Moldeo en arena Es un proceso de fabricación de metales en el que se vierte metal fundido en un molde hecho de arena. Es como construir castillos de arena en la playa, solo que en lugar de agua para mantener la arena unida, se utilizan aglutinantes especiales y, en lugar de llenarlo con aire, se llena con metal líquido que se endurece y adquiere la forma deseada.
Este método de fabricación existe desde hace más de 6,000 años. Hoy en día, produce de todo, desde bloques de motor hasta esculturas decorativas.
La belleza de la fundición en arena reside en su simplicidad. Se compacta arena alrededor de un molde, se retira para dejar una cavidad y luego se llena con metal fundido.
Primero, se crea un patrón: una réplica exacta de la pieza que se desea fabricar. Este patrón suele estar hecho de madera, plástico o metal y es ligeramente más grande que la pieza final para compensar la contracción del metal durante el enfriamiento.
Piensa en el patrón como una copia maestra. Al igual que usar un cortador de galletas para dar forma a la masa, este patrón moldeará la arena.
Se coloca arena especial para moldeo alrededor del patrón dentro de un marco metálico llamado caja. La caja suele tener dos mitades: la superior (cope) y la inferior (drag).
La mezcla de arena contiene arcilla y agua, lo que la hace adherida como arena húmeda de playa. Al comprimirla alrededor del patrón, mantiene su forma a la perfección.
Separa con cuidado las mitades del matraz y retira el molde. Ahora tienes una impresión negativa perfecta de tu pieza en la arena.
En esta cavidad es donde ocurre la magia. Tiene la forma exacta de la pieza que quieres crear.
Se cortan canales llamados compuertas y canales en el molde de arena. Estos canales guían el metal fundido desde el punto de vertido hasta la cavidad.
También se añaden elevadores, canales verticales que actúan como depósitos. Alimentan metal adicional a la pieza fundida a medida que se contrae durante el enfriamiento, lo que previene defectos.
Vuelva a juntar la tapa y el eje y sujételos firmemente. Cualquier desalineación en esta zona provocará una pieza defectuosa.
Unos pequeños pasadores o guías aseguran que las dos mitades queden perfectamente alineadas. El peso de la arena y las abrazaderas evitan que el molde se separe al verter el metal.
Calentar el metal hasta que esté completamente líquido y luego verterlo en el molde a través del sistema de colada. La temperatura depende del metal: el aluminio se funde a unos 1,220 °F, mientras que el acero necesita temperaturas superiores a 2,500 °F.
Vierta de forma constante y continua. Las paradas y arranques pueden generar puntos fríos y puntos débiles en la pieza final.
Deje que el metal se enfríe y endurezca dentro del molde. El tiempo de enfriamiento varía desde minutos para piezas pequeñas de aluminio hasta horas para piezas grandes de hierro fundido.
Los elevadores que añadiste anteriormente siguen alimentando metal líquido a la pieza principal a medida que se contrae. Esto evita la formación de huecos o huecos.
Una vez enfriado, desarma el molde de arena para revelar la pieza metálica. La arena suele reciclarse para la siguiente fundición.
Tu pieza tendrá metal adicional adherido de las compuertas y los elevadores. Estos deben cortarse en el siguiente paso.
Retire el exceso de metal de las puertas y contrahuellas con sierras o amoladoras. Lije o granalle la superficie para eliminar cualquier resto de arena.
Dependiendo de los requisitos, también puede tratar térmicamente la pieza para reforzarla o mecanizarla para obtener dimensiones precisas.
La arena verde es el material de moldeo más común y representa aproximadamente el 60 % de toda la fundición en arena. A pesar de su nombre, no es de color verde; "verde" significa que contiene humedad.
Esta mezcla combina arena de sílice (85-95%), arcilla bentonítica (4-10%) y agua (2-5%). La arcilla actúa como pegamento, uniendo los granos de arena al humedecerse.
La arena verde es económica y reutilizable. Puedes desmenuzarla después de moldearla, añadirle un poco de agua y reutilizarla inmediatamente.
La arena de olivino proviene de un mineral verdoso que soporta mejor el calor extremo que la arena de sílice convencional. Es perfecta para la fundición de acero y otros metales de alta temperatura.
Esta arena produce superficies más lisas. acabados superficiales porque no se expande tanto cuando se calienta. Menos expansión significa menos grietas y defectos en su fundición.
¿La desventaja? El olivino es más caro que la arena común y no se consigue fácilmente.
La arena de cromita es la mejor entre las arenas de moldeo. Su alta conductividad térmica disipa el calor del metal fundido con mayor rapidez, creando estructuras de grano más fino en la pieza fundida.
Este efecto de enfriamiento rápido es especialmente valioso para piezas fundidas de acero pesado. Este enfriamiento más rápido previene defectos y mejora las propiedades mecánicas del metal.
La arena de cromita también resiste mejor la penetración de metales que la arena de sílice. Esto se traduce en superficies más limpias que requieren menos trabajo de acabado.
La arena de circón presenta la menor expansión térmica de todas las arenas de moldeo. Mientras otras arenas se expanden y agrietan bajo temperaturas extremas, el circón se mantiene estable.
Esta estabilidad lo hace ideal para fundiciones de precisión donde la precisión dimensional es crucial. Se utiliza comúnmente en componentes aeroespaciales y álabes de turbinas.
El circón también crea acabados superficiales excepcionalmente lisos. Sin embargo, es la opción más cara, llegando a costar a veces diez veces más que la arena de sílice.
La arena de chamota es arcilla refractaria reciclada, triturada en gránulos. Es esencialmente un material cerámico precocido que soporta temperaturas extremas sin descomponerse.
Esta arena es ideal para piezas de acero de gran tamaño donde se necesita un molde estable que no se mueva ni se deforme. Es especialmente útil para piezas que tardan horas en enfriarse.
Aunque no es tan común como otras arenas, la chamota ofrece una excelente reutilización. Puede soportar múltiples ciclos de colada sin degradarse.
Las piezas fundidas en arena suelen tener una rugosidad superficial de 250 a 500 micropulgadas. El acabado depende del tamaño del grano de arena: la arena más fina crea superficies más lisas, mientras que la arena gruesa deja una textura más rugosa.
Las paredes de la pieza de arena deben tener un grosor mínimo de 3 mm (1/8 de pulgada) para piezas pequeñas y de 6 mm (1/4 de pulgada) para piezas más grandes. Las paredes más delgadas pueden provocar un llenado incompleto o grietas durante el enfriamiento.
La arena verde contiene humedad y arcilla como aglutinantes, mientras que los moldes de arena seca se hornean para eliminar la humedad. La arena seca permite obtener dimensiones más precisas, pero requiere más tiempo y es más costosa.
Sí, los machos de arena colocados dentro del molde crean secciones huecas. Tras la fundición, se rompen estos machos para dejar cavidades internas, ideales para piezas como bloques de motor con canales de refrigeración.
La fundición en arena suele alcanzar tolerancias de ±0.5 mm a ±3 mm, según el tamaño. Es menos precisa que la fundición a presión o fundición de inversión pero lo suficientemente preciso para muchas aplicaciones.
