1. Introduzione ai core

Nel processo di fusione in sabbia, le anime sono un componente di formatura indipendente a base di sabbia, utilizzato principalmente per realizzare cavità specifiche, fori o strutture complesse all’interno dei getti. Vengono impiegate insieme allo stampo esterno in sabbia (stampo) per formare una cavità di colata completa, garantendo che il metallo liquido possa assumere, una volta solidificato, una forma interna conforme ai requisiti di progettazione. L’anima è una delle tecnologie fondamentali per risolvere i problemi di formatura dei getti con strutture complesse.

La funzione principale dell’anima è quella di modellare la cavità interna del pezzo fuso. Può essere utilizzata per realizzare tubi, fori di vario tipo (come i canali dell’acqua e dell’olio dei cilindri dei motori), fori ciechi e altre strutture che non possono essere formate direttamente mediante stampi esterni. Allo stesso tempo, permette di realizzare forme geometriche complesse e di ottenere strutture interne precise, quali i canali delle bielle nel basamento e i canali di raffreddamento delle pale delle turbine. Inoltre, l’anima è in grado di ridurre la differenza di spessore delle pareti dei pezzi fusi, evitare difetti dovuti a punti caldi causati da uno spessore locale non uniforme delle pareti; può inoltre guidare la direzione del flusso del metallo fuso, ottimizzare l’effetto di riempimento e migliorare la qualità della fusione.

2. Requisiti prestazionali tipici dei core

• Elevata resistenza: deve resistere all'impatto del metallo fuso (ad esempio, la forza d'impatto durante la colata della ghisa può raggiungere i 0,3 MPa) per garantire che non si creino crepe durante il processo di colata.
• Buona permeabilità all'aria: deve essere in grado di far fuoriuscire il gas senza difficoltà in un ambiente ad alta temperatura e l'indice di permeabilità all'aria deve essere ≥100 cm³/(cm²·min).
• Facile smontabilità: dopo la colata, deve poter essere frantumato mediante vibrazione o azione chimica per facilitare le successive operazioni di pulizia della sabbia, e la resistenza residua deve essere < 0,5 MPa.
• Elevata precisione: la tolleranza dimensionale dei componenti chiave deve essere mantenuta entro i limiti previsti dal grado CT8 (±0,25 mm).

3. Processo di produzione delle anime

(1) Tecnologia di formatura

• Metodo di iniezione delle anime: la miscela di sabbia viene iniettata ad alta velocità nella scatola per anime tramite una macchina iniettrice, e l'anima viene sformata dopo l'indurimento. Questo metodo garantisce un'elevata efficienza produttiva, fino a 120 stampi all'ora, ed è adatto alla produzione in serie di anime standardizzate.
• Metodo di stampa 3D: la tecnologia Adhesive Jetting viene utilizzata per stampare direttamente anime complesse con una precisione di formatura fino a ±0,3 mm. Non è necessaria alcuna scatola per anime, il che rende questo metodo adatto alla produzione rapida di anime in piccoli lotti e con strutture complesse.
• Metodo Cold Box: la trietilammina viene utilizzata come catalizzatore per indurre la resina a subire una reazione di indurimento a temperatura ambiente. Dopo la formatura, la rugosità superficiale Ra dell'anima è ≤12,5 μm, garantendo sia un'elevata efficienza che un'elevata precisione.

(2) Processo post-trattamento

• Essiccazione: l'anima in sabbia resinata deve essere sottoposta a cottura a una temperatura compresa tra 200 e 250 ℃ per 2–4 ore, al fine di eliminare l'umidità presente al suo interno e migliorarne la resistenza e la stabilità.
• Rivestimento: la superficie dell’anima viene immersa in un rivestimento a base di polvere di zirconio, con uno spessore controllato tra 0,2 e 0,5 mm; ciò consente di migliorare significativamente la resistenza alle alte temperature dell’anima e di prevenire difetti dovuti all’adesione della sabbia durante la colata.

4. Materie prime e metodi di produzione delle anime

Le materie prime del nucleo sono solitamente le stesse della sabbia resinata utilizzata nella processo di fusione. Durante la produzione, la sabbia resinata viene versata nella scatola per anime in modo da riprodurne la forma interna del pezzo fuso. A seconda delle capacità tecniche e delle condizioni delle attrezzature dell’azienda produttrice, la sabbia può essere modellata nella scatola per anime mediante compattazione, riscaldamento o soffiaggio. Successivamente, l’anima viene estratta dalla scatola e, dopo il trattamento successivo, può essere inserita nello stampo per l’utilizzo.
Esistono due metodi principali di produzione delle anime: il metodo "hot box" e il metodo "cold box":

• Metodo "Hot Box": alla sabbia resinata viene aggiunto un catalizzatore, che viene attivato riscaldando la cassa di formatura per favorire l'indurimento e la formatura della sabbia resinata.
• Metodo Cold Box: viene utilizzato un catalizzatore che può essere attivato senza riscaldamento. Quando la resina e la sabbia vengono miscelate, il catalizzatore entra automaticamente in azione, facendo indurire e solidificare l’anima di sabbia a temperatura ambiente.

5. Metodi di fissaggio delle anime

Durante il processo di colata, quando il metallo fuso viene iniettato nello stampo, esso urta contro l’anima e la fa galleggiare, causandone il facile spostamento o il galleggiamento. Pertanto, è necessario adottare un metodo di fissaggio adeguato:

• Metodo di fissaggio della sede dell’anima: la sede dell’anima è realizzata con lo stesso metallo dello stampo e fissa con precisione l’anima nella posizione designata all’interno dello stampo fino al completamento della colata del metallo fuso e al suo raffreddamento. Una volta raffreddato, la sede dell’anima a contatto con il metallo fuso diventerà parte integrante del pezzo fuso. Una volta formato il pezzo fuso, l’anima viene compressa ed estratta mediante vibrazione.
• Metodo di fissaggio dell'anima estesa: quando il pezzo fuso presenta uno spazio oltre la parete esterna dello stampo che non può essere riempito con il metallo, è possibile realizzare un'anima più lunga dello stampo stesso e fissarla tramite la scanalatura prevista nello stampo in sabbia, in modo da impedirne lo spostamento durante il processo di colata.

La tecnologia delle anime è lo strumento fondamentale che consente alla fusione in sabbia di realizzare pezzi fusi con strutture interne complesse. Il suo processo di sviluppo ha costantemente favorito il progresso dell’industria della fusione, passando dalla tradizionale realizzazione manuale delle anime alla produzione intelligente delle anime tramite stampa 3D. In futuro, grazie all’applicazione approfondita della progettazione di strutture bioniche (come le anime a nido d’ape ottimizzate dal punto di vista topologico) e della tecnologia del gemello digitale, le anime svolgeranno un ruolo ancora più importante nel rendere possibili la leggerezza dei getti e l’integrazione funzionale, fornendo un forte sostegno allo sviluppo di alta qualità dell’industria della fusione.

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