淺談汽油機缸體砂芯熱芯盒模具的設計

王紅艷

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西柳州545005）

模具作為鑄造生產中非常重要的一環，直接關系鑄件的尺寸精度和表面品質。五菱柳機動力有限公司為專業的微車發動機制造廠家，以LJ465Q系列為主導產品，其50%的曲軸箱毛坯是靠公司鑄造車間生產，其中坭芯的制備是采用覆膜砂熱芯盒制造。通過數年的生產實踐，對熱芯盒模具結構，有了一定的認識和了解，下面將通過實例對熱芯盒模具的各機構做相應的評述。

一個完整的曲軸箱，需要一整套坭芯來成型，包括曲軸箱缸筒芯、端面芯、側面芯以及油道芯和水套芯，而這所有的坭芯，均是通過覆膜砂熱芯盒制芯得到的，熱芯盒模具結構合理與否，將直接影響坭芯的品質，進而影響曲軸箱鑄件的品質。

1 射砂方向的選擇

以曲軸箱缸筒砂芯為例，如圖1所示為一簡易模型，如從小端射芯，在覆膜砂充填型腔的過程中，圖中圓圈拐角處為充型死角，導致砂芯射不滿。同時覆膜砂在充填過程中，面積從小到大，其充型速度會比較慢，這將不利于砂芯的緊實。筆者所在車間生產的B系列缸體，就是采用小端射芯的方式，就出現了拐角處射不滿的情況。而采用大端射芯，不但不會出現拐角處射不滿的情況，還可以最大程度地利用充型速度來提高緊實作用。車間生產的LJ465Q系列曲軸箱缸筒砂芯，均采用大端射芯方式，從沒有出現拐角處射不滿的現象。

圖1 射砂方向的設計

從此例可以看出，射砂方向的確定是至關重要的，在模具設計中要充分考慮，以避免坭芯出現強度不夠、射不滿等缺陷。

2 射砂系統的設計

按照射砂口不同，可以分為襯套式射砂系統、鉆孔式射砂系統、插入式射砂系統，根據不同的坭芯結構，應選擇合理的射砂口。

2.1 襯套式射砂口

襯套式射砂口主要用于大平面、水平分盒的坭芯，如端面坭芯和側面坭芯，其結構如圖2所示。襯套式射砂口設計時，要注意以下幾點：

其一，外圓中部非配合面不能過短，否則造成裝配、拆卸困難，一般保證上下配合段長度為10～15 mm；

其二，襯套內圓上口（圖中橢圓處）需倒圓角，因為上頂芯桿定位不準或移動不到位，會對襯套產生損壞；

其三，內部射砂棒斜度不能低于1.5°，同時須用內圓磨床提高其表面光潔度，否則會導致坭芯不能順利頂出。

圖2 襯套式射砂口

2.2 插入式射砂口

插入式射砂口主要用于垂直分盒、結構較復雜的坭芯，如曲軸箱缸筒坭芯、水套坭芯。這種射砂口的優點在于，不會像襯套式射砂口一樣帶來殘余射砂棒的問題，提高了材料利用率，同時避免了坭芯因射砂棒折斷帶來的痕跡，提高坭芯的表面品質。

2.3 穿孔式射砂口

穿孔式射砂口主要用于垂直分盒、結構相對簡單的坭芯，如油道坭芯。這種射砂口結構簡單，無需使用專門的射砂結構，只需鉆一長條形方孔連接內部型腔即可，設計時保證射砂口與內腔應圓滑過渡，保住射砂是砂流順暢。

3 排氣機構

熱芯盒制芯，是將芯砂在高速氣流的帶動下，在短時間內沖填芯盒的過程，所以熱芯盒排氣暢通與否，將直接影響坭芯品質的好壞，所以一個好的熱芯盒必須要有良好的排氣系統。排氣方式一般分為：排氣塞排氣、排氣槽排氣和間隙排氣共3種。對于這3種排氣方式而言，優先采用間隙排氣，其次是排氣槽，最后是排氣塞（易被砂粒堵塞，需要經常清理）。當然，一個具有良好排氣系統的熱芯盒，需要這3種排氣方式合理的組合使用。

3.1 排氣槽排氣

如圖3所示，為一盒兩件端面坭芯熱芯盒模具，其分盒面采用排氣槽排氣同時配合其深凹處排氣槽排氣，比較圖3的（a）和（b）兩種方式排氣系統，圖3（a）排氣槽呈對稱排列，當砂氣流短時填充芯盒時，可能造成該處出現“竄氣”現象，導致排氣不暢，排氣槽設計不合理，圖3（b）排氣槽呈不對稱排列，排氣通暢，設計合理。

圖3 排氣槽排氣系統

3.2 間隙排氣

利用頂桿與芯盒本體的配合間隙排氣，是一種比較理想的排氣方式。由于頂桿的反復動作，可以將間隙里的砂粒除去，避免了砂粒堵塞間隙的麻煩，其配合間隙為0.15～0.3 mm為宜（一個砂粒的大小），為增加其排氣效果，可采用溝槽式排氣桿，增加排氣面積。

4 頂芯機構

由于芯砂所用粘結劑為樹脂，加熱軟化有粘性，導致制得的砂芯與熱芯盒有很大的粘附力，如果沒有合理的頂芯機構，將導致砂芯被拉裂而報廢。這就需要在開模時配合頂芯機構動作，來保證坭芯留在動模上。所以對于水平分盒熱芯盒來說，采用上、下頂芯結構；對于垂直分盒熱芯盒，采用左、右頂芯結構。

圖4表示的是兩種結構的頂芯結構，圖4（a）是傳統結構，由一個固定板固定多個頂桿，安裝、更換頂桿過程繁瑣，頂桿磨損后長度不可調節；圖4（b）是一種新式頂芯結構，采用一個頂桿下部與小套筒采用螺紋連接，小套筒被小壓板用螺釘固定在頂桿固定板上，這種結構頂桿更換方便，如一根頂桿損壞，不會像圖4（a）結構那樣牽連整個頂芯桿，同時，頂芯桿長度調節更方便，只需調節圖4（b）中螺母就能調整頂桿長度，方便快捷。

圖4 頂芯結構

當然，頂芯結構中還包括復位桿和頂出限位桿的設置，這樣才能保證頂出機構能順利頂出坭芯，同時還會確保頂芯結構順利復位，以保證芯盒的合模和下一次頂芯動作的順利進行。

5 定位機構

熱芯盒兩半芯盒的合模的精確度，完全靠定位機構來確保。定位機構設計是否合理，直接關系到坭芯的尺寸精度。而定位機構包括定位銷和定位銷套，如何選用定位銷與定位銷套及如何布局，將直接影響定位結構的好壞。

由于熱芯盒工作溫度在300℃左右，定位銷、定位銷套的體積會發生膨脹，原本在室溫下能正常合模、定位，在工作溫度下，定位銷、定位銷套卻因為膨脹而容易卡死，而不能順利開、合模。下面就采用2、3、4個定位銷、定位銷套作說明。

5.1 采用2個定位銷套

采用2個定位銷套，適用于結構較小的芯盒，如油道、水套坭芯，必須使用一圓一扁定位銷套，防止熱脹冷縮卡死。其排列如圖5（a）和（b）。

圖5 采用2個定位銷套

5.2 采用3個定位銷套

采用3個定位銷，多用于體積結構較大的砂芯，如斷面坭芯、曲軸箱端面坭芯、側面坭芯。必須使用3個扁定位銷套。其排列如圖6（a）和（b）。

圖6 采用3個定位銷套

5.3 采用4個定位銷套

采用4個定位銷套，多用于體積結構特大的砂芯，并要求定位精度高。必須全部使用扁定位銷套，其排列如圖 7（a）和（b）。

圖7 采用4個定位銷套

6 結束語

熱芯盒模具作為砂型鑄造中非常重要的工藝裝備，其結構設計合理與否，將直接決定砂芯和鑄件的品質，在設計中要充分考慮各個機構的良好運作，從而保證制造出合適的坭芯。

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