Moldes de arena:definición y clasificación | Casting | Metalurgia

En este artículo discutiremos sobre:​​- 1. Definición de moldes de arena 2. Clasificación de moldes de arena 3. Alimentación de metal.

Definición de moldes de arena:

Un molde de arena puede definirse como un recipiente de arena preformado en el que se vierte el metal fundido y se deja solidificar. Después de la colada se retira del molde de arena, el molde de arena generalmente se destruye. Los moldes se llenan vertiendo el metal fundido en una abertura en la parte superior del molde y se hacen los pasajes adecuados para permitir que el metal fluya a todas las partes del molde por gravedad.

Las piezas de fundición pequeñas o medianas se hacen generalmente en un matraz, un recipiente rectangular con forma de caja, sin tapa ni fondo. El matraz se puede fabricar en dos o tres partes, y las partes se mantienen alineadas mediante clavijas. Es necesario sujetar el matraz antes de verter el metal fundido en él, para evitar que el efecto de flotación del metal fundido levante la parte superior del matraz.

Clasificación de moldes de arena:

Dependiendo del material utilizado, los moldes se pueden clasificar en:

1. Moldes de arena verde

2. Moldes de piel seca,

3. Moldes de arena seca

4. Moldes de cemento,

5. Moldes de metal.

1. Moldes de arena verde:

Los moldes de arena verde son aquellos moldes de arena, en los que hay humedad en la arena en el momento de verter el metal fundido. Los granos se mantienen unidos por arcilla húmeda. El nivel de humedad debe controlarse cuidadosamente. Se utilizan para la fundición, prácticamente todas las aleaciones ferrosas. La arena verde está disponible en muchos tipos y se utiliza para hacer moldes pequeños, medianos y, a menudo, incluso grandes.

Los moldes de arena verde son menos costosos de fabricar ya que el material básico para estos es más barato. Se puede obtener una salida mayor a partir de un espacio de piso dado. Estos no requieren ninguna operación de respaldo o equipo, pero se deben usar núcleos de arena seca. Al ser más blandos que los moldes de arena seca, permiten una mayor libertad de contracción, cuando las piezas fundidas se solidifican y enfrían.

Además, el moldeado requiere menos tiempo. Sin embargo, los moldes de arena verde tienen algunas desventajas, a saber, que al no ser tan fuertes como otros, pueden dañarse durante la manipulación o por la erosión del metal. La humedad presente en la arena también puede causar ciertos defectos en la fundición como orificios de soplado, orificios de gas, etc.

Estos moldes no se pueden almacenar durante mucho tiempo. El acabado de la superficie de la fundición obtenida del molde de arena verde no es muy suave. A veces también se agregan aditivos como polvo de carbón o materiales orgánicos y luego se le llama moldeo de marga.

La siguiente tabla (3.5) muestra la composición de la arena verde para varios propósitos:

Los tres métodos de moldeo con arena verde que se utilizan comúnmente son:

(a) Método de arena abierta:

Es la forma más simple en la que todo el molde se hace en el piso de la fundición o en un lecho de arena por encima del nivel del piso. Este método se emplea principalmente para fundiciones sólidas simples con tapas planas.

Después de una nivelación adecuada, el patrón se presiona en el lecho de arena para hacer el molde. La caja de moldeo no es necesaria y la superficie superior del molde está abierta al aire. El recipiente de vertido se hace en un extremo del molde y el canal de desbordamiento se corta a los lados de la cavidad.

(b) Método encajado:

En este método, es necesaria una capa, es decir, una cubierta de arena. Se utiliza cuando la superficie superior de la fundición no es plana. El patrón se martilla en la arena del piso de la fundición o en un arrastre relleno parcialmente con arena para formar la cavidad del molde. La parte superior del arrastre se suaviza y la arena de partición se extiende. Se coloca una capa sobre el patrón y se aprieta.

Se cortan las correderas y las contrahuellas y se levanta la cofia. A continuación, se retira el patrón, se terminan las superficies de los moldes de arrastre y caparazón y se vuelve a colocar la capa en su posición correcta para completar el molde.

(c) Método de devolución:

Este método se usa comúnmente para patrones sólidos y divididos. La mitad del patrón se coloca con su lado plano sobre una tabla de moldura, se apisona un freno y se da vuelta. A continuación, la capa se coloca sobre la otra mitad del patrón y se apisona y se da vuelta. Las dos mitades del patrón se sacuden y se retiran. Ahora, la capa se coloca en el arrastre para montar el molde.

2. Moldes que secan la piel:

Estos están hechos de arena verde con arena seca para hornear. En algunos casos, la humedad se seca de la capa superficial de arena apisonada hasta una profundidad de 25 mm mediante un calentador o sopletes de gas. Estos son más comunes en moldes grandes y pueden usarse para fundición, prácticamente todas las aleaciones ferrosas y no ferrosas.

Estos son menos costosos de construir que los moldes de arena seca, pero más costosos que los moldes de arena verde de un tamaño determinado. Tiene las ventajas de menos equipo, materiales más baratos, menos tiempo de preparación y menos espacio en el piso en comparación con el moldeo en arena seca. Sin embargo, estos no son tan fuertes como los moldes de arena seca y no se pueden almacenar durante mucho tiempo ya que la humedad puede migrar a través de la piel seca.

3. Moldes de arena seca:

Estos están hechos con esa arena que no requiere humedad para desarrollar resistencia. La mezcla de arena para obras pequeñas y medianas consta de 13 partes de arena de suelo, 8 partes de arena nueva y 1 parte de estiércol de caballo o serrín. Para trabajo pesado, estas proporciones son 11:9:1 y para trabajo extra pesado, 10:10:1.

La superficie del molde se rocía con agua de melaza. Todas las partes del molde se hornean en un horno a 150-300 ° C (hasta que se elimina la humedad) para aumentar la resistencia, resistir la erosión y mejorar las condiciones de la superficie. Los moldes de arena seca se pueden usar para muchas aleaciones, pero se usan más comúnmente para fundiciones de acero.

Estos se utilizan principalmente en operaciones pequeñas y medianas. Para operaciones de mayor tamaño, los moldes de arena seca se fabrican en secciones y se ensamblan después del horneado. Los moldes de arena seca son más fuertes y se pueden manipular más fácilmente con menos daño y también se pueden almacenar durante más tiempo.

Estos resisten la erosión del metal y se elimina la tendencia a los defectos relacionados con la humedad. Las desventajas de estos moldes son que requieren un material de moldeo más caro, los costos de mano de obra son altos y se necesitan operaciones, equipos y espacio adicionales.

4. Moldes de cemento adherido:

En estos moldes, se utiliza arena de sílice unida con cemento Portland como material de moldeo, que se seca al aire. Estos moldes se utilizan con mayor frecuencia para trabajos ferrosos muy grandes y moldes en fosa y en otros casos, donde el horneado es imposible. Tiene una alta resistencia y posee todas las ventajas de la arena seca.

Para estos moldes, debe proporcionarse espacio adicional para la operación de secado al aire. Los materiales utilizados en estos moldes no se pueden volver a utilizar como otros moldes, por lo que el proceso se vuelve caro.

5. Moldes de metal:

Se utilizan para procesos de fundición a presión, molde permanente y fundición centrífuga.

Alimentación de metal en moldes de arena:

Para solucionar los problemas de alimentación, especialmente cuando el yeso es complejo en tamaño y forma, es el aspecto más importante para asegurar un moldeado sano. Se encuentran problemas debido a la lenta tasa de extracción de calor de una gran masa de metal. Esto da como resultado la minimización de los gradientes de temperatura y la dificultad de obtener una solidificación en forma direccional hacia el alimentador.

Si bien es fácil obtener una solidificación direccional con aleaciones que tienen un rango de congelación corto, es bastante difícil con aleaciones que tienen un rango de congelación amplio. La ubicación de los alimentadores y elevadores, para suministrar líquido caliente a secciones más gruesas, que pueden aislarse durante la solidificación, y para establecer gradientes de temperatura inicialmente, es muy importante. A veces, los gradientes de temperatura se pueden establecer artificialmente mediante el uso de escalofríos dentro de los moldes, almohadillas aislantes y secciones cónicas.

Cabe señalar que es probable que se formen cavidades de contracción en secciones como T _s y cruces, etc., que tardan más en solidificarse porque, en tales casos, el volumen de metal es mayor y el área de superficie a través de la cual puede escapar el calor se reduce. La solución, por lo tanto, radica en proporcionar formas en las que se reduce el volumen de metal y se aumenta la superficie a través de la cual puede escapar el calor.

En el caso de las cruces, los mejores resultados se pueden obtener escalonando la ubicación de las nervaduras o introduciendo un orificio con núcleo en el centro de la cruz, o utilizando una red circular cuyas paredes son más delgadas que las nervaduras rectas. Debe asegurarse que la última porción a solidificar sea alimentada con metal del alimentador. El diseño, dimensionamiento y ubicación de alimentadores, compuertas y canales es, por tanto, lo más importante.

Por lo general, los problemas de alimentación se resuelven mejor con la experiencia; sin embargo, algunas reglas científicas y empíricas desarrolladas con la experiencia serán una buena guía para abordar este problema.

(i) Enfoque de transferencia de calor (efecto de tiempo de raíz cuadrada):

(ii) Regla de Chvorinov:

Según la regla de Chvorinov, el grosor de una piel uniforme

Por lo tanto, para cualquier forma en la que se mantengan las mismas condiciones de frontera de la interfaz, de acuerdo con la regla de Chvorinov, el tiempo de solidificación es directamente proporcional al cuadrado de la relación entre el volumen y el área de la superficie.

Para garantizar que el metal del alimentador se solidifique al final,

Para el mismo volumen, el tiempo de solidificación aumentará progresivamente para las siguientes formas en orden porque sus áreas de superficie para los mismos volúmenes disminuyen:

I. Platos,

ii. barras,

iii. cuboides,

iv. cilindros cortos,

v. esferas.

Sin embargo, teóricamente, la esfera tarda más en solidificarse, pero no es factible para los alimentadores. El cilindro corto es el que se acerca más y está ahusado para facilitar el moldeado.