¿Qué es la arena de moldeo?

Se utiliza en el proceso de fundición en arena para preparar la cavidad del molde. Comúnmente llamada arena verde es un agregado de arena, arcilla bentonita, polvo de carbón y agua. Su uso principal es en la fabricación de moldes de fundición de metales. La mayor parte del agregado es siempre arena, que a menudo es una mezcla homogénea de sílice.

Hay muchas recetas para proporciones de arcilla, pero todas logran un equilibrio entre formabilidad, acabado superficial y la capacidad de desgasificación del metal fundido caliente. El carbón, generalmente denominado carbón marino, que está presente en una cantidad inferior al 5 %, se quema parcialmente en la superficie del metal fundido, lo que provoca la desgasificación de los vapores orgánicos.

La fundición en arena es una de las primeras formas de fundición practicadas debido a la simplicidad de los materiales utilizados. Debido a la misma simplicidad, sigue siendo uno de los métodos más baratos de fundición de metales.

Otros métodos de fundición, como los que usan coquille, tienen un acabado superficial de mayor calidad pero tienen un costo más alto. La arena verde (al igual que otras arenas de fundición) generalmente se almacena en fundiciones conocidas como "matraces", que no son más que cajas sin fondo o sin tapa.

La caja está dividida en dos mitades que se apilan juntas para su uso. Las mitades se denominan tapa y matraz de moldeo, respectivamente.

Se vierte un recipiente especializado de bronce en Green Sand, que tiene una forma hueca continua en el molde. Lo que se encuentra debajo se puede llenar con material fundido y convertirlo en una fundición terminada. No toda la arena verde es realmente verde. Pero se considera "verde" en el sentido de que se usa cuando está húmedo (similar a la madera verde).

Según algunas fuentes en línea, otros métodos y métodos de fundición son el secado en caliente de la arena moldeada antes de verter el metal fundido. Este proceso de fundición en seco da como resultado un molde más rígido que se adapta mejor a las fundiciones más pesadas.

¿Cuál es la historia de la arena de moldeo?

No hay registros explícitos en la historia que atribuyan la primera fundición de metal y el uso de arena de fundición, pero los artefactos y escritos antiguos datan de alrededor del 3200 a.C. en la antigua Mesopotamia. La historia del moldeado con arena es difícil de estudiar ya que muchas de estas prácticas datan de antes de la escritura.

La arena de moldeo se utilizó exclusivamente para las fundiciones de bronce que fueron iniciadas por los antiguos chinos. Otro avance importante se produjo en la India en el año 500 a. cuando se creó el acero al crisol. Eventualmente, Sir Humphrey Davy primero hizo fundiciones de aluminio en Gran Bretaña alrededor de 1808.

Actualmente, la capacidad de producción en los Estados Unidos supera los 8 millones de toneladas de fundición de hierro, 1,4 millones de toneladas de fundición de acero, 1,7 millones de toneladas de fundición de aluminio y 321 000 toneladas de fundición de cobre.

Gran parte de la industria metalúrgica moderna ha innovado debido al gran aumento en la calidad de la arena debido a mejores herramientas, así como a la metalurgia y una mejor comprensión de las propiedades de los metales.

Fuentes de arena de moldeo

Las fuentes generales de recepción de arenas de moldeo son las costas marinas, los ríos, los lagos, los desiertos y los elementos rocosos granulares. Las arenas de moldeo se pueden dividir principalmente en dos tipos:naturales o sintéticas.

Los compuestos de moldeo naturales contienen una cantidad suficiente de aglutinante. Por otro lado, las arenas de moldeo sintéticas se preparan artificialmente con el uso de ingredientes básicos de moldeo (arena de cuarzo 85-91%, aglutinante 6-11%, contenido de agua o humedad 2-8%) y otros aditivos en proporciones de peso apropiadas con perfecta equipo adecuado para mezclar y moler.

Ingredientes de arena de moldeo

Los componentes principales de la arena de moldeo son arena de cuarzo, aglutinante, contenido de humedad y aditivos. La arena granular de sílice de cuarto de galón es el componente principal de la arena de fundición con suficiente refractariedad para impartir resistencia, estabilidad y permeabilidad a la arena de moldeo y la arena de núcleo.

Pero junto con la sílice, están presentes como impurezas pequeñas cantidades de óxido de hierro, alúmina, piedra caliza (CaCO3), óxido de magnesio, sosa y potasa. La composición química de la arena de cuarzo da una idea de las impurezas presentes, como cal, óxido de magnesio, álcali, etc.

La presencia de cantidades excesivas de óxido de hierro, óxidos alcalinos y cal puede reducir significativamente el punto de fusión, lo que no es deseable. La arena de cuarzo se puede determinar por el tamaño de grano de la arena y su forma (angular, oblicua y redondeada).

Aglomerante de Arenas de Moldeo

Los aglutinantes pueden ser sustancias inorgánicas u orgánicas. Los aglutinantes incluidos en el grupo inorgánico son la arcilla de silicato de sodio, el cemento Portland, etc. En la fundición, la arcilla actúa como aglutinante que puede ser caolinita, arcilla de bola, arcilla refractaria, limonita, tierra de batán y bentonita.

Los aglutinantes incluidos en el grupo orgánico son dextrina, melaza, aglutinantes de cereales, aceite de linaza y resinas como fenol formaldehído, urea formaldehído, etc. Los aglutinantes del grupo orgánico se utilizan principalmente para la fabricación de núcleos. Entre todos los aglutinantes anteriores, la variedad de arcilla bentonita es la más utilizada.

Sin embargo, esta arcilla por sí sola no puede desarrollar enlaces entre las muecas de arena sin la presencia de contenido de humedad en la arena de moldeo y la arena de núcleo.

Contenido de humedad en arenas de moldeo

El contenido de humedad de la arena de moldeo varía de 2 a 8%. Esta cantidad se agrega a la mezcla de arcilla y arena de cuarzo para inducir la unión. Esta es la cantidad de agua necesaria para llenar los poros entre las partículas de arcilla sin separarlas.

Esta cantidad de agua es retenida rígidamente por la arcilla y es la principal responsable de aumentar la resistencia de la arena. La acción de la arcilla y el agua reduce la permeabilidad a medida que aumenta el contenido de arcilla y la humedad. La resistencia a la compresión en estado bruto primero aumenta con el aumento del contenido de arcilla, pero comienza a disminuir cuando se alcanza un cierto valor.

Para mejorar las propiedades de la arena de moldeo, se añaden a los ingredientes básicos otros aditivos, conocidos como aditivos.

Aditivos y Polvo de Carbón

Los aditivos son materiales que generalmente se agregan a la mezcla de arena de moldeo y arena para machos para obtener las propiedades especiales de la arena. Algunos aditivos comúnmente utilizados para mejorar las propiedades de la arena para moldes y machos son polvo de carbón, harina de maíz, dextrina, carbón marino, alquitrán, harina de madera, harina de cuarzo.

El polvo de carbón se agrega principalmente para crear una atmósfera reductora durante el proceso de fundición. Esta atmósfera reductora hace que el oxígeno en los polos se una químicamente para que no pueda oxidar el metal. Suele añadirse a las arenas de moldeo para fabricar moldes para la producción de fundición gris y maleable.

Otros Aditivos para Arena de Moldeo

La harina de maíz pertenece a la familia de carbohidratos con almidón y se utiliza para aumentar la incidencia de arena de moldeo y arena de núcleo. Se evapora completamente por el calor en forma de arena, dejando así un espacio entre los granos de arena.

Esto permite que los granos de arena se muevan libremente, lo que finalmente hace que las paredes del molde se muevan y reduce la expansión del molde y, por lo tanto, los defectos de fundición. La arena de maíz añadida a la arena para moldes y machos mejora en gran medida la resistencia del molde y del macho.

Arena de moldeo con carbón marino

El carbón marino es un carbón bituminoso en polvo fino que coloca su lugar en los poros de los granos de arena de cuarzo en la arena de moldeo y núcleo. Cuando se calienta, el carbón marino se convierte en coque que llena los poros y es resistente al agua.

Debido a esto, los granos de arena se vuelven finitos y no pueden convertirse en un patrón de empaquetamiento denso. Por lo tanto, el carbón marino reduce el movimiento de las paredes del molde y la permeabilidad a los moldes y la arena del núcleo, manteniendo así la superficie del molde y del núcleo limpia y suave.

El alquitrán es una forma destilada de carbón blando. Se puede agregar de 0.02% a 2% en la arena de moldeo y macho. El alquitrán aumenta la resistencia en caliente, el acabado superficial en la superficie del molde y se comporta exactamente de la misma manera que el carbón marino.