砂芯是铸型的重要组成部分之一。其作用是形成铸件的内腔、孔及铸件外形凹陷不易出砂的部位。设计砂芯工艺时必须综合考虑砂芯的形状与数量、芯头结构尺寸、砂芯种类、芯骨结构等问题，同时还要根据制芯方法考虑与其密切相关的一些问题。例如，采用热芯盒法、壳芯法或冷芯盒法制芯时，主要考虑选用什么型号的射芯机及如何顺利地射紧、硬化等；用手工制芯时，需着重考虑填砂、舂实、烘干、吊运、通气等问题。
1.确定砂芯形状及数目
总的原则是：使制芯、下芯方便，铸件内腔尺寸准确，能避免铸件产生气孔等缺陷，芯盒结构简单，舂砂起模方便，砂芯放置平稳，不易变形，浇注后便于清砂等。
（1）保证铸件尺寸精度 铸件内腔尺寸要求较高的部分，最好由整体砂芯形成，以避免因砂芯分块组合而影响铸件尺寸精度。但当大砂芯上有小的凸块形成的方孔或圆孔等时，为了保证这些孔的位置、尺寸准确，可将凸块分开来另做一只小砂芯，固定在砂型上或大砂芯上，如图3-33所示。
（2）分解简化砂芯 对于大而复杂的砂芯，为了简化芯盒结构、方便操作、缩短烘芯时间，可将它分成几个形状较简单的砂芯。特别是细长砂芯，可分段制造，烘干后再组装起来下芯，以防止砂芯变形。
（3）尽量减少砂芯数目 若砂芯数量过多，则制造芯盒费工费料，给下芯增加难度，同时影响铸件尺寸精度。因此，应尽量减少砂芯的数目，以便降低铸件成本。
减少砂芯数目的办法是：采用吊砂、模样上的凸台及凸缘拆活来取代砂芯，如图3-34和图3-35所示。
图3-33 为保证铸件的尺寸精度而将砂芯分块
图3-34 用吊砂来减少砂芯数目
图3-35 用活块来减少砂芯数目
（4）正确选择填砂方向和填砂面 在确定填砂方向时，要求填砂面尽量宽敞，以使填砂方便，易于安放芯骨，制芯操作方便，取芯容易，芯盒结构合理，以及简化芯盒、节省芯盒材料等。
（5）选择合适的烘芯支承面 对于需要烘干的砂芯，烘芯支承面最好是平面，这样可使砂芯放置平稳，能减少或避免砂芯变形。例如，图3-36a所示的需要进窑烘干的大砂芯，选用了图3-36b所示的烘干方法，沿砂芯最大截面分成两半制作，以便于放置在烘干平板上，也容易烘干烘透，并且能缩短烘干时间。如果砂芯尺寸不很大，不宜分成两半制作，则可以采用图3-36c所示的砂胎支撑砂芯烘干，或采用图3-36d所示的成型烘干器支撑砂芯烘干。
图3-36 烘干砂芯的几种方法(www.xing528.com)
a）工艺图 b）烘干平板支撑砂芯 c）砂胎支撑砂芯 d）成型烘干器支撑砂芯
（6）保证砂芯的强度和刚度 砂芯的形状和分块除了遵循上述原则外，还应考虑每块砂芯有足够的断面尺寸，以保证砂芯具有一定的强度和刚度，以防止砂芯变形和制造困难，以及便于排气，适应于所选用的制芯方法等。
2.芯头结构
芯头是指伸出铸件以外不与金属液接触的部分。芯头的作用是：固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位置，能够承受砂芯本身的重力及浇注时金属液对砂芯的浮力，能够使砂芯中产生的气体通过芯头顺利地排到铸型以外。芯头分为两大类，即垂直芯头和水平芯头，如图3-37所示。
图3-37 一般芯头结构
a）垂直芯头结构 b）水平芯头结构
（1）芯头斜度 垂直芯头的上、下芯头都有一定的斜度。水平芯头一般不留斜度，但芯座却一定要留有端面斜度，且上半芯座的端面斜度大于下半芯座的端面斜度。留斜度的目的是便于砂芯装配及合型。
（2）芯头间隙 上芯头与芯座之间留有侧面间隙和顶面间隙，下芯头与芯座之间只留有侧面间隙。水平芯头的上侧面和端面均留有间隙。
（3）芯头上的其他结构 对于定位要求严格或下芯时容易搞错方位的砂芯，芯头上做有图3-38所示的定位结构，能有效地防止砂芯转动和水平砂芯的移动。
图3-38 芯头定位结构
有的砂芯上设计有图3-39所示的压环、防压环、集砂槽结构。压环的作用是防止浇注时金属液钻入排气孔，多用于机械化湿型铸造中；防压环是为了防止下芯及合型时芯头压坏芯座而设置的；集砂槽的作用是防止芯座中积砂影响下芯精度。
图3-39 芯头其他结构
1—压环 2—防压环 3—集砂槽
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