1. Introdução aos núcleos

No processo de fundição em areia, os núcleos são um componente de moldagem independente à base de areia, utilizado principalmente para formar cavidades específicas, orifícios ou estruturas complexas no interior das peças fundidas. São utilizados em conjunto com o molde externo de areia (molde) para formar uma cavidade completa de fundição, garantindo que o metal líquido possa assumir uma forma interna que atenda aos requisitos de projeto após a solidificação. O núcleo é uma das principais tecnologias para resolver os problemas de moldagem de peças fundidas com estruturas complexas.

A função principal do núcleo é moldar a cavidade interna da peça fundida. Ele pode ser utilizado para fabricar tubos, diversos orifícios (como os canais de água e de óleo dos cilindros de motores), orifícios cegos e outras estruturas que não podem ser formadas diretamente por moldes externos. Ao mesmo tempo, ele permite a construção de formas geométricas complexas e a formação de estruturas internas precisas, como canais de bielas no cárter e canais de resfriamento de pás de turbina. Além disso, o núcleo pode reduzir a variação na espessura das paredes das peças fundidas, evitar defeitos de pontos quentes causados por espessuras locais irregulares das paredes; e pode orientar a direção do fluxo do metal fundido, otimizar o efeito de preenchimento e melhorar a qualidade da peça fundida.

2. Requisitos típicos de desempenho dos núcleos

• Alta resistência: Deve suportar o impacto do metal fundido (por exemplo, a força de impacto durante o vazamento de ferro fundido pode chegar a 0,3 MPa) para garantir que não se rache durante o processo de vazamento.
• Boa permeabilidade ao ar: Deve ser capaz de liberar gás sem dificuldades em um ambiente de alta temperatura, e o índice de permeabilidade ao ar deve ser ≥100 cm³/(cm²·min).
• Fácil desmontagem: Após o vazamento, deve ser possível desmontá-lo por meio de vibração ou ação química para facilitar as operações subsequentes de limpeza da areia, e a resistência residual deve ser < 0,5 MPa.
• Alta precisão: A tolerância dimensional das peças-chave deve ser mantida dentro da faixa do grau CT8 (±0,25 mm).

3. Processo de fabricação de núcleos

(1) Tecnologia de conformação

• Método de injeção de núcleos: A areia misturada é injetada na caixa de núcleo em alta velocidade por meio de uma máquina de injeção de núcleos, e o núcleo é desmoldado após o endurecimento. Esse método apresenta alta eficiência de produção, de até 120 moldes por hora, e é adequado para a produção em massa de núcleos padronizados.
• Método de impressão 3D: A tecnologia de jato de adesivo é utilizada para imprimir diretamente núcleos complexos com uma precisão de conformação de até ±0,3 mm. Não é necessária uma caixa de núcleo, o que torna o método adequado para a fabricação rápida de núcleos em pequenos lotes e com estruturas complexas.
• Método Cold Box: A trietilamina é utilizada como catalisador para que a resina sofra uma reação de endurecimento à temperatura ambiente. Após a moldagem, a rugosidade superficial Ra do núcleo é ≤12,5 μm, o que proporciona alta eficiência e alta precisão.

(2) Processo pós-tratamento

• Secagem: O núcleo de areia com resina precisa ser submetido a um processo de secagem a uma temperatura de 200 a 250 ℃ por 2 a 4 horas para remover a umidade do interior do núcleo e melhorar sua resistência e estabilidade.
• Revestimento: A superfície do núcleo é submetida a um processo de imersão em pó de zircônio, e a espessura do revestimento é mantida entre 0,2 e 0,5 mm, o que pode melhorar significativamente a resistência do núcleo a altas temperaturas e evitar defeitos causados pela aderência da areia durante o vazamento.

4. Matérias-primas e métodos de fabricação dos núcleos

As matérias-primas do núcleo são geralmente as mesmas da areia de resina utilizada no processo de fundição. Durante a produção, a areia de resina é colocada na caixa de núcleo, de modo a se ajustar à forma interna da peça fundida. De acordo com as capacidades técnicas e as condições dos equipamentos da empresa produtora, a areia pode ser moldada na caixa de núcleo por compactação, aquecimento ou sopro de areia. Em seguida, o núcleo é retirado da caixa de núcleo e pode ser colocado no molde para uso após o pós-tratamento.
Existem dois métodos principais de fabricação de núcleos: o método da caixa quente e o método da caixa fria:

• Método Hot Box: Adiciona-se um catalisador à areia resinada, e esse catalisador é ativado pelo aquecimento da caixa de núcleo para promover o endurecimento e a moldagem da areia resinada.
• Método Cold Box: É utilizado um catalisador que pode ser ativado sem aquecimento. Quando a resina e a areia são misturadas, o catalisador entra em ação automaticamente, fazendo com que o núcleo de areia endureça e se forme à temperatura ambiente.

5. Métodos de fixação dos núcleos

Durante o processo de vazamento, quando o metal fundido é injetado no molde, ele colide com o núcleo e o faz flutuar, o que leva ao seu fácil deslocamento ou flutuação. Portanto, é necessário adotar um método de fixação adequado:

• Método de fixação do assento do núcleo: O assento do núcleo é feito do mesmo metal que o molde, o que fixa com precisão o núcleo na posição designada no molde até que o vazamento do metal fundido seja concluído e ele esfrie. Após o resfriamento, o assento do núcleo em contato com o metal fundido passará a fazer parte da peça fundida. Após a formação da peça fundida, o núcleo é desmontado e retirado por vibração.
• Método de fixação do núcleo prolongado: Quando a peça fundida apresenta um espaço além da parede externa do molde que não pode ser preenchido com metal, o núcleo pode ser feito mais longo do que o molde e fixado por meio de uma ranhura reservada no molde de areia, a fim de impedir que se mova durante o processo de vazamento.

A tecnologia de núcleos é o principal meio pelo qual a fundição em areia consegue produzir peças fundidas com estruturas internas complexas. Seu processo de desenvolvimento tem promovido continuamente o avanço da indústria de fundição, desde a fabricação manual tradicional de núcleos até a fabricação inteligente de núcleos por impressão 3D. No futuro, com a aplicação aprofundada do projeto de estruturas biônicas (como núcleos em forma de favo de mel com topologia otimizada) e da tecnologia de gêmeos digitais, os núcleos desempenharão um papel ainda mais importante na concretização da leveza e da integração funcional das peças fundidas, oferecendo um forte apoio ao desenvolvimento de alta qualidade da indústria de fundição.

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