Núcleo (fabricación)

Un núcleo es un dispositivo que se utiliza en los procesos de fundición y moldeo para producir cavidades internas y ángulos reentrantes (un ángulo interior mayor de 180 °). El núcleo es normalmente un elemento desechable que se destruye para sacarlo de la pieza. ^[1] Se utilizan con mayor frecuencia en la fundición en arena , pero también se utilizan en la fundición a presión y el moldeo por inyección .

Por ejemplo, los núcleos definen múltiples pasajes dentro de los bloques de motor de fundición . Un modelo de motor GM V-8 requiere 5 núcleos de arena seca para cada fundición. ^[1]

Materiales necesarios para fabricar núcleos

• Arena de núcleo
• Arcilla de bentonita
• Carbon pulverizado
• Aceite de resina

Ventajas y desventajas

Los núcleos son útiles para características que no pueden tolerar corrientes de aire o para proporcionar detalles que de otro modo no se pueden integrar en un molde o fundición sin núcleo. ^[1]

La principal desventaja es el costo adicional de incorporar núcleos. ^[1]

Requisitos

Hay siete requisitos para los núcleos: ^[2]

1. Resistencia en verde: en estado verde, debe haber una resistencia adecuada para su manipulación.
2. En el estado endurecido, debe ser lo suficientemente fuerte para soportar las fuerzas de fundición; por lo tanto, la resistencia a la compresión debe ser de 100 a 300 psi (0,69 a 2,07 MPa).
3. La permeabilidad debe ser muy alta para permitir el escape de gases.
4. Friabilidad: a medida que la fundición o la moldura se enfría, el núcleo debe ser lo suficientemente débil como para romperse a medida que el material se contrae. Además, deben ser fáciles de quitar durante la sacudida .
5. Se requiere una buena refractariedad ya que el núcleo suele estar rodeado de metal caliente durante la fundición o el moldeado.
6. Un acabado superficial liso .
7. Mínima generación de gases durante el vertido de metales.

Tipos

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 de la superficie requerido y el tipo de metal que se utiliza. Por ejemplo, ciertos metales son sensibles a los gases que desprenden ciertos tipos de arenas de núcleo; otros metales tienen un punto de fusión demasiado bajo para descomponer adecuadamente el aglutinante y eliminarlo durante la sacudida. ^[2]

Núcleos de arena verde

Núcleos de arena verde

Los núcleos de arena verde dificultan o imposibilitan la fundición de características largas y estrechas. Incluso para elementos largos que se pueden fundir, todavía queda mucho material por mecanizar. Una aplicación típica es un agujero pasante en una pieza fundida. ^[2]

Núcleos de arena seca

La forma más sencilla de hacer núcleos de arena seca es en una caja de descarga de núcleos , en la que la arena se empaqueta en la caja y se raspa al 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 del núcleo. A continuación, el segmento del núcleo se hornea o se endurece. Luego, varios segmentos de núcleo se pegan juntos en caliente o se unen por otros medios. 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] Núcleos de una sola piezano es necesario ensamblarlos porque están hechos en una caja de núcleo dividido . Una caja de núcleo dividida, como suena, está hecha de dos mitades y tiene al menos un orificio para que se introduzca la arena. Para núcleos simples que tienen secciones transversales constantes, se pueden crear en extrusoras especiales de 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 una manera similar a los moldes de inyección y las piezas fundidas a presión . ^[2]

Tipos de núcleo:

• Caja fria
• caja de medio núcleo
• caja de núcleo de volcado
• caja de núcleo dividido
• caja de núcleo izquierda y derecha
• caja de núcleo de pandillas
• caja de núcleo strickle
• caja de núcleo de pieza suelta

Núcleos perdidos

Artículo principal: moldeo por inyección de núcleo fusible

Los núcleos se utilizan para moldes por inyección complejos en el proceso de moldeo por inyección de núcleos fusibles . Primero, un núcleo está hecho de una aleación fusible o un polímero de baja temperatura de fusión . Luego se coloca dentro de las matrices del molde de inyección y el plástico se inyecta en el molde. A continuación, la moldura se retira del molde con el núcleo todavía en él. Por último, el núcleo se funde o se lava de la moldura en un baño caliente.

Proceso de fabricación de núcleos

Idealmente, el proceso de fabricación de núcleos implica los siguientes pasos:

1. Selección de arena de núcleo
2. Mezcla de arena con aditivos.
3. Disparar o soplar el núcleo
4. Ventilación del núcleo
5. Refuerzo de núcleos
6. Horneado de núcleos
7. Limpieza y acabado de núcleos
8. Inspección de núcleos
9. Ensamblaje de núcleos ^[3]

Aglutinantes

Se introducen aglutinantes especiales en las arenas de núcleo para agregar resistencia. El aglutinante más antiguo era el aceite vegetal , sin embargo ahora se usa aceite sintético , junto con cereales o arcilla . Luego, el núcleo se cuece en un horno de convección entre 200 y 250 ° C (392 y 482 ° F). El calor hace que el aglutinante se reticule o polimerice . Si bien este proceso es simple, la precisión dimensional es baja. ^[4]

Otro tipo de proceso de aglutinante se denomina proceso de caja caliente , que utiliza un termoendurecible y un catalizador como aglutinante. La arena con el aglutinante se empaqueta en una caja de machos que se calienta a aproximadamente 230 ° C (446 ° F) (que es de donde se originó el nombre). El aglutinante que toca la superficie caliente de la caja de machos comienza a curar en 10 a 30 segundos. Dependiendo del tipo de aglutinante, es posible que sea necesario hornear más para curar por completo. ^[5]Los núcleos producidos mediante este método a veces se denominan "núcleo de caparazón" porque, a menudo, solo la capa exterior del núcleo se endurece cuando está 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 descarga para ser reutilizada. Esta práctica también se puede observar en algunas prácticas de fabricación de núcleos de caja fría, aunque la fabricación de núcleos de carcasa de 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 de aglutinante se empaqueta en una caja de machos 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 deben utilizarse sistemas de manipulación especiales. Sin embargo, debido a que no se requieren altas temperaturas, la caja de machos puede estar hecha de metal, madera o plástico. Un beneficio adicional es que se puede formar un núcleo hueco si el gas se introduce a través de orificios en la superficie del núcleo, lo que hace que solo se endurezca la superficie del núcleo; la arena restante se tira para volver a utilizarla. ^[5] Por ejemplo, un aglutinante de núcleo de fundición en arena de caja fría es silicato de sodioque se endurece al exponerse al dióxido de carbono . ^[6]

Se utilizan aglutinantes especiales en arenas endurecidas por aire para producir núcleos a temperatura ambiente. Estas arenas no requieren un catalizador de gas porque los aglutinantes orgánicos y un catalizador de curado se mezclan en la arena 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 de cáscara . ^[5]

El término arenas sin hornear puede referirse al proceso de caja fría o al proceso de fraguado con aire. ^{[5] [6]}

Otras Consideraciones

Para aumentar la resistencia de los núcleos, se pueden agregar alambres y varillas internas. Para mejorar la capacidad de colapso, se puede agregar paja en el medio del núcleo o se puede usar un núcleo hueco. Este atributo es especialmente importante para la fundición de acero porque se produce una gran contracción. ^[5]

A excepción de los núcleos muy pequeños, todos los núcleos requieren orificios de ventilación para liberar gases. Por lo general, se forman mediante el uso de pequeños alambres para crear agujeros desde la superficie del molde hasta el núcleo. Cuando esto no sea factible, se puede agregar ceniza y coque al núcleo para aumentar la permeabilidad. ^[5]

Ventilaciones centrales

Ventilaciones centrales

Los respiraderos del núcleo se instalan para facilitar la liberación de gases de las herramientas y llenar de manera efectiva la caja del núcleo con arena. Sin una ventilación adecuada del núcleo, existe la posibilidad de que quede aire atrapado, lo que puede causar cavidades y muchos otros tipos de defectos del núcleo. Estos respiraderos de núcleo son necesarios para un tratamiento uniforme de los núcleos con gas anime. ^[7]

Coronillas

Un diagrama del uso de la coronilla

Varios tipos de coronillas

Si Fub≤0, no se utiliza coronilla.

Si Fub> 0, se utilizan guirnaldas.

Como se mencionó anteriormente, los núcleos suelen estar soportados por dos impresiones de núcleos en el molde. Sin embargo, hay situaciones en las que un núcleo solo utiliza una impresión de núcleo, por lo que se requieren otros medios para soportar el extremo en voladizo. Por lo general, se suministran en forma de coronas . Estos son soportes de metal que cubren el espacio entre la superficie del molde y el núcleo. Dado que las coronillas pasan a formar parte de la fundición, las coronillas deben ser del mismo material o similar al del metal que se va a fundir. Además, su diseño debe optimizarse porque si son demasiado pequeños se derretirán por completo y permitirán que el núcleo se mueva, pero si son demasiado grandes, toda su superficie no podrá derretirse y fusionarse con el metal vertido. Su uso también debe minimizarse porque pueden causar defectos de fundición o crear puntos débiles en la fundición. ^[8]Por lo general, es más crítico asegurarse de que las coronillas superiores sean más fuertes que las inferiores porque el núcleo tenderá a flotar hacia arriba en el metal fundido. ^[9]

Las mejillas

Una mejilla utilizada para crear una polea.

Al lanzar un ángulo reentrante, en lugar de usar un núcleo, se puede usar una mejilla . Este es un tercer segmento en el matraz , además de la capa y el arrastre . Esto permite que todo el molde esté hecho de arena verde y de patrones extraíbles. La desventaja de esto es que se requieren más operaciones de fabricación de moldes, pero generalmente es ventajoso cuando las cantidades son bajas. Sin embargo, si se requieren grandes cantidades de fundición, generalmente es más rentable usar simplemente un núcleo. ^[8]

Ver también

• Enchufe de núcleo

Notas

1. Degarmo, Black & Kohser 2003 , p. 311.
2. Degarmo, Black & Kohser 2003 , p. 312.
3. "Proceso de fabricación de núcleos" . Ventilaciones de núcleo de fundición . 2021 . Consultado el 23 de julio de 2021 .
4. Degarmo, Black y Kohser 2003 , págs. 312–313.
5. Degarmo, Black & Kohser 2003 , p. 313.
6. Silicato de sodio para la fabricación de núcleos , consultado el 2 de agosto de 2009.
7. "¿Qué son los respiraderos centrales?" . Ventilación del núcleo de fundición . Consultado el 24 de julio de 2021 .
8. Degarmo, Black & Kohser , 2003 , p. 314.
9. Palmer, Reginald Heber (1911), Práctica de fundición , Wiley, p. 162.

Referencias

• Degarmo, E. Paul; Black, J T .; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (9a ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.