重型车用减速箱体主体芯冷芯盒的优化设计

陈永龙

（广安职业技术学院，四川广安 638000）

重型车用减速箱体主体芯冷芯盒的优化设计

陈永龙

（广安职业技术学院，四川广安 638000）

本文简单介绍了一种重型车用减速箱体铸铁件的结构特点，以及该铸件主体芯结构特点、工艺技术要求，并对其冷芯盒设计中的射砂口、侧开盒结构、芯盒本体及其底框等主要结构和零件的优化设计、方案优选作了较详细的评述。同时引入人类工效学、美学、黄金分割原理等理念来指导冷芯盒的设计，使其达到了既实用又美观的效果。

重型车用减速箱体；主体芯；冷芯盒；优化设计

图1(a)所示为重型车用减速箱体，该铸件材质为HT250，轮廓尺寸为635mm×532mm×540mm，主要壁厚8mm～10mm，其砂芯结构复杂，组合难度高。生产条件为湿型粘土砂静压造型线（砂箱1300mm×900mm×400mm/400mm）,一箱一件造型。六个砂芯均为冷芯盒砂芯，采用三乙胺冷芯盒制芯。

该铸件的1#、2#、3#三个主体砂芯均较为复杂，其中最为复杂的是3#主体芯和1#(副)主体芯。该两种砂芯在Laempe LFB50冷芯盒制芯机上制作,其设计过程中，对其1#主体芯冷芯盒一些结构设计作出了多种方案比较，选择了较为优化的方案，本文以1#主体芯冷芯盒为例，在此作一些经验总结，供同行参考。

1 主体芯结构特点及技术要求

1#主体芯的轮廓尺寸为 492mm×378mm×342mm。该砂芯成品外观看似简单，而仔细研究其结构及冷芯盒方案的设计则为一个非常复杂的砂芯，其复杂程度接近于一个车用干式水道气缸体的水套砂芯。其主要特点是该砂芯内需五开盒，其开盒机构较为复杂（后面有详述），砂芯须大量挖空——接近形成一个“壳芯”类砂芯，此外其几个模块结构亦较为复杂。该砂芯的结构简图如图1（b）所示。

该砂芯的技术要求为：主体芯与外型芯的合箱间隙为0.2mm,砂芯必须要射得紧实饱满,表面无疏松缺陷存在等。

2 射砂口的合理确定

众所周知，目前冷芯盒用树脂砂的流动性较差，对其具体砂芯来说，其射砂位置（射砂方向）的合理选择及射砂口的合理设置都十分重要,直接关系到砂芯是否获得良好的质量保证，满足工艺及生产的正常需要。

生产实践表明，对于该1#主体芯，我们选用图2所示的射砂方向及射砂口，能完全满足其工艺要求和正常生产。

对于射砂口的设置，则进行了如下的工艺改进。该1#主体芯原模具设计方案的射砂口位置及其数量如图3（a）所示,其主要不足点是其数量偏少（仅14个）及所用冷芯盒用树脂砂的流动性较差，即其砂芯较难射实。后改为图3（b）所示射砂口数量(23个)后，便克服了前述所存在的不足，很好地满足了生产（工艺）要求。

图2 重型车用减速箱体 1#主体芯（LFB50）冷芯盒结构示意图

图3 重型车用减速箱体1#主体芯的两种射砂口设置方案（上芯盒本体图）

3 左右侧开盒结构的优化设计

对于该1＃类砂芯的五开盒冷芯盒，其左、右开盒机构在一些工厂或公司的相应设计中尚有一些零件可进行优化设计。如图4（a）所示的结构便是东北某大型铸造厂所用的相应的冷芯盒左、右盒体的开盒机构（是目前较多的工厂或公司所使用的制芯机使用说明书推荐的传统结构型式），其主要的不足点表现在T型槽偏长、T型块偏短及其数量偏多、以及T型块安装结构不合理三个方面。

针对图4（a）所示的三个方面存在的不足，我们作出了图4（b）所示结构优化设计。图4（b）中的相应结构比图4（a）中的相应零件及其安装结构的优化设计分别表现如下。

图4 重型车用减速箱体1#主体芯冷芯盒方案中的两种侧开盒机构示意图

（1）侧开T型块

侧开盒所用的T型块，在图4（b）中所表现出的优点主要在其单个的 T型块，从图4（a）所示的圆形改进为腰圆形、及其连接螺钉从一个改为两个，由此后者比前者单个的结构强度和承载能力得到了成倍的提高，并且其每组侧开盒的T型块数量可从传统的4～8个减少至2个，同时还在安装后的整体外观上较为美观，以及安装和维护时操作更为简便、快捷。

（2）侧开T型槽

图4（b）所示的侧开T型槽，因其相应配套的腰圆形T型块的结构强度和承载能力得到了成倍的提高，其侧开T型槽在每侧的吸附板上，只需配套两段短条型结构的T型槽即可满足其使用要求，故而图4（b）所示的连接板比图4（a）所示的连接板结构强度得到了结构上的简化，同时，还可适当减少模具的维护工作量。

（3）T型块安装结构

图4（a）所示的T型块的安装结构特点是，螺纹结构设计制作在T型块上，而图4（b）所示的T型块的安装结构特点是，螺纹结构设计制作在侧开连接板上。后者比前者具有制作简单、安装方便等优点，同时对其模具的日常维护工作也得以简化。

4 后盒体开盒结构的优化设计

该1＃类砂芯的五开盒冷芯盒，其第五开盒（即图2中的后盒体）机构在一些工厂或公司的相应设计制作中设置了导向杆或导轨类导向结构，将其模具结构设计得较为复杂；而我们在图2所示的冷芯盒方案中，对其第五开盒机构的设计采用了键与键槽定位的简单结构，经长期的生产实践表明，完全能够满足实际生产需要。

在图2所示的冷芯盒中，要顺利实现对其第五开盒采用键与键槽定位的简单结构及其优化设计，其关键的技术要点应是：①第五开盒所用开盒气缸的行程要尽可能地短（以刚好满足砂芯的出盒行程需求即可）；②要设计出可供安装的键与键槽之模具结构；③开盒气缸的安装支架要有足够的刚性，即其开盒气缸的运行要平稳。

5 芯盒主体结构的优化设计

芯盒除要满足铸造工艺技术的基本要求外，还应在其外观上达到“精制品”的层次，即铸造工装（热冷芯盒）应当改善此前的一些傻、大、粗的形象，把表观结构也美化起来。因此，在热冷芯盒的设计中引入美学、人类工效学及绩效理论等来作为其设计理念[1]是完全必要的。

运用上述设计理念，在该1#主体砂芯冷芯盒的方案设计中，主要表现在如下的具体事例中。

5.1 芯盒本体

采用全加工方案来制作主体砂芯的芯盒本体（材料为HT250）结构模具零件，除图3所示的上芯盒本体的少量外表面不加工外，其余模具本体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，由此既可满足冷芯盒的使用要求，又能提升芯盒本体的外观形象。

在该铸件的全套铸模中，共有4套冷芯盒同在Laempe LFB50冷芯机上制作，为其总体美观，将其结构相近的1#和3#主体砂芯（该两主体砂芯均须制作侧开模结构）安排在同一制芯机上生产，并将所有冷芯盒外轮廓(长×宽×高)统一尺寸，即将其底框上、下芯盒体（座）的外轮廓尺寸最大化后，将其安装尺寸统一，给人一种外观整齐划一，美感更为丰富的视觉感受。

5.2 底框

在该主体芯的冷芯盒底框设计中，用上述理念指导其设计，主要体现在其结构的内筋外光[2～3]、少筋大窗之特点。

其内筋外光，是将底框上的加强筋优化设计在底框的内部，外表成一平整的大平面，这尤如人脸面光洁，无凸起的不平的状况。

少筋大窗，是指在该类型制芯机上，底框因采用了δ≥15mm的钢板制作，其本身已具有较高的结构强度和刚性，不必再设置过多的加强筋。另一方面的大窗，即采用黄金分割原理来指导底框的四个侧面的窗口开设；在生产实践中，众多的设计者在热冷芯盒之底框类零件上开设窗口的大小的随意性较大，常常是各施各教，不小即大，给人视觉欠美观的不良感受。

应用黄金分割原理将每一侧面上窗口的长×高所占尺寸均为相应侧面总尺寸的0.618倍，于是便既可获得其“大窗”的美观效果，又方便冷芯盒的下顶芯杆等附件的安装。既达到了实用又达到了美感的效果。用上述理念指导设计的主体芯的冷芯盒底框结构如图5所示。

6 结语

重型车用减速箱体1#主体芯冷芯盒结构优化方案，经过用户的生产实践表明，既能完全满足该铸件的工艺技术要求、生产制作出了合格的砂芯及其铸件,又获得了良好的外观形象,得到了用户的好评。

在该主体芯的冷芯盒上，还有如合盒销及套、下顶芯杆及压板、插入式射砂嘴、导向销以及吊轴等附件也进行了优化设计,使该冷芯盒在设计制作、安装、应用及其维护等过程更为简便，以及使其尽可能地既降低了模具的制作成本,又降低了砂芯的生产成本。

[1]刘文川，王正端.美学及人类工效学在铸造工装设计中的应用[A].2005中国铸造活动周学术年会论文(集),2005年8月(沈阳).

[2]刘文川，唐文超,曹凡等.热(冷)芯盒结构的优化设计[J].铸造,2005(8):811～814.

[3]文宏,刘文川,黄睿等.冷芯盒几种附件结构的通用性优化设计[J]铸造设备研究,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

稿件编号：1204-044

陈永龙（1959-），男，副教授，主要从事铸造合金及熔炼、模具、机械等课程的教学及研究工作