1. Introducción a los núcleos

En el proceso de fundición en arena, Los núcleos son un componente de moldeo independiente a base de arena, que se utiliza principalmente para formar cavidades específicas, orificios o estructuras complejas en el interior de las piezas fundidas. Se utilizan junto con el molde de arena externo (molde) para formar una cavidad de fundición completa, lo que garantiza que el metal líquido pueda adoptar una forma interna que cumpla con los requisitos de diseño tras la solidificación. El núcleo es una de las tecnologías fundamentales para resolver los problemas de moldeo de piezas fundidas de estructura compleja.

La función principal del núcleo es dar forma a la cavidad interna de la pieza fundida. Se puede utilizar para fabricar tubos, diversos orificios (como los canales de agua y de aceite de los cilindros de los motores), orificios ciegos y otras estructuras que no pueden formarse directamente mediante moldes externos. Al mismo tiempo, permite construir formas geométricas complejas y realizar el conformado de estructuras internas precisas, como los canales de las bielas del cárter y los canales de enfriamiento de las álabes de las turbinas. Además, el núcleo puede reducir la diferencia de espesor de pared de las piezas fundidas, evitar defectos de puntos calientes causados por un espesor de pared local desigual; y puede guiar la dirección del flujo del metal fundido, optimizar el efecto de llenado y mejorar la calidad de la fundición.

2. Requisitos típicos de rendimiento de los núcleos

• Alta resistencia: Debe soportar el impacto del metal fundido (por ejemplo, la fuerza de impacto durante el vertido de hierro fundido puede alcanzar los 0,3 MPa) para garantizar que no se agriete durante el proceso de vertido.
• Buena permeabilidad al aire: debe ser capaz de evacuar el gas sin problemas en un entorno de alta temperatura, y el índice de permeabilidad al aire debe ser ≥100 cm³/(cm²·min).
• Fácil desmoldeabilidad: tras el vertido, debe poder desmoldarse mediante vibración o acción química para facilitar las posteriores operaciones de limpieza de la arena, y la resistencia residual debe ser inferior a 0,5 MPa.
• Alta precisión: La tolerancia dimensional de las piezas clave debe mantenerse dentro del rango del grado CT8 (±0,25 mm).

3. Proceso de fabricación de núcleos

(1) Tecnología de conformado

• Método de inyección de núcleos: La mezcla de arena se inyecta a alta velocidad en la caja de núcleos mediante una máquina de inyección de núcleos, y el núcleo se desmolda una vez endurecido. Este método ofrece una alta eficiencia de producción, de hasta 120 moldes por hora, y es adecuado para la producción en masa de núcleos estandarizados.
• Método de impresión 3D: Se utiliza la tecnología de inyección de adhesivo para imprimir directamente núcleos complejos con una precisión de conformado de hasta ±0,3 mm. No se requiere caja de núcleo, lo que resulta adecuado para la fabricación rápida de núcleos de lotes pequeños y estructuras complejas.
• Método de caja fría: Se utiliza trietilamina como catalizador para que la resina sufra una reacción de endurecimiento a temperatura ambiente. Tras el moldeo, la rugosidad superficial Ra del núcleo es ≤12,5 μm, lo que garantiza tanto una alta eficiencia como una gran precisión.

(2) Proceso posterior al tratamiento

• Secado: El núcleo de arena resinada debe hornearse a una temperatura de entre 200 y 250 ℃ durante 2 a 4 horas para eliminar la humedad del interior del núcleo y mejorar su resistencia y estabilidad.
• Recubrimiento: La superficie del núcleo se recubre mediante inmersión en polvo de circonio, y el espesor del recubrimiento se mantiene entre 0,2 y 0,5 mm, lo que mejora significativamente la resistencia a altas temperaturas del núcleo y evita que la arena se adhiera durante el vertido.

4. Materias primas y métodos de fabricación de los núcleos

Las materias primas del núcleo suelen ser las mismas que las de la arena de resina utilizada en el proceso de fundición. Durante la producción, la arena de resina se vierte en la caja de machos, adaptándose a la forma interna de la pieza fundida. Según las capacidades técnicas y las condiciones del equipo de la empresa productora, la arena puede compactarse en la caja de machos mediante compactación, calentamiento o soplado de arena. A continuación, el macho se extrae de la caja de machos y, tras un tratamiento posterior, puede colocarse en el molde para su uso.
Existen dos métodos principales de fabricación de núcleos: el método de caja caliente y el método de caja fría:

• Método de la caja caliente: Se añade un catalizador a la arena resinada, y este se activa calentando la caja de machos para favorecer el endurecimiento y el moldeado de la arena resinada.
• Método «Cold Box»: Se utiliza un catalizador que puede activarse sin necesidad de calor. Cuando se mezclan la resina y la arena, el catalizador entra en acción automáticamente, lo que hace que el núcleo de arena se endurezca y se forme a temperatura ambiente.

5. Métodos de fijación de los núcleos

Durante el proceso de colada, cuando el metal fundido se inyecta en el molde, impacta contra el núcleo y lo empuja hacia arriba, lo que provoca que este se desplace o flote con facilidad. Por lo tanto, es necesario adoptar un método de fijación adecuado:

• Método de fijación del asiento del núcleo: El asiento del núcleo está fabricado con el mismo metal que el molde, lo que permite fijar con precisión el núcleo en la posición designada dentro del molde hasta que finalice el vertido del metal fundido y este se enfríe. Tras el enfriamiento, la parte del asiento del núcleo que ha estado en contacto con el metal fundido pasará a formar parte de la pieza fundida. Una vez formada la pieza fundida, el núcleo se desmonta y se extrae mediante vibración.
• Método de fijación del núcleo prolongado: Cuando la pieza fundida presenta un espacio más allá de la pared exterior del molde que no puede rellenarse con metal, el núcleo puede fabricarse más largo que el molde y fijarse mediante la ranura prevista en el molde de arena para evitar que se mueva durante el proceso de colada.

La tecnología de núcleos es el elemento fundamental que permite a la fundición en arena producir piezas con estructuras internas complejas. Su proceso de desarrollo ha impulsado continuamente el avance de la industria de la fundición, desde la fabricación manual tradicional de núcleos hasta la fabricación inteligente de núcleos mediante impresión 3D. En el futuro, con la aplicación en profundidad del diseño de estructuras biónicas (como los núcleos alveolares con topología optimizada) y la tecnología de gemelos digitales, los núcleos desempeñarán un papel más importante en la consecución de la ligereza y la integración funcional de las piezas fundidas, proporcionando un sólido respaldo para el desarrollo de alta calidad de la industria de la fundición.

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