OBJETIVOS Determinar los componentes y las características de la arena de moldeo. Hacer uso de las normas AFS para un correcto proceso de fundición. El presente laboratorio tiene como objetivo demostrar la variación de las propiedades de las arenas, con relación al porcentaje de sus componentes.
INTRODUCCIÓN 1
A lo largo de la istoria, el ser umano se vio envuelto en una serie de situaciones, las cuales, tuvo !ue usar su ingenio para su supervivencia, facilitar sus estudios científicos y brindar e"plicación a cada fenómeno !ue se suscita en la vida diaria. Entre ellos, destaca el proceso para fabricar diferentes erramientas, con la finalidad de apoyarse y facilitar dicos estudios. #a fundición es uno de los procesos, por los cuales, se fabrican pie$as com%nmente met&licas u otro tipo de material, consistente en fundir dico material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, la cual se solidifica. Es por ello, !ue a parir de este informe, se buscar& brindar esos detalles y resultados, !ue se lograron a lo largo del proce so, aciendo uso de un material abundante en nuestra naturale$a !ue es la arena, adem&s de diferentes componentes, para la reali$ación efica$ del proceso conocido como fundición.
EQUIPOS A UTILIZAR 2
'alan$a(
#&mpara de secado(
Elutiador(
)uego de tamices(
3
Sifón(
MATERIALES A UTILIZAR: 4
Arena para fundición(
Sílice y bentonita puros(
Agua(
5
NOMENCLATURA 1. AFS Asociació A!"#icaa $" F%$ició: Se considera como una organi$ación internacional integrada por *.+++ miembros en - países, organi$ados en - capítulos locales y capítulos de los estudiantes en el Estados /nidos, 0anad& y 12"ico. El AFS promueve los intereses de la fundición de la industria para el gobierno federal y consta de un personal profesional y estructura de los comit2s de voluntarios. Actividades de la AFS incluyen el trabajo del comit2, la educación, la organi$ación de convenciones regionales y nacionales y otros trabajos de apoyo a la industria metal casting. Desde ace varios a3os antes de la fundación de la Sociedad de mucos órganos locales del fundidor se reunieron para la protección mutua en cuanto a mano de obra, los precios y el intercambio de información t2cnica. #a asistencia fue por lo general fuerte en estas organi$aciones en tiempos de prosperidad, pero se desvaneció cuando las condiciones económicas m&s lento. #a sociedad est& organi$ada en 4 divisiones con los comit2s en cada división( • • • • • • • •
• • • • •
División 4 5 6ngeniería División 7 5 Aluminio División 8 Aleación de cobre División 8 12todos y materiales de moldeo. División 9 8 Hierro fundido. División : 5 1agnesio. División ; 8 12todos y materiales de fusión. División - 5 Acero. División * 8 Salud y Seguridad Ambiental. División 4+ 8 #ost Foam. División 44 8 Asuntos de
eting ?
&. Po#c"'a(" $" )%!"$a$ *+,: Se denomina umedad al agua !ue impregna un cuerpo o al vapor presente en la atmósfera, el cual, por condensación llega a formar las nubes, !ue ya no est&n formadas por vapor sino por agua o por ielo. En este caso, vendría a ser la cantidad en masa, !ue representa un porcentaje de la me$cla de agua con el componente mismo a anali$ar.
-. A#"a " "#$": El t2rmino @arena en verde es conocido principalmente por el contenido de umedad dentro de la arena. #a arena se somete a un @moldeado ? me$clado,
6
proceso en el !ue varios tipos de arcilla y aditivos !uímicos !ue act%an como aglutinantes se me$clan con la arena, el resultado es un compuesto !ue es conveniente para el proceso de moldeo de arena.
/. A#"a $" co'ac'o: Esta se denomina, a partir de la me$cla de arena de sílice y bentonita Bun derivado de la arcillaC a un + 5 9 con una cantidad moderada de agua !ue es la primera elaboración de dica me$cla.
0. A#"a $" #""o: 0uando se reali$a la primera utili$ación de esta me$cla, la misma se puede reutili$ar como la denominada arena de relleno, la cual al a3adirle agua vuelve a recuperar las condiciones para el moldeo de pie$as.
2. M%"s'#a " "#$": Es a!uella !ue ya est& lista para verter dica fundición. 1uestra en verde muestra %meda muestra total.
3. M%"s'#a s"ca: 1uestra en la cual se a eliminado el agua, a trav2s de un proceso de secado para transformar dica agua de estado lí!uido a vapor para ser el#a ambiente. 4. disipado 5$ic" $"en 6i% : Es a!uel !ue da una idea del grosor o finura del agregado, el cual se calcula sumando los porcentajes retenidos acumulados en los tamices est&ndar y dividiendo la suma entre el porcentaje en peso en función de la muestra total( BFórmula 4C
IF =
∑ P ∗K i
i
Pi
Pi= Porcentaje en peso en función de la muestratotal .
K i=Constante de cada malla ( ver cuadro N ° 2 )
7. C%a$#os 8a#a os c 9c%os: C%a$#o N1: Po#c"'a(" $" A#cia
Tipo de Arena
1&s de 4- al 4- - al9 1enosdel9
C%a$#o N&: Ta!i; A<"#'%#a $" a N#o. !aa " !! 4
:
=
.:+
7
Ta!i; A<"#'%#a $" a N#o. !aa " !! 7
.49
= 4
7 9 : ; * 4+ 44 47
47 7+ + + 9+ ;+ 4++ 4+ 7++ 7;+ Fondo AFS
4.:-+ +.-+ +.9*+ +.7+ +.7*; +.74+ +.4* +.4+9 +.+; +.+9 AFS
9 4+ 7+ + + 9+ ;+ 4++ 4+ 7++ ++ AFS
: 4+ 4: 7+ + + :+ -+ 4++ Fondo D6G
4.:+ 4.++ +.: +.+ +.49 +.7 +.4: +.4+ +.+-: +.+: D6G
9 * 74 7 9 9: :44; 49+ 4: 7;9 D6G
C%a$#o N-: Ti8o $" A#"a
IF s">? AFS
Ta!a@o $" >#ao
1uygruesa
6nferiora4Entre4-y9 Entre9y:+ Entre:+y49+ 1ayora49+
4a7mm +.9a4mm +.79a+.9mm +.4+a+.79mm 1enoresa+.4+
PROCEDIMIENTO D"'"#!iació $" +Sic" + $" B"'oi'a
: Se toma una
muestra de 9+ gr. Bmuestra totalC El cual se procede a un proceso de lavado en el Elutiador de la siguiente manera(
a. A la muestra le agregamos ++ ml de agua.
8
b. Se procede a agitar el Elutiador durante minutos.
c. Se agrega ++ ml m&s de agua y se deja !ue decante 4 min.
d. or el principio del sifón, se elimina el e"ceso de agua y la bentonita.
9
e. Se repite el procedimiento asta obtener Sílice pura. En este caso . f. /na ve$ obtenida la Sílice pura, se lleva a la l&mpara de secado y luego se pesa.
g. or diferencia se obtiene el peso de la bentonita Bconsiderar la cantidad de agua, ya determinada para el c&lculoC y de acuerdo al 0uadro 4, determinar el tipo de arena( 10
W i−W f =W bentonita→ 55.69 gr − 47.06 gr =W bentonita W bentonita=8.63 gr
D"'"#!iació $" 5$ic" $" Fi%#a: a. #a sílice obtenida se tami$a.
b. Se pasa a pesar la cantidad de Sílice !ue !ueda en cada tami$.
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c. Se aplica la Fórmula 4( BGomenclatura 5 p&g. ;C ∑ Pi∗K i IF = Pi
Pi= Porcentaje en peso en función de la muestratotal . K i =Constante de cada malla ( ver cuadro N ° 2− pág . 8 )
IF =
∑ P ∗K i
i
Pi
( 0∗3 + 0∗5 + 0∗32 + 10.23∗20 + 27.54∗ 30+ 58.24∗70 + 1.73∗100 + 0∗ K ) 170
IF =
0
+ 0 + 0 + 10.23 + 27.54 + 58.24 + 1.73 + 0
IF =54.03
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d.
De acuerdo al cuadro GI se determina el índice de Finura y el tama3o promedio de grano( 0on 6F igual a 9.+, la arena es
arena media y el tama3o de
promedio de su grano es de +.79 a +.9 mm BJer el cuadro GI 5 p&g. -C.
CUESTIONARIO:
Gráfca acumulativa 120 100 80
% que pasa
60 40 20 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Abertura de la malla (mm)
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GRÁFICA DISTRI!TI"A# %masa vs $ tami& 70 60 50 40 30 20 10 0
A'is Title
1. I$i%" %s'"$ a co!8osició $" a !%"s'#a aai;a$a: Arena 99.:* g( Sílice -.9 y bentonita49.9
&. E coco#$acia co os $a'os o<'"i$os " " ao %" s" 8i$" 8a#a a#"as "#$"s: 8Se nos dio un porcentaje de umedad !ue cumple dico rango el cual es :.9
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-. S">? " co'"i$o $" a>%' ia'" casi6ica# % 'i8o $" a#" a "s aai;a$a. *(%s'i6i%" s% #"s8%"s'a,. *V"# c%a$#o 1 G 89>. 4, 8En este caso, el aglutinante viene a ser la bentonita !ue est& en un 49.9 , entonces la arena vendría a ser una arena semigrasa, ya !ue dico porcentaje est& en el rango de - al 4- BJer cuadro nI4 5 p&g. -C.
/. HC%9 "s " 'a!a@o 8#o !"$io $" >#a o $" a !%"s '#a a ai;a$a *(%s'i6i%" s% #"s8%"s'a,. si "s a co##"c'a 8a#a %'ii;a#a 8a#a a#"a $" co'ac'o. Hallamos el índice de finura(
IF =
IF =
∑ P ∗K i
i
Pi
( 0∗3 + 0∗5 + 0∗32 + 10.23∗20 + 27.54∗ 30+ 58.24∗70 + 1.73∗100 + 0∗ K ) 170
0
+ 0 + 0 + 10.23 + 27.54 + 58.24 + 1.73 + 0
IF =54.03
De acuerdo al cuadro GI se determina el índice de Finura y el tama3o promedio de grano( 0on 6F igual a 9.+, la arena esarena media y el tama3o de promedio de su grano es de +.79 a +.9 mm BJer el cuadro GI 5 p&g. -C. Go es la correcta para usar como arena de contacto pues
0. T"i"$o " c%"'a a $is'#i<%ció $" os >#aos " a !aa i$i%" %s'"$ có!o i6%" " a co"sió $" a a#"a. *(%s'i6i%" s% #"s8%"s'a,: 8#a coesión de una arena es consecuencia directa de la acción del aglutinante y va a depender del contenido y naturale$a de este y a su ve$ del porcentaje de umedad. #a coesión se puede establecer mediante cuatro pruebas !ue determinan las cargas de rotura por compresión, por tracción, por fle"ión y por cortaduraK siendo la prueba de compresión la m&s importante puesto !ue indica si la arena ser& capa$ de soportar las fuer$as a la !ue estar& sometido el molde durante las operaciones de moldeo. En esta sección de pr&ctica se reali$aran tres de las pruebas mencionadas.
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2. I$i%" %s'"$ $" ac%"#$o a os a#a%o!"'#a. *J%s'i6i%" s% #"s8%"s'a,: 8Sí, ya !ue si bien el índice de finura es igual, la granulometría depender& de la distribución de los tama3os de las partículas !ue lo forman, a trav2s del proceso del tami$ado, el cual no necesariamente en cada separación abr& la misma cantidad de granos con el mismo tama3o en la misma malla para diferentes muestras, por lo !ue la granulometría puede llegar a ser diferente, así tengan igual índice de finura.
LABORATORIO DE ENSAOS DE ARENA PARA FUNDICION O<("'io.K El presente laboratorio tiene como objetivo demostrar la variación de las propiedades de las arenas, con relación al porcentaje de sus componentes.
PROCEDIMIENTO A#"as " "#$" 1. Se toma una muestra seca de 9++ gr. B sílice L bentonitaC determinando el de 'entonita constante para cada grupo el cual debe de variar de acuerdo al tipo de arena a estudiar B arena grasa, semi8grasa, magra o silíceaC
&. Se determina los porcentajes de umedad para cada miembro del grupo calcul&ndose la cantidad de agua con la siguiente Formula eso de Agua 9++" de umedad
gramos de agua
4++ 8 de umedad
-. Se procede a verificar el umedad real tomando 7+ gr., de la me$cla y lleva a la l&mpara de secado apro"imadamente 47 a 49 minutos, luego se procede a pesar nuevamente y por diferencia de pesos obtenemos el de umedad real.
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/. Se procede a tomar el peso correspondiente entre 49 a 4:+ gr. de la me$cla para obtener la probeta de 9+mm de di&metro por 9+ mm de altura en el apisonador con tres golpes Bse deben obtener probetasC, no se permite tolerancias en la altura de la probeta.
0. En la primera probeta se mide la permeabilidad en el perme&metro tomando el tiempo !ue se demora en pasar 7+++cc de aire a trav2s de la probeta, tener en cuenta la posición de la aguja para arenas en verde o arenas para alma
2. /na ve$ medi da la permeabilidad se procede a e"traer la probeta en el e"tractor 6nmediatamente se coloca en el e!uipo de resistencia, en el cual se a colocado las morda$as para medir la =esistencia a la 0ompresión, se reali$a la medición correspondiente 0on la segunda probeta obtenida se procede directamente a medir la =esistencia al corte A la tercera probeta en el apisonador se le da 7 golpes adicionales tomando la variación de altura por cada golpe 1edir la permeabilidad despu2s de los 9 golpes
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EQUIPOS A UTILIZAR
'alan$a
#&mpara de secado
Apisonador
erme&metro
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E!uipo de resistencia
MATERIALES A UTILIZAR
Sílice
'entonita
Agua
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DESARROLLO DEL LABORATORIO 1. P#"8a#ació a#"a. ara la preparación de arena se me$claron en bandejas ;+ gr de sílice con + gr de bentonita. Despu2s se adicionaron el de agua designado para cada grupo el nuestro fue de ;B;.:mlC, me$clar asta omogeni$arlo.
&. P#"8a#ació P#o <"'a #as probetas de arena fueron preparadas con 49 g de arena. Se pesaron con la balan$a dos muestras !ue fueron compactadas con golpes continuos del apisonador asta !ue su altura sea de 9+ mm para las siguientes pruebas de permeabilidad y compresión.
-. P#%"
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ara la prueba de umedad se pesaron 7+ g de arena !ue fueron e"tendidos en la carola del e!uipo usado y colocado en el soporte de la l&mpara de secado. Despu2s de 49 minutos la muestra seca fue pesada y 2l de umedad fue calculado por diferencia de pesos entre la muestra seca y %meda.
/. P#%"
9. P#%"
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ara las pruebas de resistencia se utili$ó un e!uipo de resistencia y la lectura de la resistencia fue tomada directamente del e!uipo en la escala correspondiente a la prueba. #a probeta a ensayar fue colocada con cuidado en el e!uipo. Se i$o ascender el p2ndulo del e!uipo mediante un motor. )usto al llegar al límite de resistencia de la probeta esta se rompió indicando en la caratula del e!uipo la magnitud de la resistencia a la !ue fue sometido, ya sea a corte o compresión.
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DATOS DE LABORATORIO i.
robeta
Humedad
Miempo de
0orte 7
0omp. #b?in
7
eso
eso
robeta
secadoBgr.C
Gumero
permanencia
#b?in
4 7
.9
:+ :+.4
+.*9 +.*+
4.*9 4.*+
4: 4-
4*.4*.79
9 : ; * 4+
.9 9 9.9 : :.9 ; ;.9
:+.49 :+.4; ;* ;9 :+ 9* :7 :+
4.+7 +.*4 +.-9 +.-* +.*+ +.*+ +.*+ +.;
+.-9 +.:; 4.;4.;+ 4.;9 +.;+.;* +.;9
4* 49+ 494 497 49 49 499 49:
4*.4 4*.4+ 4*.+: 4-.** 4-.-: 4*.++ 4-.79 4-.
Bgr.C
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% Humedad vs Corte 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
Lb/in2
% de humedad
8
grafic a umedad vs corte
K
grafica umedad vs compresión
% Humedad vs Comresion 2.5 2 1.5 1 0.5 0
Lb/in2
% de humedad
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ii.
Calculo de Permeabilidad
P = V. ! ".a.# $onde V = Volumen desalo%ado &''' cm( robeta Gumero
Miempo de
Humedad
permanencia Bseg.C
ermeabilidad Bcm?minC
4 7 9 : ; -
.9 .9 9 9.9 : :.9
:+ :+.4 :+.49 :+.4; ;* ;9 :+ 9*
47;.7* 47;.4474 47;.+++ 47:.*:7 *:.;+4; 4+4.-9*4 47;.7* 47*.-4*
* 4+
; ;.9
:7 :+
47.74:; 47;.7*
" = "resi)n en cm. de agua. *+' cm. de agua # = #iem"o en minu#os = al#ura de la "robe#a a = -rea de la "robe#a en cm&
CONCLUSIONES En una muestra de sílice, cada grano posee un tama3o diferente. Se debe reali$ar m&s de una ve$ el proceso de lavado para así tener la mayor probabilidad de !ue este salga con la mayor pure$a.
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Hay una p2rdida del 4.4 de sílice a la ora de reali$ar el tami$ado, puesto !ue una parte se salía de los bordes.
Sabiendo el porcentaje de arcilla como el índice de finura, se puede clasificar la arena utili$ada en el proceso.
#a determinación de las propiedades físicas de las arenas para fundición es muy importante debido !ue cada propiedad !ue tiene la arena para fundición determina la calidad de la pie$a a reali$ar.
#a preparación correcta de la arena no solo garanti$a !ue el molde tenga la forma deseada sino tambi2n ace menos susceptible a la pie$a a presentar defectos. 1ucos de los defectos !ue tiene una pie$a final, adem&s del proceso de fundición, es debido a las propiedades de la arena. Si la arena no es lo suficientemente permeable los gases disueltos en el metal fundidos no podr&n escapar lo !ue generar& porosidad o uecos en el metal. Si la umedad de la arena es demasiada causar& grandes uecos en el metal y disminuir& en gran medida sus propiedades.
0abe recalcar la importancia del omogeni$ado de la arena para garanti$ar la calidad de la pie$a, si no est& omogeni$ada, la resistencia podría disminuir considerablemente.
RECOMENDACIONES Al reali$ar el tami$ado, se debe golpear suavemente los bordes y aciendo giros constantes lentos, para evitar así !ue parte de la muestra se salga de los bordes y pasar los granos !ue pueden pero se !uedan atascados.
En caso del lavado, se debe mantener bien tapado el sifón lleno del agua suficiente para botar el e"ceso de agua adecuadamente.
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BIBLIORAF5A Tecnolog/a de la la 0undici)n1 26ng. )orge E.
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