BRPI1007344B1

BRPI1007344B1 - Conjunto de pistão e anel de matriz de fundição sob pressão

Info

Publication number: BRPI1007344B1
Application number: BRPI1007344-2A
Authority: BR
Inventors: Brondolin Davide
Original assignee: Brondolin S.P.A.
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2018-02-14
Also published as: ES2413913T3; US20120024149A1; PL2379251T3; IT1393329B1; JP2012515655A; CN102325613A; CN102325613B; ITMI20090058A1; PT2379251E; JP5779105B2; EP2379251A1; KR101719829B1; BRPI1007344A2; US8931395B2; EP2379251B1; US20150114219A1; WO2010084449A1; US9829108B2; KR20110132333A

Description

(54) Título: CONJUNTO DE PISTÃO E ANEL DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO (51) Int.CI.: B22D 17/20 (30) Prioridade Unionista: 21/01/2009 IT MI2009A000058 (73) Titular(es): BRONDOLIN S.P.A.

(72) Inventor(es): BRONDOLIN, DAVIDE

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CONJUNTO DE PISTÃO E ANEL DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO DESCRIÇÃO [001] A presente invenção se refere a um conjunto de pistão e anel para matriz de fundição sob pressão, particularmente para, sem se limitar a, processos de fundição sob pressão de câmara fria.

[002] É conveniente especificar antecipadamente que, embora na descrição a seguir, por simplicidade, se faça referência principalmente à fundição sob pressão de câmara fria, isto não deve, entretanto, ser entendido como um fator limitante, uma vez que a presente invenção também é aplicável a, exceto se especificamente incompatível com outros tipos de processos de fundição sob pressão (por exemplo, fundição sob pressão de câmara quente) para materiais metálicos ou não-metálicos. [003] O processo de fundição sob pressão de câmara fria é conhecido há muito tempo e, portanto, não será descrito em detalhe, abaixo, exceto naquilo que for estritamente necessário para compreender a invenção. Para informações adicionais, devem ser consultadas as inúmeras publicações técnicas e científicas sobre este assunto.

[004] Neste processo, metal fundido é despejado em um recipiente possuindo uma cavidade cilíndrica interna, em que o metal é empurrado por um pistão móvel, em direção a uma saída axial, sendo assim injetado em uma matriz contendo o molde da peça a ser fundida.

[005] Para melhorar a pressão exercida pelo pistão, sobre o metal fundido, uma solução conhecida emprega anéis de vedação bastante similares àqueles aplicados em pistões de motores de combustão interna, embora, naturalmente, a aplicação diferente exija medidas técnicas específicas.

[006] Diversos tipos de anéis de vedação estão atualmente disponíveis para esta finalidade, os quais, por simplicidade, podem ser divididos em duas diferentes categorias.

[007] A primeira categoria baseia-se no princípio de explorar a infiltração de metal fundido entre o anel e o pistão, fazendo assim com que o anel se expanda radialmente, obtendo-se a desejada vedação contra a parede cilíndrica interna do

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2/8 recipiente. Um exemplo de um anel deste tipo foi descrito na Patente Européia EP 1 197 279, concedida em 2001.

[008] A segunda categoria baseia-se na criação de um selo labirinto, entre a superfície interna do anel e o pistão, graças à configuração conjugada de ambos os componentes, em que o primeiro possui um entalhe anular e uma nervura (friso) anular correspondendo ao entalhe anular e à nervura (friso) anular homólogos, previstos no último.

[009] Este selo labirinto, juntamente com uma determinada forma escalonada do corte, que confere elasticidade ao anel, permite que este se expanda radialmente, sem risco de que o metal fundido possa vazar entre o pistão e o anel de vedação. [0010] Um exemplo desta tecnologia foi descrito na Patente Européia EP 423 413, concedida em 1997.

[0011] Enquanto as supracitadas soluções do estado prévio da técnica proporcionam resultados satisfatórios em termos de vedação entre o pistão e a parede cilíndrica do recipiente, elas ainda apresentam limites de performance e confiabilidade.

[0012] Na verdade, no que se refere à primeira destas tecnologias, deve-se observar que o metal que endurece entre o anel e o pistão, devido ao inevitável resfriamento que ocorre entre um ciclo de trabalho e o próximo, faz com que o anel perca elasticidade, de modo que o atrito do mesmo contra a parede cilíndrica do recipiente pode tornar-se elevado a ponto de danificá-lo ou, de qualquer modo, causar o risco de travamento do pistão.

[0013] Provavelmente por esta razão, o anel de vedação descrito na patente EP 1 197 279 é produzido em cobre, ou seja, um material mais macio do que o aço do recipiente em que o pistão desliza.

[0014] O anel de vedação de acordo com a segunda tecnologia acima mencionada não padece destes problemas, uma vez que, conforme dito anteriormente, há um selo labirinto entre o anel em si e o pistão, o qual, diferentemente do caso anterior, impede a infiltração de metal fundido.

[0015] Entretanto, nesta solução, o anel padece de problemas de estabilidade de posição angular, devido à ausência de um sistema capaz de impedi-lo de girar em

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3/8 relação ao pistão, devido ao efeito das forças geradas durante o processo de fundição sob pressão.

[0016] O problema técnico na base da presente invenção é, portanto, prover um conjunto de pistão e anel possuindo características estruturais e funcionais que superem as acima mencionadas desvantagens do estado prévio da técnica.

[0017] O referido problema é resolvido por um conjunto de pistão e anel possuindo as características definidas nas reivindicações anexadas.

[0018] As referidas características e os efeitos vantajosos obtidos pela invenção tornar-se-ão mais evidentes a partir da descrição a seguir, relativa a uma concretização preferida não-limitante, ilustrada nos desenhos anexados, em que: [0019] - As Figuras 1 e 2 são as respectivas vistas axonométricas de um anel de vedação de acordo com a invenção;

[0020] - As Figuras 3 e 4 são as respectivas vistas axonométrica e lateral de um pistão de acordo com a invenção, ao qual deve ser aplicado o anel mostrado nas figuras precedentes;

[0021] - A Figura 5 mostra o anel e pistão das figuras precedentes, na condição montada;

[0022] - A Figura 6 é uma vista axonométrica de uma variante do anel de vedação de acordo com a presente invenção;

[0023] - A Figura 7 é uma vista axonométrica de uma variante do pistão de acordo com a invenção, ao qual deve ser aplicado o anel da Figura 6;

[0024] - A Figura 8 mostra o anel e pistão das Figuras 6 e 7, na condição montada;

[0025] - As Figuras 9 e 10 são vistas correspondentes àquelas das Figuras 7 e

8, para uma variante adicional do pistão de acordo com a invenção.

[0026] Com referência agora aos desenhos, o numeral 1 designa um anel de vedação para um pistão de fundição sob pressão 2, de acordo com a invenção. [0027] O pistão 2 é preferivelmente feito de cobre, embora possa ser alternativamente feito de aço ou qualquer outro material metálico adequado; em qualquer caso, destina-se a ser fixado a um portador ou haste de pistão bem

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4/8 conhecido, o qual não é mostrado nos desenhos por não ser relevante para a finalidade de compreender a presente invenção.

[0028] O anel de vedação mostrado nas Figuras 1 e 2 é aberto, ou seja, possui um corte 10, preferivelmente do tipo escalonado, com superfícies horizontais tocando uma na outra.

[0029] Dentro do anel existem dentes 11 espaçados uniformemente em torno da circunferência nas proximidades da borda posterior do anel, ou seja, a borda a jusante, na direção de movimento de avanço do pistão 2 durante o processo de fundição sob pressão; preferivelmente, uma borda dos dentes 11 está alinhada com a borda do anel.

[0030] De acordo com uma concretização preferida, no corte 10 existem dois dentes 11a, 11b, os quais são menores do que os demais, sendo o comprimento combinado dos mesmos, entretanto, substancialmente igual ao comprimento dos dentes 11.

[0031] Estes últimos se projetam radialmente de uma parede interna 13 do anel, e suas dimensões, ou seja, sua altura radial a partir da parede interna 13 do anel, seu comprimento circunferencial e sua largura axial, podem variar dependendo de diversos fatores, tais como diâmetro do anel, largura do anel, posição do anel em relação ao pistão, número de dentes, etc.

[0032] Pode-se afirmar, no entanto, que o número de dentes é preferivelmente maior do que dois, e mais preferivelmente entre quatro e dez.

[0033] O pistão 2 é feito em uma peça, preferivelmente de cobre ou ligas do mesmo, embora outros materiais metálicos adequados possam ser utilizados como alternativa, e possui uma saia cilíndrica 20 que é pelo menos parcialmente oca internamente, de modo que possa ser fixado à haste de suporte (não mostrada). [0034] Na face frontal, o pistão 2 possui uma cabeça cônica 21, em cuja base existem sedes 22 possuindo uma forma conjugada àquela dos dentes 11 do anel 1, mas um pouco maior: desta maneira, quando montados para o processo de fundição sob pressão (conforme mostrado na Figura 5), com os dentes 11 acoplados às sedes 22, existirá uma pequena (mas não desprezível) folga entre o anel e o pistão, a qual permitirá que o primeiro se expanda elasticamente em relação ao último.

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5/8 [0035] Adicionalmente, entre as sedes 22 e a extremidade da cabeça 21, há uma superfície de encosto 23, contra a qual, durante o processo de fundição sob pressão, o anel 1 é empurrado pela pressão gerada pelo metal líquido: consequentemente, na referida superfície, o anel será mantido axialmente em contato com o pistão, impedindo desta forma o metal fundido de se infiltrar para além do anel.

[0036] O último pode, entretanto, expandir-se radialmente devido à supramencionada folga entre os dentes e as sedes, proporcionando assim a desejada vedação contra a parede cilíndrica interna do recipiente.

[0037] Com relação a isto, deve-se enfatizar que os dentes 11 permanecerão acoplados às respectivas sedes 22, de modo que o anel 1 permanecerá estável em sua condição de montagem, sem girar em relação ao pistão 2.

[0038] Além disto, deve-se observar que o posicionamento dos dentes 11 na borda posterior do anel 1, ou seja, suficientemente longe da borda frontal, impedirá qualquer metal fundido de alcançar as sedes 22 e obstruí-las após a solidificação. [0039] É evidente que, se as sedes ficassem obstruídas, o anel iria perder a elasticidade, porque não poderia mais retornar à condição retraída inicial.

[0040] Ademais, o anel de vedação 1 protege as sedes 22 contra qualquer metal líquido proveniente do exterior, ou seja, metal escorrendo sobre a parede da câmara cilíndrica na qual o pistão desliza.

[0041] Em outras palavras, isto significa que o conjunto consistindo de anel 1 e pistão 2 é inerentemente confiável, uma vez que o anel em si protege as regiões de acoplamento contra a infiltração de metal fundido.

[0042] Portanto, à luz do exposto, pode-se entender como o anel 1 e o pistão 2 são capazes de resolver o problema técnico na base da presente invenção.

[0043] Na verdade, este conjunto assegura a necessária vedação explorando a elasticidade do anel 1. Sob este aspecto, pode-se dizer, portanto, que a invenção se dentro do segundo tipo de tecnologia previamente descrito, com todas as vantagens do mesmo.

[0044] Entretanto, diferentemente do mencionado estado prévio da técnica, o acoplamento entre os dentes 11 e as sedes 22 impedirá o anel de girar em relação ao pistão, desta forma assegurando que todo o sistema opere adequadamente.

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6/8 [0045] Isto é obtido preservando-se o comportamento elástico do anel, porque a vedação prevista entre o anel e o pistão impede qualquer acumulação de metal fundido que, quando solidificado, poderia causar os problemas acima mencionados com referência ao estado prévio da técnica.

[0046] Além daqueles acima mencionados, a invenção também proporciona efeitos vantajosos adicionais.

[0047] Na verdade, a presença de da uma pluralidade de dentes 11 e sedes 22 no anel 1 e no pistão 2, respectivamente, permite que o anel seja posicionado angularmente em relação ao pistão, em qualquer configuração, de acordo com o acoplamento escolhido.

[0048] Em outras palavras, selecionando-se uma combinação dentre as diversas possíveis combinações oferecidas pelos dentes e sedes, o anel 1 pode ser posicionado precisamente, por exemplo, escolhendo-se localizar o corte 10 no topo, na parte inferior, em um diâmetro horizontal, ou em posições angulares intermediárias.

[0049] Este posicionamento seletivo do anel 1 permite compensar qualquer irregularidade (excentricidade) da câmara cilíndrica na qual o pistão 2 desliza, bem como qualquer desequilíbrio na pressão exercida sobre o metal fundido, e outras situações que possam surgir durante o processo de fundição sob pressão.

[0050] Nesta situação, é importante que os meios-dentes 11a, 11b, localizados no corte, possuam dimensões menores, de modo que possam se acoplar a qualquer sede 22, da mesma forma que os demais dentes.

[0051] Outra importante vantagem da presente invenção consiste em que os dentes dentro do anel podem também ser utilizados para montagem estilo baioneta, do anel no pistão.

[0052] Esta situação é particularmente favorável sempre que o anel é um anel fechado, ou seja, sem corte, como aquele mostrado nas Figuras 6, 7, 8 e 9, em que aqueles elementos estruturalmente ou funcionalmente equivalentes àqueles acima descritos, são designados pelos mesmos números de referência, com a adição de um apóstrofo.

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7/8 [0053] Como pode ser visto, neste caso o anel 1' é deslizado sobre o pistão 2', a partir da face frontal, e é então travado em posição sendo girado de modo a posicionar seus dentes 11' sob as sedes 22' projetando-se radialmente do pistão 2', de acordo com um típico conjunto tipo baioneta.

[0054] Para impedir qualquer movimento do anel 10' para trás e mantê-lo em posição, o pistão 1' inclui um colar 24', consistindo de um fino anel elástico que impede o anel 10' de se mover para baixo e girar na direção oposta à de acoplamento entre os dentes 11' e as sedes 22'.

[0055] São também possíveis diversas variações para o anel fechado e montagem tipo baioneta, conforme mostrado na Figura 9.

[0056] Neste caso, as sedes 22'' são abertas em uma face, facilitando desta forma a montagem tipo baioneta do anel 1''. A contra-rotação deste último é evitada por uma haste 25, estendendo-se na saia do pistão 20, e possuindo uma terminação de retenção rosqueada 26'', a qual é rosqueada em um furo (não mostrado nos desenhos) previsto na saia do pistão 20''.

[0057] A extremidade da haste 25'' acopla-se a uma cavidade 27'' localizada em uma das sedes 22'', desta forma impedindo o anel 1'' de girar.

[0058] Naturalmente, como alternativa ao colar 24' ou à haste 25'', outros sistemas podem ser empregados para impedir o anel de girar em relação ao pistão. A característica comum a todas estas soluções é o anel com dentes internos, de acordo com as explanações acima.

[0059] Com relação a isto, deve-se enfatizar que anéis fechados são utilizados em aplicações específicas de fundição sob pressão, nas quais a extremidade do recipiente não possui guias para a câmara cilíndrica na qual o pistão desliza.

[0060] As variantes de anel fechado da invenção atingem os mesmos resultados da outra solução previamente descrita, uma vez que uma vedação é ainda prevista entre o anel 1', 1'' e o pistão 2', 2''. Na realidade, a montagem tipo baioneta assegura um contato axial levemente forçado entre as respectivas superfícies opostas, impedindo desta forma a infiltração de metal líquido para alem do anel.

[0061] Adicionalmente, esta montagem tipo baioneta permite que o anel seja posicionado angularmente em relação ao pistão, também de uma maneira seletiva e

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8/8 precisa, uma vez que uma pluralidade de combinações é possível através dos múltiplos dentes 11', 11'' e das sedes radiais 22', 22''. Embora neste caso não exista corte, é, contudo, vantajoso que o anel 1', 1'' possa ser posicionado de acordo com configurações angulares predeterminadas.

[0062] Como uma possível variante adicional do que foi descrito e ilustrado até aqui, deve ser mencionado que um pistão pode ser dotado de dois ou mais anéis de vedação, como já é conhecido na técnica.

[0063] Portanto, um pistão pode possuir um anel aberto 1 e um anel fechado 1', ou dois anéis do mesmo tipo (aberto ou fechado).

[0064] Finalmente, com referência às considerações iniciais, deve-se enfatizar que a descrição prévia de pistões e anéis para processos de fundição sob pressão de câmara fria pode, da mesma forma, ser aplicável a outros tipos de processos, não necessariamente envolvendo metais (por exemplo, para materiais plásticos).

[0065] Naturalmente, as formas dos dentes 11, 11' e das sedes 22, 22' podem ser diferentes daquelas mostradas nos desenhos, em que ambos possuem forma quadrilateral.

[0066] Portanto, por exemplo, é concebível utilizar dentes similares a pinos e sedes similares a furos alongados, ou geometrias diferentes. Entretanto, quando forem utilizados anéis abertos (i.e. com um corte), será necessário prover determinada folga no acoplamento entre os dentes e as sedes, de modo a permitir ao anel expandir-se elasticamente, conforme explicado.

[0067] Todas estas variantes estarão ainda dentro do escopo das seguintes reivindicações.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. “ANEL DE VEDAÇÃO” (1; 1'), de pistão de matriz de fundição sob pressão, compreendendo uma frente e uma borda posterior em relação à direção de movimento de avanço do pistão durante o processo de fundição sob pressão, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de dentes (11; 11') projetados radialmente para dentro, localizada na proximidade da borda posterior deste.
2. “ANEL DE VEDAÇÃO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos dentes (11; 11') serem espaçados uniformemente.
3. “ANEL DE VEDAÇÃO”, de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por compreender um corte (10), no qual dois meios-dentes (11a, 11b) são arranjados em lados opostos com o mesmo.
4. “ANEL DE VEDAÇÃO”, de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por ser um anel fechado.
5. “ANEL DE VEDAÇÃO”, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo número de dentes estar no intervalo entre 4 e 10.
6. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, compreendendo uma saia lateral (20) e uma cabeça frontal (21) com referência à direção de movimento de avanço do mesmo, caracterizado por compreender uma pluralidade de sedes (22; 22') arranjadas lateralmente, adaptadas para acoplar com dentes (11; 11') projetando-se de um anel de vedação (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
7. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelas sedes (22; 22') serem arranjadas próximas da base da cabeça (21; 21').
8. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelas sedes (22; 22') serem espaçadas uniformemente.
9. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, de acordo com qualquer das reivindicações 76 a 8, caracterizado por compreender uma superfície de encosto (23; 23') localizada entre as sedes (22; 22') e a extremidade da cabeça

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10. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 9, caracterizado por compreender meios de retenção (25', 26') adaptados para impedir o anel (1') de girar em relação ao pistão (2').
11. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelos meios de retenção compreenderem uma haste (25') passando através da saia (20') do pistão (2').
12. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelos meios de retenção compreenderem uma haste (25') passando através da saia (20') do pistão (2').
13. “PISTÃO DE MATRIZ DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO”, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelos meios de retenção compreenderem um colar elástico (24') arranjado entre o anel (1') e a superfície de encosto (23') na base da cabeça (21').

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