澆注用單人手持式坩堝夾具的設計

趙艷艷

摘 要：本文設計的是澆注用單人手持式坩堝夾具的執(zhí)行部分，屬于手動專用夾具。要求夾具能夠?qū)釄暹M行緊固，使坩堝在夾持、移動、翻轉(zhuǎn)、澆注等過程中不發(fā)生相對運動，實現(xiàn)安全穩(wěn)定的澆注過程。通過利用該夾具進行實操培訓使操作人員具有獨立端包的基本技能，能夠?qū)崿F(xiàn)單人快速、準確、安全地完成澆注過程。

關鍵詞：澆注 滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型 夾具

中圖分類號：TG143.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0105-02

鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆入鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程[1]。能否獲得滿足使用要求的鑄件，澆注過程起著十分重要的作用。

澆注溫度對鑄件的質(zhì)量有較大的影響；澆注溫度過高，液態(tài)金屬收縮率增大，易于吸氣，液態(tài)金屬對鑄型的熱沖刷作用增強，使鑄件容易產(chǎn)生縮孔、氣孔、裂紋、粘砂和變形等缺陷；當澆注溫度過低時，液態(tài)金屬的流動性差，易使鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、夾砂等缺陷。因此為了保證澆注溫度合適，就要求整個澆注過程快速地進行，從而減少液態(tài)金屬在空氣中的熱損失，保證液態(tài)金屬進入到鑄型型腔的溫度[2]。

鑄造實際生產(chǎn)中，通常質(zhì)量小于5kg的小型鑄件的澆注過程由單人采用手持式澆包獨立完成，這就要求操作人員應該具有獨立端包的基本技能，能夠?qū)崿F(xiàn)單人快速、準確、安全地完成澆注過程[3]。

鑄造實訓車間目前使用的是10kW坩堝式電阻爐熔煉合金，主要用于熔煉鋁合金。將鋁合金置于爐內(nèi)坩堝中加熱至750℃～800℃，熔煉，用夾鉗將坩堝取出，必須兩人同時夾持坩堝進行澆注，無法實現(xiàn)單人澆注。

而市面上目前沒有與電阻爐用坩堝配套且可以實現(xiàn)穩(wěn)定夾持、安全澆注的夾具，為了使學生能夠利用在校期間掌握單人澆注的基本技能，配合澆注實際生產(chǎn)過程的需要，結(jié)合實訓車間的現(xiàn)有條件，自主設計開發(fā)一種與實訓車間坩堝相適應的夾具——澆注用單人手持式坩堝夾具，從而實現(xiàn)與實際生產(chǎn)的對接。

1 設計原理

本文的主要設計任務是澆注用單人手持式坩堝夾具的執(zhí)行部分，屬于手動專用夾具[4]。要求夾具能夠?qū)釄暹M行緊固，使坩堝在夾持、移動、翻轉(zhuǎn)、澆注等過程中不發(fā)生相對運動，實現(xiàn)安全穩(wěn)定的澆注過程。

夾具采用外圓面定位方式，且夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所獲得的正確位置，夾緊力的大小應可靠、適當，保證整個操作過程中的位置穩(wěn)定不變，不允許產(chǎn)生振動、變形和表面損傷，夾緊動作要準確迅速，操作方便、省力、安全，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。

根據(jù)澆注用單人手持式坩堝夾具所需要具備的功能，考慮到坩堝上下橫截面積有一定的偏差，設計采用上下兩個夾頭加以固定；為了可以控制兩個夾頭在不同尺寸下可以實現(xiàn)同時夾緊，采用鉸鏈式聯(lián)接方式進行傳動；利用幾組鉸鏈式聯(lián)接可以實現(xiàn)同時控制兩個夾頭的夾緊，如何添加導向元件防止夾持過程夾頭與坩堝之間發(fā)生相對運動，利用滑槽來限定杠桿的轉(zhuǎn)動方向，保證運動傳遞的方向性。

根據(jù)以上設計要求繪制出滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器的機構(gòu)簡圖，如圖1所示；滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器即澆注用單人手持式坩堝夾具的原理圖如圖2所示。

該機構(gòu)的自由度F=3n-2PL-PH=3×13-2×19-0=1，該機構(gòu)的原動件個數(shù)為1與機構(gòu)的自由度相等，故該機構(gòu)具有確定的相對運動。

夾頭處的力與圖1結(jié)構(gòu)中a、b及α角度有關，可利用下式計算得出：

FP1和FP2的大小不同，主要由原動桿與從動桿之間的支點位置控制協(xié)調(diào)變化，該夾具在使用過程中，兩夾頭所具有的力的大小也不相同，但相互配合，即可以保證夾具在穩(wěn)定夾緊坩堝的同時，也不至于受力過大致使坩堝變形。

2 結(jié)論

利用上述設計原理，結(jié)合實訓中心現(xiàn)有條件，制作出澆注用單人手持式坩堝夾具即滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，如圖3所示。

本文設計的澆注用單人手持式坩堝夾具可實現(xiàn)以下功能。

（1）在夾持、移動、澆注過程中，夾具與坩堝間無相對運動。

（2）夾具夾持坩堝時可在0°～135°穩(wěn)定翻轉(zhuǎn)。

（3）夾持、移動過程時間短、速度快。

（4）重量輕，可實現(xiàn)單人手持操作。

（5）夾持過程中安全、可靠、準確性高。

材料工程系鑄造技術(shù)專業(yè)學生現(xiàn)已在實訓中心可實現(xiàn)單人獨立完成小型鋁合金鑄件的生產(chǎn)，進一步地提高鑄造技術(shù)專業(yè)學生的實際操作水平及技能水平，也為其將來在企業(yè)中更快更好地進入角色奠定了技術(shù)基礎。

參考文獻

[1] 曹瑜強.鑄造工藝及設備[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2] 中國機械工程學會，鑄造分會.鑄造手冊：第五卷鑄造工藝[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3] 陳立德.機械設計基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2013.

[4] 吳宗澤.機器零件設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.