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)

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)

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

間歇性；虛砂；凹坑；

1 存在問題

射芯機冷芯盒制芯生產效率高、節能，砂芯尺寸精度高、發氣量低，芯盒壽命長、變形量小，鑄件表面光潔、尺寸精度高（可達到CT7級），澆注后砂芯潰散性好等特點而被廣泛采用。射芯制芯廣泛應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重間歇性虛砂和嚴重頂桿凹坑。

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

圖1 原因分析

經過全流程影響因素梳理分析認為：

（1）設備壓力設計值偏小，砂子無法獲得最大初動能；

（2）射砂嘴內壁容易堵塞，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 改進措施

2.1 改造模具結構實現負壓

為此，提出設備實施更改措施。首先改造模具結構實現負壓（設備不調整情況下壓力差增高0.5 MPa）。

圖2 負壓改制

具體方法是利用設備抽氨氣壓力，改造模具結構使抽風口作用于模具本身。使模具型腔內實現負壓（如圖2）。這樣排氣量將明顯減少，壓力差隨之增大，使得排氣阻力相對減弱。

實施改進措施之后，在設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。

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常常容易堵塞射嘴，同時排氣塞容易被細砂堵塞影響排氣效果。

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

圖3 氣塞、射嘴優化

2.3 優化結構，解決頂桿凹坑

頂桿凹坑主要是因為上頂板支撐點過少，頂芯壓力使得上頂板變形導致。為此，增加了支點，實現壓力均攤與限位作用（如圖4）。改進后，間歇性虛砂得到了明顯改善。

圖4 頂桿結構優化

3 通過軟件模擬優化參數

3.1 模擬分析

（1）模擬對象選擇

針對模具設計與制作過程中的難點以及鑄造單位模具實際使用情況，我們選擇模擬的對象為：①在射芯模具設計過程中存在疑慮的模具；②射芯生產現場芯盒相同位置容易出現虛砂問題、且以現場技術水平無法改善的模具。

綜合以上條件，我們共選用5套產品進行模擬改進（如圖5）。

圖5 模擬產品選擇

（2）射芯模設計要素與砂芯品質影響因素

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

圖6 射芯工藝流程圖

通過分析可知，影響砂芯品質的可模擬因素主要有：①原砂特性；②砂斗中的儲砂量；③射砂時間；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際射砂時最關鍵的因素，也是模具設計時難度最大的設計參數，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模擬軟件進行射芯過程模擬，模擬結果可為我們提供射砂過程中砂芯和射嘴區域的空氣壓力、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 模擬參數設置

（5）原砂特性與砂斗中儲砂量

MAGMA模擬將射芯所用原砂歸為三類：圓形細砂、不規則細砂和不規則粗砂。根據自然堆積試驗，圓形細砂最適宜射芯成型，不規則細砂次之。基于實際生產，本文模擬設置的為不規則細砂。

觀察模擬過程，發現砂斗中儲砂量對射芯品質的影響可忽略。

（6）射砂壓力與射砂時間

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

（7）射嘴因素

射嘴對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 射嘴對射砂品質的影響

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

（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 常用排氣塞規格尺寸

分析多次模擬結果，結合生產經驗可知：（1）進氣面積盡可能大，砂芯體積/進氣面積=2000，適用于畸形砂芯，蘇鑄機65L設備射芯；砂芯體積/進氣面積=1000，適用于普通砂芯，蘇鑄機65L設備射芯模；（2）排氣面積應比進氣面積小，一般為進氣面積的60%～80%；(3)進氣面積計算：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）氣體在整個過程中不能有倒流現象；（5）盡可能保障氣體流動均勻。

3.2 模擬結論

利用MAGMA模擬射芯過程，對射芯模具及射芯工藝關鍵要素進行優化提升。射砂壓力控制在0.4～0.6 MPa之間，射砂嘴對應射砂量如表3。

表3 射砂嘴對應射砂量

依據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于柱形射嘴。

進氣面積盡可能大，排氣面積應比進氣面積小，建議為進氣面積的60%左右。氣體通過砂芯的通路要平衡；氣體在整個過程中不能有倒流現象；盡可能保障氣體流動均勻。上下排氣面積比為0.6：0.4。

利用模擬結果，驗算現有成熟產品氣塞布置結果得出單位體對應射砂嘴數量、上模排氣塞面積、下模排氣塞面積，并經生產驗證，能生產完全合格的砂芯，解決了之前生產中存在的虛砂和凹坑問題。

4 結語

（1）利用MAGMA模擬結果，解決射芯模氣塞方案設計。再利用設備抽氨氣壓力，使模具型腔內實現負壓解決模具排氣問題。

（2）優化鑄造與模具工藝，節約模具費用：

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

（4）解決射芯模間歇性虛砂問題，使用進口超自凈氣塞，使氣塞堵塞幾率大大減小；利用設備抽氨氣壓力，使模具型腔內實現負壓。保證模具排氣性能，有效地解決了射芯模間歇性虛砂問題。

[1] 宋會宗,黃乃瑜,周靜一,等.非占位涂料與覆膜砂的粘附機理[A].第一屆國際機械工程學術會議論文集[C].2000.

[2] 曾鋒.鑄造覆膜砂激光快速成型方法及系統的研究[D].大連理工大學,2006.

[3] 文宏，劉文川，周紅梅，等. Z8025射芯機制作氣缸體曲軸箱砂芯熱芯盒的優化設計[J]. 中國鑄造裝備與技術, 2006(2).

[4] 陳劍敏. Z8025L多向開模熱芯盒射芯機[J]. 中國鑄造裝備與技術,2001(6).

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:1606-1415

閆小龍（1987—），男，工程師，主要從事鑄造工藝的研究與開發.