1. Introduktion till kärnor

I sandgjutningsprocess, Kärnor är en fristående formkomponent av sand som främst används för att skapa specifika hålrum, hål eller komplexa strukturer inuti gjutgods. De används tillsammans med den yttre sandformen (gjutformen) för att bilda ett komplett gjuthålrum, vilket säkerställer att det flytande metallen efter stelning kan bilda en inre form som uppfyller konstruktionskraven. Kärnan är en av de centrala teknikerna för att lösa formningsproblemen hos gjutgods med komplexa strukturer.

Kärnans huvudsakliga funktion är att forma gjutgodsets inre hålrum. Den kan användas för att tillverka rör, olika hål (till exempel vatten- och oljekanaler i motorcylindrar), blindhål och andra strukturer som inte kan formas direkt med hjälp av yttre formar. Samtidigt kan den skapa komplexa geometriska former och möjliggöra formning av exakta inre strukturer, såsom vevhusets vevstangskanaler och turbinbladens kylkanaler. Dessutom kan kärnan minska skillnaden i väggtjocklek hos gjutgods, undvika defekter i form av ”hot spots” orsakade av ojämn lokal väggtjocklek, samt styra flödesriktningen för smält metall, optimera fyllningseffekten och förbättra gjutkvaliteten.

2. Typiska prestandakrav för kärnor

• Hög hållfasthet: Den måste tåla stötar från smält metall (till exempel kan stötkraften vid gjutning av gjutjärn uppgå till 0,3 MPa) för att säkerställa att den inte spricker under gjutningsprocessen.
• God luftgenomsläpplighet: Den måste kunna släppa ut gas smidigt i en miljö med höga temperaturer, och luftgenomsläpplighetsindexet måste vara ≥100 cm³/(cm²·min).
• Enkel nedbrytbarhet: Efter gjutningen måste formen kunna brytas ned genom vibrationer eller kemisk påverkan för att underlätta efterföljande sandrengöring, och resthållfastheten måste vara < 0,5 MPa.
• Hög precision: Måtttoleransen för viktiga komponenter måste hållas inom gränserna för klass CT8 (±0,25 mm).

3. Tillverkningsprocessen för kärnor

(1) Formningsteknik

• Kärnsprutningsmetod: Den blandade sanden sprutas in i kärnlådan med hög hastighet via en kärnsprutningsmaskin, och kärnan lossas ur formen efter härdning. Denna metod har hög produktionseffektivitet, upp till 120 formar per timme, och lämpar sig för massproduktion av standardiserade kärnor.
• 3D-utskriftsmetod: Med hjälp av Adhesive Jetting-tekniken kan komplexa kärnor skrivas ut direkt med en formnoggrannhet på upp till ±0,3 mm. Ingen kärnlåda behövs, vilket gör metoden lämplig för snabb tillverkning av kärnor i små serier och med komplexa strukturer.
• Cold Box-metoden: Trietylamin används som katalysator för att få hartset att härda vid rumstemperatur. Efter formningen uppgår kärnans ytjämnhet Ra till ≤12,5 μm, vilket ger både hög effektivitet och hög precision.

(2) Efterbehandlingsprocess

• Torkning: Kärnan av hartssand måste bakas vid en temperatur på 200–250 °C i 2–4 timmar för att avlägsna fukten inuti kärnan och förbättra dess hållfasthet och stabilitet.
• Beläggning: Kärnans yta är doppad i en beläggning av zirkonpulver, och beläggningens tjocklek hålls på 0,2–0,5 mm, vilket avsevärt förbättrar kärnans högtemperaturbeständighet och förhindrar att sand fastnar under gjutningen.

4. Råvaror och tillverkningsmetoder för kärnor

Råmaterialen i kärnan är vanligtvis desamma som i den hartsand som används i gjutningsprocess. Under tillverkningen fylls hartssanden i kärnlådan så att den följer gjutgodsets inre form. Beroende på produktionsföretagets tekniska kapacitet och utrustningsförhållanden kan sanden formas i kärnlådan genom komprimering, uppvärmning eller sandblåsning. Därefter tas kärnan ut ur kärnlådan och kan placeras i formen för användning efter efterbehandling.
Det finns två huvudsakliga tillverkningsmetoder för kärnor: varmlådsmetoden och kalllådsmetoden:

• Hot Box-metoden: En katalysator tillsätts till hartsand, och katalysatorn aktiveras genom uppvärmning av kärnlådan för att påskynda härdningen och formningen av hartsanden.
• Cold Box-metoden: Man använder en katalysator som kan aktiveras utan uppvärmning. När hartset och sanden blandas aktiveras katalysatorn automatiskt, vilket gör att sandkärnan härdar och tar form vid rumstemperatur.

5. Fästmetoder för kärnor

Under gjutningsprocessen, när det smälta metallen sprutas in i formen, kommer det att slå emot och trycka upp kärnan, vilket gör att kärnan lätt kan förskjutas eller flyta upp. Därför måste en lämplig fästmetod användas:

• Fästmetod för kärnhållare: Kärnhållaren är tillverkad av samma metall som formen och håller kärnan på plats i den avsedda positionen i formen tills gjutningen av smältmetallen är avslutad och har svalnat. Efter avkylningen blir den del av kärnhållaren som varit i kontakt med smältmetallen en del av gjutgodset. När gjutningen har formats kollapsar kärnan och tas ut genom vibration.
• Metod för förlängd kärnfixering: Om gjutgodset har ett utrymme utanför formens yttervägg som inte kan fyllas med metall, kan kärnan göras längre än formen och fästas i det spår som finns i sandformen för att förhindra att den rör sig under gjutningen.

Kärntekniken är det centrala verktyget inom sandgjutning för att kunna tillverka gjutgods med komplexa inre hålrumsstrukturer. Utvecklingen inom detta område har kontinuerligt drivit på framstegen inom gjutningsindustrin, från traditionell manuell kärntillverkning till intelligent kärntillverkning med 3D-utskrift. I framtiden, med en fördjupad tillämpning av bionisk strukturdesign (såsom topologioptimerade bikakekärnor) och digital tvillingteknik, kommer kärnor att spela en viktigare roll för att uppnå lättviktiga gjutgods och funktionell integration, vilket ger ett starkt stöd för en högkvalitativ utveckling av gjutindustrin.

Om du vill veta mer om kärnor vid sandgjutning är du välkommen att kontakta oss.