MOLDES Y MACHOS

El moldeo en arena verde consiste en la elaboración de moldes partiendo de la mezcla

de arena de sílice y bentonita (un derivado de la arcilla) a un 30 - 35 % con una cantidad

moderada de agua.

Molde en arena verde: Muestra de un molde en arena verde listo para verter la fundición.

Esta primera elaboración de la mezcla se denomina arena de contacto, tras su primera

utilización esta mezcla es reutilizable como arena de relleno, la cual al añadirle agua

vuelve a recuperar las condiciones para el moldeo de piezas. De esta manera, se puede

crear un circuito cerrado de arenería.

Existe otro tipo de preparado de la arena, es un tipo de preparado ya comercial, consiste

en una mezcla de arena de sílice con aceites vegetales y otros aditivos. Este tipo de

preparado no es reutilizable, ya que tras su utilización dichos aceites se queman perdiendo

así las propiedades para el moldeo. Por este motivo no es aconsejable su utilización en

grandes cantidades y de forma continua en circuitos de arenería cerrados ya que su

utilización provocaría el progresivo deterioro de mezcla del preparado del circuito y por lo

tanto su capacidad para el moldeo. Este preparado facilita la realización del moldeo

manual, ya que alarga el proceso de manipulación para realizar el modelaje.

Tipos de moldeos en arena verde

Moldeo manual: Operarios realizando el vertido del metal en el molde

Existen dos tipos de moldeo en verde: el moldeo manual y el moldeo en máquina.

Moldeo manual: Consiste en el moldeo realizado de forma manual, y por lo tanto de

una manera artesanal. Este tipo de modelaje se está perdiendo en la actualidad

debido a la especialización, a la desaparición progresiva de los operarios de fundición

y a la utilización de las máquinas de moldeo.

Moldeo en máquina: Consiste en el moldeo realizado por medio de una máquina de

moldeo. Existen en la actualidad distintos tipos de máquinas para este fin:

las máquinas multifunción, máquinas multipistones y máquinas automáticas. La

utilización de este tipo de máquinas ha facilitado la automatización de este proceso,

aumentando notablemente las cantidades productivas.

Proceso de fundición de moldeado en verdeEl Término "arena verde" es conocido principalmente por el contenido de humedad dentro

de la arena. La arena se somete a un “moldeado / mezclado”, proceso en el que varios

tipos de arcilla y aditivos químicos que actúan como aglutinantes se mezclan con la arena,

el resultado es un compuesto que es conveniente para el proceso de modeo en arena.

Esta mezcla de preparado de arena se comprime alrededor del patrón (patrón de la pieza

deseada) a presiones y temperaturas específicas, para garantizar que mantenga su forma

durante el resto del proceso de fundición. La arena mezclada se compacta alrededor del

patrón, tomando la forma del molde deseado.

A veces el diseño de la fundición implica conductos internos en la pieza. Esto se hace

mediante el uso de machos de arena que están constituidos por una mezcla de arenas

similares. Los núcleos están ubicados estratégicamente para formar los conductos

necesarios en la fundición. Las dos mitades del molde posteriormente se cierran y el metal

se vierte en la cavidad y se deja solidificar.

Después de que la solidificación haya tenido lugar, la arena se hace vibrar hasta que se

libera de la fundición. El proceso de acabado puede ser completado por rectificado,

mecanizado, la galvanoplastia y la pintura.

En la siguiente figura podéis observar el proceso paso a paso.

Moldeo en arena verde: Proceso para la fabricación de piezas mediante el proceso de moldeado en

verde

ModelosLos modelos se usan para moldear la mezcla de arena a la forma de la fundición.

Modelos: Muestra del modelo y de las piezas finales

Removibles: La arena comprimida alrededor del modelo el cual se extrae más tarde

de la arena y deja una cavidad que se alimenta con metal fundido para crear la

fundición.

Desechables: Son hechos de poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena,

se vaporiza cuando el metal fundido es vaciado en el molde.

Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que estos son desechables; y si

los modelos sirven para varias funciones se dice que son removibles.

Se denomina fundición o esmelter (del inglés smelter, ‘fundidor’) al proceso de

fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente

en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

El proceso más común es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy

abundante en la naturaleza y que, mezclada conarcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad

sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se

vierte el metal fundido. La fundición en arena consiste en colar un metal fundido,

típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena,

dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.

Para la fundición con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente más

pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa

gruesa para prevenir un problema conocido como "flotación del molde", que ocurre cuando

la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde, causando que el

proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.

También se conoce como fundición al proceso de extraer metales a partir de sus menas,

que suele ser la etapa previa al moldeado metálico 

Tolerancias en los modelosEn el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener en

consideración varias tolerancias.

Tolerancia para la contracción: Se debe tener en consideración que un material al

enfriarse se contrae dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que

los modelos deberán ser más grandes que las medidas finales que se esperan

obtener.

Tolerancia para la extracción: Cuando se tiene un modelo que se va a remover es

necesario agrandar las superficies por las que se deslizará, al fabricar estas

superficies se deben considerar en sus dimensiones la holgura por extracción.

Tolerancia por acabado: Cuando una pieza es fabricada es necesario realizar algún

trabajo de acabado o terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o

quitando algún material de las piezas producidas por lo que se debe considerar en el

modelo esta rebaja de material.

Tolerancia de distorsión:Cuando una pieza es de superficie irregular su enfria-miento

también es irregular y por ello su contracción es irregular generando la distorsión de la

pieza, estos efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los

modelos.

Golpeteo: En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los

moldes, acción que genera la modificación de las dimensiones finales de las piezas

obtenidas, estas pequeñas modificaciones deben ser tomadas en consideración en la

fabricación de los modelos.

Fabricación de moldesPara la fabricación de moldes para el moldeado en arena verde se suele utilizar una

proporción típica de:

90% de Sílice (SiO2)

7% de arcilla

3% de agua

También se utilizan diversos métodos de compactación, como son:

Manual

Presión neumáticaestupeido

Sacudimiento

Lanzamiento de arena a presión

Ventajas y desventajas del moldeado en arena verdeEconómico: es un proceso más barato que el resto.

Resistencia a altas temperaturas.

Posibilidad de obtencion de piezas de hasta menos de 3mm de grosor de acero.

Posibilidad de utilización en gran cantidad de metales y aleaciones.

Acabado uniforme y liso.

No requiere de tolerancias especiales.

Aproximadamente un 90% del material del molde es reciclable.

Se trata de un proceso flexible con costos de materiales bajos.

Piezas sin tensiones residuales.

Desventajas

No se trata de un proceso recomendado para piezas de gran tamaño.

Las tolerancias que se obtienen suelen ser bastante grandes.

No es el proceso más adecuado para la realización de piezas de geometría compleja.

Los acabados superficiales que se obtienen no son los mejores.

Piezas con resistencia mecánica reducida.

La precisión de la pieza fundida está limitada por el tipo de arena y el proceso de moldeo

utilizado. La fundición hecha con arena verde gruesa proporcionará una textura áspera en

la superficie de la pieza. Sin embargo, el moldeo con arena seca produce piezas con

superficies mucho más lisas.

Para un mejor acabado de la superficie de las piezas, estas pueden ser pulidas o

recubiertas con un residuo de óxidos, silicatos y otros compuestos que posteriormente se

eliminarían mediante distintos procesos, entre ellos el granallado.

Moldeo en arena verde. La arena verde es una mezcla de arena de sílice, arcilla,

humedad y otros aditivos. Este moldeo consiste en la elaboración del molde con arena

húmeda y colada directa del metal fundido. Es el método más empleado en la

actualidad, con todo tipo de metales, y para piezas de tamaño pequeño y medio.

No es adecuado para piezas grandes o de geometrías complejas, ni para obtener

buenos acabados superficiales o tolerancias reducidas.

Moldeo en arena químico. Consiste en la elaboración del molde con arena

preparada con una mezcla de resinas, el fraguado de estas resinas puede ser por

un tercer componente líquido o gaseoso, o por autofraguado. De este modo se

incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño y

mejor acabado superficial.

Moldeo en arena seca. La arena seca es una mezcla de arena de sílice seca, fijada

con otros materiales que no sea la arcilla usando adhesivos de curado rápido.

Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura (entre 200 y 300 °C).

De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de

mayor tamaño, geometrías más complejas y con mayor precisión dimensional y

mejor acabado superficial.

Moldeo mecánico. Consiste en la automatización del moldeo en arena verde. La

generación del molde mediante prensas mecánicas o hidráulicas, permite obtener

moldes densos y resistentes que subsanan las deficiencias del moldeo tradicional

en arena verde. Se distingue:

Moldeo Horizontal. A finales de los años 50 los sistemas de pistones alimentados

hidráulicamente fueron usados para la compactación de la arena en los moldes.

Estos métodos proporcionaban mayor estabilidad y precisión en los moldes. A

finales de los años '60 se desarrolló la compactación de los moldes con aire a

presión lanzado sobre el molde de arena precompactado.

La mayor desventaja de estos sistemas es la gran cantidad de piezas de repuesto que

se consumen debido a la multitud de partes móviles, además de la producción limitada

unos 90-120 moldes por hora.

Moldeo vertical. En 1962 la compañía danesa Dansk Industri Syndikat (DISA)

implementó una ingeniosa idea de moldeo sin caja aplicando verticalmente

presión. Las primeras líneas de este tipo podrían producir 240 moldes por hora y

hoy en día las más modernas llegan a unos 550 moldes por hora. Aparte de la alta

productividad, de los bajos requerimientos de mano de obra y de las precisiones

en las dimensiones, este método es muy eficiente.

Moldeo en arena “matchplate”. Este método fue desarrollado y patentado en 1910.

Sin embargo, no fue hasta principio de los años '60 cuando la compañía

americana Hunter Automated Machinery Corporation lanzó su primera línea

basada en esta tecnología. El método es similar al método vertical. El principal

proveedor es DISA y actualmente este método es ampliamente utilizado,

particularmente en Estados Unidos, China y la India. Una gran ventaja es el bajo

precio de los modelos, facilidad para cambiar las piezas de los moldes y además,

la idoneidad para la fabricación de series cortas de piezas en la fundición.

Moldeo a la cera perdida o microfusión. En este caso, el modelo se fabrica

en cera o plástico. Una vez obtenido, se recubre de una serie de dos capas, la

primera de un material que garantice un buen acabado superficial, y la segunda de

un material refractario que proporciones rigidez al conjunto. Una vez que se ha

completado el molde, se calienta para endurecer el recubrimiento y derretir la cera

o el plástico para extraerla del molde en el que se verterá posteriormente el metal

fundido.

Fundición en coquilla. En este caso, el molde es metálico.

Fundición por inyección

Fundición prensada

Fundición a baja presión

Es un sistema de fundición que consiste colocar un crisol de metal fundido en un

recipiente a presión. Un tubo de alimentación conecta el metal de crisol con la

entrada delmolde. Se inyecta aire comprimido o un gas inerte en el recipiente a

una presión de 20-105 kN/m². Al inyectarlo la única salida del metal será el tubo

por lo que se genera el flujo de metal, que llena la matriz y forma la pieza. La

presión se mantiene durante la solidificación para compensar la contracción

volumétrica. No son necesarias ni mazarotas ni alimentación de colada.

Fundición centrifugada

2. Cómo mezclar arena para fundir aluminio

Al fundir objetos de aluminio, el aluminio fundido es echado en un molde. Una de las técnicas para hacer un molde de aluminio es llamada fundición de arena. Involucra mezclar arena fina, algo de arcilla, y una pequeña cantidad de agua. La mezcla se llama arena verde porque es húmeda, no porque sea verde en sí. La arena es luego apisonada en una caja con una forma demolde hueco incrustada en la misma. El aluminio fundido es echado en el vacío y se permite que se enfríe. Luego de que esté frío, la arena es desalojada y la pieza de aluminio amoldada es quitada.

Requerimentos:

Bandeja de metal o de plástico grande 4,53 kg de sílice u otra arena fina Tamiz de malla de metal fino 0,54 kg de arcilla bentonita en polvo

Instrucciones Tamiza la arena a través de la malla de alambre en la bandeja de

plástico Añade agua gradualmente a la arena. Mezcla bien el agua y la

arena con tus manos y la paleta hasta que el agua esté distribuida equitativamente.

Mezcla el polvo de bentonita gradualmente utilizando tus manos y la paleta.

Pondera la arena verde al menos tres veces. Esto significa pisar fuerte sobre la mezcla y luego esponjarla con la paleta. Es muy importante que la bentonita esté distribuida equitativamente por la arena. La consistencia debería ser tal que, cuando agarres un puñado en tu mano, se haga macizo. Si lo rompes, debería romperse limpiamente. Si se desmorona, añade más arcilla.

Experimenta con diferentes porcentajes de los ingredientes para encontrar cuál funciona mejor para tus propósitos.

Consejos y advertencias Asegúrate de que la arena y arcilla están limpias antes de

comenzar este procedimiento. Haz tu propia arcilla de bentonita al moler finamente arena de

arcilla para gatos. Asegúrate de que sea el tipo aglomerado que contiene bentonita.

Prueba diferente tipo de arena para diferentes acabados. Recuerda que cuanto más fina la arena más suave el acabado en la pieza moldada o mejor el detalle.

Mantén la arena verde en un contenedor cubierto para evitar que el agua se evapore antes de que sea utilizada.

Utiliza una máscara cuando mezcles la arena y arcilla. Las partículas pequeñas pueden ser inhaladas y causar problemas respiratorios.

Siempre utiliza ropa protectora, guantes y gafas cuando manejes metal fundido.

Nunca utilices arcilla refractaria en vez de arcilla de bentonita. El moldeo de acero e hierro requiere una mezcla de arena verde

humedecida con aceite en vez de agua, debido a las altas temperaturas necesarias para fundirlos. No utilices mezclas de arena humedecidas con agua para el acero e hierro porque la acumulación de vapor puede causar una explosión en el molde.

3. PRINCIPALES PROPIEDADES DE LA ARENA DE MOLDEO. 3.1 Equipo utilizado Para determinar las propiedades de la arena se utilizara el

siguiente equipo: Apisonador. Este aparato es utilizado para la construcción de los

especímenes a fin de realizar las distintas pruebas, además en este aparato se puede medir directamente la compactibilidad.

Maquina universal. En la cual se llevan a cabo las pruebas para determinar los valores de esfuerzos cortantes y de compresión, para la arena húmeda y seca.

Permeámetro. Mide la propiedad que permite a la arena ser atravesada por los gases y que permite la evacuación de estos del molde en el momento.

Tamizador. Determina la fineza de la arena de fundición. Este es designado para clasificar de manera certera y consistente todos los tipos de muestras de laboratorio. Para esto se define el índice de finura, el cual indica el tamaño del grano de la muestra.

Medidor de contenido de arcilla. Mide el contenido de bentonita a partir del contenido de arcilla presente en la arena. Se tienen 3 tipos de contenido de arcilla:

1) Arcilla total; es el contenido de arcilla obtenida de la preparación de la muestra con ayuda del equipo ultrasónico, el cual se encarga de destruir los granos de arena y desprender el total de las moléculas de arcilla obteniendo una muestra homogénea.

2) Arcilla dispersada; es la cantidad de arcilla obtenida en esta prueba, donde la arcilla se encuentra en forma no homogénea.

3) Arcilla suprimida; es la diferencia entre la arcilla total y la dispersada.

Equipo para prueba de humedad. Este aparato utiliza carburo de calcio, el cual reacciona con la humedad que tiene la muestra de arena generando un gas a presión; ésta es leída por un manómetro que traduce su lectura en porcentaje de humedad.

Equipo para prueba de friabilidad y moldabilidad. Se utiliza para determinar los siguientes

índices: ß Índice de friabilidad: indica la habilidad de la arena compactada

de moldeo, para resistir la abrasión o desgaste en los primeros milímetros de la superficie de un molde.

ß Índice de moldabilidad: indica la facilidad con que la arena toma la forma del molde.

Con la ayuda de los equipos antes mencionados se obtuvieron los siguientes datos.

3.2. Propiedades de moldes para la elaboración producto pequeño. PROPIEDAD VALOR ESTADO Compactibilidad 12% Bueno Permeabilidad 49 - Compresión (verde) 10.4 psi. - Compresión (seco) 93.5 psi - Cortante (verde) 2.1 psi - Cortante (seco) 20 psi - Contenido de arcilla total 11% Bueno Contenido de arcilla dispersada 10.6% Bueno Contenido de arcilla suprimida 0.4% Bueno Índice de moldabilidad 66.73% Bueno Índice de friabilidad 1.6% Bueno Índice de finura 33.45 - Porcentaje de humedad 10.3% -

3.3. Propiedades de moldes para la elaboración producto mediano 1.

PROPIEDAD VALOR ESTADO Compactibilidad 16% Bueno Permeabilidad 245% - Compresión (verde) 14 psi - Compresión (seco) 93.5 psi - Cortante (verde) 3.7 psi - Cortante (seco) 22 psi -

Contenido de arcilla total 13.4% Bueno Contenido de arcilla dispersada 13% Bueno Contenido de arcilla suprimida 0.4% Bueno Índice de moldabilidad 36.78% Malo Índice de friabilidad 0.4% Bueno Índice de finura 19.4 - Porcentaje de humedad 11.8% - 3.4. Propiedades de moldes para la elaboración producto mediano

2. PROPIEDAD VALOR ESTADO Compactibilidad 16% Bueno Permeabilidad 135% - Compresión (verde) 12.6 psi - Compresión (seco) 93.5 psi - Cortante (verde) 2.8 psi - Cortante (seco) 21 psi - Contenido de arcilla total 23% Malo Contenido de arcilla dispersada 22% Malo Contenido de arcilla suprimida 1% Malo Índice de moldabilidad 45.57% Bueno Índice de friabilidad 0.7% Bueno Índice de finura 23.95 - Porcentaje de humedad 10.9% -

3.5. Propiedades de moldes para la elaboración producto grande1.

PROPIEDAD VALOR ESTADO Compactibilidad 4% Bueno Permeabilidad 86% - Compresión (verde) 6.9 psi - Compresión (seco) 68 psi - Cortante (verde) 1.2 psi - Cortante (seco) 10.5 psi - Contenido de arcilla total 19.4% Bueno Contenido de arcilla dispersada 19% Bueno Contenido de arcilla suprimida 0.4% Bueno Índice de moldabilidad 23.29% Malo Índice de friabilidad 36.8% Malo Índice de finura 29.51 - Porcentaje de humedad 12.4% - 4. FORMULACIÓN IDÓNEA PARA LAS ARENAS DE MOLDEO REQUISITOS DE LOS MODELOS: CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO • Extracción del modelo: salidas • Incorporar contracción

• Creces de mecanizado • Portadas MATERIALES PARA MODELOS • Función del tamaño de la serie • Madera • Metálicos: hierro fundido, aluminio • Resinas PLACAS MODELO FUNCIONES • Evitar que el fundido ocupe zonas internas (agujeros) FUNCIONES Y FABRICACIÓN DE MACHOS • Resolver contrasalidas, zonas poco resistentes, etc. OBTENCIÓN • Cajas de machos • Arenas