ES2261701T3 - Metodo para colar espuma de metal a baja presion. - Google Patents
Metodo para colar espuma de metal a baja presion.Info
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Abstract
Un método para colar un artículo a partir de espuma de metal, que comprende etapas según la secuencia que sigue: a) proporcionar un baño (32) que contiene dicho metal fundido; b) proporcionar un molde de coquilla (36) que tiene una cavidad (38) de molde de coquilla en comunicación de fluido con dicho baño, de tal modo que el molde de coquilla (36) está situado por encima de dicho baño (32); c) establecer una cierta presión dentro de dicho baño (32), de tal manera que dicha presión sea suficiente para provocar el flujo de dicho metal fundido al interior de dicha cavidad (38) de molde de coquilla; d) hacer pasar burbujas de un gas a través de dicho metal fundido con el fin de formar una espuma de dicho metal fundido; e) hacer que dicha espuma entre en dicha cavidad (38) de molde de coquilla y la llene; f) liberar o relajar la presión dentro de dicho baño (32); g) retirar dicho artículo formado (46) de dicha cavidad (38) de molde de coquilla.
Description
Método para colar espuma de metal a baja
presión.
La presente invención se refiere a un método
para colar artículos a partir de espuma de metal. Más
específicamente, la invención proporciona un método para colar
artículos utilizando un método de baja presión consistente en
introducir espuma de metal en una cavidad de molde de coquilla.
Los procedimientos de colada a baja presión son
comúnmente conocidos en la técnica. Generalmente, éstos
procedimientos implican un aparato que incluye un molde de coquilla
y un baño que contiene un metal fundido, tal como aluminio. El molde
de coquilla y el baño están conectados en comunicación de fluido con
un tubo de subida. En el método conocido, el metal fundido es
forzado a ascender a través del tubo de subida, de tal manera que el
tubo tiene su extremo inferior extendiéndose por debajo del nivel
del metal fundido en el baño y tiene su extremo superior unido a una
abertura existente en la cavidad de molde de coquilla. El metal
fundido se hace ascender mediante la aplicación de una presión de
gas al metal fundido del baño. El metal fundido asciende entonces
por el tubo de subida y pasa al interior de la cavidad de molde de
coquilla, donde el metal se solidifica. La presión de gas se reduce
entonces, lo que permite que el exceso de metal fundido vuelva a
caer hacia abajo por el tubo de subida y pase al interior del baño.
Se permite entonces que el material de colada se enfríe
adicionalmente, después de lo cual la cavidad de molde de coquilla
se abre con el fin de retirar el material de colada de la misma.
Este procedimiento da lugar a un artículo sólido fabricado del
metal. Ejemplos de dicha colada a baja presión se proporcionan en
las Patentes norteamericanas Nos. 4.860.820 y 4.875.518, así como en
la publicación de Solicitud japonesa número 58003769.
En la fabricación de productos tales como
automóviles, etc., existe una alta demanda de componentes que se
han de fabricar a partir de materiales que tienen una elevada
relación entre resistencia y peso. Con el fin de satisfacer esta
demanda, se ha venido haciendo mucho hincapié en encontrar
materiales que tengan un peso considerablemente bajo y que, con
todo, conserven la resistencia estructural requerida. Uno de tales
materiales que se ha propuesto es el metal en espuma, tal como el
aluminio en espuma. Se han propuesto diversos métodos para producir
espuma de metal, tal como en las Patentes norteamericanas Nos.
5.221.324 y 5.622.542. Estos métodos implican generalmente hacer
pasar burbujas de un gas a través de un baño de metal fundido, con
lo que se crea una espuma de metal por encima del baño. La espuma se
extrae entonces del baño y se enfría con el fin de formar una
plancha o placa. La placa se corta o trabaja entonces para formar el
artículo que se desee. El metal fundido incluye normalmente aditivos
tales como un compuesto de matriz metálica (MMC -"metal matrix
composite") y, preferiblemente, otros componentes tales como
partículas refractarias y estabilizadores, etc. con el fin de
garantizar la conservación de la espuma generada por el
procedimiento. Es decir, los aditivos se proporcionan para facilitar
la estabilización de las celdas que comprenden la espuma.
Existe la necesidad de un método para formar un
artículo de espuma de metal mediante el uso de un procedimiento del
tipo de colada.
El documento
DE-C-4.326.982 describe artículos de
colada a partir de una espuma de metal, en los cuales el metal es
transformado en una espuma de metal por medio de un dispositivo de
agitación situado dentro de un tubo que termina en el seno de un
baño de metal y que suministra la espuma de metal desde el tubo al
interior de un molde de coquilla.
La presente invención proporciona un método para
colar un artículo a partir de espuma de metal, que comprende etapas
según la secuencia que sigue:
a) proporcionar un baño que contiene dicho metal
fundido;
b) proporcionar un molde de coquilla que tiene
una cavidad de molde de coquilla en comunicación de fluido con
dicho baño, de tal modo que el molde de coquilla está situado por
encima de dicho baño;
c) establecer una cierta presión dentro de dicho
baño, de tal manera que dicha presión sea suficiente para provocar
el flujo de dicho metal fundido al interior de dicha cavidad de
molde de coquilla;
d) hacer pasar burbujas de un gas a través de
dicho metal fundido con el fin de formar una espuma de dicho metal
fundido;
e) hacer que dicha espuma entre en dicha cavidad
de molde de coquilla y la llene;
f) liberar o relajar la presión dentro de dicho
baño;
g) retirar dicho artículo formado de dicha
cavidad de molde de coquilla.
En las reivindicaciones dependientes se
establecen características preferidas de la invención.
La Figura 1 es un alzado en corte transversal de
un aparato de colada a baja presión de la técnica anterior.
La Figura 2 es un alzado en corte transversal de
un aparato de colada a baja presión que funciona de acuerdo con la
presente invención.
La Figura 3 es un alzado en corte transversal
del aparato de la Figura 2 durante la etapa de espumado o
esponjadura.
La Figura 4 es un alzado en corte transversal
del aparato de la Figura 2, una vez que la cavidad de molde de
coquilla se ha llenado con la espuma de metal.
Como se ha ilustrado en la Figura 1, el aparato
de colada a baja presión de la técnica anterior se indica
generalmente con la referencia 10. El aparato incluye un baño 12 que
contiene un metal fundido 14. El baño 12 está contenido en el
interior de un horno o se calienta de otra manera con el fin de
mantener el metal en el estado fundido. El aparato 10 incluye
también un molde de coquilla 16, que incluye una cavidad 18 de
molde de coquilla. Como se muestra, el molde de coquilla 16 puede
estar compuesto de dos partes o puede haberse construido de
cualquier otra forma conocida, de tal modo que el molde de coquilla
puede ser abierto para retirar el artículo ya formado. El molde de
coquilla 16 y el baño 12 se encuentran conectados en comunicación de
fluido por medio de un tubo 20. Como puede observarse, el extremo
superior del tubo 20 se abre o desemboca dentro de la cavidad 18 de
molde de coquilla, en tanto que el extremo de fondo del tubo 20 se
extiende por debajo del nivel de fluido del metal fundido. El
aparato incluye también una lumbrera 22 para presurizar y ventilar
el baño 12.
Si bien la presente exposición utiliza el
término "metal fundido" a lo largo de la misma, se comprenderá
que dicho término incluye un MMC según se ha descrito en lo
anterior, y cualquier tipo de metal o de aleación metálica. Además,
dicho término incluirá también un metal o aleación fundida que
incluya cualquier variedad de aditivos conocidos, tales como
materiales refractarios, partículas estabilizadoras,
etc.
etc.
En funcionamiento, el baño es presurizado al
hacer pasar un gas al interior del baño a través de una lumbrera 22.
La presurización provoca que el metal fundido 14 ascienda a través
del tubo 20 y pase al interior de la cavidad 18 de molde de
coquilla. Una vez que la cavidad está llena, la lumbrera 22 se abre
para liberar la presión dentro del baño, con lo que provoca que todo
el metal fundido que quede en el tubo vuelva a entrar en el baño. El
metal fundido que entró en la cavidad de molde de coquilla se habrá
enfriado lo suficiente para solidificarse. A continuación, el molde
de coquilla 16 se abre y se retira el artículo que se ha
formado.
La Figura 2 ilustra un aparato de colada,
indicado generalmente con la referencia 30, de acuerdo con una
realización preferida de la invención. Como se muestra, el aparato
30 incluye un baño 32 que contiene metal fundido 34. En la
realización preferida, el metal es aluminio; sin embargo, como se
apreciará por parte de los expertos de la técnica, pueden utilizarse
también otros materiales. El aparato incluye también un molde de
coquilla 36 que tiene una cavidad 38 de molde de coquilla que es de
forma complementaria o conjugada con la forma del artículo que se ha
de producir. La cavidad 38 de molde de coquilla está conectada en
comunicación de fluido con el metal fundido 34 a través de un tubo
39, de la misma manera que se ha descrito anteriormente en relación
con la técnica anterior. Como con el aparato de la técnica anterior,
el aparato 30 de la presente invención incluye también una lumbrera
40 para presurizar y ventilar el baño 32. El aparato incluye
adicionalmente una segunda lumbrera 42 de suministro de gas,
conectada por el fondo del baño 32. En una realización preferida, la
lumbrera 42 de suministro de gas está unida a un tapón poroso 44
situado en el fondo del baño 32. El tapón 44 está diseñado de manera
que permita el paso de gas al interior del baño, pero no permita el
paso de metal fundido a su través. Como se explica adicionalmente
más adelante, el propósito del tapón 44 es permitir que el gas
procedente de una fuente de suministro (no mostrada) pase en
burbujas a través del metal fundido con el fin de provocar con ello
la esponjadura del metal fundido, como se conoce en la técnica.
Como se apreciará, el tapón poroso 44 puede ser
sustituido por cualesquiera otros medios conocidos para introducir
el gas. Por ejemplo, en una realización, el tapón puede ser
reemplazado por un dispositivo propulsor de descarga del gas, como
es conocido en la técnica.
La Figura 3 ilustra el aparato de la Figura 2
durante la primera etapa del procedimiento de colada. En esta
etapa, se hace pasar un gas presurizado al interior del baño 32 a
través de la lumbrera 40. El sentido de la flecha A indica el flujo
del gas al interior del baño 32. La presurización del baño hace que
el metal fundido 34 sea forzado a subir por el tubo 39 y a entrar en
la cavidad 38 de molde de coquilla. La presurización se prosigue
hasta que la cavidad de molde de coquilla se llene con el metal
fundido. Una vez que se ha llenado la cavidad de molde de coquilla
de esta manera, se suministra gas a la lumbrera 42 de suministro de
gas, tal como se muestra por la flecha B. El gas se hace pasar a
través del tapón poroso 44 y forma burbujas que pasan al seno del
metal fundido 34. Debido a la presión que se aplica al baño a través
de la lumbrera 40 y/o debido a su flotabilidad natural, las burbujas
46 ascienden preferiblemente por el tubo 39, como se muestra por la
flecha C. Al alcanzar la cavidad 38 de molde de coquilla, las
burbujas desplazan el metal fundido contenido en ella. Se
comprenderá por las personas expertas en la técnica que la lumbrera
42 de suministro de gas habrá de colocarse, preferiblemente, de tal
manera que garantice que las burbujas 46 generadas entren en el tubo
39 en lugar de en el baño 32. Como se ilustra, uno de los medios
preferidos para garantizar que las burbujas 46 entran en el tubo 39
consiste en colocar la lumbrera 42 de suministro de gas directamente
por debajo de la abertura del tubo 39. En otra realización, la
abertura terminal del tubo 39 puede estar abocardada o presentar
cualquier otra forma similar que garantice que las burbujas 46 son
dirigidas hacia arriba a través del tubo 39.
En una realización preferida, una vez que el
metal fundido llena el interior del molde de coquilla, éste se deja
enfriar durante un cierto periodo de tiempo, antes de introducir el
gas a través de la lumbrera de suministro 42. Dicho enfriamiento del
metal fundido provoca el endurecimiento del metal adyacente a la
superficie interna de la cavidad de molde de coquilla. De esta
forma, una vez que la espuma de metal ocupa la cavidad de molde de
coquilla, se dota al producto final de una superficie externa
relativamente suave, o cáscara. Como se apreciará, esta realización
es deseable en los casos en que sean necesarias dichas
características de superficie externa suave, ya sea por razones
estéticas o mecánicas.
La Figura 4 ilustra la segunda etapa del
procedimiento de colada. Como se muestra, las burbujas 46 se han
desplazado ahora al interior de la cavidad 38 de molde de coquilla,
llenando la misma con una espuma de metal. La espuma se deja
entonces enfriar y solidificar dentro de la cavidad 38 de molde de
coquilla, con lo que adopta la forma de dicha cavidad. Llegados a
este punto, se desconecta o interrumpe el flujo de gas a la lumbrera
42 de suministro de gas, con lo que detiene la generación de
cualquier burbuja adicional y, en consecuencia, se detiene la
formación de espuma metálica adicional. Se abre también la lumbrera
40 con el fin de liberar la presión dentro del baño 32, según se
indica por medio de la flecha D. Semejante normalización de la
presión hace que el nivel del metal fundido dentro del tubo 39 caiga
hasta el nivel del metal dentro del baño 32, por lo que se vacía
generalmente el tubo 39. De forma subsiguiente, se abre el molde de
coquilla 36 y se retira el artículo ya formado. Como se apreciará,
el artículo 46 formado por este procedimiento tendrá la misma forma
tridimensional que la cavidad 38 de molde de coquilla. Se
comprenderá, en consecuencia, que cada artículo que se desee
requerirá un molde de coquilla y una cavidad de molde de coquilla
respectivos.
Como también se comprenderá, el propósito de la
presente invención consiste en llenar la cavidad de molde de
coquilla con una espuma de metal que adopte la forma de la misma. De
acuerdo con ello, las condiciones de temperatura, presión y caudal
de flujo de gas se habrán de escoger para que se genere dicha
espuma. Por otra parte, como se conoce en la técnica, el metal
fundido puede incluir aditivos para estabilizar la espuma generada
por la presente invención, con lo que se garantiza que las burbujas
formadas en el metal fundido no se aplasten.
Como se comprenderá por las personas expertas en
la técnica, cuando el baño 32 está presurizado, el ascenso del
metal fundido 34 al interior de la cavidad 38 de molde de coquilla
conducirá a una reducción del volumen del metal fundido en el baño
32, lo que conducirá, en consecuencia, a una caída en el nivel del
metal. Con el fin de adaptarse a dicha caída en el nivel, el tubo
39 habrá de ser lo suficientemente largo como para que el extremo
inferior o de fondo se mantenga sumergido en el metal fundido 34.
Alternativamente, el volumen del metal fundido 34 habrá de
mantenerse en un valor mínimo, a fin de garantizar que la parte de
fondo del tubo 39 está continuamente sumergida en él.
El aparato que se hace funcionar de acuerdo con
la invención puede incluir también diversas otras modificaciones,
como será evidente para las personas expertas en la técnica. Por
ejemplo, es posible emplear diversos medios para mantener el baño 32
a la temperatura requerida para mantener el metal en el estado
fundido. Como se ha indicado anteriormente, el baño 32 puede estar
situado dentro de un horno. Alternativamente, en otra realización,
el baño 32 puede dotarse de un elemento de calentamiento interno o
externo. El aparato puede incluir también un termopar que se
extiende en el seno del metal fundido, con el fin de supervisar la
temperatura del mismo.
En otra realización, la lumbrera 40 puede
incluir una válvula de una sola vía o anti-retorno y
utilizarse únicamente para el propósito de presurizar el baño. En
tal caso, puede disponerse una lumbrera adicional para ventilar el
baño con el fin de normalizar la presión en su interior.
Claims (6)
1. Un método para colar un artículo a partir de
espuma de metal, que comprende etapas según la secuencia que
sigue:
a) proporcionar un baño (32) que contiene dicho
metal fundido;
b) proporcionar un molde de coquilla (36) que
tiene una cavidad (38) de molde de coquilla en comunicación de
fluido con dicho baño, de tal modo que el molde de coquilla (36)
está situado por encima de dicho baño (32);
c) establecer una cierta presión dentro de dicho
baño (32), de tal manera que dicha presión sea suficiente para
provocar el flujo de dicho metal fundido al interior de dicha
cavidad (38) de molde de coquilla;
d) hacer pasar burbujas de un gas a través de
dicho metal fundido con el fin de formar una espuma de dicho metal
fundido;
e) hacer que dicha espuma entre en dicha cavidad
(38) de molde de coquilla y la llene;
f) liberar o relajar la presión dentro de dicho
baño (32);
g) retirar dicho artículo formado (46) de dicha
cavidad (38) de molde de coquilla.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual dicho procedimiento provoca que el metal fundido llene
la cavidad (38) de molde de coquilla antes de introducir dicho
gas.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2,
en el cual el metal fundido existente dentro de la cavidad (38) de
molde de coquilla se enfría parcialmente antes de la etapa (d).
4. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual, en la etapa (e), dicha espuma desplaza el metal fundido
dentro de dicha cavidad (38) de molde de coquilla.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual, en la etapa (e), dicha espuma es conducida al interior
de dicha cavidad (38) de molde de coquilla a través de un conducto
(39).
6. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual, antes de la etapa (f), la espuma contenida en dicha
cavidad (38) de molde de coquilla es enfriada hasta un estado
endurecido.
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