Núcleo (fabricación)

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

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

• Arena del núcleo
• arcilla bentonita
• Carbón pulverizado
• Aceite de resina

Los núcleos son útiles para características que no pueden tolerar la inclinación o para proporcionar detalles que de otro modo no se pueden integrar en una fundición o molde sin núcleo. ^{[ 1 ]}

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

Hay siete requisitos para los núcleos: ^{[ 2 ]}

1. Resistencia en verde: En estado verde, debe haber una resistencia adecuada para su manejo.
2. En estado endurecido, debe ser lo suficientemente resistente para soportar las fuerzas de la 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 la salida de los gases.
4. Friabilidad: A medida que la pieza fundida o moldeada se enfría, el núcleo debe ser lo suficientemente débil como para romperse al contraerse el material. Además, deben ser fáciles de retirar durante el desmoldeo .
5. Se requiere una buena refractariedad , ya que el núcleo suele estar rodeado de metal caliente durante la fundición o el moldeo.
6. Un acabado superficial liso .
7. Generación mínima de gases durante el vertido del metal.

Existen muchos tipos de núcleos disponibles. La selección del tipo de núcleo adecuado depende de la cantidad de producción, la tasa de producción, la precisión requerida, el acabado superficial necesario y el tipo de metal que se utilice. Por ejemplo, ciertos metales son sensibles a los gases que desprenden algunos tipos de arenas para núcleos; otros metales tienen un punto de fusión demasiado bajo para descomponer adecuadamente el aglutinante y poder retirarlo durante el proceso de desmoldeo. ^{[ 2 ]}

Núcleos de arena verde

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

Se incorporan aglutinantes especiales a las arenas de núcleo para aumentar su resistencia. El aglutinante más antiguo era el aceite vegetal ; sin embargo, actualmente se utiliza aceite sintético , junto con cereales o arcilla . El núcleo se cuece en un horno de convección a una temperatura de entre 200 y 250 °C (392 y 482 °F) . El calor provoca la reticulación o polimerización del aglutinante . Si bien este proceso es sencillo, la precisión dimensional es baja. ^{[ 3 ]}  

Otro tipo de proceso de aglutinante se denomina proceso de caja caliente , que utiliza un termoestable y un catalizador como aglutinante. La arena con el aglutinante se compacta en una caja de machos que se calienta a aproximadamente 230 °C (446 °F) (de ahí su nombre). El aglutinante que entra en contacto con la superficie caliente de la caja de machos comienza a curarse en 10 a 30 segundos. Dependiendo del tipo de aglutinante, puede requerir un horneado adicional para su curado completo. ^{[ 4 ]} Los machos producidos mediante este método a veces se denominan "núcleos de cáscara" porque, a menudo, solo la capa exterior del macho se endurece al entrar en contacto con la caja de machos caliente. Cuando se abre la caja de machos y se retira el macho, la arena sin curar del interior se desecha para su reutilización. Esta práctica también se observa en algunos procesos de fabricación de machos de caja fría, aunque la fabricación de machos de cáscara de caja fría es mucho menos común.   

De manera similar, el proceso de caja fría utiliza un aglutinante que se endurece mediante gases especiales. La arena recubierta con el aglutinante se introduce en una caja de machos y luego se sella para que se pueda introducir un gas de curado. Estos gases suelen ser tóxicos (por ejemplo, gas amina ) u olorosos (por ejemplo _, SO₂ ), por lo que se deben utilizar sistemas de manipulación especiales. Sin embargo, como no se requieren altas temperaturas, la caja de machos puede ser de metal, madera o plástico. Una ventaja adicional es que se puede formar un macho hueco si el gas se introduce a través de orificios en la superficie del macho, lo que provoca que solo la superficie del macho se endurezca; la arena restante simplemente se desecha para ser reutilizada. ^{[ 4 ]} Por ejemplo, un aglutinante para machos de fundición en arena de caja fría es silicato de sodio , que se endurece al exponerse al dióxido de carbono . ^{[ 5 ]}

Se utilizan aglutinantes especiales en arenas de fraguado al aire para producir núcleos a temperatura ambiente. Estas arenas no requieren un catalizador de gas, ya que los aglutinantes orgánicos y un catalizador de curado se mezclan en la arena, lo que inicia el proceso de curado. La única desventaja es que, una vez mezclado el catalizador, el tiempo para utilizar la arena es corto. Una tercera forma de producir núcleos a temperatura ambiente es mediante el moldeo en cáscara . ^{[ 4 ]}

El término arenas sin cocción puede referirse tanto al proceso de caja fría como al proceso de fraguado al aire. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Si Fub ^{¿qué es?} ≤0, no se utiliza ninguna corona.

Si Fub>0, se utilizan chaplets.

Como se mencionó anteriormente, los núcleos suelen estar soportados por dos impresiones de núcleo 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. Estos suelen suministrarse en forma de chapletes . Estos son soportes metálicos que unen la superficie del molde con el núcleo. Dado que los chapletes forman parte de la pieza fundida, deben ser del mismo material o de un material similar al del metal que se está fundiendo. Además, su diseño debe estar optimizado, ya que si son demasiado pequeños se fundirán por completo y permitirán que el núcleo se mueva, pero si son demasiado grandes, su superficie no podrá fundirse ni fusionarse con el metal fundido. Su uso también debe minimizarse, ya que pueden causar defectos de fundición o crear puntos débiles en la pieza fundida. ^{[ 6 ]} Generalmente es más importante asegurar que los chapletes superiores sean más resistentes que los inferiores, ya que el núcleo tenderá a flotar hacia arriba en el metal fundido. ^{[ 7 ]}

Al fundir un ángulo reentrante, en lugar de usar un macho , se puede usar una mejilla . Este es un tercer segmento en el molde , además de la parte superior e inferior . Esto permite que todo el molde se fabrique a partir de arena verde y patrones desmontables. La desventaja 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 usar simplemente un macho. ^{[ 6 ]}

• Tapón central

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