封閉式芯盒頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張世武，王 偉，王光偉，師文琴，袁際章，高培虎

（1.山西柴油機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司，山西大同 037036；2.山西中兵鑄造有限公司，山西大同 037036；3.西安工業(yè)大學(xué) 材料與化工學(xué)院，陜西西安 710021）

目前鑄造行業(yè)最主要的工藝方法仍然是砂型鑄造，而以樹脂砂、水玻璃砂造型、制芯應(yīng)用最為廣泛[1]，采用手工造型、制芯生產(chǎn)鑄件的廠家仍然很多，特別是一些新產(chǎn)品的試制也以手工造型制芯為主。

模具、芯盒的設(shè)計(jì)正確與否是能否生產(chǎn)出合格的高質(zhì)量鑄件的關(guān)鍵，手工制芯的芯盒種類很多，封閉式結(jié)構(gòu)的芯盒占比最大，最常用的是水平分型結(jié)構(gòu)和垂直分型結(jié)構(gòu)[2]。

水平分型芯盒分為敞開(kāi)式和封閉式，水平分型芯盒的填砂口及刮砂面平行于芯盒的分型面。

敞開(kāi)式芯盒的分型面、填砂口、刮砂面在同一個(gè)面上，出型時(shí)沿著分型面的方向脫出即可。封閉式芯盒由上下兩半芯盒組成且上下兩半芯盒都有形狀，封閉式芯盒型芯的出型和敞開(kāi)式芯盒的出型主要差別是，封閉式芯盒出型時(shí)首先要完成兩半芯盒的分離，然后進(jìn)行型芯的頂出，因此封閉式芯盒的出型設(shè)計(jì)既要考慮芯盒的頂出，同時(shí)也要考慮型芯的頂出，而且芯盒的頂出和型芯的頂出是連續(xù)完成的。

垂直分型芯盒的填砂口及刮砂面垂直于芯盒的分型面，垂直分型芯盒由左右兩半芯盒組成，兩半芯盒都有形狀，由于樹脂砂、水玻璃砂制芯對(duì)固化時(shí)間的控制有較高的要求，固化時(shí)間短出型相對(duì)容易但型芯強(qiáng)度偏低，容易造成型芯的變形或開(kāi)裂，固化時(shí)間長(zhǎng)型芯強(qiáng)度增高造成出型困難[3]，傳統(tǒng)的芯盒設(shè)計(jì)方法難以解決這類問(wèn)題，封閉式芯盒的出型創(chuàng)新設(shè)計(jì)能很好地解決了上述問(wèn)題，既能保證型芯的順利出型也不會(huì)造成芯盒損壞。

1 鑄件結(jié)構(gòu)分析

多年來(lái)封閉式金屬芯盒的設(shè)計(jì)一直延用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以某型號(hào)鑄件殼體設(shè)計(jì)為例（見(jiàn)圖1），殼體芯盒為水平分型結(jié)構(gòu)。

圖1 某型號(hào)鑄件殼體設(shè)計(jì)圖

砂口布置在芯盒的上平面，與芯盒的分型面平行，制芯時(shí)將芯盒合在一起并且鎖緊，將混制好的樹脂砂通過(guò)填砂口填入芯盒內(nèi)，震實(shí)后刮平填砂口，待型芯固化后出型。由于樹脂砂固化后已經(jīng)有較高的強(qiáng)度，出型時(shí)需將芯盒垂直放置，分別打擊上下芯盒的底板產(chǎn)生振動(dòng)，使型芯和芯盒之間出現(xiàn)間隙，然后打擊芯盒一側(cè)的吊軸使其和另一半芯盒分離，當(dāng)一側(cè)芯盒完全脫離后，再打擊另一側(cè)芯盒的吊軸使型芯和芯盒分離。由于打擊力是通過(guò)芯盒底部和吊軸向型芯傳遞的，因此需要較長(zhǎng)時(shí)間的打擊才能出型，這種出型方法不僅降低了生產(chǎn)效率，也容易造成芯盒和型芯的損壞。在生產(chǎn)過(guò)程中不當(dāng)?shù)拇驌粼斐尚竞凶冃巍㈤_(kāi)裂、吊軸斷裂等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，不僅增加模具的維修費(fèi)用也縮短了模具的使用壽命，增加制造成本。

2 帶頂出機(jī)構(gòu)芯盒的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)分析該芯盒仍采用上下分型結(jié)構(gòu)，由于型芯上下平面都有形狀，填砂口留在上芯盒的芯頭部位，出型時(shí)利用頂出板作用在芯盒和型芯上的力使上下芯盒分離及型芯頂出。

2.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

首先要在芯盒上增加一套芯盒和型芯頂出機(jī)構(gòu)，出芯時(shí)通過(guò)打擊頂出板產(chǎn)生的力傳遞到芯盒頂出桿，頂出桿的力直接作用在下芯盒上使上下芯盒分離，但是在下芯盒還沒(méi)有脫離的情況下頂出桿的力是不能作用在型芯上的，因此必須保證在下芯盒脫離后型芯頂出桿才能作用在型芯上，同時(shí)要考慮的是芯盒頂出桿反復(fù)作用在下芯盒上，會(huì)對(duì)下芯盒造成損壞，因此要采取一定的預(yù)防措施，在下芯盒脫離上芯盒后芯子留在上芯盒內(nèi)，此時(shí)下芯盒形成的型芯高度已超出芯盒的分型面，因此在上芯盒的分型面上必須有一個(gè)用來(lái)支撐芯盒高度的墊塊，墊塊的高度要同時(shí)滿足下芯盒型芯的高度和上芯盒頂出型芯所需的高度，才能保證型芯的順利頂出，在型芯頂出之前在上芯盒的下方放入芯板承接型芯，繼續(xù)打擊頂出板上芯盒內(nèi)的型芯脫離，完成出型。

2.2 設(shè)計(jì)方案

殼體封閉式芯盒頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖2。芯盒頂出桿安裝在上芯盒上，每一個(gè)芯盒安裝兩個(gè)頂出桿，一般布置在芯盒的中間位置，芯盒頂出桿的主要用途是芯盒的頂出，同時(shí)也起合型時(shí)型芯頂出桿的復(fù)位作用。芯盒頂出桿的長(zhǎng)度既要滿足芯盒的頂出同時(shí)也要滿足型芯的頂出。型芯頂出桿均勻布置在型芯的四周及中間部位，通常情況下頂出桿直徑的大小和數(shù)量以滿足型芯所需出型力的大小來(lái)確定。頂出桿的位置應(yīng)能保證頂出時(shí)整個(gè)型芯受力均勻，以保證型芯能同時(shí)平穩(wěn)脫落。頂出桿和型芯的接觸面盡量選擇平面，頂出桿頂出部位盡量選擇型芯的厚大部位，盡量避免在有形狀的部位布置頂出桿，防止由于頂出桿出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)影響型芯的形狀。型芯頂出桿的長(zhǎng)度以滿足型芯出型的高度為準(zhǔn)。芯盒頂出桿及型芯頂出桿和頂出板聯(lián)接，頂出板的形狀根據(jù)芯盒頂出桿和型芯頂出桿分布的形狀確定。支撐塊固定在上芯盒上，均勻分布在上芯盒分型面的四周，支撐塊的高度以滿足型芯脫離上芯盒所需高度為準(zhǔn)，在下芯盒對(duì)應(yīng)支撐塊的位置處留出支撐塊讓位空間。頂出桿墊塊布置在下芯盒上，位置和芯盒頂出桿對(duì)應(yīng)，目的是減輕芯盒頂出桿對(duì)下芯盒的打擊力度，避免芯盒的損壞。

圖2 殼體封閉式芯盒頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖

制芯時(shí)將混制好的樹脂砂充填到芯盒內(nèi)，待樹脂砂固化后達(dá)到出型強(qiáng)度開(kāi)始出型，首先打擊頂出板，芯盒頂出桿在受力狀態(tài)下，作用在下芯盒頂出桿墊塊上，使下芯盒和上芯盒分離，此時(shí)頂出板在型芯頂出桿上滑動(dòng)，此時(shí)頂出桿沒(méi)有受力，頂出力也沒(méi)有作用在型芯上，此時(shí)下芯盒和上芯盒已經(jīng)分離，型芯保留在上芯盒上，取出下芯盒放入芯板，上芯盒支撐塊和芯板接觸，繼續(xù)打擊頂出板，頂出板和型芯頂出桿接觸，打擊力開(kāi)始作用在型芯上，繼續(xù)打擊頂出板直到型芯脫落為止。在進(jìn)行芯盒設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)選擇分型面位置或出型斜度的方法保證芯盒頂出時(shí)型芯能保留在上芯盒上。

3 效果驗(yàn)證

使用帶頂出機(jī)構(gòu)的封閉式芯盒制芯，通過(guò)打擊頂出板產(chǎn)生的力先作用在芯盒頂出桿上完成下芯盒的分離，繼續(xù)打擊頂出板，頂出板產(chǎn)生的力開(kāi)始作用在型芯頂出桿上，頂出桿的力直接作用在型芯上，連續(xù)打擊頂出板直至型芯脫落。

由于在芯盒頂出桿部位安裝了支撐墊塊，在頂出過(guò)程中沒(méi)有造成對(duì)芯盒本體的損壞，在上芯盒上安裝了支撐塊和在下芯盒上留出支撐塊讓位空間，避免了出型時(shí)型芯直接接觸到地面損壞型芯，采用頂出機(jī)構(gòu)的芯盒設(shè)計(jì)不僅能保證型芯的質(zhì)量，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，大大降低了芯盒的損壞程度，也有效地延長(zhǎng)了芯盒的使用壽命。