气缸体水套砂芯热芯盒的优化设计

      车用发动机气缸体是复杂薄壁铸件的典型代表，其铸造技术复杂、难度高是民用机械产品中首席典型件，而其干式缸套气缸体水套砂芯（以下简称水套砂芯）的制作工艺则又是其铸造生产中难点之一，故其水套砂芯热芯盒的设计则便是铸造工作者长期研究（优化）的恒久型课题，无论是其对铸件本身质量及合格率的提高，还是市场的需求，都要求其必须与时俱进。对于气缸体水套砂芯的制作工艺及其热芯盒的设计，目前虽也有一些资料对其进行研究，但因其一方面研究对象不同，另一方面，根据笔者近几年来对国内较多的相关铸造厂（以下简称工厂）及专业模具制作公司（以下简称公司）的考查了解和研究，发现一些相关热芯盒的设计尚有较多不尽合理之处。故在此，笔者根据近几年来应用人体工效学、绩效理论、黄金分割原理等的研究，探索出的一些心得，针对目前国内应用已较为普遍的GSR2制芯机制作水套砂芯热芯盒可作优化设计方面作一专题研究和讨论，旨在为该类重要铸造工装的规范化和优化设计积累一点资料供同行参考。

造型机工作原理及结构简单介绍

   造型机用于制造砂型的铸造设备。它的主要功能是：填砂，将松散的型砂填入砂箱中；紧实型砂，通过震实、压实、震压、射压等不同方法使砂箱中松散的型砂紧实，使砂型在搬运和浇注等过程中具有必要的强度；起模，利用不同机构将模样从紧实后的砂型中取出。造型机最早出现于19世纪中期，早期的造型机是一种简单的手动压实带起模的机构，后来采用压缩空气作为震实和压实型砂的动力。1890年出现了震击式造型机，使造型效率和砂型精度都有了提高。造型机按其紧实型砂的方法不同可分为压实式、震实式、震压式、射压式造型机和抛砂机。

造型机的分类

压实式造型机

利用气压或液压通过压头或模样对砂箱内的型砂施加压力来紧实型砂。其压强一般为0.25～0.4兆帕。这种造型机,使远离施压面的砂型紧实度差。20世纪50年代初出现了高压造型机，砂型平面上的压强在 0.7兆帕以上。高压造型机的压头分为平压头、成形压头和多触头压头等几种结构形式。其中以高压多触头造型机应用最为广泛。高压多触头造型机压头分割成许多可上下运动的小方块──触头，通过液压缸可获得很大的压实力。压实时,各触头按其下面的模样高度(即受压砂层厚度)施加相应的压力,使砂型获得很高的、均匀的紧实度和硬度。这类造型机都设有微震震击机构，能够适应复杂模样的造型。高压多触头造型机多采用四立柱结构，有单工位式和双工位式。为了适应中小批量铸件的生产，这种造型机多附有模板快换装置，更换模板时，造型机不必停机。采用高压多触头造型，砂型铸造能浇出薄壁、尺寸精1确、表面光洁的铸件。

震实式造型机

此种造型机又可分为震击式和微震式造型机两种。砂箱和模样固定在造型机的工作台上，利用工作台下落时与砧座撞击面的相撞、砂粒的惯性来紧实砂型。这种造型机噪声严重，所造砂型上部的紧实度很低，已被微震压实造型机所代替。

震压式造型机

对震实的砂型再进行压实，可以获得上下部紧实的砂型。常用的是微震压实式造型机（见图），利用工作台下落与浮动的震铁相撞，微震紧实型砂，再进行压实。微震是以较高频率（500～1000次/分），小振幅（5～25毫米）的振动代替震击式造型机的低频率 (60～120次/分)、大振幅的振动。这种造型机造出的砂型质量好，对基础要求也较低。 造型机

射压式造型机

它是利用压缩空气将型砂均匀地射入砂箱预紧实，然后再施加压力进行压实。常用的有垂直分型无箱射压造型机和水平分型脱箱射压造型机。垂直分型无箱射压造型机造型不用砂箱，型砂直接射入带有模板的造型室，所造砂型尺寸精度高，因砂箱两面都有型腔，生产率很高，但下芯比较困难，对型砂质量要求严。水平分型脱箱射压造型机利用砂箱进行造型，砂型造好后合型脱箱，下芯比较方便，生产率高。

抛砂机

利用旋转叶片抛出砂团紧实砂型。抛砂机的特点是填砂与紧实同时进行，机器结构简单、重量轻，适应性强。但叶片易磨损，生产率较低。

热心盒射芯机中的加热管的选用

      近年来我国铸造业迅猛发展，使与之配套的模具行业也有了长足的进步。 我国目前采用了同发达国家相同的加热固化热芯盒、 壳芯盒制芯工艺及气体固化冷芯盒工艺。 而加热固化制芯工艺主要特点是使模具在加热状态下工作，加热方法可采用煤气或电加热等，由于电加热具有加热均匀、 清洁、 效率高和容易控制等优点，而被广泛使用，目前国内热心盒射芯机模具采用电热管加热的较多。

      禾松结合在实际模具设计中积累的经验，就加热管的选择、 布置、 计算、 安装提出了一些看法。

     1 加热管的选择

    （ 1）确定电热管的形式

     电热管分为单头出线和双头出线，在同样的使用环境下应该尽量选择双头出线，双头出线电热管具有效率高，使用安全，寿命长等优点[1]。

    （ 2）确定加热管的布置方式

     根据加热管在模具中加热效果的评估，确定了加热管应该按热量均匀分配还是按热量分段分配的原则布置。 实际模具多数是按照热量均匀分配原则设计，若模具的某一部位需要加大热量，并只能布置一组加热管，这时可采用加热管热量分段布置的形式制作加热管。

    （ 3）确定加热管的直径

     电热管直径的选择取决于模具中加热管布置空间的大小、 数量及计算所得的有效功率。应尽量选用加热管供货商所提供的直径规格来设计，以便可以快速采购到所需的加热管。

    （ 4）确定加热管的长度

     根据电热管的出线方式，长度的选择标准有所不同。 选择时，长度不宜选的太短，以免模具不能有效加热；也不能选的过长，这样在加热过程中，由于加热管加热部分长期暴露于空气中会使加热管寿命受到严重影响。一般认为，加热管的不加热部分留在模具本体内 5 mm 左右适宜。

    （ 5）确定加热管的功率

     加热管功率的选择按照公式进行计算，具体在下面的计算中提到。

    （ 6）确定加热管的电压

     加热管的电压首先由使用模具现场的实际电压情况来决定。在确定使用环境的实际电压后，需要根据电热管的布置安装情况来确定电压大小，同时也与电热管的接线有关。