二、芯头设计
（a）阀体芯；（b）10个弯头件的联合芯；（c）三通联合芯
芯头（core print）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：固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之不致破坏；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、铸型的制作误差，又要少出飞翅、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。
（一）芯头的组成
典型的芯头结构如图14-8所示。它包括芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构。具体尺寸见《铸件模样型芯头基本尺寸》（JB/T 5106—91），它适用于砂型铸造用的金属模、塑料模和木模。
1.芯头长度
芯头长度指的是砂芯伸入铸型部分的长度如图14-10中的尺寸l。垂直芯头长度通常称为芯头高度如图14-9中尺寸h、h1。
只要满足基本要求，芯头不要太长。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。依JB/T 5106—91中所列数据，对于直径小于Ф160mm和长度小于1.0m的中型、小型砂芯，水平芯头长度一般在20～100mm之间，特大型砂芯的水平芯头有长达300mm的。水平芯头长度可通过计算求得[见式（14-1）]。由于湿型的抗压强度低，因此，用于湿型的芯头长度大于干砂型、自硬砂型的芯头长度。垂直芯头的高度根据砂芯的总高度和横截面的大小确定，一般取15～150mm。
决定芯头高度有以下几点值得注意：
图14-8 典型的芯头结构
（a）水平芯头；（b）垂直芯头
图14-9 扩大下芯头的垂直芯头
[D 1=（1.5～2）D 2，D1≤0.8D]
图14-10 水平芯头的斜度
（1）对于细而高的砂芯，上下都应留有芯头，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。
对于L/D（L为砂芯高度，D为直径）≥2.5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（见图14-9）。
（2）对于粗而矮的砂芯，常可不用上芯头（高度为零），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。而对需要区分上、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(https://www.daowen.com)
对垂直芯头，上、下芯头都应设有斜度，如图14-9中的α，a所示。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—模样的芯头总是留有斜度的，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，见图14-10中的α、α1、a、a1等。
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，见图14-9和图14-10中的s、s1、s2。间隙的大小取决于铸型种类、砂芯的大小、精度及芯座本身的精度。因此，机器造型、制芯时间隙一般较小，而手工造型、制芯则间隙较大，湿型的间隙小，干砂型、自硬型的间隙大；芯头尺寸大，间隙大；一般为0.2～6mm。
但应指出：当一个砂芯上有多个（不只两个）芯头时，应当给出较大的间隙，以免下芯困难；对于普通的湿型小砂芯，可不留间隙。对于垂直小芯头，为了下芯稳固，甚至可使用过盈（过盈量为0.2mm）的芯头。
4.压环、防压环和积砂槽（见图14-8）
（1）压环（压紧环）：在上模样芯头上车削一道半圆凹沟（r=2～5mm），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。
防压环的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。条件不同，采用的方法也不同。
（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。手工造型时可用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，宽3～6mm。
（二）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A应满足式（14-1）：
式中 F c——计算的最大浮芯力；
k——安全系数，k=1.3～1.5；
[σ压]——铸型的许用应力。
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40～60k Pa；活化膨润土砂型可取60～100k Pa；干砂型可取为0.6～0.8MPa。
如果实际承压面积不能满足式（14-1）要求，则说明芯头尺寸过小，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，如在芯座部分附加砂芯、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。
（三）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线转动，不许可轴向位移偏差过大或下芯时搞错方位，避免下错芯头。图14-11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。
图14-11 特殊定位芯头
（a）、（b）垂直芯头；（c）、（d）水平芯头