Kas yra smėlio liejimo šerdys?

1. Įvadas

Smėlio liejimo šerdys tarnauja kaip vidiniai architektai, formuojantys paslėptus metalinių dalių bruožus – vidines ertmes., poilsio, ir skysčių kanalus – ko viena forma negali pasiekti.

Istoriškai, dar senovės Romoje meistrai į formas įkišdavo paprastus medžio ar molio kamščius;

Šiandien, liejyklos naudoja pažangias smėlio šerdies technologijas sudėtingoms geometrijoms gaminti,

pavyzdžiui, variklio aušinimo skysčio apvalkalai, hidraulinio kolektoriaus kanalai, ir turbinos menčių aušinimo grandinės, neįmanoma ekonomiškai apdirbti.

In modern operations, šerdys sudaro 25–35% viso pelėsio tūrio, atspindi jų lemiamą vaidmenį atlaisvinant projektavimo sudėtingumą ir sumažinant tolesnio apdirbimo skaičių.

2. What Is a Core?

Į Smėlio liejimas, a šerdis is a precisely shaped, smėlio pagrindo įdėklas, įdėtas į pelėsių ertmę vidinės tuštumos, such as passages, poilsio, or hollow sections, kad vien pelėsis negali susidaryti.

Tuo tarpu liejimo forma apibrėžia liejinį išorės geometrija, šerdys nustato jos vidinis funkcijos.

Core vs. Mold

O pelėsis apibrėžia liejinio išorinę formą, the šerdis sukuria vidines savybes:

• Mold: Tuščiavidurė ertmė, susidaranti užpilant smėlį aplink rašto išorę.
• Šerdis: Smėlio mazgas, įdėtas į formos vidų prieš pilant, kad blokuotų metalo srautą, pašalinus susidaro tuštumos.

Šerdys turi sklandžiai integruotis į formą, atsparus išlydyto metalo slėgiui (iki 0.6 MPA aliuminio liejinyje) o vėliau švariai sulaužoma, kad būtų galima iškratyti.

3. Types of Cores in Sand Casting

Smėlio liejimo šerdys yra kelių konstrukcijų, kiekvienas pritaikytas sukurti specifines vidines savybes – nuo ​​paprastų skylių iki sudėtingų aušinimo kanalų.

Tinkamo pagrindinio tipo likučių pasirinkimas medžiagų naudojimas, Tikslumas, stiprybė, ir išsivalyti reikalavimus.

Solid Cores

Kietos šerdys yra paprasčiausias tipas, idealiai tinka formuoti paprastas tuščiavidures detales liejiniuose.

Paprastai jie gaminami iš homogeninio smėlio ir rišiklio mišinio, sutankinto į pagrindines dėžes.

Due to their uncomplicated geometry, they are cost-effective and easy to produce, todėl jie tinka tokiems komponentams kaip vamzdžių dalys, vožtuvų korpusai, arba mechaniniai blokai su tiesiomis ertmėmis.

• Privalumai: Paprasta gamyba, low cost for basic shapes.
• Apribojimai: Didelis medžiagų sunaudojimas; sunku pašalinti iš gilių ar siaurų ertmių dėl nesulankstymo.

Shell Cores

Shell cores are precision-engineered cores formed by depositing resin-coated sand against heated metal core boxes, sukuriant standų, thin-walled shell with high dimensional accuracy.

Šis metodas užtikrina puikų paviršiaus apdailą ir stiprumą, todėl apvalkalo šerdys idealiai tinka didelio našumo programoms.

• Įprastas panaudojimas: Automobilių variklių blokai, cilindro galvutės, and parts requiring intricate cooling or lubrication channels.
• Pagrindiniai privalumai: Griežtos nuokrypiai (±0.1 mm), lygaus paviršiaus apdaila, ir sumažintas medžiagų sunaudojimas.

Resin-Bonded Cores

Naudojamas Kepti ir Šalta dėžutė core-making processes, resin-bonded cores provide high strength and dimensional consistency.

In the no-bake method, chemical catalysts cure the sand-resin mix at room temperature, o šalto dėžės metodas naudoja dujas (paprastai aminų garai) kad derva sukietėtų per kelias minutes.

• Privalumai: Fast cycle times, Puikus mechaninis stiprumas, tinka didelės apimties gamybai.
• Pramonės šakos: Automobiliai, Sunkiosios mašinos, pump and valve casting.

CO₂ šerdys (Sodium Silicate Cores)

CO₂ cores are made by mixing sand with sodium silicate and hardening the mixture by injecting carbon dioxide gas. Šis procesas greitai nustato pagrindą, įgalinantis greitą apyvartos laiką.

• Stiprybės: Fast production, strong initial hardness.
• Svarstymai: Difficult to reclaim; the cores may be brittle and prone to moisture absorption.
• Tipiški panaudojimo būdai: Short-run or urgent jobs requiring fast core availability.

Collapsible Cores

Sukurta taip, kad suirtų arba susilpnėtų kietėjimo metu arba po jo, sulankstomos šerdys supaprastina pašalinimą ir sumažina liejinio pažeidimo riziką.

Šiose smėlio liejimo šerdyse dažnai yra degių arba termiškai jautrių priedų, kurie suyra liejimo aušinimo fazės metu..

• Paraiškos: Large or complex castings with deep, siauros vidinės savybės, pavyzdžiui, laivų varikliai ar konstrukciniai korpusai.
• Nauda: Reduce stress during solidification, prevent internal cracking, and ease core knockout.

Chaplet-Assisted Cores

For heavy or unsupported core geometries, metalinės trinkelės naudojamos šerdies padėčiai išlaikyti užpildant formą.

Šerdelės veikia kaip tarpikliai tarp šerdies ir formos sienelės ir yra skirti susilieti su liejiniu nepažeidžiant metalurginio vientisumo..

• Use Cases: Dideli pramoniniai liejiniai, such as turbine housings or engine frames, where core shift would otherwise cause dimensional inaccuracies.
• Privalumai: Prevents movement under metal pressure; maintains internal precision.

4. Core Binders and Curing Methods

5. Core Properties and Performance Criteria

Cores in sand casting must satisfy a demanding combination of mechaninis, šiluminis, ir matmenys requirements to produce defect‑free castings.

Žemiau, we explore the five key properties—and their typical target values—that foundries monitor to ensure core performance.

Stiprybė

Cores need sufficient integrity to resist molten‑metal pressures yet break down cleanly during shakeout.

• Žalioji jėga (prieš sausą išgydymą)

• • Tipiškas diapazonas: 0.2-0,4 MPa (30–60 psi)
  • Svarba: Ensures cores survive handling and mold assembly without distortion.

• Sausa jėga (po rišiklio išgydymo)

• • Tipiškas diapazonas: 2– 6 MPa (300-900 psi) derva sujungtoms šerdims
  • Svarba: Must withstand hydrostatic loads up to 1.5 MPa plieno liejiniuose.

• Karšta jėga (700–1200 °C temperatūroje)

• • Išlaikymas: ≥ 50% sauso stiprumo liejimo temperatūroje
  • Svarba: Prevents core deformation or erosion when in direct contact with molten metal.

Pralaidumas

Gas generated during pouring (garas, CO₂) must escape without forming porosity.

• Pralaidumo skaičius (PN)

• • Žalios šerdys: 150– 350 PN
  • Lukštas & Dervos šerdys: 100– 250 PN

• Per žemas (< 100): Sulaiko dujas, vedantys į prapūtimo angas.
• Per didelis (> 400): Sumažina šerdies stiprumą, gresia erozija.

Sutraukiamumas

Controlled collapse of the core eases shakeout and accommodates metal shrinkage.

• Sutraukiamumo metrika: 0.5–2,0 mm deformacija esant standartinei apkrovai
• Mechanizmai:

• • Žalios šerdys: Norėdami deformuotis, pasikliaukite drėgmės ir molio struktūra.
  • Dervos šerdys: Naudokite laisvus priedus (anglies dulkės) arba silpni sluoksniai.

• Nauda: Reduces internal stresses—preventing hot tears in deep cavities.

Matmenų tikslumas

Precision of internal features dictates post‑casting machining allowances.

Šiluminis stabilumas

Cores must maintain integrity under rapid heat flux from molten metal.

• Šiluminio plėtimosi koeficientas: 2.5–4,5 × 10⁻⁶/K (core sand vs. metalas)
• Atsparumas ugniai:

• • Silica‑Based Cores: iki 1,200 ° C.
  • Zircon or Chromite Enhanced Cores: > 1,700 ° C.

• Svarba: Minimizes core shifting caused by uneven thermal expansion.

6. How Are Cores Held in Place?

Ensuring cores remain precisely positioned throughout pouring and solidification is critical: even a slight shift can distort internal passages or cause metal to invade the core cavity.

Liejyklos remiasi deriniu mechaninė registracija, metalinės atramos, ir klijavimo pagalbinės priemonės kad šerdys saugiai užfiksuotų formoje.

Mechanical Registration with Core Prints

Kiekviename rašte yra išsikišusių „pagrindinių atspaudų“, kurie sukuria atitinkamas įdubas lenkimo ir tempimo srityje. Šie atspaudai:

• Raskite šerdį visose trijose ašyse, užkirsti kelią šoniniam arba vertikaliam judėjimui
• Perkelti krovinius atlaikant šerdies svorį ir išlydyto metalo slėgį (iki 1.5 MPa iš plieno)
• Standartiniai matmenys Paprastai į pelėsių sienelę įsiterpia 5–15 mm, apdirbtas iki ± 0.2 mm patikimai sėdėti

Uždarius formą, šerdis spausdina į kišenę, pateikiant pakartojamą, trukdžių pritaikymas, kuriam nereikia papildomos aparatinės įrangos.

Metal Supports: Šapletės ir rankovės

Kai hidrostatinės jėgos kelia grėsmę plūduriuoti arba ardyti branduolius, liejyklos dislokuoja metalines atramas:

• Šapletės are small metal pillars—often stamped from the same alloy as the casting—placed at regular intervals (kas 50-100 mm).
  They bridge the gap between core and mold wall, carrying both core weight and metal pressures.
• Rankovės consist of thin‑walled metal tubes that slip over vulnerable core sections, shielding sand from high‑velocity metal impingement and reinforcing the core’s structure.

Po sukietėjimo, chaplets remain embedded and are either removed by machining or left as minimal inclusions; sleeves are typically extracted with the sand.

Bonding Aids: Klijai ir molio sandarikliai

For lightweight or precision cores, mechanical supports alone may prove insufficient. Šiais atvejais:

• Lipnūs tamponai—small dots of sodium silicate or proprietary resin glue—secure core feet to the mold surface, suteikiantis pradinį žalią stiprumą, netrukdydamas pralaidumui.
• Clay Slip Seals- plona bentonito srutos danga, padengta šerdies atspaudais - padidina trintį ir užsandarina visus mikroskopinius tarpus, užkirsti kelią smulkaus smėlio migracijai į ertmę uždarymo metu.

Abu metodai reikalauja minimalios medžiagos, tačiau žymiai sumažina šerdies „plūduriavimą“ formuojant ir užpildant metalą.

7. Core Assembly and Mold Integration

Sklandus šerdies integravimas į formą yra labai svarbus norint pasiekti tikslią vidinę geometriją ir išvengti tokių defektų kaip netinkamas paleidimas, core shift, or metal penetration.

Core Placement Techniques

Manual Placement

• Alignment Pins & Locators: Norėdami nukreipti šerdį į vietą, naudokite tiksliai apdirbtus kaiščius ant vilkimo ir sulenkimo pusių.
• Tactile Confirmation: Operatoriai turėtų jausti pagrindinę „sėdynę“ prie jos atspaudų, tada švelniai bakstelėkite, kad užtikrintumėte visišką įsijungimą.

Automated Handling

• Robotic Grippers: Įrengti vakuuminiai arba mechaniniai pirštai, robots pick, orient, ir uždėkite šerdies mazgus ± 0.1 mm accuracy.
• Programuojamos sekos: Integruokite regėjimo sistemas, kad patikrintumėte orientaciją ir aptiktumėte pašalinius objektus prieš įdėdami.

Mold Readiness

Prieš uždarydami cope ir vilkite, patvirtinkite, kad forma yra visiškai paruošta priimti ir šerdį, ir išlydytą metalą:

• Ventiliacijos patikrinimas: Užtikrinkite visas pagrindines ventiliacijos angas (Ø 0.5–1 mm) ir pelėsių ventiliacijos angose ​​nėra smėlio, kad būtų lengviau išeiti.
• Užpakalinis užpildymas & Pakavimas: Palaikykite išorinius šerdies paviršius užpildydami biriu smėliu arba naudodami žirnio-žvyro pagrindą lukštų šerdims, užkirsti kelią šerdies deformacijai esant metalo slėgiui.
• Skirstymo linijos prošvaisa: Patikrinkite, ar atsiskyrimo linijoje nėra smėlio tiltelių ar šiukšlių, kurie gali pakeisti pagrindinius spaudinius arba sukelti neatitikimus.

Core Binding and Sealing

• Adhesive Tab aplikacija: For small or thin cores, vietoje šerdies spausdinimo sąsajų užtepkite natrio silikato arba patentuoto molio klijų, kad šerdis neplauktų uždarant formą.
• Clay Slip Fillets: In green‑sand molds, aplink šerdies siūles ištepkite ploną bentonito srutos sluoksnį; tai užsandarina tarpus ir padidina atsparumą trinčiai.

Galutinės surinkimo patikros

Prior to pouring, Atlikite sistemingą patikrinimą, kad patvirtintumėte šerdies vientisumą ir pelėsių išlyginimą:

• Go/No‑Go Gauges: Pastumkite matuoklius ant šerdies atspaudų, kad patikrintumėte teisingą sėdėjimo gylį.
• Vizuali apžiūra su apšvietimu: Apšvieskite kampuotą šviesą į pelėsių ertmę, kad paryškintumėte netinkamai suderintas šerdis, loose chaplets, or gaps.
• Dynamic Vibration Test: Lengvai vibruokite formos mazgą; tinkamai pritvirtintos šerdys išliks nejudančios, o palaidos šerdys atsiskleidžia.

8. Common Core‑Related Defects & Remedies

9. Reclamation and Sustainability of Core Sand

• Fizinė melioracija (Žalias smėlis): Attrition scrubbing and screening recover 70–80 % gryna kokybė.
• Šiluminis regeneravimas (Dervos šerdys): 600–800 °C burns off binders; duoda 60–70 % reusable sand.
• Blending Strategy: Mix 20–30 % grynas su regeneruotu, kad išlaikytų efektyvumą ir sumažintų sąvartynų kiekį 60%.

10. Applications and Case Studies

1. Automotive Engine Blocks: Collapsible cores in water jackets achieved ± 0.5 mm virš 1.5 m tarpas, reducing machining time by 25%.
2. Hidrauliniai kolektoriai: Cold‑Box resin cores eliminated 70 % of gas defects in intersecting channels, gerinant derlių.
3. Turbinos aušinimo kanalai: 3D-spausdintos smėlio šerdys, integruotos su epoksidine rišikliu, pagamintos ± 0.1 mm tikslumu ir sutrumpinti pristatymo laiką nuo 8 savaites iki 2 weeks.

11. Išvada

Cores form the hidden infrastructure sudėtingų smėlio liejimo komponentų, įgalinamos sudėtingos vidinės funkcijos, lemiančios automobilių našumą, aviacijos ir kosmoso, ir pramonės sektoriuose.

Parenkant tinkamas smėlio rūšis, rišikliai, ir surinkimo metodais – ir griežtai kontroliuodamos pagrindines savybes bei regeneraciją – liejyklos pasiekia didelį tikslumą, defect‑free castings.

Žvilgsnis į priekį, additive core making, eco-friendly binders, ir nekilnojamojo turto stebėjimas realiuoju laiku žada tobulinti pagrindines technologijas, palaiko vis sudėtingesnius dizainus.

 

DUK

What are cores in sand casting?

A šerdis yra specialios formos įdėklas, pagamintas iš smėlio ir rišiklių, įdedamas į pelėsių ertmę, kad susidarytų vidinės tuštumos, poilsio, arba sudėtingos vidinės geometrijos liejinyje.

Šerdys leidžia gaminti tuščiavidurius komponentus, tokius kaip vamzdžiai, Variklio blokai, ir vožtuvo kūnai.

How is a core different from a mold?

O pelėsis formuoja išorinę liejinio formą, the šerdis sukuria interjero bruožus.

Molds are generally larger and define the outside contours, whereas cores are placed inside the mold cavity to form cavities, skyles, and passageways.

What materials are used to make cores?

Most cores are made from Aukšto grynumo silicio dioksido smėlis kartu su a binder system,

such as bentonite clay (for green sand), thermoset resins (korpuso arba šalto dėžės šerdims), arba natrio silikatas (for CO₂ cores).

Stiprumui padidinti gali būti naudojami priedai, pralaidumas, or collapsibility.