排氣塞在鑄造模具中的應(yīng)用

石炳華

（寧波全力機(jī)械模具有限公司，浙江寧波 315700）

冷芯盒制芯技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛、高效的制芯技術(shù)。其制芯原理是在常溫下將氣體吹入芯盒，使型腔中按比例配好的芯砂反應(yīng)并硬化，從而得到所需的砂芯。砂芯常溫下在芯盒內(nèi)實(shí)現(xiàn)硬化，模具尺寸穩(wěn)定，砂芯尺寸精度高、變形小，因而可以降低鑄件尺寸偏差；制芯效率高，砂芯硬化速度快；模具可以用木材、塑料和金屬材料制作，模具制造成本低，周期短，使用壽命長。

但是，冷芯盒工藝在射砂過程中，如果芯盒型腔內(nèi)某一處空氣未被排出，該處壓強(qiáng)增大，形成正壓，阻止芯砂朝該處流動來充滿該處形狀，造成砂芯緊實(shí)度不夠，影響了砂芯質(zhì)量。因此，在冷芯盒設(shè)計(jì)中，排氣塞的合理布置就顯得尤為重要。

1 排氣塞及其性能要求

1.1 排氣塞參數(shù)

排氣塞是用于模具內(nèi)部能將空氣及其他雜氣排出從而提升模具產(chǎn)品品質(zhì)的一種模具配件。一般分為網(wǎng)狀和蜂窩狀兩種，尺寸設(shè)計(jì)要合理，應(yīng)能防止砂粒鉆入槽內(nèi)，堵塞排氣塞，從而影響腔體排氣。以網(wǎng)狀直徑16 mm為例，具體如圖1及表1所示。

表1 直徑16 mm排氣塞參數(shù)表

圖1 直徑16 mm排氣塞

1.2 排氣塞材質(zhì)與特性

材質(zhì)：不銹鋼（SUS304，SUS316），可依客戶指定材質(zhì)定做，如高碳鋼、銅、塑料。

特性：通氣效果好，強(qiáng)力減少氣流、塞孔及澆鑄填充不滿，更換方便。

1.3 排氣塞功能

鑄造排氣塞有兩大功能：①使砂芯射實(shí)；②對于冷芯盒是保證吹硬氣體穿透整個(gè)砂芯，不產(chǎn)生死角。

1.4 芯盒內(nèi)排氣要求

芯盒腔內(nèi)要求正壓，以促使硬化氣體滲入砂的混合物中。通常排氣孔的面積應(yīng)小于進(jìn)氣入口面積，并且排氣孔的位置應(yīng)盡量安放在芯盒最深部位，遠(yuǎn)離入氣口。

選擇排氣塞時(shí)要考慮開放率，即開口面積與外徑面積的比例。類型不同，差異很大。

芯盒的排氣系統(tǒng)對于最佳硬化，減少硬化氣體的滲漏和芯子中硬化氣體的殘留量是非常重要的。最好設(shè)計(jì)排氣量是進(jìn)氣量之三倍以上。芯盒的排氣面在吹砂與硬化過程中壓力應(yīng)該是±1×6.89 kPa。

1.5 芯盒內(nèi)氣體的流動

氣體在芯盒內(nèi)流動的原則：

（1）進(jìn)氣面積盡可能為最大；

（2）排氣面積要比進(jìn)氣的小；

（3）氣體通過砂芯的通路要平衡；

（4）氣體不可能有倒流的情形。

優(yōu)良的模具設(shè)計(jì)工藝應(yīng)該做到，在砂芯的一側(cè)全充滿催化劑氣體，布置適當(dāng)之排氣孔大小及位置，使氣體均勻通過砂芯。

氣體的流動是重要的，因?yàn)闅怏w在均勻的芯盒中通過得越多，其硬化就越快；若芯盒進(jìn)氣不均勻，就浪費(fèi)更多的催化劑；均勻的氣體流動也減少砂芯中及工作環(huán)境中的臭味。

2 排氣塞的應(yīng)用

2.1 工藝分析

以鐵路貨車17型車鉤整體芯為例，整體砂芯如圖2。

圖2 17型車鉤整體砂芯

考慮制芯成本，芯盒一般采用立射、左右開模結(jié)構(gòu)，芯盒左右及底部設(shè)頂芯板，射砂口開在尾部中間。由于芯盒體較高，吹氣硬化時(shí)，整體芯局部通氣效果不好，在上耳孔、下耳孔處出現(xiàn)松砂，即砂芯緊實(shí)度不夠。造成質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重時(shí)整體芯報(bào)廢。

要解決這個(gè)問題，一般有以下兩種辦法。

（1）采用預(yù)埋芯工藝

首先制作預(yù)埋芯盒，人工打出砂芯，然后將砂芯預(yù)埋在整體芯盒內(nèi)，最后射砂、硬化，將預(yù)埋芯與芯砂形成一個(gè)整體芯。缺點(diǎn)：為保證出模，預(yù)埋芯與整體芯芯盒本體需要放0.3 mm～0.5 mm左右的間隙，造成耳孔中心尺寸偏差，影響了產(chǎn)品的精度。

（2）采用下芯工藝

在芯盒上、下耳孔處增加芯頭，并制作手工芯盒，獲得三個(gè)砂芯。最后將上、下耳孔芯下入整體芯內(nèi)。缺點(diǎn)：首先由原來的一個(gè)整體芯變成了三個(gè)分體芯，整體感降低；模具結(jié)構(gòu)較原來復(fù)雜，成本增加。其次下芯時(shí)，同樣會造成耳孔中心尺寸偏差，影響產(chǎn)品的精度。

通過分析這兩種工藝方法可行，但都存在缺陷。實(shí)踐證明在芯盒上、下耳孔處采用排氣塞工藝是最佳方案。

2.2 排氣塞方案

17型車鉤整體芯冷芯盒型腔內(nèi)排氣塞的布置要均勻，并分布于整個(gè)型腔，包括減重塊及活塊，氣塞大小要合理。同時(shí)芯盒內(nèi)以下兩處位置尤為重要。①芯盒內(nèi)腔輪廓的邊角處；②芯盒深腔處。而上、下耳孔底部同屬于芯盒型腔較深部位，腔體內(nèi)空氣難以排出，固化后砂芯不緊實(shí)。因此必須在上、下耳孔底部增加排氣塞。但是考慮砂芯起模，需要加裝頂芯桿，所以將排氣塞裝于頂芯桿上。頂芯桿選用要盡量大，使其直徑尺寸大小接近上、下耳孔外輪廓尺寸。頂芯時(shí)由于接觸面積大，砂芯不易破壞，同時(shí)可以在頂芯桿上加裝較大一些的排氣塞。為了排氣需要將頂芯桿及頂芯桿壓板中間做空。工作原理：整體芯芯盒合模密封，射砂時(shí)，上、下耳孔處空氣經(jīng)排氣塞并通過頂芯桿空腔排出；硬化時(shí)，固化氣體穿透整個(gè)砂芯面經(jīng)排氣塞排出。最后獲得密實(shí)度良好的砂芯。具體結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 耳孔氣塞方案示意圖

3 結(jié)束語

在采用冷芯盒制芯工藝時(shí)，影響砂芯質(zhì)量的因素是多方面的，合理選用和設(shè)置排氣塞，能彌補(bǔ)芯盒結(jié)構(gòu)或砂芯本身結(jié)構(gòu)的一些不足，最終得到成形良好的砂芯。