如何验算3.9.4芯头的尺寸？

中、小砂芯，作用在芯头上的重力和浮力不大，不必验算芯头尺寸。对于大型砂芯，或金属液的浮力较大而芯头尺寸显得太小的砂芯，在按经验数据初步确定芯头尺寸之后，为保证质量安全，应验算芯头的承压面积。

1.垂直芯头尺寸的验算

图3-26 砂芯所受浮力的计算

以图3-26为例，验算垂直芯头的尺寸。计算程序如下：

（1）计算砂芯所受的最大浮力 砂芯所受的浮力与砂芯的形状、尺寸、在型内的位置以及浇注系统类型等有关。图3-26中，当金属液上升到a-a位置时，砂芯受到的浮力最大，浮力的大小为

式中 F_浮——砂芯所受浮力（N）；

D₁——砂芯直径（m）；

D₂——下芯头直径（m）；

h——砂芯受浮力作用部分的高度（m）；

g——重力加速度（m/s²）；

ρ_L——金属液的密度（kg/m³）。

（2）计算上芯座所受的压力F_芯 图3-26中的下芯头较大，无需验算。因没有水平芯头，上芯头所受的压力等于砂芯所受浮力减去砂芯重量。设两个上芯头位置对称，其所受到的压力相同，则每个芯头的压力F_芯为

式中 F_芯——作用于芯头上的压力（N）；

F_浮——砂芯所受的浮力（N）；

G_芯——砂芯的重力（N）。

（3）验算芯头承压面积A_上 图3-26中每个上芯头所需的承压面积为

式中 A_上——上芯头的横截面积（mm²）；

K——安全因数，一般K=1.3～1.5；

F_芯——作用于上芯座的压力（N）；(www.xing528.com)

[σ_压]——芯座的许用抗压强度（MPa）。[σ_压]值根据砂型状况决定：一般铸铁件，湿型[σ_压]取0.13～0.15MPa；活化膨润土砂型[σ_压]取0.6～0.8MPa；干型[σ_压]取2～3MPa。

经过验算，若初定芯头尺寸的承压面积小于计算面积，应加大芯头尺寸或提高芯头芯座的抗压强度，例如在芯座上垫耐火砖或铁片，或增加芯撑，增加工艺孔等。

工艺设计时，如果用“自来砂芯”（砂胎）代替砂芯（图3-27），则砂胎高度h与直径之比不能太大。手工造型时，上箱h₁≤0.15D，下箱h₂≤0.5D；机器造型时，上箱h₁≤0.3D，下箱h₂≤D。

2.水平芯头的承压面积计算

图3-27 “自来砂芯”

h₁—上箱“自来砂芯”的高度 h₂—下箱“自来砂芯”的高度 D—“自来砂芯”的直径或最小尺寸

对于水平芯头，在求出所需的承压面积之后，再根据芯头的宽度（或直径）计算出所需的芯头长度。芯头的实际承压面积必须大于计算值。否则，就要采取提高承压能力的措施。例如，提高芯座强度（在芯座上垫铁片或耐火砖等）、安放芯撑、增加水平芯头长度、增加工艺孔以增加芯头等，以免芯头压坏芯座，导致偏芯，使铸件报废。

3.芯头承压面积验算案例

图3-28所示为某铸件的铸型图。铸件毛重500kg，浇冒口重量250kg，湿型铸造，金属液密度ρ=7g/cm³，砂芯重力G_芯=1000N，K=1.3，[σ_压]=6N/cm²。试计算砂芯在浇注时所受最大浮力，验算上芯座承压强度。

图3-28 铸件铸型图

解：

（1）砂芯所受浮力计算 根据题意已知D₁=0.5m，D₂=0.2m，h=0.3m，则有

（2）上芯座所受压力

F_芯=F_浮-G_芯=3394N-1000N=2394N

（3）上芯座实际承压面积A_实

（4）上芯座允许的最小承压面积A_min

因A_min＜A_实，故上芯座承压面积足够。