1. Einführung in die Kerne

In der Sandgussverfahren, Kerne sind ein unabhängiges Formgebungselement auf Sandbasis, das hauptsächlich zur Bildung spezifischer Hohlräume, Löcher oder komplexer Strukturen in Gussstücken verwendet wird. Er wird in Verbindung mit der äußeren Sandform (Kokille) verwendet, um einen vollständigen Gusshohlraum zu bilden und sicherzustellen, dass das flüssige Metall nach der Erstarrung eine innere Form bilden kann, die den Konstruktionsanforderungen entspricht. Der Kern ist eine der Kerntechnologien zur Lösung der Formgebungsprobleme von Gussteilen mit komplexen Strukturen.

Die Hauptfunktion des Kerns besteht darin, den inneren Hohlraum des Gussteils zu formen. Er kann zur Herstellung von Rohren, verschiedenen Löchern (wie z. B. den Wasser- und Ölkanälen von Motorzylindern), Sacklöchern und anderen Strukturen verwendet werden, die nicht direkt durch externe Formen geformt werden können. Gleichzeitig können komplexe geometrische Formen konstruiert und präzise Innenstrukturen wie Pleuelstangenkanäle im Kurbelgehäuse und Kühlkanäle für Turbinenschaufeln geformt werden. Darüber hinaus kann der Kern den Wanddickenunterschied von Gussteilen verringern, Hot-Spot-Defekte aufgrund ungleichmäßiger lokaler Wanddicken vermeiden, die Fließrichtung des geschmolzenen Metalls lenken, die Füllwirkung optimieren und die Gussqualität verbessern.

2. Typische Leistungsanforderungen der Kerne

• Hohe Festigkeit: Es muss dem Aufprall des geschmolzenen Metalls standhalten (die Aufprallkraft beim Gießen von Gusseisen kann beispielsweise 0,3 MPa erreichen), um sicherzustellen, dass es während des Gießvorgangs nicht reißt.
• Gute Luftdurchlässigkeit: Es muss in der Lage sein, Gas in einer Umgebung mit hohen Temperaturen reibungslos abzuleiten, und der Luftdurchlässigkeitsindex muss ≥100cm³/(cm²-min) sein.
• Leichte Zerlegbarkeit: Nach dem Gießen muss es durch Vibration oder chemische Einwirkung gebrochen werden können, um die anschließenden Sandreinigungsarbeiten zu erleichtern, und die Restfestigkeit muss < 0,5 MPa betragen.
• Hohe Präzision: Die Maßtoleranz der Schlüsselteile muss innerhalb des Bereichs der Klasse CT8 (±0,25 mm) liegen.

3. Herstellungsprozess von Kernen

(1) Umformtechnik

• Kernschießverfahren: Der gemischte Sand wird mit hoher Geschwindigkeit durch eine Kernschießmaschine in den Kernkasten geschossen, und der Kern wird nach dem Aushärten entformt. Dieses Verfahren hat eine hohe Produktionseffizienz, bis zu 120 Formen pro Stunde, und ist für die Massenproduktion von standardisierten Kernen geeignet.
• 3D-Druckverfahren: Die Adhesive-Jetting-Technologie wird für den direkten Druck komplexer Kerne mit einer Formgenauigkeit von bis zu ±0,3 mm verwendet. Es ist kein Kernkasten erforderlich, was für die schnelle Herstellung von Kleinserien und Kernen mit komplexen Strukturen geeignet ist.
• Cold-Box-Methode: Triethylamin wird als Katalysator verwendet, damit das Harz bei Raumtemperatur eine Härtungsreaktion durchläuft. Nach der Formgebung beträgt die Oberflächenrauhigkeit Ra des Kerns ≤12,5μm, was sowohl eine hohe Effizienz als auch eine hohe Präzision gewährleistet.

(2) Nachbehandlungsprozess

• Trocknen: Der Harzsandkern muss bei einer Temperatur von 200 - 250℃ für 2 - 4 Stunden gebacken werden, um die Feuchtigkeit im Kern zu entfernen und die Festigkeit und Stabilität des Kerns zu verbessern.
• Beschichtung: Die Oberfläche des Kerns wird mit Zirkonpulver beschichtet, und die Beschichtungsdicke wird auf 0,2 - 0,5 mm kontrolliert, was die Hochtemperaturbeständigkeit des Kerns erheblich verbessern und Sandanhaftungsfehler beim Gießen verhindern kann.

4. Rohstoffe und Herstellungsverfahren für Kerne

Die Rohstoffe für den Kern sind in der Regel die gleichen wie der Harzsand, der für die Gießverfahren. Während der Produktion wird der Harzsand in den Kernkasten gefüllt, der der inneren Form des Gussteils entspricht. Je nach den technischen Möglichkeiten und Ausrüstungsbedingungen des Produktionsunternehmens kann der Sand im Kernkasten durch Verdichtung, Erhitzung oder Sandblasen geformt werden. Dann wird der Kern aus dem Kernkasten entnommen und kann nach der Nachbehandlung in die Form eingesetzt werden.
Es gibt zwei Hauptverfahren zur Herstellung von Kernen: das Hot-Box-Verfahren und das Cold-Box-Verfahren:

• Hot-Box-Verfahren: Dem Harzsand wird ein Katalysator zugesetzt, der durch Erhitzen des Kernkastens aktiviert wird, um die Aushärtung und Formung des Harzsandes zu fördern.
• Cold-Box-Methode: Es wird ein Katalysator verwendet, der ohne Erhitzung aktiviert werden kann. Wenn das Harz und der Sand gemischt werden, spielt der Katalysator automatisch eine Rolle und sorgt dafür, dass der Sandkern bei Raumtemperatur aushärtet und sich formt.

5. Methoden zur Befestigung von Kernen

Wenn das geschmolzene Metall während des Gießvorgangs in die Form gespritzt wird, stößt es auf den Kern und treibt ihn an, was zu einer leichten Verschiebung oder einem Aufschwimmen des Kerns führt. Daher muss eine angemessene Befestigungsmethode gewählt werden:

• Kernsitz-Fixierungsmethode: Der Kernsitz besteht aus demselben Metall wie die Form und fixiert den Kern genau in der vorgesehenen Position in der Form, bis das Gießen des geschmolzenen Metalls abgeschlossen und abgekühlt ist. Nach dem Abkühlen wird der Kernsitz, der mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt, Teil des Gussteils. Nachdem das Gussteil geformt ist, wird der Kern zusammengedrückt und durch Vibration entnommen.
• Verlängerte Kernbefestigungsmethode: Wenn das Gussteil einen Raum hinter der Außenwand der Form hat, der nicht mit Metall gefüllt werden kann, kann der Kern länger als die Form gemacht werden, und der Kern kann durch die Nut, die auf der Sandform reserviert ist, fixiert werden, um zu verhindern, dass er sich während des Gießprozesses bewegt.

Die Kerntechnologie ist das zentrale Mittel des Sandgusses zur Herstellung von Gussteilen mit komplexen inneren Hohlraumstrukturen. Ihr Entwicklungsprozess hat den Fortschritt in der Gießereiindustrie kontinuierlich vorangetrieben, von der traditionellen manuellen Kernherstellung bis hin zur intelligenten Kernherstellung im 3D-Druck. In Zukunft werden Kerne durch die tiefgreifende Anwendung von bionischem Strukturdesign (z. B. topologieoptimierte Wabenkerne) und digitaler Zwillingstechnologie eine wichtigere Rolle bei der Verwirklichung von Leichtbau und Funktionsintegration von Gussteilen spielen und die Entwicklung der Gießereiindustrie auf hohem Qualitätsniveau stark unterstützen.

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