ES2325890T3 - Aparato y metodo para extrusion a alta presion con aluminio fundido. - Google Patents
Aparato y metodo para extrusion a alta presion con aluminio fundido. Download PDFInfo
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Abstract
Un sistema de suministro de metal fundido (16) que comprende: una fuente de suministro de metal fundido (21); y una serie de inyectores de metal fundido (18) que comprenden como mínimo un primer inyector de metal fundido (18a), y como mínimo un segundo inyector de metal fundido (18b); el primer inyector (18a) de metal fundido que alterna entre estar en comunicación líquida en un primer caso con la fuente de suministro de metal fundido (21) y en un segundo caso simultáneamente con el segundo inyector de metal fundido (18b) y un proceso río abajo, el segundo inyector (18b) de metal fundido en comunicación líquida en un primer caso con el primer inyector (18a) de metal fundido y un proceso río abajo y en un segundo caso con el proceso río abajo solamente, cada uno de los inyectores (18) tiene una cubierta del inyector (44) configurada para contener el metal fundido (22) y un pistón (84) que es recíprocamente operable dentro de la cubierta (44), el pistón (84) movible a través de un carrera de retorno y de una carrera de avance, la carrera de retorno permite que el metal fundido (22) sea recibido en la cubierta (44) y la carrera de avance desplaza el metal fundido (22) de la cubierta, y, en uso, la carrera de avance del primer inyector de metal fundido (18a) alimenta simultáneamente metal fundido (22) a la cubierta (44) del segundo inyector (18b) de metal fundido y el proceso río abajo, la carrera de avance del segundo inyector de metal fundido (18b) alimenta el metal fundido (22) en el proceso río abajo.
Description
Aparato y método para extrusión a alta presión
con aluminio fundido.
Esta invención se relaciona con un sistema de
suministro de metal fundido. Específicamente, esta invención se
relaciona con un sistema de suministro de metal fundido de presión
continua y método de extrusión de un artículo de longitud
indefinida.
El proceso de trabajo sobre el metal conocido
como extrusión implica el presionar el metal (lingote o barra) a
través de la abertura de un molde con una configuración
predeterminada para formar una figura con una mayor longitud y una
sección transversal substancialmente constante. Por ejemplo, en la
extrusión de las aleaciones de aluminio, el aluminio se precalienta
a la temperatura apropiada de extrusión. El aluminio entonces se
coloca en un cilindro calentado. El cilindro usado en el proceso de
extrusión tiene una abertura de molde en un extremo de la forma
deseada y un pistón o espigón recíproco que tiene aproximadamente
las mismas dimensiones transversales que el orificio del cilindro.
Este pistón o espigón se mueve contra el aluminio para comprimir el
aluminio. La abertura en el molde es la trayectoria de menos
resistencia para el aluminio bajo presión. El aluminio se deforma y
pasa por la abertura del molde para producir un producto
extrusionado que tiene la misma forma transversal que la abertura
del molde.
Refiriéndonos a la Fig. 1, el proceso de
extrusión descrito anteriormente es identificado por el número de
referencia 2, y típicamente consiste en varias operaciones discretas
y discontinuas entre las que se encuentran: derretir 4, colar 6,
eliminación de la capa superficial 8, homogeneización 10, aserrado
opcional 12, recalentamiento 14, y finalmente, extrusión 16. El
aluminio se vierte a una temperatura elevada y se enfría típicamente
a temperatura de sala o ambiente. Después de moldear, se elimina la
capa superficial del aluminio para quitar la capa del óxido que se
forma naturalmente en la superficie del aluminio debido a la
reacción entre la superficie del aluminio y el oxígeno en la
atmósfera. Debido a que el aluminio se vierte, hay una cierta
cantidad de falta de homogeneidad en la estructura del aluminio.
Por lo tanto, el aluminio típicamente se calienta a temperaturas
elevadas para homogeneizar el metal fundido. Después del paso de la
homogeneización, el aluminio se refresca a temperatura ambiente.
Después de refrescar, el aluminio homogeneizado se recalienta en un
horno a una temperatura elevada llamada temperatura del
precalentamiento. Los expertos en la materia apreciarán que la
temperatura del precalentamiento es generalmente la misma para cada
barra que deba ser sacada en una serie de barras. Al alcanzar la
temperatura de precalentamiento, el aluminio se coloca en una prensa
de extrusión y se extruye a través del molde de extrusión para
formar un producto extruído.
Todos los pasos precedentes están relacionados
con prácticas que son bien conocidas por los expertos en la materia
de fundición colada y extrusión. Cada uno de los pasos precedentes
está relacionado con el control metalúrgico del metal a ser
extruído. Estos pasos son de muy alto coste, incurriendo en costes
energéticos cada vez que el metal se recalienta desde temperatura
ambiente. Hay también costes de recuperación internos al proceso
asociados con la necesidad de recortar el metal, costes laborales
asociados al inventario del proceso, y costes capitales y
operacionales para el equipo de extrusión.
Por ello, existe una necesidad de consolidar las
operaciones discretas y discontinuas de un proceso tradicional de
extrusión para reducir el coste de fabricar un producto
extruído.
Las tentativas anteriores de desarrollar un
proceso continuo de extrusión se describen en las patentes
estadounidenses número 6.536.508, 6.712.126 y 6.739.485 de Sample y
otros. Estas patentes describen un sistema para la extrusión de un
artículo de modo continuo logrado mediante el uso de inyectores
múltiples de metal fundido operando secuencialmente. Cada uno de
los inyectores está conectado entre el suministro de metal fundido y
el proceso río abajo. Se requiere sincronización exacta entre los
inyectores múltiples para una operación exitosa. La sincronización
se alcanza por medio de las válvulas que se abren o cierran para
facilitar o impedir el flujo de aluminio fundido. La fiabilidad y
la facilidad de uso de estas válvulas resulta crucial para el éxito
de estas invenciones.
Mientras que estas patentes proporcionan un
proceso continuo es deseable proporcionar un aparato y un método
continuo de extrusión que consolide las operaciones múltiples de un
proceso tradicional de extrusión en una sola operación. El
funcionamiento de la invención propuesta aquí es significativamente
más fiable que invenciones anteriores para alcanzar la misma meta.
La fiabilidad mejorada es un resultado de la simplificación de
ciertos componentes y debido a la invención de componentes
adicionales que reducen la complejidad de las tareas implicadas en
la extrusión continua de un artículo.
Hablando en términos generales, de acuerdo con
la invención, se proporciona un sistema de suministro de metal
fundido capaz de suministrar metal continuamente a una operación de
formado río abajo a una presión o velocidad constante. El sistema
de suministro de metal fundido incluye una serie de inyectores de
metal fundido con como mínimo un inyector de metal fundido conocido
de aquí en adelante como el cilindro de alimentación (C.Al)
conectado directamente con la fuente de metal y un segundo inyector
de metal fundido conocido como el cilindro acumulador (CA) y que
está conectado con el primer inyector y el proceso río abajo. El
sistema también incluye un sistema de alimentación de metal fundido
de baja presión y un cilindro de control del proceso conocido de
aquí en adelante como (CCP).
Los inyectores de CF y de CA están unidos el uno
al otro y a un sistema de alimentación de metal fundido de baja
presión mediante diversas válvulas de chequeo para facilitar o para
impedir el flujo de metal fundido entre diversos componentes del
sistema de envío de metal fundido. Una primera válvula de chequeo
conocida de aquí en adelante como la válvula de chequeo de entrada
(VCE) une el sistema de alimentación a baja presión al inyector del
metal fundido del cilindro de alimentación (C.Al). Una segunda
válvula de chequeo conocida como la válvula de chequeo de salida
(VCS) une el inyector de metal fundido de (C.Al) y el inyector de
metal fundido de (CA). Los inyectores de metal fundido (C.Al, CA),
las válvulas de chequeo (VCE, VCS) y el cilindro de control del
proceso (CCP) actúan en conjunto para suministrar metal fundido del
sistema de alimentación a baja presión a una operación de formado
río abajo constante de modo tal que el metal fundido suministrado
está en una presión constante o se mantiene una velocidad del
producto constante.
Cada uno de los inyectores de metal fundido
tiene una cubierta del inyector configurada para contener el metal
fundido y un pistón que es recíprocamente operable dentro de la
cubierta del inyector. Una carrera de avance del pistón desplaza el
líquido de la cubierta del inyector permitiendo que el inyector
alimente el metal fundido y una carrera de retorno del pistón
permite que la cubierta del inyector se llene con metal. Cada uno de
los inyectores usa el concepto del pistón móvil de gas sobre metal
como se describe en la patente estadounidense número 6.739.485 de
Sample y otros.
El control del flujo de metal fundido y de la
velocidad de salida del producto se logra mediante un cilindro de
control del proceso (CCP) con comunicación gaseosa con el inyector
de metal fundido de (CA). El cilindro de control del proceso tiene
una cubierta separada configurada para contener el gas y un pistón
que se modula recíprocamente dentro de la cubierta. El pistón es
capaz de moverse en una carrera de avance y de una carrera de
retorno. La carrera de retorno del CCP permite al gas expandirse de
tal modo que disminuye la presión en la cubierta del inyector de
metal fundido de CA dando por resultado una disminución de la
velocidad de salida del producto. La carrera de avance del CCP
comprime el gas de tal modo que aumenta la presión en la cubierta
del inyector de metal fundido de CA dando por resultado un aumento
en la velocidad del producto. La posición del pistón del CCP se
puede modular de este modo para mantener una velocidad objetivo.
También se proporciona un método de operar un
sistema de suministro de metal fundido para suministrar el metal
fundido a un proceso río abajo a un índice o presión de flujo de
metal fundido substancialmente constante. El método incluye la
actuación de los pistones del inyector de modo tal que la cubierta
del inyector se llena con metal fundido y alimenta posteriormente
el metal fundido a otro inyector o a un proceso río abajo. Cuando
un inyector está alimentando metal se le conoce como estando en la
etapa de alimentación o de extrusión y cuando se está llenando con
metal se le conoce como estando en la etapa de llenado. El sistema
de suministro de metal fundido funciona en una manera cíclica con
un solo ciclo que es definido por el inyector de metal fundido de
CF que pasa a través de una etapa de llenado y de una etapa de
alimentación. El inyector de metal fundido de CF, durante su etapa
de llenado, está en comunicación líquida con la fuente o recipiente
de suministro de metal fundido (abriendo el VCE y cerrando el OVC)
y durante la etapa de alimentación está en comunicación líquida con
el inyector de metal fundido de CA y el proceso río abajo (abriendo
el VCS y cerrando el VCE). El gas en el cilindro de alimentación es
prepresurizado a la presión en la CA antes de la etapa de
alimentación. Durante la etapa de alimentación, el cojín del gas
del cilindro de CF se comprime más para facilitar la transferencia
de aluminio fundido del CF a la CA. En esta etapa el CF suministra
el metal fundido al cilindro de la CA y al proceso río abajo. Esto
ocasiona el llenado de la CA. La carrera de avance del inyector de
metal fundido de CF funciona a una velocidad más alta que da lugar
simultáneamente a la alimentación de metal fundido al cilindro
acumulador (AC) y al proceso río abajo. El pistón de la CA siempre
es esclavo del nivel de metal fundido en la CA para mantener un
cojín constante de gas. Como consecuencia, el CF y los pistones del
inyector de metal fundido de CA se moverán en direcciones opuestas
de modo tal que cuando uno se está alimentando, el otro se está
llenando. Antes de la carrera de retorno del CF, el VCS se cierra y
el gas en el CF se ventea.
Controlar la velocidad de salida de un producto
desde el proceso río abajo se consigue ajustando la presión en el
inyector de metal fundido de CA con un cilindro de control del
proceso (CCP), que está en comunicación gaseosa con el inyector de
metal fundido de CA. Se modula el pistón del CCP basándose en la
retroalimentación del sensor de la velocidad del producto.
Las válvulas de chequeo funcionan congelando y
deshelando el metal fundido en un pasaje para impedir o facilitar
respectivamente el flujo de metal fundido. Estas válvulas
proporcionan medios fiables de aislar componentes cuando están
funcionando en presiones de funcionamiento substancialmente
diversas.
Otro aspecto de la actual invención es reducir
la cantidad total de costes asociados en la fabricación de un
producto extruído.
Para una comprensión más completa de la
invención, se hace referencia a la descripción siguiente tomada en
conexión con los dibujos adjuntos, en los cuales:
Fig. 1 es una vista esquemática de un proceso de
extrusión;
Fig. 2 es una vista transversal esquemática de
un sistema de suministro de metal fundido construido y dispuesto de
acuerdo con la invención;
Fig. 3 es una vista transversal de un inyector
de suministro de metal fundido usado en el sistema de la Fig.
2;
Fig. 4 es una vista transversal esquemática de
un inyector de metal fundido;
Fig. 5 es una vista transversal de un inyector
de metal fundido, de un retén, y de medios para refrescar el retén
de acuerdo con la invención;
Fig. 6 es una vista transversal de una válvula
de chequeo usada en el sistema de la Fig. 2;
Fig. 7 es una vista transversal del molde de
extrusión; y
Fig. 8 es una sección longitudinal del sistema
de suministro de metal fundido.
Las figuras siguientes y la descripción que
sigue proponen esta invención y en sus representaciones preferidas.
Sin embargo, se contempla que las personas familiarizadas
generalmente con los procesos de extrusión y/o sistemas de
suministro de metal fundido podrán aplicar las nuevas
características de las estructuras y de los métodos ilustrados y
descritos aquí en otros contextos modificando ciertos detalles. Por
consiguiente, las figuras y la descripción no deben ser tomadas de
modo restrictivo en el alcance de esta invención, sino que deben
ser entendidas como enseñanzas amplias y generales. Al hacer
referencia a cualquier gama numérica de valores, tales gamas se
entienden para incluir cada número y/o fracción entre el mínimo y el
máximo de la gama indicados. Finalmente, con objeto de la
descripción tratada más abajo, los términos "superior",
"inferior", "derecha", "izquierda", "vertical",
"horizontal", "parte superior", "parte inferior", y
sus derivados están derivados con la invención, como se indica en
las figuras.
La invención se dirige a un sistema de
suministro a presión de metal fundido (sistema de envío continuo de
metal) que incorpora como mínimo dos inyectores de metal fundido. El
sistema de suministro de metal fundido se puede usar para entregar
el metal fundido a un aparato o a un proceso de extrusión río abajo.
Particularmente, el sistema de suministro de metal fundido
presentado en esta invención proporciona metal fundido en índices
de flujo y presiones substancialmente constantes a un proceso o a
aparatos de extrusión río abajo.
De acuerdo con la Fig. 2, un sistema de
suministro de metal fundido 16 incluye una serie de los inyectores
18 de metal fundido identificados por separado con designaciones
"a" y "b". Un inyector 18a de metal fundido de CF y un
inyector 18b de metal fundido de CA son idénticos y sus piezas se
describen de aquí en adelante en términos de un sólo inyector 18
para mayor claridad. Un sistema 20 de alimentación a baja presión
proporciona metal fundido 22 al inyector 18a de metal fundido de
CF. En el sistema de alimentación 20 a baja presión se suministra
continuamente el metal fundido de un contenedor 21 que está en
comunicación líquida con el sistema 20 de alimentación a baja
presión. El sistema 20 de alimentación a baja presión está también
en comunicación líquida con un pasaje de alimentación 24 que
substancialmente se extiende de modo vertical. El primer pasaje de
alimentación 24 está en comunicación líquida con un primer
compartimiento de recepción 26, que se incluye en una primera
cubierta 28. El primer compartimiento de recepción 26 está en
comunicación líquida con un segundo pasaje 30 de alimentación que
se extiende substancialmente de modo lateral. Una válvula de chequeo
32a se puede usar para impedir o facilitar el flujo de metal
fundido 22 a través del segundo pasaje de alimentación 30.
El segundo pasaje de alimentación 30 se extiende
en una segunda cubierta 34 que incluye un segundo compartimiento de
recepción 36. El segundo compartimiento de recepción 36 está en
comunicación líquida con el segundo pasaje de alimentación 30, un
tercer pasaje de alimentación 38 que se extiende substancialmente de
modo vertical, y un cuarto pasaje de alimentación 40 que se
extiende substancialmente de modo lateral. El tercer pasaje de
alimentación 38 está en comunicación líquida con el interior 42 de
una cubierta del inyector 44 del inyector 18a de metal fundido de
CF. Una válvula de chequeo (VCS) 32b, se usa para facilitar o para
impedir el flujo de metal fundido 22 a través del cuarto pasaje de
alimentación 40. Aunque la Fig. 2 representa las válvulas de
chequeo 32a y 32b estando posicionadas sobre el centro del segundo y
del cuarto pasaje de alimentación 30 y 40, las válvulas de chequeo
32a y 32b primera y/o segunda pueden también extenderse a lo largo
substancialmente de la longitud entera de los pasajes de
alimentación 30 y 40 segundo y cuarto, respectivamente.
El cuarto pasaje de alimentación 40 se extiende
en una tercera cubierta 46 que incluye un tercer compartimiento de
recepción 48. El tercer compartimiento de recepción 48 está en
comunicación líquida con el cuarto pasaje de alimentación 40, un
quinto pasaje de alimentación 50 que se extiende substancialmente de
modo vertical, y un sexto pasaje de alimentación 52 que extiende
hacia el exterior (de acuerdo con la Fig. 8). El quinto pasaje de
alimentación 50 está en comunicación líquida con el interior 42 de
la cubierta 44 del segundo inyector 18b. El sexto pasaje de
alimentación 52 está en comunicación líquida con un molde por
extrusión 54 (según se indica en la Fig. 8), que se usa para
solidificar el metal fundido 22 antes de que el metal fundido 22 se
extruya a través de un molde de extrusión 56 que está unido al molde
de extrusión 54. Aunque Fig. 2 representa los pasajes de
alimentación 24, 30, 38, 40, 50 y 52 con substancialmente el mismo
diámetro, se observa que esto no se entiende en su sentido
limitante puesto que uno o más de los pasajes de alimentación 24,
30, 38, 40, 50 y 52 pueden tener diámetros de tamaños diversos.
Como puede entenderse en la Fig. 2, un cilindro
de control del proceso 58, el inyector 18b de metal fundido de CA,
y el inyector 18a de metal fundido de CF van unidos por un conducto
del gas 60 que permite que el gas sea conducido entre el cilindro
de control del proceso 58 y el metal fundido de CF y los inyectores
18a y 18b de metal fundido de CA. Un cojín 116 del gas en el
inyector 18a de metal fundido de CF se llena mediante el gas que
pasa (se desplaza) desde el inyector 18b de metal fundido de CA al
inyector 18a de metal fundido de CF a través del conducto 60 del
gas que está situado entre los inyectores 18a y 18b de metal fundido
de CF y de metal fundido de CA. El cojín 116 del gas del inyector
18b de metal fundido de CA se llena por el gas que pasa del
cilindro de control del proceso 58 al inyector 18b de metal fundido
de CA a través del conducto 60 del gas que está situado entre el
cilindro de control del proceso 58 y el inyector 18b de metal
fundido de CA. La función del conducto 60 del gas será descrita en
más detalle abajo.
En la Fig. 2, el cilindro de control del proceso
58 está en comunicación gaseosa con el inyector 18b de metal
fundido de CA vía un primer conducto 62 del gas que se extiende
substancialmente de modo lateral. Un segundo conducto 64 del gas
que se extiende substancialmente de modo lateral conecta el inyector
18b de metal fundido de CA con el inyector 18a de metal fundido de
CF. Unido al segundo conducto 64 del gas una primera válvula de gas
66, que se usa para regular el flujo de gas entre los inyectores 18a
y 18b de metal fundido de CF y de metal fundido de CA. Un tercer
conducto 68 del gas está unido al inyector 18a de metal fundido de
CF. El tercer conducto 68 del gas se usa para ventilar (es decir
expeler o liberar) gas del inyector 18a de metal fundido de CF. La
operación de la ventilación se regula mediante una segunda válvula
de gas 70 que va unida al tercer conducto 68 del gas.
El inyector de metal fundido de CF y el inyector
de metal fundido CA 18a y 18b son idénticos y sus piezas se
describen más abajo en términos de un solo inyector "18" para
mayor claridad. Refiriéndonos a las figuras 2-5, el
inyector 18 incluye una cubierta 44 del inyector que se usa para
contener el metal fundido 22 antes del desplazamiento de metal
fundido 22 a un aparato o proceso río abajo. En una representación
de esta invención, la cubierta 44 del inyector se alinea con
grafito 105 (como se muestra en la Fig. 4). Esto, sin embargo, no
se entiende en su sentido limitante puesto que la guarnición puede
ser manufacturada de cualquier material que no reacciona
adversamente con el metal fundido 22 que se está usando. Un pistón
84 se extiende hacia abajo hacia la cubierta 44 del inyector y es
recíprocamente operable dentro de la cubierta 44 del inyector. Según
se presenta en las Figs. 2 - 4, un primer extremo 106 del pistón 84
va acoplado a un actuador hidráulico o espigón 108 que acciona el
pistón 84 a través de su movimiento recíproco. El primer extremo 106
del pistón 84 va acoplado a un actuador hidráulico 108 por un
acoplador autoalineador 110. La altura del cojín 116 del gas
situada entre un segundo extremo 114 del pistón 84 y de metal
fundido 22 se envía a una computadora o a una unidad de control 117
(de acuerdo con la Fig. 2), lo cual regula la actuación de un
cilindro de control del proceso (PCC) 58, el inyector 18a de metal
fundido de CF, y el inyector 18b de metal fundido de CA. La
actuación del pistón 84 del inyector es tal que se mantiene una
altura fija del cojín del gas. El método en el cual la computadora
117 regula la actuación del cilindro de control del proceso (PCC)
58, el inyector 18a de metal fundido de CF, y el inyector 18b de
metal fundido de CA se describe con más detalles a continuación.
Refiriéndonos a la Fig. 5, se introduce gas en
los inyectores de CF y de CA 18a y 18b de CA, respectivamente, por
uno o más pasajes de entrada de gas 118 que se extienden a través de
la cubierta 44 del inyector. El pasaje 118 de la entrada del gas
está en comunicación gaseosa con como mínimo un inyector adyacente
(no mostrado) o con el cilindro de control del proceso (no
mostrado). Como puede verse claramente en la Fig. 5, una superficie
externa 120 del pistón 84 no es totalmente rasante (es decir en
contacto) con la pared interior 122 de la cubierta 18 del inyector
y por lo tanto permitiendo que el gas proveniente de los inyectores
adyacentes o del cilindro de control del proceso 58 para entrar en
la cubierta 44 del inyector. Cuando se abre una válvula de gas, el
gas sale de la cubierta 18 del inyector con uno o más pasajes 124 de
la salida del gas que se extienden por la cubierta 44 del
inyector.
Se evita que escape el gas de la cubierta 44 del
inyector entre el pistón 84 y la cubierta 44 del inyector mediante
como mínimo un retén 126 que se coloca cerca del primer extremo 82
de la cubierta 44 del inyector. Como puede ser visto claramente en
la Fig. 5, el retén 126 se recibe en un surco 128 localizado dentro
de una pared interior 122 de la cubierta 44 del inyector adyacente
a la superficie externa 120 del pistón 84. Posicionado de modo
adyacente al primer extremo 82 de la cubierta 44 del inyector un
hombro anular 80, que está situado debajo de la cubierta 76 de
soporte o de las placas 78 superiores.
El retén 126 se refresca para prevenir la
degradación debido al calor que es generado por el metal fundido
22, el gas calentado en la cubierta 44 del inyector, y la fricción
que es causada por la actuación del pistón 84. La Fig. 5 ilustra
una representación del método de enfriamiento que puede
implementarse. En esta representación, una serie de los canales de
enfriamiento 132 están posicionados en la superficie externa 130 de
la cubierta 44 del inyector cerca del retén 126. Una carcasa 134,
diseñada para evitar que el refrigerante se escape de los canales
de enfriamiento 132, rodea los canales de enfriamiento y la cubierta
44 del inyector. En otra representación, los canales de
enfriamiento están situados dentro del interior 136 de la cáscara
134.
Como puede comprenderse por las Figs. 2 y 6, el
método de extrusión se puede separar en dos ciclos separados y
distintos. En primer lugar existe un ciclo de llenado que prepara el
sistema 2 de suministro de metal fundido para el proceso de
extrusión. Una vez que el sistema de suministro de metal fundido 2
se ha llenado de metal fundido 22, el ciclo de extrusión se inicia
para extruir el producto.
Durante el ciclo de llenado, el sistema 20 de
alimentación a baja presión se llena de metal fundido 22 de un
contenedor 21 que contiene el metal fundido. Una vez que el sistema
20 de alimentación a baja presión se llena de metal fundido 22, el
metal fundido 22 va del sistema 20 de alimentación a baja presión al
primer pasaje de alimentación 24, que está en comunicación líquida
con el primer compartimiento de recepción 26. El movimiento de
metal fundido 22 del sistema 20 de alimentación a baja presión al
primer pasaje de alimentación 24 es un resultado de una presión de
gas en el sistema 20 de alimentación a baja presión más alta (es
decir mayor) que la presión de gas en el inyector 18a de metal
fundido de CF. Por consiguiente, el metal fundido 22 se mueve desde
el sistema 20 de alimentación a baja presión al inyector 18a de
metal fundido de CF. Según sale el metal fundido 22 del sistema 20
de alimentación a baja presión, el metal fundido adicional 22 se
introduce en el sistema 20 de alimentación a baja presión vía el
contenedor 21 de modo que la altura del metal fundido 22 en el
sistema 20 de alimentación a baja presión siga siendo
substancialmente constante. Del primer compartimiento 26 de
recepción, el metal fundido 22 va al segundo pasaje de alimentación
30.
El metal fundido 22 va por el segundo pasaje de
alimentación 30 al segundo compartimiento de recepción 36, que está
en comunicación líquida con el tercer y cuarto pasaje de
alimentación 38 y 40. En este momento particular, el metal fundido
22 puede pasar libremente a través del segundo pasaje de
alimentación 30 porque la válvula de chequeo VCE 32a incluye
serpentines de calentamiento 180 que están activos y están
calentando el metal fundido 22 para asegurarse de que el metal
fundido 22 permanece en un estado substancialmente líquido. Según
se llena el segundo compartimiento 36 de recepción de metal fundido
22, se previene que el metal fundido 22 pase a través del cuarto
pasaje de alimentación 40 por la válvula de chequeo de VCS 32b que
se está refrescando para bajar la temperatura del metal fundido 22
por debajo de la temperatura de la solidificación. Al contrario que
la válvula de chequeo VCE 32a, los serpentines de calentamiento 180
en la válvula de chequeo de VCS 32b están inactivos en ese momento.
Evitando que el metal fundido 22 pase a través del cuarto pasaje de
alimentación 40, el segundo compartimiento de recepción 36 se llena
de metal fundido 22. Una vez que se ha llenado el segundo
compartimiento 36 de recepción, el metal fundido 22 viaja en el
tercer pasaje de alimentación 38, que está en comunicación líquida
con el interior 42 de la cubierta 44 del inyector del inyector 18a
de metal fundido de CF. Mientras aumenta la altura de metal fundido
22 en el inyector 18a de metal fundido de CF, la sonda de metal
fundido 112 transmite la distancia entre el pistón 84 y el metal
fundido 22 a la computadora o a la unidad de control 117. La
computadora 117 da instrucciones al pistón 84 del inyector 18a de
metal fundido de CF para moverse o para actuar hacia arriba (es
decir, carrera de retorno) manteniendo así una altura predeterminada
constante entre el pistón 84 y el metal fundido 22.
Cuando el metal fundido 22 del inyector 18a de
metal fundido de CF alcanza una altura crítica, el VCE se cierra
eliminandose la energía de la calefacción por inducción y enfriando
el cuerpo de la válvula substancialmente por debajo del punto de
congelación del aluminio. Se prepresuriza entonces el cojín del gas
del cilindro de CF substancialmente cerca de la presión del cojín
del gas del inyector 18b de metal fundido de CA. En ese momento,
los serpentines de calentamiento 180 de la válvula de chequeo de VCS
32b se activan de tal modo que elevan la temperatura de metal
fundido solidificado 22 en la válvula de chequeo de VCS 32b sobre la
temperatura de la solidificación del metal fundido 22. Al mismo
tiempo, se iguala la presión de gas entre los inyectores 18a y 18b
de metal fundido de CF y de metal fundido de CA, respectivamente,
conduciendo gas del inyector 18b de metal fundido de CA a través
del conducto 60 de gas al inyector 18a de metal fundido de CA
abriendo la primera válvula de gas 66. La igualación de la presión
de gas causa la elevación de la presión del inyector 18a de metal
fundido de CF sobre la presión de gas del sistema 20 de alimentación
a baja presión de tal modo que previene el flujo de metal fundido
22 del sistema 20 de alimentación a baja presión al inyector 18a de
metal fundido de CF. Una vez sobre la temperatura de solidificación,
el metal fundido 22 en la válvula de chequeo de VCS 32b pasa por el
cuarto pasaje de alimentación 40 hacia el tercer compartimiento de
recepción 36, el cual está en comunicación líquida con el quinto y
sexto pasajes de alimentación 50 y 52. Mientras el metal fundido 22
comienza a pasar a través de la válvula de chequeo de VCS 32b, el
pistón 84 del inyector 18a de metal fundido de CF comienza su
carrera descendente (es decir, carrera de desplazamiento) a una
velocidad predeterminada. La computadora 117 supervisa las
mediciones tomadas por la sonda 112 y ajusta la velocidad del
pistón 84 para equiparar la velocidad predeterminada según convenga.
La carrera descendente del pistón 84 del inyector 18a de metal
fundido de CF empuja el metal fundido 22 de la cubierta 44 del
inyector a través del tercer pasaje de alimentación 38, del segundo
compartimiento 36 de recepción, y al interior del cuarto pasaje de
alimentación 40. Durante la carrera descendente del pistón 84, se
previene el retroflujo de metal fundido 22 a través del segundo
pasaje de alimentación 30 refrescando la válvula de chequeo VCE 32a
y solidificando el metal fundido 22 que hay en su interior.
Una vez que el metal fundido 22 está en el
tercero compartimiento de recepción 48, el metal fundido 22 pasa a
través de los pasajes de alimentación quinto y sexto 50 y 52
simultáneamente. El quinto pasaje de alimentación 50 está en
comunicación líquida con el interior 42 de la cubierta 44 del
inyector del inyector 18b de metal fundido de CA mientras que el
sexto pasaje de alimentación 52 está en comunicación líquida con el
molde de extrusión 54. La cubierta 44 del inyector del inyector 18b
de metal fundido de CA se llena, la computadora 117 mueve el pistón
84 del inyector 18b de metal fundido de CA hacia arriba (es decir,
carrera de retorno) para mantener una altura predeterminada
constante (es decir, cojín 116 del gas) entre el pistón 84 y el
metal fundido 22.
El ciclo de extrusión es definido por el
inyector 18a de metal fundido de CF que experimenta un carrera de
desplazamiento seguida de una carrera de retorno. Durante el ciclo
de extrusión, el pistón 84 del inyector de metal fundido de CA es
supervisado por la computadora 117, la cual está programada para
mantener una distancia predeterminada entre el pistón 84 y el metal
fundido 22. Por decirlo de otra manera, se mantiene siempre una
altura constante del cojín 116 del gas. Esta distancia es medida por
la sonda112 y las mediciones se transmiten a la computadora 117
continuamente. La carrera descendente del pistón 84 del inyector 18b
de metal fundido de CA desplaza el metal fundido 22 del inyector
18b de metal fundido de CA al molde por extrusión 54 vía el quinto
pasaje de alimentación 50, el tercero compartimiento de recepción
48, y el sexto pasaje de alimentación 52. La expulsión de metal
fundido 22 a través del cuarto pasaje de alimentación 40 es
prevenida cerrando la válvula de chequeo de VCS 32b solidificando
el metal fundido 22 que hay en su interior.
Refiriéndonos a la Fig. 6, una vez en el molde
de extrusión 54, el metal fundido 22 se solidifica y se extruye a
través del molde de extrusión 226, el cual está situado en el
segundo extremo 188 del molde de extrusión 54. Los medios para
medir la velocidad 228 en la cual una extrusión sólida 230 sale del
molde de extrusión 226 se colocan río abajo del molde de extrusión
226. Los medios de detección de la velocidad se supervisan por una
computadora (no mostrada) que regula el cilindro de control del
proceso 58.
Según lo descrito en los párrafos precedentes,
el cilindro de control del proceso 58 regula la presión de gas en
el inyector 18b de metal fundido de CA. Refiriéndonos a la Fig. 2,
el cilindro de control del proceso 58 incluye una cubierta 232
distinta y un pistón 234 distinto que son recíprocamente operables
dentro de la cubierta 232. La actuación del segundo pistón 234
afectará a la presión de gas en el inyector 18b de metal fundido de
CA puesto que el cilindro de control del proceso 58 y el inyector
18b de metal fundido de CA están en comunicación gaseosa. Una
fuente 236 de suministro de gas suministra el gas adicional al
cilindro de control del proceso 58 si necesario. La fuente 236 de
suministro de gas y el cilindro de control del proceso 58 están
conectados por un cuarto conducto 238 de gas. Por decirlo de otro
modo, la fuente 236 del suministro de gas y el cilindro de control
del proceso 58 están en comunicación gaseosa el uno con el otro vía
el cuarto conducto 238 de gas. Unida al cuarto conducto 238 del gas
existe una tercera válvula de gas 240, que se usa para regular el
flujo de gas entre la fuente 236 del suministro de gas y el cilindro
de control del proceso 58. Un quinto conducto 242 del gas está
unido al cilindro de control del proceso 58. El quinto conducto 242
del gas se usa para expresar (es decir expeler o liberar) el gas
del cilindro de control del proceso 58. El gas se ventea a través
del quinto conducto 242 del gas para reducir la cantidad de gas
existente en el cilindro de control del proceso 58. La cantidad de
gas ventilada a través del quinto conducto 242 del gas es controlada
por una cuarta válvula de gas 244 que está unida al quinto conducto
242 del gas. Una quinta válvula de gas 246 está unida al primer
conducto 62 del gas para regular el flujo de gas entre el cilindro
de control del proceso 58 y el inyector 18b de metal fundido de
CA.
Si la velocidad de salida de la extrusión 230
está por debajo de la velocidad deseada, la computadora 117
ordenará al pistón 234 del cilindro de control del proceso (CCP) que
se desplace hacia abajo (carrera de desplazamiento) aumentando de
tal modo la cantidad de presión que se aplica al gas en el cilindro
de control del proceso 58. Por decirlo de otro modo, cuando el
pistón 234 del CCP incorpora la carrera de desplazamiento, aumenta
la presión total en el sistema de suministro de metal fundido 16. La
creciente presión de gas en el cilindro de control del proceso 58
se traduce en un aumento en la presión de gas en el inyector 18b de
metal fundido de CA, puesto que el gas en el cilindro de control
del proceso 58 se está desplazando hacia el inyector 18b de metal
fundido de CA. Dado que el pistón 84 del inyector 18b de metal
fundido de CA está diseñado para mantener una altura particular
según lo mide la sonda 112 de metal fundido entre el pistón 84 y el
metal fundido 22, la velocidad de la carrera descendente del pistón
84 aumentará para compensar la altura del cojín ampliado del
gas.
Si la velocidad de salida de extrusión 230 está
sobre una velocidad deseada (es decir, el índice), la computadora
117 ordenará al pistón 234 del CCP que muévase hacia arriba (carrera
de retorno) reduciendo de tal modo la cantidad de presión que se
aplica al gas en el cilindro de control del proceso 58 y por lo
tanto al inyector 18b de metal fundido de CA. Por decirlo de otro
modo, cuando el segundo pistón 234 del CCP entra en la carrera de
retorno, disminuye la presión total en el sistema de suministro de
metal fundido 16. Dado que el pistón 84 del inyector de metal
fundido de CA 18b está diseñado para mantener una altura constante
del cojín 116 del gas (es decir, la distancia entre el pistón 84 y
el metal fundido 22) como medida por la sonda de metal fundido 112,
el pistón 84 de velocidad de la carrera descendente del inyector18b
de metal fundido de CA se reduce para compensar los niveles más
altos de metal fundido 22 en la cubierta 42 del inyector.
Si la velocidad de salida de la extrusión 230
está a la velocidad deseada, la computadora 117 ordenará al segundo
pistón 234 seguir siendo inmóvil. Manteniendo el segundo pistón 234
inmóvil, la cantidad de presión que se aplica al gas en el cilindro
de control del proceso 58 y por lo tanto en el inyector 18b de metal
fundido de CA seguiría siendo constante. Es decir, la presión total
en el sistema de suministro de metal fundido 16 no aumentaría ni
disminuiría. Por consiguiente, la extrusión 230 saldría del molde de
extrusión 226 a la velocidad deseada.
Antes de que termine la carrera descendente del
inyector 18b de metal fundido de CA, la primera válvula de gas 66,
que previene la entrada del gas del inyector 18b de metal fundido de
CA en el inyector 18a de metal fundido de CF, se abre para igualar
la presión de gas entre los inyectores 18a y 18b de metal fundido de
CF y de metal fundido de CA. Una vez la presión de gas se ha
igualado entre los inyectores 18a y 18b de metal fundido de CF y de
metal fundido de CA, la primera válvula de gas 66 se cierra y el
inyector 18a de metal fundido de CF comienza su carrera descendente
para llenar el inyector 18b de metal fundido de CA y el molde de
extrusión 54 con metal fundido 22. Cuando la carrera de
desplazamiento del inyector 18a de metal fundido de CF haya
terminado, la segunda válvula de gas 70 se abre para liberar la
presión de gas que se ha acumulado en el inyector 18a de metal
fundido de CF, disminuyendo como consecuencia la presión del
inyector 18a de metal fundido de CA por debajo del sistema de
alimentación a baja presión 20. Esto causa que el sistema 20 de
alimentación a baja presión llene el inyector 18a de metal fundido
de CF con metal fundido 22 y se repite el ciclo de extrusión para
extruir el metal fundido 22 continuamente a un régimen
constante.
La primera y segunda válvula de chequeo 32a y
32b son idénticas y sus piezas se describen de aquí en adelante en
términos de sola válvula de chequeo 32. La operación exitosa del
sistema de suministro de metal fundido puede lograrse utilizando
cualquier válvula de chequeo fiable de metal fundido. Un ejemplo de
tal válvula de chequeo es una válvula de acción dual descrita en la
patente estadounidense número 6.739.485 de Sample y otros. Una
representación preferida de una válvula de chequeo basada en la
congelación y el deshielo de metal fundido de acuerdo con la
invención se describe en los párrafos que siguen.
Refiriéndonos a la Fig. 6, la válvula de chequeo
32 incluye un primer núcleo conductor térmico 138 que tiene un
primer extremo 140 y un segundo extremo 142 con un orificio central
144 que se extiende substancialmente a lo largo de toda la
longitud. En una representación, el primer núcleo 138 tiene una
forma substancialmente cilíndrica. En otra representación, el
primer núcleo conductor térmico 138 se fabrica de grafito. Esto, sin
embargo, no se entiende en su sentido limitante puesto que el
primer núcleo 138 puede ser fabricado de cualquier material
conductor térmico siempre y cuando el material no reaccione
adversamente con el metal fundido 22. El flujo de metal fundido 22
que pasa a través del orificio central 144 está representado por una
flecha Y. Como puede verse en la Fig. 6, el metal fundido 22 entra
en el primer núcleo 138 a través del primer extremo 140 y sale del
primer núcleo 138 desde el segundo extremo 142. En la Fig. 6, el
orificio central 144 incluye un primer orificio de diámetro más
pequeño 146 y un segundo orificio de diámetro más grande 148. Un
primer orificio de diámetro más pequeño 146 hace más difícil que el
metal fundido 22 pueda fluir en la dirección de una flecha X.
Aunque la Fig. 6 representa el primero y segundo orificio 146 y 148
del núcleo 138 como substancialmente de la misma longitud, una
persona cualificada reconocería que el primer y segundo orificio 146
y 148 podrían tener longitudes desiguales. En una representación,
el orificio central 144 tiene un diámetro substancialmente
uniforme.
Rodeando al primer núcleo 138 hay un primer
manguito 150. En una representación, el primer manguito 150 tiene
una forma substancialmente cilíndrica y está fabricado de un
material metálico conductor térmico como el cobre. Se colocan uno o
más canales de enfriamiento 152 dentro del interior del primer
manguito 150 y se extienden substancialmente a lo largo de su
longitud. El canal de enfriamiento 152 puede ser próximo o distante
a la superficie externa 156 del primer manguito 150. El canal de
enfriamiento 152, que tiene un primer extremo 158 y un segundo
extremo 160, está fabricado al perforar el canal 152 por la longitud
entera del primer manguito 150. Una vez fabricado, cada extremo
abierto del canal 152 se sella con un tapón 162 para evitar que el
refrigerante se escape. Los métodos que se usan para perforar el
canal de enfriamiento 152 y para acoplar el tapón 162 al primer
manguito 150 son bien conocidos por los expertos en la materia. En
una representación, los tapones están fabricados de cobre. Esto,
sin embargo, no se entiende en su sentido limitante puesto que
cualquier metal o aleación metálica se podría usar para fabricar
los tapones.
En otra representación, el primer manguito 150
se fabrica a partir de dos mitades metálicas que se sueldan juntas.
Debido a que la mitad del canal de enfriamiento 152 se mecaniza en
cada mitad metálica, esta representación particular elimina la
necesidad de tener que usar los tapones 162 para sellar los extremos
de dos canales de enfriamiento 152 dado que los canales de
enfriamiento 152 no extienden a lo largo de todo el primer manguito
150. Si se usan más de dos canales de enfriamiento 152 en la válvula
de chequeo 32 de esta representación, los canales de enfriamiento
152 serán perforados y taponados usando técnicas que son bien
conocidas en el arte.
De acuerdo con la Fig. 6, se introduce
refrigerador en el canal de enfriamiento 152 por un conducto 164 de
entrada, que está en comunicación líquida o gaseosa constante con el
segundo extremo 160 del canal de enfriamiento 152. El conducto 164
de entrada se extiende substancial y radialmente desde el canal de
enfriamiento 152 y recibe refrigerante fresco de un primer tubo de
enfriamiento de entrada 166, el cual es sostenido en su sitio por
un soporte 168 que se extiende substancialmente a lo largo de la
circunferencia del primer manguito 150. El soporte 168 tiene un
canal interior 170 que está en comunicación líquida o gaseosa
continua con el primer tubo de enfriamiento de entrada 166. El
canal interior 170 del soporte 168 también se extiende
substancialmente a lo largo de la circunferencia del soporte 168,
conduciendo así refrigerante fresco a otros canales de enfriamiento
152 que están situados dentro del primer manguito 150.
Mientras el refrigerante fluye hacia el primer
extremo 158 del canal de enfriamiento 152, el refrigerante absorbe
el calor que se está eliminando de metal fundido 22 solidificando o
congelando de este modo el metal fundido 22 que está situado dentro
del primer núcleo conductor térmico 138 bajando la temperatura de
metal fundido 22 por debajo de la temperatura de solidificación.
Refiriéndonos a la Fig. 6, el refrigerante calentado se expele del
primer manguito 150 a través de un tubo de enfriamiento 172 de
salida que está situado cerca del primer extremo 174 del primer
manguito 150. Aunque la Fig. 6 representa un primer tubo de entrada
del enfriamiento 166 situado cerca del segundo extremo 176 del
primer manguito 150 y un primer tubo de salida del enfriamiento 172
cerca del primer extremo 174 del primer manguito 150, la posición de
los tubos de enfriamiento de entrada 166 y de salida 172 puede
invertirse sin abandonar el alcance de esta invención. Similar al
primer tubo de entrada del enfriamiento 166, el primer tubo de
salida del enfriamiento 172 es sostenido en su lugar por el soporte
168 que se extiende substancialmente a lo largo de la circunferencia
del primer manguito 150. El soporte 168 tiene un canal interior 170
que está en comunicación líquida o gaseosa constante con el primer
tubo de salida del enfriamiento 172 y el conducto 178 de salida que
está en comunicación líquida o gaseosa con el primer extremo del
canal de enfriamiento 158. El canal interior 170 se extiende
substancialmente a lo largo de la circunferencia del soporte 168 de
modo tal que conduce el refrigerante calentado que se expele de los
tubos de enfriamiento hacia el primer tubo de salida del
enfriamiento 172.
El flujo del refrigerante a través del primer
manguito 150 se puede resumir como sigue. Sin embargo, para mayor
claridad, el flujo de refrigerante será descrito en referencia al
canal de enfriamiento 152 situado cerca de la parte superior del
primer manguito 150 en Fig. 6. Primero, el refrigerante se recibe en
el primer tubo de enfriamiento de entrada 166. El refrigerante
entonces fluye a partir del primer tubo de enfriamiento de entrada
166 al canal interno 170 del soporte 168. Del canal interno 170, el
refrigerante fluye al conducto 164 de entrada, que está conectado
con el segundo extremo 160 del canal de enfriamiento 152. Según el
refrigerante pasa del segundo extremo 160 del canal de enfriamiento
152 al primer extremo 158 el refrigerante absorbe el calor que es
generado por el metal fundido 22. El refrigerante calentado fluye
entonces del primer extremo 158 del canal de enfriamiento 152 en el
primer tubo de enfriamiento de la salida 172 vía el conducto 178 y
el canal interno 170 del soporte 168.
El primer manguito 150 está rodeado por un
serpentín de calentamiento 180, que proporciona calor al primer
núcleo 138 conductor térmico y al primer manguito 150 asegurando así
que el flujo de metal fundido 22 fluye libremente a través de la
válvula de chequeo 32 guardando el metal fundido 22 sobre una
temperatura de la solidificación según el metal fundido 22 pasa por
el primer y segundo orificios 146 y 148 del primer núcleo conductor
térmico 138. El serpentín de calentamiento 180 también se usa para
retornar el metal fundido 22 de nuevo a un estado fundido después
de que se haya solidificado o se haya congelado el metal fundido 22.
Aunque la Fig. 6 representa el serpentín de calentamiento 180
situado entre los dos soportes 168, esta figura no se entiende en
su sentido limitante puesto que el serpentín de calentamiento 180
también se podría posicionar adyacente a ambos lados de los
soportes 168.
El diseño de las válvulas flujímetras
tradicionales confía en la abertura y el cierre de un orificio para
alcanzar cierto régimen de flujo dada una caída de presión. En la
industria del aluminio, las válvulas de chequeo se usan para
permitir o para evitar el flujo de metal fundido en un sistema dado.
Sin embargo, estas válvulas tradicionales de chequeo son
problemáticas cuando se usan para controlar el flujo de aluminio
fundido a alta presión (es decir > 5.000 PSI). Parte del
problema proviene de la afinidad del aluminio fundido para
reaccionar con la mayoría de los materiales que se usan para
fabricar las válvulas de chequeo tradicionales. Otro problema es
causado por la imposibilidad por parte de las válvulas de chequeo
tradicionales de mantener su forma o de formarse a temperaturas en
o superiores a 670ºC (1238ºF) porque los materiales usados para
fabricarlas comienzan a ablandarse a altas temperaturas (es decir
> 670ºC). Es decir, los materiales usados para fabricar las
válvulas de chequeo tradicionales carecen de estabilidad dimensional
en las temperaturas a o superiores a aproximadamente 670ºC
(1238ºF). Además, la operación fiable de los diseños tradicionales
de la válvula de chequeo se ve afectada también por contaminantes
existentes en el aluminio fundido en sí mismo. Estos contaminantes
son a menudo partículas sólidas duras que evitan que una válvula de
chequeo tradicional forme un retén mecánico completo, lo cual da
lugar en última instancia a una cantidad significativa de fuga
cuando el aluminio fundido está bajo alta presión.
La ventaja de usar el diseño de la válvula de
chequeo que se propone aquí es que tiene la capacidad de funcionar
a altas presiones (es decir \geq 5.000 PSI) y a altas temperaturas
(es decir \geq 670ºC). A diferencia de lo que sucede con las
válvulas de chequeo tradicionales, esta válvula de chequeo no tiene
ninguna pieza móvil. Por consiguiente, la vida útil de esta válvula
de chequeo es muchísimo mayor puesto que la mayoría de los
componentes que comprenden la válvula de chequeo no están sujetos a
desgaste mecánico. Otra ventaja de esta válvula de chequeo es que
es insensible a los contaminantes que se encuentran en ocasiones en
el aluminio fundido puesto que la válvula de chequeo no confía en
un sello mecánico para evitar el flujo de aluminio fundido por la
válvula de chequeo. En su lugar, la válvula de chequeo que se
describe en esta invención confía en la congelación del aluminio
fundido que está situado en el orificio central para prevenir el
flujo del aluminio fundido a través de la válvula de chequeo. Otra
ventaja adicional al diseño de la válvula de chequeo que se propone
en esta invención es que se fabrica fácilmente porque no se
requieren tolerancias estrictas o cerradas en la fabricación de la
válvula de chequeo propuesta en esta invención.
Una ventaja de usar el sistema de suministro de
metal fundido que se propone en esta invención es que el sistema
aumenta la cantidad de metal recuperado durante un proceso de
extrusión. Durante un proceso típico de extrusión, la cabeza y la
cola del producto extruído tendrían que ser rechazados y ser
aserrados puesto que la cabeza del producto extruído tendría
cualidades físicas diferentes al resto del producto mientras que la
cola del producto extruído tendría contaminantes que son
típicamente inadecuados para un producto final.
Como se ha declarado anteriormente, otra ventaja
de usar el sistema de suministro de metal fundido que se propone en
esta invención es que se podría producir un producto de longitud
indefinida o arbitraria y de tal modo eliminar la necesidad de
tener que usar una barra o un lingote con una superficie transversal
grande y las inhomogeneidades microestructurales que acompañan
típicamente a tal barra. Al preceder el uso de un barra o de un
lingote con una superficie transversal grande, el producto que se
extruye usando el sistema de suministro de metal fundido no exhibe
las inhomogeneidades microestructurales que ocurrirían normalmente
si fuese usada una barra que tenía una superficie transversal
grande.
Otra ventaja es que se podría producir una
extrusión a un régimen más alto (es decir, más procesamiento de
metal) gracias al índice de solidificación más rápido que se alcanza
con esta invención.
Otra más ventaja de usar el sistema de
suministro de metal fundido que se propone en esta invención es que
la porosidad por contracción en el producto extruído puede evitarse
puesto que el aluminio se solidifica bajo presión. Eliminando o
reduciendo la ocurrencia de la porosidad por contracción, el
producto que se extruye a través del sistema de suministro de metal
fundido exhibe muy poca o ninguna reducción transversal después de
la extrusión. Esto contrasta en gran medida con las técnicas de
proceso convencionales (es decir métodos tradicionales de
extrusión), que requieren reducciones transversales grandes en el
producto extruído para compensar la porosidad por contracción que
se forma típicamente en la etapa del colado de lingotes.
Cuando se extruye un producto usando métodos
convencionales de extrusión, tales como extrusión directa o
indirecta, la temperatura del producto varía a lo largo de la
longitud del producto. Por ejemplo, durante la extrusión directa la
temperatura del producto aumenta debido al calentamiento por
fricción de la barra o del lingote. Durante la extrusión indirecta
la temperatura del producto puede caer mientras que la barra se
refresca en el contenedor. Estas variaciones de la temperatura en
el producto, que ocurren normalmente durante el uso de los métodos
tradicionales de extrusión, hacen que el temple en prensa del
producto tratable con calor no sea fiable puesto que el producto
tiende a distorsionarse después del proceso de temple. Además de la
distorsión, las características físicas del producto también
variarían a lo largo de la longitud del producto después de que el
producto sea templado en prensa. El temple en prensa incluye temple
por medio de agua, aire, y gas tal como el nitrógeno o argón. La
distorsión en el producto es causada por la interacción entre la
severa acción térmica del proceso de temple y las diversas
temperaturas que se encuentran a lo largo del producto. En cambio,
el sistema de suministro de metal fundido permite la extrusión de un
producto que tiene una temperatura uniforme con lo que se permite
que el producto tratable por calor sea templado en prensa con más
fiabilidad. Es decir el producto que se extruye usando el sistema
de suministro de metal fundido que se propone en esta invención
tendría ninguna o muy poca distorsión después de templar el producto
porque la longitud entera del producto tendría una temperatura
uniforme.
Otra ventaja de usar el sistema de suministro de
metal fundido es que permite la extrusión de aleaciones de aluminio
de alta resistencia que no pueden ser extruídas usando técnicas y
métodos convencionales puesto que estas aleaciones de aluminio no
se pueden verter en barras o stock. Por ejemplo, cuando una aleación
de alta resistencia se echa en un barra, la barra típicamente se
agrieta. Debido a que estas aleaciones de aluminio de alta
resistencia tratables con calor no se pueden verter en barras o
stock no pueden ser extruídas usando técnicas tradicionales. Sin
embargo, estas aleaciones de aluminio de alta resistencia se pueden
extruir usando el sistema de suministro de metal fundido que se
propone en esta invención porque el sistema de suministro de metal
fundido elimina la necesidad del tener una barra o stock para
extruir un producto porque el producto se extruye del aluminio
fundido.
Otra ventaja adicional de esta invención se
relaciona con la solubilidad de los elementos ligantes en una
aleación de aluminio. La solubilidad de los elementos ligantes en
aluminio fundido cambia con la presión que se aplique. Por
consiguiente, la solubilidad de estos elementos ligantes podría
verse aumentada manipulando la presión del sistema de suministro de
metal fundido permitiendo así la extrusión de una aleación de
aluminio de alta resistencia tratable con calor que tendría una
fuerza más alta que las aleaciones de aluminio de alta resistencia
tratables con calor convencionales puesto que es posible con esta
invención la mayor sobresaturación de elementos ligantes en la
aleación de aluminio.
Habiendo descrito las representaciones
actualmente preferidas, debe entenderse que la invención se puede
representar de otro modo dentro del alcance de las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (17)
1. Un sistema de suministro de metal fundido
(16) que comprende:
una fuente de suministro de metal fundido (21);
y
una serie de inyectores de metal fundido (18)
que comprenden como mínimo un primer inyector de metal fundido
(18a), y como mínimo un segundo inyector de metal fundido (18b);
el primer inyector (18a) de metal fundido que
alterna entre estar en comunicación líquida en un primer caso con
la fuente de suministro de metal fundido (21) y en un segundo caso
simultáneamente con el segundo inyector de metal fundido (18b) y un
proceso río abajo,
el segundo inyector (18b) de metal fundido en
comunicación líquida en un primer caso con el primer inyector (18a)
de metal fundido y un proceso río abajo y en un segundo caso con el
proceso río abajo solamente,
cada uno de los inyectores (18) tiene una
cubierta del inyector (44) configurada para contener el metal
fundido (22) y un pistón (84) que es recíprocamente operable dentro
de la cubierta (44), el pistón (84) movible a través de un carrera
de retorno y de una carrera de avance, la carrera de retorno permite
que el metal fundido (22) sea recibido en la cubierta (44) y la
carrera de avance desplaza el metal fundido (22) de la cubierta, y,
en uso, la carrera de avance del primer inyector de metal fundido
(18a) alimenta simultáneamente metal fundido (22) a la cubierta
(44) del segundo inyector (18b) de metal fundido y el proceso río
abajo, la carrera de avance del segundo inyector de metal fundido
(18b) alimenta el metal fundido (22) en el proceso río abajo.
2. El sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 1, en donde, en uso, las carreras de avance
de cada uno de los primer y segundo inyectores de metal fundido (18)
alimentan el metal fundido (22) al proceso río abajo a un régimen
requerido para mantener una operación continua.
3. El sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 1, el cual comprende también medios para
controlar la velocidad de salida de un producto del proceso río
abajo, comprendiendo los medios:
un cilindro de control del proceso (58) en
comunicación gaseosa con el segundo inyector de metal fundido (18b),
el cilindro de control del proceso (58) que tiene una segunda
cubierta (232) configurada para contener un gas y un segundo pistón
(234) que es operable recíprocamente dentro de la segunda cubierta
(232);
el segundo pistón (234) es movible a través de
una carrera de avance y de un carrera de retorno, disminuyendo la
carrera de retorno la cantidad de presión aplicada al gas en la
segunda cubierta (232), de tal modo que disminuye la velocidad de
la carrera de avance del segundo inyector (18b) de metal fundido, lo
cual hace disminuir la velocidad de salida del producto extruído,
la carrera de avance aumentando la cantidad de presión aplicada al
gas en la segunda cubierta (232) lo cual hace aumentar la velocidad
de salida del producto.
4. El sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 1, en donde cada uno de los inyectores (18)
está en comunicación gaseosa con como mínimo un inyector
adyacente.
5. El sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 1, comprendiendo además un cojín del gas
situado entre el pistón (84) y el metal fundido (22) en el primer
inyector de metal fundido (18a).
6. El sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 5, en donde el cojín del gas es argón u
otro gas conveniente.
7. El sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 4, comprendiendo además una serie de
válvulas de gas que comprenden como mínimo una primera válvula de
gas (66) colocada entre el primer inyector (18a) de metal fundido y
el segundo inyector (18b) de metal fundido y la segunda válvula de
gas (70) posicionada adyacentemente al primer inyector (18a) de
metal fundido; estando en comunicación gaseosa cada una de las
válvulas de gas con como mínimo uno de los inyectores (18) en donde,
en uso:
antes de que el segundo inyector (18b) de metal
fundido termine la carrera de avance, se abre la primera válvula de
gas (66), durante la carrera de retorno del segundo inyector (18b)
de metal fundido, la primera válvula de gas (66) se cierra;
durante la carrera de desplazamiento del primer
inyector (18a) de metal fundido ambas primera y segunda válvula de
gas (66, 70) se cierran; y
cuando el primer inyector (18a) de metal fundido
termina la carrera hacia abajo, se abre la segunda válvula de gas
(70), durante la carrera de retorno del primer inyector (18a) de
metal fundido ambas primera y segunda válvulas de gas (66, 70) se
cierran.
8. Un sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 1, en donde el sistema de suministro de
metal fundido comprende también:
una serie de válvulas de chequeo que comprenden
como mínimo una primera válvula de chequeo (32a) colocada entre el
primer inyector de metal fundido (18a) y la fuente de suministro de
metal fundido (21) y una segunda válvula de chequeo (326) colocada
entre el primer y segundo inyector de metal fundido (18);
en donde, en uso, la primera válvula de chequeo
(32a) se abre y la segunda válvula de chequeo (32b) se cierra
durante la carrera de retorno del primer inyector (18a) de metal
fundido, la primera válvula de chequeo (32a) se cierra y la segunda
válvula de chequeo (326) se abre durante la carrera de
desplazamiento del primer inyector (18a) de metal fundido y durante
la carrera de retorno del segundo inyector de metal fundido (18b),
la segunda válvula de chequeo (326) se cierra durante la carrera de
avance del segundo inyector (18b) de metal fundido, estando
sincronizados el primer y segundo inyector (18) de metal fundido
para moverse en direcciones substancialmente opuestas.
9. El sistema de suministro de metal fundido
según la reivindicación 1, en donde el proceso río abajo es un
molde de extrusión.
10. Un método de operar un sistema de suministro
de material fundido (16) para suministrar metal fundido (22) a un
proceso río abajo a un flujo substancialmente constante de metal
fundido y presión, comprendiendo el sistema:
una fuente de suministro de metal fundido
(21);
una serie de inyectores de metal fundido (18)
que comprenden como mínimo un primer inyector de metal fundido
(18a), y un segundo inyector de metal fundido (18b);
el primer inyector (18a) de metal fundido que
alterna entre estar en comunicación líquida con la fuente de
suministro de metal fundido (21) o estar en comunicación líquida
simultáneamente con el segundo inyector de metal fundido (18b) y un
proceso río abajo,
el segundo inyector (18b) de metal fundido
alternando entre estar en comunicación líquida con el primer
inyector (18a) de metal fundido y un proceso río abajo o el proceso
río abajo solamente,
cada uno de los inyectores (18) con una cubierta
del inyector (44) configurada para contener metal fundido (22) y un
pistón (84) que es recíprocamente operable dentro de la cubierta
(44), el pistón (84) es movible a través de un carrera de retorno y
de una carrera de avance, la carrera de retorno permite que el metal
fundido (22) sea recibido en la cubierta (44) y la carrera de
avance desplaza el metal fundido (22) de la cubierta (44); y
una serie de válvulas de chequeo que comprenden
como mínimo una primera válvula de chequeo (32a) colocada entre el
primer inyector (18a) de metal fundido y la fuente de suministro de
metal fundido (21) y como mínimo una segunda válvula de chequeo
(32b) colocada entre el primer y segundo inyector (18) de metal
fundido;
el método comprende los pasos de:
- activar los inyectores (18) para mover los inyectores en movimientos de retorno y avance en diversas horas, el primer y segundo inyector (18) de metal fundido estando sincronizados para moverse en direcciones substancialmente opuestas;
- la abertura de la primera válvula de chequeo (32a) durante la carrera de retorno del primer inyector (18a) de metal fundido y el cierre de la segunda válvula de chequeo (32b)
- la abertura de la segunda válvula de chequeo (32b) durante la carrera de desplazamiento del primer inyector (18a) de metal fundido y durante la carrera de retorno del segundo inyector (18b) de metal fundido y el cierre la primera válvula de chequeo (32a)
- el cierre de la segunda válvula de chequeo (32b) durante la carrera de desplazamiento del segundo inyector de metal fundido (18b); y
- la alimentación simultánea del segundo inyector (18b) de metal fundido y el proceso río abajo con el metal fundido (22) durante la carrera de desplazamiento del primer inyector de metal fundido (18a).
11. Un método de operar un sistema de suministro
de material fundido (16) para suministrar metal fundido (22) a un
proceso río abajo a una presión y a un régimen de flujo de metal
fundido substancialmente constante según la reivindicación 10,
comprendiendo el sistema:
el control de la velocidad de salida de un
producto desde el proceso río abajo ajustando la velocidad de la
carrera de desplazamiento del segundo inyector (18b) de metal
fundido con un cilindro de control del proceso (58), el cilindro de
control del proceso (58) que está en comunicación gaseosa con el
segundo inyector (18b) de metal fundido, comprendiendo el cilindro
de control del proceso:
una segunda cubierta (232) configurada para
contener un gas y un segundo pistón (234) que es recíprocamente
operable dentro de la segunda cubierta (232);
el segundo pistón (234) móvil a través de un
carrera de retorno y de una carrera de avance, disminuyendo la
carrera de retorno la cantidad de presión aplicada al gas en la
segunda cubierta (232) disminuyendo así la velocidad de la carrera
de avance del segundo inyector de metal fundido (18b) que hace
disminuir así la velocidad de salida del producto, aumentando la
carrera de retorno la cantidad de presión aplicada al gas en la
segunda cubierta (232) y que hace aumentar la velocidad de la
carrera de desplazamiento del segundo inyector (18b) de metal
fundido que hace aumentar la velocidad de salida del producto,
estando cada uno de los inyectores (18) en comunicación gaseosa con
como mínimo un inyector adyacente.
12. El método de operar un sistema de suministro
de metal fundido (16) para suministrar metal fundido (22) a un
proceso río abajo a una presión y a un régimen de flujo de metal
fundido substancialmente constante según la reivindicación 10,
comprendiendo el sistema:
una serie de válvulas de gas que comprenden como
mínimo una primera válvula de gas (66) y como mínimo una segunda
válvula de gas (70) ambas válvulas de gas (66, 70) estando en
comunicación gaseosa con como mínimo uno de los inyectores
(18);
el método que además comprende:
- la abertura de la primera válvula de gas (66) antes de la terminación de la carrera de avance del segundo inyector de metal fundido (18b), el cierre de la primera válvula de gas (66) durante la carrera de retorno del segundo inyector de metal fundido (18b)
- el cierre de la primera y segunda válvulas de gas (66, 70) durante la carrera de avance del primer inyector de metal fundido (18a) y
- la abertura de la segunda válvula de gas (70) cuando el primer inyector de metal fundido (18a) termina la carrera de avance, el cierre de ambos primer y segundo inyectores (18) durante la carrera de retorno del primer inyector de metal fundido (18a).
13. El método de gestionar un sistema de
suministro de material fundido (16) para suministrar metal fundido
(22) a un proceso río abajo a una presión y a un flujo
substancialmente constante de metal fundido según la reivindicación
10, que también comprende el paso de la extrusión del producto en el
proceso río abajo.
14. El método según la reivindicación 13, en
donde el producto extruído es de una longitud indefinida.
15. Un método de proporcionar un metal fundido
(22) a un proceso río abajo a una presión y a un flujo de metal
fundido substancialmente constante con un sistema (16) que
incluye:
un recipiente de suministro de metal fundido
(21);
al menos un primer inyector de metal fundido
(18a) y al menos un segundo inyector de metal fundido (18b), cada
inyector en comunicación líquida recíproca y el recipiente de
suministro de metal fundido (21) y el proceso río abajo.
los inyectores (18) con una cubierta (44)
configurada para contener un metal fundido (22) y un pistón (84)
móviles por una carrera de retorno y una carrera de avance,
permitiendo la carrera de retorno que el metal fundido (22) sea
recibido en la cubierta (44) y la carrera de avance que desplace el
metal fundido (22) de la cubierta (44);
una primera válvula de chequeo (66) posicionada
entre el primer inyector de metal fundido (18a) y el recipiente de
suministro de metal fundido (21);
una segunda válvula de chequeo (70) posicionada
entre el primer y segundo inyector de metal fundido (18); y
una salida que lleva al proceso río abajo,
comprendiendo el método:
- el suministro de metal fundido (22) al recipiente de suministro de metal fundido (21);
- el cierre de la segunda válvula de chequeo (70) y la abertura de la primera válvula de chequeo (66) durante una carrera de retorno del primer inyector de metal fundido (18a) para llenar el primer inyector de metal fundido (18a) con metal fundido (22) proveniente del recipiente de suministro de metal fundido (21);
- la abertura de la segunda válvula de chequeo (70) y el desplazamiento del pistón (84) en el primer inyector de metal fundido (18a) y la retractación del pistón (84) en el segundo inyector de metal fundido (18b) así como el cierre de la primera válvula de chequeo (66) para llenar el segundo inyector de metal fundido (18b) con metal fundido (22);
- el desplazamiento del pistón (84) en el segundo inyector de metal fundido (18b) para alimentar el proceso río abajo mientras que simultáneamente se alimenta el segundo inyector de metal fundido (18b) con metal fundido (22) desplazando el pistón (84) en el primer inyector de metal fundido (18a); y
- el cierre de la segunda válvula de chequeo (70) y la retracción del pistón (84) en el primer inyector (18a) para volver a llenar el suministro de metal fundido (22) en su interior,
- en donde el primer y segundo inyector de metal fundido (18) se sincronizan para moverse en direcciones substancialmente opuestas para proporcionar un flujo continuo de metal fundido (22) a la salida.
16. El método según la reivindicación 15, en
donde el sistema (16) incluye un cilindro de control del proceso
(58) que controla la presión de gas en el espacio entre los
inyectores (18) sobre el pistón (84), e incluye el paso de regular
la presión de gas en los inyectores (18) para controlar la
alimentación de metal fundido (22) a la salida.
17. El método según la reivindicación 15, en el
que se incluye la alimentación de metal fundido (22) en la salida a
través de un molde de extrusión (226).
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