ARENAS DE FUNDICION

INTEGRANTES:

Haro Castillo Albert Jhon Rodriguez Gutierrez Manuel Rosario Bravo Roy MiguelSanchez Barba Nelver Vergaray Tamayo Wilson

GENERALIDADES• Para desarrollar los distintos

moldes de la industria de fundición se requieren de materiales que cumplan con las propiedades óptimas.

• Normalmente en el proceso de fundición se emplean las arenas sintéticas.

• El empleo de las arenas es consecuente de procedimientos y ensayos.

PROPIEDADES

L a plasticidad

La refractariedad

La cohesión o resistencia

La permeabilidad

A) LA PLASTICIDAD

• Propiedad que indica la capacidad para reproducir los detalles de los modelos.

• Depende de dos factores: la deformabilidad, la fluencia.

B) LA REFRACTARIEDAD

• Cualidad de la arena de ofrecer resistencia a altas temperaturas.

• La refractariedad viene asegurada por el contenido de sílice.

• También influyen el tamaño de granos.• El grado de refractariedad depende del metal al

que deba colarse.

C) LA COHESION

RELACION ENTRE LA RESISTENCIA MECANICA Y EL PORCENTAJE DE HUMEDAD

• Depende de la acción de la acción del aglutinante y del porcentaje de humedad.

• Influye la forma de los granos.• Se pueden determinar mediante ensayos de

compresión, tracción.

D) LA PERMEABILIDAD

• Facilidad que ofrecen para dejar evacuar el aire y los gases que se desprenden al realizar la colada.

DEPENDE DE:

SU GRANULOMETRIA

LA FORMA DE LOS GRANOS

SU CONTENIDO DE ARCILLA

LA INTENSIDAD DE APISONADO

PORCENTAJE DE HUMEDAD

GRAFICAS QUE RELACIONAN LAS PROPIEDADES DE LA ARENA CON ALGUNOS FACTORES

Ensayos de las Arenas

Ensayos Arenas

Permeabilidad. Humedad.

Resistencia(corte,compresión y

tensión).Dureza

NORMAS PARA LA ELABORACION DE PROBETAS

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

.Altura de

COMPACTADORA TIPICA DE ARENA

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.

ENSAYO DE PERMEABILIDAD

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 arenas(arenadora piloto) y compartimientos estancos.

Luego según los datos del ensayo se puede determinar el numero de permeabilidad de la arena:

V, volumen del aire que pasó por la probetat, tiempo de paso del aire en segundos.h, Altura de la probeta en cm A, Sección de la probeta p, Presión del aire en g/cm2

Número de permeabilidad=

ENSAYO DE COHESIÓN

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:

Control y comprobación, existen dos métodos:

Cantidad y

calidad de

arcilla

Humedad de

arcilla

Calidad del

mezclado

1. Una probeta cilíndrica se somete a un ensayo de compresión y cizallamiento. Conviene repetir varias veces estos ensayos ,que se realizan con 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 resistencia de la sección de la probeta, esta se desprende. Se pesa la parte caída.

ENSAYO DE COMPRESION Y CIZALLAMIENTO

Finalidad: 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

Resistencia al cizallamiento transversal

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

Ensayo de humedad

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 el del agua evaporada.

Ensayo de humedad por el método de cuarteo:

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

Ensayo de humedad mediante el recipiente hermético de Speedy:

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 arena nueva.

Recipiente hermético debe estar seco y no

contener arena.

Registrar en una tabla las presiones

correspondientes a la reacción carburo-agua.

El ensayo se debe realizar con porcentajes de

4,6,8,10,12,14% de agua con respecto a los 50 gr.

de carburo.

Procedimiento:

1°.Pesar 50 gr. de arena, escogida mediante el método de cuarteo. Y 50 gr. de carburo de calcio.

2°.Colocar la muestra dentro del cilindro del dispositivo de 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 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

Ensayo de Dureza

La dureza de la superficie de un molde o probeta, se determina por medio del probador de dureza o durómetro, con graduaciones en 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 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.

Determinación Granulométrica

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 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 de los granos en un diagrama de la curva de frecuencia del tamaño 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 la bandeja del fondo y anotando los pesos obtenidos.

El índice de finura indica el tamaño de grano que predomina y por lo tanto sirve para juzgar una arena de acuerdo con las exigencias de la superficie de la pieza.

Para calcular el índice de finura, se multiplica el peso de la sílice retenida en cada tamiz por el coeficiente de la columna C, se efectúa la suma de estos productos (B x C) y esta suma se divide por el peso de la muestra.

De acuerdo con este valor de índice de finura, la arena se puede clasificar en:

Arena muy gruesa, índice de finura menor de :8 Arena gruesa :18-35 Arena media :36-60 Arena fina :60-150 Arena finísima mayor de 150

CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS DE MOLDEO

SEGÚN SU COMPOSICIÓN:

POR SU ORIGEN

POR LA HUMEDAD QUE TENGAN

POR SU APLICACIÓN EN EL MOLDEO

SEGÚN SU UTILIZACIÓN:

A) Según su composición

Es el mas común de los minerales utilizados 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.

Arena de sílice : SiO2

Arena de oliva

Existe en U.S.A En Washington y Carolina del norte.

su material madre es el mineral 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.

Arena de zirconio

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.

Arena de cromita

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.

Propiedades físicas pertenecientes a las arenas utilizadas en fundición

B) Por su origen

Naturales o tierras de modelo

Arenas naturales se encuentran en la naturaleza formando

sedimentos y si el porcentaje de arcilla y sílice es el

correcto se denomina tierra o arena natural de moldeo

Sintéticas

Arenas artificiales o sintéticas se preparan

mezclando sílice, arcilla y agua.

C) Por su estructura Angular:

Proporciona una mayor resistencia de entrelazamiento si

se compacta de una forma adecuada y requiere de mayor

humedad.

Redonda:

Los granos redondos fluyen mejor, tienen mayor

resistencia de compresión, mejores propiedades de

ventilación (permeabilidad)

compuesta:

Las arenas compuestas no se usan con frecuencia debido

a sus propiedades finales impredecibles, tienen a

romperse.

D) Por la humedad que tienen:

Arenas verdes:

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.

Arenas secas :

Es 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.

E) Por su aplicación en el moldeo:Arenas de revestimiento:

es la arena que se apisona contra la cara del 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 atemperándola primero con la correcta cantidad

de agua.

Luego se muele para obtener una arena fina y bien

aglutinada que pueda producir capa lisa y firme , para

que no se desmorone o sea arrastrado por el liquido.

Arenas para machos:

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 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

LAS COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS FÓRMULAS SON

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 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 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.)

•MOLDEO PARA PRODUCTOS PEQUEÑOS

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.

MOLDEO PARA PRODUCTOS MEDIANOS 1

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.

Pasos en la preparación de la arena de moldeo para productos

medianos 2.1.Arena reciclada.(Fig.1.13)

2. Arena nueva. Se toma la cantidad necesaria según la formulación (Fig.1.8).3. Haciendo uso de la maquina de malla vibradora (Fig.1.14-1.15),

4. Se toman las cantidades de dichas arenas necesarias en la formulación, estas 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 mezcladora (Fig.1. 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.

Pasos en la preparación de la arena de moldeo para

producto grande 1.1. Se trabaja con arena reciclada (Fig.1.1, 1.13),2. Arena nueva, tomar las cantidades necesarias según la 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.

Formulación de arenas para las diferentes aplicaciones.

Los componentes de dichas fórmulas están disponibles para los encargados 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 tiene:1 bolsa de bentonita equivalente a 100 Lb.1 bolsa de carbón marino equivalente a 50 Lb.1 carretada de arena reciclada equivalente a 232 Lb.1 carretada de arena nueva equivalente a 300 Lb.1 carretada de tierra blanca nueva equivalente a 234 Lb.1 carretada de tierra reciclada equivalente a 232 Lb.

Formulación utilizada para la elaboración de 1 molde.

Formulación utilizada para la elaboración de 1 molde.

En estas tablas se observa que las formulaciones involucran en su mayoría los mismos componentes, ya que estos son la materia prima para cada proceso. Para cada producto se observa el porcentaje que actualmente se utiliza para su fabricación.