Arena de fundición

Cómo hacer arena verde para fundición de metales

La arena de moldeo es el corazón del proceso de fundición en arena. Debe mantener bien una forma y capturar los detalles finos de una fundición, pero ser lo suficientemente permeable para permitir que escapen los gases. Bajo la tensión de tener que quitarle el patrón de moldura, o mientras se llena, no puede desmoronarse ni hundirse sobre sí mismo. Cuando se le da la vuelta, no debe perder su forma:las partes de un molde deben permanecer firmes mientras se sujetan juntas.

En la mayoría de los casos, la arena “verde” es suficiente para evidenciar estas propiedades. La arena verde no se llama así por su color:estos materiales pueden tener una amplia gama de colores según la composición y el uso. En cambio, recibe su nombre porque está húmedo, como la madera verde.

Los aspectos mecánicos de la arena se miden antes de usarse en el piso de fundición. Los técnicos o ingenieros de fundición empacan cilindros de arena y realizan pruebas. Cada vez más, estas pruebas se realizan con dispositivos computarizados capaces de muchos puntos de precisión.

La permeabilidad de la arena es el "poder de ventilación" del material:la cantidad de gas que permitirá escapar del molde. La resistencia a la compresión verde captura cuánta compresión puede soportar la arena antes de que comience a desmoronarse. La resistencia al corte verde mide la resistencia frente a la falla estructural bajo esfuerzo cortante:esta es una fuerza que produce una falla por deslizamiento paralela a su dirección. Las arenas también se prueban para determinar su resistencia en seco, ya que generalmente pierden humedad en el proceso de llenado. También se comprueba la resistencia en caliente (comportamiento a temperaturas elevadas). ¿El alto calor de fundición hará que el molde se desmorone?

A menudo se realizan varias pruebas auxiliares, incluido el contenido de humedad, el contenido de arcilla y el examen del tamaño del grano. Se le confiará a un ingeniero de fundición el control de las propiedades de la arena y podría hacer varios ajustes durante la vida útil de la arena para mantenerla en buenas condiciones de funcionamiento.

La mezcla especial que crea la arena de fundición proporciona el comportamiento necesario. El ingrediente principal es una arena mineral con un tamaño de grano consistente. El tamaño del grano de arena afectará el acabado de la fundición, pero también en ocasiones la permeabilidad y porosidad del molde. Este ingrediente por sí solo no es suficiente:se agrega un material de unión, generalmente arcilla, y la mezcla se humedece con agua.

Las arenas aglomeradas naturalmente son mezclas de sílice y arcilla extraídas de la tierra, aunque a menudo con algunos ajustes en las proporciones para obtener las propiedades de arena adecuadas. Las arenas ligadas naturalmente se utilizan en fundiciones de hierro gris, hierro dúctil, hierro maleable y no ferrosos (excepto magnesio). Las arenas aglomeradas sintéticamente se producen combinando arena sin arcilla con cantidades precisas de arcilla o bentonita. Son más uniformes que las arenas aglomeradas naturalmente, pero requieren una mezcla y un control más cuidadosos. Las fundiciones de acero, las fundiciones de hierro gris y hierro maleable y las fundiciones de magnesio utilizan este tipo de arena. Para núcleos u otras arenas que deben endurecerse lo suficiente como para ser un objeto que se pueda levantar o mover, generalmente se necesita una unión sintética.

Hay una serie de opciones disponibles para una fundición al mezclar una receta para fundición en arena.

Arenas minerales

La mezcla en las fundiciones suele ser un 75-85% de arena, siendo el resto arcilla, agua y otros aditivos. La arena se puede encontrar de forma natural, generalmente de un lago, o se puede crear después de extraer y estandarizar minerales sin arcilla.

Olivino

Tradicionalmente, se utilizaba una arena de olivino para la fundición de metales tanto en fundiciones ferrosas como no ferrosas. Esta arena podía producir un acabado fino al enfriar el metal rápidamente y generaba un ambiente con muy poco polvo que no es peligroso respirar. Se consideraba una arena de fundición "permisiva", que toma bien los patrones y no se expande cuando está caliente, pero su resistencia a la tracción no es muy alta. Las arenas de sílice siempre han sido preferidas para los núcleos. Algunas arenas de olivino tendrían un tinte verde muy claro, pero eso es una coincidencia:como todo lo demás, puede ser "seco" o "verde".

Las arenas de olivino ya no se extraen en los Estados Unidos, por lo que, al menos en América del Norte, ya no es la principal fuente de arena de fundición.

Sílice

Las fundiciones ferrosas (aquellas que trabajan con hierro y acero) generalmente usan arena de sílice, a veces conocida como arena de cuarzo. La arena de sílice se ha utilizado durante mucho tiempo en la fabricación de machos, por lo que cambiar a utilizar el mismo agregado durante todo el proceso de fundición ha facilitado el proceso de gestión de los suministros de fundición.

Las fundiciones que utilizan este producto toman algunas precauciones menores adicionales contra la silicosis, que es una enfermedad que se puede formar en los pulmones de quienes han inhalado muchas partículas de sílice. A veces se utilizan respiradores o máscaras de filtración.

Arcilla en arena verde

La arena verde suele ser un 10% de arcilla de bentonita. A nivel molecular, esta arcilla contiene una mezcla absorbente de sílice y aluminio, y comúnmente también tiene potasio, sodio o calcio. La bentonita cálcica es la arcilla más utilizada en el proceso de fundición en verde.

La arcilla de bentonita se extrae y limpia antes de usarse en una variedad de aplicaciones. Aunque tiene muchos usos en la fabricación y la construcción, los usos más comunes de la bentonita son la arena higiénica para gatos y productos cosméticos como mascarillas, donde se utiliza por sus propiedades absorbentes.

Otros aditivos para fundición en arena verde

La humedad es un componente importante en todas las fundiciones en arena verde. Generalmente se añade agua al 2-5% del peso de la mezcla. Los enlaces hidrostáticos entre las moléculas de agua fortalecen la arena:son estos enlaces los que construyen castillos de arena con arena mojada en la playa, y las mismas fuerzas actúan en la fundición. Es el agua la que aumenta la capacidad de la arena verde para manejar el esfuerzo cortante y la compresión.

Se pueden usar aditivos especiales además de la arena, arcilla y agua básicas. Estos incluyen cereales, brea molida, carbón marino, gilsonita, aceite combustible, harina de madera, harina de sílice, óxido de hierro, perlita, melaza, dextrina y materiales patentados. Todos estos tienen el propósito de alterar las propiedades específicas de la arena para dar los resultados deseados.

Las arenas de revestimiento, para dar una mejor superficie a la fundición, se utilizan para fundiciones de hierro gris, hierro maleable, acero y magnesio. Las arenas de hierro suelen contener carbón marino, un carbón finamente molido que evita que la arena se adhiera a la fundición generando una película de gas cuando entra en contacto con el metal caliente. Para las fundiciones que usan carbón de mar en todas sus arenas, la mezcla contiene aproximadamente un 5 % de polvo de carbón. La gilsonita tiene el mismo propósito, ya que produce gases para evitar que la arena se adhiera o los agujeros de alfiler relacionados con el nitrógeno.

Los revestimientos de acero pueden contener harina de sílice u otro material altamente refractario muy fino para formar una superficie densa en la que el metal no puede penetrar fácilmente. La arena de olivino también se usó para fundiciones con acero al manganeso, ya que la combinación de arena de olivino y manganeso proporcionaba un buen acabado.

Los lavados de molde son revestimientos que se aplican a la superficie del molde o del núcleo para mejorar el acabado de la fundición. Se aplican húmedos o secos. La práctica habitual es cepillar o pulverizar los lavados de moho húmedos y cepillar o frotar sobre los secos. Con frecuencia se utiliza harina de grafito o sílice mezclada con arcilla y agua de melaza. Los lavados suelen mezclarse con soluciones disolventes a base de agua o de alcohol. Las soluciones a base de alcohol pueden encenderse con una llama, encender el alcohol y curar el moho al instante. Las soluciones a base de agua requieren un tiempo de secado en horno, durante el cual el lavado se asienta y se elimina el exceso de humedad.

Preparación y manipulación de arena

La arena se prepara en mullers, que combinan la arena, el agente aglutinante y el agua. Estos trituradores no solo agitan los diferentes elementos de la arena de fundición. En su lugar, se necesita presión para cubrir cada grano de arena de manera uniforme con la arcilla u otro material de unión. Luego se utilizan aireadores para aflojar la arena nuevamente y hacerla más susceptible al moldeado.

Se pueden usar cortadores de arena que operan sobre un montón en el piso de la fundición en lugar de molinillos. La entrega de la arena al piso de moldeo se puede realizar por medio de volquetes o camiones pala o por cintas transportadoras.

Durante el proceso de vaciado, la arena se forma en moldes que pueden colocarse en el piso o transportarse mediante cintas transportadoras a una estación de vertido. Después del vertido, las piezas fundidas se sacuden de la arena. La arena usada, a su vez, se devuelve a los contenedores de almacenamiento mediante una cinta transportadora u otros medios.

Reciclaje de arena de fundición

La arena de fundición se puede usar muchas veces antes de que se gaste y no se pueda rehabilitar. Esta arena solía ir al vertedero, sin embargo, su reutilización y reciclaje se ha convertido en un punto de interés. La EPA sugiere que la arena de fundición usada que proviene del proceso de moldeo se puede usar de manera segura en los suelos, tanto en la tierra para macetas como en la capa superior fabricada. También se puede utilizar como capa de cimentación para carreteras o como árido utilizado en la fabricación de cemento.

Una receta sencilla con muchas variaciones

Para reverdecer la arena en casa, todo lo que se necesita es arena, arcilla y agua. La arena para gatos de arcilla aglomerante es una fuente barata de bentonita, pero necesitará una molienda fina antes de agregarla:la bentonita finamente molida es una fuente más costosa que se vende como producto de belleza. La arena de sílice molida fina está disponible en la mayoría de las ferreterías. 9 partes de sílice por 1 parte de bentonita, más agua solo para humedecerlo, es una proporción casera fácil de recordar. La mezcla debe ser muy completa e incluir mucho exprimido, prensado y untado, para cubrir cada grano de arena con una capa de arcilla.

Esta receta se puede usar para hacer moldes de arena en bruto, ¡o para hacer los mejores castillos de arena del bloque!

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