UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO DE ANZOATEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECNICA

SECCION DE MATERIALES Y MANUFACTURALABORATORIO DE PROCESOS DE MANUFACTURA I

Arenas de Moldeo

Revisado por: Realizado por:Prof. Luis Martinez. Villarroel, Daniel C.I. 23.536.274

Seccin: 22 Barcelona, Mayo de 2015RESUMEN

La prctica se fundament en la realizacin de ensayos de resistencia al corte y compresin a distintas muestras de arena con distintos porcentajes de humedad, esto con la finalidad de determinar las propiedades que la humedad le confiere a la arena verde y establecer cul es el porcentaje de humedad ms adecuado para la elaboracin de moldes para fundicin en el laboratorio, esta prctica se realiz en la maquina universal de ensayos de corte y compresin donde para cada porcentaje de humedad estipulado se hicieron tres ensayos de corte y tres ensayos de compresin para obtener un promedio de cada uno y posteriormente se pudo determinar que el porcentaje que confiere mayor resistencia tanto al corte como la compresin es el de 6% en la arena utilizada en laboratorio, lo cual corrobora los valores tericos esperados.

INDICEPag.RESUMEN..II

INDICE....3

I. INTRODUCCIN..4

II. MARCO TEORICO5

III. OBJETIVOS..7

3.1 Objetivo General 7

3.2 Objetivos Especficos7

IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS..8

4.1 Equipos.8

4.2 Materiales.8

4.3 Sustancias8

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL9

VI. RESULTADOS..10

VII. ANLISIS DE LOS RESULTADOS12

VIII. CONCLUSIONES.13

IX. REFERENCIAS.14

X.APNDICES15

IV. 10.1 Apndice A: Muestra de clculo.15

10.2 Apndice B: Anexos16

I. INTRODUCCIN

Desde el punto de vista industrial, los procesos de fundicin definen uno de los grupos ms importantes de produccin y en la mayora de ellos se utiliza la arena verde debido a su bajo costo esta est compuesta principalmente por arena de slice, arcilla y agua, la arcilla cumple la funcin de aglutinante en esta aunque a veces se utilizan otros como resina y aglutinantes orgnicos.La arena posee ciertas caractersticas y propiedades que son indispensables para su utilizacin en la fabricacin de moldes para el proceso de fundicin entre ellas tenemos la resistencia al corte y la resistencia a la compresin, la resistencia al corte se puede definir como la resistencia que pone la arena compactada a ser separada por un esfuerzo cortante, mientras que la resistencia a compresin es la resistencia que esta opone a ser deformada, es de suma importancia el estudio de estas propiedades para determinar los valores de mxima resistencia que puede ofrecer un molde de arena.Las caractersticas ideales de un molde se pueden resumir nicamente en que este sea capaz de mantener su forma hasta que el metal fundido solidifique, permita la fcil extraccin de la pieza, sea lo suficientemente permeable para que deje escapar los gases y que permita el llenado correcto del mismo con la menor cantidad de turbulencias.La arena es utilizada en procesos de fundicion donde se requiere obtener formas complicadas, ya que estos moldes permiten la extraccin de las mismas ya que se pueden romper. Para obtener esto la arena utilizada por excelencia actualmente es la arena de slice por sus propiedades refractarias lo que permite soportar estas altas temperatura que se generan en los procesos de fundicin.Para esta prctica evaluaremos los efectos que tiene la humedad sobre las propiedades de la arena, especficamente la resistencia al corte y a la compresin de la arena verde.

II. MARCO TERICO

La arena de moldeo es la mezcla preparada en base a una arena generalmente Slice, aglutinante y agua que se emplea en la fabricacin de partes de un molde, en estas arenas de moldeo los aglutinantes son arcillas. Este mtodo es el ms econmico para fabricar piezas fundidas y tiene mayor flexibilidad para tamaos y formas especficamente, las aleaciones de bronce y aluminio presentan dificultad en colarse en moldes de arena verde (es decir, que contienen humedad) debido a las altas tendencias de oxidacin de los aleantes y la posibilidad de una superficie con agujeros finos y porosidades en la pieza fundida y acabada. Los defectos causados por la alta humedad en los moldes de arena verde pueden ser minimizados por el empleo de moldes secos. Cuando se hace la fundicin en moldes de arena verde, el contenido de humedad ser controlado, ser lo ms bajo posible para evitar los pinoles y porosidad. La excesiva humedad puede contribuir a la formacin de superficies oxidadas.Clasificacin de las arenas de moldeo por su origen:1. Naturales o tierras de moldeo.2. Sintticas.Por la humedad que tengan: Verdes o magras: se emplean para obtener piezas pequeas el contenido en arcilla es bajo y la humedad de estas permanece constante. Secas o grasas: se han obtenido a base de un secado controlado para mejorar la permeabilidad.Por su aplicacin en el moldeo: De revestimiento o de contacto: en contacto con la pieza. De relleno.Segn su utilizacin: Para molde. Para macho. Las arenas de fundicin son Slice (SiO2) o Slice mezclado con otros minerales. La arena debe tener buenas propiedades refractarias, es decir, capacidad para soportar temperaturas altas sin que se funda o sufra algn otro tipo de degradacin. Otras caractersticas importantes de la arena son el tamao de grano, su distribucin en la mezcla y la forma de los granos individuales. Los granos pequeos dan una mejor superficie al terminado de la pieza fundida, pero los de tamao grande son ms permeables (para permitir el escape de los gases durante el vertido) los moldes elaborados con granos irregulares tienden a ser ms fuertes que los hechos con granos redondeados debido a la imbricacin, aunque esta tiende a restringir la permeabilidad. Al hacer el molde, los granos de arena se mantienen unidos por una mezcla de agua y arcilla adhesiva. Una mezcla comn (el volumen) es de 90% de arena, 3% de agua y 7% de arcilla. Para mantener a la arcilla en su sitio se emplean distintos agentes adhesivos como resinas orgnicas (por ejemplo resinas fenlicas) y aglutinantes inorgnicos (por ejemplo silicato de sodio y fosfato). Adems de la arena y el aglutinante, en ocasiones se agregan aditivos a la mezcla a fin de mejorar propiedades tales como la resistencia o la permeabilidad del molde.

III. OBJETIVOS3.1. General3.1.1 Estudiar el comportamiento de la resistencia a la compresin y al corte en las arenas verdes de moldeo variando el porcentaje de humedad.

3.2. Especficos

3.2.1 Estudiar la capacidad de resistencia de la arena verde al corte soportando una carga continua.3.2.2 Determinar la influencia de la humedad en la resistencia a compresin de la arena de moldeo.3.2.3 Determinar el porcentaje de humedad ptimo para la confeccin de moldes de arena verde.

IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS

4.1 Equipos: Compactador Marca: Harry W. Dieferth Co. Apreciacin: 0.1 psi. Maquina Universal de EnsayoHarry W. Dieferth Co Apreciacin: 0.1 psi. Camisa de Probeta. Saca Probeta. 1 Par de Mordaza de compresin. 1 Par de Mordaza de corte. Tamizador Cilindro graduado 1000ml.

4.2 Materiales: Agua Arena Verde seca

V. PROCEDIEMIENTO EXPERIMENTAL5.1 Se seleccionaron aproximadamente 20 libras de arena seca.5.2 Se procedi a pasar la rea seca por un tamiz para dejarla los ms fina posible y evitar las impurezas.5.3 Se calcul la cantidad de agua necesaria para humedecer la arena seleccionada a diferentes porcentajes de humedad y se midi con un cilindro graduado.5.4 Se roci el agua sobre la arena al mismo tiempo que esta se mezclaba manualmente para tener una mezcla homognea.5.5 Se determin la cantidad exacta de arena para que al compactarla en el compactador con exactamente 3 golpes esta tenga las dimensiones adecuadas que requiere la probeta. 5.6 Se extrajo la probeta del cilindro y se coloc en la maquina universal de ensayo y se procede a la aplicacin de una carga hasta que la probeta fracture, tomando el valor al cual esta fractura, se realiza tanto en corte como en compresin.5.7 Se deben procesar dos probetas ms y realizar la debida compactacin y ensayo y para tener un promedio de los tres resultados obtenidos, se realiza tanto en corte como en compresin.5.8 Se realizan los pasos del 4 al 9 para la dems probetas para distintos porcentajes de humedad requeridos.

2

V. RESULTADOS Tabla 1.1. Datos obtenidos en la prueba de compresin%HumedadVH2O Calculado(ml)VH2OAgregado(ml)Resistencia a la compresin Kg/cm2

R1R2R3Rporm

21851853.42.83.23.1

4378,11933.53.63.73.6

65792013.83.93.73.8

87892103.23.53.33.4

1010082192.82.72.82.8

Figura 1.1. Grfica de la Resistencia a la compresin de la arena verde

Tabla 1.2. Datos obtenidos en la prueba de corte%HumedadVH2O Calculado(ml)VH2OAgregado(ml)Resistencia al corte Kg/cm2

R1R2R3Rporm

21851850.811.11

4378,11931.11.31.21.2

65792011.81.51.41.6

87892101.211.11.1

1010082190.910.90.9

Figura 1.2. Grfica de la Resistencia al corte de la arena verde.

VI. ANLISIS DE RESULTADOS De la figura 1.1 podemos destacar la importante variacin de la resistencia obtenida en el ensayo de compresin en funcin de la humedad, teniendo como valores de humedad 2%,4%,6%,8% y 10% m/m la grfica muestra dos comportamientos distintos de la arena, en el rango de 2% a 6% se observa como aumenta la resistencia casi proporcionalmente al porcentaje de humedad, al llegar a 6% de humedad observamos un pico de 3,8 Kg/cm2 la cual es la mayor resistencia la compresin obtenida en el ensayo, luego en el rango de valores de 6% a 10% vemos como la resistencia de las muestras va en detrimento..En la figura 1.2 realizada con los valores del ensayo de corte se observa un comportamiento similar al del ensayo de compresin, un comportamiento creciente de la curva entre 2% y 6% y un comportamiento decreciente de la resistencia al corte entre los valores de 6% y 10%.

Br. Daniel Villarroel C.I: 23.536.274

VII. CONCLUSIONES Es importante asegurarse de que la arena este totalmente seca al iniciar el ensayo para que los valores de agua agregados proporcionen el porcentaje de humedad esperado. El porcentaje idneo para la elaboracin de un molde de fundicin con la arena utilizada en el laboratorio es de 6%. El porcentaje de humedad en las arenas de moldeo tiene el mismo efecto tanto en el ensayo de corte como de compresin. Se deben mejorar las condiciones de la maquina universal de ensayos. La arena existente en el laboratorio tiene gran cantidad de impurezas. Se deben mejorar las condiciones de almacenamiento de la arena en el laboratorio.

Br. Daniel VillarroelC.I: 23.536.274

VIII. REFERENCIAS

GROOVER, M. Fundamentos de manufactura moderna. Tercera Edicion. Editorial McGraw-Hill. Mxico (2007).

DOYLE, L., KEYSER, C., LEACH, J., Materiales y Procesos de Manufactura para Ingenieros. Tercera Edicin, . Editorial Prentice Hall (1988).

IX. APNDICES

Apndice A. Muestra de Clculos

A.1. Clculo de la cantidad de agua a agregar.

% humedad = 2, 4, 6, 8 y 10Masa de arena = 9,07 Kg

(Ec.10.1.1)

(Ec. 10.1.2)

Sustituyendo los valores correspondientes en la Ec. 10.1.1 se obtiene:

Kg

Luego se introduce el valor obtenido de en la Ec. 10.1.2 para obtener el volumen de agua que se agregar.

Este mismo procedimiento se utilizo para calcular la cantidad de agua a agregar con los otros porcentajes de 2%,4%,6%,8% y 10%.

Apndice B. Anexos.

Fig. B.1. Mquina Universal de Ensayo

Fig. B.2. Compactador

Fig. B.3. Balanza

Fig. B.4. Ensayo donde se determin la Resistencia al corte

17