Arenas de moldeo y Noyería - Materiales Ferrosos y sus Aplicaciones

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Materiales Ferrosos y sus Aplicaciones
ARENAS DE MOLDEO Y NOYERIA
GENERALIDADES:
Las arenas de moldes perecederos y noyos están hechas en base a arena de cuarzo
preparadas en forma artificial. Prácticamente no se usan arenas naturales para moldes y
noyos destinados a materiales ferrosos.
Se entiende por molde a una reproducción en negativo de la pieza a construir, y por noyo
al cuerpo que forma la parte hueca de la misma.
Los procesos de moldeo más utilizados son:
- molde permanente metálico (coquilla o fundición a presión en caja fría o caliente)
- molde semipermanente (idéntico al anterior con el agregado de noyos)
- molde perecedero (arena o cerámico Shaw o lnvestment Cast)
CARACTERÍSTICAS DE LAS ARENAS DE MOLDEO Y NOYERIA:
a.- Plasticidad: es la propiedad fundamental que deben tener estas arenas para que
copien fielmente la forma del modelo al ser compactadas.
b.- Consistencia: las arenas deben ser consistentes para mantener la forma que
adquirieron al ser moldeadas.
c.- Permeabilidad: deben ser permeables para permitir el escape de gases generados
durante la colada además del aire contenido en la caja de moldeo.
d.- Refractariedad: característica necesaria para evitar la sinterización de la arena por el
alto punto de fusión del metal. La falta de resistencia al calor hace que los moldes se
deformen por la temperatura del metal líquido y la arena, por llegar a su temperatura de
reblandecimiento, funde y queda adherida a la pieza.
e.- Colapsabilidad: la arena debe deshacerse inmediatamente después de fundida la pieza
para que permita la contracción del metal y el desmolde.
CLASIFICACION DE LAS MEZCLAS DE ARENAS DE MOLDEO:
a.- Naturales: son de baja refractariedad por el alto contenido de impurezas, no necesitan
aglutinantes por su contenido de arcilla. Están actualmente en desuso utilizándose para
fundiciones no ferrosas.
b.- Verde sintética: está compuesta por arena de cuarzo, 4 a 5 % de bentonita y 2 a 3 %
de agua. La bentonita, al entrar en contacto con el agua, forma una gelatina (ligante)
aumentando su volumen y uniendo así los granos para formar el molde. La mezcla se
realiza en molinos. Esta arena se recupera cuando se produce el desmolde, pero pierde
paulatinamente permeabilidad debido a un afino en el grano.
Se utiliza en moldeo manual o seriado, para metales ferrosos y no ferrosos, y en piezas de
hasta 25 kg. Aproximadamente.
c.- Autofraguante: esta arena se prepara en la misma fundición y está formada en base a
arena de cuarzo, 2 % de resma (fenólica, furánica o aceite de lino) y 0.5 % de catalizador.
Primero se mezcla la resma con la arena para cubrir los granos de la misma, luego se
agrega el catalizador (cuya función es acelerar la reacción para que fragúe la resma) y
finalmente se aplica sobre el modelo para lograr el moldeo.
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Tiene una vida de banco (tiempo durante el cual es posible utilizarla) de 20 minutos y se
utiliza para el moldeo de piezas grandes (peso mayor a 30 kg.).
Algunos tipos deben colarse 24 horas después de moldeadas. La recuperación para
reutilizarlas es complicada y costosa, debiéndose usar casi el mismo porcentaje de resina
y catalizador para el fraguado. Por ser un material orgánico tiene una buena
colapsabilidad.
d.- Shell-Moulding: la arena utilizada en este proceso viene revestida con una resma que
fragúa por temperatura. La arena se aplica sobre el molde metálico caliente a una
temperatura de 220-240 0C para el fraguado, formándose una cáscara sobre el modelo
que copia muy bien las formas y dimensiones del mismo. Esta arena se utiliza para piezas
pequeñas (peso hasta 10 kg.> y de formas exteriores muy complejas. Es un molde de alto
costo, pero tiene muy buen control dimensional y terminación superficial.
e.- Arenas con cemento: están formadas básicamente por una arena silícea con 7-9 % de
cemento, 5 % de agua y 2 % de melaza o mogul. (Para darle colapsabilidad). De todos
modos esta es baja, y por eso debe usarse para moldes externos y sin contrasalidas. Se
aplica a piezas grandes, mayores de 500 kg, y se debe colar 24 hs. después de
moldeadas.
f.- Arenas con silicato: se utilizan arenas mezcladas con silicato de sodio a las cuales se
les hace pasar una corriente de C02 como fraguante. Los moldes así obtenidos son muy
baratos y se utilizan para piezas que no tengan contrasalida (no es colapsable) y de gran
tamaño (peso mayor a 100 kg.). Este tipo de arenas presentan la desventaja de ser
altamente higroscópicas, por lo cual son muy sensibles a la humedad.
g.- Método de cera perdida: este método surge a partir de la necesidad de lograr
tolerancias cada vez más estrictas en las piezas obtenidas por fundición. Se aplica para
piezas pequeñas, hasta 1 kg.
Consiste en preparar un modelo de cera, sumergirlo en una serie de lechos fluidos
refractarios hasta obtener una capa de recubrimientos que rodean al modelo de cera, y
luego mediante la aplicación de calor derretir el modelo de cera, obteniéndose de esta
manera un molde con la forma de la cavidad desalojada por la cera.
Una vez secado el molde proveniente de los lechos fluidos se cuela el metal, que puede
ser de cualquier tipo. Para extraer las piezas fundidas se aplica un chorro de agua o vapor
a presión o bien se limpia con soda cáustica o ácidos dependiendo el tipo de refractario
utilizado.
Para la fabricación de los modelos de cera se utiliza una matriz de acero (mecanizada con
alta precisión). La cera se cuela dentro del molde a presión. La gran ventaja en este tipo
de proceso es que el molde así obtenido (molde primario fabricado en acero) está
sometido a bajas presiones y temperaturas lo cual evita desgastes y pérdidas de ajuste.
Para efectuar la colada en el molde, puede colocarse en una plataforma giratoria para
aplicar centrifugado.
Lo más costoso del proceso es la obtención de los modelos de cera dadas las
características que debe reunir el molde primario. Es posible obtener estos moldes
primarios fabricando primero un molde de acero y vulcanizando goma a presión encima del
mismo o bien sumergiendo el modelo de metal en un lecho fluido de metal de bajo punto
de fusión.
Mediante este método es posible obtener piezas tales como partes de válvulas, pequeños
engranajes, magnetos, piezas de joyería, herramientas para cirugía y odontología, piezas
para armas, motores, etc.
Utilizando este proceso de fabricación de piezas fundidas se obtienen tolerancias lineales
de 0.5 % o menores, pudiendo utilizarse como funcionales brutos de fundición.
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CLASIFICACION DE LAS MEZCLAS DE ARENAS DE NOYERIA:
Para lograr los huecos internos en las piezas fundidas se utilizan los noyos. Estas piezas
se fabrican utilizando arenas especiales que luego se moldean para obtener dichos noyos.
Deben tener alta colapsabilidad.
a.- Shell-Moulding: es similar a la utilizada para moldeo. Proporciona muy buena
terminación superficial a la pieza. Se utiliza para la construcción de noyos pequeños y en
la fabricación de grandes series (máquinas automáticas).
b.- Arena autofraguante: es igual a la descripta para el molde. Su tiempo de fraguado es
de aproximadamente 20 minutos. Se utiliza para pequeñas series (debido a su tiempo de
fraguado) y noyos de todos los tamaños.
c.- Método de caja fría: se mezcla la arena con resinas alquídicas o fenólicas. Una vez
dada la forma al noyo se le inyecta gas para fraguar. Se utiliza en la fabricación de
grandes series de noyos no muy grandes.
d.- Método de caja caliente: la caja se encuentra a alta temperatura y el proceso es similar
al de caja fría.
e.- Arenas con aceite de lino: se utiliza aceite de lino como aglomerante y se mezcla junto
con la arena, kerosén y bentonita. Es un método antiguo que está en desuso debido a los
grandes herramentales que se necesitan para estufarlos y fraguar el aceite.
MATERIALES PARA MODELOS
GENERALIDADES:
El tema de los modelos es muy amplio pues la gran variedad de piezas fundidas (desde
pocos gramos a varias toneladas, con producciones de una única pieza a grandes series)
introduce en el diseño de los mismos variaciones sustanciales en los materiales a emplear
en su fabricación como así también en los procesos a utilizar.
La calidad de las fundiciones es influida por los modelos empleados, y la calidad de éstos
es un compromiso entre la economía y las necesidades de producción.
La calidad y tipo de modelos a utilizar, depende básicamente de la cantidad de piezas a
fabricar. Si es una o dos piezas, utilizaremos modelos de telgopor, yeso, o la misma pieza
que debemos reemplazar; se le agregan sobreespesores de mecanizado, y si es grande,
compensación por contracción.
Para grandes series tendrá que disponerse de un herramental sofisticado y costoso
(modelos y cajas de noyos metálicos, placas para moldear en máquinas automáticas,
máquinas para el ensamblado de noyos, etc.).Para cantidades intermedias, usaremos
modelos de madera o metálicos sueltos o emplacados.
MATERIALES USADOS EN LA FABRICACION DE MODELOS:
Para la fabricación de modelos se emplean materiales muy variados como madera,
metales blancos, aleación de aluminio, fundición de hierro, yeso, materiales epoxi y
telgopor.
a.- Madera: toda madera que se emplee para la fabricación de los modelos deberá ser
estacionada o estufada y almacenarse para impedir la reabsorción de agua. Es muy
importante mantener la humedad en la madera en un valor bajo y constante para impedir
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el alabeo, el hinchamiento y las costosas reparaciones que tengan que hacerse durante su
uso. Por lo general se usa en la fabricación de modelos patrones los cuales se utilizan
para el moldeo de los modelos metálicos.
Como ventajas pueden destacarse su escaso peso y rapidez de montaje. Sus desventajas
son la sensibilidad a la humedad y confección artesanal. No debe excederse el traqueteo
ni apisonado.
Su duración ronda las 500 piezas por la acción abrasiva de la arena. Se utiliza en moldeo
manual, si bien en algunos casos se emplaca.
b.- Yeso: el yeso puede usarse con ventaja en muchas aplicaciones de modelos como por
ejemplo para la fabricación del modelo entero, como material para la placa modelo o para
hacer modelos patrones. Puede cortarse fácilmente con sierra O cuchilla, tornearse,
modelarse por medio de rascado con una pieza laminada de metal o bien por vertido del
yeso en un molde.
Puede mezclarse con trozos de cáñamo o yute para dar tenacidad o impregnarse con un
plástico duro y fuerte para reforzarlo.
Se usa para series muy bajas.
c.- Plástico: el modelo de plástico puede inyectarse en una matriz para formar el mismo o
bien ser mecanizado a partir de un bloque (de tamaño apropiado). Puede ser colado en un
molde de yeso o bien ser fabricado con sucesivas capas de plástico y un material de
refuerzo como la fibra de vidrio. Las resinas fenólicas y epóxicas son las más utilizadas en
el método de construcción laminada sobre molde de yeso, pudiendo adosarse placas de
metal o madera.
Son utilizados en el método de cera perdida.
Las resinas epóxicas son fáciles de reparar, no poseen contracción durante el curado y
curan a temperatura ambiente. Son insensibles a los productos químicos y de construcción
ligera.
Son de bajo costo y elevada calidad, por lo que son indicadas para grandes series.
d.- Fundición de hierro: el modelo de fundición es resistente a la abrasión de la arena y
puede lograrse sobre ellos un muy buen acabado superficial. Es aconsejable para el
colado de piezas con cantos vivos.
Su uso mayor se registra en el moldeado para grandes series, no siendo aconsejable en
moldeo manual debido a su excesivo peso.
e.- Latón: el latón es de fácil conformación y es soldable (facilita la fabricación de racimos),
por lo que es aconsejable para la fabricación de pequeños modelos (en tamaño y espesor)
de muy buen acabado superficial. Puede usarse como reemplazo de la fundición de hierro.
Es resistente al orín y a la coquilla.
f.- Aleación de aluminio: es liviano por lo que se lo puede utilizar en las placas como
modelos de una o dos caras. Es inmune a la formación de orín y a los efectos de la
coquilla.
Se la utiliza para moldeo en cajas en máquinas pequeñas de compresión accionadas a
mano o por medios neumáticos.
g.- Telgopor: se utiliza para piezas de poca producción (máximo 5 unidades), poca calidad
superficial, formas complicadas y tamaños variables.
Permite el confeccionado de grandes piezas mediante el pegado sucesivo de capas de
material.
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CRECES Y TOLERANCIAS
El proceso de obtención de una pieza fundida exige la consideración del agregado de los
sobre espesores de material necesarios para compensar las contracciones por solidificación, los
espesores de mecanizado, los ángulos de salidas y la terminación superficial.
Las creces de mecanizado y las tolerancias dimensionales son funciones que dependen de la
dimensión (magnitud de la cota), del material del molde, del método de moldeo, de la calidad del
proceso, etc. Es por eso que para determinar estos parámetros recurrimos a las tablas que se
incluyen a continuación.
Los pasos a seguir para realizar los cálculos son los que se muestran el la figura. Se parte de
la pieza terminada, cuyas dimensiones son a,b,c, etc. y se aplica:
1- Creces de mecanizado mas tolerancias dimensionales.
a ' = a + cm + td
2- Compensación por contracción (*).
a" = a + td + Ct
donde:
cm = creces de mecanizado
ver TABLA A del anexo
td = Tolerancias dimensionales
ver TABLA B de anexo.
Ct = •.•t.a es la dilatación térmica.
(*) Si el modelo es metálico se debe considerar además la contracción de este último, por lo que
la ecuación 2- resulta ser:
a ′′′ = a"+Ct 2
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