ES2802262T3 - Sand mold, molding device consisting of an insertable riser base and the sand mold and method of producing the molding device - Google Patents
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Abstract
La base de mazarota es un inserto obtenido por moldeo manual o por soplado de una composición aislante o exotérmica, que comprende microesferas huecas de silicato de aluminio. El molde está compuesto, principalmente, por arena de sílice y presenta una cavidad principal diseñada para llenarse de metal fundido para obtener una pieza de fundición y una o varias cavidades auxiliares. El inserto encaja en la cavidad auxiliar practicada en el molde y presenta una cavidad interior configurada para recibir metal fundido desde una mazarota o minimazarota de alimentación y una geometría exterior que coincide con la geometría de la citada cavidad auxiliar. La cavidad o cavidades auxiliares practicadas en el propio molde, están dispuestas de tal forma que, al insertar la base de mazarota en dicha cavidad auxiliar, la cavidad interior de la base de mazarota quede en comunicación con dicha cavidad principal del molde (pieza) para permitir el paso del metal fundido.The riser base is an insert obtained by manual or blow molding of an insulating or exothermic composition, comprising hollow microspheres of aluminum silicate. The mold is mainly composed of silica sand and has a main cavity designed to be filled with molten metal to obtain a casting and one or more auxiliary cavities. The insert fits into the auxiliary cavity made in the mold and has an internal cavity configured to receive molten metal from a feed riser or mini-riser and an external geometry that matches the geometry of said auxiliary cavity. The auxiliary cavity or cavities made in the mold itself are arranged in such a way that, when inserting the riser base in said auxiliary cavity, the interior cavity of the riser base is in communication with said main cavity of the mold (part) to allow the passage of molten metal.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Molde de arena, dispositivo de moldeo consistente en una base de mazarota insertable y el molde de arena y método para producir el dispositivo de moldeoSand mold, molding device consisting of an insertable riser base and the sand mold and method of producing the molding device
Campo técnicoTechnical field
La presente invención se refiere a métodos y dispositivos para fundir en moldes de arena y, más específicamente, a los sistemas de alimentación para moldes de fundición.The present invention relates to methods and devices for casting in sand molds and, more specifically, to feeding systems for casting molds.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Para obtener piezas fundidas mediante moldeo, se utilizan moldes (generalmente de arena) que comprenden:To obtain castings by molding, molds (generally made of sand) are used that comprise:
- Una cavidad principal (para una pieza) que se ajusta a la forma y el tamaño de la pieza a fabricar, debidamente aumentada en volumen, de tal manera que a temperatura ambiente el producto derretido se ajuste en forma y tamaño a lo que se conoce como la "pieza de fundición en bruto". Estas cavidades se forman mediante las correspondientes herramientas de moldeo (placas modelo y cajas núcleo).- A main cavity (for a piece) that adjusts to the shape and size of the piece to be manufactured, duly increased in volume, in such a way that at room temperature the melted product adjusts in shape and size to what is known as the "blank". These cavities are formed by the corresponding molding tools (model plates and core boxes).
- Un sistema de llenado, a través del cual se vierte la aleación de metal derretido o el metal que constituirá la pieza. Se compone de un conjunto de tubos, conductos y cámaras capaces de comunicar el exterior del molde con la cavidad correspondiente a la pieza.- A filling system, through which the molten metal alloy or the metal that will constitute the part is poured. It consists of a set of tubes, ducts and chambers capable of communicating the exterior of the mold with the cavity corresponding to the part.
- Un sistema de alimentación (mazarota o minimazarota) que permite que la cavidad principal se alimente de metal derretido durante el enfriamiento de dicho metal derretido.- A feeding system (riser or mini riser) that allows the main cavity to feed on molten metal during the cooling of the molten metal.
- Coquillas. En determinadas piezas, para garantizar la falta de defectos de contracción (retracción) en determinadas piezas, es necesario tener insertos (de metal o grafito) en el molde para acelerar el modo de solidificación y enfriamiento de esa zona de la pieza. Esta es una práctica habitual en la fundición ya que en determinadas piezas es la única o la mejor manera de garantizar el cumplimiento de las especificaciones.- Cups. In certain pieces, to guarantee the lack of contraction defects (retraction) in certain pieces, it is necessary to have inserts (made of metal or graphite) in the mold to accelerate the solidification and cooling mode of that area of the piece. This is a common practice in the foundry since in certain pieces it is the only or the best way to guarantee the fulfillment of the specifications.
La Figura 1 muestra, en líneas generales, los elementos que constituyen un molde de fundición.Figure 1 shows, in general lines, the elements that make up a casting mold.
La fabricación de piezas de fundición mediante moldeo requiere una serie de etapas o fases:The manufacture of castings by molding requires a series of stages or phases:
- Diseño. El sistema de llenado y alimentación se calcula y valida para que la pieza cumpla las especificaciones. - Moldeado. Se utilizan mezclas compuestas de arenas con diferentes constituciones y características, unidas por diferentes sistemas, para obtener los moldes.- Design. The filling and feeding system is calculated and validated so that the part meets the specifications. - Molded. Mixtures composed of sands with different constitutions and characteristics, joined by different systems, are used to obtain the molds.
- Fundición. La aleación líquida se introduce en la cavidad del molde a través del sistema de llenado. Para completar el llenado del molde es necesario "sobrecalentar" la aleación y este sobrecalentamiento dependerá, principalmente, de los grosores de la pieza a fabricar. Las piezas interiores requerirán temperaturas de sobrecalentamiento más altas.- Foundry. The liquid alloy is introduced into the mold cavity through the filling system. To complete the filling of the mold it is necessary to "overheat" the alloy and this overheating will depend, mainly, on the thickness of the part to be manufactured. Interior parts will require higher superheat temperatures.
- Solidificación-enfriamiento. La aleación se deja enfriar dentro del molde hasta que se solidifica. La solidificación es una fase crítica, porque el sistema de alimentación debe ser capaz de contrarrestar la contracción experimentada por la aleación de fundición.- Solidification-cooling. The alloy is allowed to cool inside the mold until it solidifies. Solidification is a critical phase, because the feed system must be able to counteract the shrinkage experienced by the cast alloy.
- Desmoldeo. La pieza, el sistema de alimentación y el sistema de llenado se extraen del molde requiriendo que se rompa el molde de arena.- Demoulding. The part, the feeding system and the filling system are removed from the mold requiring the sand mold to be broken.
Por lo tanto, un sistema de alimentación correctamente diseñado debe ser capaz de contrarrestar las contracciones que se producen durante el enfriamiento del metal en estado líquido. En efecto, la solidificación o el cambio de estado tiene lugar en dos fases:Therefore, a properly designed feeding system must be able to counteract the contractions that occur during the cooling of metal in liquid state. Indeed, solidification or change of state takes place in two phases:
- Enfriamiento en estado líquido. Esto corresponde al intervalo entre la temperatura de fundición Tc y la temperatura de inicio de solidificación, Tl.- Cooling in liquid state. This corresponds to the interval between the melting temperature Tc and the solidification start temperature, T l .
- Enfriamiento en el intervalo de solidificación. Esto se refiere a la contracción del metal entre la temperatura de inicio y fin de solidificación, es decir, el intervalo entre Tl - Ts.- Cooling in the solidification interval. This refers to the contraction of the metal between the start and end temperature of solidification, that is, the interval between T l - T s .
La respuesta del sistema de alimentación es la que corresponde a la suma de las dos contracciones mencionadas, ya que una vez que el metal ha terminado de solidificarse, los dispositivos de alimentación no son capaces de agregar metal.The response of the feeding system is the one that corresponds to the sum of the two mentioned contractions, since once the metal has finished solidifying, the feeding devices are not capable of adding metal.
Los sistemas de alimentación, dicho de otro modo, mazarotas y minimazarotas, pueden ocupar dos posiciones perfectamente definidas en los moldes:The feeding systems, in other words, risers and mini risers, can occupy two perfectly defined positions in the molds:
- En la parte superior. En estos casos, el dispositivo de alimentación descansa directamente sobre la pieza a alimentar, aunque puede tener un accesorio de soporte o un anillo separador (galleta).- On top. In these cases, the feeding device rests directly on the piece to be fed, although it may have a support accessory or a spacer ring (biscuit).
- En el lado. En estos casos, el dispositivo de alimentación está situado a un lado y su conexión a la pieza se logra por medio de lo que se conoce como "base de manguito o base de mazarota". Las bases de mazarota son espacios o cavidades que forman un depósito dentro del molde (generalmente de un tamaño considerable) que debe ser ocupado por el metal líquido en el momento de la fundición para comunicar el metal de dicha mazarota con la pieza y compensar la contracción experimentada por el metal de la pieza en su proceso de solidificación. Como ya se ha mencionado, esta función se conoce como alimentación y solo tiene sentido en la fase líquida, ya que una vez solidificado no es posible agregar material.- On the side. In these cases, the feeding device is located to one side and its connection to the workpiece is achieved by means of what is known as "sleeve base or riser base". The riser bases are spaces or cavities that form a deposit inside the mold (generally of a considerable size) that It must be occupied by the liquid metal at the time of casting to communicate the metal of said riser with the piece and compensate for the contraction experienced by the metal of the piece in its solidification process. As already mentioned, this function is known as feeding and it only makes sense in the liquid phase, since once it has solidified it is not possible to add material.
Para que la base de mazarota pueda cumplir su función, dicho de otro modo, para que durante el intervalo líquido haya comunicación entre la pieza y la mazarota, es esencial que en primer lugar se solidifique la pieza, luego la base de mazarota y, finalmente, la mazarota en sí. Esta secuencia de solidificación es lo que garantiza que no se produzcan defectos de contracción (retracción) en la pieza, dejando la pieza inutilizable.In order for the riser base to fulfill its function, in other words, so that during the liquid interval there is communication between the piece and the riser, it is essential that the piece first solidifies, then the riser base and, finally , the sprig itself. This solidification sequence is what guarantees that there are no contraction defects (retraction) in the part, leaving the part unusable.
Generalmente, la placa de unión que se utiliza para obtener la configuración interior del molde de arena, genera la cavidad de la pieza a fabricar y la base de mazarota, de tal manera que el molde de arena obtenido es una réplica de las formas de la placa modelo y la cavidad de la base de mazarota. Por lo tanto, la cavidad que forma la base de mazarota está hecha del mismo material que el resto del molde, generalmente arena de sílice, delimitado utilizando diferentes sistemas.Generally, the joining plate used to obtain the interior configuration of the sand mold generates the cavity of the part to be manufactured and the riser base, in such a way that the sand mold obtained is a replica of the shapes of the model plate and riser base cavity. Therefore, the cavity that forms the riser base is made of the same material as the rest of the mold, generally silica sand, delimited using different systems.
Por esta razón, para asegurarse de que el metal de la base de mazarota se solidifica después de la pieza, no se aplica otra alternativa que no sea volumen y geometría, dicho de otro modo, las bases de mazarota presentan un mayor tamaño que tiene un efecto significativo en el rendimiento neto/bruto.For this reason, to ensure that the metal of the riser base solidifies after the part, no alternative is applied other than volume and geometry, in other words, the riser bases have a larger size that has a significant effect on net / gross income.
Con respecto exclusivamente a bases de mazarota, el proceso actual presenta numerosas limitaciones, siendo las más notables la siguientes:With regard to riser bases exclusively, the current process has numerous limitations, the most notable of which are:
- La cavidad correspondiente a la base de la mazarota está formada por el mismo sistema de moldeo que la pieza (normalmente, arena de sílice delimitada utilizando el sistema utilizado por la fundición en cuestión).- The cavity corresponding to the base of the riser is formed by the same molding system as the part (normally, delimited silica sand using the system used by the foundry in question).
- Su comportamiento térmico es similar al del resto del molde y, por esta razón, no tiene capacidad aislante/térmica adicional.- Its thermal behavior is similar to that of the rest of the mold and, for this reason, it does not have additional insulating / thermal capacity.
- Para compensar su deficiente comportamiento térmico, se recurre al volumen y a la geometría, ya que debe solidificarse después de la pieza obligatoriamente.- To compensate for its poor thermal behavior, volume and geometry are used, since it must necessarily solidify after the piece.
- El rendimiento neto/bruto, que es clave en términos de costes de fabricación, resulta bastante perjudicado. - La productividad, expresada en piezas por fundición, resulta afectada negativamente, ya que una parte importante del metal líquido se utiliza en las propias bases de mazarota.- The net / gross performance, which is key in terms of manufacturing costs, is seriously impaired. - Productivity, expressed in castings, is negatively affected, since a significant part of the liquid metal is used in the riser bases themselves.
En la medida en que se optimiza el rendimiento neto/bruto, mejora la productividad.As net / gross performance is optimized, productivity improves.
- Una vez liberada la pieza del molde, la separación de las bases de mazarota de la pieza es, cuanto menos, ardua, dado que las secciones a cortar son excesivamente grandes.- Once the part has been released from the mold, the separation of the riser bases from the part is, to say the least, arduous, given that the sections to be cut are excessively large.
- La naturaleza masiva requerida por los diseños de bases de mazarota convencionales, también tiene efectos negativos sobre la condición metalúrgica de la pieza, ya que la tensión térmica local es muy alta.- The massive nature required by conventional riser base designs also has negative effects on the metallurgical condition of the part, since the local thermal stress is very high.
- La separación de las bases de mazarota de la pieza, genera importantes riesgos de agrietamiento, ya que las secciones de corte son excesivamente altas.- The separation of the riser bases from the piece generates significant risks of cracking, since the cutting sections are excessively high.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
Un objeto de la presente invención es un molde de arena para la fundición de piezas metálicas configurado para recibir la incorporación de una base de mazarota insertable, proporcionado para recibir metal derretido de una mazarota de alimentación. El molde comprende una cavidad principal que puede llenarse de metal derretido para obtener una pieza fundida y al menos una cavidad auxiliar con una geometría (interior) que permite la inserción de dicha base de mazarota, estando la cavidad auxiliar dispuesta con respecto a la cavidad principal de tal manera que cuando la base de mazarota se inserta en la cavidad auxiliar, la cavidad interior de la base de mazarota pone dicha cavidad principal del molde en comunicación con una mazarota de alimentación.An object of the present invention is a sand mold for casting metal parts configured to receive the incorporation of an insertable riser base, provided to receive molten metal from a feed riser. The mold comprises a main cavity that can be filled with molten metal to obtain a casting and at least one auxiliary cavity with a geometry (interior) that allows the insertion of said riser base, the auxiliary cavity being arranged with respect to the main cavity such that when the riser base is inserted into the auxiliary cavity, the inner cavity of the riser base places said main mold cavity in communication with a feeding riser.
La base de mazarota insertable, que como tal no forma parte de la invención, se obtiene independientemente del molde, por ejemplo, mediante moldeo manual o soplado con una geometría exterior que tiene formas y tamaños variables. Estas formas serán preferentemente sencillas, por ejemplo, prismática, piramidal truncada, cilíndrica o semiesférica. Las bases de mazarota que actuarán como insertos pueden fabricarse fuera de la planta de fundición, como sucede, por ejemplo, con mazarotas, minimazarotas o manguitos.The insertable riser base, which as such does not form part of the invention, is obtained independently of the mold, for example, by manual or blow molding with an outer geometry that has variable shapes and sizes. These shapes will preferably be simple, for example prismatic, truncated pyramidal, cylindrical or hemispherical. The riser bases that will act as inserts can be manufactured outside the foundry plant, as is the case, for example, with risers, mini risers or sleeves.
El molde de arena está hecho de arena de sílice. En esta invención, se entenderá que la arena de sílice es arena de sílice pura además de otras arenas que contienen componentes de arena habituales distintos de la sílice tales como hierro, feldespato, yeso, etc. El molde se obtiene mediante herramientas de moldeo, por ejemplo, una placa modelo que configura la cavidad principal y una o varias cavidades auxiliares que tienen geometrías en correspondencia con la forma de las bases de mazarota insertables fabricadas para este propósito específico. Por ejemplo, la geometría exterior será preferentemente prismática, piramidal truncada, cilíndrica o semiesférica.The sand mold is made of silica sand. In this invention, it will be understood that silica sand is pure silica sand in addition to other sands that contain common sand components other than silica such as iron, feldspar, gypsum, etc. The mold is obtained by molding tools, for example, a model plate that configures the main cavity and one or more auxiliary cavities that have geometries in correspondence with the shape of the insertable riser bases manufactured for this specific purpose. For example, the outer geometry will preferably be prismatic, truncated pyramidal, cylindrical or hemispherical.
Las bases de mazarota se incorporan al molde en el momento de proceder a preparar el molde para la fundición de las piezas, dicho de otro modo, por medio de la placa de unión se genera la cavidad principal y la cavidad o cavidades auxiliares del molde (dependiendo del número necesario de mazarotas) y luego se introducen las bases de mazarota como si fueran núcleos.The riser bases are incorporated into the mold at the moment of preparing the mold for the casting of the pieces, in other words, by means of the joining plate the main cavity and the auxiliary cavity or cavities of the mold are generated (depending on the necessary number of risers) and then the riser bases are introduced as if they were cores.
La cavidad interior debe cumplir el criterio del módulo térmico, de tal manera que las últimas piezas del metal líquido se encuentren en el sistema de alimentación, para agregar el metal que requiere la pieza durante su contracción. De esta forma, la unión entre el alimentador (mazarota, minimazarota, etc.) y la cavidad principal del molde (pieza) se logra por medio de un inserto o pieza desmontable (base de mazarota) ajena al molde que se ha dispuesto en el espacio o la cavidad auxiliar hecha en el propio molde para actuar como la base de mazarota.The internal cavity must meet the criteria of the thermal modulus, such that the last pieces of the liquid metal are in the feeding system, to add the metal that the piece requires during its contraction. In this way, the union between the feeder (riser, miniature riser, etc.) and the main cavity of the mold (part) is achieved by means of an insert or removable part (riser base) outside the mold that has been arranged in the space or auxiliary cavity made in the mold itself to act as the riser base.
De acuerdo con la invención, la base de mazarota comprende una composición aislante o exotérmica. Esta composición puede comprender microesferas huecas de silicato de aluminio y un aglutinante, preferentemente aglutinantes de curado en caja fría, presentando las microesferas huecas un contenido de alúmina igual o inferior al 38 % en peso y, preferentemente, del 20 al 38 %.According to the invention, the riser base comprises an insulating or exothermic composition. This composition may comprise hollow aluminum silicate microspheres and a binder, preferably cold box curing binders, the hollow microspheres having an alumina content equal to or less than 38% by weight, and preferably from 20 to 38%.
Como aglutinante puede usarse cualquier tipo de resina sólida o líquida que se polimeriza por medio del catalizador correspondiente. Al moldear o soplar se puede utilizar el sistema de cajas calientes o frías, además de técnicas de autocurado.Any type of solid or liquid resin that is polymerized by means of the corresponding catalyst can be used as binder. When molding or blowing, the system of hot or cold boxes can be used, as well as self-curing techniques.
La composición puede comprender rellenos no fibrosos, seleccionados del grupo compuesto por metales oxidables, oxidantes capaces de oxidar dichos metales oxidables y flujos fluorados inorgánicos.The composition may comprise non-fibrous fillers, selected from the group consisting of oxidizable metals, oxidants capable of oxidizing said oxidizable metals, and inorganic fluorinated fluxes.
Como metales oxidables se pueden usar aluminio, magnesio y silicio, preferentemente, aluminio. Como oxidantes se puede recurrir a sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, por ejemplo, nitratos, cloratos y permanganatos de metales alcalinos y alcalinotérreos. También se puede recurrir a óxidos metálicos, por ejemplo óxidos de hierro y manganeso, preferentemente, óxido de hierro. Como flujos fluorados inorgánicos, criolita, tetrafluoruro de aluminio y potasio y hexafluoruro de aluminio y potasio, preferentemente, criolita.Aluminum, magnesium and silicon, preferably aluminum, can be used as oxidizable metals. As oxidants, use can be made of alkali or alkaline earth metal salts, for example nitrates, chlorates and permanganates of alkali and alkaline earth metals. Metal oxides can also be used, for example iron and manganese oxides, preferably iron oxide. As inorganic fluorinated fluxes, cryolite, aluminum potassium tetrafluoride and aluminum potassium hexafluoride, preferably cryolite.
Las microesferas huecas de silicato de aluminio presentan preferentemente un diámetro de grano de hasta 3 mm y, más preferentemente, un diámetro de grano de menos de 1 mm y un grosor de pared de aproximadamente el 10 % del diámetro de la microesfera.The hollow aluminum silicate microspheres preferably have a grain diameter of up to 3 mm, and more preferably a grain diameter of less than 1 mm and a wall thickness of about 10% of the diameter of the microsphere.
Un objeto adicional de la invención es un dispositivo de moldeo formado por un molde de arena de acuerdo con la presente invención y una base de mazarota, y en donde dicha base de mazarota se inserta en dicho molde de arena.A further object of the invention is a molding device formed by a sand mold according to the present invention and a riser base, and wherein said riser base is inserted into said sand mold.
La base de mazarota presenta una geometría exterior que permite la inserción de la base de mazarota en la cavidad auxiliar mencionada anteriormente y comprende una cavidad interior que comunica dicha cavidad principal del molde con una mazarota de alimentación, cuando la base de mazarota se inserta en la cavidad auxiliar del molde. Por ejemplo, la cavidad auxiliar puede presentar una forma y configuración complementarias a la geometría exterior de la base de mazarota, para que la base encaje en la cavidad. También es posible que la base de mazarota comprenda elementos diseñados para encajar en una pieza de la cavidad auxiliar.The riser base has an external geometry that allows the insertion of the riser base in the aforementioned auxiliary cavity and comprises an internal cavity that communicates said main mold cavity with a feeding riser, when the riser base is inserted into the auxiliary mold cavity. For example, the auxiliary cavity may have a shape and configuration complementary to the exterior geometry of the riser base, so that the base fits into the cavity. It is also possible for the riser base to comprise elements designed to fit into a part of the auxiliary cavity.
La cavidad auxiliar está dispuesta (en el molde) de tal manera que, cuando la base de la mazarota se inserta en la cavidad auxiliar del molde, el interior de la base de mazarota está en comunicación con la cavidad principal del molde (pieza) para permitir el paso del metal derretido en la cavidad interior a la cavidad principal. Por ejemplo, la cavidad auxiliar puede estar al lado de la cavidad principal e incluso formar una sola cavidad para facilitar la formación del molde, en este último caso, una vez se inserta la base de mazarota, la cavidad principal se forma y permanece comunicada con la cavidad interior de la base de mazarota.The auxiliary cavity is arranged (in the mold) in such a way that, when the base of the riser is inserted into the auxiliary cavity of the mold, the interior of the riser base is in communication with the main cavity of the mold (part) to allow the passage of the molten metal in the interior cavity to the main cavity. For example, the auxiliary cavity can be next to the main cavity and even form a single cavity to facilitate the formation of the mold, in the latter case, once the riser base is inserted, the main cavity is formed and remains communicated with the interior cavity of the riser base.
Por último, un objetivo de la invención es un método para obtener un dispositivo de moldeo para fundir piezas de fundición que comprende las siguientes etapas:Finally, an objective of the invention is a method for obtaining a molding device for casting castings comprising the following steps:
- Obtención de un molde de arena de sílice que comprende una cavidad principal que puede llenarse de metal derretido para obtener una pieza fundida y al menos una cavidad auxiliar que presenta una geometría (interior) que está configurada para permitir la inserción de una base de mazarota.- Obtaining a silica sand mold that comprises a main cavity that can be filled with molten metal to obtain a casting and at least one auxiliary cavity that has a geometry (interior) that is configured to allow the insertion of a riser base .
- Obtención de una base de mazarota con una composición de material aislante y/o exotérmico que comprende una cavidad interior para recibir metal derretido desde una mazarota de alimentación y una geometría exterior que permite la inserción de la base de mazarota en dicha cavidad (o cavidades) auxiliar del molde de arena. - Inserción de la base de mazarota obtenida en la cavidad auxiliar del molde de tal manera que la cavidad interior de la base de mazarota esté en comunicación con la cavidad principal del molde.- Obtaining a riser base with a composition of insulating and / or exothermic material that comprises an internal cavity to receive molten metal from a feeding riser and an external geometry that allows the insertion of the riser base in said cavity (or cavities ) auxiliary sand mold. - Insertion of the riser base obtained in the auxiliary cavity of the mold in such a way that the interior cavity of the riser base is in communication with the main cavity of the mold.
- Colocación de una mazarota de alimentación en la base de mazarota, de tal manera que el interior de mazarota esté en comunicación con la cavidad interior de la base de mazarota.- Placement of a feed riser in the riser base, in such a way that the inside of the riser is in communication with the interior cavity of the riser base.
De acuerdo con la invención, la base de mazarota presenta una composición aislante o exotérmica. According to the invention, the riser base has an insulating or exothermic composition.
Esta composición puede comprender microesferas de silicato de aluminio huecas y un aglutinante, presentando las microesferas huecas un contenido de alúmina igual o inferior al 38 % en peso y, preferentemente, del 20 al 38 %. Como aglutinante se puede usar cualquier tipo de resina, ya sea sólida o líquida, que se polimerice por medio del correspondiente catalizador. Al moldear o soplar se puede utilizar el sistema de cajas calientes o frías, además de técnicas de autocurado. En una realización preferente, se utiliza un agultinante de curado en caja fría.This composition may comprise hollow aluminum silicate microspheres and a binder, the hollow microspheres having an alumina content equal to or less than 38% by weight, and preferably 20 to 38%. As binder, any type of resin can be used, whether solid or liquid, which is polymerized by means of the corresponding catalyst. When molding or blowing, the system of hot or cold boxes can be used, as well as self-curing techniques. In a preferred embodiment, a cold box curing binder is used.
La composición puede comprender rellenos no fibrosos, seleccionados del grupo formado por metales oxidables, oxidantes y flujos fluorados inorgánicos.The composition can comprise non-fibrous fillers, selected from the group consisting of oxidizable metals, oxidants, and inorganic fluorinated fluxes.
Como metales oxidables se pueden usar aluminio, magnesio y silicio, preferentemente, aluminio. Como oxidantes se puede recurrir a sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, por ejemplo, nitratos, cloratos y permanganatos de metales alcalinos y alcalinotérreos. También se puede recurrir a óxidos metálicos, por ejemplo óxidos de hierro y manganeso, preferentemente, óxido de hierro. Como flujos fluorados inorgánicos, criolita, se pueden utilizar tetrafluoruro de aluminio-potasio y hexafluoruro de aluminio-potasio, preferentemente, criolita.Aluminum, magnesium and silicon, preferably aluminum, can be used as oxidizable metals. As oxidants, use can be made of alkali or alkaline earth metal salts, for example nitrates, chlorates and permanganates of alkali and alkaline earth metals. Metal oxides can also be used, for example iron and manganese oxides, preferably iron oxide. As inorganic fluorinated fluxes, cryolite, aluminum-potassium tetrafluoride and aluminum-potassium hexafluoride, preferably cryolite, can be used.
Las microesferas huecas de silicato de aluminio presentan preferentemente un diámetro de grano de hasta 3 mm y, más preferentemente, un diámetro de grano de menos de 1 mm y un grosor de pared de aproximadamente el 10 % del diámetro de la microesfera.The hollow aluminum silicate microspheres preferably have a grain diameter of up to 3 mm, and more preferably a grain diameter of less than 1 mm and a wall thickness of about 10% of the diameter of the microsphere.
La formulación inherente a esta invención, puede contener rellenos opcionales en forma no fibrosa, seleccionados del grupo de metales oxidables, oxidantes y flujos fluorados inorgánicos.The formulation inherent in this invention may contain optional fillers in non-fibrous form, selected from the group of oxidizable metals, oxidants and inorganic fluorochemicals.
Como material de partida se usan las formulaciones descritas anteriormente, que se moldean manualmente o mediante soplado, polimerizando la resina utilizada por medio del catalizador apropiado, obteniendo como resultado un bloque con una forma que es más o menos prismática (o piramidal truncada o cilíndrica o semiesférica) que contiene la forma de la base de mazarota previamente diseñada. La precisión dimensional obtenida por estos métodos es mucho mayor que la obtenida por los métodos de moldeo tradicionales, permitiendo que estas bases de mazarota se consideren elementos de precisión y, por esta razón, se pueden acoplar al molde de arena muy fácilmente, posiblemente incluso alcanzando el nivel de automatización.As starting material, the formulations described above are used, which are molded manually or by blow, polymerizing the resin used by means of the appropriate catalyst, obtaining as a result a block with a shape that is more or less prismatic (or truncated pyramidal or cylindrical or hemispherical) that contains the shape of the previously designed riser base. The dimensional precision obtained by these methods is much higher than that obtained by traditional molding methods, allowing these riser bases to be considered precision elements and, for this reason, they can be attached to the sand mold very easily, possibly even reaching the level of automation.
Para definir los valores de esta patente, se considera necesario mencionar las principales contribuciones:To define the values of this patent, it is considered necessary to mention the main contributions:
- Capacidad de aislamiento. Las masas de moldeo de los insertos de la base de mazarota, están compuestas de materiales de naturaleza exotérmica y/o aislante, que se han descrito anteriormente.- Insulation capacity. The molding masses of the riser base inserts are composed of materials of an exothermic and / or insulating nature, which have been described above.
- Capacidad exotérmica. Al fabricar las bases de mazarota insertables en el molde, se utilizan masas de moldeo con una alta capacidad de aislamiento térmico.- Exothermic capacity. When manufacturing riser bases that can be inserted into the mold, molding compounds with a high thermal insulation capacity are used.
- Sistema aglutinante. Para fabricar las bases de mazarota insertables en el molde, se utilizan diferentes sistemas aglutinantes (caja fría y caja caliente, aglutinantes químicos, etc.).- Binder system. To manufacture the insertable riser bases in the mold, different binder systems are used (cold box and hot box, chemical binders, etc.).
- Geometría. La geometría exterior e interior de las bases de mazarota insertables en el molde son definidas, aunque ambas pueden adoptar las formas y tamaños que mejor se adapten a las necesidades de la pieza a fabricar. Su conceptualización es relativamente sencilla, dado que el exterior debe adaptarse a la cavidad hecha en el molde de arena y el interior debe cumplir la condición de comunicación de mazarota/pieza.- Geometry. The exterior and interior geometry of the riser bases insertable in the mold are defined, although both can adopt the shapes and sizes that best suit the needs of the part to be manufactured. Its conceptualization is relatively simple, since the exterior must adapt to the cavity made in the sand mold and the interior must meet the condition of communication of riser / piece.
- Moldeado. En el moldeado de la pieza, se ha contemplado una cavidad que aloja el inserto (base de mazarota) fabricada para este propósito específico.- Molded. In the molding of the part, a cavity that houses the insert (riser base) manufactured for this specific purpose has been contemplated.
- Pieza desmontable. Se refiere a un inserto que está alojado dentro del molde y da forma a la nueva base de mazarota.- Removable part. Refers to an insert that is housed within the mold and shapes the new riser base.
El nuevo proceso se basa en el uso de bases de mazarota insertables (insertos), que se alojan en las cavidades que se han realizado específicamente en el molde utilizando herramientas de moldeo. La cavidad proporcionada en el molde puede presentar diversas formas y dimensiones (prismática, piramidal truncada, semiesférica, etc.), dicha cavidad pertenece al molde y está constituida por el mismo sistema o masa que el resto del molde. En dicha cavidad se coloca o dispone el inserto del objeto, en forma de un núcleo, que consta de las siguientes particularidades o características:The new process is based on the use of insertable riser bases (inserts), which are housed in cavities that have been specifically made in the mold using molding tools. The cavity provided in the mold can have various shapes and dimensions (prismatic, truncated pyramidal, hemispherical, etc.), said cavity belongs to the mold and is made up of the same system or mass as the rest of the mold. In said cavity the insert of the object is placed or arranged, in the form of a nucleus, which consists of the following particularities or characteristics:
- La forma y dimensiones exteriores del inserto se adaptan a las necesidades de cada molde. Las formas prismáticas con un ángulo de salida pueden ser las más frecuentes, aunque no las únicas.- The shape and external dimensions of the insert are adapted to the needs of each mold. Prismatic shapes with a draft may be the most common, though not the only one.
- La forma y dimensiones interiores del inserto se adaptan a las particularidades de cada pieza (cumplimiento de la regla del módulo). Se considera que la forma preferible, aunque no la única, es aproximadamente semiesférica. - Su comportamiento térmico responde a consideraciones aislantes y/o exotérmicas y, por esta razón, los materiales utilizados en la fabricación de estos insertos son de naturaleza aislante y/o exotérmica.- The shape and interior dimensions of the insert are adapted to the particularities of each piece (compliance with the module rule). The preferred shape, although not the only one, is considered to be approximately hemispherical. - Its thermal behavior responds to insulating and / or exothermic considerations and, for this reason, the materials used in the manufacture of these inserts are insulating and / or exothermic in nature.
Las limitaciones de las bases de mazarota actuales se resuelven satisfactoriamente con los nuevos dispositivos diseñados como "bases de mazarota insertables", que se materializan de la siguiente manera: The limitations of the current riser bases are satisfactorily solved with the new devices designed as "insertable riser bases", which are materialized as follows:
- Las herramientas de moldeo conforman una cavidad en la que se aloja y ajusta el inserto que motiva esta patente. Se refiere a un bloque, de diferentes formas y dimensiones, cuya composición es la mezcla ya definida como aislante y/o exotérmica.- The molding tools form a cavity in which the insert that motivates this patent is housed and adjusted. It refers to a block, of different shapes and dimensions, whose composition is the mixture already defined as insulating and / or exothermic.
- El inserto es de naturaleza aislante y/o exotérmica. Sobre la base de la formulación previamente indicada, se logra un comportamiento térmico más favorable de la zona del molde en la que se aloja la base de la mazarota insertable, dado que el módulo térmico local aumenta considerablemente.- The insert is insulating and / or exothermic in nature. On the basis of the previously indicated formulation, a more favorable thermal behavior is achieved in the area of the mold in which the base of the insertable riser is housed, since the local thermal modulus increases considerably.
- Tanto la capacidad aislante como la exotérmica se ajustan a las necesidades de cada pieza, de tal manera que el número de combinaciones es ilimitado y, al mismo tiempo, se ajusta a cada necesidad.- Both the insulating and exothermic capacity are adjusted to the needs of each piece, in such a way that the number of combinations is unlimited and, at the same time, it is adjusted to each need.
- Sobre la base de las consideraciones térmicas indicadas (capacidad aislante/exotérmica), es posible reducir el tamaño de las bases de mazarota de manera muy significativa. Al reducir dicho tamaño, se aumenta el rendimiento neto/bruto y, en consecuencia, la productividad e incluso la calidad metalúrgica de las piezas fundidas.- On the basis of the indicated thermal considerations (insulating / exothermic capacity), it is possible to reduce the size of the riser bases very significantly. By reducing this size, the net / gross performance is increased and consequently the productivity and even the metallurgical quality of the castings.
- El acabado de la pieza, que implica la separación cortando cualquier cosa que no sea la pieza, se hace significativamente más fácil. En la medida en que se reduzca el tamaño de la mazarota, su separación de la pieza es más sencilla.- The finishing of the part, which involves separation by cutting anything other than the part, is made significantly easier. To the extent that the size of the riser is reduced, its separation from the piece is easier.
- Con el uso de las bases de mazarota insertables, los costes de fabricación mejoran notablemente. La única desventaja puede atribuirse al coste adicional de los insertos, aunque el balance financiero es claramente favorable al uso de insertos de esta naturaleza.- With the use of insertable riser bases, manufacturing costs are significantly improved. The only disadvantage can be attributed to the additional cost of the inserts, although the balance sheet is clearly favorable to the use of inserts of this nature.
- Las herramientas de simulación del proceso de fundición son muy útiles cuando se trata de seleccionar la forma y el tamaño más favorables de los insertos. Los análisis virtuales permiten ajustar predicciones a las necesidades de cada pieza de fundición.- Casting process simulation tools are very helpful when it comes to selecting the most favorable shape and size of inserts. Virtual analyzes allow you to tailor predictions to the needs of each casting.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
Para complementar la descripción y con el fin de contribuir a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferido de una realización de la misma, se adjunta un conjunto de dibujos como parte integral de la descripción que, a modo ilustrativo y no limitativo, representan lo siguiente:To complement the description and in order to contribute to a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of an embodiment thereof, a set of drawings is attached as an integral part of the description which, by way of illustrative and not limiting, they represent the following:
La Figura 1 es una representación esquemática de los elementos que constituyen un molde de fundición.Figure 1 is a schematic representation of the elements that make up a casting mold.
La Figura 2 describe las dos formas de presentar los dispositivos de alimentación (en este caso, minimazarotas). La Figura 3 representa una placa de unión utilizada en la técnica anterior para obtener un molde de arena que tiene una cavidad principal y una cavidad o base de mazarota.Figure 2 describes the two ways of presenting the power devices (in this case, mini-dams). Figure 3 depicts a tie plate used in the prior art to obtain a sand mold having a main cavity and a riser cavity or base.
La Figura 4 es una representación esquemática de una base de mazarota insertable lista para insertarse en un molde de arena configurado de acuerdo con la presente invención para recibir y alojar la base de mazarota insertable.Figure 4 is a schematic representation of an insertable riser base ready to be inserted into a sand mold configured in accordance with the present invention to receive and house the insertable riser base.
La Figura 5 es una representación esquemática de un dispositivo de moldeo que comprende una base de mazarota insertable y un molde de arena de acuerdo con la presente invención.Figure 5 is a schematic representation of a molding device comprising an insertable riser base and a sand mold in accordance with the present invention.
Las Figuras 6A y 6B son una representación comparativa de un ejemplo específico para mostrar lo que sucede al reemplazar una base de mazarota tradicional con una base de mazarota insertable utilizada en la presente invención.Figures 6A and 6B are a comparative representation of a specific example to show what happens when replacing a traditional riser base with an insertable riser base used in the present invention.
Descripción de un modo de realización preferido de la invenciónDescription of a preferred embodiment of the invention
La Figura 1 representa un molde de fundición (1) que comprende una cavidad principal (2) correspondiente a la pieza a fabricar y que ha sido formada por la herramienta de moldeo (3). En la misma fase de moldeo se ha configurado el sistema de llenado (4) y los dispositivos de alimentación (5).Figure 1 represents a casting mold (1) comprising a main cavity (2) corresponding to the part to be manufactured and which has been formed by the molding tool (3). In the same molding phase, the filling system (4) and the feeding devices (5) have been configured.
El sistema de llenado (4) comunica el exterior del molde (1) con la cavidad principal (2) y está formado por la mazarota de alimentación, los canales de distribución y las uniones o ataques en la pieza.The filling system (4) communicates the exterior of the mold (1) with the main cavity (2) and is made up of the feeding riser, the distribution channels and the joints or attacks on the part.
El sistema de alimentación (5) es responsable de alimentar la pieza, dicho de otro modo, de compensar las contracciones que se producen en el cambio líquido-sólido. Es frecuente utilizar minimazarotas con propiedades aislantes y/o exotérmicas.The feeding system (5) is responsible for feeding the piece, in other words, for compensating the contractions that occur in the liquid-solid exchange. It is common to use minimazarotas with insulating and / or exothermic properties.
La Figura 2 representa dos formas comunes de dispositivos de alimentación (en este caso, minimazarotas). Cuando el dispositivo de alimentación (5) está situado en la parte superior de la pieza, se hace referencia a "en la parte superior" y, en este caso, no se utiliza la "base de mazarota". Sin embargo, cuando la alimentación está en el lado, es esencial utilizar cavidades para las bases de la mazarota (6). La cavidad correspondiente a la base de mazarota (6) es una pieza más del molde y, por esta razón, estas cavidades se forman mediante las propias herramientas de moldeo (3), con el mismo material de moldeo que el conjunto del molde (1).Figure 2 depicts two common forms of power devices (in this case, mini-boots). When the feeding device (5) is located in the upper part of the part, it is referred to "in the upper part" and, in this case, the "riser base" is not used. However, when the feed is on the side, it is essential to use cavities for the bases of the riser (6). The cavity corresponding to the riser base (6) is another part of the mold and, for this reason, these cavities are formed by the molding tools themselves (3), with the same molding material as the mold assembly (1 ).
La Figura 3 presenta una herramienta de moldeo (3) o placa de unión utilizada para obtener la cavidad principal (2) y la cavidad que forma la base de la mazarota (6).Figure 3 presents a molding tool (3) or joining plate used to obtain the main cavity (2) and the cavity that forms the base of the riser (6).
La Figura 4 representa una base de mazarota insertable (7). La base de mazarota insertable (7) es un elemento obtenido independientemente del molde de fundición (1) y comprende una cavidad interior (8) que puede alojar metal derretido para alimentar la cavidad principal (2). También se ha representado un molde de fundición (1) que comprende una cavidad principal (2) que reproduce la forma de la pieza a obtener y una cavidad auxiliar (9). La geometría exterior de la base de mazarota insertable (7) es similar a la geometría de la cavidad auxiliar (9), de tal manera que la base de mazarota (7) puede insertarse fácilmente en la cavidad auxiliar (9).Figure 4 represents an insertable riser base (7). The insertable riser base (7) is an element obtained independently of the casting mold (1) and comprises an internal cavity (8) that can accommodate metal melted to feed the main cavity (2). A casting mold (1) comprising a main cavity (2) that reproduces the shape of the part to be obtained and an auxiliary cavity (9) has also been represented. The external geometry of the insertable riser base (7) is similar to the geometry of the auxiliary cavity (9), such that the riser base (7) can be easily inserted into the auxiliary cavity (9).
La Figura 5 representa una base de mazarota insertable (7) alojada en la cavidad auxiliar (9) del molde (1) y una mazarota o minimazarota (10) en la base de mazarota insertable (7). Como se puede observar en la Figura 5 mencionada anteriormente, la cavidad interior (8) se deja en comunicación directa con la cavidad principal (2) del molde (1) y con la mazarota, de tal manera que el metal derretido contenido en la mazarota alimente la cavidad principal (2) del molde (1). Se observa que el metal de la pieza, de la base de mazarota y de la minimazarota forma una unidad, que desde el punto de vista térmico deben mantener la relación correspondiente. Se puede apreciar que el material que constituye la base de mazarota insertable (7) es similar o igual al de la minimazarota (10), ya que en ambos casos deben presentar características aislantes y/o exotérmicas, siendo este material diferente al del molde (1). Se observa que la base de mazarota (7) es un inserto en el molde (1), que cumple la misma función que las cavidades de base de mazarota tradicionales hechas de la misma mezcla (arena de sílice) que el molde y obtenidas junto con la cavidad de la pieza.Figure 5 represents an insertable riser base (7) housed in the auxiliary cavity (9) of the mold (1) and a riser or mini riser (10) in the insertable riser base (7). As can be seen in Figure 5 mentioned above, the interior cavity (8) is left in direct communication with the main cavity (2) of the mold (1) and with the riser, in such a way that the melted metal contained in the riser Feed the main cavity (2) of the mold (1). It is observed that the metal of the part, the base of the riser and the mini riser forms a unit, which from the thermal point of view must maintain the corresponding relationship. It can be seen that the material that constitutes the insertable riser base (7) is similar or equal to that of the mini riser (10), since in both cases they must present insulating and / or exothermic characteristics, this material being different from that of the mold ( 1). It is observed that the riser base (7) is an insert in the mold (1), which fulfills the same function as the traditional riser base cavities made from the same mixture (silica sand) as the mold and obtained together with the part cavity.
Las Figuras 6A y 6B ayudan a visualizar lo que realmente sucede en la fabricación de componentes de fundición. La Figura 6A muestra una base de mazarota de acuerdo con las técnicas habituales. Como se observa en la Figura 6A, el tamaño de la "base de mazarota" es muy grande, si se compara con el diámetro de la mazarota en sí. Esta desproporción está relacionada con las características térmicas y físicas del material del molde y de la mazarota. Es muy obvio que el tamaño de la "base de mazarota" perjudica el rendimiento, mientras que al mismo tiempo es posible apreciar la enorme desproporción existente entre esta y el propio alimentador. El reemplazo de la cavidad de la "base de mazarota" con una base de mazarota con un material similar al de la minimazarota, permite la modificación de los modelos de solidificación del entorno de alimentación. Al optimizar el comportamiento aislante y proporcionarle capacidad exotérmica, el comportamiento térmico de las "bases de mazarota" que forman el objeto de la presente invención es más favorable y, por esta razón, la cantidad de metal que exigen ambas bases de mazarota es totalmente diferente. En la Figura 6B es posible observar el tamaño de la base de mazarota conforme a cuando se usa en la presente invención. A diferencia del tamaño de la base de mazarota representado en la Figura 6A, en 6B se ajusta a la realidad, ya que dichas geometrías han sido diseñadas y validadas mediante los correspondientes estudios de simulación.Figures 6A and 6B help to visualize what really happens in the manufacture of cast components. Figure 6A shows a riser base according to standard techniques. As seen in Figure 6A, the size of the "riser base" is very large when compared to the diameter of the riser itself. This disproportion is related to the thermal and physical characteristics of the mold material and the riser. It is very obvious that the size of the "riser base" impairs performance, while at the same time it is possible to appreciate the enormous disproportion between it and the feeder itself. The replacement of the cavity of the "riser base" with a riser base with a material similar to that of the mini riser, allows the modification of the solidification patterns of the feeding environment. By optimizing the insulating behavior and providing it with exothermic capacity, the thermal behavior of the "riser bases" that form the object of the present invention is more favorable and, for this reason, the amount of metal required by both riser bases is totally different. . In Figure 6B it is possible to observe the size of the riser base according to when it is used in the present invention. Unlike the size of the riser base represented in Figure 6A, in 6B it adjusts to reality, since these geometries have been designed and validated through the corresponding simulation studies.
En este texto, la palabra ''comprende'' y sus variantes (tales como" que comprende ", etc.) no deben interpretarse como excluyentes, dicho de otro modo, no excluyen la posibilidad de que lo que se ha descrito incluya otros elementos, etapas, etc.In this text, the word '' comprises '' and its variants (such as "comprising", etc.) should not be construed as exclusive, in other words, they do not exclude the possibility that what has been described includes other elements , stages, etc.
Por otra parte, la invención no se limita a las realizaciones específicas descritas en la presente memoria, y también abarca, por ejemplo, variantes que puede realizar un experto habitual en la materia (por ejemplo, con respecto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance de lo deducido a partir de las reivindicaciones. Furthermore, the invention is not limited to the specific embodiments described herein, and also encompasses, for example, variants that can be made by a person of ordinary skill in the art (for example, with regard to the choice of materials, dimensions, components, configuration, etc.), within the scope of what is deduced from the claims.
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