ES2293361T3 - Forja de artefactos metalicos. - Google Patents

Abstract

Un proceso para forjar un artefacto metálico cargando una matriz o molde con metal fundido y haciendo o permitiendo que el metal se solidifique en la matriz o molde para formar el artefacto, incluyendo el proceso el paso, antes de cargar la matriz o molde con el metal fundido, de caldear por inducción la matriz o molde a una temperatura elevada, teniendo lugar la carga con la matriz o molde a temperatura elevada, caracterizándose porque, en combinación, el caldeo por inducción sirve para darle a la superficie interior de la matriz o molde el perfil de temperatura deseable, por lo que la superficie interior de la matriz o molde tiene partes o zonas a distintas temperaturas unas de las otras, en contacto con el metal fundido cargado, promoviendo el ritmo conveniente de enfriamiento de las distintas partes del metal cargado en la matriz o molde, y la carga de la matriz o molde se hace con un aparato de fundir con capacidad para producir una carga completa de metal fundido cuyo volumen iguala la capacidad o volumen de la matriz o molde, siendo la carga de metal fundido de la matriz o molde suficiente para producir un solo artefacto y actuando la carga para consumir todo el metal fundido producido por el aparato fundidor, siendo el dispositivo calefactor del aparato fundidor un dispositivo de caldeo por inducción que dispone de al menos una bobina de inducción.

Description

Forja de artefactos metálicos.

Esta invención se refiere a la forja de un artefacto metálico. Más concretamente, esta invención se refiere a un proceso de forja de artefactos metálicos, a un grupo para forjar artefactos metálicos y a un aparato o instalación para forjar artefactos metálicos, siendo todos especialmente aptos para forjar artefactos de metal ligero. El término metales ligeros en este contexto engloba tanto los mismos metales ligeros como las aleaciones de los mismos, en las que u metal ligero o más metales ligeros constituyen la mayor proporción con más del 50% de la masa, siendo metales ligeros aquellos cuya densidad es menor de 2,7 g/cm^{3}. Los metales ligeros suelen tener un punto de fusión bajo, de 660ºC o menos.

Con arreglo a un primer aspecto de la invención, se provee un proceso para forjar un artefacto metálico mediante la carga de una matriz o molde con metal fundido y haciendo o permitiendo que el metal se solidifique en la matriz o molde formando el artefacto, incluyendo el proceso un paso, anterior a la carga de la matriz o molde con metal fundido, de caldear por inducción la matriz o molde a temperatura elevada, realizándose la carga estando la matriz o molde a alta temperatura; el caldeo por inducción se destina a darle a la superficie interior de la matriz o molde el perfil de temperatura deseado, por el que la temperatura interior de la matriz o molde tiene partes o zonas a distinta temperatura una de las otras, en contacto con el metal fundido cargado en la matriz o molde, promoviendo así diferentes grados de enfriamiento y solidificación en distintas partes del metal cargado en la matriz o molde; y la carga de la matriz o molde se hace con un aparato fundidor con capacidad para producir una carga completa de metal fundido que iguala el volumen de la matriz o molde, haciéndose la carga de la matriz o molde con suficiente metal fundido para producir un solo artefacto y actuando toda la carga para consumir una carga completa fundida producida por el aparato fundidor, siendo el dispositivo de caldeo del aparato fundidor de inducción compuesto por al menos una bobina de inducción.

El proceso podría comprende un paso de purga de la matriz o molde, antes del caldeo, de manera que la forja del artefacto ocurra en la atmósfera deseada. En lugar, o por adición, la purga puede efectuarse durante el caldeo de la matriz o molde. Así, dicho de otro modo, el proceso puede incluir un paso, antes de cargar la matriz o molde, la purga del moldeo o matriz con un gas purgante, teniendo lugar la carga en la atmósfera creada por el gas purgante. Preferiblemente, la purga se realiza antes y durante el caldeo del molde o matriz, suspendiéndose la purga antes de la carga. El gas purgante puede elegirse del grupo formado por argón, bióxido de carbono y mezcla de ambos. O por el contrario, dicha purga puede hacerse mediante un gas, tal como hexafloruro de azufre (SF6), que puede servir de fundente.

El proceso puede incluir el paso, antes de cargar la matriz o molde con metal fundido, de hacer estanco o aislar la matriz o molde. Además, el proceso incluye el paso de desconectar la alimentación de gas purgante al molde o matriz antes de cargar la matriz o molde con metal fundido. Normalmente, la alimentación de gas purgante se detiene cuando la matriz o molde está a temperatura de trabajo. La carga del molde o matriz se efectúa normalmente hasta llenar a toda su capacidad la matriz o molde.

La carga puede realizarse a presión que actúa hasta que la matriz o molde se llena a toda capacidad, y preferiblemente, el llenado de la matriz o molde con la carga fundida se hace por inyección a presión intermedia, no a la que se llama en la técnica inyección a alta presión. Más particularmente la carga se efectuará por inyección a presión a una presión intermedia del orden de 50 KPa a 30 KPa. Se hace notar que se puede determinar la presión intermedia óptima a la que se debe llenar el molde o matriz con una carga fundida, haciendo los experimentos habituales.

El proceso se puede realizar con un metal elegido del grupo que consiste en aluminio, magnesio, litio, cinc y aleaciones de los mismos. Preferiblemente, el proceso puede hacerse con un metal ligero elegido del grupo que consiste en magnesio, aluminio o aleaciones de los mismos.

Se espera que el proceso sea útil, en especial, para forzar con metal ligero o aleaciones productos del automóvil elegidos del grupo de llantas de ruedas, envueltas de cajas de cambios, volantes, envueltas de la columna de dirección, piezas auxiliares o componentes de frenos y piezas o componentes de motores de automóvil, marinos o de aviación. Normalmente el proceso se destina a la forja de llantas de ruedas de aleación de aluminio y magnesio. Así, la pieza forjada será un artefacto de metal ligero con forma de llanta de rueda de un vehículo de motor.

En particular, este proceso se espera que sea útil para forjar artefactos cuyo espesor en sección sea del orden de 1,5 a 30 mm, usualmente de 2 a 27 mm con una masa, respectivamente, de 0,25 a 30 kg., usualmente de 0,5 a 20 kg. Dicho de otro modo, y más particularmente, el forjado puede ser de un artefacto metálico en el que la parte solidificada más alejada de la superficie del artefacto esté separada de la parte más cercana a la superficie del artefacto por una distancia de 0,75 a 1,5 mm, teniendo el artefacto una masa de 0,25 a 30 kg.

Es importante que el proceso incluya el paso de darle a la matriz o molde el perfil de temperatura deseable, aplicando selectivamente el caldeo por inducción para promover la solidificación a distinta rapidez de las partes del metal fundido cargado en el molde o matriz.

Además, la carga del molde puede hacerse por medio de un aparato de fundir que sea movible recíprocamente respecto al molde o matriz, incluyéndose en el proceso el movimiento recíproco del aparato fundidor entre la posición de carga, donde es cargado con el metal precursor de la carga fundida y la posición de llenado, en la que la carga fundida es pasada desde el aparato fundidor al grupo de forja. El forjado puede hacerse con varios moldes o matrices, cada uno emparejado con un solo aparato fundidor y cada aparato fundidor emparejado con un solo molde o matriz, haciéndose el calentamiento de los mismos con calefactores eléctricos de inducción y una alimentación común de energía a los aparatos fundidores. El proceso puede realizarse mediante aparato de forja o instalación que se define a continuación.

Con arreglo a otros aspecto de la invención, se ofrece un aparato de forja o instalación para forjar artefactos metálicos, teniendo el aparato o instalación un grupo de forja para forjar un artefacto metálico, conteniendo el grupo de forja un molde o matriz para forzar el artefacto, así como un dispositivo de caldeo por inducción que dispone de por lo menos una bobina de inducción que rodea la matriz o molde para caldear la matriz o molde a una temperatura elevada antes de forjar el artefacto; el dispositivo de caldeo por inducción tiene varias bobinas, al menos dos, que funcionan por separado una de la otra, para caldear el molde o matriz a dicha temperatura elevada, a la vez que proporcionan a la superficie interior del molde o matriz el perfil de temperatura deseado; y el aparato o instalación de forjar contiene un aparato fundidor para hacer la carga de metal fundido con la que se forja dicho artefacto metálico en el grupo de forja, que dispone de un dispositivo calefactor para caldear la carga fundida precursora a la temperatura a la que la carga fundida se forma de la precursora, teniendo el aparato de fundir capacidad para producir una carga completa de metal fundido con el volumen del molde o matriz de manera que la forja de un solo artefacto en la matriz o molde consuma toda la carga fundida producida por el aparato fundidor cuando el aparato fundidor trabaja a plena capacidad, siendo el dispositivo de caldeo del aparato de fundir un calefactor de inducción dotado de al menos una bobina de inducción.

El dispositivo de caldeo por inducción del grupo de forja puede ser del tipo de calefactor de frecuencia variable.

El dispositivo puede incluir un suministro de gas de purga conectado al molde o matriz para aplicar el gas purgante a la matriz o molde.

El molde o matriz puede ser desechable, por ejemplo, una matriz o molde de arena, o también el molde o matriz puede ser reutilizable. La matriz o molde reutilizable puede ser una matriz o molde, de metal, preferentemente un molde o matriz de acero. En particular, el molde o matriz reutilizable puede ser de varias partes segmentadas del molde o matriz metálico.

En el caso de que el molde o matriz sea reutilizable, la matriz o molde puede ser una matriz o molde segmentado que comprenda uno o más partes o segmentos; en particular, la matriz o molde puede consistir en una parte o segmento superior al que el artefacto solidificado permanezca unido y separable al concluir el forjado. La parte o segmento superior puede tener, o estar unido a un medio para desmoldar el artefacto. En este caso, la matriz o molde también comprenderá normalmente una parte de fondo o base y partes anulares o laterales dotadas de pistones, dando estas partes o segmentos laterales la característica segmentada al molde o matriz. En particular, la matriz o molde reutilizable podría ser accionado hidráulicamente, respecto a los pistones de las partes laterales y con respecto a la elevación de la parte superior y la pieza forjada de las demás partes para poner la pieza forjada en contacto con las clavijas que forman el medio de desmoldeo. La matriz o molde tiene normalmente una abertura de carga para llenar la matriz o molde de metal ligero fundido. En una versión de la invención, la matriz o molde tiene la abertura de carga hecha en el fondo o base para llenar la matriz o molde por debajo. En una versión preferente, la matriz o molde reutilizable se acciona hidráulicamente y tiene una parte o fondo provista de una abertura de carga para cargar el molde o matriz con metal fundido por debajo.

El dispositivo de caldeo por inducción puede tener dos o más bobinas de inducción que funcionen independientemente una de las otras para conseguir la temperatura deseada en la matriz o molde.

El grupo de forja puede ser de construcción permanente, como parte de la instalación, construido para permanecer más o menos fijo in situ en un dispositivo para producir artefactos forjados de metal ligero, o también, y preferiblemente, el grupo de forja no sería de construcción permanente, sino desmontable, formando parte de un aparato de ese medio de producción o de otro.

Preferiblemente el aparato de fundir está dimensionado para fundir cargas de metal de tamaño igual al del molde o matriz, de manera que el forzado del artefacto en la matriz o molde consuma toda la carga.

En cada caso en que la disposición de la matriz o molde, por un lado, y por el otro el aparato de fundir, tengan una o más bobinas de caldeo por inducción, las bobinas de inducción pueden estar conectadas a un suministro de energía eléctrica para los mismos.

El aparato de fundir puede moverse recíprocamente respecto al grupo de forjar entre la posición de carga, donde tiene lugar la carga del aparato de fundir con el precursor de la carga fundida, y la posición de llenado, donde la carga fundida pasa del aparato o instalación de fundir al grupo de forjar. Así, el aparato o instalación de fundir puede tener rieles, estando el aparato de fundir montado sobre ruedas en los rieles, durante el movimiento recíproco del aparato de fundir respecto al grupo de forjar.

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El aparato o instalación de forjar puede tener dos o más grupos de forja y el mismo número de aparatos de fundir, compartiendo los grupos de forjar un suministro común de energía calorífica y los aparatos de fundir compartiendo un suministro común de energía calorífica, para forjar los artefactos en ciclos de forjado desfasados lo necesario para que pueda compartirse. Dicho de otro modo: el aparato o instalación de forja puede tener varios grupos forjadores y el mismo número de aparatos de fundir, estando cada grupo de forjar asociado a uno solo de dichos aparatos de fundir, compartiendo los grupos de forjar un suministro común de energía eléctrica de calefacción y los aparatos de fundir, un suministro común de energía eléctrica calefactora.

La organización del dispositivo es especialmente apta para el caso en que el medio de caldeo de los aparatos o instalaciones de fundir sea también un dispositivo de caldeo por inducción, siendo los suministros de energía calefactora de energía eléctrica.

La invención se describe ahora por medio de un ejemplo ilustrativo no limitador, con referencia a las figuras diagramáticos adjuntas.

En las figuras:

La figura 1 muestra un alzado lateral esquemático de los diversos componentes de un grupo de forja con arreglo a la invención para forjar un artefacto de metal ligero de acuerdo con el proceso de la invención;

La figura 2 presenta un alzado lateral esquemático despiezado de los varios componentes del aparato de fundir aplicado al grupo de forjar para hacer la carga de metal ligero fundido que se utiliza en la invención;

La figura 3 es una vista tridimensional del aparato o instalación de forja con arreglo a la invención, para forjar artefactos de metal ligero, con arreglo al método de la invención;

La figura 4 es una vista tridimensional de un aparato o instalación con arreglo a la invención que dispone de los dos aparatos o instalaciones de forjar de la figura 3, para forjar artefactos de metal ligero con arreglo al método de la invención;

La figura 5 presenta una serie de alzados laterales esquemáticos simplificados del aparato o instalación de forjar de la figura 3, que ilustra el método para forjar un artefacto de metal ligero en forma de llanta de rueda de aleación de magnesio con arreglo a la invención, valiéndose del aparato o instalación de forja de la figura 3; y

La figura 6 es otra serie de alzados laterales esquemáticos simplificados del aparato o instalación de forjar de la figura 3 que también ilustra el método de forzar un artefacto de metal ligero en forma de llanta de rueda de aleación de magnesio ilustrado en la figura 5.

Refiriéndonos primero a la figura 1, el número 10 designa en general al grupo de forja para forjar un artefacto de metal ligero con arreglo a la invención. El grupo de forja 10 comprende una matriz o molde 12 para forjar un artefacto de metal ligero en forma de llanta de rueda de aleación de magnesio, y también consta de un dispositivo calefactor de inducción 14 que rodea a la matriz o molde 12.

La matriz o molde 12 es de acero, reutilizable y formado por varias partes o segmentos, comprende una parte superior 16 a la que el artefacto forjado queda unido pero separable al final del proceso de forjado; una parte de fondo o base 18 tiene una abertura o paso de carga 20 situada en el centro dispuesta para que pase a su través la carga para llenar la matriz o molde por debajo, y un anillo segmentado de cuatro partes 22 dotado de sus respectivos pistones 24, dando las partes laterales el carácter segmentado a la matriz o molde 12. La matriz o molde 12 se acciona hidráulicamente con respecto a los pistones 24 de las partes laterales 22 y respecto al levantamiento de la parte superior 16 y el forjado de metal ligero (omitido) que estuviera unido, separándola de las demás partes.

La parte superior 16 lleva unidos medios de desmoldeo (omitidos) para separar el artefacto de la misma al final del proceso de forjado.

El dispositivo de caldeo 14 comprende seis bobinas formando respectivamente las bobinas de inducción 25, 26, 27, 28, 29 y 30, accionables independientemente unos de otros, para obtener el perfil de temperatura deseado en la matriz o molde 12.

El grupo de forja 10 también dispone de un suministro de gas de purga, presentado esquemáticamente con una línea de puntos 31, para alimentar el gas purgante SF_{8}/CO_{2} a la matriz o molde 12 antes y durante el proceso de forjado.

Refiriéndonos ahora a la figura 2, el número 40 designa en general al aparato de fundir que forma una carga de metal ligero fundido con arreglo a la invención. El aparato o instalación de fundir comprende un cilindro o tubo de acero dulce bajo en carbono 42, de sección circular para sostener la carga fundida de metal ligero y también para facilitar el caldeo del precursor de la carga de metal ligero, un dispositivo calefactor de inducción 44 que comprende una bobina de inducción 46 para caldear el contenido del cilindro o tubo 42 para formar la carga fundida y un dispositivo para pasar la carga de metal ligero fundido a la matriz o molde 12 donde se forja el artefacto.

El aparato de fundir 40 tiene también un suministro de gas inerte 50 que alimenta gas argón al interior del cilindro o tubo 42, de manera que la fusión del metal ligero se produzca en una atmósfera esencialmente inerte, y para proporcionar también el enfriamiento del extremo inferior o base del cilindro o tubo 42, formando una obturación secundaria de la que se describe luego.

La bobina de inducción 46 en servicio, va montada en el dispositivo que pasa el metal 48, estando la bobina 46 conectada con el barrilete 62 y rodeando el cilindro o tubo 42 para caldear el contenido del mismo.

El dispositivo que hace pasar el metal 48 tiene un mecanismo de pistón telescópico movible en varias fases 52 que eleva el cilindro o tubo 42 para unirlo y sujetarlo a la periferia de la abertura de carga 20 de la matriz o molde 12 antes de llenar la matriz o molde 12 de una carga fundida desde el cilindro o tubo 42. El mecanismo de pistón de varias fases 52 incorpora un pistón central que cuenta con tres barras telescópicas 54, 55, 56, estando la barra del pistón central dotada de una cabeza 58 con una superficie obturadora cónica 59 para cerrarse contra la abertura 20 del molde o matriz 12 cuando toda la carga fundida del cilindro o tubo 42 ha pasado del cilindro o tubo 42 al interior de la matriz o molde 12. El mecanismo de pistón multifase 52 comprende un regulador (omitido) que varía la fuerza y la velocidad para regir el ritmo de movimiento del mismo y que rige también la fuerza ascendente que ejerce la cabeza 58 del pistón sobre la carga fundida en el cilindro o tubo 42 y en la matriz o molde cuando la cabeza del pistón 58 se cierra y se sujeta a la periferia de la abertura de carga de la matriz o molde 12.

Así, estando en servicio, el mecanismo que pasa la carga 48 se apoya en el cilindro o tubo 42 de modo que el dispositivo del pistón multifase 52 se desliza. en el interior del cilindro o tubo 42 cerrándose con el mismo lo suficiente para que la carga fundida sea empujada hacia arriba y fuera del cilindro o tubo 42 al moverse la cabeza del pistón hacia arriba las barras del pistón 54, 55, 56, para pasar e inyectar la carga fundida dentro de la matriz o molde 12.

El mecanismo que efectúa el paso 49 comprende además varios barriletes concéntricos 60, 61, 63, 64 de distinto diámetro. Los barriletes 60, 61, 62, 63 y 64 se desplazan telescópicamente en vertical uno dentro del otro y se anidan juntos.

El barrilete 60 es el del fondo y tiene ruedas 66 para correr sobre los rieles 67 formando parte de la instalación forjadora de las figuras 4 a 6, para mover recíprocamente el aparato o instalación de fundir entre la posición de carga, donde tiene lugar la carga del cilindro o tubo 42 con una carga fundida, y una posición de llenado, donde el aparato fundidor 40 está alineado con la abertura de carga 20 12 del molde o matriz 12 del grupo de forja 10, para permitir que la carga fundida formada por la fundición del precursor de la misma en el cilindro o tubo 42 sea pasada de allí a la matriz o molde 12, llenándolo normalmente con la carga fundida. El barrilete 64 es el de más arriba y ofrece un aro de apoyo circunferencial cuya cara sale hacia arriba y tiene una ranura (omitida) para cerrar y sujetar allí el extremo inferior del cilindro o tubo 42. El barrilete 62, a su vez, ofrece un aro de apoyo circunferencial cuya cara sale hacia arriba en la que se apoya la bobina de inducción 46 cuando se pone sobre el cilindro o tubo 42 para rodearlo.

Además de la obturación que proporciona la ranura del barrilete 64, el gas argón alimentado por el suministro de gas 50 realiza el enfriamiento del extremo inferior del cilindro o tubo 42 durante la fundición del precursor de la carga fundida, permitiendo que parte de la carga fundida formada se solidifique en una zona entre el dispositivo de pistón 52 y el barrilete superior 64 y en el extremo inferior del cilindro o tubo 42, creando así una segunda obturación que se forma del metal ligero solidificado de la carga fundida.

Refiriéndonos ahora a la figura 3, el número 70 designa en general un aparato o instalación para forjar artefactos metálicos con arreglo a la invención. Las demás piezas se designan con los mismos números que en las figuras 1 y 2, a no ser que se indique otra cosa.

El aparato o instalación de forja 70 comprende un grupo de forja 10 como se ha descrito antes y un aparato fundidor 40, también como el descrito antes. El aparato o instalación de forja 70 también tiene un mecanismo hidráulico 72 y un mecanismo hidráulico del aparato de fundir 74.

La parte superior 16 está unida a un medio de desmoldar (omitido) para separar de la misma el artefacto al acabar el proceso de forjado.

El aparato o instalación de forja 70 también dispone de una unidad central del proceso (CPU) 76 para regular el dispositivo calefactor de inducción 14 para obtener el perfil de caldeo deseado y además para dar información de mando a los suministros respectivos de energía 92 y 04 (figura 4) del mismo.

El aparato o instalación de forja 70 incluye también carriles (omitidos aquí, pero véase el 67 de la figura 2), sobre los que corren las ruedas 68 del mecanismo que pasa el metal 48 del aparato fundidor 40. Así, el aparato o instalación fundidor 40 se mueve recíprocamente respecto al dispositivo de la matriz (como se ve en la figura 3) donde se produce la carga del aparato fundidor 40 con un precursor de la carga fundida, y una posición de llenado (ver figuras 5 y 6) donde se pasa una carga fundida del aparato de fundir 40 a la matriz o molde 12 del grupo de forjar 10.

Refiriéndonos ahora a la figura 4, el número 90 designa en general a un desarrollo del aparato o instalación 70 en forma de dispositivo para forjar. El dispositivo para forjar 90 comprende dos aparatos o instalaciones 70 de forja, cada uno provisto de un grupo de forja 10 que tiene un molde o matriz 12 en el que se realiza el forjado del artefacto, y dos aparatos fundidores 40 para fundir por inducción una carga de metal ligero. El dispositivo para forjar 90 incluye también un suministro de energía para fundir con calor por inducción 92, por ejemplo de 100 kW, que alimentan energía por separado a los dos aparatos fundidores 40, un suministro de energía para caldear una matriz por inducción, también p. ej. de 100 kW, que suministra energía por separado a cada grupo de forja, una torre de enfriamiento (omitida) y un mando del suministro de gas 96 para alimentar gases de purga al grupo de forja 10 y también a los aparatos de fundir 40.

Se observará que haciendo la forja en ciclos desfasados, los aparatos de fundir 40 comparten un suministro común de energía de energía calefactora 92 y los grupos de forja comparten un suministro común de energía calefactora por inducción 94. El forjado de los artefactos entonces se realiza en sus respectivos ciclos de forja que están desfasado lo suficiente para permitir compartir la energía. Así se observará que el dispositivo de forja 90 puede trabajar de manera casi continua, puesto que los aparatos o instalaciones 70 pueden operar alternándose, teniendo uno el aparato de fundir 40 en posición de llenado y realizando la forja, mientras que el otro tiene su aparato de fundir en posición de carga y está siendo cargado con un precursor del metal ligero y preparándose para moverse recíprocamente a la posición de llenado tan pronto el proceso de forja del otro aparato o instalación de forja 70 haya concluido.

Refiriéndonos ahora a las figuras 5 y 6, el trabajo del aparato o instalación de forja 70 descrito antes se ilustra con referencia al forjado de un artefacto de metal ligero en forma de una llanta de rueda de aleación de manganeso 100 en la que el precursor es un lingote o tocho premoldeado 102 de una aleación de manganeso, aluminio cinc llamada en la técnica AZ91. El lingote o tocho 102 se colocan en el dispositivo de pistón 52, con el aparato fundidor 40 correspondiente en posición de carga. El cilindro o tubo 42 se coloca sobre el lingote o tocho 102 de manera que el extremo inferior del cilindro o tubo 42 se sujete y obture dicha ranura del barrilete superior 64 del dispositivo para pasar el metal 48. La bobina de inducción se conecta con el barrilete 62 del mecanismo para pasar el metal 48 de modo que al poner el cilindro o tubo 42 y el tocho o lingote 102 en esta posición, quedan rodeados por la bobina 46.

El grupo de forja 10 se prepara para forjar bajando la parte superior 16 de manera que haga contacto con el fondo o base 18. El anillo de segmentos laterales se pone entonces en posición, para cerrar la matriz mediante los pistones 24, se hace entrar en la matriz o molde 12 el gas de purga, que es una mezcla fundente de gas SF_{6}/CO_{2} que contiene 0,2% por volumen de SF6, y la matriz o molde 12 se caldea por las bobinas de inducción 25, 26, 27, 29, 29 y 30 con energía eléctrica alimentada por el suministro de energía calefactora de inducción 94 a una frecuencia preseleccionada, hasta que la matriz o molde 12 llega a la temperatura de trabajo necesaria y tiene el perfil de temperatura deseado. El ritmo de calentamiento se puede variar cambiando la entrada de energía procedente del suministro 94 y/o cambiando su frecuencia; la frecuencia mayor ocasiona un ritmo de caldeo más alto, y las bobinas 25, 26, 27, 28, 29 y 30 se pueden accionar selectivamente para pasar distintos valores de energía y conseguir dicho perfil de temperatura.

El aparato de fundir 40 se mueve recíprocamente con ayuda de las ruedas 66 sobre los raíles 67 del aparato o instalación de forja 70, desde la posición de carga, en la que se carga el cilindro o tubo 42 con el tocho o lingote 102 de una carga de aleación AZ91, a una posición de llenado en la que el aparato de fundir 40 está alineado con la abertura de carga 20, que atraviesa el fondo o parte de base 18 de la matriz o molde 12. El cilindro o tubo 42 se cierra y sujeta con la superficie inferior del fondo o base 18 subiendo hidráulicamente el barrilete 64, que también obtura el cilindro o tubo 42 con el barrilete 64. El cilindro o tubo es purgado con gas SF_{6}/CO_{2}. El tocho o lingote 102 se funde en la atmósfera creada por el gas de purga introducido en el cilindro o tubo 42 por el suministro de gas 60, hasta que se forma una carga fundida de aleación AZ91. Entonces se aplica Argón para crear una atmósfera refrigerante que enfría la varga fundida en el extremo inferior del cilindro o tubo 42 para formar una obturación secundaria mediante una zona más o menos semisólida o solidificada o rebaba de metal ligero (omitido).

Una vez alcanzada la temperatura de trabajo y el perfil de temperatura en la matriz o molde 12, y que la matriz o molde 12 se ha cerrado a presión con la ayuda de los pistones 24, mediante el mecanismo hidráulico 72, se cierra la alimentación de gas al cilindro o tubo 42 y la carga fundida se pasa a presión desde el cilindro o tubo 42 a la matriz o molde 12 mediante el dispositivo de pistón 52, llenándose así la matriz o molde 12 con la carga fundida. Antes y durante la inyección de la carga fundida en la matriz o molde 12, se purga la matriz o molde 12 con la antes citada mezcla de gas purgante fundente SF_{6}/CO_{2} mediante la unidad de mando de suministro de gas 96, un gas que también protege la superficie fundida de la carga fundida dentro del tubo 42 y cuando entra en la matriz o molde 12. La cabeza de pistón 58 se cierra contra la periferia de la abertura de carga 20, la obtura y entra parcialmente en la abertura de carga 20 para aumentar la presión sobre la carga fundida dentro de la matriz o molde 12. Se permite que la matriz o molde 12 se enfríe y el aparato de fundir 40 se separe de la matriz o molde 12. Entonces el aparato de fundir 40 se desplaza hacia atrás recíprocamente a su posición de carga.

Entonces se acciona hidráulicamente la matriz o molde 12 soltándose unas de otras las partes segmentadas laterales del anillo 22 con la ayuda de los pistones 24, y se levanta con el mecanismo 72 la parte superior 16 con la llanta de rueda solidificada 100 unida a la misma. La llanta de rueda 100 se separa entonces de la parte superior 16 dejando que las clavijas dirigidas hacia abajo formen parte del medio de desmoldeo (omitido) empujando la llanta de rueda 100 hacia abajo mientras se levanta la parte superior 16.

El dispositivo de pistón 52 desciende y entonces los barriletes del grupo 48 se retraen soltando el cilindro o tubo 42 y la parte solidificada o rebaba (omitida) de la carga fundida que ha formado la obturación secundaria del cilindro o tubo 42. Entonces se limpia el cilindro o tubo 42 usado y se vuelve a poner en el mecanismo de paso de la carga 48 y se prepara para forjar otra llanta de rueda 100. No obstante, se observará que se puede poner otro cilindro o tubo 42 para evitar la pérdida de tiempo de producción y reducir también la posible contaminación con la carga anterior.

Una ventaja de la invención es que no es necesario que el aparato o instalación de forja 70 sea de construcción fija, sino que se puede trasladar con facilidad de un dispositivo de producción a otro. Así, se puede montar el aparato o instalación de forja 40 económicamente cerca del usuario final del artefacto que se va a forjar, reduciendo los costes del transporte y otros.

También es una ventaja especial de la invención que el caldeo por inducción de la matriz o molde 12 se haga por un dispositivo calefactor compuesto por seis bobinas de inducción 25, 26, 27, 28, 29 y 30, que se accionan independientemente unas de otras, lo que permite obtener el perfil de temperatura deseado en la matriz o molde 13 antes del paso de forjado, cuya consecuencia es el efecto deseable en el tiempo de solidificación de distintas partes del artefacto, tal como una llanta de rueda 100, reduciendo las tensiones del artefacto solidificado (llanta de rueda 100). También permite conseguir las distancias de fluencia convenientes para acabar el llenado la matriz o molde 12.

Otra ventaja más de la invención presente es que el aparato o instalación de forjar 70 no necesita mucho espacio para levantarlo. Por ejemplo, el aparato o instalación de forja 70 que se ha descrito antes ocupa un espacio en planta de unos 20 ó 30 m^{2}. El proceso presente también ofrece otros beneficios de coste, como es el hecho de que sólo hay que suministrar energía al aparato o instalación de forja 70 inmediatamente antes de forjar y se puede apagar al acabarse el forjado de un solo artefacto, sin perjudicar el proceso o la eficiencia del mismo. En el caso de un apagón durante el proceso de forjado aplicando el método de forjado y el aparato o instalación 70 de la presente invención se observará que la pérdida no tienen que ser mayor que una carga fundida en el cilindro o tubo 42, que consiste en un solo tocho o lingote 102, comparado con la fundición típica en la que el proceso es continuo y han de fundirse grandes cantidades de metal en cualquier momento, todo el cual se solidificaría si se produjese un apagón; de hecho, las pérdidas pueden en principio evitarse totalmente con la simple refundición del contenido del cilindro o tubo 42 cuando se restaura el suministro eléctrico.

El proceso con arreglo a la invención presente aún tiene la ventaja de que hay que poner la matriz o molde 12 en rodaje para alcanzar las condiciones óptimas del proceso. El perfil de temperatura deseable para forjar se consigue fácilmente regulando el suministro de energía a cada una de las bobinas 25, 26, 27, 28, 29 y 30. El hecho de que el proceso no exija uno o más ciclos de rodaje significa que un número determinado de tochos o lingotes 102, si no hay un apagón, producirá un número igual de llantas de rueda 100, con poco desperdicio por los artefactos rechazados, y mejor control de calidad.

Claims (19)

1. Un proceso para forjar un artefacto metálico cargando una matriz o molde con metal fundido y haciendo o permitiendo que el metal se solidifique en la matriz o molde para formar el artefacto, incluyendo el proceso el paso, antes de cargar la matriz o molde con el metal fundido, de caldear por inducción la matriz o molde a una temperatura elevada, teniendo lugar la carga con la matriz o molde a temperatura elevada, caracterizándose porque, en combinación, el caldeo por inducción sirve para darle a la superficie interior de la matriz o molde el perfil de temperatura deseable, por lo que la superficie interior de la matriz o molde tiene partes o zonas a distintas temperaturas unas de las otras, en contacto con el metal fundido cargado, promoviendo el ritmo conveniente de enfriamiento de las distintas partes del metal cargado en la matriz o molde, y la carga de la matriz o molde se hace con un aparato de fundir con capacidad para producir una carga completa de metal fundido cuyo volumen iguala la capacidad o volumen de la matriz o molde, siendo la carga de metal fundido de la matriz o molde suficiente para producir un solo artefacto y actuando la carga para consumir todo el metal fundido producido por el aparato fundidor, siendo el dispositivo calefactor del aparato fundidor un dispositivo de caldeo por inducción que dispone de al menos una bobina de inducción.

2. Un proceso como el de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un paso, previo a la carga de la matriz o molde, de purgar la matriz o molde con un gas purgante, realizándose la carga en la atmósfera creada por el gas purgante.

3. Un proceso como el de la reivindicación 2, caracterizado porque la purga se lleva a cabo antes y durante el caldeo de la matriz o molde y deteniéndose la purga antes de que se efectúe la carga.

4. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carga se realiza a presión, haciéndose el llenado de la matriz o molde a su capacidad total.

5. Un proceso como el de la reivindicación 4, caracterizado porque la carga de efectúa por moldeo por inyección a una presión intermedia del orden de 50 kPa a 30 kPa.

6. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se hace con un metal elegido en el grupo formado por aluminio, magnesio, itrio, cinc y aleaciones de los mismos.

7. Un proceso como el de la reivindicación 6, caracterizado porque se hace con un metal elegido del grupo formado por magnesio, aluminio y aleaciones de los mismos.

8. Un proceso como el de la reivindicación 7, caracterizado porque la forja es de un artefacto de metal ligero con forma de una llanta de rueda de un vehículo de motor.

9. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se forja un artefacto metálico en el que la parte solidificada que está más lejos de su superficie está separada de la parte más cercana de la superficie del artefacto por una distancia de 0,75 a 15 mm, teniendo el artefacto una masa de 0,25 a 30 kg.

10. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carga de la matriz o molde se hace con un aparato de fundir que se mueve recíprocamente respecto a la matriz o molde y el proceso incluye el movimiento recíproco del aparato de fundir entre una posición de carga, donde de carga con un precursor de la carga fundida y una posición de llenado donde se pasa la carga fundida del aparato de fundir al grupo de forja.

11. Un proceso como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el forjado se realiza en varias matrices o moldes, cada uno unido a un solo aparato de fundir desde el cual se carga, estando cada aparato de fundir unido a un solo molde o matriz, que se caldea eléctricamente por inducción, teniendo un suministro de energía eléctrica común que alimenta energía eléctrica a las matrices o moldes para el caldeo por inducción de los mismo, y un suministro común de energía eléctrica que alimenta energía eléctrica a los aparatos de fundir.

12. Un aparato o instalación de forja para forjar artefactos metálicos, incluyendo el grupo de forja (10) para forjar un artefacto metálico (100), teniendo el grupo de forja (10) una matriz o molde (12) para forjar el artefacto (100) y disponiendo el grupo (10) de un dispositivo calefactor de inducción (14) comprendiendo el dispositivo calefactor de inducción al menos una bobina de inducción (25, 26, 27, 28, 29 y 30) rodeando la matriz o molde (12) para caldear la matriz o molde (12) a una temperatura elevada antes de forjar el artefacto (100), caracterizándose el aparato porque, en combinación, el dispositivo calefactor de inducción (14) tiene varios, al menos dos, de dichas bobinas de inducción (25, 26, 27, 28, 29 y 30) que se accionan independientemente una de otras para caldear la matriz o molde (12) a dicha temperatura elevada a la vez que proporciona a la superficie interior del molde o matriz del perfil de temperatura deseado; y el aparato o instalación de forjar tiene un aparato de fundir (40) para hacer una carga de metal fundido que sirve para forjar dicho artefacto metálico (100), incluyendo un dispositivo de caldeo (44) para caldear el precursor de la carga fundida a la temperatura a la que se forma la carga fundida a partir del precursor, teniendo el aparato de fundir capacidad para producir una carga completa de metal fundido con un volumen igual a la capacidad o volumen del molde o matriz, de forma que el forjado de un solo artefacto en la matriz o molde consuma totalmente una carga completa fundida producida por el aparato fundidor cuando trabaja a plena capacidad, siendo el dispositivo de caldeo del aparato fundidor de caldeo por inducción dotado de al menos una bobina de inducción (46).

13. Un aparato o instalación como el de la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo de caldeo de inducción (25, 26, 27, 28, 28 y 30) del grupo de forja (10) es tipo calefactor de inducción de frecuencia variable (14).

14. Un aparato o instalación como el de la reivindicación 12 o 13, caracterizado porque tiene un conducto de alimentación de gas de purga (31) conectado a la matriz o molde (12) para alimentar un gas purgante al interior de la matriz o molde (12).

15. Un aparato o instalación como el de cualquiera de las reivindicaciones de 12 a 14 inclusive, caracterizado porque la matriz o molde (12) es reutilizable hecho de varias partes o segmentos (16, 18, 22) de metal.

16. Un aparato o instalación como el de la reivindicación 15, caracterizado porque la matriz o molde reutilizable (12) es accionado hidráulicamente y tiene un parte de fondo o base (18) provista de una abertura de carga del metal (20) para cargar la matriz o molde (12) por debajo con metal fundido.

17. Un aparato o instalación como el de cualquiera de las reivindicaciones de 12 a 17 inclusive, caracterizado porque el aparato de fundir es movible recíprocamente respecto al grupo de forja entre una posición de carga, donde se efectúa la carga del aparato de fundir con un precursor de la carga fundida, y una posición de llenado donde tiene lugar el paso de la carga fundida desde el aparato de fundir al grupo de forja.

18. Un aparato o instalación como el de la reivindicación 18, caracterizado porque incluye rieles (67) y el aparato de fundir está montado sobre los raíles con ruedas (66) que corren por los raíles durante el movimiento recíproco del aparato fundidor respecto al grupo de forja.

19. Un aparato o instalación como el de cualquiera de las reivindicaciones de 12 a 8 inclusive, caracterizado porque dispone de varios grupos de forja y el mismo número de aparatos de fundir, estando unido cada grupo de forja con uno de dichos aparatos de fundir y estando unido cada aparato de fundir a uno solo de dichos grupos de forja, compartiendo los grupos de forja un suministro común de energía eléctrica de caldeo (94) y compartiendo el aparato de fundir un suministro común de energía eléctrica (92).