ES2291961T3 - Forja de artefactos metalicos. - Google Patents

Abstract

Un proceso para forzar un artefacto metálico haciendo una carga de metal fundido con un precursor de la misma, cargando una cantidad suficiente de la carga fundida en una matriz o molde para hacer un solo artefacto metálico y haciendo o permitiendo que la carga se solidifique en la matriz o molde para formar el artefacto, incluyendo el paso de elegir una cantidad de carga fundida que iguale la capacidad de la matriz o molde, de manera que la carga de la matriz o molde consuma esencialmente toda la carga fundida, caracterizándose el proceso porque, en combinación, el cargamento de la matriz o molde se hace desde un cilindro o tubo hueco mediante un mecanismo de pistones telescópicos que elevan el cilindro o tubo y lo ponen en contacto con la matriz o molde y en comunicación con una abertura de carga de la matriz o molde, y un pistón central del dispositivo de pistones entra en el cilindro o tubo deslizándose hacia arriba y lo obtura mientras se carga, en tanto que los pistones periféricos del dispositivo de pistones, que rodea el pistón central empuja el cilindro o tubo hacia arriba para que haga contacto y obture la matriz o molde alrededor de la abertura de carga de la matriz o molde.

Description

Forja de artefactos metálicos.

Esta invención trata del forjado de un artefacto metálico. Más particularmente, la invención se ocupa del forjado de un artefacto de metal y de un aparato o instalación para forjar un artefacto metálico, teniendo el proceso y el aparato o instalación utilidad especial para forjar artefactos de metal ligero. El término metal ligero en este contexto engloba tanto los metales ligeros como aleaciones de los mismos, en las que los metales ligeros representan la proporción mayor de más del 50% de la masa los mismos, y siendo metales ligeros aquellos cuya densidad es menor de 2,7 g/cm^{3}. Los metales ligeros suelen tener un punto de fusión de 660ºC o menos.

Con arreglo a un primer aspecto de la invención, se presenta un proceso para forjar un artefacto metálico, haciendo una carga de metal fundido con un precursor del mismo, cargando una matriz o molde con la carga fundida para llenar la matriz o molde lo necesario para moldear un solo artefacto metálico y haciendo o permitiendo que la carga se solidifique en la matriz o molde para formar el artefacto, incluyendo el proceso el paso de elegir el tamaño de la carga fundida que iguale la capacidad del molde o matriz de manera que la carga de la matriz o molde constituya esencialmente el total de la carga fundida, haciéndose la carga de la matriz o molde desde un cilindro o tubo por medio de un dispositivo de pistones de forma telescópica que elevan el cilindro o tubo haciendo contacto con la matriz o molde y lo ponga en comunicación con una abertura de carga de la matriz o molde, y un pistón central del dispositivo de pistones que entra en el cilindro o tubo y se desliza hacia arriba haciendo un cierre estanco con el mismo durante la carga, en tanto que los pistones periféricos del dispositivo de pistones que rodean el pistón central, empujan el cilindro o tubo hacia arriba haciendo un cierre estanco con la matriz o molde alrededor de la abertura de carga de la matriz o molde.

Aunque el proceso podría incluir el paso de formar la carga fundida con una o más menas metálicas, fundentes, elementos aleables y otros, es preferible que la carga fundida hecha con el precursor de la misma, sea un tocho o lingote de metal o partículas metálicas compactadas, como limaduras, granalla, etc. Entonces el proceso incluiría el paso previo de moldear un tocho o lingote del metal, o compactar previamente las partículas, limaduras o granalla de metal.

El proceso incluye un dispositivo calefactor del metal de la carga fundida, después de hacer la carga fundida, para elevar la temperatura de la carga fundida, antes de llenar la matriz o molde, con la carga fundida a la temperatura que ha sido elevada. El paso de llenar la matriz o molde con la carga fundida puede ser a un ritmo determinado. Es preferible llenar la matriz o molde a presión, p. ej. moldeado por inyección. En particular, y preferiblemente, el llenado de la matriz o molde con la carga fundida se hará a presión intermedia, que es bien lo que se llama en la técnica moldeo por inyección a baja presión y no lo que se conoce en la técnica como moldeado a gran presión. Más en particular, la carga se realiza mediante moldeo por inyección a una presión intermedia del orden de 50 kPa a 30 kPa. Se observará que se puede realizar la experimentación habitual para determinar la presión intermedia óptima conveniente a la que se debe llenar la matriz o molde con la carga fundida.

El proceso puede incluir el paso de purgar el ambiente en el que se forme la carga fundida con un gas de purga, antes de formar la carga fundida. En vez de eso, o adicionalmente, se puede efectuar la purga durante la formación de la carga fundida. Preferiblemente, la purga se llevará a cabo antes y durante la formación de la carga fundida. El gas purgante será un gas inerte y puede ser un gas noble elegido del grupo consistente en SF_{6}, CO_{2} y mezclas de los mismos. En particular, el proceso podría incluir el paso de purgado del ambiente en el que se forma la carga fundida con un gas purgante activo elegido del grupo que consiste en mezclas de SF_{6}, CO_{2}, preferiblemente de mezclas de SF_{6}/CO_{2} que contengan de 0,1 a 0,3% al volumen de SF_{6} antes y durante la formación de la carga fundida. También puede incluir el proceso, al comienzo de la formación de la carga fundida, el paso de obturar la carga fundida en su sitio, pasando un gas pasivo o inerte elegido del grupo consistente en argón, helio, neón y mezclas de los mismos, preferiblemente argón, a través de la carga fundida y en contacto con la misma, para crear estanqueidad con una parte del metal ligero solidificado de la carga fundida.

El proceso puede incluir la elección de un metal ligero del grupo formado por aluminio, magnesio, litio, cinc y aleaciones de los mismos. Por aleaciones de metales ligeros, como se indica arriba, se entiende las aleaciones en las que uno o más de los metales ligeros forman la mayor proporción de más del 50% de la masa de la misma.

Se espera que el proceso sea útil, en particular para el forjado de productos de metal ligero o aleación de metales ligeros, elegidos del grupo formado por llantas de rueda de aleación de magnesio o de aluminio, carcasas de la caja de cambios de automóviles, alojamientos del sistema de dirección, piezas auxiliares de los frenos, y partes o componentes de motores de automóvil, marinos o de aviación. Normalmente el proceso se aplicará a la forja de llantas de rueda de aleación de magnesio y aluminio, de modo que el artefacto forjado tenga la forma de llanta de rueda de metal ligero de un vehículo de motor.

Se espera que el proceso sea útil en la forja de artefactos cuya sección tenga un espesor del orden de 1,5 a 30 mm, generalmente de 2 a 27 mm, con una masa respectiva de 0,25 a 20 Kg., generalmente de 0,5 a 20 Kg. Así, el forjado, en particular, puede ser de un artefacto metálico en el que la parte del artefacto solidificada más alejada de la superficie del mismo, esté separada de la parte más cercana a la superficie del artefacto a una distancia de 0,75 a 15 mm, teniendo el artefacto una masa de 0,25 a 30 Kg.

El proceso puede aplicarse con cualquier tipo de molde, p. ej. un molde o matriz desechable, tal como una matriz o molde de arena o una matriz o molde reutilizable, como una matriz o molde de metal. En particular, el proceso con arreglo a la invención presente es especialmente apto para una matriz o molde que forme un molde o matriz reutilizable. Preferiblemente la matriz o molde metálico será una matriz o molde de acero.

El proceso puede incluir la formación de la carga fundida mediante el caldeo por inducción del precursor, de modo que el calentamiento por inducción produzca en la carga fundida un perfil de temperatura que, por ejemplo, asegure que la parte de la carga fundida que entre primero en la matriz o molde esté más caliente que la que entra en la matriz o molde después. Sin embargo, en principio, se puede alcanzar cualquier temperatura que se desee.

Con arreglo a otro aspecto de la invención, se ofrece un aparato o instalación para forjar un artefacto metálico en una matriz o molde, compuesto el aparato o instalación de forja una matriz o molde y un aparato fundidor que incluye un recipiente que contiene el precursor de la carga de metal fundido, un dispositivo calefactor para caldear el precursor en el recipiente para formar una carga de metal fundido, y un mecanismo para pasar una carga de metal fundido a la matriz o molde, teniendo tanto el recipiente y la matriz o molde la misma capacidad de manera que la cantidad de carga para llenar la matriz o molde desde el recipiente sea suficiente para moldear un solo artefacto metálico y consuma esencialmente toda la carga de metal fundido que hay en el recipiente y el recipiente quede vacío. El recipiente es un cilindro o tubo hueco, siendo el mecanismo que hace pasar el metal fundido un pistón telescópico para elevar el cilindro o tubo, ponerlo en contacto con la matriz o molde y en comunicación con la abertura de carga de la matriz o molde, teniendo el dispositivo de pistones un pistón central que penetra en el cilindro o tubo, se mueve hacia arriba dentro del mismo y lo obtura; el dispositivo de pistones tiene unos pistón periféricos que rodean el pistón central para empujar hacia arriba al cilindro o tubo y ponerlo en contacto estanco con la matriz o molde alrededor de la abertura de carga de la matriz o molde.

El dispositivo calefactor puede ir montado en el mecanismo que traslada el metal fundido. El aparato de fundir puede moverse recíprocamente con la matriz o molde, entre una posición de carga, en la que se produce la carga del aparato de fundir, y una posición de llenado, en la que se efectúa el paso de la carga fundida desde el aparato de fundir a la matriz o molde.

El aparato o instalación puede comprender un suministro de gas inerte al recipiente para permitir que la formación de la carga fundida se haga en una atmósfera inerte.

El recipiente puede tener el interior cilíndrico hueco con forma de, p. ej. de un cilindro o tubo. El recipiente puede ser reutilizable. O al contrario y preferiblemente, el recipiente es desechable, o de un solo uso, para tirarlo después. En el caso de que el recipiente sea desechable, se observará que reduce la contaminación de una aleación metálica con otra, especialmente en los casos en que el aparato o instalación trabaje sucesivamente forjando artefactos de distintos metales o aleaciones.

Más particularmente, el dispositivo para pasar la carga fundida puede ser un dispositivo de pistón telescópico de varias fases que eleve el recipiente para que se cierre contra una matriz o molde antes de llenar la matriz o molde con la carga fundida del recipiente. En una versión particular de la invención, en la que el mecanismo de paso comprende un dispositivo de pistón multifase, el recipiente es dicho cilindro hueco, estando el cilindro sostenido en el mecanismo de paso con su interior hueco a una posición más o menos vertical, de manera que el pistón central del dispositivo multifase pueda moverse hacia arriba dentro del cilindro y al hacerlo quede más o menos en contacto estanco con el mismo, para permitir que la carga fundida del cilindro sea empujada hacia arriba y salga del cilindro al moverse hacia arriba el pistón central, para pasar la carga fundida a una matriz o molde, habiendo unos pistones periféricos alrededor del pistón central que se eleva y empuja el cilindro hacia arriba de modo que su extremo superior se cierre con la cara inferior de la matriz o molde alrededor de la abertura de carga de la matriz o molde, haciéndola estanca.

En particular, el pistón central puede tener una cabeza dotada de una cara obturadora para hacer contacto y obturar la periferia de la abertura de carga de la matriz o molde, preferiblemente cuando toda la carga fundida hada pasado del cilindro a la matriz o molde. Así, en servicio, el paso de hacer o permitir que se solidifique la carga fundida en la matriz o molde para moldear el artefacto tendrá lugar normalmente mientras la cabeza del pistón está obturando la periferia de la abertura.

El aparato o instalación de forjar puede ser esencialmente de construcción fija, construido in situ, en una fábrica de producción para forjar artefactos de metal ligero, en cuyo caso se considerará como una instalación, en vez de un aparato, usualmente, no se espera que sea de construcción fija, sino movible desde dicha fábrica productora a otra, y en tal caso se considerará un aparato.

El aparato de fundir puede estar provisto de ruedas que corran por carriles que forman parte del aparato o instalación de forja, siendo las ruedas para realizar el movimiento recíproco del aparato fundidor entre la posición de carga, donde tiene lugar la carga del recipiente con un precursor de la carga fundida, y la posición de llenado, en la que el aparato fundidor está alineado con la abertura de carga de la matriz o molde, para permitir que el recipiente sea elevado, haciendo contacto y obturando la matriz o molde y poniéndose en comunicación con el mismo, para permitir que la carga fundida formada al fundir el precursor en el recipiente, pase desde el recipiente a la matriz o molde, llenando así la matriz o molde con la carga fundida.

Se observará que, tengan o no el recipiente y la matriz o molde la misma capacidad, como se ha dicho antes, la invención contempla un aparato o instalación para forjar un artefacto en una matriz o molde y un aparato de fundir dotado de un recipiente para contener un precursor de una carga de metal fundido, un dispositivo calefactor para caldear el precursor en el recipiente y formar una carga de metal fundido, y un mecanismo para trasladar una carga de metal fundido desde el recipiente a la matriz o molde, estando montado el dispositivo calefactor en el mecanismo de traslado del metal.

Un sub-elemento importante de esta combinación es un aparato fundidor que tiene un recipiente para contener un precursor de una carga de metal fundido, un dispositivo calefactor para calentar el precursor del recipiente y formar una carga de metal fundido y un mecanismo para trasladar la carga fundida desde el recipiente a la matriz o molde, estando montados el recipiente y el dispositivo calefactor en el mecanismo de traslado.

Igualmente, se observará que, tanto si el recipiente y la matriz o molde tienen o no la misma capacidad, como se ha dicho antes, la invención contempla un aparato o instalación para forjar un artefacto metálico en una matriz o molde, incluyendo dicho aparato o instalación, en combinación, una matriz o molde y un aparato de fundir, que tiene un recipiente para contener un precursor de la carga de metal fundido, un dispositivo calefactor para calentar el precursor del recipiente y formar una carga de metal fundido y un mecanismo para pasar la carga de metal fundido desde el recipiente a la matriz o molde, siendo el aparato de fundir movible recíprocamente entre una posición de carga, donde tiene lugar la carga del aparato de fundir, a una posición de llenado, donde se pasa la carga fundida desde el aparato de fundir a la matriz o molde.

A su vez, un subelemento importante de esta combinación es un recipiente para contener un precursor de una carga de metal fundido, un dispositivo calefactor para calentar el precursor del recipiente y formar una carga de metal fundido y un mecanismo que traslada la carga de metal fundido a la matriz o molde, siendo movible recíprocamente el aparato de fundir entre una posición de carga, donde tiene lugar la carga del aparato fundidor y una posición de llenado, en la que se produce el paso de la carga fundida desde el aparato fundidor a la matriz o molde.

Se hace destacar, como se ha indicado antes, que un aspecto importante de la invención presente es que la capacidad del recipiente no es mayor, sino aproximadamente igual a la carga fundida necesaria para llenar la matriz o molde y producir un solo artefacto. Lo que significa que, cada vez que se carga la matriz o molde con una carga fundida del aparato de fundir para moldear un solo artefacto, se vacía el recipiente del aparato o instalación de fundir.

El dispositivo de matriz o molde puede comprender una matriz o molde reutilizable, y en particular la matriz o molde reutilizable puede ser una matriz o molde de metal, preferiblemente, una matriz o molde de acero. En particular, la matriz o molde reutilizable puede ser de varias partes o segmentos.

El dispositivo de la matriz o molde puede comprender un dispositivo para caldear la matriz o molde a la temperatura de forjado. El dispositivo calefactor puede ser de calentamiento por inducción, consistente en una o más bobinas de inducción.

En cada caso en los que el aparato fundidor, por una parte, y el dispositivo de matriz o molde, por la otra parte, contienen una o más bobinas de calentamiento por inducción, las bobinas calefactoras están conectadas eléctricamente a un suministro de energía eléctrica de las mismas. En particular, la matriz o molde puede estar provista de un dispositivo calefactor con varias bobinas de inducción, dos por lo menos, que funcionan independientemente para dar a la superficie interior del molde o matriz el perfil de temperatura deseado.

La invención hace posible disponer de un equipo de forja que disponga de dos o más aparatos o instalaciones de forja, estando la instalación dotada de dos o más aparatos de fundir, como se define antes, para fundir cargas de metal, incluyendo el equipo de forjar el mismo número de dispositivos de matriz o molde en los que se efectúa el forjado de lo artefactos, compartiendo los aparatos fundidores un suministro común de energía de caldeo para forjar los artefactos en ciclos separados que están desfasados lo necesario para poder compartir dicha energía, permitiendo al mismo tiempo que el suministro de energía calefactora común no sea mucho mayor, si acaso, que el que necesitaría respectivamente un solo aparato de fundir o un solo aparato o instalación de forjar.

La organización del equipo es particularmente apta para el caso en que cada dispositivo calefactor sea de calentamiento por inducción, siendo los suministros de energía de calefacción de energía eléctrica.

Durante el trabajo de la instalación de forja como se define antes, el proceso de la invención presente puede hacerse con uno de los suministros compartidos de energía en sucesión para hacer cargas fundidas en los recipientes respectivos del aparato de fundir, mientras el otro suministro compartido de energía facilita sucesivamente calor al dispositivo de matriz o molde respectivo en ciclos de forjado desfasados.

Ahora se describirá la invención a modo de ejemplo no limitativo con referencia a las figuras diagramáticos adjuntas, en las que:

La figura 1 muestra un alzado lateral esquemático despiezado de los diversos componentes de un aparato de fundir con arreglo a la invención, para hacer una carga de metal ligero fundido, con arreglo al proceso de esta invención;

la figura 2 es una vista tridimensional de un aparato o instalación de forja con arreglo a la invención, para forjar artefactos de metal ligero con arreglo al método de la invención;

la figura 3 es una vista tridimensional de una instalación de forja provista de dos aparatos o instalaciones para forjar como en la figura 2, con arreglo a la invención, para forjar artefactos metálicos según el método de la invención;

la figura 4 muestra una serie de alzados laterales esquemáticos simplificados del aparato o instalación de forjar de la figura 2, ilustrando el método para forjar un artefacto de metal ligero con forma de llanta de rueda de aleación de magnesio, mediante el aparato o instalación de forja de la figura 2; y

la figura 5 es otra serie de alzados laterales esquemáticos simplificados del aparato o instalación de la figura 2, que ilustran también el método para forjar un artefacto de metal ligero con forma de la llanta de rueda de aleación de magnesio ilustrada en la figura 4.

Refiriéndonos primero a la figura 1, el número de referencia 10 designa en general un aparato de fundir para hacer una carga de metal ligero fundido con arreglo a la invención.

El aparato de fundir comprende un recipiente 12 en forma de cilindro o tubo hueco para contener una carga fundida de metal ligero, y además para facilitar el caldeo del precursor de la carga de metal ligero, un dispositivo de caldeo por inducción 16 provisto de una bobina de inducción 18 para caldear el contenido del cilindro o tubo 14 y formar una carga fundida y un mecanismo para trasladar la carga fundida desde el cilindro o tubo 14 a la matriz o molde (omitido en la figura 1 pero ver las figuras de 3 a 5) en el que se forja el artefacto.

El aparato de fundir 10 también tiene un suministro de gas inerte 22 para alimentar gas argón al interior del cilindro o tubo 14 de modo que la fundición de la carga de metal ligero ocurra en una atmósfera esencialmente inerte, y también para enfriar el extremo inferior o base del cilindro o tubo 14 para formar una obturación secundaria del mismo como se describe más adelante.

El cilindro o tubo 14 es reutilizable. El cilindro o manga 14 está hecho de acero dulce o de poco contenido de carbono. En otras versiones, el cilindro o tubo 14 está hecho opcionalmente de hierro colado o acero inoxidable.

La bobina de inducción 18, en servicio, va montada en el mecanismo que traslada el metal 20, estando la bobina 18 conectada al barrilete 62 y rodeando al cilindro o tubo 14 para caldear el contenido del mismo.

El mecanismo de traslado 20 comprende un dispositivo de pistones multifase que se mueven telecóspicamente 24, destinado a elevar el cilindro o tubo 14 y que se cierre con la cara periférica de un orificio de carga que mira hacia debajo de la matriz o molde, antes de llenar la matriz o molde con la carga fundida del cilindro o tubo 14. El dispositivo de pistones multifase incorpora un pistón central que comprende tres barras de pistón telescópicas 26, 27, 28 teniendo la barra central 28 una cabeza 30 dotada de una superficie cónica 31 para obturar la periferia de una abertura del cilindro o tubo 14 al que se ha pasado desde el cilindro o tubo 14 al interior de dicha matriz o molde. El dispositivo de pistones multifase 24 incluye un mando de velocidad y fuerza variable para dirigir el movimiento del mismo y también para mandar la fuerza ascendente que ejerce la cabeza del pistón 30 sobre la carga fundida dentro del cilindro o molde 14 y en la matriz o molde, cuando la cabeza del pistón hace contacto con la periferia de la abertura de carga de la matriz o molde.

De este modo, cuando el cilindro o tubo 14 está trabajando, está sostenido en el dispositivo de traslado 20 de manera que el dispositivo de pistones multifase 24 se mueve deslizándose dentro del cilindro o tubo 14 y haciendo suficiente estanqueidad con el mismo que permite empujar hacia arriba y fuera del cilindro o tubo 14 por el movimiento ascendente de las barras de los pistones 26, 27, 28, para llevar e inyectar la carga fundida en la matriz o molde.

El mecanismo de traslado también tiene una serie de barriletes concéntricos de 32, 24, 35, 36 y 37 de distintos diámetros. Los barriletes 32, 34, 35, 36 y 37 se desplazan verticalmente en telescopio respecto uno al otro y se agrupan uno dentro del otro.

El barrilete 32 es el de más abajo y tiene ruedas 38 que corren sobre carriles que forman parte de la instalación de forja de las figuras de 3 a 5 para moverse recíprocamente con el aparato de fundir 10 entre una posición de carga, donde se produce la carga del cilindro o tubo 14 con un precursor de la carga fundida, y una posición de llenado en la que el aparato fundidor queda alineado con la abertura de carga de la matriz o molde para permitir que la carga fundida hecha por la fundición del precursor en el cilindro o tubo 14 pase de allí a dicho molde o matriz 14, llenándolo normalmente con la carga fundida. El barrilete 37 es el de más arriba y tiene una cara de apoyo circunferencial que sale hacia arriba, con una ranura (omitida) para obturar el extremo inferior del cilindro o tubo 14. El barrilete 35, a su vez, tiene una cara anular que sale hacia arriba en la que se sostiene la bobina de inducción 18 cuando se sitúa sobre el cilindro o tubo 14 rodeándolo.

Además de la estanqueidad creada por la ranura del barrilete 37, el gas argón que envía el suministro de gas argón 22 causa el enfriamiento de la parte baja del cilindro o tubo 14 al empezar a fundirse el precursor de la carga fundida, permitiendo que una parte de la carga fundida formada se solidifique en una zona entre el dispositivo de pistones 24 y el barrilete superior 37, y el extremo inferior del cilindro o tubo 14, creando así una obturación secundaria que se forma al solidificarse el metal ligero de la carga fundida.

Refiriéndonos ahora a la figura 2, el número de referencia 50 designa en general un aparato o instalación de forja para forjar artefactos de metal ligero, con arreglo a la invención. Las demás partes se designan con los mismos números de referencia de la figura 1, a menos que se indique otra cosa.

El aparato o instalación de forja 50 comprende un aparato de fundir 10 como el que se ha descrito antes y un dispositivo de matriz o molde 52 que comprende una matriz o molde 54 y un dispositivo calefactor 56.

La matriz o molde 54 es reutilizable compuesto por varias partes o segmentos de acero, y consiste en una parte superior 58 a la que el artefacto solidificado queda pegado, pero separable al final del proceso de forjado, una parte de fondo o cara 60 que tiene en el centro una abertura de carga para llenar por abajo la matriz o molde 54, y un anillo segmentado de cuatro partes laterales 64, con sus correspondientes pistones 68, dando las partes laterales 64 el carácter segmentado, a la matriz o molde 54. La matriz o molde tiene funcionamiento hidráulico para los pistones 66 de las partes laterales 64, y para la elevación de la parte superior 58 y el metal ligero fundido (omitido) que esté unido a la misma, separándolos de las demás partes. El aparato o instalación de forja 50 tiene también un mando hidráulico 67 de la matriz o molde y un mando hidráulico del aparato o instalación de fundir 69.

La parte superior 58 está unida a un medio desmoldante (omitido) para separar de ella el artefacto al término del proceso de forjado.

El dispositivo calefactor 58 comprende seis bobinas de inducción que forman respectivamente bobinas de inducción, que funcionan con independencia entre sí, para obtener el perfil de temperatura deseado en la matriz o molde 54. El aparato o instalación de forja 50 también dispone de una unidad central del proceso (CPU) 70 que dirige el funcionamiento del dispositivo calefactor 56 para obtener el perfil deseado de temperatura y también para enviar información al mando sobre los suministros de energía respectivos 82 y 84 (ver la figura 3).

El aparato o instalación de forja 50 también está dotado de carriles (omitidos) sobre los que corren las ruedas 38 del mecanismo que traslada el metal 20 que forman parte del aparato o instalación de fundir 10. Así, el aparato de fundir 10 se mueve recíprocamente respecto al dispositivo de matriz 52 entre una posición de carga (como se ve en la figura 2), donde se efectúa la carga del aparato fundidor 10 con el precursor de la carga fundida, y una posición de llenado (ver las figuras 4 y 5) en la que la carga fundida se pasa del aparato de fundir 10 a la matriz 54 del dispositivo de matriz o molde 52.

Refiriéndonos ahora a la figura 3, el número de referencia 80 designa en general a un equipo de forjar con arreglo a la invención. El equipo de forjar 80 consta de dos aparatos o instalaciones de forja 50, cada uno dotado de un aparato fundidor 10 para fundir por inducción una carga de metal ligero, y un dispositivo de matriz o molde 52 en el que se realiza el forjado del artefacto. El equipo de forja 80 también incluye un suministro de energía 82 para fundir con caldeo por inducción, p. ej. de 100 Kw., para alimentar energía por separado al dispositivo de matriz o molde 52, una torre de refrigeración (omitida) que proporciona fluido de enfriamiento, y un mando del suministro de gas que alimenta gases de purga a los aparatos de fundir, así como al dispositivo de matriz o molde 52.

Se observará que la instalación de forja 80 permite forjar simultáneamente dos artefactos en ciclos de forja desfasados, compartiendo los aparatos fundidores 10 un suministro común de energía de caldeo por inducción 82 y compartiendo el dispositivo de matriz o molde 52 un suministro común de energía calefactora por inducción 84. El forjado de los artefactos se efectúa entonces en sus respectivos ciclos de forja, que están suficientemente desfasados para que se pueda compartir dicho suministro. Así se observará que la instalación de forja se puede explotar de manera casi continua, ya que los aparatos o instalaciones de forja 50 pueden trabajar alternamente, teniendo uno su aparato de fundir 10 en posición de llenado y forjando, mientras el otro tiene el aparato o instalación de fundir 10 en posición de cara y está siendo cargado con un precursor del metal ligero, y preparándose para moverse recíprocamente a la posición de llenado tan pronto como termine el proceso de forja en el otro aparato o instalación de forjar.

Refiriéndonos ahora a las figuras 4 y 5, ilustran el funcionamiento del aparato o instalación de forjar antes descrito con referencia al forjado de un artefacto de metal ligero con forma de una llanta de rueda de aleación de magnesio 90, a partir de un precursor en forma de un tocho o lingote 92 ya hecho de aleación de magnesio-aluminio-cinc llamada en la técnica AZ91. El tocho o lingote 92 se coloca en el dispositivo de pistones 24 con el aparato de fundir 10 respectivo en posición de carga. Rl cilindro o tubo 14 se pone sobre el tocho o lingote 92 de manera que el extremo de abajo del cilindro o tubo 14 toque y obture dicha ranura del barrilete de más arriba 37 del mecanismo de traslado del metal 20. y así, al poner el cilindro o tubo 14 y el tocho o lingote 92 en su posición se hace que los rodee la bobina 18.

El dispositivo de matriz 52 se prepara para forjar bajando la parte superior 58 de forma que se pose sobre la parte de fondo o cara 60. Luego los pistones 66 ponen en posición los segmentos del anillo lateral 54, cerrando la matriz. Se alimenta a la matriz o molde 54 el gas de purga, que es una mezcla fundente de gas SF_{6}/CO_{2}, con 2% al volumen de SF_{6}, y la matriz o molde se calienta mediante la bobina de inducción 64, con la energía eléctrica alimentada por el suministro de energía calefactora 84, a una frecuencia elegida previamente, hasta que la matriz o molde 54 llega a la temperatura de trabajo necesaria y tiene el perfil de temperatura deseado. El ritmo del caldeo se puede modificar cambiando la cantidad de energía del suministro 84 y/o variando la frecuencia de la misma; a mayor frecuencia el ritmo de calentamiento es mayor; y se pueden accionar selectivamente las vueltas de la bobina 84 para variar la entrada de energía a la misma para conseguir dicho perfil de temperatura.

El aparato de fundir 10 es movido recíprocamente con la ayuda de las ruedas 38 sobre los carriles (omitidos) del aparato o instalación de forja 50, desde la posición de carga, donde se efectúa la carga el cilindro o tubo 14 con el tocho o lingote precursor de aleación AZ91, a la posición de llenado, en la que el aparato o instalación de forjar 10 está alineado con la abertura de carga 62 de la pieza de fondo o cara 60 de la matriz o molde 54. El cilindro o tubo 14 queda obturado por la superficie de la parte inferior o cara 60 al levantarse hidráulicamente el barrilete 37, que también obtura el cilindro o tubo 14 contra el barrilete 37. La atmósfera del cilindro o tubo 14 es purgada con el gas de purga SF_{6}/CO_{2}. El tocho o lingote 92 se funde en la atmósfera purgada introducida en el cilindro o tubo 14 por el suministro de gas 22, hasta que se produce una carga fundida de aleación AZ91. Luego se pasa argón para crear una atmósfera refrigerante que enfría la carga fundida en la zona inferior del cilindro o tubo 14 para formar una obturación secundaria en forma de una parte o rebaba semisólida o medio solidificada del metal ligero (omitido).

Una vez alcanzada la temperatura de trabajo y el perfil de temperatura deseado en la matriz o molde 54 y se ha cerrado a presión la matriz o molde 54 con la ayuda de los pistones 68 mediante el mando hidráulico 67, se corta el paso de gas al cilindro o molde 14 y la carga fundida se traslada bajo presión desde el cilindro o tubo 14 a la matriz o molde 54 por medio del dispositivo de pistones 24, con lo que se llena la matriz o molde con la carga fundida. Antes y durante la inyección de la carga fundida en la matriz o molde 54, se purga la matriz o molde 54 con el antes citado gas purgante y fundente SF_{6}/CO_{2} mediante la unidad de mando del suministro de gas 88, cuyo gas también protege la superficie de la carga fundida, tanto en el tubo 14 como cuando entra en la matriz o molde 54. La cabeza del pistón 30 también se cierra contra la periferia de la abertura de carga 62 y la obtura entrando parcialmente en la abertura de carga 62 para aumentar la presión sobre la carga fundida dentro de la matriz o molde 54. Se permite que la matriz o molde 54 se enfríe y el aparato o instalación de fundir se desengancha de la matriz o molde 54. Entonces el aparato de fundir 10 vuelve recíprocamente a la posición de carga.

A continuación se abre la matriz o molde 54 el separarse hidráulicamente unas de otras las partes segmentadas laterales del anillo, con la ayuda de los pistones 66 y el mando 67 levanta la parte superior con la llanta de rueda 90 solidificada unida a la misma. Luego se despega la llanta de rueda 90 y se separa de la parte superior 58 por las barras dirigidas hacia abajo del medio de desmolde (omitido) que empujan la llanta de rueda 90 hacia abajo mientras se levanta la parte superior 58.

El dispositivo de pistones 24 desciende y entonces los barriletes del mecanismo 20 se retraen liberando el cilindro o tubo 14 y la parte solidificada o rebaba (omitida) de la carga fundida que formaba la obturación secundaria del cilindro o tubo 14. Se quita el cilindro o tubo 14 y se pone uno nuevo para forjar otra llanta de rueda 90, haciendo posible forjar artefactos uno tras otro de manera casi ininterrumpida a partir de tochos o lingotes de aleaciones de distinta composición, sin que tarde más que forjarlas con la misma aleación, con el mismo ciclo de forjado, pero, naturalmente, con temperaturas y perfiles de temperatura distintos, si fuera apropiado. Una versión de la invención, el aparato o instalación para forjar 10 permite la forja de llantas de rueda hechas con las siguientes aleaciones, una tras otra y sin riesgo de contaminación: AM80B (aleación de aluminio-magnesio-manganeso), AZ91 (aleación de magnesio-aluminio-manganeso y cinc) y Galsi7 (aleación de aluminio-sílice).

Una ventaja de la invención presente es que el tamaño del precursor de la carga fundida, p. ej. el tocho o lingote 92, iguala el volumen de la carga de metal fundido necesario para cargar o llenar la matriz o molde 54 y producir un solo artefacto, p. ej. una sola llanta de rueda. De este modo se reduce el desperdicio de metal, si no se elimina, en comparación con la forja de artefactos de metal ligero, o llantas de rueda, con los procesos conocidos generalmente en el sector, en los que se funde considerablemente más metal ligero del necesario para una llanta de
rueda.

Otra ventaja de la presente invención es que el aparato de fundir 10, así como el aparato o instalación de forjar 50 no tienen que ser necesariamente de construcción fija, sino que pueden trasladarse con facilidad de un centro de producción a otro; así, el aparato o instalación de forja puede montarse económicamente cerca del usuario final, ahorrando así los gastos de transporte y similares.

Otra ventaja más de la invención es que el aparato o instalación de forjar 50 no ocupa mucho espacio para montarlo. Por ejemplo, el aparato o instalación para forjar 50 que se ha descrito antes, necesita alrededor de 23 m^{2} de suelo. Este proceso ofrece otras ventajas de costes, tales como el hecho de que sólo hay que suministrar energía al aparato o instalación de forja 50 inmediatamente antes de forjar y se puede apagar al acabar el forjado de un solo artefacto sin que pierda eficiencia. En el caso de que ocurra un apagón durante el proceso de forjado por el método y con el aparato o instalación 50 de la presente invención, se hace notar que las pérdidas no tienen que ser mayores que la de la carga fundida del cilindro o tubo 14, consistente en un solo tocho o lingote 92, comparado con una fundición típica, cuyo proceso es continuo y hay que fundir grandes cantidades de metal en un momento dado, y todo se solidifica si se produce un apagón. En efecto, las pérdidas, en principio, se pueden evitar totalmente, mediante la simple refundición del contenido del cilindro o tubo 14, cuando se restaura el suministro de energía.

Aun otra ventaja más del proceso de la presente invención está en que no exige un rodaje previo para ponerlo en las condiciones óptimas de trabajo. Los precursores de metal ligero, tales como los tochos o lingotes 92 se hacen con la composición y la metalografía debida. Así, los tochos o lingotes 92 pueden ser artículos de almacén. Se observará que las llantas de rueda 90 producidas con tochos o lingotes normalizados, exhiben una metalografía similar y de ahí las mismas propiedades, lo que facilita el control de calidad. El hecho de que el proceso no necesite un ciclo o ciclos de rodaje significa que un número determinado de tochos o lingotes 92 debe producir un número igual de llantas de rueda 90, salvo que se produzca un apagón.

Claims (16)

1. Un proceso para forzar un artefacto metálico haciendo una carga de metal fundido con un precursor de la misma, cargando una cantidad suficiente de la carga fundida en una matriz o molde para hacer un solo artefacto metálico y haciendo o permitiendo que la carga se solidifique en la matriz o molde para formar el artefacto, incluyendo el paso de elegir una cantidad de carga fundida que iguale la capacidad de la matriz o molde, de manera que la carga de la matriz o molde consuma esencialmente toda la carga fundida, caracterizándose el proceso porque, en combinación, el cargamento de la matriz o molde se hace desde un cilindro o tubo hueco mediante un mecanismo de pistones telescópicos que elevan el cilindro o tubo y lo ponen en contacto con la matriz o molde y en comunicación con una abertura de carga de la matriz o molde, y un pistón central del dispositivo de pistones entra en el cilindro o tubo deslizándose hacia arriba y lo obtura mientras se carga, en tanto que los pistones periféricos del dispositivo de pistones, que rodea el pistón central empuja el cilindro o tubo hacia arriba para que haga contacto y obture la matriz o molde alrededor de la abertura de carga de la matriz o molde.

2. Un proceso como el de la reivindicación 1 caracterizado porque la carga fundida se hace con un precursor de la misma que es un tocho o lingote, o partículas de metal compactadas.

3. Un proceso como el de la reivindicación 1 o la reivindicación 2 caracterizado porque incluye el calentamiento del metal de la carga fundida, después de hacer la carga fundida para elevar la temperatura de la carga fundida antes de llenar la matriz o molde con la carga fundida a la temperatura elevada.

4. Un proceso como cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3 inclusive, caracterizado porque el cargamento se efectúa mediante moldeo por inyección a una presión intermedia del orden de 50 kPa a 30 MPa.

5. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque incluye el paso de purgar el ambiente en el que se forma la carga fundida con un gas purgante, antes y durante la formación de la carga fundida.

6. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el metal que se funde se elige del grupo formado por aluminio, magnesio, litio, cinc y aleaciones de los mismos.

7. Un proceso como el de la reivindicación 6 caracterizado porque el metal que se elige el ligero y se elige del grupo formado por magnesio, aluminio y aleaciones de los mismos.

8. Un proceso como el de la reivindicación 7 caracterizado porque el artefacto que se forja es de metal ligero con forma de llanta de rueda de un vehículo de motor.

9. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se forja un artefacto metálico en el que la parte solidificada del artefacto es la más lejana de la superficie del artefacto, separada de la más cercana a la superficie del artefacto por una distancia de 0,75 a 15 mm y la masa del artefacto es de 0,25 a
30 Kg.

10. Un aparato o instalación para forjar (50) un artefacto de metal en una matriz o molde, consistiendo el aparato o instalación de forja (50) en una matriz o molde (53) y un aparato de fundir (10) que tiene un recipiente (12) para contener un precursor de la carga de metal fundido, un dispositivo calefactor (16) para calentar el precursor en el recipiente (12) y formar una carga de metal fundido, y un mecanismo (20) para trasladar el metal fundido desde el recipiente (12) a la matriz o molde (54) [el aparato o instalación de forjar se caracteriza porque] recipiente (12) y la matriz o molde (54) [tienen] la misma capacidad que igualan el volumen que la carga de la matriz o molde (54) desde el recipiente (12) para llenar la matriz o molde (54) con una cantidad suficiente para forjar un solo artefacto metálico y consume sustancialmente toda la carga de metal fundido del recipiente (12) y deja el recipiente (12) vacío, caracterizándose el aparato o instalación porque, en combinación, el recipiente (12) es un cilindro o tubo hueco (14), el mecanismo que traslada del metal fundido (20) es un dispositivo de pistones (24) para elevar el cilindro o tubo (14) y ponerlo en contacto con la matriz o molde (54) y en comunicación con una abertura de carga (62) de la matriz o molde, y el dispositivo de pistones (24) tiene un pistón central (28, 30) que entra en el cilindro o tubo (14) y se desliza hacia arriba dentro del mismo para obturarlo, teniendo el mecanismo de pistones (24) unos pistones periféricos (28, 30) que empujan hacia arriba el cilindro o tubo (14) para hacer contacto y obturar el cilindro o tubo (14) alrededor de la abertura de carga (62) de la matriz o molde (54).

11. Un aparato o instalación como el de la reivindicación 10, caracterizado porque el dispositivo calefactor va montado sobre el mecanismo de traslado del metal fundido.

12. Un aparato o instalación como el de la reivindicación 10 o la reivindicación 11, caracterizado porque el aparato de fundir se mueve recíprocamente respecto a la matriz o molde entre una posición de carga, donde tiene lugar la carga del aparato de fundir, y una posición de llenado en la que se realiza el traslado de la carga fundida desde el aparato de fundir a la matriz o molde.

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13. Un aparato o instalación como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 10 a la 12 inclusive, caracterizado porque dispone de un suministro de gas inerte (22) para alimentar gas inerte al recipiente y permitir que la carga fundida se forme en una atmósfera inerte.

14. Un aparato o instalación como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 10 a la 13 inclusive, caracterizado porque el recipiente tiene el interior cilíndrico y hueco.

15. Un aparato o instalación como el de la reivindicación 10, caracterizado porque el pistón central tiene una cabeza (30) provista de una superficie obturadora (31) para unirse y obturar la periferia de la abertura de carga de la matriz o molde.

16. Un aparato o instalación como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 10 a la 15 inclusive, caracterizado porque el dispositivo calefactor tiene por lo menos una bobina de inducción rodeando el recipiente.