Un núcleo es un dispositivo utilizado en procesos de fundición y moldeado para producir cavidades internas y ángulos reentrantes (un ángulo interior mayor que 180°). El núcleo normalmente es un elemento desechable que se destruye para sacarlo de la pieza. [1] Se utilizan más comúnmente en fundición en arena , pero también se utilizan en fundición a presión y moldeo por inyección .
Por ejemplo, los núcleos definen múltiples pasajes dentro de los bloques de motor fundidos . Un modelo de motor GM V-8 requiere 5 núcleos de arena seca para cada fundición. [1]
Los núcleos son útiles para elementos que no pueden tolerar corrientes de aire o para proporcionar detalles que de otro modo no podrían integrarse en una pieza fundida o un molde sin núcleo. [1]
La principal desventaja es el coste adicional de incorporar núcleos. [1]
Hay siete requisitos para los núcleos: [2]
Hay muchos tipos de núcleos disponibles. La selección del tipo correcto de núcleo depende de la cantidad de producción, la tasa de producción, la precisión requerida, el acabado superficial requerido y el tipo de metal que se utiliza. Por ejemplo, ciertos metales son sensibles a los gases que desprenden ciertos tipos de arenas para núcleos; otros metales tienen un punto de fusión demasiado bajo para romper adecuadamente el aglutinante y eliminarlo durante la sacudida. [2]
Los núcleos de arena verde dificultan o imposibilitan la fundición de piezas largas y estrechas. Incluso para elementos largos que se pueden fundir, todavía queda mucho material por mecanizar. Una aplicación típica es un orificio pasante en una pieza fundida. [2]
La forma más sencilla de hacer núcleos de arena seca es en una caja de núcleos de descarga , en la que se empaqueta arena en la caja y se raspa hasta el nivel de la parte superior. Luego se coloca una placa de madera o metal sobre la caja y luego se voltean las dos y el segmento del núcleo cae fuera de la caja. A continuación, el segmento central se hornea o endurece. Luego se pegan en caliente varios segmentos del núcleo o se unen por algún otro medio. Los puntos ásperos se liman o lijan . Finalmente, el núcleo se recubre ligeramente con grafito , sílice o mica para dar un acabado superficial más suave y una mayor resistencia al calor. [2] No es necesario ensamblar los núcleos de una sola pieza porque se fabrican en una caja de núcleos dividida . Una caja de núcleos dividida, como suena, está hecha de dos mitades y tiene al menos un orificio para introducir arena. Para núcleos simples que tienen secciones transversales constantes, se pueden crear en extrusoras especiales para la producción de núcleos . Luego, las extrusiones se cortan a la longitud adecuada y se endurecen. Se pueden fabricar núcleos de una sola pieza más complejos de manera similar a los moldeos por inyección y las fundiciones a presión . [2]
Tipos de núcleo:
Los núcleos se utilizan para moldeos por inyección complejos en el proceso de moldeo por inyección de núcleos fusibles . Primero, se fabrica un núcleo a partir de una aleación fusible o un polímero de baja temperatura de fusión . Luego se coloca dentro de los troqueles del molde de inyección y el plástico se inyecta en el molde. Luego se retira la moldura del molde con el núcleo todavía en él. Finalmente, el núcleo se funde o se retira del molde mediante lavado en un baño caliente.
Se introducen aglutinantes especiales en las arenas centrales para agregar resistencia. El aglutinante más antiguo era el aceite vegetal , sin embargo ahora se utiliza aceite sintético , junto con cereal o arcilla . Luego, el núcleo se hornea en un horno de convección entre 200 y 250 °C (392 y 482 °F). El calor hace que el aglutinante se entrecruce o polimerice . Si bien este proceso es simple, la precisión dimensional es baja. [3]
Otro tipo de proceso de aglutinante se llama proceso de caja caliente , que utiliza un termoestable y un catalizador como aglutinante. La arena con el aglutinante se empaqueta en una caja central que se calienta a aproximadamente 230 °C (446 °F) (de ahí el nombre). El aglutinante que toca la superficie caliente de la caja de núcleos comienza a curar en 10 a 30 segundos. Dependiendo del tipo de aglutinante, es posible que sea necesario hornear más para curar por completo. [4] Los núcleos producidos utilizando este método a veces se denominan "núcleo de concha" porque a menudo, sólo la capa exterior del núcleo se endurece cuando entra en contacto con la caja de núcleos caliente. Cuando se abre la caja de núcleos y se retira el núcleo, la arena sin curar dentro del núcleo se vierte para ser reutilizada. Esta práctica también se puede observar en algunas prácticas de fabricación de núcleos en caja fría, aunque la fabricación de núcleos de carcasa en caja fría es mucho menos común.
De manera similar, el proceso de caja fría utiliza un aglutinante que se endurece mediante el uso de gases especiales. La arena recubierta con aglutinante se empaqueta en una caja de núcleos y luego se sella para que se pueda introducir un gas de curado. Estos gases suelen ser tóxicos (es decir, gas amina ) u olorosos (es decir, SO 2 ), por lo que se deben utilizar sistemas de manipulación especiales. Sin embargo, como no se requieren altas temperaturas, la caja de núcleos puede fabricarse de metal, madera o plástico. Un beneficio añadido es que se puede formar un núcleo hueco si el gas se introduce a través de orificios en la superficie del núcleo que provocan que sólo se endurezca la superficie del núcleo; Luego, la arena restante se tira para volver a utilizarla. [4] Por ejemplo, un aglutinante para núcleos de fundición en arena en caja fría es silicato de sodio que se endurece al exponerse al dióxido de carbono . [5]
Se utilizan aglutinantes especiales en arenas fraguadas con aire para producir núcleos a temperatura ambiente. Estas arenas no requieren un catalizador gaseoso porque en la arena se mezclan aglutinantes orgánicos y un catalizador de curado, lo que inicia el proceso de curado. La única desventaja de esto es que después de mezclar el catalizador, hay poco tiempo para usar la arena. Una tercera forma de producir núcleos a temperatura ambiente es mediante moldeo en cáscara . [4]
El término arenas sin hornear puede referirse al proceso de caja fría o al proceso de secado por aire. [4] [5]
Para aumentar la resistencia de los núcleos se pueden agregar varillas y alambres internos. Para mejorar la colapsabilidad, se puede agregar paja en el centro del núcleo o se puede usar un núcleo hueco. Este atributo es especialmente importante para la fundición de acero porque se produce una gran cantidad de contracción. [4]
Excepto los núcleos muy pequeños, todos los núcleos requieren orificios de ventilación para liberar gases. Por lo general, se forman utilizando pequeños alambres para crear agujeros desde la superficie del molde hasta el núcleo. Cuando esto no es factible, se pueden agregar cenizas y coque al núcleo para aumentar la permeabilidad. [4]
Si Fub ¿qué es? ≤0, no se utiliza ninguna coronilla.
Si Fub>0, se utilizan coronillas.
Como se mencionó anteriormente, los núcleos suelen estar sostenidos por dos impresiones de núcleos en el molde. Sin embargo, hay situaciones en las que un núcleo sólo utiliza una impresión de núcleo, por lo que se requieren otros medios para soportar el extremo en voladizo. Generalmente se presentan en forma de coronas . Estos son soportes metálicos que cierran el espacio entre la superficie del molde y el núcleo. Dado que las coronas pasan a formar parte de la fundición, las coronas deben ser del mismo material o similar al metal que se está fundiendo. Además, su diseño debe optimizarse porque si son demasiado pequeños se fundirán por completo y permitirán que el núcleo se mueva, pero si son demasiado grandes entonces toda su superficie no podrá fundirse ni fusionarse con el metal vertido. Su uso también debe minimizarse porque pueden causar defectos en la fundición o crear puntos débiles en la fundición. [6] Por lo general, es más importante garantizar que las coronas superiores sean más fuertes que las inferiores porque el núcleo tenderá a flotar hacia arriba en el metal fundido. [7]
Cuando se lanza un ángulo reentrante, en lugar de usar un núcleo se puede usar una mejilla . Este es un tercer segmento en el matraz , además del frente y el arrastre . Esto permite hacer todo el molde con arena verde y con patrones removibles. La desventaja de esto es que se requieren más operaciones de fabricación de moldes, pero suele ser ventajoso cuando las cantidades son bajas. Sin embargo, si se requieren grandes cantidades de fundición, suele ser más rentable utilizar simplemente un núcleo. [6]