1、 因为热芯盒模具的工作条件十分恶劣，它不仅在230左右受到周期性的一定压力的高速砂流冲击和冲刷，同时还要作为热芯盒树脂砂固化所需的热源，故对热芯盒材料有一定的要求。所选用的材料应具有比热容大、导热性好、在高温下具有较高的强度和耐磨性、热处理变形小、热膨胀小、耐腐蚀且易于加工等性能。芯盒材料的选用很重要，它将直接影响模具的寿命以及砂芯的质量和成本。2.2 不同材料的性能及使用范围（1） 铸铁（HT200） 热膨胀系数小，尺寸比较稳定，比热容适当并且具有良好的脱模性、耐磨性及机加工性，变形小且价格低，一般作为芯盒本体、地框。（2） 钢 虽然钢的导热性好，但其比热容比铸铁小，铸造性能及机加工性均差，
2、且变形大，成本高，故芯盒本体很少采用，仅用于镶块等附件。（3） 铜 虽然铜得比热容极低，导热性好，加工方便，但耐磨性不及铸铁，成本高，并易形成较多的氧化皮，故也很少采用，通常只用于镶块。2.3 部件材料的选择及热处理要求芯盒部件材料的选择及热处理要求应根据其工件确定，如表1。表1 芯盒部件材料的选择及热处理要求名称材料热处理要求芯盒本体HT200消除内应力托架掏空块加热板水冷射砂板射嘴45HRC4550镶块、活块 45 Cu无顶杆固定板20 A3盖板顶杆、回位杆定位销定位销套回位杆弹簧65Mn芯棒排气塞Cu3 芯盒结构3.1 芯盒本体壁厚及结构3.1.1芯盒本体壁厚： 用电加热的芯盒本体，特别
3、是不另设加热板的，一般均较厚，以保证有足够的热容量。这里主要讨论用煤气加热的芯盒体。用煤气加热的热芯盒多为壁厚均匀的壳体结构。理论和实践均证明，壁厚太薄易变形，厚一些承受变形的能力会强一些，不同的芯盒其壁厚亦不同，见表2。表2 煤气加热芯盒体壁厚 mm射芯机类别壁厚壳芯机15251216 射芯机202525 射芯机2540 射芯机3063、100 射芯机353.1.2芯盒本体结构：芯盒本体除材质要选好及内腔尺寸正确外，还要有合理结构 。a.分型面的接触面尽量减少图1 改进前的芯盒 图1中未打剖面线为芯腔，打剖面线为芯盒接触面，这是常规设计。我们在验证过程中发现，经过反复加热后，芯盒总会发生变形
4、，芯盒接触面越大，严密合模越困难，造成芯子射不满或射不实，无法保证制芯质量。为克服以上缺点，经过分析后，改进如下图2所示。图2 改进后的芯盒 芯盒接触面应尽量减少，一般从芯腔上边缘算起15-20mm的宽度接触面比较合理，其余的面比接触面低2-3mm，这样合模易合严。此工艺改进既解决了合模困难的问题，又给芯盒平面加工带来方便，因芯盒的非接触面加工精度要求低，改进方法适用于各类大型热芯盒。b.分芯面复杂曲折，要预留间隙，例如左右芯盒体的凹、凸分盒面很多，如图3所示。图3 分芯面芯盒长期在热环境下工作，肯定要变形，凹、凸接触面易犯“抗”，造成无法合模无法使用，凹、凸面很难修理，甚至要作废。经过分析，
5、在芯盒设计时很多接触面应预留间隙，凹、凸接触面 （非直接形成砂芯面）预留间隙0.51mm，凹、凸接触面（直接形成砂芯面） 预留间隙0.15mm， 芯盒四周分盒面预留间隙为零。实践证明，合模时，凹、凸接触面犯“抗”问题得以解决以上经验数据可供其它类似热芯盒设计借鉴，从而起到事半功倍的效果。3.2 顶芯与复位结构：顶芯及回位结构是芯盒设计的重要组成部分，其设计质量直接影响到砂芯的质量、取芯效率及砂芯成品率。3.2.1 顶芯杆与复位杆直径大小的选择应根据具体情况而定。 下顶芯杆工作中要承受动载荷的冲击，偏细容易变形，一般应尽可能选大值，见表3。表3 顶芯杆与复位杆直径 mm顶芯杆直径 D1复位杆直径
6、 D2122081515202540 射芯机63100 射芯机2530 顶芯杆的数量及布置应考虑到顶芯时平稳，顶芯杆与顶杆孔的配合应考虑到伸缩自如。顶芯杆直径可选为D1 0.2-0.3 ，顶杆孔直径可选为D+0.10 。复位杆与孔的间隙可大些，孔的直径可比杆的直径大1。3.2.2 顶芯结构 顶芯结构主要由顶芯杆、复位杆与顶芯板组成，顶芯杆固定在顶芯板上。其中顶芯杆直接接触砂芯，也可以理解为顶芯杆的顶芯面是芯盒型腔的一部分,合模后顶芯杆的顶芯面必须保持与芯盒型腔圆滑平齐。否则，制出的砂芯表面质量难以保证。由于反复受热工作，顶芯板会变形。顶芯板的结构非常重要，其厚度不能太薄，一般为2025mm，同
7、时一定要加防变形的加强筋。 见图4图4 顶芯板结构 a） 结构不合理 b） 结构合理图4中的a）图顶芯板结构是不合理的，实践证明，此种结构经过反复加热后，很易扭“麻花”，造成固定在其上的顶芯杆不能与芯盒型腔平齐。砂芯表面质量差，有的甚至废掉。为更换顶芯板，要等热芯盒冷却后从机器上卸下，重新加工顶芯板换上，然后将芯盒再安装，重新调试，这样的过程不仅费时，也浪费了很多人力物力。因设计考虑不周不细，给以后的工作带来很多问题。通过分析总结，如图4的b）图，顶芯板中间加了四道拉筋后，基本克服了a）图顶芯板结构的缺点，从而节约了人力，物力，财力，经济效益可观。3.2.3 回位结构 回位结构主要由回位杆、弹
8、簧及顶芯板组成，回位杆固定在顶芯板，弹簧穿在回位杆上。图5 原回位结构 如上图5，当将左、右芯盒合拢时，弹簧被压缩，同时回位杆带动顶芯板及其顶芯杆回到原始位置，即将顶芯杆的顶芯面与芯盒型腔平齐，射砂后固化完毕，开模，同时被压缩弹簧的弹性势能转化为动能，通过回位杆带动顶芯板及其顶芯杆将砂芯顶出。图中左右芯盒回位杆是错开的，开模瞬间弹簧释放能量太快，造成顶芯速度过快，这样砂芯薄弱处无法承受快速冲击，很易破碎。这种芯盒结构的成品率最多达到83，另外破碎砂芯也难以取出，只能借助工具从凹坑中一点点剔出。这不仅很易损伤芯腔，而且非常费时。弹簧反复受热后，其弹性势能会减少，包络面大的一侧会顶不出砂芯，需要卸
9、下并拆开芯盒更换弹簧，生产效率大大降低。图6 改进后回位结构从图6中可以看出，左右芯盒回位杆相互接触一半面积，开模瞬间弹簧能量缓慢释放，降低顶芯速度，基本解决顶破砂芯问题。同时，为解决顶不出砂芯问题，在设计中增加了反顶芯装置。将砂芯包络面多的放在反顶芯装置一侧，将砂芯包络面少的放在没有反顶芯装置一侧（该侧有弹簧），开模时，有弹簧一侧缓慢顶芯，砂芯留在动芯盒（包络面多的一侧），动芯盒向后移到反顶芯杆处，反顶芯杆就会顶到顶芯板，动芯盒继续后移，就能将砂芯顶出，反顶芯距离一般为8-10mm，解决了顶不出砂芯问题。采取以上改进，不但砂芯成品率提高到94，而且生产效率大大提高。经济效益非常可观。3.3
10、定位销的布置 定位销的布置如图7所示。实践证明，这样的布置既能保证热芯盒的准确定位，又能保证温度变化较大时，芯盒开盒自如。a）12kg及以下热芯盒 定位布局 b）25kg及以上热芯盒定位布局图7 定位销布局3.4 加热板与下芯盒及底框的固定加热板与下芯盒的固定结构图。从图8中可以看出，衬套并未压紧下芯盒，而是留有0.3的间隙。这样处理的作用是当芯盒受热膨胀时，水平方向可伸展自如，从而避免了因芯盒变形带来的影响。图9是加热板与底框的固定结构，其结构原理同图8。该结构确保了加热板在受热膨胀时可沿水平方向不受限制地伸展，不会受膨胀变形的影响。图8加热板与下芯盒的固定 图 图9 加热板与底框的固定 图
11、1螺钉 2垫圈 3衬套 4下芯盒 1螺钉 2 垫圈 3上半加热板 4衬套 5上半加热板 6 下半加热板 5下半加热板 6底框3.5导向机构导向机构也采用了图8和图 9的结构原理。3.6 芯盒排气系统 芯砂要通过具有一定压力气流吹射入芯盒内，加热后成型。其间，必须将气流排出，芯盒内不能存气，否则砂芯会射不满或射不实。例如226B上下夹层芯热芯盒是垂直分型，很多芯腔面与射砂方向垂直，如图10， 射制好砂芯比较困难。它的排气尤为重要。除惯用排气塞，主要介绍排气槽排气。如图11。图10 芯盒局部剖视图图11 排气槽 图11中许多阴影面代表排气槽及排气孔。试射过程，很多与射砂方向垂直的芯腔面处射砂射不满
12、或射不实，这些位置比较狭小，安装顶芯杆后没办法再安装排气塞，即使勉强安装排气塞，更换也相当麻烦。但气体必须排除。一方面在就近分型面处顺着气流方向增开排气槽，一般排气槽深度为0.20.3mm 另一方面将顶芯杆四周倒棱，倒棱厚度为0.20.3mm，如图12。图12芯盒局部平面图实践结果表明：在芯盒接触面的关键处开排气槽及将顶芯杆四周倒棱，排气效果很好，一劳永逸。而排气塞的反复使用，易堵塞，需经常更换，很费时，建议尽量开设排气槽，排气槽深度为0.2-0.3mm。4 加强工艺管理加强工艺管理就是要根据生产的要求，制定合理的工艺文件，并在实际操作中严格执行，即要遵守工艺纪律和操作规程。一套合理的工艺纪律
13、和操作规程是经过反复实践总结制动出来的，是产品质量的保障，应认真贯彻执行，否则就会造成损失，这里着重提出两点：（1）控制温度 每套热芯盒均需安装测温热电偶，以便控制芯盒温度。芯盒温度一般控制在200230。若温度太高，将造成芯盒变形太大，经常如此，芯盒很易变形报废。（2）控制时间 根据砂芯的大小、厚薄、形状复杂程度，冬天与夏天气温差异，选择合适的固化时间。通过摸索取得经验，严格控制加热固化时间，使芯子既不会烧焦，又不会不熟（不固化），做到工艺与工装紧密结合，以确保产品质量和生产效率。 由于特殊的工作状况，热芯盒工装的变形是不可避免的。但是如果在设计热芯盒工装时，正确选择材料，合理设计芯盒结构，制定正确的生产工艺并严格执行之，就会克服热芯盒工装热变形造成的影响，生产出合格的砂芯，促进铸件质量和产品质量的提高。
