細小砂芯模具的優(yōu)化設(shè)計及制芯方法

張 俊

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林537005）

鑄造模具[1]是鑄造過程中必不可少的部分，其主要作用是制造砂芯，從而進行產(chǎn)品毛坯的生產(chǎn)。鑄造模具一般都安裝在射芯機[2]上使用，通過射芯機來實現(xiàn)射砂及頂芯過程，射芯機的主要結(jié)構(gòu)包括上芯盒、下芯盒、射砂系統(tǒng)和頂芯系統(tǒng)等四大組成部分。

頂芯系統(tǒng)[3]通常是由一定數(shù)量的頂芯桿和頂芯板組成。頂芯桿一般裝于頂芯板上，頂芯板按照一定的順序頂出砂芯，一般的頂芯順序主要有三步，它們分別是：首先是側(cè)向頂芯，其次是上部頂芯，最后是下部頂芯。砂芯最終是由下頂芯板將其頂出至一定高度，再借由人工或機械設(shè)備將砂芯取出，從而完成整個制芯過程。故下頂芯板上的下頂芯桿的合理布置對砂芯的順利及平穩(wěn)頂出就顯得至關(guān)重要。

由于砂芯在橫向和縱向的尺寸比例較大，砂芯在一定程度上不能平穩(wěn)頂出，因此鑄造模具通常只用來生產(chǎn)形狀較大的砂芯。然而，受鑄造產(chǎn)品設(shè)計等因素的影響，鑄造工藝中往往存在著許多細小的砂芯，相比于形狀較大的砂芯，這些細小砂芯更難以通過下頂芯桿實現(xiàn)平穩(wěn)頂出。遇到此種情況時，目前的解決方法一般是更改已經(jīng)設(shè)計好的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，舍棄設(shè)計最佳的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，或者是采用更復(fù)雜、更昂貴的砂來進行制芯的制造方法，來實現(xiàn)砂芯的順利制芯。這不僅給產(chǎn)品的設(shè)計帶來了不便，還增加了產(chǎn)品設(shè)計成本和生產(chǎn)成本。這無疑在一定程度上制約了模具行業(yè)的發(fā)展。

針對上述問題，本文提供一種細小砂芯頂芯結(jié)構(gòu)及制芯方法，旨在解決細小砂芯無法平穩(wěn)頂芯的難題，為細小砂芯提供一種簡單、易操作的頂芯機構(gòu)及制芯方法，解決因細小砂芯存在而導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計成本和生產(chǎn)成本增加的問題，為細小砂芯模具的設(shè)計及制芯方法提供了可行的技術(shù)參考。

1 頂芯結(jié)構(gòu)

本文以公司某款柴油機氣缸體產(chǎn)品上的細小砂芯為例，如圖1所示，提供了一種細小砂芯頂芯結(jié)構(gòu)。

圖1 某款柴油機氣缸體產(chǎn)品上的細小砂芯

如圖2所示，如果按照傳統(tǒng)的模具設(shè)計方法，只能在圖中的三個位置布置幾乎在同一條直線上的三根頂芯桿，雖然這樣也能實現(xiàn)此細小砂芯的制芯，但主要有兩個問題：

（1）三根基本在同一直線上的頂芯桿，無法平穩(wěn)的將砂芯頂出，砂芯容易掉下去而摔爛報廢；

（2）為了降低砂芯報廢的風(fēng)險，只能使用更昂貴的砂來提高砂芯的耐摔性，增加制芯成本。

圖2 傳統(tǒng)方法設(shè)計的頂芯桿布置

為了解決細小砂芯不能平穩(wěn)頂芯的難題，降低制芯成本，對細小砂芯模具進行了優(yōu)化設(shè)計。

如圖3~圖5所示，本細小砂芯模具頂芯結(jié)構(gòu)，包括上芯盒、下芯盒、下頂芯桿、下頂芯桿壓板以及下頂芯板。在下頂芯桿上設(shè)計有輔助頂芯的頂芯凸臺，頂芯凸臺伸入模具型腔內(nèi)部，保證頂芯時細小砂芯不會因自身重力或其他原因而失去平衡導(dǎo)致砂芯掉落，甚至摔壞。而且，因有輔助頂芯凸臺的存在，頂芯桿的數(shù)量較傳統(tǒng)的設(shè)計方法少一根，只需布置兩根即可。下頂芯桿通過下頂芯桿壓板緊固于下頂芯板上。下頂芯桿的下端設(shè)計有扁位和安裝法蘭，用以配合下頂芯桿壓板將下頂芯桿安裝和固定于下頂芯板上。下頂芯桿的中部設(shè)計成臺階結(jié)構(gòu)，便于設(shè)計不同大小的下頂芯桿，同時可保證下頂芯桿的強度。下頂芯桿壓板上設(shè)計有一個U型槽和一個直槽，用以固定下頂芯桿。

圖3 本細小砂芯頂芯結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 下頂芯桿結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 下頂芯桿壓板結(jié)構(gòu)示意圖

下頂芯桿下端的安裝法蘭通過下頂芯桿壓板上的U型槽裝入下頂芯桿壓板，下頂芯桿上的扁位對應(yīng)于下頂芯桿壓板上的直槽，通過下頂芯桿壓板上的直槽將下頂芯桿安裝固定于下頂芯板上。通過這種安裝固定方法，下頂芯桿在使用過程中不會因松掉或轉(zhuǎn)動而影響其使用。

通過上述細小砂芯模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，可以保證細小砂芯能順利的平穩(wěn)頂芯，而且不會因砂芯掉落而造成報廢，從而降低制芯成本。

2 制芯過程

利用上述細小砂芯模具的頂芯結(jié)構(gòu)，可以順利實現(xiàn)此細小砂芯的制芯，具體步驟如下：第一，將模具裝入到射芯設(shè)備上，調(diào)試好；第二，混砂、射砂?？梢杂幂^為廉價的砂代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具結(jié)構(gòu)中昂貴的砂，達到降低成本的目的；第三，模具射完砂后，上頂芯板將上芯盒形成的砂芯頂出，隨后上芯盒在設(shè)備的驅(qū)動下移至指定位置，整個細小砂芯留在下芯盒上，由下頂芯板頂出；第四，下頂芯板在設(shè)備推力的作用下往上升，直至下頂芯板將砂芯頂出至合適高度；第五，取出砂芯；第六，配砂；第七，將取出的細小砂芯用配好的砂填實，待砂芯硬化后即可獲得完整的細小砂芯。以完成整個細小砂芯的制芯過程。

頂出砂芯時，傳統(tǒng)的細小砂芯模具頂芯結(jié)構(gòu)中因沒有頂芯凸臺的存在，細小砂芯在頂出過程中或頂出后很容易會失去平衡而掉落。優(yōu)化后的模具結(jié)構(gòu)因下頂芯桿上輔助頂芯凸臺的存在，故能保證細小砂芯平穩(wěn)頂出且不會摔落，從而提高制芯成品率，降低制芯成本。

3 結(jié)束語

本細小砂芯頂芯結(jié)構(gòu)及制芯方法。通過在下頂芯桿上設(shè)計有輔助頂芯的頂芯凸臺，保證細小砂芯的平穩(wěn)頂出，而后用砂將細小砂芯上多余的孔填實，從而獲得完整的細小砂芯。應(yīng)用該結(jié)構(gòu)及方法，可以有效解決因細小砂芯不能平穩(wěn)頂芯而不能正常制芯的難題，具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆靈活，頂芯效率高，砂芯質(zhì)量好，經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點，為細小砂芯模具的設(shè)計及制芯方法提供了可行的技術(shù)參考。