重型車用減速箱體主體芯冷芯盒的優(yōu)化設(shè)計

陳永龍

（廣安職業(yè)技術(shù)學院，四川廣安 638000）

重型車用減速箱體主體芯冷芯盒的優(yōu)化設(shè)計

陳永龍

（廣安職業(yè)技術(shù)學院，四川廣安 638000）

本文簡單介紹了一種重型車用減速箱體鑄鐵件的結(jié)構(gòu)特點，以及該鑄件主體芯結(jié)構(gòu)特點、工藝技術(shù)要求，并對其冷芯盒設(shè)計中的射砂口、側(cè)開盒結(jié)構(gòu)、芯盒本體及其底框等主要結(jié)構(gòu)和零件的優(yōu)化設(shè)計、方案優(yōu)選作了較詳細的評述。同時引入人類工效學、美學、黃金分割原理等理念來指導冷芯盒的設(shè)計，使其達到了既實用又美觀的效果。

重型車用減速箱體；主體芯；冷芯盒；優(yōu)化設(shè)計

圖1(a)所示為重型車用減速箱體，該鑄件材質(zhì)為HT250，輪廓尺寸為635mm×532mm×540mm，主要壁厚8mm～10mm，其砂芯結(jié)構(gòu)復雜，組合難度高。生產(chǎn)條件為濕型粘土砂靜壓造型線（砂箱1300mm×900mm×400mm/400mm）,一箱一件造型。六個砂芯均為冷芯盒砂芯，采用三乙胺冷芯盒制芯。

該鑄件的1#、2#、3#三個主體砂芯均較為復雜，其中最為復雜的是3#主體芯和1#(副)主體芯。該兩種砂芯在Laempe LFB50冷芯盒制芯機上制作,其設(shè)計過程中，對其1#主體芯冷芯盒一些結(jié)構(gòu)設(shè)計作出了多種方案比較，選擇了較為優(yōu)化的方案，本文以1#主體芯冷芯盒為例，在此作一些經(jīng)驗總結(jié)，供同行參考。

1 主體芯結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求

1#主體芯的輪廓尺寸為 492mm×378mm×342mm。該砂芯成品外觀看似簡單，而仔細研究其結(jié)構(gòu)及冷芯盒方案的設(shè)計則為一個非常復雜的砂芯，其復雜程度接近于一個車用干式水道氣缸體的水套砂芯。其主要特點是該砂芯內(nèi)需五開盒，其開盒機構(gòu)較為復雜（后面有詳述），砂芯須大量挖空——接近形成一個“殼芯”類砂芯，此外其幾個模塊結(jié)構(gòu)亦較為復雜。該砂芯的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1（b）所示。

該砂芯的技術(shù)要求為：主體芯與外型芯的合箱間隙為0.2mm,砂芯必須要射得緊實飽滿,表面無疏松缺陷存在等。

2 射砂口的合理確定

眾所周知，目前冷芯盒用樹脂砂的流動性較差，對其具體砂芯來說，其射砂位置（射砂方向）的合理選擇及射砂口的合理設(shè)置都十分重要,直接關(guān)系到砂芯是否獲得良好的質(zhì)量保證，滿足工藝及生產(chǎn)的正常需要。

生產(chǎn)實踐表明，對于該1#主體芯，我們選用圖2所示的射砂方向及射砂口，能完全滿足其工藝要求和正常生產(chǎn)。

對于射砂口的設(shè)置，則進行了如下的工藝改進。該1#主體芯原模具設(shè)計方案的射砂口位置及其數(shù)量如圖3（a）所示,其主要不足點是其數(shù)量偏少（僅14個）及所用冷芯盒用樹脂砂的流動性較差，即其砂芯較難射實。后改為圖3（b）所示射砂口數(shù)量(23個)后，便克服了前述所存在的不足，很好地滿足了生產(chǎn)（工藝）要求。

圖2 重型車用減速箱體 1#主體芯（LFB50）冷芯盒結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 重型車用減速箱體1#主體芯的兩種射砂口設(shè)置方案（上芯盒本體圖）

3 左右側(cè)開盒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

對于該1＃類砂芯的五開盒冷芯盒，其左、右開盒機構(gòu)在一些工廠或公司的相應(yīng)設(shè)計中尚有一些零件可進行優(yōu)化設(shè)計。如圖4（a）所示的結(jié)構(gòu)便是東北某大型鑄造廠所用的相應(yīng)的冷芯盒左、右盒體的開盒機構(gòu)（是目前較多的工廠或公司所使用的制芯機使用說明書推薦的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式），其主要的不足點表現(xiàn)在T型槽偏長、T型塊偏短及其數(shù)量偏多、以及T型塊安裝結(jié)構(gòu)不合理三個方面。

針對圖4（a）所示的三個方面存在的不足，我們作出了圖4（b）所示結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。圖4（b）中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)比圖4（a）中的相應(yīng)零件及其安裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計分別表現(xiàn)如下。

圖4 重型車用減速箱體1#主體芯冷芯盒方案中的兩種側(cè)開盒機構(gòu)示意圖

（1）側(cè)開T型塊

側(cè)開盒所用的T型塊，在圖4（b）中所表現(xiàn)出的優(yōu)點主要在其單個的 T型塊，從圖4（a）所示的圓形改進為腰圓形、及其連接螺釘從一個改為兩個，由此后者比前者單個的結(jié)構(gòu)強度和承載能力得到了成倍的提高，并且其每組側(cè)開盒的T型塊數(shù)量可從傳統(tǒng)的4～8個減少至2個，同時還在安裝后的整體外觀上較為美觀，以及安裝和維護時操作更為簡便、快捷。

（2）側(cè)開T型槽

圖4（b）所示的側(cè)開T型槽，因其相應(yīng)配套的腰圓形T型塊的結(jié)構(gòu)強度和承載能力得到了成倍的提高，其側(cè)開T型槽在每側(cè)的吸附板上，只需配套兩段短條型結(jié)構(gòu)的T型槽即可滿足其使用要求，故而圖4（b）所示的連接板比圖4（a）所示的連接板結(jié)構(gòu)強度得到了結(jié)構(gòu)上的簡化，同時，還可適當減少模具的維護工作量。

（3）T型塊安裝結(jié)構(gòu)

圖4（a）所示的T型塊的安裝結(jié)構(gòu)特點是，螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計制作在T型塊上，而圖4（b）所示的T型塊的安裝結(jié)構(gòu)特點是，螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計制作在側(cè)開連接板上。后者比前者具有制作簡單、安裝方便等優(yōu)點，同時對其模具的日常維護工作也得以簡化。

4 后盒體開盒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

該1＃類砂芯的五開盒冷芯盒，其第五開盒（即圖2中的后盒體）機構(gòu)在一些工廠或公司的相應(yīng)設(shè)計制作中設(shè)置了導向桿或?qū)к夘悓蚪Y(jié)構(gòu)，將其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計得較為復雜；而我們在圖2所示的冷芯盒方案中，對其第五開盒機構(gòu)的設(shè)計采用了鍵與鍵槽定位的簡單結(jié)構(gòu)，經(jīng)長期的生產(chǎn)實踐表明，完全能夠滿足實際生產(chǎn)需要。

在圖2所示的冷芯盒中，要順利實現(xiàn)對其第五開盒采用鍵與鍵槽定位的簡單結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化設(shè)計，其關(guān)鍵的技術(shù)要點應(yīng)是：①第五開盒所用開盒氣缸的行程要盡可能地短（以剛好滿足砂芯的出盒行程需求即可）；②要設(shè)計出可供安裝的鍵與鍵槽之模具結(jié)構(gòu)；③開盒氣缸的安裝支架要有足夠的剛性，即其開盒氣缸的運行要平穩(wěn)。

5 芯盒主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

芯盒除要滿足鑄造工藝技術(shù)的基本要求外，還應(yīng)在其外觀上達到“精制品”的層次，即鑄造工裝（熱冷芯盒）應(yīng)當改善此前的一些傻、大、粗的形象，把表觀結(jié)構(gòu)也美化起來。因此，在熱冷芯盒的設(shè)計中引入美學、人類工效學及績效理論等來作為其設(shè)計理念[1]是完全必要的。

運用上述設(shè)計理念，在該1#主體砂芯冷芯盒的方案設(shè)計中，主要表現(xiàn)在如下的具體事例中。

5.1 芯盒本體

采用全加工方案來制作主體砂芯的芯盒本體（材料為HT250）結(jié)構(gòu)模具零件，除圖3所示的上芯盒本體的少量外表面不加工外，其余模具本體零件的工作面表面粗糙度按Ra1.6制作，而外表面均按Ra25制作，由此既可滿足冷芯盒的使用要求，又能提升芯盒本體的外觀形象。

在該鑄件的全套鑄模中，共有4套冷芯盒同在Laempe LFB50冷芯機上制作，為其總體美觀，將其結(jié)構(gòu)相近的1#和3#主體砂芯（該兩主體砂芯均須制作側(cè)開模結(jié)構(gòu)）安排在同一制芯機上生產(chǎn)，并將所有冷芯盒外輪廓(長×寬×高)統(tǒng)一尺寸，即將其底框上、下芯盒體（座）的外輪廓尺寸最大化后，將其安裝尺寸統(tǒng)一，給人一種外觀整齊劃一，美感更為豐富的視覺感受。

5.2 底框

在該主體芯的冷芯盒底框設(shè)計中，用上述理念指導其設(shè)計，主要體現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)的內(nèi)筋外光[2～3]、少筋大窗之特點。

其內(nèi)筋外光，是將底框上的加強筋優(yōu)化設(shè)計在底框的內(nèi)部，外表成一平整的大平面，這尤如人臉面光潔，無凸起的不平的狀況。

少筋大窗，是指在該類型制芯機上，底框因采用了δ≥15mm的鋼板制作，其本身已具有較高的結(jié)構(gòu)強度和剛性，不必再設(shè)置過多的加強筋。另一方面的大窗，即采用黃金分割原理來指導底框的四個側(cè)面的窗口開設(shè)；在生產(chǎn)實踐中，眾多的設(shè)計者在熱冷芯盒之底框類零件上開設(shè)窗口的大小的隨意性較大，常常是各施各教，不小即大，給人視覺欠美觀的不良感受。

應(yīng)用黃金分割原理將每一側(cè)面上窗口的長×高所占尺寸均為相應(yīng)側(cè)面總尺寸的0.618倍，于是便既可獲得其“大窗”的美觀效果，又方便冷芯盒的下頂芯桿等附件的安裝。既達到了實用又達到了美感的效果。用上述理念指導設(shè)計的主體芯的冷芯盒底框結(jié)構(gòu)如圖5所示。

6 結(jié)語

重型車用減速箱體1#主體芯冷芯盒結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，經(jīng)過用戶的生產(chǎn)實踐表明，既能完全滿足該鑄件的工藝技術(shù)要求、生產(chǎn)制作出了合格的砂芯及其鑄件,又獲得了良好的外觀形象,得到了用戶的好評。

在該主體芯的冷芯盒上，還有如合盒銷及套、下頂芯桿及壓板、插入式射砂嘴、導向銷以及吊軸等附件也進行了優(yōu)化設(shè)計,使該冷芯盒在設(shè)計制作、安裝、應(yīng)用及其維護等過程更為簡便，以及使其盡可能地既降低了模具的制作成本,又降低了砂芯的生產(chǎn)成本。

[1]劉文川，王正端.美學及人類工效學在鑄造工裝設(shè)計中的應(yīng)用[A].2005中國鑄造活動周學術(shù)年會論文(集),2005年8月(沈陽).

[2]劉文川，唐文超,曹凡等.熱(冷)芯盒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].鑄造,2005(8):811～814.

[3]文宏,劉文川,黃睿等.冷芯盒幾種附件結(jié)構(gòu)的通用性優(yōu)化設(shè)計[J]鑄造設(shè)備研究,2006(2)：20～23.

The Optimal Design of Main Cold Core Box Used in Retarding Box of Heavy Truck

CHEN YongLong
（Guang'an Vocational and Technical College,Guang'an 638000,Sichuan China）

The structure features of retarding box castings used in heavy truck have been simply introduced with structure features and technology requirements for the casting of main core,emphasis in optimal design of the structure and parts of core shooter,side slide box,core box and underframe,and comments on projects.The ergonomics,aesthetics and golden section ration have been applied to the purpose of designing cold core box with suitable and handsome effect.

Retarding box of heavy truck;Main core;Cold core box;Optimal design

TG242.7;

B；

1006－9658（2012）04－0015-4

2012-04-24

稿件編號：1204-044

陳永龍（1959-），男，副教授，主要從事鑄造合金及熔煉、模具、機械等課程的教學及研究工作