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行部分，屬于手動專用夾具。要求夾具能夠對坩堝進行緊固，使坩堝在夾持、移動、翻轉、澆注等過程中不發生相對運動，實現安全穩定的澆注過程。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，能夠實現單人快速、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量有較大的影響；澆注溫度過高，液態金屬收縮率增大，易于吸氣，液態金屬對鑄型的熱沖刷作用增強，使鑄件容易產生縮孔、氣孔、裂紋、粘砂和變形等缺陷；當澆注溫度過低時，液態金屬的流動性差，易使鑄件產生冷隔、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，從而減少液態金屬在空氣中的熱損失，保證液態金屬進入到鑄型型腔的溫度[2]。

鑄造實際生產中，通常質量小于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，能夠實現單人快速、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穩定夾持、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，配合澆注實際生產過程的需要，結合實訓車間的現有條件，自主設計開發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，從而實現與實際生產的對接。

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行部分，屬于手動專用夾具[4]。要求夾具能夠對坩堝進行緊固，使坩堝在夾持、移動、翻轉、澆注等過程中不發生相對運動，實現安全穩定的澆注過程。

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定不變，不允許產生振動、變形和表面損傷，夾緊動作要準確迅速，操作方便、省力、安全，結構簡單，易于制造。

根據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同時夾緊，采用鉸鏈式聯接方式進行傳動；利用幾組鉸鏈式聯接可以實現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生相對運動，利用滑槽來限定杠桿的轉動方向，保證運動傳遞的方向性。

根據以上設計要求繪制出滑槽杠桿式回轉型夾持器的機構簡圖，如圖1所示；滑槽杠桿式回轉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。

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

夾頭處的力與圖1結構中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調變化，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定夾緊坩堝的同時，也不至于受力過大致使坩堝變形。

2 結論

利用上述設計原理，結合實訓中心現有條件，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°穩定翻轉。

（3）夾持、移動過程時間短、速度快。

（4）重量輕，可實現單人手持操作。

（5）夾持過程中安全、可靠、準確性高。

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

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：機械工業出版社，2004.