DESCRIPCIÓN CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La invención se engloba en los procedimientos de fundición de piezas metálicas en moldes de arena y, en concreto, se refiere a un procedimiento que permite aportar material aislante y/o exotérmico en zonas del molde de arena que van a estar en contacto con el metal fundido y en las que se requiere un mayor aislamiento o aportación de calor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La producción de piezas metálicas coladas comprende el vertido de un metal fundido en el interior de un molde, la solidificación del metal y desmoldeo de la pieza formada mediante la eliminación o destrucción del molde. Cuando se vierte metal fundido en un molde y se deja que se solidifique, el metal se contrae durante su solidificación y su volumen se reduce. Para compensar esta contracción y asegurar la producción de piezas moldeadas de calidad, suele ser necesario el empleo de las llamadas mazarotas de alimentación situadas en el exterior de la pieza. Cuando la pieza moldeada se solidifica y se contrae, la alimentación de metal fundido desde la mazarota a la pieza, evita la formación de rechupes.

Para la obtención de un molde de arena se parte generalmente de dos cajas de moldeo (de madera, acero, etc.), en cada una de las cuales se obtiene un semimolde con una parte concreta de la cavidad que al unir los dos semimoldes de arena determinarán la cavidad con la forma de la pieza a obtener.

Para la obtención de cada semimolde de arena se parte de una caja de moldeo en la que se coloca la parte del modelo que corresponde, llenándose el resto con una mezcla de arena aglomerada y su catalizador.

La unión de los semimoldes de arena por las caras que presentan la cavidad, da lugar al molde de arena con la cavidad que ha de llenarse de metal fundido para conformar la pieza metálica.

Como se ha comentado anteriormente, durante la solidificación, los metales fundidos experimentan una reducción de su volumen. Por este motivo, en la colada de los metales suele ser habitual utilizar mazarotas dispuestas en el exterior de la pieza para compensar la contracción que se produce durante la solidificación. Para mejorar el efecto de alimentación y para que el volumen de la mazarota de alimentación se pueda reducir al mínimo, se suele rodear a la mazarota de alimentación con un manguito exotérmico y/o aislante térmico con el fin de mantener en estado fundido el metal de la mazarota durante el mayor tiempo posible.

Estos manguitos se colocan antes de efectuar las operaciones de colada en un soporte fijado firmemente al modelo. Después de la producción del molde, se retira el soporte para obtener una cavidad de alimentación, esto es, la mazarota rodeada por el manguito. Cuando el metal fundido se introduce por el bebedero o canal de colada, el metal fluye a través de él, llenando, por una parte, la cavidad del molde que conformará la pieza moldeada y, por otra, la mazarota de alimentación. Debido a que la mazarota está rodeada por el manguito exotérmico y/o aislante, el metal permanecerá más tiempo en estado líquido mientras se solidifica y se contrae el metal en el resto de la pieza, permitiendo de esta manera, la alimentación del metal fundido para compensar la contracción y reducir así, al mínimo, la formación de rechupes.

Dependiendo de la geometría de la pieza a obtener, el molde necesitará más o menos mazarotas, y cada una de ellas irá rodeada de un manguito exotérmico y/o aislante. Por tanto, antes de de llevar a cabo el vertido del metal fundido en el molde, se habrá tenido que colocar los manguitos en sus respectivas mazarotas, lo que aumenta considerable el ciclo de trabajo.

Tal y como se ha indicado anteriormente, las zonas de mazarotaje se definen en el molde de arena por el propio modelo en el que, además de la geometría de la pieza a obtener se conforman las zonas de mazarotaje externas a la pieza. Estas zonas de mazarotaje deberán cubrirse antes de la colada con los correspondientes manguitos aislantes y/o exotérmicos.

Cuando la pieza presenta estrangulamientos o zonas de difícil aliemntación que no permiten alimentar el resto de la pieza antes de que se produzca su solidificación, se suele recurrir al denominado "padding", que consiste en obtener en el molde de arena un ensanchamiento de la zona de estrangulamiento o de difícil acceso del metal líquido, para conseguir un exceso de metal que garantice el completo llenado de esa zona de la cavidad. Esta solución que resuelve el problema de una buena colada de la pieza, tiene el inconveniente de que después, es necesario eliminar el "padding", lo que supone una operación costosa de rebaba.

Hasta ahora la operación de colocación de los manguitos alrededor de las mazarotas, es una operación imprescindible, sería, por tanto, deseable poder prescindir de esta operación realizando los manguitos al obtener el molde de arena. Por otro lado, el fundidor produce generalmente los moldes de arena y los manguitos provienen de un fabricante especializado en manguitos, de manera que, el fundidor no controla los materiales y la composición de los manguitos lo cual implica ciertos riesgos, ya que actualmente, hay una serie de materiales que se usan con frecuencia en la fabricación de manguitos, cuyo uso en la nueva legislación europea, está restringido porque durante su manejo o después de la colada pueden producir partículas o emisiones nocivas para la salud.

Sin embargo, existen materiales para la fabricación de manguitos de probado uso que han demostrado su eficacia tanto a nivel de cumplir con las expectativas exigidas en cuanto a aislamiento y exotermicidad, como a que, además, pueden suministrarse a la fundición para que ésta, "in situ", produzca los manguitos y las zonas de mazarotaje que requiera la fabricación de la pieza fundida. Manguitos de estas características se describen en las patentes EP 1543897 y EP 02651 12. Por tanto, sería deseable poder aportar materiales aislantes y/o exotérmicos en el momento de fabricación del molde de arena en aquellas zonas en las que requiere un mayor aislamiento o aportación de calor.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención tiene por objeto, un procedimiento de obtención de piezas metálicas por colada de un metal fundido en un molde de arena, que permite aplicar un material aislante o exotérmico en zonas del molde que requieren un mayor aislamiento o aportación de calor por reacción exotérmica, tales como, zonas de mazarotaje o zonas internas del molde y todo ello durante un proceso de fabricación del molde de arena. Esto permite realizar "in situ" los manguitos que han de rodear las mazarotas y aportar material aislante o exotérmico en zonas de difícil alimentación que no permiten alimentar el resto de la pieza antes de que se produzca su solidificación. Para ello el procedimiento objeto de la invención, comprende las siguientes etapas: a) Colocar, en una caja de moldeo, un modelo para conformar una cavidad que definirá la forma de la pieza metálica y, al menos, una mazarota, b) verter una arena de moldeo en la caja de moldeo, después de la fase a), c) verter una mezcla, aislante o exotérmica en la caja de moldeo tras la fase a), para retardar la solidificación de un metal fundido, d) extraer el modelo para conformar la citada cavidad, e) colar un metal fundido en la citada cavidad, f) extraer la pieza obtenida después de la solidificación del metal fundido.

La mezcla, exotérmica o aislante, queda dispuesta en contacto con el modelo, en unas zonas en las que se requiere que el metal fundido colado en la fase e) permanezca en estado líquido más tiempo que el resto de metal fundido que va a conformar la pieza, de tal forma que, una vez eliminado el modelo en la fase d), la mezcla, aislante o exotérmica, retarde la solidificación del metal fundido colado en la fase e), en las zonas donde se ha dispuesto la citada mezcla. La elección de una mezcla aislante o exotérmica, dependerá de las características térmicas del metal que se va a fundir, de las dimensiones de la pieza, de su geometría y de otras variantes, por ejemplo, si la pieza es una pieza metálica no ferrítica de bajo punto de fusión, la mezcla utilizada podría ser una mezcla aislante.

Si el modelo colocado en la caja de moldeo tiene alguna zona de difícil alimentación o de estrangulamiento que hace difícil alimentar con metal fundido otra zona de la pieza, la mezcla, aislante o exotérmica, se depositará, en contacto con el modelo, en esa zona de estrangulamiento , antes de verter la arena de moldeo, para que al colar el metal fundido, éste permanezca en la citada zona de estrangulamiento en estado líquido, más tiempo que el resto del metal que conformará la pieza y, por tanto, puede alimentar otras zonas..

Sin embargo, si la zona en la que se va a depositar la mezcla, aislante o exotérmica, corresponde, por ejemplo, a una mazarota, puede colocarse una pieza auxiliar alrededor de la citada mazarota, de manera que, después de verter la arena de moldeo, se retire la citada pieza auxiliar conformándose un hueco entre la arena de moldeo y el modelo, en el que se verterá la mezcla aislante o exotérmica que, una vez curada, se constituye en manguito.

La pieza auxiliar empleada para rodear a la mazarota, puede ser un casquillo de sección circular que tiene que poder extraerse, esto es, separarse de la mazarota con facilidad para formar el hueco antes indicado.

La mezcla aislante o exotérmica puede ser una mezcla no fibrosa, como las descritas en las patentes EP 1543897 y EP 02651 12, de manera que la arena de moldeo y las citadas mezclas, aislante o exotérmica, que conformarán el molde, se puedan encontrar en depósitos independientes. Estos materiales de entrada caen a una tolva y de ésta a un mezclador, continuo o discontinuo, en donde se mezclarán con los resinas y catalizadores correspondientes, procedentes de otros depósitos. La arena de moldeo junto con las resinas y catalizadores se vierte a la caja de moldeo. Así mismo, los materiales aislantes o exotérmicos, ya mezclados con las resinas y catalizadores, se vierten a la caja de moldeo en el lugar que les corresponda.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para completar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor compresión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1 .- Muestra una vista en sección de la caja de moldeo superior en la que se ha colocado el modelo correspondiente y la mazarota, junto con el canal de colada.

Figura 2.- Muestra una vista en sección de la caja de moldeo superior en la que, en una zona de difícil acceso para que llegue el metal fundido, se ha depositado una mezcla aislante o exotérmica. Además en esta figura, también se observa que alrededor de la mazarota se ha dispuesto una pieza auxiliar.

Figura 3.- Muestra una vista en sección de la caja de moldeo superior en la que se ha vertido la arena de moldeo que llena completamente la caja. Figura 4.- Muestra una vista en sección de la caja de moldeo superior, una vez retirada la pieza auxiliar que rodea a la mazarota y conformado un hueco.

Figura 5.- Muestra una vista en sección de la caja de moldeo superior con el hueco rellenado con la mezcla aislante o exotérmica.

Figura 6.- Muestra una vista en sección de la caja de moldeo superior en el momento que comienza la extracción del modelo y del canal de colada.

Figura 7.- Muestra una vista en sección de la parte superior de molde de arena, en una vez retirado completamente el modelo y el canal de colada de la caja de moldeo superior.

Figura 8.- Muestra una vista en sección del molde de arena completo, esto es su parte superior e inferior, en donde la cavidad que va a conformar la pieza ha sido rellenada con el metal fundido suministrado desde el canal de colada.

Figura 9.- Muestra una vista esquemática de una instalación que comprende los depósitos de materiales, dosificador, mezclador y demás componentes de la instalación.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En la figura 1 , se observa una caja de moldeo (3), en concreto, la caja superior, en cuyo interior se ha dispuesto un modelo (4) para conformar una cavidad (5), que definirá la forma de la pieza metálica (1 ) y, al menos una mazarota (1 1 ). Además, en el interior de esta caja de moldeo (3) superior, también se ha colocado el modelo correspondiente para conformar el canal de colada o bebedero (10). Aunque no se ha representado en las figuras, para conformar el molde de arena (2), es necesario contar también, con una caja de moldeo (3) inferior, en donde se colocará el modelo correspondiente para definir otra cavidad, que al unirse con la cavidad definida por el modelo colocado en la caja de moldeo (3) superior, conformarán la cavidad que corresponde con la pieza a obtener y que se rellenará de metal fundido. Como se ha indicado anteriormente, primeramente se coloca un modelo en una caja inferior y se vierte arena de moldeo, para posteriormente voltear la caja inferior y colocar sobre ella la caja superior con otro modelo y los canales de alimentación ya dispuestos.

En la figura 1 , se pueden observar unas zonas (41 , 42) que, por su configuración, son zonas en las que se requiere que, el metal que se colará en la cavidad (5), permanezca en estado líquido más tiempo que el resto del metal que va a conformar la pieza (1 ).

En este caso, la zona (41 ) corresponde a una mazarota (1 1 ) que se formará una vez colado el metal fundido, y la zona (42) es una zona de difícil acceso para que llegue el metal fundido. Las mazarotas son utilizadas para compensar la contracción que se produce durante la solidificación de los metales, de manera que la alimentación de metal fundido desde la mazarota (1 1 ) a la cavidad (5) permita el completo llenado de la misma y con ello, la obtención de piezas de calidad. Para mejorar la alimentación desde la mazarota (1 1 ) y para que el metal fundido llegue a zonas de difícil acceso, como por ejemplo la zona (42), el procedimiento objeto de la invención, permite aportar una mezcla (7), aislante o exotérmica, en contacto con el modelo (4) en las zonas (41 , 42), con el fin de que, el metal fundido colado en la cavidad (5), permanezca, en las zonas (41 , 42) en estado líquido más tiempo que el resto del metal que conformará la pieza (1 ). En la figura 2, se observa que en la zona (42), que es una zona de difícil alimentación que no permite alimentar el resto de la pieza, se ha depositado la mezcla (7), aislante o exotérmica, que permite retardar, en esa zona (42), la solidificación del metal colado. Esta mezcla (7), se dispondrá en la zona (42), antes de verter la arena de moldeo (6) en la caja de moldeo (3). En esta figura 2, también se puede ver que en la zona (41 ) que constituirá la mazarota (1 1 ), se ha colocado alrededor de la misma una pieza auxiliar (8), en este caso, debido a la forma que tiene la mazarota, la pieza auxiliar (8) es un casquillo de sección circular.

Una vez colocado el casquillo alrededor de la zona (41 ) y vertida la mezcla (7), aislante o exotérmica, se vierte la arena de moldeo (6), tal y como se puede observar en la figura 3.

Como se ve en la figura 4, después de verter la arena de moldeo (6) en la caja de moldeo (3), se extrae el casquillo, de manera que, entre la arena de moldeo (6) y la zona (41 ) se crea un hueco (9). Tal y como se observa en la figura 5, el hueco (9) es rellenado con la mezcla (7), aislante o exotérmica para permitir que, en la zona (41 ) se retarde la solidificación del metal fundido una vez colado en la cavidad (5).

En la figura 6, el modelo (4), junto con el modelo que conforma el canal de colada o bebedero (10), están siendo retirados, para definir la cavidad (5) que será llenada con metal fundido colado a través del canal de colada (10), tal y como se ve en la figura 8. La extracción total del modelo (4) y del modelo que conforma el bebedero (10), se observa en la figura 7. En el momento en que se retiran los modelos, la caja de moldeo (3) y se cura la arena de moldeo, se obtiene la parte superior del molde de arena (2), cuya cavidad (5) será llenada con metal fundido. Las etapas descritas anteriormente, se aplicarán a una caja de moldeo (2) inferior, a excepción de que, en la caja de moldeo (3) inferior, no es necesario disponer los canales de colada, simplemente hay que colocar el modelo correspondiente para conformar una cavidad que junto con la cavidad obtenida en la caja de moldeo (3) superior, conformarán una cavidad que será llenada con metal fundido para conformar la pieza metálica.

En la figura 8, se observa el molde de arena (2) completo, con la parte superior e inferior, en el cual ha quedado definida una cavidad que corresponde con la forma final de la pieza metálica (1 ) a obtener. La cavidad del molde de arena (2) ha sido llenada con metal fundido a través del bebedero (10). En las zonas (41 , 42) en las que se ha depositado la mezcla (7), aislante o exotérmica, el metal fundido permanecerá en estado líquido más tiempo que el resto del metal, con el fin de lograr un llenado completo de toda la cavidad y que, como por ejemplo, en la zona (42) el metal llegue a zonas de difícil alimentación.

Aunque no se ha representado en las figuras, una vez que el metal fundido se ha solidificado, se destruye el molde de arena (2) para extraer la pieza metálica (1 ). Una vez extraída, será necesario eliminar la mazarota (1 1 ) y el bebedero (10) por cualquiera de los procedimientos conocidos en la industria.

Con el procedimiento, objeto de la invención, se ha logrado obtener, en el momento de conformación del molde de arena (2), zonas (41 , 42) en las que se requiere que el metal fundido permanezca en estado líquido más tiempo. En la figura 9, se ilustra esquemáticamente una instalación industrial para obtener piezas metálicas de acuerdo con la invención. La instalación representada cuenta con tres depósitos (12) o tolvas con los materiales que intervienen en el proceso. Así por ejemplo, en uno de estos depósitos (12) se encuentra la arena para conformar el molde de arena (2), en otro depósito (12) está la mezcla aislante y en otro la mezcla exotérmica.

De cada depósito (12) se dosifica la cantidad adecuada en una tolva de distribución (14) que la vierte en un mezclador (13). Al mezclador (13), continuo o discontinuo, acceden las resinas y los catalizadores provenientes de los depósitos (15). Una vez que se han obtenido las mezclas, ya sea, la arena de moldeo (6) mezclada o la mezcla aislante o exotérmica (7) mezclada, se deposita por gravedad, en el lugar que le corresponda en las cajas de moldeo (3).