覆膜砂射芯机/射砂成型机理是什么？ - 铸造技术知识

随着对中小铸件的质量要求不断提高，覆膜砂制芯工艺得到越来越广泛地运用。笔者长期与射芯机和射芯模打交道，在实践中不断思考和分析射砂成型的机理，今拙笔总结，以供同行们参考。
　　　不同的铸件，就有不同的砂芯形状，也就有不同的模具型腔与结构，但万变不离其宗：射砂过程就是所射“砂”的动能在型腔内衰减的过程！也就是说，砂芯某一处没射足或没射致密，我们可以理解为：当“砂”到达该处前动能已衰减至零！
　　　根据动能P=1/2mv2的原理，我们得出以下结论：
1、射口宜小不宜大。
在射砂压力确定以后，“砂”的动能由m和v的决定，但由于V是平方关系，所以，“砂”的速度（V）相对“砂”的质量（m）来说更重要（就像橡胶水管一样，把口捏得越小，水柱喷得越远）。通常的射口为φ8、φ10、φ12，极少有φ12以上的。
2、把合模间隙（无论是冷态时还是热态时）控制在0.2mm以下，是射砂成型良好的关键。
我们理解，“砂”是被“气”裹挟着充型的，“砂”的速度决定于裹挟它的“气”的压力，所以，避免射砂后，“气”快速泄漏是关键所在。当然充型完之后，保持型腔适当排气也是不可少的。实践证明，只有把射芯模左右（或上下）模具合模间隙控制在0.2mm以下，才能确保射制出良好的砂芯。不仅如此，对于大型腔，我们提醒注意：靠近射口附近型腔的“排气能力”不要太好，即不放排气塞，少放顶杆等。
3、在离射口最远的远端要有充分的排气。
通常的情况是“头痛医头，脚痛医脚”，在型腔的中部往往也有局部不致密的情况，这肯定的原因：不是此处“砂”无动能，而是此处窝“气”。解决这种现象的方法：首选增加远端排气，其次才是此处适当加装“排气塞”（象型腔中间部分的孔、封闭腔）。更多的情况是，当远端排气能力增加后，此处的“窝气”就不见了，草率在窝气处加装“排气塞”或“排气槽”，有可能增加远端射不好的风险（中间动能衰减太大）。
现实中，人们往往随意在型腔的中间部位加装“排气塞”和“排气槽”，非常普遍和随意。型腔的排气塞、排气槽是星罗棋布。我们认为，型腔内除了适当加装顶杆外（也有排气功能），所有的排气都应放在远离射口的远端，而且是越多越好（以不喷砂为原则）——既不影响射“砂”过程中的动能，又解决了射“砂”后的排气。
4、缩短射“砂”行程、多射口、射口设置在阻挡“物”少的位置等都利于降低射“砂”动能衰减速度、射制出良好砂芯。
4.1 如图所示：当L较大（＞400）时，图a射砂方式不如图b射砂方式利于射砂成型。“砂”在型腔中的行程越短，充满型时的动能衰减越小。
4.2图b三个射口（根据需要，也可以选择四个或五个射口），较图a二个射口，可缩短射砂时间，有利于快速成型。
4.3射口要设置在阻挡小的位置，即射口正对的型腔通道上尽量少阻挡“物”，以减小动能损失，尤其是靠近射口处的阻挡“物”，对刚射入型腔内的“砂”动能损失更大。对于壳型模具，我们往往会在型腔中人为增设射砂通道，既利于成型又增加了壳型的刚性。
顺便与大家分享一些经验和看法：
* 射砂压力控制在0.25~0.45Mpa为好
良好的型腔远端排气，可有效降低射砂压力，减小模具型腔的磨损，有利于提高模具寿命。
* 热态“碰模”很重要
对于一些曲面分型的模具，冷态合模良好，但模具加热后，由于动定模具膨胀不一致，合模销、套卡死从而合模不到位，从而影响射砂成型。这时候，应该请模具钳工在模具加热到200℃左右时继续“碰模”，直至合模间隙≤0.2mm。
* 尽量减小分型面的接触面积
建议在型腔四周留30mm宽的接触面，其余部分（除复位杆等需要外）都加工至平面下3~5mm，以减少射砂后，因砂粒等粘在分型面上，而合模不到位的可能性。
* 测温点的位置应远离加热管（距加热孔边缘≥40mm）
通电后，加热管四周很快升温，如测温点靠加热管太近，则温控仪测的温度很快就到达设定温度（220~250℃），交流接触器就会断开，但断开后不久，测温点温度马上降低到设定温度之下，交流接触器迅即通电，但通电后不久又断电，断电后不久再通电，如此反复，不仅使电器元件易于损坏，而且模具温度上升很慢，热损失加大，生产效率很低。
* 开合模平行度≤0.2mm
曾遇到设备动、定模板平行度达2mm的情况，模具合上后，或上或下或前或后有≥0.2（有的甚至大于1mm以上）的缝隙，射“砂”时局部喷砂，砂芯射不完整和致密。根本原因是设备动、定模板平行度超标，亦或是模具左右（或上下）底面间的平行度超标造成的。
* 模具加热后顶板运动要自如
顶板通常由二块组成，一块底板，一块夹板，通常要求：夹板压紧底板后，顶杆不能被夹死，要能转动自如（随形顶杆需防转除外），同时，当模体加热膨胀后，顶杆在顶板内有左右膨胀位移的空间（将底板上顶杆孔铣成腰形）而不至发生因模体内顶杆随模体膨胀、顶板内顶杆没有随顶板膨胀（或膨胀不够）、又没有位移空间而造成顶杆倾斜、憋死、活动不自如的现象。一旦顶杆倾斜、憋死、活动不自如，则合模就难以合好，射砂则会出现喷砂、泄气等，就难以射出良好的砂芯。