1下芯夹具结构的选择
4115（又名4NC）气缸体的零件(机械零部件发展趋势)结构特点如下：轮廓尺寸为542mm458mm425mm，材质为HT250，主要壁厚5mm，属于有水套砂芯之典型干式缸套气缸体代铸铁件。其生产条件为：湿型粘土砂静压造型线（砂箱1200mm900mm400/ 400mm）上一箱一件造型；1~4缸曲轴箱主体芯为冷芯盒砂芯，前后端面芯及顶盖套头芯为热心盒砂芯，水套砂芯及顶杆室砂芯为覆模砂热芯盒砂芯。
根据用户的要求及其生产条件，设计出了如2所示的双层式结构下芯夹具。其主要特点是：底框与浮动框组成的双层式结构，底框上固定与砂箱匹配的定位销，以及能够使浮动框平稳上下运动的4个导向柱；浮动框上固定气缸体的砂芯吊板夹紧气缸，起吊架等结构。达到了设计（造型）美观，简洁，制作简便，成本低，使用方便，可靠等良好的技术经济效果。
2底框的优化设计
夹具底框的优化设计主要遵循的原则是：实用可靠，简洁，美观，制作简便，操作方便。
2.1结构简洁美观
主要结构钢板用料厚度为10~15mm，应用黄金分割原理对其4个侧壁进行了挖洞减重设计（制作）和加强筋的设置，以及合理地设置出固定4个导向柱的结构和位置。
2.2实用性和可靠性强
该下芯夹具的主体设计为国内数家气缸体铸造厂较为普遍地采用，长期的生产实践已证明其实用性和可靠性良好。再加之我们在设计制作3所示的底框时，比较多的工厂设计的结构更为优化，壁厚更为合理（较薄），其实用性和可靠性更强。
2.3制作和操作均简便
其制作简便主要体现在简化了4个导向柱固定结构的设计，可使其以尽可能少的加工工时加工出相应结构，以及其导向柱的装配结构亦相当简便；其操作简便，主要体现在使用了人类工效学原理设计出的U型操作手柄，以及其合理的距离位置，使其操作整套下芯夹具得心应手。
3浮动框的优化设计
用上述优化设计底框的原则，我们设计出的4115气缸体下芯夹具浮动框。
4所示的下芯夹具浮动框的结构特点主要现在以下几个方面。
（1）材料的优选
选用了45 #调质钢板焊接制作，这一方面代替原较多工厂通常选用的铸件（铸铁或铸铝）结构，使其制作工时减少，缩短了制作周期，降低了制作成本；另一方面，优质的45 #调质钢板，既可保证浮动框的强度和刚性等工艺要求，又可将其变形量减至尽可能低的程度。
（2）导向柱过孔的优化设计
四个导向柱过孔的长度（即浮动框的整体高度）设置为40mm直线轴承的长度尺寸（80mm），这既在材料应用尽可能少的情况下，满足浮动框的强度和刚性工艺要求，又能简化导向柱过孔及浮动框的整体加工，并使其结构美观简洁。
（3）标准件的合理选用
在4所示的浮动框上要装配四个导向柱所用直线轴承的上下轴承盖，两个砂芯吊板共用的8个轴座，安装两个夹紧气缸共用的8个螺孔，10个砂芯定位块
共用的20个螺钉过孔，以及安装起吊横梁共用的16个螺孔等，在浮动框上总计要制作出近百个螺纹孔和螺钉过孔，这在较多的工厂（或设计者）通常选用了大小规格不一的螺钉标准件，由此便使得其相应结构设计，制作，装配均变得复杂化。
在4的浮动框结构上，对其近百个螺钉选用了大小规格统一为M8的标准件，从而简化了其设计，制作，装配，以及日常生产过程中的维护等工作量。
4砂芯吊板的优化设计同样用上述优化设计底框的原则，设计出的4115气缸体下芯夹具砂芯吊板的结构，见5.其结构特点主要有如下几个方面。
（1）材料的合理选用
砂芯吊板与底框及浮动框有所不同的主要特点之一是：底框及浮动框通常是单件生产，而砂芯吊板通常是一式两件（或更多件）；另一方面，砂芯吊板尺寸相对也小很多，故砂芯吊板的材质选用铸件（铸铁件或铸铝件）则较为适宜，尤其以选用HT200或HT250材质最为经济适用（合理）。本文选用HT250材质。
（2）结构及合理设计
运用美学及绩效理论指导其结构设计，5所示的砂芯吊板结构造型美观，壁厚适宜（主要壁厚为10 ~12mm）；结合黄金分割原理对其中部进行了适宜大小的开孔%减重设计，从而使其比强度%性能参数达到尽可能高的程度，这既减少了材料用量，又可降低铸件生产中及产品使用过程中的动能消耗。
（3）制作简便，结构美观
对吊板的两个吊轴孔的结构设计亦进行了优化：即吊板的最大厚度%尺寸，等于25mm吊轴所用25mm直线轴承的长度（58mm），由此优化了其相应结构的加工制作；另一方面，对其所用的轴承盖，以及砂芯勾块与砂芯吊板的安装结构，优化选用M8（或M6）高强度内六角圆柱头螺钉的标准件，可使其相关结构及零部件在完成装配后，在人的视觉上看不到高高凸起%的螺钉（头）或螺帽，从而给人的视觉变得结构平顺，美观的感觉。
上述两个优化结构的特点，在较多的工厂（或设计者）的设计中，往往没有达到5所示的优化程度（或尚未具有上述优化设计理念），故而笔者在此作出了较为详细的阐述。
5导向柱的优化设计
运用前述相关优化设计原则，设计出的4115气缸体下芯夹具浮动框所用的4个导向柱的结构如6所示。6a所示的结构为国内相关工厂相应气缸体下芯夹具导向柱所普遍应用的设计代件，相比较而言，6b的主要特点现有两个方面。
（1）结构简单，用料少
用6b所示的导向柱不仅在结构上比6a所示的导向柱少一至两个台梯，而且其中部的法兰台阶结构的尺寸还相应小得多；按两示的结构尺寸计算，6b的材料用量比6a所示结构的材料少用30%~ 35%.
（2）加工工时低进一步计算可知，6a所示结构的导向柱材料利用率为40%~45%，而用6b所示结构的导向柱材料利用率为65~70%；前者低的材料利用率，不仅造成浪费，而且还增加较多的加工工时，从而使其单件生产成本较大幅度的增高。
6其它附件结构的优化设计
（1）定位销
7a所示的定位销为传统的外螺纹安装结构；7b所示的定位销为优化设计的内螺纹安装结构。
7b的内螺纹安装结构比7a的外螺纹安装结构，具有用料少及安装结构美观等优点。
6.2轴承盖安装结构
8a所示的轴承盖为传统的安装结构，其特点是通常配用外六角头螺钉；8b所示的轴承盖为优化设计，其特点是配用内六角圆柱头螺钉的安装结构。
8b的安装结构比8a的安装结构，具有美观性好等特点。
6.3砂芯吊板拉杆
9a所示的砂芯吊板拉杆（与气缸的联接件，下同）为传统的安装结构，其主要结构特点是：与砂芯吊板联接端通常选用外螺纹结构，其装配后，通常螺纹（及螺母）外露；9b所示的砂芯吊板拉杆，为优化设计后的安装结构，其主要特点是：拉杆两端均为内螺纹结构，当其与砂芯吊板联接端的内螺纹结构联结时，配用内六角圆柱头螺钉及其内凹式垫圈，使其装配后外型美观；此外，还比前者在用料上有所降低。
7结语
本文介绍的4115气缸体下芯夹具，通过上述优化设计及制作出的产品，经过用户的使用后，得到了良好的评价。
本文所介绍的优化设计理念，也可适用于其它重要铸造工装工艺的优化设计。
扩展阅读：机械零部件发展趋势 http://www.fastyp.cn/new_view.asp?id=14
