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MOLDEO EN ARENA:

Desde tiempos prehistóricos se han usado moldes de arena o mineral, las operaciones básicas no han cambiado, simplemente se ha agregado maquinaría para hacer las tareas difíciles y aunque se automatice el equipo los conceptos básicos no cambian. Además de ser el método más antiguo para hacer piezas fundidas, la fundición en arena es aún el método que más se usa.

En este proceso se llama molde a la cavidad que reproduce la forma exterior de la pieza que se va a fundir. Se obtiene, generalmente comprimiendo arena de moldeo sobre el modelo el cual se retira después. Por tanto si el molde que con él se obtiene se llena con metal fundido, obtenemos una pieza maciza. Si ha de ser hueca, para obtener las cavidades se necesitan colocar otras piezas especiales denominadas machos o noyos que no son más que bloques macizos de arena u otro material, cuyo interior es el que queremos reproducir.

CONSTRUCIÓN DE LOS MODELOS:
Los modelos al no ser una reproducción exacta de la forma exterior de la pieza que se desea fundir, ya que a menudo se parecen poco, deben cumplir las siguientes condiciones:
- Las dimensiones de los modelos son siempre mayores que las de la pieza, ya que hay que tener en cuenta la contracción del metal al enfriarse y solidificar. En la construcción de modelos para la obtención por fundición de moldes metálicos se debe tener en cuenta la doble contracción o sea, la del molde y la de la pieza a fundir.
- Deben conocerse bien las limitaciones de la fundición y no intentar reproducir detalles imposibles de obtener directamente en el moldeo.
- Deben sobredimensionarse las superficies a las que haya que darles un acabado por mecanizado posterior.

- Deben preverse salidas adecuadas para extraer el modelo sin arrastrar la arena de los moldes una vez hechos éstos. A las salidas se les da un ángulo determinado conocido como ángulo de salida o despuya.
MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE MODELOS:
A la hora de elegir un material para construir un modelo hay que tener en cuenta varios factores:
A. Número de piezas que se van a obtener.
B. Método de moldeo: (Manual o Mecánico)
C. Peso del modelo.
D. Facilidad de trabajo.
E. Alteración en función del tiempo y de los agentes externos: humedad, abrasión.

Por lo general constan de un modelo metálico, de madera, yeso o plástico, montados sobre una placa metálica. Los metálicos tienen la ventaja de ser más duraderos, de mayor exactitud y suministran superficies más lisas. Son el elemento fundamental en el moldeo mecánico.
CAJAS DE MOLDEAR:
Son marcos de madera, aluminio, fundición o acero, de formas y dimensiones muy variadas, y están destinadas a contener la arena del molde.
Constan de una parte superior y de otra inferior o de fondo, provistas de espigas o clavijas y de orejas en correspondencia para fijar su posición durante el moldeo. Si hay más de dos a las otras se las llama "intermedias o aros". Las paredes de estas cajas suelen llevar, sobre todo si son grandes, una serie de agujeros o ranuras para facilitar la salida de gases del molde y además las aligeran de peso.
ARENAS DE MOLDEO:
Las arenas silicoaluminosas denominadas tierras de moldeo son el material que más se emplea para la fabricación de moldes y machos. Están compuestos químicamente por cuarzo, arcilla, cal y feldespatos.
El cuarzo puro es la sílice y es el principal componente de la arena, entre el 80% y 90%. Constituye el armazón de la arena, ya que tiene una elevada dureza, 7 en la escala de Mohs. Tiene además una elevada resistencia a la temperatura ya que empieza a reblandecer a los 2400°C aproximadamente.
La arcilla está compuesta fundamentalmente por silicato de aluminio hidratado y está en una proporción del 10%. Se encuentra rodeando los granos de sílice y constituye el material aglutinante que une a éstos y da cohesión al conjunto.
Aparte de sus características se le utiliza mucho porque es fácil de obtener y no es costosa. Sin embargo, cada vez más se usan ARENAS ESPECIALES por varias razones:

- Están compuestas de materiales más complejos.
- Contienen mezclas de compuestos inorgánicos.
- Y aunque cuestan más ofrecen mayor estabilidad a temperaturas elevadas, que la sílice ordinaria, lo cual produce mejores superficies de las piezas fundidas.
Algunas arenas especiales son: La olivina, la cromita, el circonio, la estaurolita y el silicato de aluminio.
Las más usadas son: la olivina, la cromita y el circonio.
Todas las arenas naturales contienen siempre un porcentaje de agua variable y que suele ser generalmente inferior al 10%, pero lo ideal es que esté comprendido entre el 5 y el 7%. Si el porcentaje es menor al 5% la resistencia mecánica de la arena disminuye con peligro de arrastre de porciones del molde y forme inclusiones en la pieza fundida. Si el porcentaje es más alto del 7%, el volumen de vapor producido dentro del molde aumentaría el riesgo de poros y sopladuras.
CUALIDADES DE LAS ARENAS DE MOLDES:
Los moldes realizados con arena destinados a recibir la colada deben poseer las siguientes cualidades:
1. Plasticidad en estado húmedo, para reproducir con fidelidad los detalles de las piezas.
2. Cohesión para que el molde conserve su forma cuando se retire el modelo.
3. Refractariedad o capacidad para resistir la elevada temperatura del metal colado sin que
se funda o vitrifique en el fondo de la pieza.
4. Conductividad calorífica que regula la velocidad de enfriamiento del metal en el molde y con ello su estructura.
5. Permeabilidad o capacidad para dejar pasar a su través lo gases que se originan durante la colada.
6. Deformabilidad o capacidad de comprimirse para permitir la contracción de la pieza durante su enfriamiento.
7. Disgregarse(desunirse) con facilidad para permitir que se desaloje la pieza una vez enfriada.
8. Ser económica.
Las arenas que más comúnmente satisfacen estas propiedades están formadas por granos de sílice y cierta cantidad de arcilla y humedad que actuarán como aglomerante de los mismos. Los granos de sílice hacen que la arena sea refractaría y permeable, mientras que la arcilla y humedad le comunican plasticidad y cohesión.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS DE MOLDEO:

1. Según su origen:
1. Arenas naturales se encuentran en la naturaleza formando sedimentos y si el porcentaje de arcilla y sílice es el correcto se denomina tierra o arena natural de moldeo.
2. Arenas artificiales o sintéticas se preparan mezclando sílice, arcilla y agua.

2. Según su estructura:
Redonda, angular, subangular y compuesta
Las investigaciones con arenas de fundición han mostrado que la arena angular proporciona una mayor resistencia de entrelazamiento si se apisona o compacta de forma adecuada.
Los granos redondos fluyen mejor, tienen mayor resistencia de compresión y mejores propiedades de ventilación.
Las propiedades de la arena subangular están entre las de grano redondo y las angulares. Las arenas compuestas no se usan con frecuencia debido a sus propiedades finales impredecibles.
3. Según el estado o el uso al que se destinan:
a. - Arena verde: es cuando está húmeda con el agua imprescindible para darle plasticidad y cohesión. El moldeo en verde se utiliza fundamentalmente, para piezas de tamaño pequeño y mediano, por la economía y rapidez que supone no tener que secar los moldes. El porcentaje de humedad debe ser inferior al 8% para evitar un excesivo desprendimiento de gases durante la colada.
b. - Arena seca o de estufa: es cuando se elimina la humedad de los moldes calentándolos. Se utiliza para fundir piezas de grandes dimensiones con formas complicadas o de elevada calidad. Sus principales ventajas son: menor tendencia a producir poro, mejor resistencia mecánica y mejor precisión en las dimensiones. Sus inconvenientes son el mayor costo, y la pérdida de tiempo en el secado.
c. - Arena vieja o de montón: se obtiene al desmoldear las piezas fundidas, ha perdido las propiedades por la temperatura a que ha estado sometida. Se puede regenerar adicionándole arcilla o mezclándola con arena nueva.
d. - Arena de moldeo o de cargar: Es la que está en íntimo contacto con el modelo y con el metal fundido durante la colada. Es siempre arena nueva o regenerada.
e. - Arena de relleno: envuelve a la de moldeo y llena el resto de la caja. Se utiliza arena usada o de montón.
f. - Arena para machos: se destina a la elaboración de los mismos y se utiliza arena extrasilícea de granos redondeados y tamaño uniforme, aglomerada con aglomerantes especiales, para machos.
g. - Barro: Es el producto que se obtiene mezclando en molinos de cilindros, arena rica en arcilla, estiércol de caballo, paja y crines de caballo y la cantidad de agua suficiente para obtener una masa de consistencia pastosa. Se emplea para enlucir la superficie rugosa de los moldes construidos con ladrillos refractarios.

MÉTODOS DE MOLDEO:
Una primera clasificación sería por la forma de realizarlo:
- Moldeo a mano:
Como su nombre indica todas las operaciones son manuales. Requieren personal muy cualificado y sólo es adecuado para obtener un número muy reducido de piezas o cuando las piezas son muy complicadas y no se puede utilizar el moldeo mecánico.
- Moldeo mecánico:
En los talleres de fundición de gran producción y en serie, para elaboración de moldes y machos se sustituyen los métodos manuales por el moldeo mecánico. Sus ventajas son las siguientes:
1. No requiere personal especializado.
2. Se puede utilizar de forma más racional al personal especializado, ya que se le libera de una serie de espacios auxiliares.
3. Posibilita que el operario adquiera con rapidez la habilidad de elaborar los moldes a máquina mientras que el aprendizaje manual es más lento.
4. Es posible obtener piezas de forma complicada con precisión y rapidez.
5. Se pueden obtener piezas con espesores muy pequeños.
6. Los moldes adquieren una compacidad más uniforme y resistencia más alta, con lo cual las piezas quedan mejor terminadas.
7. Se facilita la operación de desmoldeo sin deteriorar el molde con el consiguiente ahorro de gastos de reparación.
8. Se disminuye el número de piezas defectuosas y se mejora la calidad.

MÁQUINAS DE MOLDEAR:
Realizan total o parcialmente el ciclo de operaciones del moldeo. Las primeras que se construyeron sólo extraían el modelo, se llamaban máquinas de desmodelar. Con ello se evitaba la posibilidad de deterioros y posterior reparación del molde.
A continuación, para disminuir la fatiga de los operarios y aumentar la productividad se sustituyó el atacado a moldeo por el mecánico y ya se construyeron las máquinas de moldear que incluso cerraban la caja.
En la actualidad las máquinas automáticas clasifican y cargan la arena, retiran el modelo y cierran las cajas dejándolas listas para la colada.

Las principales ventajas de las maquinas son:
1. La densidad de los moldes es más uniforme que en el moldeo a mano, lo que se traduce en una mayor uniformidad en el acabado de las piezas.
2. Las dimensiones de las piezas son también más uniformes pues en el moldeo manual el operario tranquea y mueve los modelos demasiadas veces, aumentando las dimensiones de los moldes y por tanto de las piezas.
3. En el moldeo y máquina se obtienen los moldes con los bebederos, 18 , etc. Ya que van modelados en la placa modelo. En cambio en el moldeo a mano es prácticamente imposible reproducir en cala molde con igual exactitud el sistema de colada con sus dimensiones y posición correcta.
4. Los modelos duran más colocados en las placas que si están sueltos como en el moldeo a mano.
Los principales inconvenientes son:
- El elevado coste de adquisición
- La dificultad de introducción de la misma en un taller aferrado a la rutina del moldeo a mano.
En muchos talleres se adquieren máquinas a veces sin estudiar a fondo el trabajo que han de realizar y o por inercia de los operarios que se resisten al aprendizaje de nuevos métodos o porque realmente no son adecuados para el tipo de moldeo que se les asigna.
El caso es que se transforman en un estorbo más que en un útil de trabajo, por ello para la adquisición de una máquina se debe hacer un estudio conociendo las necesidades del taller y así tener garantía de acierto. En la elección hay que enseñar correctamente su manejo a los operarios que se han de hacer cargo de ella y saber mantenerla en su punto óptimo de funcionamiento.
El tiempo y coste se la puesta a punto de la fabricación de cada pieza que hay que sumar al coste de la coquilla.