Molde o pieza moldeada en bruto para fines de fundición, que se compone de arena de moldeo,

aglutinante y aditivos, utilizándose como arena de moldeo arena silícea y en el aglutinante óxido de aluminio, caracterizado porque la arena silícea se utiliza en un intervalo de tamaños de granos de 0,05 a 5 mm y como aditivo se utiliza óxido de aluminio con un tamaño de grano de 1 a 200 micrómetros, en donde el óxido de aluminio presenta superficies de rotura o cantos de rotura recientes, y el aglutinante provisto de óxido de aluminio está dispuesto sobre la superficie de la arena silícea en forma de una capa cubriente, en donde partículas de Al2O3 son mantenidas en forma de una capa porosa, cubriente de la superficie de forma cerrada y empaquetada a través del aglutinante sobre el grano individual de arena silícea, y una fase de vidrio soluble contenida en el aglutinante está contraída a modo de cuña en las superficies de contacto de los granos de cuarzo y presenta una estructura microporosa en las fases límites en forma de puentes de aglutinante porosos, en donde el aglutinante y la arena silícea están unidos entre sí, a través de las superficies de rotura o cantos de rotura de las partículas de óxido de aluminio en la estructura de las piezas moldeadas en bruto, configurando los puentes de aglutinante microporosos

Molde o pieza moldeada en bruto, mezcla de materiales de moldeo para fundería y procedimiento para su fabricación.

La invención se refiere a un molde o piezas moldeadas en bruto para fines de fundición conforme a la cláusula precaracterizante de la reivindicación 1, a una mezcla de materiales de moldeo para fundición conforme a la cláusula precaracterizante de la reivindicación 4, así como a un procedimiento para la fabricación de un molde o de una pieza moldeada en bruto conforme a la cláusula precaracterizante de la reivindicación 7.

Mezclas de materiales de moldeo para fundición se conocen de múltiples formas. Básicamente, se ha de diferenciar entre arenas de moldeo ligadas a arcilla, mezclas de arenas con aglutinantes inorgánicos u orgánicos, así como arenas de moldeo, exentas de aglutinante, con unión física. Los requisitos exigidos a las mezclas de materiales de moldeo para fundición son muy diversos y comprenden propiedades tales como fluencia de la mezcla de materiales de moldeo, comportamiento en la solidificación, resistencia final alcanzable, separabilidad o capacidad de desmoldeo.

En el documento WO 2006/024540 se describe una mezcla de materiales de moldeo para la fabricación de moldes de fundición para la elaboración de metales, en el cual se utiliza una materia prima de moldeo capaz de fluir y refractaria, así como un aglutinante basado en vidrio soluble. Al aglutinante se le puede añadir un óxido de metal en forma de partículas, seleccionado de un grupo consistente en dióxido de silicio, óxido de aluminio, óxido de titanio u óxido de zinc, de manera particularmente preferida dióxido de silicio sintético, amorfo. Materias primas de moldeo de forma esférica y/o aditivos orgánicos se utilizan para mejorar la calidad de la superficie de la pieza fundida. La resistencia mecánica de la pieza moldeada en bruto en un entorno húmedo debe mejorarse mediante una unión intensa de la superficie del óxido de metal en forma de partículas con una fase de vidrio soluble, fuertemente alcalina, en el aglutinante. Dado que el aglutinante presenta una fluencia empeorada, mediante la adición de lubricantes en forma de plaquitas debe conseguirse que también puedan ser fabricados moldes complejos.

El tamaño de las partículas del óxido de metal asciende, en la mezcla de materiales de moldeo conocida, a menos de 200 micrómetros, encontrándose la proporción en óxido de metal, referida a la cantidad de aglutinante, preferiblemente entre 4 y 40%. En el caso de utilizar arena silícea como materia prima de moldeo, en la mezcla de materiales de moldeo conocida está contenido menos de 5% de aglutinante.

Misión de la presente invención

La invención tiene por misión ofrecer una mezcla de materiales de moldeo que presente una fluencia mejorada, habiéndose mejorado el comportamiento en la solidificación y la capacidad de desmoldeo del molde o de la pieza moldeada en bruto. Las piezas fundidas fabricadas con la pieza moldeada en bruto o la mezcla de materiales de moldeo de acuerdo con la invención deben posibilitar una calidad mejorada de la superficie de la pieza fundida.

Además, la mezcla de materiales de moldeo debe presentar buenas propiedades de desintegración tras el uso reglamentario y la arena de moldeo consumida debe poder ser elaborada fácilmente bajo una escasa emisión.

Este problema se resuelve mediante un molde o una pieza moldeada en bruto conforme a la reivindicación 1, una mezcla de materiales de moldeo para fundición conforme a la reivindicación 4 o un procedimiento para la fabricación de un molde o pieza moldeada en bruto conforme a la reivindicación 7.

Sorprendentemente, se encontró que óxido de aluminio es adecuado como aditivo a una mezcla de materiales de moldeo para fundición cuando recubra, tras la mezcladura a fondo y el secado, como una capa cubriente a las partículas de arena o de cuarzo del material de moldeo. Para ello, el óxido de aluminio se ha de emplear en una cantidad determinada, referida al aglutinante, y en un tamaño de grano determinado, referido al diámetro medio de los granos de arena o de cuarzo.

Durante la elaboración fue sorprendente que el óxido de aluminio mejorara esencialmente la fluencia y el comportamiento en la solidificación de la mezcla de materiales de moldeo. Esto se explica con mayor detalle con ayuda de ensayos comparativos que siguen a continuación. Además, era sorprendente que la pieza moldeada en bruto/macho o bien el molde tras su uso reglamentario, presentara propiedades de desintegración particularmente buenas. Por ejemplo, se observó que el macho puesto en contacto con el agua se desintegraba inmediatamente y podía ser tratado ulteriormente por completo en forma de una suspensión homogénea.

Particular atención se otorga, en el caso de una mezcla de materiales de moldeo, a los moldes o piezas moldeadas en bruto para fines de fundición, fabricados después del vaciado en instalaciones de fundición. Se observó que con el aditivo de acuerdo con la invención se podía mejorar, de manera muy esencial, la calidad de las piezas fundidas, en particular sus superficies. En virtud de exámenes detallados, los autores de la invención parten del hecho de que la mejora de las superficies viene provocada, por una parte, por un mejor comportamiento en el vaciado y, por otra parte, por una mejor capacidad de desmoldeo debido a escasas adherencias de arena de moldeo, etc. sobre la superficie fundida.

Como consecuencia de ello, los autores de la invención han examinado de forma intencionada las relaciones durante la fundición en la zona de contacto entre la arena de moldeo y la superficie del metal. Resultó que, en el caso de los procesos descritos, la capacidad de humectación de la superficie de la pieza moldeada en bruto con el metal líquido juega, por una parte, un papel, pero por otra parte se podía observar un efecto antagonista en el desmoldeo o en el tratamiento renovado de la arena de moldeo. Así, para una reproducción fiel al molde son importantes ciertamente buenas relaciones de humectación, por otra parte esto conduce, bajo determinadas circunstancias, en el desmoldeo a problemas, ya que con la retirada de la pieza fundida también son arrastradas partes del molde o de la pieza moldeada en bruto en forma de finas partículas de arena. En particular, en el caso de un mal comportamiento en la humectación de la arena de moldeo se manifestaron, ya en el estado de mezcla con el aglutinante parcialmente líquido, efectos desventajosos que conducían a una mala aptitud de reutilización de la mezcla de materiales de moldeo consumida (segregación, heterogeneidades, etc.).

Por lo tanto, era sorprendente que con la adición de óxido de aluminio, bajo las problemáticas condiciones limitantes mencionadas, se pudiera alcanzar tanto la fluencia, el comportamiento en la solidificación y la capacidad de desmoldeo de la pieza moldeada en bruto junto con una mejora esencial de la superficie de la pieza fundida. Esto sucedió ante el fondo de una interdependencia física, química y termodinámica plural de los materiales y etapas de procedimiento participantes.

En lo que sigue se explica la invención con más detalle con ayuda de varios ejemplos de realización.

En la producción de la mezcla de materiales de moldeo se añadió primero directamente a una mezcla de materiales de moldeo, en calidad de óxido, un óxido de aluminio con una pureza del 99,9% y se distribuyó homogéneamente. Se demostró que distribuciones homogéneas en arenas de moldeo habituales con tamaños de grano medios entre 75 y 250 micrómetros sólo se podían obtener, sin embargo, mediante procesos de mezcladura a fondo repetidos y de larga duración. Sobre todo, con el fin de poder aprovechar de manera eficaz los sistemas establecidos, que están orientados a la utilización de aglutinantes líquidos en forma de resinas, alcoholes, aceites o suspensiones inorgánicas, se añadió el óxido primeramente al aglutinante, se dispersó homogéneamente y luego se añadió al material de moldeo a través de métodos establecidos. Se encontró que óxidos de aluminio con un tamaño de grano de 1 a 200 micrómetros, en el caso de una demanda de tiempo igualmente baja, pueden ser dispersados y, a continuación, incorporados en un aglutinante líquido, alcanzándose una homogeneidad invariablemente buena. En este caso, dispersiones de Al₂O₃-aglutinante no mostraron, a pesar de la densidad relativamente elevada (aprox. 4 g/cm³) de las partículas de Al₂O₃, a lo largo de varios días, tendencia alguna a la segregación. En el caso de utilizar...

1. Molde o pieza moldeada en bruto para fines de fundición, que se compone de arena de moldeo, aglutinante y aditivos, utilizándose como arena de moldeo arena silícea y en el aglutinante óxido de aluminio, caracterizado porque la arena silícea se utiliza en un intervalo de tamaños de granos de 0,05 a 5 mm y como aditivo se utiliza óxido de aluminio con un tamaño de grano de 1 a 200 micrómetros, en donde el óxido de aluminio presenta superficies de rotura o cantos de rotura recientes, y el aglutinante provisto de óxido de aluminio está dispuesto sobre la superficie de la arena silícea en forma de una capa cubriente, en donde partículas de Al₂O₃ son mantenidas en forma de una capa porosa, cubriente de la superficie de forma cerrada y empaquetada a través del aglutinante sobre el grano individual de arena silícea, y una fase de vidrio soluble contenida en el aglutinante está contraída a modo de cuña en las superficies de contacto de los granos de cuarzo y presenta una estructura microporosa en las fases límites en forma de puentes de aglutinante porosos, en donde el aglutinante y la arena silícea están unidos entre sí, a través de las superficies de rotura o cantos de rotura de las partículas de óxido de aluminio en la estructura de las piezas moldeadas en bruto, configurando los puentes de aglutinante microporosos.

2. Molde o pieza moldeada en bruto según la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza un óxido de aluminio roto y/o molido, cuyo tamaño de granos se encuentra en el intervalo de 1 a 100 µm.

3. Molde o pieza moldeada en bruto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tamaño de los poros de la estructura microporosa se encuentra en el intervalo de 0,1 a 2,5 µm.

4. Mezcla de materiales de moldeo para fundición para la fabricación de un molde o pieza moldeada en bruto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los aditivos se componen de un óxido de aluminio recientemente roto o molido, exento de emulsión, en una cantidad > 10%, referida a la porción de aglutinante, porque el óxido de aluminio con un tamaño de grano entre 1 y 200 micrómetros está contenido en el aglutinante en una cantidad de 10-65%, porque en la mezcla de materiales de moldeo está contenido un aglutinante sobre la base de vidrio soluble, con un contenido en aglutinante de 1-10% y porque como arena de moldeo se utiliza arena silícea en un intervalo de tamaños de grano de 0,05 a 5 mm.

5. Mezcla de materiales de moldeo para fundición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en el caso del aditivo óxido de aluminio se trata de un óxido de alfa-aluminio.

6. Mezcla de materiales de moldeo para fundición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el óxido de aluminio es un óxido de aluminio puro con un grado de pureza mayor que 90%.

7. Procedimiento para la fabricación de un molde o de una pieza moldeada en bruto, utilizando un material de moldeo para fundición que se compone de arena de moldeo, aglutinante y aditivos, caracterizado porque como arena de moldeo se utiliza arena silícea en un intervalo de tamaños de grano de 0,05 a 5 mm, porque como aditivo se aporta al aglutinante óxido de aluminio recién molido con un tamaño de grano de 1-200 micrómetros, en una cantidad de 10-85% en peso del aglutinante y se mezcla homogéneamente con el aglutinante, porque la mezcla de aglutinante y óxido se combina con la arena de moldeo y se dispara bajo presión en una caja de moldeo y se consolida, manteniéndose la relación de mezcladura de aglutinante/óxido a arena de moldeo en una relación de 1-10 a 90, y realizándose el secado del aglutinante líquido de manera que entre los granos de cuarzo individuales se generan puentes de aglutinante microporosos.

8. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado porque el óxido de aluminio, con un tamaño de grano de partida > 200 µm, se muele o se parte a un tamaño de grano < 100 µm, y el producto de la molienda, manteniendo las superficies de rotura y cantos de rotura generados, se mezcla primeramente con el aglutinante a pH > 10 y después, en el espacio de 1 a 10 segundos, se mezcla con la arena de moldeo.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la aportación por mezcladura del óxido de aluminio molido tiene lugar a un aglutinante líquido, siendo la proporción de la mezcla de aglutinante/óxido en la mezcla total de 1,5-4 por ciento en peso.

10. Procedimiento para la fabricación de una pieza fundida utilizando un molde o pieza moldeada en bruto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la retirada del macho de la pieza fundida se aplica una oscilación de baja frecuencia durante como máximo 10 segundos.

11. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado porque las piezas fundidas acabadas se liberan a continuación de granos de arena adheridos mediante una solicitación con ultrasonidos.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque el molde o la pieza moldeada en bruto se desintegra en sus componentes mediante la adición de agua.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la desintegración hasta el tamaño de grano primario tiene lugar en un entorno húmedo, siendo el tiempo de tratamiento desde el comienzo de la adición de la humedad hasta la desintegración completa inferior a 1 segundo.