 pode ser compactado além da densidade aparente pormeio de vibração, a fim de aumentar a pressão isostática em relação ao pa-cote de núcleos 1. Referente a outras medidas para a compactação do ma-terial de enchimento escoável 5, para evitar repetições, é chamada a aten-ção para a parte geral do relatório descritivo.

O molde de proteção 3 serve também junto com o material deenchimento escoável 5 para o isolamento térmico do molde de fundição 2 e,portanto, pode ser usado antes ou depois da fundição para o aproveitamentoconsciente do calor de processo dentro do molde de fundição ou isolamentoe, por conseguinte, para o tratamento controlado da peça moldada fundidae/ou do material de molde que constitui o pacote de núcleos. Porém, foiconstatado que o calor do processo é absorvido pelo material de enchimentoescoável 5 e também pelo molde de proteção 3 em um grau alto demais.

De acordo com a ilustração na figura 2, o molde de proteção 3 eo material de enchimento escoável 5 foram removidos. Em vez disso umacobertura 6 termicamente isolante foi colocada sobre a base 8 também ter-micamente isolante, de modo que o calor residual retido sob a cobertura 6pode ser usado, por exemplo, para a queima do agente aglutinante contidono material de molde. No fim do processo, a cobertura 6 é retirada e a peçamoldada 7 é livre pelo menos amplamente do material de molde do pacotede núcleos 1 originário, já que a ligação entre os componentes do material demolde foi eliminada.

O processo de acordo com a presente invenção tem a grandevantagem de que por um lado o calor do processo é aproveitado e que, poroutro lado, não é necessária nenhum equipamento de moldagem para mol-dar a peça moldada. O aproveitamento do calor de processo é favorecidopelo fato de que a relação de areia e ferro é favorecida em virtude da retira-da do material de enchimento.

A respeito de outras características que não são evidentes dasfiguras é chamada a atenção para a parte geral do relatório descritivo demaneira a evitar repetições.

Finalmente cabe mencionar que o exemplo de execução acimadetalhado somente serve como explicação a título de exemplo do ensina-mento reivindicado, porém, sem restringi-lo ao exemplo de execução.

Claims (25)

1. Processo para a fundição de peça moldada (7) com as se-guintes etapas:- preparação de molde de fundição (2), composto de núcleos dematerial de moldagem que completam um pacote de núcleo (1),- posicionamento do pacote de núcleo (1) em um molde de pro-teção (3) distanciado do pacote de núcleo (1),- enchimento do compartimento entre o pacote de núcleo (1) e omolde de proteção (3) com um material de enchimento (5) escoável,- vazar a massa fundida metálica no molde de fundição (2),- abrir ou retirar o molde de proteção (3) após o endurecimentoda massa fundida,- retirada o máximo possível do material de enchimento (5), e- isolar termicamente novamente o pacote de núcleo restantecom a peça moldada (7) endurecida que se encontra no mesmo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que para um posicionamento do pacote de núcleo (1) no molde deproteção (3), o pacote de núcleo (1) é posicionado como parte do molde deproteção (3) sobre uma base (8) isolada termicamente.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que a base (8) é completada para formar o molde de proteção (3) poruma parede termicamente isolante e um elemento de tampa termicamenteisolante.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que o molde de proteção (3) é aberto pela retirada do elemento detampa e da parede.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, carac-terizado pelo fato de que para isolar termicamente novamente é empregadouma cobertura (6).

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que a cobertura (6) é feita de uma peça única.

7. Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizadopelo fato de que a cobertura (6) é posicionada sobre a base (8) ao redor dopacote de núcleo (1) com a peça moldada (7) em seu interior.

8. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, carac-terizado pelo fato de que como material de enchimento (5) é empregado omesmo material de moldagem empregado para a fabricação do núcleo, pre-ferencialmente sem aditivos.

9. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, carac-terizado pelo fato de que o material de enchimento (5) apresenta essencial-mente a mesma granulação que o material de moldagem ou uma granulaçãodiferente desta.

10. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, ca-racterizado pelo fato de que como material de enchimento (5) é usado areiapura, preferencialmente areia seca sem aditivos.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que como material de enchimento (5) é usado areia de quartzoou outras areias conhecidas ou usuais em fundição.

12. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, ca-racterizado pelo fato de que o enchimento ocorre por descarregamento domaterial de enchimento (5) para manutenção da densidade aparente.

13. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, ca-racterizado pelo fato de que o enchimento ocorre por meio de sopro do ma-terial de enchimento (5).

14. Processo de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracteri-zado pelo fato de que para o adensamento adicional ocorre um adensamen-to por ar comprimido.

15. Processo de acordo com uma das reivindicações 12 a 14,caracterizado pelo fato de que para o adensamento adicional, preferencialmenteo enchimento é apoiado por vibração até alcançar de uma densidade de batida.

16. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que a viração é induzida por meio de ultra-som.

17. Processo de acordo com uma das reivindicações 12 a 16,caracterizado pelo fato de que para o adensamento adicional o material deenchimento (5) é adensado posteriormente mecanicamente.

18. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 17, ca-racterizado pelo fato de que, inicialmente o molde de proteção (3) é empre-gado para o isolamento térmico do molde de fundição (2) antes e/ou após afundição e posteriormente a cobertura é empregada para o aproveitamentoconsciente do calor de processo dentro do molde de fundição (2) ou isolaçãopara o tratamento controlado da peça moldada (4) e/ou do material de mol-dagem que forma o pacote de núcleo (1).

19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que o calor de processo serve para a queima do agente agluti-nante orgânico ou inorgânico do material de moldagem.

20. Processo de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracteri-zado pelo fato de que o calor de processo serve para o tratamento de tem-peratura da peça moldada (4) que foi fundida.

21. Processo de acordo com uma das reivindicações 18 a 20,caracterizado pelo fato de que a peça moldada (4) ou todo o sistema é res-friado de forma controlada.

22. Processo de acordo com uma das reivindicações 18 a 21,caracterizado pelo fato de que durante o tratamento térmico no local da peçamoldada (4) que foi fundida e/ou do pacote de núcleo (1), gás é retirado dointerior do molde e/ou do isolamento.

23. Processo de acordo com uma das reivindicações 18 a 22,caracterizado pelo fato de que durante o tratamento térmico no local da peçamoldada (4) que foi fundida e/ou do pacote de núcleo (1) o gás que é geradodurante a queima do agente aglutinante é retido dentro do isolamento térmi-co e sugado após a etapa de isolamento.

24. Processo de acordo com uma das reivindicações 18 a 23,caracterizado pelo fato de que durante o isolamento térmico calor pode seradicionado.

25. Processo de acordo com uma das reivindicações 18 a 24,caracterizado pelo fato de que para a formação do pacote de núcleo (1) sãoempregado núcleos configurados parcialmente ocos com massa reduzida.