ES2344372T3 - Cuerpo de moldeo metalico y metodo para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Cuerpo de moldeo metálico (10), el cual se encuentra compuesto por zonas unidas metálicamente (12, 14) de espuma metálica por un lado y de metal por el otro lado, así como por al menos un elemento de inserción (16), el cual presenta un punto de fusión más elevado que la espuma metálica y el metal, caracterizado porque, la/las zona/s de espuma metálica (12) se encuentra/n (respectivamente) compuesta/s por espuma metálica con el tamaño de burbujas fundamentalmente monomodales y se encuentran delimitadas, al menos parcialmente, con respecto a las zonas adyacentes (14) mediante elementos de inserción (16) dispuestos en la zona límite, los cuales se encuentran conformados esencialmente en forma plana y los cuales presentan aberturas de paso de una zona a la otra, las cuales, en su corte transversal, se encuentran conformadas de modo tal, que las burbujas fundamentalmente monomodales de una zona se encuentran acotadas, al encontrarse imposibilitadas para acceder a la otra zona, con lo cual, sobre el lado del/de los elemento/s de inserción (16) opuesto a la/s zona/s de espuma metálica (12) se encuentra presente metal, esencialmente sin burbujas de gas.
Description
Cuerpo de moldeo metálico y método para su
fabricación.
La presente invención hace referencia a un
cuerpo de moldeo metálico, el cual se encuentra compuesto por zonas
de espuma metálica unidas metálicamente por un lado, y de metal por
el otro lado, así como por al menos un elemento de inserción, el
cual presenta un punto de fusión más elevado que la espuma metálica
y el metal, así como también hace referencia a un método para su
fabricación.
Cuerpos de moldeo metálico ligeros, así como
métodos de fabricación de la clase mencionada, se conocen, por
ejemplo, por la solicitud AT 408317 B, de acuerdo a la cual, en un
proceso pulvimetalúrgico, un cuerpo semiacabado a partir de una
mezcla compactada de un metal de matriz en polvo y de un polvo
expansor es calentado en una coquilla de espuma conjuntamente con
al menos un elemento de inserción, a una temperatura en la cual se
funde el polvo de metal matriz y el polvo expansor libera gas, el
cual forma burbujas de gas en el metal matriz. La espuma metálica
producida envuelve el elemento de inserción compuesto por un
material, el cual no se funde a la temperatura expuesta; el
elemento de inserción puede cumplir diferentes funciones, como por
ejemplo la de proporcionar uniones, cavidades, reforzamientos, y
funciones similares. Las desventajas de los cuerpos de moldeo
metálicos semejantes, así como del método de fabricación, pueden
observarse en cuanto a los elevados costes, así como en particular
también en cuanto a la disposición de la espuma metálica, así como
de la zona metálica, la cual no puede ser controlada o sólo puede
serlo con dificultad, y en cuanto a la amplia distribución de los
tamaños de los poros en la misma espuma metálica, lo cual produce
repercusiones negativas con respecto a la calidad del cuerpo de
molde.
Asimismo, en el caso de métodos metalúrgicos de
colada conocidos para la fabricación en sí misma de espuma metálica
(véase, por ejemplo, la solicitud AT 10103 B o la solicitud AT
411970 B), es introducido gas en una masa fundida metálica
concentrada con partículas, por lo cual, las burbujas de gas
formadas se acumulan al formarse la espuma metálica fluida en la
superficie de la masa fundida. Esta espuma metálica es entonces
vertida en una coquilla o es comprimida, o puede ser elevada
directamente en una coquilla dispuesta por encima de la masa
fundida. El gas espumoso puede ser introducido en la masa fundida
mediante inyectores (véase, por ejemplo, la solicitud AT 410104 B o
la solicitud AT 411768 B), o mediante un, así denominado, impulsor
(véase, por ejemplo, la solicitud US 2003/0051850 A1). La espuma
metálica es producida, de este modo, predominantemente de
materiales compuestos de aluminio, sin embargo, además también de
compuestos de magnesio o de otros metales ligeros. Las experiencias
industriales más amplias se llevan a cabo, hasta el momento, con
espuma de aluminio, la cual, desde el punto de vista de la densidad
mínima de masa deseada, es casi ideal, y también presenta
excelentes propiedades en cuanto a la absorción de energía. Por este
motivo, los cuerpos de moldeo a partir de espuma metálica son
utilizados, por ejemplo, en las zonas de absorción de impactos de
automóviles, como refuerzos de cavidades, pero también como piezas
núcleo provisionales de piezas para coladas que, de esta manera, se
vean reforzadas, aligeradas y ahuecadas, con lo que, contribuyen,
adicionalmente, de un modo positivo a las propiedades de las ondas
sónicas del cuerpo de moldeo. F., y otros; "Reinforced Aluminium
Foams", in Cellular Metals and Meats Forming Technology (2001),
páginas 365-368, describe un método para la
fabricación de espuma de aluminio con elementos de inserción.
Sin embargo, la espuma metálica, así como el
cuerpo de moldeo fabricado a partir de la misma, se muestran como
elementos muy condicionados para poder absorber fuerza de tracción,
lo que ya se ha intentado mejorar a través de los elementos de
inserción mencionados en la introducción. Igualmente, aún no se ha
logrado satisfactoriamente el conseguir proporcionar de modo fiable
un grosor o la conformación de una zona de la pared exterior
relativamente libre de espuma, maciza y sólida.
Es objeto de la presente invención el mejorar un
cuerpo de moldeo metálico, así como un método de la clase
mencionada en la introducción, de modo que puedan aprovecharse en
forma óptima las posibilidades brindadas a través de elementos de
inserción funcionales, y de modo que sea posible, también una zona
de la pared exterior de metal con una forma escogida de modo fiable
con un amplio abanico de posibilidades de bordes.
Este objeto se alcanzará, conforme a la presente
invención, conforme a la reivindicación 1, y en un cuerpo de moldeo
metálico de la clase mencionada en la introducción, de modo que
la/las zona/s de espuma metálica se encuentre/n (respectivamente)
compuesta/s por espuma metálica con el tamaño de burbujas
fundamentalmente monomodales y que se encuentren delimitadas, al
menos parcialmente, con respecto a las zonas adyacentes mediante
elementos de inserción dispuestos en la zona límite, los cuales se
encuentran conformados esencialmente en forma plana y los cuales
presentan aberturas de paso de una zona a la otra, las cuales, en su
corte transversal, se encuentren conformadas de modo tal, que las
burbujas fundamentalmente monomodales de una zona se encuentren
acotadas, al encontrarse imposibilitadas para acceder a la otra
zona.
El método de fabricación para un cuerpo de
moldeo metálico semejante, conforme a la invención, el cual se
expone en la reivindicación 2, se caracteriza por las siguientes
etapas:
- preparación de una coquilla para el cuerpo de moldeo metálico;
- posicionamiento de al menos un elemento de inserción de una o más piezas con aberturas o espacios intermedios en la coquilla en al menos una zona límite entre al menos una zona de espuma metálica a ser llenada con espuma metálica y al menos otra zona,
- colada de un metal;
- introducción de gas en el metal fundido, para hacer espuma el metal fundido, con lo cual se produce una espuma metálica fluida, la cual presenta, esencialmente, el tamaño de burbujas monomodales, el cual es mayor que las aberturas en el elemento de inserción;
- paso de la espuma metálica fluida a la coquilla, con lo cual, en una zona de espuma metálica, sobre un lado del elemento de inserción, se acumula espuma metálica, y sobre el otro lado del elemento de inserción se acumula metal, esencialmente, sin burbujas de gas; y
- enfriamiento del metal en la coquilla, con lo cual, el metal se solidifica para formar el cuerpo de moldeo metálico.
Asimismo, una pieza de colada conforme a la
invención, la cual contiene un cuerpo de moldeo metálico de esta
clase en forma de un núcleo provisional, forma parte de la presente
invención.
La presente invención se basa en la idea de
disponer un elemento de inserción o una pluralidad de elementos de
inserción en el cuerpo de moldeo metálico, con lo cual, cada
elemento de inserción puede ser de una o más piezas y, de forma
preferente, esencialmente plano, sin embargo, no necesariamente
liso. Este elemento de inserción, así como estos elementos de
inserción, presentan un punto de fusión, el cual se sitúa por encima
de la temperatura máxima alcanzada durante la fabricación del
cuerpo de moldeo metálico, y contienen, preferentemente, acero,
otro metal u otra aleación, o también cerámica u otros materiales,
en particular materiales compuestos de fibra a partir de fibra de
carbono, de vidrio, de carburo de silicio, de óxido de aluminio o de
otras fibras cerámicas. A su vez, un elemento de inserción puede
estar compuesto por una aleación de aluminio o por aluminio, con lo
cual presenta, preferentemente, superficies acabadas o recubiertas
y/o una aleación de aluminio con un punto de fusión, el cual es más
elevado que la temperatura máxima alcanzada durante la fabricación
del cuerpo de moldeo metálico.
Un elemento de inserción, preferentemente, es
una rejilla, un enrejado, una chapa perforada, un elemento plano
perforado, una malla metálica o un tejido de fibras, o se compone de
una pluralidad de varas rectas o curvas esencialmente paralelas. El
elemento de inserción presenta aberturas o espacios intermedios,
cuya forma y/o tamaño son escogidos de modo tal, que el metal
líquido es capaz de pasar a través de las aberturas o de los
espacios intermedios, pero, fundamentalmente, la espuma, así como
sus burbujas de gas, no pueden atravesarlas. Por lo tanto, el
elemento de inserción forma un límite entre una zona de la espuma
metálica y otra zona, en la cual el metal presenta menos cavidades
o cavidades más pequeñas o, esencialmente, no presenta ningún
cavidad.
De este modo, la zona de espuma metálica se
encuentra dispuesta, preferentemente, en el interior del cuerpo de
moldeo metálico, mientras que la otra zona forma la superficie
sólida y libre de espuma del cuerpo de moldeo metálico. A través de
las aberturas o espacios intermedios del elemento de inserción, el
metal en la zona de espuma metálica y el metal en la otra zona, se
encuentran unidos en forma metálica uno al otro, es decir, forman
una estructura cristalina continua, de una pieza, sin una capa de
óxido, de pegamento u otra capa de otro material posicionado a modo
de intersticio.
A través de la estructuración y de la
disposición del elemento de inserción, así como de los elementos de
inserción, puede ser regulada de modo fiable la forma y,
particularmente, el grosor de la otra zona, así como de la zona
sólida de la pared. El elemento de inserción define el límite entre
la zona de la espuma metálica y la siguiente zona y, de este modo,
se encuentra dispuesto en la zona límite entre los mismos.
Asimismo, el elemento de inserción se encuentra
en condiciones de absorber fuerza de tracción y, de este modo,
cumplir una tarea similar a la de la armadura de acero en el
hormigón armado. Para ello, puede ser pretensado mecánicamente.
Este pretensado puede realizarse, a través de dispositivos tensores,
ya en la coquilla antes del pasaje de la espuma metálica fluida o
antes de enfriarse el metal. En forma alternativa, el pretensado se
produce en relación al hecho de que el elemento de inserción se
encuentra compuesto por un material, el cual presenta otro
coeficiente de dilatación térmico, preferentemente mayor que el del
metal en la zona de espuma metálica y en la otra zona. La fuerza de
tracción en el elemento de inserción se opone, en todo caso, a la
tensión de compresión correspondiente de la zona de espuma metálica
y de la zona sólida de pared.
Otras conformaciones se mencionan en las
reivindicaciones dependientes. A continuación, se explican en
detalle ejemplos de ejecución preferentes de la presente invención
en referencia a las figuras adjuntas. Las figuras muestran:
Figura 1 y 1a: respectivamente, representaciones
esquemáticas de un corte a través de un cuerpo de moldeo
metálico;
Figura 2: una representación esquemática de un
corte a través de otro cuerpo de moldeo metálico;
Figura 3: una representación esquemática de un
corte a través de otro cuerpo de moldeo metálico;
Figura 4: una representación esquemática de un
proceso de colada en corte transversal;
Figura 5: una representación esquemática de un
proceso de colada en corte transversal;
Figura 6: un diagrama de flujo esquemático de un
método de fabricación.
La figura 1 muestra una representación
esquemática de un cuerpo de moldeo metálico 10 con una zona de
espuma metálica 12 y una zona sólida de pared 14. En la zona límite
entre la zona de espuma metálica 12 y la zona sólida de pared 14 se
encuentra dispuesto un elemento de inserción 16. El elemento de
inserción 16, preferentemente, es una rejilla, una parrilla o un
enrejado de filamentos o hilos metálicos con cortes transversales
arbitrarios o de fibras de carbono o de otras fibras, una chapa
perforada u otro elemento plano perforado o una disposición de
varas, preferentemente, esencialmente paralelas, o alambres de
cortes transversales arbitrarios. En forma preferente, el elemento
de inserción 16 se compone de aluminio, de otro metal, de una
aleación, o de otro material con un punto de fusión más elevado que
el punto de fusión del metal, del cual se encuentran formadas la
zona de espuma metálica 12 y la zona sólida de pared 14. El acero,
de diferentes cualidades, es especialmente adecuado debido a su
elevada dureza, su elevado punto de fusión, su buena disponibilidad,
su bajo coste y sus variadas posibilidades de transformación y de
procesamiento. El elemento de inserción 16 puede presentar
superficies acabadas o recubiertas.
El elemento de inserción 16 presenta aberturas o
espacios intermedios en los cuales la zona de espuma metálica 12 y
la zona sólida de pared 14 delimitan directamente una con otra y se
fusionan en forma homogénea. La zona de espuma metálica 12 y la
zona sólida de pared 14 se encuentran unidas una a la otra
metálicamente, así como presentan a su vez una estructura
cristalina continua sin capas de óxido o de otros materiales que se
encuentren posicionados a modo de intersticio. De este modo, la
zona de espuma metálica 12 y la zona sólida de pared 14 se
encuentran unidas por adherencia de materiales una a la otra a
través de aberturas o espacios intermedios del elemento de
inserción
16.
16.
La zona de espuma metálica 12 presenta
cavidades, así como burbujas de gas, con una distribución
dimensional esencialmente monomodal. Esto significa que todas o
casi todas las cavidades de la zona de espuma metálica 12
presentan, fundamentalmente, el mismo diámetro y el mismo volumen.
Las cavidades presentan, aproximadamente, la forma de geoide, así
como la forma de poliedros. Respectivamente, entre dos cavidades
contiguas se encuentra dispuesto un nervio metálico esencialmente
liso, así como en forma de plancha.
La zona sólida de pared 14 presenta, en el
cuerpo de moldeo metálico 10 representado en la figura 1,
esencialmente la forma de una capa, la cual rodea la zona de espuma
metálica 12 y el elemento de inserción 16 con un grosor
constante.
En una sección 18, el elemento de inserción 16 y
la zona sólida de pared 14 presentan una abertura, así como un
acotamiento, a través de la cual la espuma metálica fluida es
introducida en la zona de espuma metálica 12 en la fabricación del
cuerpo de moldeo metálico 10, la cual se encuentra descrita en
detalle en la figura 4. En la sección 18, la zona de espuma
metálica 12 limita directamente con la superficie 20 del cuerpo de
moldeo metálico 10. Esto puede ser evitado, sin embargo, a través de
la implementación de medidas especiales durante la fabricación o
consecutivamente a través de un fresado o de una obturación con
material sólido.
La zona sólida de pared 14 no presenta
esencialmente cavidades o al menos (en lo esencial) presenta menos
cavidades o cavidades más pequeñas (en lo esencial) que la zona de
espuma metálica 12. Del mismo modo que casi toda pieza de colada,
la zona sólida de pared 14 puede también, sin embargo, presentar
rechupes aislados u otras inclusiones gaseosas.
La figura 1a sólo se diferencia de la figura 1
en cuanto a que se prevén dos zonas de espuma metálica diferentes
12, 13, las cuales son separadas una de la otra a través de un
elemento de inserción 16 adicional, así como de una pieza adicional
del elemento de inserción 16 de varias piezas, y también, en cuanto
a que contienen espuma metálica con propiedades diferentes. A los
fines de una mayor claridad, se encuentran representados aquí
diferentes tamaños de burbujas, sin embargo, podría tratarse también
de espuma metálica de un material base diferente, con diferentes
adiciones o diferencias en esta línea. El elemento de inserción 16
introducido entre ambas zonas de espuma metálica 12, 13 en la zona
límite, impide aquí, fundamentalmente, una mezcla de ambas clases
de espuma, de modo que en ambas zonas 12, 13 pueden predeterminarse
diferentes propiedades del cuerpo de moldeo metálico 10. También en
el caso de la ejecución de acuerdo a la figura 1a, es válido que
las zonas de espuma metálica 12, 13 entre ellas, así como ellas con
la zona metálica 14, se encuentren conectadas metálicamente a
través de los elementos de inserción 16, así como de las piezas del
elemento de inserción 16 y, a través de los elementos de inserción
16, se produce un cuerpo de moldeo metálico 10 más reforzado.
Independientemente de si las zonas 12, 13 se
encuentran compuestas por el mismo material y sólo se diferencien,
fundamentalmente, a través de la presencia de una gran cantidad de
burbujas pequeñas en la zona 1a zona 13, la presencia de burbujas
de gas un poco más grandes en la zona 12 (tal como se representa en
la figura 1a) y prácticamente ninguna burbuja de gas en la zona 14,
ésta diferencia podría, sin embargo, llegar a un punto tal, que los
materiales base en las zonas 12, 13 se ejecuten con materiales de
características diferentes, por ejemplo, en diferentes aleaciones
de aluminio, que podrían ser empleadas en las zonas por separado; o
bien en diferentes materiales añadidos, quienes podrían poseer
determinadas propiedades alrededor de la zona de espuma, así como
de la zona
metálica.
metálica.
La figura 2 consiste en una representación
esquemática de un corte parcial de otro cuerpo de moldeo metálico
10 con una zona de espuma metálica 12 y una zona sólida de pared 14,
las cuales se encuentran separadas una de la otra a través de un
elemento de inserción 16. El ejemplo de la figura 2 se diferencia
del ejemplo de la figura 1, entre otras cosas, en que la zona
sólida de pared 14 diverge, a través de la forma del elemento de
inserción 16, de una capa simple con un grosor constante. En la zona
sólida 14, en un extremo del cuerpo de moldeo metálico 10, se
encuentra dispuesto un orificio 22. La forma y la disposición del
orificio 22 se encuentran definidas por la coquilla utilizada para
la fabricación del cuerpo de moldeo metálico 10 ó, por ejemplo, a
través de un manguito colocado en la coquilla. En forma alternativa,
el orificio 22 se encuentra fabricado, después del proceso de
colada en el cuerpo de moldeo metálico 10, a través de perforación o
fresado. El elemento de inserción 16 presenta, en la zona del
orificio 22, una distancia de la superficie 20 del cuerpo de moldeo
metálico 10, la cual se encuentra incrementada considerablemente.
Por lo tanto, en la zona sólida de pared 14 queda suficiente
espacio para el orificio 22. A través de la forma y la disposición
del elemento de inserción 16 se garantiza que el orificio 22 se
encuentre rodeado por material sólido, con la dureza requerida, en
todos los lados. A su vez, el elemento de inserción 16 se encuentra
formado y dispuesto de modo tal, que la zona sólida de pared 14 se
encuentra reforzada hacia los extremos y hacia el orificio 22, en
correspondencia con las tensiones mecánicas locales que se
presentan allí incrementadas.
La figura 3 consiste en una representación
esquemática de un corte a través de una pieza de colada 30 con un
cuerpo de la pared exterior 34. El cuerpo de la pared exterior 34
presenta una forma y un grosor de material, los cuales corresponden
a la utilización prevista. A modo de ejemplo, se encuentran
representados los orificios 22 y una perforación 36. En la pared
exterior 34 se encuentra dispuesta una pieza central, la cual se
encuentra compuesta, en forma similar al cuerpo de moldeo metálico
representado anteriormente mediante las figuras 1 a 3, por una zona
de espuma metálica 12, una zona sólida de pared 14 y una zona límite
entre los mismos elementos de inserción 16 que se encuentran
dispuestos. La superficie externa 20 de la pieza central, la cual,
al mismo tiempo, corresponde a la superficie interna del cuerpo de
la pared externa 34, se encuentra estriada y presenta otra
estructura, la cual, a través de unión continua, establece una unión
entre la pieza central y el cuerpo de la pared externa 34. Puesto
que el cuerpo de pared externa 34 puede ser montado en caliente
sobre la pieza central durante la colada, se renuncia,
eventualmente, a un estriado de la superficie 20 de la pieza
central, así como de la superficie límite entre la pieza central y
el cuerpo de pared externa 34.
Durante la fabricación de la pieza de colada 30
es fabricada, en primer lugar, la pieza central y, a continuación,
es dispuesta y alineada en una coquilla, la cual define la figura
externa de la pieza de colada 30. En esta coquilla, la pieza
central es refundida con el cuerpo de pared externa 34. A través de
una selección adecuada de la temperatura de la pieza central, de la
coquilla para la pieza de colada 30 y del material líquido del
cuerpo de pared externa 34 y/o a través de la utilización de
diferentes metales con diferentes temperaturas de colada para la
pieza central y para el cuerpo de pared externa 34, se asegura que
la pieza central no se funda nuevamente durante la refundición.
En el ejemplo representado en la figura 3, un
cuerpo de moldeo metálico sirve como núcleo provisional, tal como
se ha representado mediante las figuras 1 y 2. Su tamaño y
disposición definen el grosor de la pared del cuerpo de pared
exterior 34. Además, la zona de espuma metálica 12 soporta al cuerpo
de pared exterior y, con ello, incrementa la rigidez del cuerpo de
moldeo metálico y absorbe las ondas sónicas propagadas por las
estructuras sólidas.
La figura 4 consiste en una representación
esquemática de un corte transversal de una coquilla 40, en la cual
se fabrica un cuerpo de moldeo metálico, así como una pieza central
10, tal como se ha representado anteriormente a través de la figura
1 ó 2. A través de su estructura, la superficie interna 42 de la
coquilla 40 define la forma del cuerpo de moldeo metálico a
fabricar, así como la forma de la superficie del cuerpo de moldeo
metálico. En la coquilla 40 se encuentra dispuesto un elemento de
inserción 16, tal como ya se ha descrito igualmente mediante las
figuras 1 a 3.
A través de una abertura 44 del elemento de
inserción 16, es introducida espuma metálica fluida con una
proporción determinada de metal líquido en una zona de espuma
metálica 12 definida a través del elemento de inserción 16 (flecha
46). La espuma metálica llena la zona de espuma metálica 12. El
elemento de inserción 16, tal como se ha mencionado anteriormente,
presenta aberturas o espacios intermedios, los cuales son menores
que las burbujas de gas de la espuma metálica fluida. Esto
significa, particularmente, que en el caso de aberturas o espacios
intermedios más alargados, por lo menos el ancho de los mismos es
menor o esencialmente menor que el diámetro de la mayoría de las
burbujas de gas (por ejemplo, de un 90% ó un 99%). Por lo tanto, las
burbujas de gas, así como la espuma metálica líquida, no pueden
atravesar las aberturas o los espacios intermedios del elemento de
inserción 16.
El metal líquido excedente, es decir, metal
fundido, el cual no se encuentra contenido en nervaduras de un
pequeño grosor o de un grosor mínimo entre dos burbujas de gas, y el
cual atraviesa las aberturas o los espacios intermedios del
elemento de inserción 16, llena un espacio intermedio 14 entre el
elemento de inserción 16 y una superficie interna 42 de la coquilla
40. El movimiento de flujo del metal líquido a través del elemento
de inserción 16 y dentro del espacio intermedio 14 se encuentra
indicado mediante una flecha 48.
Después de que la zona de espuma líquida 12 es
llenada completamente con espuma metálica fluida, y el espacio
intermedio 14 es llenado con metal esencialmente libre de burbujas,
es enfriada la coquilla 40. Después de que la espuma metálica se
solidifica en la zona de espuma metálica 12 y el metal se solidifica
en el espacio intermedio 14, el molde 40 es abierto o destruido
para obtener un cuerpo de moldeo metálico terminado. Para la
atemperación antes del proceso de colada y durante el enfriamiento,
la coquilla 40 presenta, preferentemente, elementos calentadores
y/o enfriadores, los cuales no se encuentran representados en la
figura 4.
En forma alternativa al método anteriormente
representado mediante la figura 4, el cuerpo de moldeo metálico, de
modo similar a como se describe en la solicitud AT 411 970 B, es
fabricado mediante un molde de colada, así como una coquilla 40, la
cual presenta al menos una abertura pequeña 52 en la zona más
elevada verticalmente, junto con una abertura de introducción 50,
tal como se representa en la figura 5. El elemento de inserción 16
se dispone en la coquilla 40. La coquilla 40 es llevada, así como
mantenida a una temperatura por debajo de la temperatura líquidus,
así como de la temperatura de fusión de una aleación espumable. Una
pieza de vertido o de colada 56, la cual penetra por un lado en una
mezcla fundida 54 de esta aleación, es unida metálicamente, por
otro lado, a la coquilla 40. Mediante un movimiento orientado hacia
arriba del menisco, así como del nivel de metal líquido 58 de la
mezcla fundida, a través de la abertura de introducción 50 hasta al
menos la abertura pequeña 52, es extraído, así como desplazado,
aire de la coquilla 40.
En la masa fundida 54 se forman burbujas de gas
y se concentran en espuma metálica. Ésta desplaza la masa fundida
originalmente libre de burbujas o al menos en gran parte libre de
burbujas, dentro del elemento de inserción 16. Las burbujas se
producen con un diámetro mayor al de las aberturas en el elemento de
inserción 16, permaneciendo, por tanto, dentro del elemento de
inserción 16. Entre el elemento de inserción 16 y la pared interna
de la coquilla queda, por tanto, masa fundida 54 libre de burbujas o
al menos en gran parte libre de burbujas en un grosor de la capa,
el cual se encuentra definido a través de la forma de la pared
interna de la coquilla 40 y de la disposición del elemento de
inserción 16.
Después de una sustracción de calor apropiada,
la espuma metálica y la masa fundida se solidifican en la coquilla
40. Antes de esta sustracción de calor, la abertura de introducción
50 de la coquilla 40 puede ser cerrada y la coquilla puede ser
separada de la pieza de vertido o de colada 56.
Tal como se ha mencionado, la disposición del
elemento de inserción 16 define la figura de la zona sólida de
pared 14. Particularmente, la distancia del elemento de inserción 16
de la superficie 20 del cuerpo de moldeo metálico 10 determina el
grosor de la zona sólida de pared 14. En un caso extremo, el
elemento de inserción 16 puede encontrarse dispuesto directamente
en la superficie 20 del cuerpo de moldeo metálico 10, con lo cual,
el elemento de inserción 16 consiste, por ejemplo, en una malla o
tejido metálico. En este caso, la zona sólida de pared 14 comprende
las aberturas o espacios intermedios del elemento de inserción 16,
en particular los espacios intermedios entre los hilos metálicos de
un tejido o una malla metálica, en el cual no penetra ninguna o
sólo muy pocas o muy pequeñas burbujas de gas.
A través de una disposición y conformación
correspondientes, pueden ser también formadas zonas sólidas con
menos cavidades, con cavidades más pequeñas o esencialmente sin
cavidades, las cuales no son zonas de pared, así como no limitan, o
no limitan en gran parte de la superficie, con una superficie 20 del
cuerpo de moldeo metálico 10.
Junto con el elemento de inserción 16, el cuerpo
de moldeo metálico 10 puede contener otras piezas insertadas en la
zona sólida de pared 14 o en la zona de espuma metálica 12. Estas
piezas insertadas, en forma opuesta al elemento de inserción 16,
sólo sirven para la definición de una zona límite entre la zona de
espuma metálica 12 y una zona sólida de pared 14, ya que, por el
contrario, sirven también, preferentemente, para la armadura, así
como el reforzamiento mecánico y/o como anclajes o elementos de
sujeción para atornillar, remachar, soldar o para establecer otras
uniones del cuerpo de moldeo metálico 10 con otros dispositivos. A
modo de ejemplo, elementos de inserción 16 en forma de nervadura o
de marco sirven para mejorar, así como incrementar, las propiedades
mecánicas, en particular la solidez (especialmente la resistencia a
la tracción) y la rigidez de la zona de espuma metálica 12 y, con
ello, del cuerpo completo de molde metálico 10. Siempre que se
disponga una pieza insertada semejante en la espuma metálica, ésta
debe ser dispuesta de modo tal, o con aberturas lo suficientemente
grandes, para que no se impida el completo llenado de la zona de
espuma metálica con espuma metálica fluida.
Los elementos de inserción, ventajosamente,
pueden ser además empleados para definir zonas de espuma metálica
12 con diferentes, en particular, con diferentes tamaños de
burbujas, así como de poros (véase también la figura 1a). Por este
motivo, por ejemplo, dentro de un único cuerpo de moldeo metálico
10, puede ser espacialmente modulada la capacidad de absorción de
energía (regulación de varios niveles de absorción de energía, así
como de templados del metal depositado). Entre otros aspectos, esto
es particularmente ventajoso en zonas de absorción de impactos de
automóviles o de otros vehículos, puesto que se posibilita una
adaptación precisa en posibles escenarios de accidentes y una
optimización de la protección de los ocupantes del vehículo.
La figura 6 es un diagrama de flujo esquemático
de un método de fabricación de un cuerpo de moldeo metálico 10, tal
como se ha representado mediante una de las figuras 1 a 3. En una
primera etapa 82 es determinado el grosor de la zona sólida de
pared 14 ó de otra zona, la cual esencialmente no presenta cavidades
o presenta menor cantidad de cavidades o cavidades más pequeñas.
Esto tiene lugar, por ejemplo, debido a la exigencia mecánica a la
cual debe corresponder el cuerpo de moldeo metálico 10 o debido al
grosor requerido del material para otras etapas de procesamiento
(fresado, perforado, soldado, etc.).
En una segunda etapa 84 es preparada una
coquilla 40, cuya superficie interna 42 define la figura de la
superficie externa 20 del cuerpo de moldeo metálico a fabricar. En
una tercera etapa 86, un elemento de inserción 16 es dispuesto,
alineado y, por ejemplo, sujetado mediante apriete, en la coquilla
40. La coquilla o al menos su superficie interna 42 es
precalentada, preferentemente, a una temperatura próxima a la
temperatura de fusión del material utilizado.
En una cuarta etapa 88, se prepara un metal
espumable, por ejemplo, al ser fundida una aleación acabada o al
ser producida directamente en estado líquido. El metal espumable
comprende, preferentemente, compuestos con metal liviano como
aluminio o magnesio. El metal fundido puede ser mezclado con
partículas, las cuales se componen de un material con un punto de
fusión más elevado que el punto de fusión del metal (como SIC o Al
_{2} O_{3}). Especialmente, estas partículas sirven para la
estabilización de la espuma metálica producida a continuación. De
las publicaciones de patentes mencionadas en la introducción
resultan detalles con respecto a lo referido anteriormente.
En una quinta etapa 90 es introducido gas en la
masa fundida de metal para generar burbujas de gas, así como espuma
metálica. De esta forma, el gas es introducido de modo tal, que la
espuma metálica se produce con una distribución esencialmente
monomodal de los tamaños de las burbujas de gas, así como de las
cavidades. En una sexta etapa 92, la espuma metálica es introducida
en la zona de espuma metálica 12 y el metal líquido esencialmente
libre de espuma es introducido en la zona de pared posteriormente
sólida 14. Las etapas quinta y sexta 90, 92 se llevan a cabo
preferentemente de modo tal como se ha descrito mediante las figuras
4 y 5, y pueden ser ejecutadas también en otro orden.
En una séptima etapa, la coquilla 40 y el metal
son enfriados, de modo que la espuma metálica en la zona de espuma
metálica 12 y el metal esencialmente libre de burbujas en la zona de
pared posteriormente sólida 14 se solidifican y forman el cuerpo de
moldeo metálico 10.
Claims (16)
1. Cuerpo de moldeo metálico (10), el cual se
encuentra compuesto por zonas unidas metálicamente (12, 14) de
espuma metálica por un lado y de metal por el otro lado, así como
por al menos un elemento de inserción (16), el cual presenta un
punto de fusión más elevado que la espuma metálica y el metal,
caracterizado porque, la/las zona/s de espuma metálica (12)
se encuentra/n (respectivamente) compuesta/s por espuma metálica con
el tamaño de burbujas fundamentalmente monomodales y se encuentran
delimitadas, al menos parcialmente, con respecto a las zonas
adyacentes (14) mediante elementos de inserción (16) dispuestos en
la zona límite, los cuales se encuentran conformados esencialmente
en forma plana y los cuales presentan aberturas de paso de una zona
a la otra, las cuales, en su corte transversal, se encuentran
conformadas de modo tal, que las burbujas fundamentalmente
monomodales de una zona se encuentran acotadas, al encontrarse
imposibilitadas para acceder a la otra zona, con lo cual, sobre el
lado del/de los elemento/s de inserción (16) opuesto a la/s zona/s
de espuma metálica (12) se encuentra presente metal, esencialmente
sin burbujas de gas.
2. Cuerpo de moldeo metálico conforme a la
reivindicación 1, caracterizado porque, el/los elemento/s de
inserción (16) se encuentran conformados de una o más piezas y,
preferentemente, comprenden una rejilla y/o una parrilla y/o una
chapa perforada y/u otro elemento plano perforado y/o una pluralidad
de varas esencialmente paralelas y/o un enrejado metálico.
3. Cuerpo de moldeo metálico conforme a una de
las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque, el material
base para la espuma metálica y el metal es un material compuesto
por aluminio y, el material para el/los elemento/s de inserción
(16) contiene acero, aluminio, cerámica, carbono o vidrio en forma
sólida o como un compuesto de material en fibra.
4. Cuerpo de moldeo metálico conforme a una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, el/los
elemento/s de inserción (16), al menos en forma seccionada,
presentan esencialmente la misma distancia con respecto al contorno
externo del cuerpo del molde (10), con lo cual, la zona entre el/los
elemento/s de inserción no presenta burbujas de espuma o sólo
presenta muy pocas/pequeñas burbujas de espuma.
5. Cuerpo de moldeo metálico conforme a una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, al menos
un elemento de inserción (16) separa al menos una zona de espuma
metálica de al menos otra zona de espuma metálica, con lo cual, las
espumas metálicas en estas zonas se diferencian al menos en una
propiedad, preferentemente, en el tamaño de las burbujas de
espuma.
6. Cuerpo de moldeo metálico conforme a una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, el/los
elemento/s de inserción (16) incrementa/n la solidez mecánica o la
rigidez del cuerpo de moldeo metálico.
7. Cuerpo de moldeo metálico conforme a una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, al menos
un elemento de inserción (16) se encuentra conformado en forma de
nervadura, de listón o de marco o presenta una sección en forma de
nervadura, de listón o de marco.
8. Cuerpo de moldeo metálico conforme a una de
las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, al menos
un elemento de inserción (16) se encuentra pretensado
mecánicamente.
9. Cuerpo de moldeo metálico conforme a una de
las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, el material
de la espuma metálica y del elemento de inserción (16) presentan
diferentes coeficientes de dilatación térmica, con lo cual, el
pretensado se produce al enfriarse el cuerpo de moldeo metálico (10)
después de su fabricación, debido a los diferentes coeficientes de
dilatación térmica.
10. Pieza de colada, la cual presenta las
siguientes características:
- una pieza central, y un cuerpo de la pared exterior, el cual rodea la pieza central al menos en forma parcial, con lo cual, la pieza central es un cuerpo de moldeo metálico de acuerdo a una de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Método para fabricar un cuerpo de moldeo
metálico (10), el cual presenta las siguientes etapas:
- preparación (84) de una coquilla (40) para el cuerpo de moldeo metálico (10);
- posicionamiento (86) de un elemento de inserción (16) de una o más piezas con aberturas o espacios intermedios en la coquilla (40) en una zona límite entre una zona de espuma metálica (12) a ser llenada con espuma metálica y otra zona (14);
- colada (88) de un metal;
- introducción (90) de gas en el metal fundido, para hacer espuma el metal fundido, con lo cual se produce una espuma metálica fluida, la cual presenta, esencialmente, el tamaño de burbujas monomodales, el cual es mayor que las aberturas en el elemento de inserción (16);
- pasaje (92) de la espuma metálica fluida a la coquilla (40), con lo cual, en una zona de espuma metálica (12), sobre un lado del elemento de inserción (16) se acumula espuma metálica, y sobre el otro lado del elemento de inserción (16) se acumula metal, esencialmente, sin burbujas de gas;
- enfriamiento (94) del metal en la coquilla (40), con lo cual, el metal se solidifica para formar el cuerpo de moldeo metálico (10).
\vskip1.000000\baselineskip
12. Método para fabricar un cuerpo de moldeo
metálico (10), el cual presenta las siguientes etapas:
- preparación (84) de una coquilla (40) con una abertura de introducción (50) y al menos una pequeña abertura (52) en la zona más elevada verticalmente;
- posicionamiento (86) de un elemento de inserción (16) en la coquilla (40);
- unión de una pieza de colada o de una pieza de vertido (56), por un lado, con la coquilla (40) a modo de una junta metálica líquida, con lo cual, la pieza de colada o la pieza de vertido (56), por otro lado, penetra en una masa fundida (54) de un metal;
- movimiento de un nivel de metal líquido (58) de la masa fundida (54) hacia arriba a través de la abertura de introducción (50) hasta al menos la abertura pequeña (52);
- introducción (90) de gas en la masa fundida (54) para formar espuma metálica en la masa fundida (54); con lo cual, en una zona de espuma metálica (12), sobre un lado del elemento de inserción (16) se acumula espuma metálica, y sobre el otro lado del elemento de inserción (16) se acumula metal, esencialmente, sin burbujas de gas;
- enfriamiento (94) del metal en la coquilla (40), con lo cual, el metal se solidifica para formar el cuerpo de moldeo metálico (10).
\vskip1.000000\baselineskip
13. Método conforme a la reivindicación 12, en
el cual el gas es introducido (90) en la masa fundida (54) de modo
tal, que la espuma metálica se forma dentro de un elemento de
inserción (16) de una o más piezas con aberturas o espacios
intermedios.
14. Método conforme a una de las
reivindicaciones 11 a 13, en el cual, el elemento de inserción (16)
comprende una rejilla, un enrejado, una chapa perforada, otro
elemento plano perforado, una pluralidad de varas esencialmente
paralelas, o una malla metálica.
15. Método conforme a una de las
reivindicaciones 11 a 14, el cual presenta además la siguiente
etapa:
- pretensado de al menos uno de los elementos de inserción (16) antes del pasaje (92) de la espuma metálica fluida o antes del enfriamiento (94) de la espuma metálica.
\vskip1.000000\baselineskip
16. Método conforme a una de las
reivindicaciones 11 a 15, el cual presenta además la siguiente
etapa:
- predeterminación (82) del grosor de otra zona (14) del cuerpo de moldeo metálico (10), en la cual, el cuerpo de moldeo metálico (10) debe contener menos cavidades o cavidades más pequeñas que en la zona de espuma metálica (12), con lo cual, el elemento de inserción (16) se encuentra conformado y dispuesto en la coquilla (40) de modo tal, que la otra zona (14) presenta el grosor predeterminado.
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