【文章內容簡介】 高溫，且在高溫時有較好的熱硬性。夾鉗在工作時鉗口的受力和磨損是最大的，所以在選取鉗口材料時要選用機械性能很好的材料才能滿足要求。在這里我們選用熱作模具鋼H13。H13系引進美國的H13空淬硬化熱作模具鋼。執(zhí)行標準GB/T1299—2000。統(tǒng)一數字代號A201002；牌號4Cr5MoSiV1；化學成分%：C：，Si：，Mn：，Cr：，Mo：，V：，；熱處理：790度預熱，1000度（鹽?。┗?010度（爐控氣氛）淬火，保溫5至15min空冷，再進行5100度中溫回火；其性能、用途和4Cr5MoSiV鋼基本相同，但因其釩含量高一些，故中溫（600度）性能比4Cr5MoSiV鋼要好，是熱作模具鋼中用途很廣泛的一種代表性鋼號。熱作模具鋼H13有如下特性：（1）高的機械性能。尤其在受熱條件下，保持高的屈服強度和韌性，從而使模具的工作部分不發(fā)生變形和破壞，為此要求有高的抗回火穩(wěn)定性。（2）優(yōu)良的耐熱疲勞性。從熱作模具鋼斷裂失效形式來看，大多是熱機械疲勞斷裂。因此熱作模具鋼應具有高的熱機械疲勞斷裂抗力指標。為此鋼材必須有合理的合金化和具有高的斷裂刃性。此外模具鋼應有良好的導熱性和可能小的膨脹系數，還要有較高的臨界溫度。使模具在工作溫度下不發(fā)生α→γ相變以減小應力值。（3）高的淬透性。保證較大尺寸的熱變形模具沿整個截面有均勻一致性能，尤其是韌性。（4）抗氧化能力。尤其是受熱較高的模具。熱作模具鋼對硬度要求適當，側重于紅硬性（熱硬性），導熱性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、紅硬性為主。以上良好的機械性能保證了夾鉗鉗口的各種使用要求，所以我們選用它作為鉗口材料。 夾鉗機構運動過程的可靠性研究夾鉗的機構復雜,夾持的可靠性難以把握。當夾持小物體時,在起重機放下夾鉗后鉗體有可能會卡死,導致鉗體不能在自重下復位。如圖7所示,當起重機放下物體時,外鉗臂C點所受的力和物體的自重產生的力矩之和使外鉗臂產生順時針的轉動,且能克服下鉗臂施加給外鉗臂B點逆時針的阻力矩,使外鉗臂繞A點順時針轉動,則實現了夾鉗的復位,即須滿足下式: (314)圖7 外鉗臂決定復位的可靠性經分析后可得出下面兩種情況將導致夾鉗不能在自重下復位:(1)若外鉗臂所受的各種力對A點產生的力矩的代數和使外鉗臂繞 A 點逆時針轉動,即滿足: （315）那么,當夾鉗被起重機放下時,鉗卷將會貼在一起,即內、外鉗口不能松開。但通過虛擬模型的仿真發(fā)現,這種現象沒有發(fā)生,也就是說夾鉗機構不能運動到相應的極限位置。(2)若外鉗臂 C 鉸接點受的外力和自重產生的主動力矩之和不能克服下鉗臂施加給外鉗臂 B 鉸接點的阻力矩,當夾鉗被起重機放下時,鉗體將會卡死,即: （316）從圖 7 可看出,若夾持的物體直徑越小,外鉗臂繞A點逆時針轉動的角度越大,因此,l1和l2 會減小,l會增大,導致鉗體越容易卡死。所以要使夾鉗避免產生卡死現象,只須保證在夾持最小物體時不出現卡死。圖上標明了外鉗臂對A點的所有力臂,下面研 究在什么條件下夾鉗不會出現卡死現象[9]。F是吊架傳遞到鉗臂上的力,由下式確定: （317）其中 :G—吊架的重量。由結構可知:于是由力矩守恒可得: （318）（5）其中: G s —上鉗臂的重量； l —上鉗臂兩交警鏈間的距離；l6 —上鉗臂重心對 C 點的力臂。聯立(4)、(5)可以解出 Fd 、α 的值,于是可得: （319）圖9 下鉗臂受力簡圖由圖 8 可得: （320）由圖 9 可得: （321）式中:Nx—下鉗臂在豎直方向的正壓力。于是可得: (322)滿足不憋死的條件是: (323)式(11)即可判斷夾鉗是否會產生卡死現象。代入參數計算得,夾鉗將會在復位過程中卡死。,所以,夾鉗不會發(fā)生卡死現象。4 100KG 起重夾鉗裝置主要部件的加工工藝設計 利用快速成型進行加工設計快速成型機(Rapid prototyping，簡稱Rp)如圖（10）技術是基于材料累加法的一種產品高新設計與制造技術[8]。它將計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機數字控制、精密伺服驅動和新材料等先進技術集于一體，能快速將CAD三維模型制成實物原型，不僅提高了CAD模型的可視性和直觀性，還可用于功能測試。將快速成型技術與精密鑄造和塑料加工工藝結合起來，可以快速、經濟地制造小批量生產用模具，從而為新產品試制提供良好的條件。如圖10為快速成型制造技術原理圖。圖10 快速成型機原型概念設計數據采集ＣＡＤ設計反求獲取數據處理集成制造圖形和零件圖11 快速原型制造技術原理圖根據成型工藝技術可以分為激光技術、微滴技術和激光微滴技術。(l)激光的快速成形工藝SL工藝稱為光造型或三維光刻；SGC工藝稱為實體磨削固化；LOM工藝稱為分層實體制造；間接SLS工藝稱為間接選擇性激光燒結；直接SLS工藝稱為直接選擇性激光燒結。(2)微滴的快速成型工藝PCM工藝稱為無木模鑄造；FDM工藝稱為熔融堆積成形；BPM工藝稱為彈道粒子制造；MJS工藝稱為多相噴射固化；CC工藝稱為輪廓成型藝。(3)激光微滴技術：(l)縮短了產品研制開發(fā)周期?？焖俪尚图夹g的應用使設計與制造融為一體，設計方案能很快變成實物，以便盡快驗證、定型和得到用戶的認可。(2)可以大大提高新產品開發(fā)的一次成功率，降低研發(fā)成本?？梢栽诙虝r間內(如一周至兩周)對設計進行反復多次修改、核實和優(yōu)化。(3)降低產品復雜程度對制造的限制。由于快速成型技術是分層制造，因此可以將產品制造過程分解為簡單的二維制造，不受產品復雜內部結構的限制，降低了制造的難度，并解決了制造精度的問題[10]。C．用快速成型技術研制夾鉗夾鉗是廣泛應用于冷軋帶鋼生產工藝流程中的一種機械吊運裝置，主要用于搬運軸線垂直于水平面且立式放置的冷軋帶卷，此類吊具一般由多個空間復雜連桿機構組成。在傳統(tǒng)的制造技術中，要使帶卷的搬運軸線垂直于水平面是很難做到的，因此，應用快速成型技術來研制夾鉗以降低風險是完全必要的。下面以利用三維CAD軟件和粉末材料選擇性法(如圖12所示)為例，來闡述夾鉗的設計開發(fā)過程。構造ＣＡＤ三維模型模型處理處理切片分層處理激光掃描燒結結三維產品樣品表面處理圖12 粉末材料選擇性燒結法工藝流程三維CAD實體建模：由于快速成型系統(tǒng)只能接受計算機構造的產品三維模型，然后才能進行切片處理，因此利用計算機三維造型軟件生成一個三維計算機圖形以及對應的數據，是快速成型的前提條件。自由建模是利用計算機三維建模軟件所提供的基本方法，通過定義點、線、面等完成二維實體CAD建模。有以下3種建模方法：（1）線框建模（2）表面建模（3）實體建模首先通過三維軟件對夾鉗進行產品設計，由于零件外形不屬于不規(guī)則復雜曲面，在造型中采用了拉伸、旋轉、掃描等基本的特征形體方法，充分發(fā)揮了主維軟件的實體建模功能。由于大部分三維軟件是基于特征、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動的設計，大大方便了產品的修改。在單個零件設計完成后進行零件的裝配，通過三維CAD的分析功能進行裝配檢查、優(yōu)化設訓，并能輕而易舉地完成多個方案的設計。圖3所示為用三維CAD設計渲染后的夾鉗模型，夾鉗的主要結構一鎖閉。為了實現產品創(chuàng)新系統(tǒng)在工藝品的CAD創(chuàng)作設計和快速原型制造，應考慮到各種軟件之間的數據轉換和各種輸人輸出設備的接口。(1)掃描輸人專用軟件和系統(tǒng)卞體軟件的接口:下維實體掃描儀掃描得到的數據，經專用軟件可以被儲存為DXF、STL、BMP，灰度圖像文件BMP、3DMF和VRMI等文件格式，其中主要是DXF、VRMI格式，并通過輸人接口模塊提供的函數實現文件格式的轉化，將其中的IGES或DXF格式的數據文件轉化為本系統(tǒng)處理的文件格式[11]。(2)系統(tǒng)主體軟件和通用平臺的接口:通過系統(tǒng)的輸人和輸出接口模塊，可以提供對DXF、IGES、OBJ等文件格式支持，從而實現了和AutoCAD、waveFront等通用三維建模軟件的公共接口問題。(3)快速成型機專用軟件和系統(tǒng)主體軟件的接口:快速成型機是通過專用軟件來驅動的，由于快速成型技術