1.液态成形用芯的工艺设计
砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有时也用砂芯。
砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂。
砂芯设计的主要内容包括：确定砂芯形状、个数（砂芯分块）和下芯顺序，设计芯头结构和核算芯头大小等，其中还要考虑砂芯的通气和加强问题。
结合生产条件，确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的总的原则是：使制芯到下芯的整个过程方便，铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，使芯盒结构简单。
1）保证铸件内腔尺寸精度。凡铸件内腔尺寸要求较严的部分应由同一半砂芯形成，避免为分盒面所分割，更不宜划分为几个砂芯。但大的砂芯，为保证某一部位精度，如图3-22所示，要求500mm×400mm方孔（四周壁厚均匀）有时需将砂芯分块。
图3-22 为保证铸件精度而将砂芯分块的实例
图3-23 为操作方便将砂芯分块的实例
2）复杂的大砂芯、细而长的砂芯可分为几个小而简单的砂芯。图3-23为空气压缩机大活塞的砂芯。为了操作方便将砂芯分为3块。这样可简化造芯和芯盒结构，便于烘干。细而长的砂芯易变形，应分成数段，并设法使芯盒通用。在划分砂芯时要防止液体金属钻入砂芯分割面的缝隙，堵塞砂芯通气道。
3）使砂芯的起模斜度和模样的起模斜度大小、方向一致，保证铸件壁厚均匀，如图3-24所示。
4）应尽量减少砂芯数目。用砂胎（自带砂芯）或吊砂常可减少砂芯，图3-25为12VB柴油机曲轴定位套的机器造型方案。吊砂不能过高。其高度H≤D（D为吊砂或砂胎直径）时，用于下半型；H≤0.3D时用于上半型。若手工造型时，H值取上述数据的一半。造芯中H值可取上限值。在手工造型中，遇有难于出模的地方，一般尽量用模样“活块”，即用“活块”取代砂芯。这样虽然增加了造型工时，但却节省了芯盒、制芯工时及费用如图3-26所示。
5）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面。为此，需要进炉烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分为两半制作。普通粘土砂芯、油砂芯及合脂砂芯，入炉烘干时的支撑方法如图3-27所示。平面烘干板结构简单，通气性好且价廉如图3-27a所示。砂胎烘干法不精确也不方便，如图3-27b所示。用烘干器如图3-27c所示，虽精确、简便、但结构复杂、昂贵且维修最大。
图3-24 保证铸件壁厚均匀
a）不合理 b）合理
图3-27 烘干砂芯的几种方法
a）用平面烘干板 b）砂胎支撑烘干 c）用成形烘干器烘干
6）砂芯形状适应造型、制芯方法
高压造型线限制下芯时间，对一型多铸的小铸件，常不允许逐一下芯，因此划分砂芯形状时，常把几个到十几个小砂芯连成一个大砂芯，以便节约下芯、制芯时间，以适应机器要求。对壳芯、热芯和冷芯盒砂芯要从便于射紧砂芯方面来考虑改进砂芯形状。
2.芯头设计
芯头是指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。对芯头的要求是：定位和固定砂芯使砂芯在铸型中有准确的位置，能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力不致破坏；芯头应能及时排出浇注后砂芯所产生的气体至型外；上下芯头及芯号容易识别，不致下错方向或芯号；下芯、合型方便，芯头应有适当斜度和间隙。间隙量要考虑到砂芯、铸型的制作差，又要少出飞边、毛刺，并使砂芯堆放、搬运方便，重心平稳；避免砂芯上有细小突出的芯头部分，以免损坏。
芯头可分垂直芯头和水平芯头（包括悬臂式芯头）两大类。
（1）芯头的组成 典型的芯头结构如图3-28所示。它包括芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和集砂槽等结构。
图3-28 典型的芯头结构
a）水平芯头 b）垂直芯头(https://www.xing528.com)
1）芯头长度。芯头长度指的是砂芯伸入铸型部分的长度。垂直芯头长度通常称为芯头高度。
过长的芯头会增加砂箱的尺寸，增加填砂量。芯头过高，不便于扣箱。对于水平芯头，砂芯越大，所受浮力也大，因此芯头长度也应越大，以使芯头和铸型之间有更大的承压面积。但垂直芯头的高度和砂芯体积之间并不存在上述关系，砂芯的重量或浮力由垂直芯头的底面积来承受。
决定芯头高度有以下经验值得注意：
①对于细而高的砂芯，上下部应留有芯头，以免在液体金属冲击下发生偏斜，而且下芯头应当取高一些。对于湿型可不留间隙，以便下芯后能使砂芯保持直立，便于合箱。有的工厂对于L/D（L——砂芯高度，D——直径）≥5的细高砂芯，采用扩大下芯头直径的办法，增加下芯时的稳定性，如图3-29所示。
②对于粗而矮的砂芯，常可不用上芯头（高度为零），下芯头也可做短一些。这可使造型、合箱方便。
③对于等截面的或上下对称的砂芯，为下芯方便，上下芯头可用相同的高度和斜度面对需要区分上、下芯头的砂芯，一般应使下芯头高度高于上芯头。
2）芯头斜度。对垂直芯头，上、下芯头都应设有斜度。为合箱方便，避免上下芯头和铸型相碰，上芯头和上芯头座的斜度应大些。对水平芯头，如果造芯时芯头不留斜度就能顺利从芯盒中取出，那么芯头可以不留斜度。芯座—模样的芯头是留有斜度的。至少在端面上要留有斜度，上箱斜度比下箱的大，以免合箱时和砂芯相碰，如图3-30所示。
3）芯头间隙。为了下芯方便，通常在芯头和芯座之间留有间隙。间隙的大小取决于砂芯的大小和精度及芯座本身的精度。因此，机器造型、制芯的间隙一般较小，而手工造型、制芯则间隙较大，一般为0.5～4mm。
图3-29 垂直芯头
图3-30 水平芯头的斜度
4）压环、防压环和集砂槽，如图3-28所示。
①压环（压紧环）：在上模样芯头上车削一道半圆凹沟（r=1.5～6mm），造型后在上芯座上凸起一环型砂，合箱后它能把砂芯压紧，避免液体金属沿间隙钻入芯头，堵塞通气道，这种方法只适用于机器造型的湿型。
②防压环：在水平芯头靠近模样的根部，设置凸起圆环，高度为0.5～2mm，宽5～12mm，谓之防压环。造型后，相应部位形成下凹的一环状缝隙，下芯、合箱时，它可防止此处砂型被压塌，因而可防止掉砂缺陷，其作用和手工造型中的“打披缝”的作用是一样的，都是为了使靠近型腔表面的砂型不受压力，以防压塌铸型。
③集砂槽：常因为有砂粒存于下芯座中而使砂芯放不到底面上。手工造型时可人工仔细清除这些砂粒，但机器造型中就不可能这样做。为此，在下芯座模样的边缘上设一道凸环，造型后砂型内形成一环凹槽，谓之集砂槽，用来存放个别的散落砂粒。这样就可大大加快下芯速度。集砂槽一般深2～5mm。
（2）芯头承压面积的核算
芯头的承压面积应足够大，以保证在金属液的最大浮力作用下不超过铸型的许用压应力。由于砂芯的强度通常都大于铸型的强度，故只核算铸型的许用压应力即可。芯头的承压面积S应满足下式
式中 P芯——计算的最大浮芯力；
k——安全系数，k=1.3～1.5；
[σ压]——铸型的作用应力。此值应根据工厂中所使用的型砂的抗压强度来决定。一般湿型，[σ压]可取40～60kPa，活化膨润土砂型可取60～100kPa，干型可取为0.6～0.8MPa。
如果实际承压面积不能满足上式要求，说明芯头尺寸过小，应适当放大芯头。若受砂箱等条件限制，不能增加芯头尺寸，可采用提高芯座抗压强度（许用压应力）的方法，如在芯座部分加砂芯、铁片、耐火砖等。在许可的情况下，附加芯撑，也等于增加了承压面积。
（3）特殊定位芯头 有的砂芯有特殊的定位要求。如防止砂芯在型内绕轴
图3-31 特殊定位芯头
a）、 b）垂直芯头 c）、 d）水平芯头
线转动，不允许轴向位移偏差过大或下芯时搞错方位，这时就应采用特殊定位芯头。这种芯头的结构可自行设计。图3-31为特殊定位芯头的实例，这些芯头结构都可防止砂芯转动和下错方位。水平芯头d兼有防止沿轴线移动的作用。
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