1下芯夾具結(jié)構(gòu)的選擇

　　4115（又名4NC）氣缸體的零件(機械零部件發(fā)展趨勢)結(jié)構(gòu)特點如下：輪廓尺寸為542mm458mm425mm，材質(zhì)為HT250，主要壁厚5mm，屬于有水套砂芯之典型干式缸套氣缸體代鑄鐵件。其生產(chǎn)條件為：濕型粘土砂靜壓造型線（砂箱1200mm900mm400/ 400mm）上一箱一件造型；1~4缸曲軸箱主體芯為冷芯盒砂芯，前后端面芯及頂蓋套頭芯為熱心盒砂芯，水套砂芯及頂桿室砂芯為覆模砂熱芯盒砂芯。

　　根據(jù)用戶的要求及其生產(chǎn)條件，設(shè)計出了如2所示的雙層式結(jié)構(gòu)下芯夾具。其主要特點是：底框與浮動框組成的雙層式結(jié)構(gòu)，底框上固定與砂箱匹配的定位銷，以及能夠使浮動框平穩(wěn)上下運動的4個導(dǎo)向柱；浮動框上固定氣缸體的砂芯吊板夾緊氣缸，起吊架等結(jié)構(gòu)。達到了設(shè)計（造型）美觀，簡潔，制作簡便，成本低，使用方便，可靠等良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

　　2底框的優(yōu)化設(shè)計

　　夾具底框的優(yōu)化設(shè)計主要遵循的原則是：實用可靠，簡潔，美觀，制作簡便，操作方便。

　　2.1結(jié)構(gòu)簡潔美觀

　　主要結(jié)構(gòu)鋼板用料厚度為10~15mm，應(yīng)用黃金分割原理對其4個側(cè)壁進行了挖洞減重設(shè)計（制作）和加強筋的設(shè)置，以及合理地設(shè)置出固定4個導(dǎo)向柱的結(jié)構(gòu)和位置。

　　2.2實用性和可靠性強

　　該下芯夾具的主體設(shè)計為國內(nèi)數(shù)家氣缸體鑄造廠較為普遍地采用，長期的生產(chǎn)實踐已證明其實用性和可靠性良好。再加之我們在設(shè)計制作3所示的底框時，比較多的工廠設(shè)計的結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化，壁厚更為合理（較?。?，其實用性和可靠性更強。

　　2.3制作和操作均簡便

　　其制作簡便主要體現(xiàn)在簡化了4個導(dǎo)向柱固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可使其以盡可能少的加工工時加工出相應(yīng)結(jié)構(gòu)，以及其導(dǎo)向柱的裝配結(jié)構(gòu)亦相當(dāng)簡便；其操作簡便，主要體現(xiàn)在使用了人類工效學(xué)原理設(shè)計出的U型操作手柄，以及其合理的距離位置，使其操作整套下芯夾具得心應(yīng)手。

　　3浮動框的優(yōu)化設(shè)計

　　用上述優(yōu)化設(shè)計底框的原則，我們設(shè)計出的4115氣缸體下芯夾具浮動框。

　　4所示的下芯夾具浮動框的結(jié)構(gòu)特點主要現(xiàn)在以下幾個方面。

　?。?）材料的優(yōu)選

　　選用了45 #調(diào)質(zhì)鋼板焊接制作，這一方面代替原較多工廠通常選用的鑄件（鑄鐵或鑄鋁）結(jié)構(gòu)，使其制作工時減少，縮短了制作周期，降低了制作成本；另一方面，優(yōu)質(zhì)的45 #調(diào)質(zhì)鋼板，既可保證浮動框的強度和剛性等工藝要求，又可將其變形量減至盡可能低的程度。

　　（2）導(dǎo)向柱過孔的優(yōu)化設(shè)計

　　四個導(dǎo)向柱過孔的長度（即浮動框的整體高度）設(shè)置為40mm直線軸承的長度尺寸（80mm），這既在材料應(yīng)用盡可能少的情況下，滿足浮動框的強度和剛性工藝要求，又能簡化導(dǎo)向柱過孔及浮動框的整體加工，并使其結(jié)構(gòu)美觀簡潔。

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)件的合理選用

　　在4所示的浮動框上要裝配四個導(dǎo)向柱所用直線軸承的上下軸承蓋，兩個砂芯吊板共用的8個軸座，安裝兩個夾緊氣缸共用的8個螺孔，10個砂芯定位塊

　　共用的20個螺釘過孔，以及安裝起吊橫梁共用的16個螺孔等，在浮動框上總計要制作出近百個螺紋孔和螺釘過孔，這在較多的工廠（或設(shè)計者）通常選用了大小規(guī)格不一的螺釘標(biāo)準(zhǔn)件，由此便使得其相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，制作，裝配均變得復(fù)雜化。

　　在4的浮動框結(jié)構(gòu)上，對其近百個螺釘選用了大小規(guī)格統(tǒng)一為M8的標(biāo)準(zhǔn)件，從而簡化了其設(shè)計，制作，裝配，以及日常生產(chǎn)過程中的維護等工作量。

　　4砂芯吊板的優(yōu)化設(shè)計同樣用上述優(yōu)化設(shè)計底框的原則，設(shè)計出的4115氣缸體下芯夾具砂芯吊板的結(jié)構(gòu)，見5.其結(jié)構(gòu)特點主要有如下幾個方面。

　　（1）材料的合理選用

　　砂芯吊板與底框及浮動框有所不同的主要特點之一是：底框及浮動框通常是單件生產(chǎn)，而砂芯吊板通常是一式兩件（或更多件）；另一方面，砂芯吊板尺寸相對也小很多，故砂芯吊板的材質(zhì)選用鑄件（鑄鐵件或鑄鋁件）則較為適宜，尤其以選用HT200或HT250材質(zhì)最為經(jīng)濟適用（合理）。本文選用HT250材質(zhì)。

　?。?）結(jié)構(gòu)及合理設(shè)計

　　運用美學(xué)及績效理論指導(dǎo)其結(jié)構(gòu)設(shè)計，5所示的砂芯吊板結(jié)構(gòu)造型美觀，壁厚適宜（主要壁厚為10 ~12mm）；結(jié)合黃金分割原理對其中部進行了適宜大小的開孔%減重設(shè)計，從而使其比強度%性能參數(shù)達到盡可能高的程度，這既減少了材料用量，又可降低鑄件生產(chǎn)中及產(chǎn)品使用過程中的動能消耗。

　　（3）制作簡便，結(jié)構(gòu)美觀

　　對吊板的兩個吊軸孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計亦進行了優(yōu)化：即吊板的最大厚度%尺寸，等于25mm吊軸所用25mm直線軸承的長度（58mm），由此優(yōu)化了其相應(yīng)結(jié)構(gòu)的加工制作；另一方面，對其所用的軸承蓋，以及砂芯勾塊與砂芯吊板的安裝結(jié)構(gòu)，優(yōu)化選用M8（或M6）高強度內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)臉?biāo)準(zhǔn)件，可使其相關(guān)結(jié)構(gòu)及零部件在完成裝配后，在人的視覺上看不到高高凸起%的螺釘（頭）或螺帽，從而給人的視覺變得結(jié)構(gòu)平順，美觀的感覺。

　　上述兩個優(yōu)化結(jié)構(gòu)的特點，在較多的工廠（或設(shè)計者）的設(shè)計中，往往沒有達到5所示的優(yōu)化程度（或尚未具有上述優(yōu)化設(shè)計理念），故而筆者在此作出了較為詳細的闡述。

　　5導(dǎo)向柱的優(yōu)化設(shè)計

　　運用前述相關(guān)優(yōu)化設(shè)計原則，設(shè)計出的4115氣缸體下芯夾具浮動框所用的4個導(dǎo)向柱的結(jié)構(gòu)如6所示。6a所示的結(jié)構(gòu)為國內(nèi)相關(guān)工廠相應(yīng)氣缸體下芯夾具導(dǎo)向柱所普遍應(yīng)用的設(shè)計代件，相比較而言，6b的主要特點現(xiàn)有兩個方面。

　　（1）結(jié)構(gòu)簡單，用料少

　　用6b所示的導(dǎo)向柱不僅在結(jié)構(gòu)上比6a所示的導(dǎo)向柱少一至兩個臺梯，而且其中部的法蘭臺階結(jié)構(gòu)的尺寸還相應(yīng)小得多；按兩示的結(jié)構(gòu)尺寸計算，6b的材料用量比6a所示結(jié)構(gòu)的材料少用30%~ 35%.

　　（2）加工工時低進一步計算可知，6a所示結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向柱材料利用率為40%~45%，而用6b所示結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向柱材料利用率為65~70%；前者低的材料利用率，不僅造成浪費，而且還增加較多的加工工時，從而使其單件生產(chǎn)成本較大幅度的增高。

　　6其它附件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

　?。?）定位銷

　　7a所示的定位銷為傳統(tǒng)的外螺紋安裝結(jié)構(gòu)；7b所示的定位銷為優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)螺紋安裝結(jié)構(gòu)。

　　7b的內(nèi)螺紋安裝結(jié)構(gòu)比7a的外螺紋安裝結(jié)構(gòu)，具有用料少及安裝結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點。

　　6.2軸承蓋安裝結(jié)構(gòu)

　　8a所示的軸承蓋為傳統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)，其特點是通常配用外六角頭螺釘；8b所示的軸承蓋為優(yōu)化設(shè)計，其特點是配用內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)陌惭b結(jié)構(gòu)。

　　8b的安裝結(jié)構(gòu)比8a的安裝結(jié)構(gòu)，具有美觀性好等特點。

　　6.3砂芯吊板拉桿

　　9a所示的砂芯吊板拉桿（與氣缸的聯(lián)接件，下同）為傳統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)特點是：與砂芯吊板聯(lián)接端通常選用外螺紋結(jié)構(gòu)，其裝配后，通常螺紋（及螺母）外露；9b所示的砂芯吊板拉桿，為優(yōu)化設(shè)計后的安裝結(jié)構(gòu)，其主要特點是：拉桿兩端均為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，當(dāng)其與砂芯吊板聯(lián)接端的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)時，配用內(nèi)六角圓柱頭螺釘及其內(nèi)凹式墊圈，使其裝配后外型美觀；此外，還比前者在用料上有所降低。

　　7結(jié)語

　　本文介紹的4115氣缸體下芯夾具，通過上述優(yōu)化設(shè)計及制作出的產(chǎn)品，經(jīng)過用戶的使用后，得到了良好的評價。

　　本文所介紹的優(yōu)化設(shè)計理念，也可適用于其它重要鑄造工裝工藝的優(yōu)化設(shè)計。

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