Toda arena de moldeo está constituida por 3 ingredientes: 1. SILICE. Es el óxido de silicio o dióxido de silicio (SiO2). Por lo genera generall aparece aparece natural naturalme mente nte en forma forma de granos granos de cuarzo cuarzo puro. Funde ~ 3140 °F (1726°C) 2. ARCILL ARCILLA. A. Es el elem elemen ento to que que le conf confie iere re plas plasti tici cida dad. d. En fundición se usan básicamente dos tipos de arcilla: a. Caolinita o caolín. Es el silicato hidratado de aluminio de fórmula: (Al 2O3.2SiO2.2H2O) b. Bentonita.
Es la mas usada de formula: (MgO. Al2O3. SiO2.H2O)
3. HUMEDAD. Es el agua contenida en las arenas ~ 3-8%
L
a plasticidad
La
refractariedad
La
cohesión o resistencia
La
permeabilidad
• •
Propiedad que indica la capacidad para reproducir los detalles de los modelos. Depe Depend ndee de dos dos fa fact ctor ores es:: la defo deform rmab abil ilid idad ad,, la flue fluenc ncia ia..
• • • •
Cualidad de la arena de ofrecer resistencia a altas temperaturas. La refractariedad viene asegurada por el contenido de sílice. También ién influye uyen el tamaño de granos. El grado de refractariedad depende del metal al que deba colarse.
• • •
Depende de la acción de la acción del aglutinante y del porc porcen enta taje je de hume humeda dad. d. Influye la forma de los granos. Se pueden determinar mediante ensayos de compresión, tracción.
RELACION ENTRE LA RESISTENCIA MECANICA Y EL PORCENTAJE DE HUMEDAD
•
Facilidad que ofrecen para dejar evacuar el aire y los gases que se desprenden al realiza izar la col colada. da. SU GRANULOMETRIA
LA FORMA DE LOS GRANOS
DEPENDE DE: SU CONTENIDO DE ARCILLA
LA INTENSIDAD DE APISONADO
PORCENTAJE DE HUMEDAD
Ensayos Arenas
Permeabilidad.
Humedad.
Resistencia(corte, compre com presió sión ny tensión).
Dureza
Las
normas han sido tomadas de las dictadas por la Sociedad Americana de Fundidores AFS. La norma fundamental para la elaboración de las probetas es la utilización del compactador de arena y que este calibrado a la altura de caída para el peso. La norma AFS indica con respecto a las características del espécimen: .La probeta es de forma cilíndrica •
Diametro exacto de 50.8 ± 0.025
. Altura Altura de 50.8 ± 0.793
Se
usa para hacer la prueba de compactabilidad en muestras de arena, y para formar especímenes patrón para una diversidad de otras pruebas de arenas.
PREPARACION DE PROBETAS
Para evaluar la permeabilidad de una arena, se mide el tiempo de paso a presión invariable de un volumen determinado de aire a través de una probeta de ensayo cilíndrica de arena, de sección y altura constante(de 50.8*50.8 mm) bajo un apisonado definido. En el caso de arenas nuevas a estudiar, se dispondrá, además de un material de preparación de de arenas(arenadora piloto) y compartimientos estancos.
PERMEAMETRO DIETERT
Luego
según los datos del ensayo se puede determinar el numero de permeabilidad de la arena:
ℎ
Número de permeabilidad= V, volumen del aire que pasó por la probeta t, tiempo de paso del aire en segundos. segu ndos. h, Altura de la probeta en cm A, Sección de la probeta p, Presión del aire en g/cm2
Este
ensayo es muy importante si sobre todo se trata de realizar piezas complicadas, esto debido a que el cuerpo de la arena es de la máxima importancia en el modelo. Depende esencialmente: Cantidad y calidad de arcilla
Control
Humedad de arcilla
Calidad del mezclado
y comprobación, existen dos métodos: 1. Una probeta probeta cilíndrica cilíndrica se somete somete a un ensayo ensayo de compresión y cizallamiento. Conviene repetir varias veces estos ensayos ,que se realizan realizan con una una muestra ya en verde o estufada.
2.Probeta en forma de paralelepípedo se conduce muy lenta y progresivamente hasta el borde de una tablilla. Cuando el peso de la parte en falso rebasa el limite de d e resistencia de la sección de la probeta, esta se desprende. Se pesa la parte caída.
Finalidad: Determinar Determinar los rangos de resistencia de una
muestra de arena
en verde. Procedimiento:
Confeccionar la probeta.
Colocar las mordazas cilíndricas y a continuación la probeta de arena
Empezar a girar el volante del aparato y leer en el manometro
Finalidad: Determinar la máxima resistencia al cizallamiento transversal de una muestra de arena en verde. Procedimiento:
Confeccionar la probeta.
Colocar las mordazas y a continuación la probeta de arena
Empezar a girar el volante del aparato y leer en el manómetro
La
humedad de la arena se controla por simple estufado a 120 ºC de una masa de arena preparada y conocida. Se observa una sensible perdida de peso. Se pesa la arena seca. En conclusión: la diferencia entre el peso de la arena húmeda y el de arena seca representa representa el del agua evaporada. evaporada.
Procedimiento:
Pesar una cantidad de 50 gr. de arena escogida por el método de cuarteo. Secar la arena en el horno a una temperatura de 105 a 115 °C, por un tiempo de 1 a 3 minutos.
Pesar la muestra de arena seca Calculamos el porcentaje de humedad: − % = *100 :pesos de las muestras de arena seca
ta mbién El grado de humedad también
puede determinarse mediante la comprobación de la presión producida por un pequeño recipiente en el cual se ha introducido un peso de arena con una pequeña adición de carburo de calcio. Consideraciones: Muestras deben de ser de Recipiente hermético debe arena nueva.
estar seco y no contener arena.
Registrar en una tabla las presiones correspondientes a la reacción carburo-agua.
Procedimiento: 1°.Pesar 50 gr. de arena, escogida mediante el método de cuarteo. Y 50 gr. de carburo de calcio.
El ensayo se debe realizar con porcentajes de 4,6,8,10,12, 4,6,8,10,12,14% 14% de agua con respecto a los 50 gr. de carburo.
2 .Colocar la muestra dentro del cilindro del dispositivo de humedad. humedad. °
3 .Colocar 50 gr. de carburo de calcio dentro de la cavidad de la tapa. °
4 .Acoplar la tapa en el cilindro manteniendo el aparato en posición horizontal. °
4 .sostener el aparato con firmeza f irmeza y sacudirlo violentamente durante 3 segundos. °
5 .virar el aparato durante 1 minuto antes de repetir la operación anterior. °
6°.Mantener el aparato horizontal y registrar la presión marcada por el manómetro. 7°.aliviar la presión en dirección lejos del operario y vaciar el contenido de la bomba.
8°.Finalmente procedemos a pesar nuevamente el producto de
la mezcla, para poder obtener el porcentaje de humedad: % =
−
*100
La
dureza de la superficie de un molde o probeta, se determina dete rmina por medio del probador de dureza o durómetro, con graduaciones en e n el indicador de 0 a 100 milésimas de pulgada y con subdivisiones de una milésima, se pone el vástago en contacto con la superficie de la probeta, se aplica la carga al indentador presionando firmemente y se lee la profundidad de penetración pene tración en el indicador. Es importante medir la dureza superficial de los moldes especialmente cuando se presentan problemas de excesiva dureza, generando sopladuras de superficie, colas de cometa, etc., o defectos de dureza originando penetración del metal en la arena, obteniéndose superficies rugosas e incrustaciones de arena. Un molde apisonado con una dureza de 40 a 50 es blando, de 50 a 70 es mediano, de 70 a 75 es duro de 85 a 100 es muy duro .
La finura de una arena de moldeo se determina por el tamaño y distribución de sus granos, el objeto del ensayo es obtener la curva de distribución distribución granulométrica de la arena. El procedimiento para la separación del tamaño de grano a través de una serie de cedazos metálicos de mallas decrecientes y organizados en forma vertical consiste en pesar 100 gramos de arena seca previamente lavada, se coloca en el cedazo superior cubierto con la tapa, y se inicia la vibración que debe ser de quince minutos
Este procedimiento es aplicable a arenas que no contienen arcilla, arenas aglutinadas en forma natural o sintéticas, de las cuales se determina la cantidad de arcilla por lixiviación.
El análisis granulométrico de la muestra se calcula sobre una base del 100% de arena, pesando la cantidad retenida en cada malla para establecer el reparto porcentual por centual de los granos en un diagrama de la curva de frecuencia del tamaño ta maño de grano ( porcentaje de arena retenido en cada cedazo vs. número del cedazo), iniciando la operación de pesado por la malla superior hasta terminar con co n la bandeja del fondo y anotando los pesos obtenidos.
DETERMINACION DETERMINACI ON DEL DE L TAMAÑO DEL DE L GRANO SEGÚN SEGÚ N LA “AFS”
(Amer (Am eric ican an Foun Foundr drime imen´s n´s Soc Socie iety ty) • •
Se hace pasar pasar la arena lavada (cuarzo puro) por 11 tamices de mallas mallas decre decrecie cientes ntes desde desde el N° 6 hasta hasta el N° 220 Ejemplo: Ejemplo: tamiz N° 6 6 mallas/pulg mallas/pulgada ada lineal 1”
1”
TAMAÑO DE GRANOS DE ARENAS SEGÚN LA AFS TAMIZ N°
6 12 20 30 40 50 70 100 140 200 270 polvos
ABERTURA DE MALLA (mm)
3, 360 1,680 0,840 0,590 0,420 0,297 0,210 0,149 0,105 0,074 0,053 - -----
FAC ACTO TOR R DE MA MALL LLA A “K”
3 5 10 20 30 40 50 70 100 140 200 300
Indica el número de mallas por pulgada lineal que tendría cierto tamiz por el cual pasarían todos los granos en el caso hipotético caso de que todos tengan el mismo tamaño. Para
calcular el índice de finura, se aplica la siguiente expresión:
Pi = porcentaje de sílice retenido en cada tamiz K i = factor de corrección de malla
Es el mas común de los minerales utilizados utiliz ados en la fundición para producir moldes.
Teniendo las siguientes propiedades: •
La más abundante en la naturaleza. Fácil extracción y universal localización. Bajo costo de producción. Dureza y resistencia a la abrasión satisfactoria. Disponible en una amplia variedad de grano y forma.
Existe en U.S.A En Washington y Carolina del norte.
su materia materiall madre madre es el mineral mineral fosterita fosterita (Mg2SiO4) y fayalita (Fe2SiO4)
Para uso de fundición se selecciona el mineral con mayor porcentaje de fosterita.
Menor expansión térmica que la sílice.
Mayor conductividad térmica que la sílice.
Se encuentra en pequeñas cantidades y los depósitos comerciales están localizados en florida y Australia.
Alta conductividad térmica.
Alta densidad.
Baja expansión térmica.
Resistencia a ser humectada por el material.
Depósitos comerciales principalmente en Sudáfrica y requiere largos procesos para poder ser utilizada en fundición.
Alta densidad.
Difícil de humectar por el metal.
Muy estable y difícil de descomponer o romperse.
Baja expansión térmica.
Alta absorción y transferencia de calor.
Arenas naturales se encuentran en la naturaleza formando sedi sedime ment ntos os y si el porc porcen enta taje je de arci arcill lla a y síli sílice ce es el
correcto se denomina tierra o arena natural de moldeo
Arenas artificiales o sintéticas se preparan mezclando sílice, arcilla y agua.
Proporciona una mayor resistencia de entrelazamiento si se compacta de una forma adecuada y requiere de mayor humedad.
Los
granos
redondos
flu fluyen
mejor,
tie tienen
mayor
resi resist sten enci cia a de comp compre resi sión ón,, mejo mejore res s prop propie ieda dade des s de ventilación (permeabilidad) (permeabilidad)
Las arenas compuestas no se usan con c on frecuencia debido a
sus sus
prop ropieda iedade des s fina finale les s
romperse.
imp impredec edecib ible les, s, tien tienen en a
Las arenas verdes están hechas normalmente de arena sílice (SiO2).
Una arena sílice en forma pura, 98% SiO2
tiene un punto de fusión de aproximadamente 3100 F (1704 C).
•
Si el contenido de SiO2 en la arena se reduce, entonces el punto de fusión también descenderá.
•
El moldeo en verde se utiliza fundamentalmente, para piezas de tamaño pequeño y mediano.
•
El porcentaje de humedad debe ser inferior al 8% para evitar un excesivo desprendimiento de gases durante la colada.
Es aquella aquella que se a eliminado toda la humedad.
La arena seca es una mezcla de sílice seca fijada con otros materiales que no sea la arcilla.
permite piezas de mayor geometría con mayor precisión dimensional y mejor acabado superficial .
Se han obtenido a base de un secado controlado para mejorar la permeabilidad.
es la arena arena que se apisona apisona contra contra la cara del modelo modelo y que forma la cara del molde
Suele ser una mezcla de arena vieja y arena nueva, o con otros materiales aglutinantes, que se prepara para el uso atem atempe perá ránd ndol olaa prim primer eroo con con la corr correc ecta ta cant cantid idad ad de ag agua ua..
Luego se muele para obtener una arena fina y bien aglutinada que pueda producir
capa lisa y firme , para que no se
desm desmor oron onee o sea sea arra arrast stra rado do por por el liqu liquid ido. o.
En su elaboración de machos se utiliza arena Extra silícea de granos redondos y tamaño uniforme con aglomerantes especiales para machos.
Esta preparado su aglutinante de base de vidrio líquido consistente en una solución de silicato.
PREPARACIÓN PREP ARACIÓN DE LAS ARENAS DE MOLDEO
ARENAS DE MOLDEO
BENTONITA
Cohesión y Plasticidad
FACILITA SU MOLDEO resistencia suficiente para mantener la forma
PRUEBAS
Fórmula que mejor se comporta Punto de partida
Arena
Nueva: de ríos, mar u otras canteras.
Arena
Reciclada: arena recuperada después de una
fundición.
Tierra
Blanca: éste componente es de uso
común.
Carbón Marino: Ayuda a reducir la ocurrencia de
penetración de metal, proporciona permeabilidad y contribuye contr ibuye a mejorar el acabado superficial.
Bentonita: Es un tipo aglutinante.
Agua: Componente fundamental para el amarre de la arena, es decir,
para obtener una buena cohesión.
Parámetro crítico Humedad .
La
investigación inicia conociendo y describiendo el proceso actual de preparación de arena utilizada uti lizada para elaborar los moldes de las siguientes piezas:
1. Productos pequeños (0 – 50 lb.) 2. · Productos medianos (51 – 500 lb.) 3. · Productos grandes (Mayores de 500 lb.) lb.)
Componentes para su formulación:
arena reciclada, arena nueva, bentonita, carbón marino y agua.
Tipos de arena:
- arena de cuerpo: es la que esta en contacto con el
metal fundido. - arena de relleno: es para completar la altura de la caja (es la arena reciclada, humedecida y compactada)
Pasos para realizar la mezcla de los componentes en la arena de cuerpo:
1. Se toma arena de reciclaje. 2. Se toma arena nueva. 3. Se coloca la arena reciclada, en la cantidad deseada, sobre el suelo en un espacio amplio, formando una base. 4. Se agrega la arena nueva, la bentonita y el carbón marino sobre la arena reciclada,
5. Se hacen hoyos a lo largo y ancho de esta mezcla, se le agrega agua y se mezcla hasta lograr uniformidad.
Los materiales utilizados son: Arena reciclada, arena nueva,
bentonita, carbón marino, agua. Pasos: 1. Arena reciclada:
2. Zarandear la arena:
3.
Arena nueva:
4.
Se coloca la arena reciclada en un espacio amplio: finalmente se mezcla todos los compone formando una mezcla uniforme (formando un montículo)
Esta
preparación de arena se caracteriza porque el operario puede trabajar con esta para un cierto numero de coladas.
Es decir que esta arena se reutiliza sin agregar mas
cantidades de elementos que componen la fórmula. y cuando la arena se encuentra quemada o el cuerpo del
molde ya no es el mismo por falta de aglutinante. Se procede a rehacer otro.
Distribución de la arena hasta las maquinas de moldeo.
1.Arena reciclada. (Fig.1.13)
(Fig.1.8). 2. Arena nueva. Se toma la cantidad necesaria según la formulación (Fig.1.8). 3. Haci Hacien endo do uso uso de la maq aqui uina na de malla alla vi vibr brad ado ora (Fig (Fig.1 .1.1 .144-1. 1.15 15), ),
4. Se tom toman las las cant cantid idad adees de dich dichas as aren arenaas nece necesa sari rias as en la formu ormula laci cióón, estas stas se colocan dentro de la mezcladora eléctrica (Fig.1.16).Se añade al mismo tiempo la bentonita y el carbón marino distribuyéndolas dentro de la mezcla mezclador doraa (Fig. (Fig.1. 1. 17). 17).
5. Agregar agua de forma uniforme a la mezcla, 6. La mezcladora permanece en operación con todos los componentes, 7. Se obtiene finalmente la mezcla y se deposita en un lugar destinado para ella de donde luego es transportada por carretas (Fig.1.18) hasta el lugar de moldeo.
1. Se trabaja con arena reciclada (Fig.1.1, 1.13), 2. Arena nueva, nueva, tomar las cantidades cantidades necesarias según la formulación formulación (FIg. 1.8) 3. Se zarandea la arena reciclada y la arena nueva para obtener un mismo tamaño de grano.
4. Colocar la arena reciclada en un espacio amplio, 5. Luego colocar la bentonita y el carbón marino, 6. Hacer hoyos a lo largo y ancho de esta mezcla 7. Mezclar el agua con los demás componentes, 8. Se traslada la arena ya preparada hasta el lugar de trabajo. trabajo .
Los Los com compone ponent ntes es de dich dichas as fórm fórmul ulas as están stán dis dispon ponible ibless para ara los los encar ncarga gado doss del proceso de su mezcla de la siguiente forma: Bolsas de BENTONITA, bolsas de CARBÓN MARINO, carretadas de ARENA, carretadas de TIERRA y galones de AGUA.
Para el análisis se tien tienee: 1 bolsa de bent entonita equivalente a 100 Lb. 1 bolsa de carbón marino equivalente a 50 Lb. 1 carre rretad tada de are arena reciclada equiva uivallente a 23 2322 Lb. 1 carre rretad tada de are arena nueva equival valente nte a 300 300 Lb. 1 carre rretad tada de tie tierra blanc anca nue nueva equi quivalente a 234 Lb. 1 carre rretad tada de tie tierra reciclada equiva uivallente a 23 2322 Lb.
Formulación utilizada para la elaboración de 1 molde.
Formulación utilizada para la elaboración de 1 molde.
En estas stas tab abllas se obse bserva que las formula ulaciones involucran en su mayoría los mismos componentes, ya que estos son la materia prima para cada proceso. Para cada producto se observa el porc porcen enta taje je que que actu actual alme ment ntee se util utiliz izaa para para su fa fabr bric icac ació ión. n.
