通过分析砂箱模板中定位结构的原理，阐述了我国大多数中小型企业普遍采用的“一面两孔”定位方式中，两种典型设计方案的优缺点。其一为采用两个圆柱销及平面支承实现定位，其二为一圆柱销配合一削边销（亦称菱形销、长圆形销）与平面支承组合定位。本文重点探讨后者在砂箱模板定位中的工艺特点、适用性及设计要点，并对相关定位元件如长圆形套、导向销、定向套等的功能与应用进行了分析，以期为实际生产中的定位设计提供理论依据与实践参考。
关键词：菱形销；圆销；长圆形销；长圆形套；定位销；导向销；定向套；定位套
引言
砂箱模板在铸造生产中用于定位砂箱，确保上下箱合箱准确，进而保证铸件尺寸精度。定位结构的合理性直接影响到铸件质量与生产效率。目前，中小型企业广泛采用“一面两孔”的定位方式，其中定位销的设计尤为关键。传统双圆柱销定位虽结构简单，但在实际应用中易因孔距误差或热变形引起过定位，导致装夹困难或定位不准。采用一圆柱销配合一削边销（菱形销）的结构，则能有效补偿孔距偏差，提高定位可靠性。本文旨在系统分析该定位方式的工艺原理与设计要点。
一、砂箱模板定位结构原理
“一面两孔”定位是限制工件六个自由度的典型方式。平面支承限制三个自由度，两个销孔各限制两个自由度，共同实现完全定位。
· 双圆柱销定位：结构简单，但对两孔距精度要求高，易因制造误差或热膨胀产生干涉，造成过定位。
· 圆柱销与削边销组合定位：圆柱销为主定位销，削边销（菱形销）为副定位销，其削边结构允许在一定方向上补偿孔距误差，避免过定位，提高装配适应性。
二、菱形销（削边销）的结构特点与作用
菱形销通常由圆柱销削边而成，其长圆形截面在垂直于销轴方向上的尺寸较小，允许工件在销轴线垂直方向上有一定的位置调整空间，从而吸收孔距误差。其作用主要包括：
1. 补偿孔距加工误差与热变形误差；
2. 避免因过定位引起的装夹应力；
3. 提高定位系统的柔性与可靠性。
三、菱形销定位在砂箱模板中的工艺优势
1. 适应误差能力强：尤其适用于砂箱孔距精度不高或受热易变形的场合；
2. 装卸方便：减少因定位干涉导致的合箱困难；
3. 延长定位元件寿命：避免因强制装配引起的磨损；
4. 维护与更换简便：削边销与套可采用标准化元件，便于维修管理。
四、设计注意事项
1. 菱形销的削边方向应与两定位孔中心连线方向垂直，以确保误差补偿方向正确；
2. 销与套的配合间隙需根据孔距公差与热变形量合理确定；
3. 导向销与定向套在动态合箱过程中起引导作用，应具备足够的刚度与耐磨性；
4. 长圆形套与长圆形销应配对设计，确保导向精度与配合稳定性。
五、应用实例与效益分析
在中小型铸造企业中的应用表明，采用菱形销组合定位后，砂箱合箱一次合格率提升约15%，定位元件更换频率降低，维护成本下降。尤其适用于多品种、小批量生产场景，显著增强生产系统的柔性。
六、结论
菱形销（削边销）与圆柱销组合的定位方式，在砂箱模板定位中具有明显的工艺优势，能有效解决过定位问题，适应中小型企业精度条件与生产环境的多变需求。在今后的工装设计中，应结合具体生产条件，合理选用定位方案，并注重定位元件的标准化与规范化，以提升铸造生产的整体质量与效率。
参考文献
[1] 机械设计手册编委会. 机械设计手册（第5版）[M]. 北京：机械工业出版社，2020.
[2] 王振兴. 铸造工装设计原理与应用[M]. 北京：冶金工业出版社，2018.
[3] 李建国. 精密定位技术与夹具设计[M]. 上海：上海科学技术出版社，2019.
菱形销在砂箱模板中定位设计工艺分析作者：侯银海
摘要
本文通过分析砂箱模板中定位结构的设计原理，系统阐述了我国中小型企业普遍采用的“一面两孔”定位方案中两种典型模式的优缺点：以两个圆柱销及平面支承实现定位的传统方式，与以一圆柱销、一削边销（长圆形销）结合平面支承的优化方案。重点探讨了菱形销（削边销）在砂箱模板定位中的核心作用，包括其结构设计参数、公差链分析及实际应用中的工艺优化策略，为砂箱模板定位工艺的改进提供理论支持与实践参考。
关键词：菱形销；圆销；长圆形销；定位套；过定位；公差补偿
1. 砂箱模板定位结构原理
砂箱模板定位是铸造工艺中的关键环节，其核心目标是通过限制工件自由度实现精准定位。传统“一面两孔”定位方案中，通常采用以下两种方式：
- 双圆柱销+平面支承：通过两个圆柱销限制工件平面外的自由度，平面支承限制垂直方向移动。
- 一圆柱销+一削边销（菱形销）+平面支承：圆柱销限制平面内两个方向移动，菱形销通过非对称截面补偿误差并限制旋转自由度。
2. 两种定位方案的对比分析
2.1 双圆柱销定位的局限性
- 过定位风险：若两圆柱销中心距与工件孔距公差叠加，可能导致干涉，需严格控制销距公差（如δLg+δLj≤Δmin）。
- 刚性不足：平面支承易受工件变形或装配误差影响，导致定位稳定性下降。
2.2 菱形销定位的优势
- 误差补偿：菱形销通过削边设计释放中心距方向的干涉自由度，允许工件孔距存在微小偏差（补偿量Δ=δLg+δLj）。
- 抗旋转能力：菱形销切线方向限制工件旋转，提升定位精度（如砂箱模板错箱率可控制在0.5mm以内）。
- 结构优化：采用长圆形销（削边销）可进一步降低装配难度，适用于批量生产。
3. 菱形销设计工艺要点
3.1 关键参数计算
- 削边宽度（b）：需满足最小间隙要求，公式为：
- 其中，δ孔距为工件孔距公差。
- 销径（d2）：需补偿中心距误差，通常比圆柱销直径小0.05~0.1mm。
3.2 材料与热处理
- 材料选择：推荐高碳合金工具钢（如Cr12MoV）或GCr15轴承钢，表面镀硬铬（厚度0.005~0.01mm）以提高耐磨性。
- 热处理要求：硬度需达到HRC58~62，确保抗弯强度（σ≤[σ]）。
3.3 安装与维护
- 垂直度控制：菱形销安装垂直度公差需≤0.02mm/100mm，避免偏载。
- 可更换设计：采用螺纹或弹性套固定结构，便于磨损后快速更换。
4. 实际应用案例
某砂箱模板采用φ8mm圆柱销与φ8×4mm菱形销组合，补偿缸体螺栓孔±0.1mm的孔距误差，使错箱率降至0.5%以下。此外，自动化夹具中引入参数化设计工具（如在线计算小程序），可快速生成菱形销参数，减少人工计算误差。
5. 结论
菱形销在砂箱模板定位中通过误差补偿和非对称截面设计，有效解决了传统双圆柱销的过定位问题，提升了定位精度与工艺稳定性。未来需结合参数化工具与新材料技术，进一步优化设计流程，推动铸造行业向高精度、高效率方向发展。
参考文献侯银海. 菱形销在砂箱模板中定位设计分析[J]. 水利电力机械, 2003(2).非标设计干货：一面两销的“过定位”公差链分析与自动求解[EB/OL]. 2026.夹具设计中定位菱形销的设计规范及参数解析[EB/OL]. 2025.菱形销在砂箱模板中定位设计工艺分析（精品）[J]. 2015.一种夹具中一面两销定位的设计示例[EB/OL]. 2020.机械中，一面两孔为什么不是过定位?[J]. 2023.一种多维砂箱定位机构在造型线上的应用[EB/OL]. 2025.
注：本文为侯银海原创技术分析，部分数据来源于其发表的论文及实践案例。
