（1）避免下芯时砂芯定位不准确

1）不允许沿砂芯轴线移动或绕轴线转动的砂芯忌用普通芯头。如图2-64a所示铸件，其圆筒形孔壁上有与其连通的小不通孔A，A必须与铸件外形上的方凸台同心，这就要求砂芯的定位应准确，不得沿圆孔轴线移动和绕轴线转动。显然，采用普通圆形芯头，难以防止砂芯绕轴线转动（见图2-64b），而应采用特殊定位芯头（见图2-64c）。水平定位芯头的部分结构形式可见图2-65所示，其中图2-65b所示为芯头削去一部分，结构简单，主要用于大芯头，可防止砂芯转动；图2-65a所示为加大芯头，结构较复杂，主要适用于小砂芯，它既可防止砂芯转动，又可防止砂芯轴向窜动。还应指出的是，有些砂芯也宜设有特殊定位结构，例如同一砂型中有数种砂芯或有形状不对称的砂芯，如果其芯头形状和尺寸相同就很容易搞错方位，在这种情况下也应设计不同形式的特殊定位芯头，以保证定位准确。

图2-64 芯头的定位方式

1—普通芯头 2—特殊定位芯头

图2-65 水平定位芯头的部分结构形式

注：当芯头l₂较长时，可取l₁=（0.6～0.8）l₂；当芯头l₂较短时，可取l₁=l2

2）对要求内腔之间的尺寸精度较高的某些铸件，宜尽量避免将形成各内腔的砂芯单个制造，而宜采用连体芯头（也称加强芯头）一次制成。凡铸件内腔之间有尺寸精度要求较严格的部分，在砂芯制造工艺不很复杂的前提下，应尽量避免将形成铸件各内腔的砂芯单个制造，再分别下芯，这样易造成尺寸偏差偏大。如图2-66所示为四缸柴油机缸盖排气道砂芯。四个排气道不采取单个制造再组合的工艺，而是采用四个排气道由芯头连成一体，从而大大提高了排气道的位置精度。又如图2-67a所示铸件，其孔距L有较高位置精度要求，如果每个孔单个下芯成形（见图2-67b），因芯头与砂型芯座间有间隙，会使每个孔中心线有偏移，导致孔距L的尺寸精度差。将两孔的芯头连成一体成为连体芯头（见图2-67c），则能保证孔距L的精度，且下芯方便。

图2-66 缸盖排气道砂芯

图2-67 单个芯头与连体芯头示意图

3）要求在铸型中不能转动和有方位要求的直立砂芯，不宜采用普通芯头。对于要求在铸型中严格定位或有方位要求的直立砂芯，需设计特殊定位芯头。图2-68所示为垂直芯头的部分结构形式，这些芯头结构都可防止砂芯转动和下错方位。图2-68a中所示的芯头切去一部分，支承面积减少，常用于高度不大而芯头直径较大的砂芯；图2-68b中所示只切去芯头端部一小部分，固定仍较稳固，制造简便，应用较多；图2-68c中所示芯头加大，适用于高而粗的砂芯；图2-68d、e中所示的两种结构较复杂，适用于定位要求较高的砂芯。

图2-68 垂直定位芯头结构形式

（2）避免下芯时砂芯固定不牢靠

1）弯管、角弯等形状的铸件，其芯头的形状与大小不应使砂芯失稳。弯管、角弯等形状的铸件，其砂芯呈弯曲状，重心不在两芯头支点的连线上，采用普通芯头（如图2-69a所示），不能使砂芯固定，易引起砂芯偏转，导致铸件壁厚不均甚至超差而报废；如果改进芯头的结构形状（一端或两端），使砂芯的重心处于两芯头连线上，即可使砂芯固定牢靠，避免发生偏转，可称这种心头为平衡芯头，如图2-69b所示。为减少芯头长度，提高砂型（如为机器造型，指的就是模底板）单位面积上的利用率，也可采用图2-69c、d所示的联合式芯头，俗称挑担芯头，这样的设计，使砂芯有三个支撑点，固定很牢靠。

图2-69 弯管、角弯铸件的砂芯固定方案

2）不可忽视采用吊芯的固定方式。生产某些壳体、箱体类铸件时，有时需采用吊芯。吊芯的固定方式通常根据铸件的生产批量、吊芯的大、小及轻、重，宜采用不同的方法。单件、小批量生产、手工造型时，常采用的固定吊芯的方法有芯撑（见图2-70）、铁丝或钢棒（见图2-71）、吊钩（见图2-72）等方法，芯头为普通吊芯芯头；生产批量大或大量生产时，若采用图2-71、72所示的普通吊芯芯头，砂芯的装配和加固很费工时，也不易保证吊芯的位置精确性，也就无法满足高生产率和铸件质量要求。解决的办法：对不大、不重的吊芯，可在砂芯上制出支撑，固牢吊芯的上大、下小的反斜度芯头，而在模样上则需作出能容纳吊芯的“凹座”，造型时，将具有反斜度芯头的吊芯置于模样“凹座”上，填砂、紧实、起模后，被埋在砂型中的吊芯芯头将吊芯准确固定在上砂型上（见图2-73），因此也叫做预埋吊芯；另一种较广泛的作法是将吊芯芯头扩大，放在下箱中（见图2-74a），甚至将芯头扩大到取代上箱（见图2-74b），既使下芯操作方便，也有利于保证铸件精度及高的生产率，但砂芯尺寸较大。

图2-70 用芯撑固定吊芯

1—芯撑 2—泥封环 3—砂芯通气用焦炭 4—砂芯

图2-71 用铁丝和钢棒固定吊芯

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图2-72 用吊杆、吊钩等固紧吊芯

1—砂芯 2—芯骨 3—砂芯通气道 4—炉渣或焦炭 5—紧固螺母 6—垫铁 7—砂芯吊钩 8—吊杆

图2-73 预埋吊芯

3）悬臂芯头的尺寸不可小于其砂芯芯体。图2-75所示是几种悬臂芯头的结构形式与尺寸。如果芯头长度l小于砂芯本体的长度L，又没有采取其他加强措施（如图2-75b、c、d所示），则砂芯的重心将不在芯头一边，会导致下好的砂芯向型腔内倾斜，易使铸件壁厚严重不均，甚至使铸件报废。因此，确定芯头长度时，对图2-75a、b、c所示三种悬臂芯头的长度和高度可参考以下经验值计算：当D或H≤150mm时：h=d（或H），l=1.25L；当D或H＞150mm时：h=（1.5～1.8）D或h=（1.5～1.8）H，l≥L。对于图2-75d所示悬臂芯头长度l可参考表2-5。

图2-74 扩大薄壁罩壳铸件芯头直接固定吊芯

图2-75 悬臂砂芯芯头的几种形式

表2-5 图2-75d所示悬臂芯头长度(Z) （单位：mm）

（3）普通芯头的尺寸和结构的禁忌

1）直立砂芯的上芯头通常不宜高于下芯头；上芯头的斜度不宜小于下芯头；芯头与芯座间通常不宜无间隙。芯头的结构要素包括芯头的长度（高度）、斜度、间隙、压环、防压环、集砂槽和特殊定位结构等，如图2-76所示。就直立砂芯来说，垂直芯头的高度主要是根据砂芯的总高度和横截面的大小，以在型腔中安放时能有好的稳定性为准则。芯头过高，不仅增大芯盒，浪费芯砂，而且会增加砂箱的尺寸，增加填砂量，也不便于合型。一般为15～150mm，主要取决于砂芯的总高度和砂芯结构。细而高的砂芯，上、下都要有芯头，以免在液体金属冲击下发生偏斜，而且下芯头可比上芯头取得高一些，既有利于砂芯下芯时在型腔中的稳定性，也方便合型（可减少合型销的长度）；对于等截面或上、下结构对称的砂芯，为方便下芯，其上、下芯头可采用相同的结构尺寸，在机械化大批量生产时尤应如此。另外，对垂直芯头，为便于下芯和合型操作，在上、下芯头和砂型的芯座上都应设有斜度。斜度一般为5°～10°，上芯头斜度应大些，以方便合型。在芯头和芯座间还应留有间隙，这也是为了方便下芯、合型操作及避免挤坏砂芯和砂型。间隙的大小，对机器造型（芯）来说，一般取0.5～1mm；手工造型（芯）时，根据砂芯的大小、砂型（芯）种类、模具精度，间隙取0.5～4mm。其中湿型的间隙小，干型、自硬型的间隙大，芯头尺寸大，间隙大。当同一砂芯上有两个以上的芯头时，可将其中定位作用不大的芯头侧面间隙加大，以便于下芯。

图2-76 典型的普通芯头结构

1—压环 2—防压环 3—砂芯 4—模样 5—集砂槽

2）对于高度与直径之比大于2.5的细高砂芯，其下芯头尺寸不可太小。对于芯体本身的高度与其直径之比大于2.5的细高砂芯，为增加下芯时砂芯的垂直稳定性，宜采用适度扩大下芯头直径的办法，一般取D₂=（0.75～0.8）D₁（如图2-77a所示）或D₂为砂芯直径D的1.5～2倍（见图2-77b）。

3）水平砂芯的芯头长度不宜太短。水平砂芯越长，体积越大，不仅砂芯质量增加，浇注时所受浮力也越大，为使芯头和铸型之间有足够大的承压面积，确保芯头与芯座间的支承强度，芯头长度也应适当增加，不宜太短。生产中，对于直径D（参见图2-78）小于ϕ150mm、芯体长度L小于1000mm的中、小型水平砂芯，其一端芯头的长度l可取20～100mm，例如砂芯直径小于ϕ25mm，砂芯芯体长度不超过100mm，其水平芯头的一端长度可取20mm；当砂芯直径达ϕ150mm、长度达801～1000mm时，芯头长度将达80～100mm。特大型砂芯的水平芯头长度根据需要可取至400mm以上。

图2-77 加大下芯头的垂直芯头

4）水平砂芯的芯座端面上通常不宜无斜度。为便于下芯和合型，水平砂芯的芯座端面上应做出斜度，取为5°～10°，而且上箱芯座斜度（见图2-79a）宜稍大些（β＞α），以免合型时和砂芯相碰。对于定位精度要求较低的手工造型（芯），只要制芯时，砂芯芯头不留斜度能顺利从芯盒中取出，就可以不留斜度；对于定位精度要求高的机器造型（芯），其芯头端面应做出与芯座相应的斜度，如图2-79b所示。

图2-78 普通水平砂芯及其芯头在砂型中的示意图

图2-79 水平芯头的斜度

5）湿型、大批量生产、机器造型，不可忽视在芯头上开设压环、防压环、集砂槽。在采用湿型的机器造型、大批量生产中，为了加速下芯、合型速度和保证铸件质量，常在芯头的模样上做出压环、防压环和集砂槽，如图2-76所示。其中压环（压紧环）是在模样芯座上做出r=1.5～6mm的半圆凹槽，造型后在砂型芯座上即形成凸出砂环，合型后，砂环压紧砂芯芯头，避免金属液钻入芯头，堵塞排气道；防压环是在水平芯座靠模样的根部处做出高0.5～2mm，宽5～12mm的凸肩。造型后，该部位形成下凹的凹状环，下芯和合型时，在芯头与砂型间留出一道环形缝隙，可防止此处砂型被压崩，从而可防止掉砂缺陷。而集砂槽则是在下型芯座的边缘上做一道凸环，造型后，砂型芯座边缘上形成深约2～5mm的环椎凹槽，用以聚集下芯时散落的碎砂，保证芯头、芯座的配合精度，也大大加快下芯速度。