閆小龍

(寧夏共享模具有限公司，寧夏銀川 750000)

解決射芯模具典型問題的方法

閆小龍

(寧夏共享模具有限公司，寧夏銀川 750000)

射芯工藝特點(diǎn)為生產(chǎn)效率高、尺寸精確、外貌光潔、能夠生產(chǎn)內(nèi)腔比較復(fù)雜的鑄件，為眾多鑄造廠所推廣。針對(duì)在制芯中射芯模具存在的虛砂、凹坑等問題進(jìn)行分析，并提供解決方案，提高了砂芯精度，確保了鑄件品質(zhì)。

間歇性；虛砂；凹坑；

1 存在問題

射芯機(jī)冷芯盒制芯生產(chǎn)效率高、節(jié)能，砂芯尺寸精度高、發(fā)氣量低，芯盒壽命長、變形量小，鑄件表面光潔、尺寸精度高（可達(dá)到CT7級(jí)），澆注后砂芯潰散性好等特點(diǎn)而被廣泛采用。射芯制芯廣泛應(yīng)用離不開射芯模具的大量投入。目前，在我公司使用射芯模具上還存在一些問題亟待解決。

目前，我公司射芯模具普遍存在的典型問題是射芯模存在嚴(yán)重間歇性虛砂和嚴(yán)重頂桿凹坑。

為了解決射芯模間歇性虛砂和嚴(yán)重頂桿凹坑問題，需要追根溯源、系統(tǒng)分析影響因素。即從原料、模具、設(shè)備等逐個(gè)排查并分析其影響程度（如圖1）。

圖1 原因分析

經(jīng)過全流程影響因素梳理分析認(rèn)為：

（1）設(shè)備壓力設(shè)計(jì)值偏小，砂子無法獲得最大初動(dòng)能；

（2）射砂嘴內(nèi)壁容易堵塞，無形中增大射砂阻力；

（3）氣塞容易堵塞，無形中增大排氣阻力；

（4）射砂與排氣方案布置不合理。

2 改進(jìn)措施

2.1 改造模具結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓

為此，提出設(shè)備實(shí)施更改措施。首先改造模具結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓（設(shè)備不調(diào)整情況下壓力差增高0.5 MPa）。

圖2 負(fù)壓改制

具體方法是利用設(shè)備抽氨氣壓力，改造模具結(jié)構(gòu)使抽風(fēng)口作用于模具本身。使模具型腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓（如圖2）。這樣排氣量將明顯減少，壓力差隨之增大，使得排氣阻力相對(duì)減弱。

實(shí)施改進(jìn)措施之后，在設(shè)備壓力不變的情況下，壓力差增加0.05 Mpa，排氣總量減少了50% 。減小了充型阻力，提高了充砂速率，改善了砂芯品質(zhì)。

2.2 解決射嘴粘砂與氣塞堵塞問題

砂芯間歇性虛砂主要問題是射砂嘴清理不及時(shí)常常容易堵塞射嘴，同時(shí)排氣塞容易被細(xì)砂堵塞影響排氣效果。

為此，利用特氟龍的不粘性，將射砂嘴內(nèi)壁噴涂特氟龍。使樹脂難以附著在射嘴內(nèi)壁，大大縮短了射砂嘴清理時(shí)間。使用國外進(jìn)口超自凈氣塞，使氣塞堵塞幾率大大減少，保證模具排氣性能（如圖3）。改進(jìn)后， 間歇性虛砂得到了明顯改善。

圖3 氣塞、射嘴優(yōu)化

2.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，解決頂桿凹坑

頂桿凹坑主要是因?yàn)樯享敯逯吸c(diǎn)過少，頂芯壓力使得上頂板變形導(dǎo)致。為此，增加了支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)壓力均攤與限位作用（如圖4）。改進(jìn)后，間歇性虛砂得到了明顯改善。

圖4 頂桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3 通過軟件模擬優(yōu)化參數(shù)

3.1 模擬分析

（1）模擬對(duì)象選擇

針對(duì)模具設(shè)計(jì)與制作過程中的難點(diǎn)以及鑄造單位模具實(shí)際使用情況，我們選擇模擬的對(duì)象為：①在射芯模具設(shè)計(jì)過程中存在疑慮的模具；②射芯生產(chǎn)現(xiàn)場芯盒相同位置容易出現(xiàn)虛砂問題、且以現(xiàn)場技術(shù)水平無法改善的模具。

綜合以上條件，我們共選用5套產(chǎn)品進(jìn)行模擬改進(jìn)（如圖5）。

圖5 模擬產(chǎn)品選擇

（2）射芯模設(shè)計(jì)要素與砂芯品質(zhì)影響因素

圖6所示為冷芯盒射芯工藝流程。針對(duì)射芯工藝流程對(duì)影響射砂成型的重要影響因素進(jìn)行梳理，并就其中可模擬因素進(jìn)行模擬優(yōu)化（如圖7）。

圖6 射芯工藝流程圖

通過分析可知，影響砂芯品質(zhì)的可模擬因素主要有：①原砂特性；②砂斗中的儲(chǔ)砂量；③射砂時(shí)間；④射砂壓力；⑤射砂嘴因素；⑥排氣分布。其中，射砂嘴因素和排氣分布是模擬和實(shí)際射砂時(shí)最關(guān)鍵的因素，也是模具設(shè)計(jì)時(shí)難度最大的設(shè)計(jì)參數(shù)，直接影響模具制作和射砂效果。

（3）模擬過程圖（如圖7所示）。

圖7 模擬過程圖

（4）模擬分析

采用MAGMA模擬軟件進(jìn)行射芯過程模擬，模擬結(jié)果可為我們提供射砂過程中砂芯和射嘴區(qū)域的空氣壓力、空氣速率、空氣百分比、砂子速率、砂子百分比、砂子密度和砂子軌跡的變化過程。

表1 模擬參數(shù)設(shè)置

（5）原砂特性與砂斗中儲(chǔ)砂量

MAGMA模擬將射芯所用原砂歸為三類：圓形細(xì)砂、不規(guī)則細(xì)砂和不規(guī)則粗砂。根據(jù)自然堆積試驗(yàn)，圓形細(xì)砂最適宜射芯成型，不規(guī)則細(xì)砂次之?；趯?shí)際生產(chǎn)，本文模擬設(shè)置的為不規(guī)則細(xì)砂。

觀察模擬過程，發(fā)現(xiàn)砂斗中儲(chǔ)砂量對(duì)射芯品質(zhì)的影響可忽略。

（6）射砂壓力與射砂時(shí)間

合理的射砂壓力和射砂時(shí)間是保證砂芯品質(zhì)的重要因素。射砂壓力過高和時(shí)間過長，砂芯易產(chǎn)生局部收縮和裂紋等缺陷；射砂壓力偏低和時(shí)間不足，則砂芯緊實(shí)度不夠，強(qiáng)度不均勻，砂芯易斷。生產(chǎn)時(shí)射砂壓力控制在0.3～0.6 MPa之間。

（7）射嘴因素

射嘴對(duì)射砂充型的影響主要分四方面：①射嘴中心距；②射嘴高度；③射嘴直徑；④射嘴形狀（如圖8所示）。

圖8 射嘴對(duì)射砂品質(zhì)的影響

可以看出隨射嘴距射砂中心越來越遠(yuǎn)，射砂速率逐漸減小，射砂品質(zhì)受到影響。而射嘴高度對(duì)射砂速率的影響很小，可忽略不計(jì)。射嘴直徑對(duì)射砂速率的影響隨直徑增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，直徑為14～16 mm時(shí)速率最大。雖然從模擬結(jié)果來看錐形射嘴射砂效果優(yōu)于柱形射嘴，但優(yōu)于其加工制作難度大，生產(chǎn)上一般并不采用。

（8）排氣分布

射芯模的排氣方式有三種：排氣槽排氣（如圖9）、間隙排氣和氣塞排氣。

圖9 排氣槽排氣

排氣塞（表2）是冷芯盒最主要的排氣方式，也是可模擬的唯一出氣方式。排氣塞用銅合金制成，用H7/h6配裝在射芯模上。

表2 常用排氣塞規(guī)格尺寸

分析多次模擬結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知：（1）進(jìn)氣面積盡可能大，砂芯體積/進(jìn)氣面積=2000，適用于畸形砂芯，蘇鑄機(jī)65L設(shè)備射芯；砂芯體積/進(jìn)氣面積=1000，適用于普通砂芯，蘇鑄機(jī)65L設(shè)備射芯模；（2）排氣面積應(yīng)比進(jìn)氣面積小，一般為進(jìn)氣面積的60%～80%；(3)進(jìn)氣面積計(jì)算：①大塊砂芯，每千克砂至少3.56 cm2；②崎嶇型砂芯，每千克砂至少5.69 cm2 ；（3）氣體通過砂芯的通路要平衡；（4）氣體在整個(gè)過程中不能有倒流現(xiàn)象；（5）盡可能保障氣體流動(dòng)均勻。

3.2 模擬結(jié)論

利用MAGMA模擬射芯過程，對(duì)射芯模具及射芯工藝關(guān)鍵要素進(jìn)行優(yōu)化提升。射砂壓力控制在0.4～0.6 MPa之間，射砂嘴對(duì)應(yīng)射砂量如表3。

表3 射砂嘴對(duì)應(yīng)射砂量

依據(jù)砂芯形狀排布射嘴位置，直徑φ16 mm射嘴射砂效果最佳，錐形射嘴射砂效果優(yōu)于柱形射嘴。

進(jìn)氣面積盡可能大，排氣面積應(yīng)比進(jìn)氣面積小，建議為進(jìn)氣面積的60%左右。氣體通過砂芯的通路要平衡；氣體在整個(gè)過程中不能有倒流現(xiàn)象；盡可能保障氣體流動(dòng)均勻。上下排氣面積比為0.6：0.4。

利用模擬結(jié)果，驗(yàn)算現(xiàn)有成熟產(chǎn)品氣塞布置結(jié)果得出單位體對(duì)應(yīng)射砂嘴數(shù)量、上模排氣塞面積、下模排氣塞面積，并經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，能生產(chǎn)完全合格的砂芯，解決了之前生產(chǎn)中存在的虛砂和凹坑問題。

4 結(jié)語

（1）利用MAGMA模擬結(jié)果，解決射芯模氣塞方案設(shè)計(jì)。再利用設(shè)備抽氨氣壓力，使模具型腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓解決模具排氣問題。

（2）優(yōu)化鑄造與模具工藝，節(jié)約模具費(fèi)用：

（3）解決射芯嘴粘砂問題 。針對(duì)射砂嘴粘砂問題，具有創(chuàng)新性地在射砂嘴內(nèi)壁噴涂特氟龍。使樹脂難以附著在射嘴內(nèi)壁，解決了射砂嘴粘砂問題。

（4）解決射芯模間歇性虛砂問題，使用進(jìn)口超自凈氣塞，使氣塞堵塞幾率大大減??；利用設(shè)備抽氨氣壓力，使模具型腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓。保證模具排氣性能，有效地解決了射芯模間歇性虛砂問題。

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Typical solution to shoot core mold problem

YAN XiaoLong
（KOCEL PATTERN Co.,Ltd.,Yinchuan 750000,Ningxia,China）

The Core Shooting technology is highly promoted by numerous foundries with its high effi ciency ,precise dimension,bright and clean appearance as well as the ability of producing castings of complex inner cavity .This article mainly aimed at analyzing and solving the problems existed in the Core-Shooting Machine during core making process,such as loose sand dent and so on,to improve the quality of the sand core and ensure the quality of the sand core and ensure the quality of the castings.

intermittent；loose sand dent；simulation

TG115.6；

A；

1006-9658（2016）05-0072-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.021

2016-06-23

稿件編號(hào):1606-1415

閆小龍（1987—），男，工程師，主要從事鑄造工藝的研究與開發(fā).