Що таке стрижні для піщаного лиття?

1. Вступ

Керни в піщаному лиття служать внутрішніми архітекторами, які формують приховані елементи металевих частин — внутрішні порожнини, підрізування, і проходження рідини, чого не може досягти одна форма.

Історично, майстри вставляли прості дерев’яні або глиняні заглушки у форми ще в стародавньому Римі;

Сьогодні, ливарні цехи використовують передові технології піщаного сердечника для виготовлення складної геометрії,

наприклад сорочки охолоджуючої рідини двигуна, канали гідравлічного колектора, і контури охолодження лопаток турбіни, неможливо обробляти економічно ефективно.

У сучасних опер, серцевини становлять 25–35% від загального об’єму форми, що відображає їхню критичну роль у розкритті складності конструкції та зменшенні механічної обробки.

2. Що таке ядро?

У пісочний кастинг, a ядро має точну форму, вставка на основі піску, розміщена всередині порожнини форми для створення внутрішні порожнечі, наприклад уривки, підрізування, або порожнисті секції, що цвіль сама по собі не може утворитися.

Тоді як форма визначає виливок зовнішній геометрія, ядер визначають його внутрішній особливості.

Ядро проти. цвіль

Поки цвіль визначає зовнішню форму виливка, з ядро створює внутрішні особливості:

• цвіль: Порожнина, утворена набиванням піску навколо візерунка.
• Ядро: Збірка піску поміщається всередину форми перед заливкою, щоб блокувати потік металу, утворення пустот після видалення.

Сердечники повинні бездоганно інтегруватися з формою, стійкість до тиску розплавленого металу (до 0.6 MPA в алюмінієвому литті) під час подальшого чистого розриву для витрясування.

3. Типи стержнів у піщаному лиття

Керни для піщаного лиття бувають кількох конструкцій, кожна з них створена для створення певних внутрішніх елементів — від простих отворів до складних каналів охолодження.

Вибір правильного типу ваг використання матеріалу, точність, міцність, і очищення вимоги.

Тверді ядра

Тверді сердечники є найпростішим типом, ідеально підходить для формування простих порожнистих деталей у виливках.

Зазвичай вони виготовляються з однорідної піщано-в’яжучої суміші, ущільненої в стрижневі коробки.

Завдяки своїй нескладній геометрії, вони є економічно ефективними та легкими у виробництві, що робить їх придатними для таких компонентів, як секції труб, корпуси клапана, або механічні блоки з прямими порожнинами.

• Переваги: Просте виготовлення, низька вартість базових форм.
• Обмеження: Висока витрата матеріалу; утруднене видалення з глибоких або вузьких порожнин через недостатню здатність до згортання.

Ядра оболонки

Корпусні серцевини — це точно сконструйовані серцевини, утворені шляхом нанесення вкритого смолою піску на нагріті металеві серцевинні коробки, створення жорсткого, тонкостінна оболонка з високою точністю розмірів.

Цей метод забезпечує відмінну обробку поверхні і міцність, що робить ядра оболонки ідеальними для високопродуктивних додатків.

• Загальне використання: Автомобільні блоки двигуна, головки циліндрів, і деталі, що потребують складних каналів охолодження або змащення.
• Ключові переваги: Тісні допуски (±0,1 мм), гладка обробка поверхні, і знижена витрата матеріалів.

Сердечники на смолі

Використовується в без випічки і холодний ящик процеси виготовлення ядра, скріплені смолою серцевини забезпечують високу міцність і стабільність розмірів.

Безвипічним способом, хімічні каталізатори тверднуть піщано-смоляну суміш при кімнатній температурі, у той час як метод холодного боксу використовує газ (зазвичай пари амінів) для затвердіння смоли протягом декількох хвилин.

• Переваги: Швидкий цикл, відмінна механічна міцність, підходить для виробництва великих обсягів.
• Індустрія: Автомобільний, важка техніка, лиття насоса та клапана.

Ядра CO₂ (Сердечники з силікатного натрію)

Сердечники CO₂ виготовляються шляхом змішування піску з силікатом натрію та затвердіння суміші введенням вуглекислого газу. Цей процес швидко закріплює ядро, що забезпечує швидкий час виконання.

• Сильні сторони: Швидке виготовлення, висока початкова твердість.
• Міркування: Важко повернути; сердечники можуть бути крихкими та схильними до поглинання вологи.
• Типове використання: Короткострокові або термінові роботи, що вимагають швидкої доступності ядра.

Розбірні сердечники

Призначений для розпаду або ослаблення під час або після затвердіння, складні стрижні спрощують видалення та знижують ризик пошкодження виливка.

Ці стрижні в лиття з піску часто включають горючі або термочутливі добавки, які руйнуються під час фази охолодження лиття.

• Заявки: Великі або складні виливки з глибиною, вузькі внутрішні елементи, такі як суднові двигуни або структурні корпуси.
• Вигоди: Зменшити напругу під час затвердіння, запобігти внутрішнім розтріскуванням, і полегшити вибивання ядра.

Chaplet-Assisted Cores

Для важкої або непідтримуваної геометрії сердечника, металеві коронки використовуються для підтримки положення серцевини під час заповнення форми.

Віночки діють як прокладки між серцевиною та стінкою форми та призначені для злиття з відливкою без шкоди для металургійної цілісності.

• Використання випадків: Велике промислове лиття, таких як корпуси турбін або рами двигунів, де зміщення ядра інакше спричинило б неточності розмірів.
• Переваги: Запобігає руху під тиском металу; зберігає внутрішню точність.

4. Основні сполучні речовини та методи затвердіння

5. Основні властивості та критерії продуктивності

Керни для піщаного лиття повинні задовольняти вимогливу комбінацію механічний, термічний, і розмірний вимоги до виготовлення бездефектних відливок.

Внизу, ми досліджуємо п’ять ключових властивостей і їх типові цільові значення, які відстежують ливарні заводи, щоб забезпечити продуктивність ядра.

Міцність

Сердечники потребують достатньої цілісності, щоб протистояти тиску розплавленого металу, але чистого руйнування під час витрушування.

• Зелена Сила (перед сухим лікуванням)

• • Типовий діапазон: 0.2–0,4 МПа (30–60 psi)
  • Важливість: Гарантує, що сердечники витримають транспортування та складання форми без деформації.

• Суха сила (після затвердіння сполучного)

• • Типовий діапазон: 2–6 МПа (300–900 psi) для смоляних сердечників
  • Важливість: Повинен витримувати гідростатичні навантаження до 1.5 МПа в сталевих виливках.

• Гаряча сила (при 700–1200 °C)

• • Збереження: ≥ 50% сухої міцності при температурі лиття
  • Важливість: Запобігає деформації сердечника або ерозії при прямому контакті з розплавленим металом.

Проникність

Газ, що утворюється під час заливки (пара, Co₂) має вийти без утворення пористості.

• Число проникності (ПН)

• • Зелені ядра: 150–350 пн
  • оболонка & Смоляні сердечники: 100–250 пн

• Занадто низький (< 100): Вловлює гази, що призводить до вибухових отворів.
• Занадто високо (> 400): Зменшує міцність серцевини, ризик ерозії.

Розбірність

Контрольоване згортання серцевини полегшує витрушування та враховує усадку металу.

• Метрика згортання: 0.5–2,0 мм деформація при стандартному навантаженні
• Механізми:

• • Зелені ядра: Покладайтеся на вологу та структуру глини, щоб деформуватися.
  • Смоляні сердечники: Використовуйте нестійкі добавки (вугільний пил) або слабкі шари.

• Вигода: Зменшує внутрішні напруги — запобігає гарячим розривам глибоких порожнин.

Розмірна точність

Точність внутрішніх деталей визначає припуски на обробку після лиття.

Термічна стабільність

Сердечники повинні зберігати цілісність під дією швидкого теплового потоку від розплавленого металу.

• Коефіцієнт теплового розширення: 2.5–4,5 × 10⁻⁶/K (основний пісок проти. метал)
• Тугоплавкість:

• • Сердечники на основі кремнезему: до 1,200 ° C
  • Сердечники, удосконалені цирконом або хромітом: > 1,700 ° C

• Важливість: Мінімізує зсув серцевини, спричинений нерівномірним тепловим розширенням.

6. Як ядра утримуються на місці?

Важливо, щоб серцевини залишалися в точному положенні під час заливки та затвердіння: навіть незначний зсув може спотворити внутрішні проходи або спричинити проникнення металу в порожнину ядра.

Ливарні виробництва покладаються на комбінацію механічна реєстрація, металеві опори, і допоміжні засоби для склеювання щоб надійно зафіксувати серцевини у формі.

Механічна реєстрація з основними відбитками

Кожен візерунок містить виступаючі «основні відбитки», які створюють відповідні поглиблення в чохлі та опорі. Ці принти:

• Знайдіть ядро у всіх трьох осях, запобігання бічного або вертикального руху
• Передача навантажень витримуючи вагу сердечника та тиск розплавленого металу (до 1.5 МПа в сталі)
• Стандартні розміри зазвичай виступають на 5–15 мм у стінку форми, оброблений до ± 0.2 мм для надійної посадки

Закриваючи форму, основний принт поміщається в кишеню, надання повторюваного, перешкоди, які не потребують додаткового обладнання.

Металеві опори: Віночки та рукава

Коли гідростатичні сили загрожують спливу чи розмиванню ядер, ливарні цехи розгортають металеві опори:

• Віночки це невеликі металеві стовпи, часто штамповані з того ж сплаву, що й відливка, розташовані через рівні проміжки (кожні 50–100 мм).
  Вони перекривають проміжок між стрижнем і стінкою форми, витримує як вагу сердечника, так і тиск на метал.
• Рукава складаються з тонкостінних металевих трубок, які ковзають через вразливі секції серцевини, захист піску від високошвидкісного удару металом і зміцнення структури сердечника.

Після застигання, віночки залишаються вбудованими та або видаляються механічною обробкою, або залишаються у вигляді мінімальних включень; рукави, як правило, видобуваються з піском.

Допоміжні засоби для склеювання: Клеї та глиняні пломби

Для легких або точних сердечників, одних лише механічних опор може виявитися недостатньо. У цих випадках:

• Клейові мазки— маленькі крапки силікату натрію або запатентованого полімерного клею — закріпіть ніжки серцевини на поверхні форми, пропонуючи початкову зелену міцність, не перешкоджаючи проникності.
• Глиняні ковзні пломби— тонке покриття бентонітової суспензії, нанесене навколо відбитків серцевини — посилює тертя та ущільнює будь-які мікроскопічні щілини, запобігання міграції дрібного піску в порожнину під час закриття.

Обидва методи вимагають мінімум матеріалу, але значно зменшують «плавання» серцевини під час роботи з формою та заповнення металом.

7. Складання сердечника та інтеграція прес-форми

Бездоганна інтеграція стрижнів у прес-форму має ключове значення для досягнення точних внутрішніх геометрій і уникнення таких дефектів, як помилки в роботі, зсув ядра, або проникнення металу.

Методи розміщення ядра

Ручне розміщення

• Штифти для вирівнювання & Локатори: Використовуйте прецизійні штифти на половинках опори, щоб направляти серцевини на місце.
• Тактильне підтвердження: Оператори повинні відчувати серцевину «сидіння» на її відбитках, потім обережно постукайте, щоб забезпечити повне залучення.

Автоматизована обробка

• Роботизовані захвати: Оснащений вакуумними або механічними пальцями, роботи вибирають, схід, і розмістіть вузли серцевини за допомогою ± 0.1 мм точність.
• Програмовані послідовності: Інтегруйте системи зору для перевірки орієнтації та виявлення сторонніх предметів перед розміщенням.

Готовність цвілі

Перед закриттям впоратися і перетягнути, підтвердити, що прес-форма повністю готова прийняти як серцевину, так і розплавлений метал:

• Огляд вентиляції: Переконайтеся, що всі вентиляційні отвори сердечника (Ø 0,5–1 мм) і вентиляційні отвори для цвілі не містять піску, щоб полегшити вихід газу.
• Зворотне заповнення & Упаковка: Підтримайте зовнішні поверхні серцевини, засипавши їх сипучим піском або використовуючи підкладку з горошкового гравію для серцевин оболонки, запобігання деформації сердечника під тиском металу.
• Зазор лінії роз’єднання: Переконайтеся, що на лінії розділення немає піщаних містків або сміття, які можуть зрушити основні відбитки або спричинити невідповідності.

Зв'язування та запечатування сердечників

• Нанесення клею: Для маленьких або тонких сердечників, точково нанесіть силікат натрію або запатентований глиняний клей на межі друку серцевини, щоб запобігти «плаванню» серцевини під час закриття форми.
• Філе глини: У формочках із зеленого піску, нанесіть тонкий шар бентонітової суспензії навколо основних швів; це ущільнює щілини та додає опір тертю.

Остаточні перевірки складання

До заливки, проводити систематичний огляд для підтвердження цілісності серцевини та вирівнювання форми:

• Датчики Go/No-Go: Накладіть вимірювальні прилади на відбитки серцевини, щоб перевірити правильну глибину посадки.
• Візуальний огляд з освітленням: Освітлюйте кутове світло в порожнину прес-форми, щоб підкреслити нерівні серцевини, вільні віночки, або прогалини.
• Тест на динамічну вібрацію: Злегка вібруйте прес-форму; належним чином закріплені сердечники залишаться нерухомими, тоді як вільні ядра виявляються.

8. Поширені дефекти, пов’язані з ядром & Засоби правового захисту

9. Рекультивація та стійкість основного піску

• Фізична рекультивація (Зелений пісок): Очищення зносу та скринінг відновлюють 70–80 % первинна якість.
• Термічна рекультивація (Смоляні сердечники): 600–800 °C вигорає в’яжучі; врожайність 60–70 % пісок багаторазового використання.
• Стратегія змішування: Змішайте 20-30 % цілини з рекультивованими для збереження продуктивності при одночасному зменшенні кількості сміттєзвалищ 60%.

10. Програми та приклади

1. Автомобільні блоки двигунів: Розбірні сердечники у водяних сорочках досягаються ± 0.5 мм більше 1.5 м прольоту, скорочення часу обробки на 25%.
2. Гідравлічні колектори: Смоляні сердечники Cold-Box видалені 70 % газових дефектів у пересічних каналах, підвищення врожайності.
3. Канали охолодження турбіни: 3D-друковані піщані серцевини, інтегровані з епоксидним сполучним, виготовлені ± 0.1 мм точність і час скорочення від 8 тижнів до 2 тиждень.

11. Висновок

Ядра утворюють прихована інфраструктура складних піщанолитих компонентів, уможливлюючи складні внутрішні функції, які підвищують продуктивність в автомобільній промисловості, аерокосмічний, та промислові сектори.

Вибравши відповідний тип піску, сполучні речовини, і методів складання, а також шляхом суворого контролю властивостей серцевини та регенерації — ливарні підприємства досягають високої точності, бездефектні відливки.

Дивлячись вперед, адитивне виготовлення сердечника, екологічно чисті сполучні, і моніторинг майна в реальному часі обіцяють просування основних технологій, підтримка все більш витончених дизайнів.

 

Поширені запитання

Що таке стрижні в піщаному лиття?

A ядро це вставка спеціальної форми, виготовлена ​​з піску та сполучних, розміщується всередині порожнини прес-форми для створення внутрішніх пустот, підрізування, або складні внутрішні геометрії в лиття.

Сердечники дозволяють виготовляти порожнисті компоненти, такі як труби, блоки двигуна, і корпуси клапанів.

Чим відрізняється серцевина від форми?

Поки цвіль формує зовнішню форму виливка, з ядро створює особливості інтер'єру.

Форми, як правило, більші та визначають зовнішні контури, тоді як серцевини розміщуються всередині порожнини прес-форми для формування порожнин, дірки, і проходи.

Які матеріали використовуються для виготовлення сердечників?

Більшість ядер виготовлено з силікатний пісок високої чистоти в поєднанні з a сполучна система,

наприклад бентонітова глина (для зеленого піску), термореактивні смоли (для оболонок або холодних ядер), або силікат натрію (для сердечників CO₂).

Для підвищення міцності можна використовувати добавки, проникність, або розбірність.