砂芯主要用于形成鑄件的內孔、腔。某些妨礙起模、不易出砂的外形部分可用砂芯形成。砂芯的工作條件較為惡劣，因此對砂芯的要求：
1） 有足夠的強度和剛度；
2） 排氣性好；
3） 退讓性好；
4） 收縮阻力小；
5） 潰散性好，易出砂。
砂芯設計包括：確定砂芯數量，每個砂芯的形狀、尺寸；芯頭的個數、形狀和尺寸；芯撐、芯骨；排氣方式；芯砂種類及造芯方法等。
一、砂芯數量的確定
一個鑄件所需的砂芯數量，主要取決于鑄件結構和鑄造工藝方案。確定砂芯數量的原則是：盡量減少砂芯數量，以減少芯盒、制芯工時費用，降低鑄件成本，同時，也應考慮制芯下芯，檢查方便，保證鑄件質量精度。
1．當內腔或孔的深徑比（高度與直徑或高度與寬度之比）不很大時，應才用自帶砂芯。自帶砂芯的高度和寬度之比不能太大，否則拔模時容易損壞。自帶砂芯尺寸查表。
2．砂芯和分塊砂芯 整體制造的砂芯，易于保證鑄件精度，工裝數目少，砂芯強度和剛度較好。但是，對于尺寸過大、形狀復雜的砂芯，仍采用整體砂芯，操作不方便，應分成兩個或幾個砂芯來制造。砂芯的分塊原是：
① 填砂面應寬敞；
② 砂芯支撐面最好是平面，以便于安放和烘干；
③ 分盒面盡量與分型面一致。
④ 分塊應便于下芯、合箱及檢查，保證鑄件精度。
⑤ 尺寸精度要求高的部分，盡可能用同一砂芯形成；
⑥ 尺寸過大的砂芯，為了便于造芯、下芯解決車間起重量不夠的困難，可以分成幾個小砂芯。每個小砂芯需具有足夠的強度和剛度。
二、 芯頭
芯頭
芯頭是砂芯的重要組成部分。芯頭的作用是定位、支撐和排氣。芯頭在保證定位可靠，支撐牢固、排氣通暢的情況下，其數目越少越好。
1． 垂直芯頭
垂直芯頭有三種形式，如圖7-46所示；a）上下都作出芯頭，定位準確，支撐可靠，排氣通暢。一般常用這種形式。尤其適于高度大于直徑的砂芯；b)只作下芯頭，不作上芯頭，合箱方便。適合于橫截面積較大而高度不大的砂芯；c)上、下芯頭都不作出，可降低砂箱的高度，便于調整砂芯的位置。適合于比較穩的大砂芯。當L與D之比≥5倍時，則采取加大的下芯頭：D2=（1.5~2.0）D。
有些鑄件只能做上芯頭，不能做下芯頭，此時可采取以下措施：
1）予埋芯頭。
如圖1-48，將芯頭（上大下小）當作模樣的一部分，同模樣一起去造型，將芯頭予埋在砂型中。此法適合于重量不大的小芯。
2）吊芯 如圖1-49，用鐵絲或螺栓將砂芯吊在上箱，吊芯操作麻煩，只適合于單件小批生產；
3）蓋板砂芯，如圖1-50，將芯頭擴大。擱在下箱中，操作方便，能保證鑄件精度，有利于組織流水生產。
4）使用芯撐。件大、形狀復雜，砂芯多，不能吊，只能用芯撐支承。
2． 水平芯頭
水平砂芯一般都有兩個芯頭，定位是可靠的。有時只有一個芯頭（懸臂芯），定位不可靠；或者雖有兩個芯頭，但可能傾斜或轉動，此時可以采取：
1） 聯合芯頭（又叫挑擔芯頭）。如圖1-51中的3號芯。小型彎管接頭常用聯合砂芯。
2） 加大或加長芯頭，使砂芯重心移入支撐面內（即砂型中）。圖1-52
3） 安放芯撐，增加砂芯的支撐點和支撐面積，使砂芯穩固。圖1-53。
4） 增設工藝孔 為使砂芯穩固，便于排氣和清理，可在適當部位增設工藝孔，以便于設置芯頭。圖1-54。鑄成后可用螺絲塞頭堵上或焊死。
3.芯頭的定位機構
下芯后，若要求砂芯不沿芯頭軸線方向移動，不繞芯頭軸線轉動。或為了下芯十不易搞錯方位，可采用定位芯頭。垂直定位芯頭圖1-55，水平定位芯頭1-56。
4．芯頭尺寸的確定
芯頭橫截面的尺寸，一般決定于鑄件相應部位孔眼尺寸，為了便于下芯、合箱，芯頭應有一定的斜度，芯頭與芯座之間應留有一定的間隙，芯頭與芯座之間的間隙，通常采取將芯盒作成名義尺寸，而將模樣加大來實現的。
芯頭尺寸包括芯頭高度、斜度、間隙，芯頭斜度及間隙，是為了下芯合箱方便而設的，芯頭尺寸一般查表決定。
5．芯頭承壓面積的驗算
一般，芯頭尺寸是按經驗數據確定，不進行驗算。但對自身重量很大的芯子，或受金屬液體浮力很大的芯子，為確保鑄件質量，其芯頭尺寸則需驗算。
驗算方法、步驟：
1. 計算砂芯重量（自重）
2. 計算砂芯受到的浮力。
3. 計算各芯頭所受的最大壓力
4. 計算芯頭所需的承壓面積。
5. 根據承壓面積，計算芯頭尺寸。
芯頭實際承壓面積必須大于計算值，否則就要采取提高承壓能力的措施。如提高芯座強度（在芯座上墊鐵片或耐火磚等），安放芯撐，增加水平芯頭長度，增設工藝孔，增加芯頭等。以免芯頭壓壞芯座導致偏芯而鑄件報廢。
三、 芯撐和芯骨
（一）芯撐
把砂芯固定在砂型中主要靠芯頭，當無法設置芯頭，或單靠芯頭還不把握時，就得采用芯撐，起到輔助支撐的作用，對芯撐的要求及使用原則：
1．芯撐表面最好鍍鋅、鉛，這是為了防止芯撐表面生銹而不能與鐵液焊和好。芯撐表面應干凈、平整。使用時，芯撐表面應無銹、無油、無水氣、無污物；同時芯撐放入鑄型后，要盡快澆注，特別是濕型，以免芯撐表面凝聚水氣而產生氣孔或熔合不良。
2．芯撐材料的熔點應比鑄件材質的熔點高，至少相同，以防止過早熔化喪失支撐作用。（對鑄鐵件使用低碳鋼或鑄鐵芯撐；非鐵合金鑄件用與鑄件相同的合金做芯撐）。
3．芯撐重量應適當，不能過大或過小。過小，易熔化，過大則不能與鑄件很好焊合。
4．芯撐不能用于重要表面上，應設在非加工表面或不重要的表面上。
5．芯撐在鑄件凝固過程中，應與鑄件很好焊合。如果焊合不好，則會引起滲陋，經不住打壓。壁厚小于8㎜的薄壁鑄件盡量不用芯撐。
（二）芯骨
砂芯的骨架簡稱芯骨。芯骨的作用是提高砂芯的強度和剛度。保證砂芯在烘干、運輸、下芯和澆注過程中不變形、不斷裂特別是對于大芯、形狀復雜的芯、斷面較薄的芯，芯骨顯得特別重要。
芯骨有線形、面形和體形。
對芯骨的要求是：
1．芯骨保證砂芯有足強度、剛度的前提下本身應盡量簡單、易于制造。小砂芯多用鐵絲芯骨（事先退火消除彈性），中、大型砂芯常用鑄鐵芯骨。
3．骨不應妨礙砂芯排氣和阻礙鑄件收縮,因此芯骨至砂芯表面必須留有適當距離，吃砂量要夠。
4． 清砂時，芯骨最好能完整取出，以便回用，降低成本。吃砂量見表7-21，鑄鐵芯骨基礎骨架的尺寸，見表7-22。
5． 有些芯骨須便于砂芯的吊運，并合及固定，因此應作出吊環等結構。
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