陳永龍

（廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣安 638000）

重型車(chē)用減速箱體主體芯冷芯盒的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳永龍

（廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣安 638000）

本文簡(jiǎn)單介紹了一種重型車(chē)用減速箱體鑄鐵件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及該鑄件主體芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝技術(shù)要求，并對(duì)其冷芯盒設(shè)計(jì)中的射砂口、側(cè)開(kāi)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(jì)、方案優(yōu)選作了較詳細(xì)的評(píng)述。同時(shí)引入人類(lèi)工效學(xué)、美學(xué)、黃金分割原理等理念來(lái)指導(dǎo)冷芯盒的設(shè)計(jì)，使其達(dá)到了既實(shí)用又美觀的效果。

重型車(chē)用減速箱體；主體芯；冷芯盒；優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖1(a)所示為重型車(chē)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(fù)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(gè)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(gè)主體砂芯均較為復(fù)雜，其中最為復(fù)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(jī)上制作,其設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)其1#主體芯冷芯盒一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yàn)總結(jié)，供同行參考。

1 主體芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jiǎn)單，而仔細(xì)研究其結(jié)構(gòu)及冷芯盒方案的設(shè)計(jì)則為一個(gè)非常復(fù)雜的砂芯，其復(fù)雜程度接近于一個(gè)車(chē)用干式水道氣缸體的水套砂芯。其主要特點(diǎn)是該砂芯內(nèi)需五開(kāi)盒，其開(kāi)盒機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜（后面有詳述），砂芯須大量挖空——接近形成一個(gè)“殼芯”類(lèi)砂芯，此外其幾個(gè)模塊結(jié)構(gòu)亦較為復(fù)雜。該砂芯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)飽滿,表面無(wú)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(shù)脂砂的流動(dòng)性較差，對(duì)其具體砂芯來(lái)說(shuō)，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(shí)踐表明，對(duì)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(duì)于射砂口的設(shè)置，則進(jìn)行了如下的工藝改進(jìn)。該1#主體芯原模具設(shè)計(jì)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(diǎn)是其數(shù)量偏少（僅14個(gè)）及所用冷芯盒用樹(shù)脂砂的流動(dòng)性較差，即其砂芯較難射實(shí)。后改為圖3（b）所示射砂口數(shù)量(23個(gè))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(chē)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(chē)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(kāi)盒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于該1＃類(lèi)砂芯的五開(kāi)盒冷芯盒，其左、右開(kāi)盒機(jī)構(gòu)在一些工廠或公司的相應(yīng)設(shè)計(jì)中尚有一些零件可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(kāi)盒機(jī)構(gòu)（是目前較多的工廠或公司所使用的制芯機(jī)使用說(shuō)明書(shū)推薦的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式），其主要的不足點(diǎn)表現(xiàn)在T型槽偏長(zhǎng)、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(gè)方面。

針對(duì)圖4（a）所示的三個(gè)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(jì)。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(jì)分別表現(xiàn)如下。

圖4 重型車(chē)用減速箱體1#主體芯冷芯盒方案中的兩種側(cè)開(kāi)盒機(jī)構(gòu)示意圖

（1）側(cè)開(kāi)T型塊

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

（2）側(cè)開(kāi)T型槽

圖4（b）所示的側(cè)開(kāi)T型槽，因其相應(yīng)配套的腰圓形T型塊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力得到了成倍的提高，其側(cè)開(kāi)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(qiáng)度得到了結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化，同時(shí)，還可適當(dāng)減少模具的維護(hù)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(diǎn)是，螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)是，螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作在側(cè)開(kāi)連接板上。后者比前者具有制作簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)其模具的日常維護(hù)工作也得以簡(jiǎn)化。

4 后盒體開(kāi)盒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

該1＃類(lèi)砂芯的五開(kāi)盒冷芯盒，其第五開(kāi)盒（即圖2中的后盒體）機(jī)構(gòu)在一些工廠或公司的相應(yīng)設(shè)計(jì)制作中設(shè)置了導(dǎo)向桿或?qū)к夘?lèi)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，將其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得較為復(fù)雜；而我們?cè)趫D2所示的冷芯盒方案中，對(duì)其第五開(kāi)盒機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用了鍵與鍵槽定位的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，經(jīng)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，完全能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

在圖2所示的冷芯盒中，要順利實(shí)現(xiàn)對(duì)其第五開(kāi)盒采用鍵與鍵槽定位的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)應(yīng)是：①第五開(kāi)盒所用開(kāi)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(jì)出可供安裝的鍵與鍵槽之模具結(jié)構(gòu)；③開(kāi)盒氣缸的安裝支架要有足夠的剛性，即其開(kāi)盒氣缸的運(yùn)行要平穩(wěn)。

5 芯盒主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(dá)到“精制品”的層次，即鑄造工裝（熱冷芯盒）應(yīng)當(dāng)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(lái)。因此，在熱冷芯盒的設(shè)計(jì)中引入美學(xué)、人類(lèi)工效學(xué)及績(jī)效理論等來(lái)作為其設(shè)計(jì)理念[1]是完全必要的。

運(yùn)用上述設(shè)計(jì)理念，在該1#主體砂芯冷芯盒的方案設(shè)計(jì)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(lái)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(jī)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(kāi)模結(jié)構(gòu)）安排在同一制芯機(jī)上生產(chǎn)，并將所有冷芯盒外輪廓(長(zhǎng)×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(jué)感受。

5.2 底框

在該主體芯的冷芯盒底框設(shè)計(jì)中，用上述理念指導(dǎo)其設(shè)計(jì)，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(diǎn)。

其內(nèi)筋外光，是將底框上的加強(qiáng)筋優(yōu)化設(shè)計(jì)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(wú)凸起的不平的狀況。

少筋大窗，是指在該類(lèi)型制芯機(jī)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(qiáng)度和剛性，不必再設(shè)置過(guò)多的加強(qiáng)筋。另一方面的大窗，即采用黃金分割原理來(lái)指導(dǎo)底框的四個(gè)側(cè)面的窗口開(kāi)設(shè)；在生產(chǎn)實(shí)踐中，眾多的設(shè)計(jì)者在熱冷芯盒之底框類(lèi)零件上開(kāi)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(jué)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(zhǎng)×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(dá)到了實(shí)用又達(dá)到了美感的效果。用上述理念指導(dǎo)設(shè)計(jì)的主體芯的冷芯盒底框結(jié)構(gòu)如圖5所示。

6 結(jié)語(yǔ)

重型車(chē)用減速箱體1#主體芯冷芯盒結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，經(jīng)過(guò)用戶的生產(chǎn)實(shí)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(píng)。

在該主體芯的冷芯盒上，還有如合盒銷(xiāo)及套、下頂芯桿及壓板、插入式射砂嘴、導(dǎo)向銷(xiāo)以及吊軸等附件也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),使該冷芯盒在設(shè)計(jì)制作、安裝、應(yīng)用及其維護(hù)等過(guò)程更為簡(jiǎn)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(xué)及人類(lèi)工效學(xué)在鑄造工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A].2005中國(guó)鑄造活動(dòng)周學(xué)術(shù)年會(huì)論文(集),2005年8月(沈陽(yáng)).

[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(jì)[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?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)[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(hào)：1204-044

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