Fundición en arena

La fundición en arena es un proceso en el que se funde metal fundido en un molde hecho de una mezcla de arena. En el pasado, el proceso era rentable sólo para producciones de pequeño volumen. Pero hoy en día también es apto para producciones de gran volumen gracias a los equipos automatizados para la fabricación de moldes de arena.
Las piezas fundidas en arena generalmente tienen una superficie rugosa, a veces con impurezas superficiales y variaciones en la superficie. Este proceso suele fabricar piezas de tamaño mediano a grande, como cuerpos de válvulas, cigüeñales y bloques de motor. La precisión dimensional y el acabado superficial de la pieza fundida dependen del tipo de arena y del proceso de moldeo.
Hay dos tipos principales de arena que se utilizan para moldear: arena verde y arena seca. La arena verde se compone de arena de sílice, arcilla, humedad y otros aditivos. La arena seca es una mezcla de arena y adhesivo de curado rápido. Cuando se utiliza arena seca, a menudo se la denomina fundición en molde sin horneado o fundición en arena con aire. Las piezas fundidas hechas de arena verde gruesa suelen tener una superficie rugosa, mientras que los moldes de aire pueden producir piezas fundidas con superficies mucho más lisas.
Se hace un patrón con la forma de la pieza deseada, pero se amplía para tener en cuenta la contracción y los márgenes de mecanizado en la fundición final. El patrón suele estar hecho de madera o plástico y puede reutilizarse para producir nuevos moldes de arena. Se pueden utilizar núcleos de arena para dar forma interior a las piezas huecas de la pieza fundida.
Se utiliza una caja de metal (el matraz) para hacer el molde de arena. Por lo general, consta de dos mitades para formar las partes superior e inferior del molde, denominadas cubierta y arrastre respectivamente. El patrón se coloca en el matraz y luego se llena con una mezcla de arena formando una cavidad de molde. Si es necesario, se coloca un tapón temporal para formar un canal para verter el metal fundido (el llamado bebedero). Después de eso, se retiran el patrón y el tapón del canal, dejando la cavidad del molde y el canal de vertido. La capa y el arrastre se preparan por separado y luego se ensamblan para formar un molde.
El metal fundido se vierte en el molde a través de un bebedero, que transmite el metal fundido a través de canales hacia la cavidad del molde. Una vez que el metal fundido se ha solidificado y enfriado, la pieza fundida se retira del molde de arena. Generalmente, no se utiliza ningún agente desmoldante y el molde de arena se destruye en el proceso de eliminación. La arena verde se puede reutilizar tras ajustar su composición compensando la pérdida de humedad y aditivos.

Porosidad o permeabilidad
Es la capacidad de la arena por la cual permite que los gases la atraviesen fácilmente.
Algunos gases se disuelven en el metal fundido y cuando este metal fundido comienza a solidificarse, estos gases disueltos salen del metal fundido e intentan escapar de la arena de moldeo. Si la arena no es lo suficientemente porosa, estos gases no podrán salir del molde y quedarán atrapados en la pieza fundida y producirán agujeros y poros en la pieza fundida de metal. Además si el metal fundido entra en contacto con la arena húmeda, se produce vapor o vapor de agua. Este vapor o vapores también provocan la formación de agujeros en la pieza fundida si no pueden escapar del molde. Por lo tanto, se recomienda utilizar arena de moldeo suficientemente porosa para eliminar el defecto de porosidad en la fundición de metales.

Fluidez
La capacidad de la arena de moldeo para comportarse como un fluido cuando se apisona se llama fluidez.
Debido a esta propiedad, la arena puede ocupar fácilmente el espacio en la caja de moldeo y adoptar su forma. Esto permite que la arena se comprima hasta alcanzar una densidad compacta y se acumule alrededor del patrón. La arena debe ser de alta fluidez, de modo que pueda compactarse fácilmente para lograr una densidad uniforme y obtener una buena impresión del patrón en el molde. La fluidez de la arena puede aumentar a medida que aumenta el contenido de arcilla y agua en la arena.

colapsabilidad
La capacidad de la arena de moldeo para colapsar después de la solidificación del metal fundido se llama colapsabilidad.
Después de la solidificación del metal fundido, la arena debe colapsar para que el metal se contraiga libremente. Si se produce una contracción libre del metal, se elimina naturalmente el desgarro o agrietamiento del metal que se contrae.

Viscosidad
La capacidad de las partículas de arena para adherirse a otro cuerpo se llama adhesividad.
La arena debe tener suficiente adhesividad para que pueda adherirse fácilmente a los lados de las cajas de moldura y no caerse de la caja cuando se retira.

Cohesión o fuerza
La capacidad de las partículas de arena para pegarse entre sí se llama cohesividad.
La fuerza de la arena depende de cuán cohesivas sean las partículas de arena. La arena debe tener suficiente resistencia para que pueda conservar fácilmente su forma durante el transporte, el volteo o el cierre y vertido. Si no tiene la resistencia adecuada, no podrá mantener su forma y el molde podría dañarse durante el vertido del metal fundido. La arena de baja resistencia provoca defectos de fundición en metales. Para evitar defectos de vertido, la arena debe tener suficiente resistencia para producir un molde con la forma deseada y también conservar esta forma incluso cuando el metal fundido se vierte en la cavidad de moldeo.
La resistencia de la arena puede ser de dos tipos.
Fuerza verde: La fuerza de la arena que posee en su estado verde o húmedo se llama fuerza verde. El molde con una resistencia en verde adecuada conserva su forma y no colapsa incluso cuando se retira el patrón de la caja de moldeo.
Resistencia en seco:La resistencia que posee la arena en su estado seco o cocido se denomina resistencia seca. Una resistencia suficiente en seco permite que la arena resista las fuerzas erosivas debidas al metal fundido y ayuda a conservar su forma.

Obstinación
La capacidad de la arena de moldeo para resistir la alta temperatura del metal fundido sin fusionarse se llama refractariedad.
La arena de moldeo debe tener suficiente propiedad de refractariedad para producir una excelente calidad de fundición libre de defectos. La arena con falta de refractariedad se derrite y se funde en la fundición y estropea la calidad del metal fundido. La refractariedad es la medida del punto de sinterización de la arena, no su punto de fusión.