一種氣動軟體手爪熔模鑄造工藝研究

梁海澄，吳天保，李康福，甄華勁

（廣東輕工職業技術學院機電技術學院，廣東 廣州510300）

0 引言

現代生產線上的機器手經常需要夾持不同形狀或材料的工件，因此生產線機器手對末端夾持器的通用性和適應性提出了越來越高的要求。使用氣動軟體手爪作為末端夾持器，能夠柔順夾持、適應多種產品，具有重要的工程應用價值。目前軟體手爪為中空結構，主要材料為硅橡膠，制造工藝多為分體制造，粘接而成，容易出現粘接缺陷[1-4]。

針對氣動軟體手爪的制造工藝，本研究參考常見的熔模鑄造工藝[5-7]設計一種制造工藝，能夠實現氣動軟體手爪的一體化成型，避免粘接。

1 成型原理

本研究針對如圖1所示的氣動軟體手爪進行制造工藝研究。

圖1 氣動軟體手爪結構示意圖

本研究設計的熔模鑄造工藝共需蠟芯模和硅膠模兩個模具。其制造過程為：首先向蠟芯模注射液態石蠟制成氣動軟體夾持器的內部成型結構（蠟芯），然后將蠟芯裝入硅膠模中，再向硅膠模中注入硅膠液，待硅膠凝固之后取出制品（蠟芯已封入手爪中），對制品進行加熱至石蠟熔點（約60℃），把石蠟加熱全部熔化流出，最后得到中空的軟體手爪。

2 模具設計

2.1 蠟芯模具設計

蠟芯模具結構如圖2所示，為便于石蠟成型后脫模，模具采用對稱方式分模，模具內腔按照手爪內腔設計。制造時將兩部分模具合模并鎖緊，然后注射石蠟。

圖2 蠟芯模具結構示意圖

為保證啟動軟體手爪內部通氣，將氣動接頭預埋入蠟芯中，待蠟芯封入硅膠型后固定于硅膠型中。

蠟芯模頂部進氣口部分（紅字蓋子）預埋四個緊固螺栓，同樣待蠟芯封入硅膠型后固定于硅膠型中，以便于軟爪的安裝固定。除此之外，還在蓋部開四個錐孔，作為后續注入硅膠的進膠口。為了讓芯部與外部模具能準確的鎖合，模具上設計有定位凸臺。為了方便裝拆，頂蓋部分四個圓柱有5°的拔模斜度。實驗階段蠟芯模具采用橡膠圈鎖模。

2.2 硅膠手爪模具設計

硅膠手爪模具結構如圖3所示，硅膠手爪模具同樣采用對稱方式分模，模具內腔按照手爪外形設計。

圖3 硅膠手爪模具結構示意圖

制造時把預制好的蠟芯裝入硅膠手爪模具中，蠟芯頂部定位塊與硅膠手爪模具的定位凹槽相貼合，保證定位準確，使硅膠型的厚度符合設計。實驗階段硅膠手爪模具同樣采用橡膠圈進行鎖模，并且需要在模具分型面涂抹密封膠，確保密封。

2.3 模具材料的選擇

對于蠟芯模具的選材，考慮到石蠟注射時，注射溫度在70℃左右，蠟芯模具的材料必須能夠耐溫75℃以上，綜合考慮選擇耐溫100℃以上的材料。在實驗階段采用耐高溫樹脂材料，并使用3D打印成型。

對于硅膠手爪模具的選材，因為硅膠為常溫注入，對材料無特殊要求，但為了方便看清硅膠注入時的情況，選擇透明材料。在實驗階段采用透明樹脂材料，并使用3D打印成型。

3 實驗驗證

3.1 蠟芯制造

蠟芯采用蠟芯模具成型，蠟料使用注蠟機進行壓力注射，須通過實驗調整注射壓力、溫度和時間，得到理想蠟芯。經反復實驗，確定工藝參數為：注射溫度為70℃，注射壓力為0.01 MPa，注射時間為20 s。得到蠟芯如圖4所示，蠟芯出現披風現象，經分析，主要原因是3D打印的精度不夠高，導致模具間隙較大，實驗階段可在取出蠟芯后進行修整。

圖4 蠟芯實物圖

3.2 硅膠手爪制造

硅膠手爪采用硅膠手爪模具，注入液態硅膠成型。注硅膠前，將蠟芯裝入硅膠手爪模具中，如圖5所示。安裝完成后使用橡膠圈進行鎖模，然后從頂部注膠孔注入硅膠。注膠采用硅膠點膠機進行，點膠機具有一定注射壓力，可確保硅膠手爪模具完全填充。硅膠手爪模具為透明材料，在注膠過程中可觀察注入情況。

圖5 硅膠手爪制造

待硅膠凝固以后，開模取出硅膠手爪，并置于60℃恒溫箱中，待蠟芯融化流出得到一體化制造的硅膠手爪成品。

4 結束語

本研究針對一種中空結構的氣動軟體手爪設計制造工藝。針對手爪的中空結構特點，設計了一種熔模鑄造工藝，先制造蠟芯，再將蠟芯封入硅膠手爪中，最后將蠟芯融出。研究設計了蠟芯模具和硅膠手爪模具用于蠟芯和硅膠手爪成型，并使用3D打印制造模具樣品進行工藝實驗，得到預期的硅膠手爪成品。