ES2314948T3 - Procedimiento para la fabricacion de piezas de metal, material plastico o ceramica, con poros abiertos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de piezas componentes ligeras de metal, material plástico o cerámica, de formas geométricas diversas, para su utilización en intercambiadores de calor o grupos refrigerantes, en el que se forman esferas (1) lo más uniformes posible con un material de base fino, preferentemente, arena de cuarzo o polvo de cuarzo, mediante un agente ligante y un procedimiento de conformación, preferentemente, mediante granulado, peletización u otro procedimiento de conformación, las esferas (1) prefabricadas se humectan o se recubren con el mismo agente ligante o con otro agente ligante, se colocan en un molde de la forma exterior deseada y, mediante un proceso de endurecimiento, se genera adherencia en los puntos de contacto y/o la formación de puentes de unión (2), las esferas (1) unidas entre sí mediante puentes de unión (2) o fusiones se extraen del molde y se colocan en el molde exterior o coquilla deseados, los espacios huecos (3) entre las esferas (1) se rellenan luego con metal líquido o una aleación de metal líquida o plástico líquido o una masa cerámica mediante los procesos conocidos en la fundición, preferentemente, un proceso a baja presión y, después de la solidificación del metal o de la masa, la totalidad del material de las esferas se quita y/o elimina del metal solidificado o de la masa solidificada, mediante vibración y/o lavado con agua, caracterizado porque se introducen serpentines de refrigeración o de calefacción directamente en el montón de esferas antes de que las esferas (1) se unan entre sí mediante procesos de endurecido.
Description
Procedimiento para la fabricación de piezas de
metal, material plástico o cerámica, con poros abiertos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la fabricación de piezas componentes de metal,
plástico o cerámica que presentan poros abiertos.
Desde hace tiempo se intenta añadir a los
metales agentes formadores de poros, por ejemplo, gases, para
esponjarlos en estado líquido, a fin de conseguir una densidad
menor y al mismo tiempo una mayor resistencia de las piezas
fabricadas con ellos. Sin embargo, estos procedimientos conocidos
presentan el inconveniente de que las burbujas (de gas)
introducidas se generan de forma muy poco controlada y alcanzan
tamaños diferentes y no claramente definidos. Además, las burbujas
se desplazan hacia la superficie y no permiten que se forme una capa
superficial definida, que sería necesaria para disponer de una
función estática calculable.
El documento US 3210166 da a conocer un
componente metálico esponjoso y un procedimiento para la fabricación
del mismo. Según este procedimiento conocido, se prensan con un
agente ligante esferas de sal en un molde, en calidad de reserva de
sitios, y las esferas así unidas se colocan en un molde exterior
adecuado para el componente. Seguidamente, las esferas de sal se
eliminan lavándolas con agua.
El objeto de la invención es dar a conocer un
procedimiento que permite fabricar piezas componentes de metal,
plástico o cerámica, con un tamaño de poros definido, de baja
densidad y, en caso necesario, con un espesor de capa exterior
definido.
Esto se consigue mediante un procedimiento con
las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones
dependientes corresponden a perfeccionamientos útiles de la
invención.
Según la invención, se fabrican previamente
esferas (1) del tamaño de poros deseado. Estas esferas (1) pueden
tener, por ejemplo, un diámetro de 5 mm, y se fabrican, por ejemplo,
mezclando una arena de fundición adecuada o un polvo de cuarzo con
un aglutinante de arena conocido en el proceso de fundición, y
formando esferas (1) lo más uniformes posible mediante un proceso
de conformación adecuado, por ejemplo, granulado, peletización o
proyectado.
Las esferas (1) solidificadas se dotan o cubren
de un agente ligante y luego se colocan en el molde deseado. Las
esferas (1) se unen entre sí mediante un procedimiento adecuado para
el agente ligante, por ejemplo, un tratamiento con aire caliente,
con dióxido de carbono o con una amina, o simplemente mediante un
tratamiento térmico con microondas. Preferentemente, esto se
realiza mediante secado, o bien, según el tipo del agente ligante,
haciendo circular un gas reactivo, por ejemplo una amina o dióxido
de carbono, o bien mediante endurecimiento con microondas o
permanencia en un horno de secado. Con ello, se generan los llamados
puentes de unión (2) entre las esferas (1) individuales, solamente
en los sitios en los que las esferas (1) están en contacto entre sí
(ver el dibujo adjunto).
Según la invención, el procedimiento se utiliza
en la fabricación de piezas componentes destinadas a
intercambiadores de calor y grupos frigoríficos, así como para
sustituir aletas refrigeradoras de todo tipo. En especial, las
piezas componentes fabricadas según el procedimiento antes descrito
con un material buen conductor del calor, por ejemplo, con
aleaciones de aluminio y cobre, son singularmente adecuadas, debido
a su buena permeabilidad al aire, para su utilización en grupos
refrigeradores. En este caso, se obtiene una ventaja adicional de
diseño cuando, según la invención, los serpentines refrigerantes
que transportan el agente refrigerante se sitúan directamente entre
las esferas (1) antes de la colada con el metal y antes de que las
esferas (1) queden unidas entre sí. De esta manera, en una única
operación, el serpentín o los tubos de refrigeración o calefacción
se unen por fusión con el metal. Gracias a esta posibilidad de
fabricación, no es necesario empujar posteriormente los tubos de
refrigeración o calefacción a través de una estructura y fijar los
mismos, como es habitual en los grupos refrigeradores o en los
intercambiadores de calor convencionales. Además, es posible
insertar en el montón de esferas tubos de refrigeración o
calefacción en gran número y considerablemente más largos, según se
desee, en forma de espiral o de ovillo, con lo que es posible
obtener un intercambio de calor mucho mejor.
Se deben elegir agentes ligantes que se
descomponen por el efecto térmico de un metal, plástico o cerámica
calientes, o bien han de ser solubles en agua, de forma que se
puedan eliminar de la pieza componente después de la colada con un
metal, un plástico o una masa cerámica. Para ello, se dispone de
muchos agentes ligantes de fundición diferentes, orgánicos y
también inorgánicos.
El conjunto de esferas se puede colocar en un
molde, por ejemplo, una coquilla. El espesor de la futura capa
exterior de una pieza componente se puede fijar mediante la
separación entre el conjunto de esferas y la pared de la coquilla.
Seguidamente, mediante un procedimiento de fundición adecuado, se
rellenan con el metal o el material plástico o con una masa
cerámica, los espacios huecos (3) existentes entre las esferas (1),
así como el espacio intermedio (4) conformado entre el conjunto de
esferas y el molde exterior, por ejemplo, la coquilla.
Preferentemente, en caso de relleno con un metal, todo el conjunto
de esferas se calienta previamente en un horno, a fin de asegurar
que el metal fluirá entrando en todos los pequeños espacios
intermedios. En el caso de los metales, es adecuada, por ejemplo,
una técnica habitual de fundición a baja presión. Para evitar que
el medio de relleno penetre en el interior de las esferas (1), éstas
se pueden impregnar previamente con un agente adecuado.
Una vez solidificada la masa fundida de metal,
de plástico o de masa cerámica, todo el material de esferas se
puede eliminar de la pieza componente mediante vibración o lavado
con agua. Para ello, se fabrica sin capa exterior, como mínimo, uno
de los lados de la pieza componente, o bien se vuelve a abrir
posteriormente la capa exterior en un lugar adecuado, por ejemplo,
taladrando orificios, de forma que se pueda eliminar sin que queden
residuos todo el material de esferas, ya que están unidos entre sí
todos los espacios huecos formados entre las esferas (1) a través
de los puentes de unión (2). Los pasos entre los espacios huecos
esféricos resultantes serán tanto mayores cuanto mayores hayan sido
los puentes de unión (2) previamente configurados, es decir,
cuanto más agente ligante se haya utilizado para unir las esferas
(1).
Gracias a ello, ahora también se pueden fabricar
piezas componentes grandes con conformación definida, con un tamaño
de poros claramente determinado y una capa exterior definida de modo
preciso, lo que no era posible con los procedimientos hasta ahora
descritos.
Una realización especial de la invención
consiste en que con la masa fundida de metal, el plástico o la masa
cerámica se mezclan fibras, las cuales necesariamente, durante el
proceso de fundición, en los espacios intermedios entre las esferas
(1), se orientan a lo largo de los canales formados, con lo que
pueden conducir a un sustancial aumento de la resistencia. Dichas
fibras pueden ser, por ejemplo, de carbono, minerales o sintéticas,
y deberán estar seleccionadas con una longitud que permita que se
orienten en los espacios intermedios entre las esferas (1). Las
piezas componentes fabricadas de esta manera se pueden utilizar en
todos los sitios en los que se requieren piezas livianas pero de
elevada estabilidad y resistencia. Esto sucede, en especial, en la
fabricación de automóviles y aviones, así como en el sector
aeroespacial. También serían posibles aplicaciones en las
industrias de la construcción, la maquinaria y el mueble.
Una variante especial de fabricación consiste en
colocar las esferas (1) antes descritas en un molde, unirlas
mediante puentes de unión (2) solidificados y luego rellenar los
espacios huecos (3) con un material conductor del calor,
preferentemente una aleación de aluminio, no totalmente sino sólo
recubriendo el conjunto de esferas y sus espacios huecos (3). Con
ello, una vez eliminado el material de las esferas, se forman dos
espacios huecos pasantes separados entre sí, un espacio hueco
pasante para el agente de refrigeración o calefacción, y otro
espacio hueco pasante entrelazado, separado del anterior, para el
medio a enfriar o calentar. Para la fabricación de un
intercambiador de calor de esta clase no es necesario instalar tubos
de refrigeración o de calefacción. En este caso, las esferas (1) se
fabrican, preferentemente, con polvo fino de cuarzo y un agente
ligante resistente al calor; preferentemente, tanto para la
fabricación como para unir las esferas (1) entre sí se emplea como
agente ligante un material inorgánico, como los conocidos ligantes
de arena de fundición, por ejemplo, un silicato, sulfato de
magnesio y/o un fosfato. El conjunto de esferas se debería llevar,
como mínimo, hasta la temperatura del metal para rellenar. De esta
manera se asegura que, después de un llenado inicial completo de
los espacios huecos (3), el metal aún no se haya solidificado y el
metal sobrante pueda fluir y volver a salir de los espacios huecos
(3). De este modo se recubren con metal prácticamente todas las
superficies, pero después de la salida del metal se vuelve a formar
un espacio hueco pasante entre las esferas (1). Una vez
solidificado el metal, se elimina mediante lavado todo el material
de las esferas, con lo que se libera el segundo espacio hueco
pasante, el cual está totalmente separado del formado en primer
lugar. Durante la conformación se pueden tener en cuenta las
conexiones para los dos espacios huecos o cámaras, y fundirse al
mismo tiempo durante la operación de fundición. En caso de que se
produzcan fugas entre los dos espacios huecos o cámaras, las mismas
se pueden cerrar introduciendo, por ejemplo, un barniz sellante en
uno o en los dos espacios huecos o cámaras.
Claims (34)
1. Procedimiento para la fabricación de piezas
componentes ligeras de metal, material plástico o cerámica, de
formas geométricas diversas, para su utilización en intercambiadores
de calor o grupos refrigerantes, en el que se forman esferas (1) lo
más uniformes posible con un material de base fino, preferentemente,
arena de cuarzo o polvo de cuarzo, mediante un agente ligante y un
procedimiento de conformación, preferentemente, mediante granulado,
peletización u otro procedimiento de conformación, las esferas (1)
prefabricadas se humectan o se recubren con el mismo agente ligante
o con otro agente ligante, se colocan en un molde de la forma
exterior deseada y, mediante un proceso de endurecimiento, se
genera adherencia en los puntos de contacto y/o la formación de
puentes de unión (2), las esferas (1) unidas entre sí mediante
puentes de unión (2) o fusiones se extraen del molde y se colocan
en el molde exterior o coquilla deseados, los espacios huecos (3)
entre las esferas (1) se rellenan luego con metal líquido o una
aleación de metal líquida o plástico líquido o una masa cerámica
mediante los procesos conocidos en la fundición, preferentemente, un
proceso a baja presión y, después de la solidificación del metal o
de la masa, la totalidad del material de las esferas se quita y/o
elimina del metal solidificado o de la masa solidificada, mediante
vibración y/o lavado con agua, caracterizado porque se
introducen serpentines de refrigeración o de calefacción
directamente en el montón de esferas antes de que las esferas (1)
se unan entre sí mediante procesos de endurecido.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la formación de esferas se realiza
mediante la adición de agua al material de base.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante es de tipo orgánico,
preferentemente, una resina que endurece mediante un gas de
amina.
4. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante es un agente ligante
soluble en agua a base de sulfato de magnesio, fosfato o silicato,
o de una mezcla de los mismos.
5. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material de relleno del espacio hueco
es una resina sintética, por ejemplo, un poliuretano, epóxido,
poliéster, acrilato, o un termoplástico, que se puede endurecer
mediante enfriamiento y/o mediante una reacción con un endurecedor
adecuado.
6. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el rellenado de los espacios huecos (3)
se realiza con una máquina para moldear por inyección de por sí
conocida y con una presión relativamente elevada.
7. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material que rellena el espacio hueco
consiste en una masa cerámica o una barbotina cerámica de las que
se emplean para fabricar cerámicas de alta calidad, la cual se
puede endurecer mediante secado y/o reacción con un endurecedor
adecuado y/o cocción en un horno.
8. Procedimiento, según la reivindicación 7,
caracterizado porque las piezas obtenidas después de la
eliminación del material de las esferas se vuelven a cocer a una
temperatura superior.
9. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material utilizado para fabricar las
esferas (1) es un polvo de cuarzo.
10. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material utilizado para fabricar las
esferas (1) es un polvo orgánico o arena, o consiste en una mezcla
de, por ejemplo, cuarzo, feldespato, óxido de aluminio, tierra
refractaria, olivino, mineral de cromo, arcillas, caolines, espato
flúor, silicatos, bentonita, etc., o es una de estas
sustancias.
11. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material utilizado para fabricar las
esferas (1) es una sal, por ejemplo, NaCl, KCl, K_{2}SO_{4} o
Mg_{2}SO_{4}.
12. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material utilizado para fabricar las
esferas (1) es un polvo de metal.
13. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material utilizado para fabricar las
esferas (1) es un material orgánico, por ejemplo, un acetato de
polivinilo soluble en agua, un PVP o un acrilato o un granulado de
plástico o un polvo de, por ejemplo, polietileno, polipropileno,
teflón, etc.
14. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante utilizado para
fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir
las esferas (1) entre sí es solamente agua.
15. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante utilizado para
fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir
las esferas (1) entre sí consta de agua y una sal disuelta en el
agua.
16. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante utilizado para
fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir
las esferas (1) entre sí es sulfato de magnesio.
17. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante utilizado para
fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir
las esferas (1) entre sí es un silicato, preferentemente, silicato
de sodio.
18. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante utilizado para
fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir
las esferas (1) entre sí es un fosfato.
19. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente ligante utilizado para
fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir
las esferas (1) entre sí es un agente ligante utilizado
habitualmente en el proceso de fundición para fabricar moldes y
noyos.
20. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) tienen un diámetro de
0,2 mm a 30 cm.
21. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) tienen un diámetro de,
preferentemente, 4 a 8 mm.
22. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) se fabrican según un
procedimiento de conformación conocido.
23. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) se fabrican mediante un
proceso de granulado, preferentemente en un peletizador o un
granulador pulverizador.
24. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) se fabrican mediante la
introducción del material de forma en dos semicápsulas y mediante
prensado o inyección de aire comprimido.
25. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) se calientan antes de
rellenar el espacio hueco (3) entre las esferas (1) con un metal o
una aleación de metal.
26. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) se calientan hasta 800ºC
antes de rellenar el espacio hueco (3) entre las esferas (1) con
una aleación de aluminio.
27. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) se calientan hasta
1.600ºC antes de rellenar el espacio hueco (3) entre las esferas
(1) con una aleación de hierro.
28. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque las esferas (1) solamente se humectan
con un metal líquido o un material plástico o una barbotina
cerámica, y el material sobrante se vuelve a quitar de los espacios
huecos (3).
29. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque después de eliminar el material de las
esferas se generan dos espacios huecos pasantes separados.
30. Procedimiento, según las reivindicaciones 1
ó 29, caracterizado porque las tomas de conexión necesarias
para los huecos ya se han tenido en cuenta durante la conformación y
se moldean al mismo tiempo que se rellenan los espacios huecos.
31. Procedimiento, según la reivindicación 29,
caracterizado porque las posibles faltas de estanqueidad
entre los dos espacios huecos pasantes o cámaras se cierran con un
agente sellante.
32. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el metal líquido, la aleación de metal
líquida o la masa cerámica contienen fibras cuya longitud se ha
seleccionado de forma que, durante la operación de rellenado, en
los espacios intermedios (3) entre las esferas se orientan a lo
largo de los canales formados por los espacios intermedios (3).
33. Procedimiento, según la reivindicación 32,
caracterizado porque las fibras tienen una longitud de 3 a 4
mm.
34. Procedimiento, según la reivindicación 32,
caracterizado porque las fibras son fibras de carbono,
vidrio, minerales o sintéticas.
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