【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用于搬運(yùn)高溫鋼坯，所以鉗口的材料要求耐高溫，且在高溫時(shí)有較好的熱硬性。夾鉗在工作時(shí)鉗口的受力和磨損是最大的，所以在選取鉗口材料時(shí)要選用機(jī)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(jìn)美國(guó)的H13空淬硬化熱作模具鋼。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T1299—2000。統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)A201002；牌號(hào)4Cr5MoSiV1；化學(xué)成分%：C：，Si：，Mn：，Cr：，Mo：，V：，；熱處理：790度預(yù)熱，1000度（鹽?。┗?010度（爐控氣氛）淬火，保溫5至15min空冷，再進(jìn)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(hào)。熱作模具鋼H13有如下特性：（1）高的機(jī)械性能。尤其在受熱條件下，保持高的屈服強(qiáng)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(lái)看，大多是熱機(jī)械疲勞斷裂。因此熱作模具鋼應(yīng)具有高的熱機(jī)械疲勞斷裂抗力指標(biāo)。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(yīng)有良好的導(dǎo)熱性和可能小的膨脹系數(shù)，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(yīng)力值。（3）高的淬透性。保證較大尺寸的熱變形模具沿整個(gè)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(duì)硬度要求適當(dāng)，側(cè)重于紅硬性（熱硬性），導(dǎo)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(jī)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的可靠性研究夾鉗的機(jī)構(gòu)復(fù)雜,夾持的可靠性難以把握。當(dāng)夾持小物體時(shí),在起重機(jī)放下夾鉗后鉗體有可能會(huì)卡死,導(dǎo)致鉗體不能在自重下復(fù)位。如圖7所示,當(dāng)起重機(jī)放下物體時(shí),外鉗臂C點(diǎn)所受的力和物體的自重產(chǎn)生的力矩之和使外鉗臂產(chǎn)生順時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng),且能克服下鉗臂施加給外鉗臂B點(diǎn)逆時(shí)針的阻力矩,使外鉗臂繞A點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則實(shí)現(xiàn)了夾鉗的復(fù)位,即須滿足下式: (314)圖7 外鉗臂決定復(fù)位的可靠性經(jīng)分析后可得出下面兩種情況將導(dǎo)致夾鉗不能在自重下復(fù)位:(1)若外鉗臂所受的各種力對(duì)A點(diǎn)產(chǎn)生的力矩的代數(shù)和使外鉗臂繞 A 點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),即滿足: （315）那么,當(dāng)夾鉗被起重機(jī)放下時(shí),鉗卷將會(huì)貼在一起,即內(nèi)、外鉗口不能松開(kāi)。但通過(guò)虛擬模型的仿真發(fā)現(xiàn),這種現(xiàn)象沒(méi)有發(fā)生,也就是說(shuō)夾鉗機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的極限位置。(2)若外鉗臂 C 鉸接點(diǎn)受的外力和自重產(chǎn)生的主動(dòng)力矩之和不能克服下鉗臂施加給外鉗臂 B 鉸接點(diǎn)的阻力矩,當(dāng)夾鉗被起重機(jī)放下時(shí),鉗體將會(huì)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(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越大,因此,l1和l2 會(huì)減小,l會(huì)增大,導(dǎo)致鉗體越容易卡死。所以要使夾鉗避免產(chǎn)生卡死現(xiàn)象,只須保證在夾持最小物體時(shí)不出現(xiàn)卡死。圖上標(biāo)明了外鉗臂對(duì)A點(diǎn)的所有力臂,下面研 究在什么條件下夾鉗不會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(duì) C 點(diǎn)的力臂。聯(lián)立(4)、(5)可以解出 Fd 、α 的值,于是可得: （319）圖9 下鉗臂受力簡(jiǎn)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(huì)產(chǎn)生卡死現(xiàn)象。代入?yún)?shù)計(jì)算得,夾鉗將會(huì)在復(fù)位過(guò)程中卡死。,所以,夾鉗不會(huì)發(fā)生卡死現(xiàn)象。4 100KG 起重夾鉗裝置主要部件的加工工藝設(shè)計(jì) 利用快速成型進(jìn)行加工設(shè)計(jì)快速成型機(jī)(Rapid prototyping，簡(jiǎn)稱Rp)如圖（10）技術(shù)是基于材料累加法的一種產(chǎn)品高新設(shè)計(jì)與制造技術(shù)[8]。它將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，能快速將CAD三維模型制成實(shí)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(cè)試。將快速成型技術(shù)與精密鑄造和塑料加工工藝結(jié)合起來(lái)，可以快速、經(jīng)濟(jì)地制造小批量生產(chǎn)用模具，從而為新產(chǎn)品試制提供良好的條件。如圖10為快速成型制造技術(shù)原理圖。圖10 快速成型機(jī)原型概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集ＣＡＤ設(shè)計(jì)反求獲取數(shù)據(jù)處理集成制造圖形和零件圖11 快速原型制造技術(shù)原理圖根據(jù)成型工藝技術(shù)可以分為激光技術(shù)、微滴技術(shù)和激光微滴技術(shù)。(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(shí)體磨削固化；LOM工藝稱為分層實(shí)體制造；間接SLS工藝稱為間接選擇性激光燒結(jié)；直接SLS工藝稱為直接選擇性激光燒結(jié)。(2)微滴的快速成型工藝PCM工藝稱為無(wú)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(shù)：(l)縮短了產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)周期?？焖俪尚图夹g(shù)的應(yīng)用使設(shè)計(jì)與制造融為一體，設(shè)計(jì)方案能很快變成實(shí)物，以便盡快驗(yàn)證、定型和得到用戶的認(rèn)可。(2)可以大大提高新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一次成功率，降低研發(fā)成本。可以在短時(shí)間內(nèi)(如一周至兩周)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)多次修改、核實(shí)和優(yōu)化。(3)降低產(chǎn)品復(fù)雜程度對(duì)制造的限制。由于快速成型技術(shù)是分層制造，因此可以將產(chǎn)品制造過(guò)程分解為簡(jiǎn)單的二維制造，不受產(chǎn)品復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，降低了制造的難度，并解決了制造精度的問(wèn)題[10]。C．用快速成型技術(shù)研制夾鉗夾鉗是廣泛應(yīng)用于冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝流程中的一種機(jī)械吊運(yùn)裝置，主要用于搬運(yùn)軸線垂直于水平面且立式放置的冷軋帶卷，此類(lèi)吊具一般由多個(gè)空間復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)組成。在傳統(tǒng)的制造技術(shù)中，要使帶卷的搬運(yùn)軸線垂直于水平面是很難做到的，因此，應(yīng)用快速成型技術(shù)來(lái)研制夾鉗以降低風(fēng)險(xiǎn)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(lái)闡述夾鉗的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。構(gòu)造ＣＡＤ三維模型模型處理處理切片分層處理激光掃描燒結(jié)結(jié)三維產(chǎn)品樣品表面處理圖12 粉末材料選擇性燒結(jié)法工藝流程三維CAD實(shí)體建模：由于快速成型系統(tǒng)只能接受計(jì)算機(jī)構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型，然后才能進(jìn)行切片處理，因此利用計(jì)算機(jī)三維造型軟件生成一個(gè)三維計(jì)算機(jī)圖形以及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，是快速成型的前提條件。自由建模是利用計(jì)算機(jī)三維建模軟件所提供的基本方法，通過(guò)定義點(diǎn)、線、面等完成二維實(shí)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(shí)體建模首先通過(guò)三維軟件對(duì)夾鉗進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，由于零件外形不屬于不規(guī)則復(fù)雜曲面，在造型中采用了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本的特征形體方法，充分發(fā)揮了主維軟件的實(shí)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(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，大大方便了產(chǎn)品的修改。在單個(gè)零件設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行零件的裝配，通過(guò)三維CAD的分析功能進(jìn)行裝配檢查、優(yōu)化設(shè)訓(xùn)，并能輕而易舉地完成多個(gè)方案的設(shè)計(jì)。圖3所示為用三維CAD設(shè)計(jì)渲染后的夾鉗模型，夾鉗的主要結(jié)構(gòu)一鎖閉。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新系統(tǒng)在工藝品的CAD創(chuàng)作設(shè)計(jì)和快速原型制造，應(yīng)考慮到各種軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和各種輸人輸出設(shè)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(shí)體掃描儀掃描得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)專用軟件可以被儲(chǔ)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(guò)輸人接口模塊提供的函數(shù)實(shí)現(xiàn)文件格式的轉(zhuǎn)化，將其中的IGES或DXF格式的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)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(tái)的接口:通過(guò)系統(tǒng)的輸人和輸出接口模塊，可以提供對(duì)DXF、IGES、OBJ等文件格式支持，從而實(shí)現(xiàn)了和AutoCAD、waveFront等通用三維建模軟件的公共接口問(wèn)題。(3)快速成型機(jī)專用軟件和系統(tǒng)主體軟件的接口:快速成型機(jī)是通過(guò)專用軟件來(lái)