¿Qué es la arena de moldeo? - Tipos y propiedades

¿Qué es la arena de moldeo?

La arena de moldeo, también conocida como arena de fundición, es arena que cuando se humedece y se comprime, se aceita o se calienta tiende a compactarse bien y mantener su forma. Se utiliza en el proceso de fundición en arena para preparar la cavidad del molde.

La principal materia prima utilizada en el moldeo es la arena de moldeo porque proporciona varias características importantes que no se pueden obtener de otros materiales. La arena de moldeo se define como partículas granulares resultantes de la descomposición de las rocas, debido a la acción de fuerzas naturales, como las heladas, el viento, la lluvia, el calor y las corrientes de agua. Las rocas tienen una composición compleja y la arena contiene la mayoría de los elementos de las rocas.

Por esta razón, la arena de moldeo difiere considerablemente en diferentes partes del mundo. En la naturaleza se encuentra en el fondo y orillas de ríos y lagos. La arena de moldeo se clasifica en diferentes categorías según la naturaleza de su origen.

Los principales constituyentes de las arenas de moldeo son los siguientes:

• Sílice (SiO2):86 a 90 %,
• Alúmina (Al2O3):4 a 8 %,
• Óxido de hierro (Fe2O3):2 a 5 % con cantidades más pequeñas de óxidos de Ti,
• mn
• Ca y algunos compuestos alcalinos.

Arena Natural/Arena Verde

También se le llama arena verde y se recolecta de los recursos naturales. Contiene agua como único aglomerante. Tiene la ventaja de mantener el contenido de humedad durante mucho tiempo, con un amplio rango de trabajo de contenido de humedad, lo que permite parchear y terminar los moldes con facilidad.

La arena verde es un agregado de arena, arcilla de bentonita, carbón pulverizado y agua. Su uso principal es en la fabricación de moldes para la fundición de metales. La porción más grande del agregado es siempre arena, que a menudo es una mezcla uniforme de una forma de sílice.

Hay muchas recetas para la proporción de arcilla, pero todas logran diferentes equilibrios entre la moldeabilidad, el acabado de la superficie y la capacidad del metal fundido caliente para desgasificarse. El carbón al que normalmente se hace referencia como carbón marino, que está presente en una proporción de menos del 5 %, se quema parcialmente en la superficie del metal fundido, lo que provoca la liberación de gases de vapores orgánicos.

La fundición en arena es una de las primeras formas de fundición practicadas debido a la simplicidad de los materiales involucrados. Todavía sigue siendo una de las formas más baratas de fundir metales debido a esa misma simplicidad. Otros métodos de fundición, como los que usan coquille, cuentan con una mayor calidad de acabado superficial pero tienen un costo más alto.

La arena verde (al igual que otras arenas de fundición) suele estar alojada en lo que los trabajadores de la fundición denominan “matraces”, que no son más que cajas sin fondo ni tapa. La caja se divide en dos mitades que se apilan juntas en uso. Las mitades se denominan cofre y matraz de arrastre respectivamente.

No todo Greensand es de color verde. Pero se considera "verde" en el sentido de que se usa en estado húmedo (similar a la madera verde). Según el sitio web de la Federación de Metales Fundidos, un método de fundición alternativo es secar con calor la arena moldeada antes de verter el metal fundido. Este proceso de fundición en arena en seco da como resultado un molde más rígido que se adapta mejor a las fundiciones más pesadas.

Arena Sintética

Es arena artificial que se obtiene mezclando arena relativamente libre de arcilla, aglutinante (agua y bentonita) y otros materiales según se requiera. Es mejor moldear arena ya que sus propiedades se pueden controlar fácilmente variando el contenido de la mezcla.

La composición de la arena sintética verde para fundiciones de acero es la siguiente.

Arena de sílice nueva:25 %, arena vieja:70 %, bentonita:1,5 %, dextrina:0,25 % y humedad:3 a 3,5 %.

La composición de arena sintética seca para fundiciones de acero es la siguiente.

Arena de sílice neta:15 %, arena vieja 84 %, bentonita:0,5 % y humedad:0,5 %.

Además, existen ciertas variedades de arenas especiales como Zirconite, Olivin, etc. Estas arenas especiales son más caras que la sílice y, por lo tanto, se usan solo donde su uso está justificado.

Tipos de arena para moldear

Las arenas de moldeo también se pueden clasificar en varios tipos según su uso:arena de respaldo, arena de núcleo, arena seca, arena de revestimiento, arena verde, arena de marga, arena de separación, arena de sistema.

1. Arena de respaldo o arena para pisos

La arena de respaldo o arena para pisos se usa para respaldar la arena de revestimiento y se usa para llenar todo el volumen del matraz de moldeo. La arena de respaldo a veces se llama arena negra debido a que la arena de moldeo usada repetidamente es de color negro debido a la adición de polvo de carbón y quema al entrar en contacto con el metal fundido.

2. Arena de núcleo

La arena de núcleo se utiliza para hacer núcleos y, a veces, también se conoce como arena de aceite. La arena de núcleo es arena de sílice muy rica mezclada con aglutinantes de aceite como el aceite de núcleo que se compone de aceite de linaza, resina, aceite mineral ligero y otros materiales aglutinantes. La brea o las harinas y el agua también se pueden usar en núcleos grandes por el bien de la economía.

3. Arena seca

La arena verde que ha sido secada u horneada en un horno adecuado después de hacer el molde y los machos se llama arena seca. Posee más fuerza, rigidez y estabilidad térmica. La arena seca se usa principalmente para fundiciones más grandes. El moho preparado en esta arena se conoce como moho de arena seca.

4. Frente a la arena

La arena de revestimiento forma la cara del molde. Está junto a la superficie del patrón y entra en contacto con el metal fundido cuando se vierte el molde. El revestimiento inicial alrededor del patrón y, por lo tanto, de la superficie del molde se obtiene mediante arena de revestimiento. La arena de revestimiento tiene refractariedad de alta resistencia. La arena de revestimiento está hecha de arena de sílice y arcilla, sin el uso de arena ya usada.

Se utilizan diferentes formas de carbono para revestir la arena para evitar que el metal se queme en la arena. Una mezcla de arena de revestimiento para arena verde de hierro fundido puede consistir en un 25 % de carbón fresco y especialmente preparado y un 5 % de carbón marino.

A veces se mezclan con 6 a 15 veces más arena fina para moldear para hacer revestimientos. La capa de arena de revestimiento en un molde suele oscilar entre 20-30 mm. Del 10 al 15% de la cantidad total de arena de moldeo es arena de revestimiento.

5. Arena verde

La arena verde también se conoce como arena templada o natural, que es una mezcla recién preparada de arena de sílice con 18 a 30 % de arcilla, con un contenido de humedad de 6 a 8 %. La arcilla y el agua proporcionan el enlace para la arena verde. Es fino, suave, ligero y poroso.

Greensand está húmedo cuando se aprieta en la mano y conserva la forma y la impresión que le da bajo presión. Los moldes preparados con esta arena no requieren respaldo y, por lo tanto, se conocen como moldes de arena verde.

Greensand es fácilmente disponible y posee bajo costo. Greensand se emplea comúnmente para la producción de piezas de fundición ferrosas y no ferrosas.

6. Arena franco

La arena franco es una mezcla de arena y arcilla con agua hasta formar una pasta plástica fina. La arena franca posee arcilla alta hasta un 30-50% y un 18% de agua. Los patrones no se usan para el moldeado de marga y la forma se le da al molde mediante barridos. La arena franca se emplea especialmente para el moldeo de la greda que se utiliza para fundiciones grandes de hierro gris.

7. Partición de arena

La arena de separación sin aglutinante y la humedad se utilizan para evitar que la arena verde se adhiera al patrón y también para permitir que la arena se separe de la superficie de separación y la arrastre sin adherirse. La arena de separación es arena de sílice limpia y sin arcilla que tiene el mismo propósito que el polvo de separación.

8. Sistema arena

En fundiciones mecanizadas donde se emplea el moldeo a máquina. Se utiliza arena del sistema para llenar todo el matraz de moldeo. En las unidades mecánicas de preparación y manipulación de arena no se utiliza arena de revestimiento. La arena usada se limpia y reactiva mediante la adición de agua y aditivos especiales.

Esto se conoce como arena de sistema. Dado que todo el molde está hecho de este sistema de arena, las propiedades como la resistencia, la permeabilidad y la refractariedad de la arena de moldeo deben ser superiores a las de la arena de respaldo.

Propiedades de la arena de moldeo

Las propiedades básicas requeridas en la arena de moldeo y la arena para núcleos son la adhesividad, la cohesión, la colapsabilidad, la fluidez, la resistencia en seco, la resistencia en verde, la permeabilidad y la refractariedad descritas a continuación.

1. Adhesividad

La adhesividad es una propiedad de la arena de moldeo para obtener el palo o adherirse a material extraño, como pegar arena de moldeo con la pared interna de la caja de moldeo.

2. Cohesión

La cohesión es la propiedad de la arena de moldeo en virtud de la cual las partículas de grano de arena interactúan y se atraen entre sí dentro de la arena de moldeo. Por lo tanto, la capacidad de unión de la arena de moldeo se mejora para aumentar las propiedades de resistencia en verde, seca y en caliente de la arena de moldeo y macho.

3. Compatibilidad

Una vez que el metal fundido en el molde se solidifica, el molde de arena debe ser plegable para que se produzca una contracción libre del metal y esto evitaría naturalmente el desgarro o el agrietamiento del metal en contracción. En ausencia de la propiedad de colapsabilidad, la contracción del metal se ve obstaculizada por el molde y, por lo tanto, da como resultado desgarros y grietas en la fundición. Esta propiedad es muy necesaria en los núcleos.

4. Resistencia en seco

Tan pronto como el metal fundido se vierte en el molde, la humedad en la capa de arena adyacente al metal caliente se evapora y esta capa de arena seca debe tener suficiente resistencia a su forma para evitar la erosión de la pared del molde durante el flujo de metal fundido. La resistencia en seco también evita el agrandamiento de la cavidad del molde causado por la presión metalostática del metal líquido.

5. Fluidez o plasticidad

La fluidez o plasticidad es la capacidad de la arena para compactarse y comportarse como un fluido. Fluirá uniformemente en todas las partes del patrón cuando se apisone y distribuirá la presión de apisonamiento uniformemente en todas las direcciones.

Generalmente, las partículas de arena se resisten a moverse alrededor de las esquinas o salientes. En general, la fluidez aumenta con una disminución de la resistencia en verde y viceversa. La fluidez aumenta con una disminución en el tamaño del grano de arena. La fluidez también varía con la humedad y el contenido de arcilla en la arena.

6. Fuerza verde

La arena verde, una vez mezclada con agua, debe tener suficiente resistencia y dureza para permitir la fabricación y manipulación del molde. Para ello, los granos de arena deben ser adhesivos, es decir, deben ser capaces de adherirse a otro cuerpo y. por lo tanto, los granos de arena que tienen una alta adhesividad se pegarán a los lados de la caja de moldeo.

Además, los granos de arena deben tener la propiedad conocida como cohesión, es decir, la capacidad de los granos de arena para adherirse entre sí. En virtud de esta propiedad, el patrón se puede sacar del molde sin romper el molde y tampoco se produce erosión de las superficies de las paredes del molde durante el flujo del metal fundido.

La fuerza verde también depende de la forma y el tamaño del grano, la cantidad y el tipo de arcilla y el contenido de humedad.

7. Permeabilidad

La permeabilidad también se denomina como la porosidad de la arena de moldeo para permitir el escape de cualquier aire, gases o humedad presentes o generados en el molde cuando se vierte el metal fundido en él. Todos estos gases generados durante el proceso de vertido y solidificación deben escapar, de lo contrario, la fundición se vuelve defectuosa.

La permeabilidad es una función del tamaño del grano, la forma del grano y el contenido de humedad y arcilla en la arena de moldeo. El grado de apisonamiento de la arena afecta directamente a la permeabilidad del molde. La permeabilidad del moho se puede aumentar aún más mediante la ventilación con varillas de ventilación.

8. refractariedad

La refractariedad se define como la capacidad de la arena de moldeo para resistir altas temperaturas sin descomponerse o fusionarse, lo que facilita obtener una fundición sólida. Es una característica muy importante de las arenas de moldeo. La refractariedad solo se puede aumentar de forma limitada.

La arena de moldeo con poca refractariedad puede quemarse sobre la superficie de fundición y no se puede obtener una superficie de fundición lisa. El grado de refractariedad depende del contenido de SiO2, es decir, del cuarzo, y de la forma y el tamaño de grano de la partícula.

Cuanto mayor sea el contenido de SiO2 y más rugosa la composición volumétrica del grano, mayor será la refractariedad de la arena de moldeo y la arena de macho. La refractariedad se mide por el punto de sinterización de la arena en lugar de su punto de fusión.

9. Propiedades misceláneas de la arena de moldeo

Además de los requisitos anteriores, la arena de moldeo no debe adherirse a la fundición y no debe reaccionar químicamente con el metal. La arena de moldeo debe ser económicamente barata y fácilmente disponible en la naturaleza. Debe ser reutilizable por razones económicas. Sus coeficientes de expansión térmica deben ser lo suficientemente bajos.