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学号 ： 业 设 计题 目 ： 滑 移 式 起 重 夹 钳 装 置 主 机 的 加 工 工 艺 设 计作 者 ： 钮 科 届 别 ： 201届院 别 ： 机 械 工 程 学 院 指 导 教 师 ： 谭 湘 夫专 业 ： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 职 称 ： 副 教 授完 成 时 间 ： 201年 5月 15日机 械 夹 钳 机 构 是 机 械 制 造 装 备 的 重 要 组 件 ,当 夹 钳 机 构 钳 口 开 口 因 夹 持 不 同尺 寸 大 型 工 件 而 有 较 大 变 化 时 ,存 在 夹 持 力 波 动 很 大 的 情 况 ,因 而 很 难 保 证 夹 持 的可靠性 ,甚至造成夹持机构功能失效。本 文 详 细 介 绍 了 夹 钳 装 置 设 计 过 程 和 一 些 零 件 加 工 工 艺 方 法 ,快 速 成 型 加 工和 数 控 加 工 ， 薄 壁 零 件 在 加 工 过 程 中 容 易 变 形 ,加 工 精 度 难 以 保 证 ,如 果 能 采 用 合适加工工艺 ,完全可以解决这一问题。本 文 针 对 典 型 的 轴 类 零 件 数 控 加 工 工 艺 的 分 析 ,给 出 了 对 于 一 般 零 件 数 控 加工工艺分析的方法。 关键字： 夹持力； 夹钳装置； 加工工艺设计； 摘 要 .重夹 钳 国内外发展情况 .起重夹钳加工的发展情况 .研究的主要内容及解决的主要问题 .100 装置机构的结构 .100 装置机构的基 本 原理 .料选择 .100.起重夹钳装置主机的钳臂的材料选择 .起重夹钳装置主机的钳口的材料选择 .夹钳机构运动过程的可靠性研究 . 夹钳装 置 主要部件 的 加工工 艺 设计 .利用快速成型进行加工设计 .轴类零件的数控加工工艺设计 .薄壁零 件 加工工艺设计 .用线切割加工吊臂的加工设计 . 文献 . .文） 国内外发展情况工 业 革 命 之 后 ， 随 着 工 业 化 的 大 步 发 展 ， 各 种 起 重 夹 钳 的 应 用 也 逐 渐 广 泛 起来了。在 90年代， 国外一些工业强国对夹钳的研究已有了较大突破。1996年 ， 日 本 三 菱 商 事 株 式 会 社 （ 与 太 原 重 型 机 械 集 团 公 司 合 作 ， 研制 成功 七台 板坯 夹钳 搬运 起重 机， 该 产品 已达 到 90年 代初 国外 同类 产品 的先 进水平1。 国 内的 起重 夹钳 的研 究起 步较 晚 ， 在 新中 国成 立以 前 ， 中 国基 本上 没有 自主研 发 的 能 力 。 1993年 2月 16日 太 原 重 型 机 器 厂 举 行 了 70 开 闭 式 板 坯 夹 钳 试车 演 示 会 。 在 试 车 演 示 会 上 ， 该 产 品 通 过 了 空 载 和 负 荷 试 车 的 考 验 ， 性 能 达 到 了设 计要 求 ， 可 供连 铸厂 和热 连轧 厂用 作板 坯起 吊或 一般 取物 作业 。 该 夹钳 装置 采 用， 有 多重 电气 保护 和重 新起 动回 路， 能 检测 和显 示钳 口开 度和 板坯 厚度 ，比我国经常使用的重力夹钳的生产率高， 操作方便而且安全可靠 2。20年 宝山 钢铁 股份 有 限 公 司 生 产的 一 种 钳 式起 重机 夹 钳 在 传 统的 钳式 起重机 夹 钳 的 结 构 基 础 上 ， 将 夹 钳 的 二 个 钳 腿 中 的 一 个 钳 腿 的 中 部 拐 角 处 自 上 而 下 形成 分 叉状 并构 成二 个支 钳腿 ， 二 个支 钳腿 与另 一个 钳 腿 仍呈 交 叉 状 ， 以 此形 成 了 “ 三钳 腿 ” 的 结 构 。 在 起吊 长规 格模 具 钢 时 ， 依 靠一 个钳 腿中 的二 个 支 钳腿 以 及 另 一 个钳 腿 可 以 牢 固 地 接触 到模 具钢 侧面 ， 增加 了钳 腿与 模 具 钢 侧中 的 接 触 点 和 面积 ，较 传统 的夹 钳 相 比 ， 本 实 用 新型 的夹 钳更 适 合 于 进行 起 吊 模 具 钢 ， 它 既避 免了 起吊 的模 具 钢 发生 倾 翻 现象 ， 又 提 高 夹钳 的使 用功 能 ； 2006年 山西 某公 司生 产 的 热板 坯 动 力 夹 钳 起 重 机 其 夹 钳 的 技 术 关 键 ： (1)利 用 螺 杆 传 动 实 现 钳 以 臂 水 平 开 闭运 动 。 (2)通 过优 化设 计和 模 拟 试验 确 定 了 合 理 的倾 斜角 ， 使 夹持 力足 够大 ， 而 外形 尺寸 最小 。 (3)夹 钳的 开闭 机构 采 用 了磁 粉 离 合 器 和 零 速检 测开 关 ， 控 制钳 口对板 的 初 始 夹 紧 力 和 钳 口 的 初 始 夹 紧 运 动 ， 并 实 现 对 电 动 机 过 载 的 保 护 。 (4)首 次采 用 了 多 对 钳 臂 ， 实 现 对 长 、 短 板 的 夹 取 ， 这 在 国 外 也 是 首 创 3。 （ 5） 采 用 两大 套 独 立 的 开 闭 机 构 ， 可 以 实 现 斜 坯 的 夹 取 ； 2008年 河 南 某 公 司 生 产 的 100 旋 转 铝 铸 锭 夹 钳 起 重 机 主 要 创 新 点 是 多 种 吊 具 更 换 完 成 多 种 作 业 ， 夹 钳 部 分采 用 了 全 液压 装置 ， 液 压旋 转 、 液 压夹 紧 、 松 开 ， 钳 齿的 形状 和 材 料 耐 高 温 耐磨 ，任 意板 宽 均 有 齿尖 相接 触 ； 采 用绕 性钢 绳斜 拉三 角 形 防摆 等 ， 均 为国 内领 先 水 平 。湖南理工学院毕业设计（论文）2同 年 太 原重 型 机 械 集团 有限 公 司 生 产 的 六 爪式 动力 板坯 夹 钳 ， 其 上 横梁 分别 通过三 个 连 接 铰 轴 与 三 个 开 闭 梁 连 接 ， 每 个 开 闭 梁 安 装 有 开 闭 机 构 和 双 向 螺 杆 及 螺母 ， 双 向 螺 杆 及 螺 母 上 的 轴 连 接 钳 臂 ， 开 闭 机 构 通 过 驱 动 装 置 带 动 链 轮 、 链 条 传动 双向 螺 杆 ， 双 向螺 杆回 转使 螺 母 带动 一对 钳臂 作开 闭运 动。 本发 明与 现有 技 术相 比 ， 不 仅适 用板 坯 规 格 范围 大 ， 板 坯堆 取更 加灵 活方 便 ， 而 且尺 寸小 、 自 重轻 。大 连华 锐股 份有 限公 司 生 产 的 防 摇板 坯夹 钳起 重 机 包 括 桥架 、 大车 行运 机构 、 小车 、 卷 筒、 吊 架、 动 滑轮 ， 钢 丝 绳 ， 板 坯夹 钳， 特 征 是 ： 所 述 的 “ 十 ” 字 形吊 架由 相互 垂 直 的两 个 直 梁 构 成 ， 于 两 直 梁 的 两 端顶 面 处 依 序 设 I#、 I#、 点 ， 于 I#、 I#、 点处 分别 装设 由 支 座支 承 的 两 个 动 滑 轮 ， 与 小车 I#、I#卷 筒相 对应 的动 滑 轮 上 、 分 别用 钢丝 绳经 缠绕 连接 构 成 四 绳 四 边 “ V” 字 形式的 钢丝 绳系 ； 于 “ 十 ” 字 型吊 架的 某一 直 梁 的两 端 底 面 对 称 连接 板 坯 夹钳 ； 本 实用 新型 不仅 设计 合理 ， 结 构紧 凑 ， 在 大车 及 小 车 运 行 方 向上 既 不 摇摆 ， 又 不旋 转 ，使 得 板 坯夹 钳定 位准 确 、 夹 取迅 速 ， 而 且提 高作 业生 产效 率 ， 以 及具 有操 作 安 全 ，使用十 分 方便等优 点 4。国 外起 重夹 钳技 术 发 展要 比 我 国 早 很 多， 而 且 因 此其 技术 也日 趋成 熟。 荷兰公 司 1985年 的起 重钳 产品 样 本 就 列 有 521种 不同 规格 的各 种 用 途起 重 钳 ， 最 大 起重 量 已 达 40吨 ， 可用 于钢 铁厂 、 造船 厂、 化 工广 、 铁路 、 码头 和仓 库等 部门 ， 进行 快 速 吊运 和 装 卸 各 种 垫 材 ， 以 及焊 接和 装 配 构件 ， 铺 设 轨 道 ， 维 修 设 备 等 作 业 ，能 提 高 工 教 ， 减 轻 劳 动 强 度 。 荷 兰 、 日 本 、 瑞 典 、 英 国 等 国 都 有 专 业厂 家 生 产 各种起重 钳5。由 此 可 见 ， 随 着 国 内 工 业 的 发 展 ， 特 别 是 入 世 以 后 ， 国 内 的 起 重 夹 钳 技 术 达到 了 一个相当的高度， 有 一些甚 至 达到 了 国外的 水 平。目 前 世 界 销 售 市 场 对 起 重 机 械 的 需 量 正 在 不 断 增 加 ， 这 也 使 得 起 重 夹 钳 也 得到 了快 速发 展 ， 从 而使 国外 各种 制造 起重 机 企 业 在 生 产中 更 多 地 采 用 优化 设 计 、机 械自 动 化 和 自动 化设 备去 提 高 劳 动生 产 率 ， 这 对世 界销 售市 场 、 制 造商 和用 户都产 生了 巨 大 的影 响 。 近 年来 ， 美 国因 制造 技术 、 质 量问 题和 价格 昂贵 等原 因 ， 降 低了其 在 世 界 上 的 竞 争 能 力 ； 联 邦 德 国 德 马 克 公 司 ， 由 于 实 行 了 生 产 技 术 振 兴 ， 解 决了提高生产 的 工艺 手 段， 以 占 优势的新产品来保 持 其发展 的 优势 6。湖南理工学院毕业设计（论文） 在 国 内 的 起 重 夹 钳 的 运 用 情 况 基 本 上 就 三 种 ： 重 力 夹 钳 、 电 动 开 闭 的 重 力夹 钳 和 动 力 夹 钳 三 种 夹 钳 装 置 。 在 这 三 种 当 中 ， 动 力 夹 钳 因 其 成 本 较 高 ， 扩 大 推广 受 到 一 定 的 影 响 ， 但 由 于 其 优 越 的 工 作 性 能 ， 特 别 是 钳 口 可 实 现 准 确 的 三 维 跟踪 、 可 靠 夹 起 梯 形 坯 、 较 高 的 工 作 效 率 和 不 损 失 起 升 高 度 ， 为 实 现 冶 金 企 业 的 自动 化 具 有 无 可 比 拟 的 优 点 。 因 而 我 们 认 为 动 力 式 夹 钳 在 现 代 起 重 机 夹 钳 发 展 上 将占越来越重要的作用 7。国外起重夹钳技术的发展趋势：(1)设计、 制作的计算机化、 自动化近 年 来 ， 随 着 电 子 计 算 机 的 广 泛 应 用 ， 许 多 国 外 起 重 机 制 造 商 从 应 用 计 算 机辅 助设 计系 统 ( 提 高到 应用 计算 机进 行起 重机 的模 块化 设计 ， 这 也使 得对 起重 夹 钳 的 设 计 也 有 了 突 破 ， 根 据 市 场 调 查 预 测 的 统 计 数 字 和 积 景 的 资 料 、 图 表 、图 线 规 律 ， 在 严 密 的 科 学 理 论 指 导 下 ， 拟 定 起 重 夹 钳 结 构 、 机 构 、 部 件 等 多 层 次的 标准 化 、 模 块化 单元 。 对 起重 夹钳 的改 进 ， 只 需针 对几 个需 要修 改的 模块 ,设 计新 的起 重夹 钳只 需选 用不 同的 模块 重新 进行 组合 ,提 高了 通用 化程 度 ， 可 使单 件小批 量 的 产 品 改 换 成 相 对 批 量 的 模 块 生 产 ， 亦 能 以 较 少 的 模 块 形 式 ， 组 合 成 不 同 功能和不同规格的起重夹钳， 满足市场的需求， 增强竞争能力。 (2)新材料、 新工艺的应用由于钢铁工业新技术的应用 。钢 材 质 量 得 以 提 高 在 机 加 工 方 面 ， 尽 量 采 用 少 切 削 的 精 密 铸 件 ， 尤 其 是 铝 台金 铸 件 占 多 ， 加 工 设 备 大 量 采 用 高 精 、 高 效 的 加 工 中 心 ， 数 控 自 动 机 床 等 ， 既 保证 加 工 质 量 ， 又 提 高 了 生 产 率 ， 降 低 了 成 本 。 同 时 在 工 艺 线 上 ， 使 用 机 械 来 代 替人 工 操 作 ， 如 焊 接 用 的 机 械 手 和 配 用 机 械 手 等 。 国 外 起 重 机 厂 商 为 了 能 迅 速 制 造和 装配 出品 种多 样化 的产 品来 ， 要 求企 业之 间密 切联 系和 协调 ， 企 业走 向专 业化 ，标准化和系列化8。 据 毕 业 设 计 的 目 的 和 要 求 ， 通 过 谭 老 师 的 精 心 指 导 及 查 阅 大 量 国 内 外 文 献资 料 ， 结 合 在 实 习 中 所 遇 到 的 问 题 和 用 户 提 出 的 要 求 ， 100 夹 钳 机 构 要 求达 到 结 构 简 单 、 安 全 可 靠 、 操 作 方 便 和 效 率 高 的 目 的 。 分 析 其 合 理 性 与 可 行 性 ，为 设 计 的 开 展 打 好 基 础 ， 拟 定 初 步 设 计 方 案 及 步 骤 。 本 次 设 计 中 ， 我 们 将 主 要 解湖南理工学院毕业设计（论文）4决以下几个方面的问题： (1)夹钳装置的总体 设 计；(2)主要的零部件结 构 设计及 强 度分 析 ；(3)夹钳机构的设计；(4)夹钳装置主要零 部 件的材 料 的选 择 以及其 工 艺过 程 ；(5)具体的设备装配 方 案。 装置机构的结构图 1所 示 为 10夹 钳 装 置 机 构 ， 由 夹 钳 加 持 部 位 、 定 滑 轮 、 三 角 支 撑架 、 底 座 及 其 底 座 下 面 的 动 力 旋 转 装 置 构 成 ， 其 功 用 用 于 加 持 10 物 品 ，可 从物 品初 始 搁 置 区域 ， 夹 取物 件 ， 将 物件 放 到 指 定 区 域 ， 图 2所 示为 底座 俯视图 。图 10 夹 钳 装 置 机 轮 支 撑架 电 机安 装部 位4底 座 5传 动轮湖南理工学院毕业设计（论文） 装置机构的基 本 原理夹 钳装 置是 起重 夹 钳 设备 的 取 物 装 置 ， 起 重夹 钳设 备能 否可 靠 地 工作 ， 主 要取 决 于夹钳的性能。 夹 钳装 置是 起重 夹 钳 设备 的 取 物 装 置 ， 它 与起 重设 备的 几个 工 作 机构 配 合 ，可 从 物 品初 始搁 置区 域， 夹 取物 件， 将 物件 放 到 指 定区 域。 此 外， 夹 钳起 重 装 备还 可 用 来 拨 移 物件 或夹 上其 它 无 关 物品 来 清 理 杂 物 。 夹 钳起 重机 在完 成上 述 工 艺程 序 时 ， 由 于运 行 速 度较 快， 振 动大 ， 夹 持的 又往 往是 各种 各样 的 物 品， 因 此夹钳 装置 的 各 个零 部 件 除应 有足 够的 强度 外 ， 还 应 有良 好 的 夹 持 性 能 ， 保 证 夹 持 的物件 不 至从 钳 口脱落。310 夹 钳 是 一 种 工 作 效 率 很 高 、 适 应 性 极 强 、 用 途 非 常 广 泛 的 设 备 。 起 重 夹钳 的 机 构 复 杂 、 运 动 过 程 难 以 预 测 、 夹 持 的 可 靠 性 难 以 把 握 、 作 业 场 地 的 危 险 性较大。 这 是设 计起 重夹 钳的 一个 矛盾 ,恰 当的 参数 既能 够满 足夹 钳工 作的 安全 性 、 又使钳体自重适当 ,因此很有实际意义。 图 3为夹钳装置整体优化流程图。图 3夹 钳 装 置 整 体 优 化 流 程 图湖南理工学院毕业设计（论文）6要 保 证 夹 钳 的 安 全 要 求 ,必 须 符 合 以 下 条 件 :(1)它 的 临 界 摩 擦 因 数 必 须 小 于材 料的 实际 摩擦 因数 ,否 则 ,带 卷不 能被 夹持 起 。 更 为可 怕的 是 ,带 卷被 瞬间 吊离 地面 后 从 钳 口 滑 落 ,导 致 产 生 不 可 估 量 的 损 失 。 (2)夹 钳 各 钳 臂 所 受 应 力 必 须 满 足 下式中 夹钳所受的最大 应 力s 所选材料的屈服 极 限 安全系数夹 钳 的 传 递 系 数 为 起 重 机 对 夹 钳 及 带 卷 的 吊 运 力 与 该 力 传 递 到 钳 口 上 正 压 力大 小的 比值 ,它 是夹 钳本 身的 固有 属性 ,由 夹钳 的结 构唯 一确 定 。 传 递系 数越 大 ,钳卷间所需产生的正压力越大 ,带卷越容易被夹持起 ,即所需要的临界摩擦因数越小 ,然 而 ,夹 钳 各 铰 接 点 的 受 力 也 随 之 增 大 ,导 致 钳 臂 的 厚 度 必 须 增 加 ,从 而 使 夹 钳 体积 庞 大 、 自 重 增 大 ； 传 递 系 数 若 是 减 小 ,机 构 的 自 重 也 会 减 轻 ,但 降 低 了 工 作 过 程的 安 全 性 。 本 次 夹 钳 的 整 体 优 化 设 计 ,力 图 能 够 满 足 所 有 的 设 计 要 求 ,并 使 设 计 目标 为最 优 ,例 如重 量、 面 积、 体 积、 应 力为 最小 3。 该 机构 整体 优化 设计 的流 程如图 3所示。 的 结 构 参 数 化图 2为 该 夹 钳 的 单 边 简 化 机 构 图 。 从 上 往 下 依 次 定 义 为 上 钳 臂 、 外 钳 臂 、 下钳臂。图 4夹 钳 机 构 原 理 图湖南理工学院毕业设计（论文）7图 中 为 夹 钳 构 件 的 几 何 尺 寸 , 1、 2为 位 置 尺 寸 ,C、 表 示 夹 钳 内 、 外 钳 口 伸 缩 的 移 动 副 ； 重 机 对 夹 钳 及 带 卷 的 吊 运 力 (吊运 力 作 用 在 图 4所 示 的 吊 架 上 ), 表 示 内 、 外 钳 口 作 用 在 带 卷 上 的 正 压力。 臂 的 受 力 分 析忽略上钳臂的自重 ,把它简化为二力杆 ,如图 4所示 ,它的受力大小为(/2)（ 3(/2) 3)（ 3-）式 中 :钳 臂 受 力 ； 为 它 在 x、 的 分力 ； 钳 和 带卷的重力之和。 臂 各 支 点 的 力图 5为外钳臂的受力 图 ,根据图中关系得出4 5 1 4 1 1)= + （ 3 中 , 由上式 可 推 出 3个铰接点的受力 大 小为（ 3（ 3（ 3（ 3-8） （ 3-9） （ 3 的 传 递 函 数图 4中 标出 的为 外钳 口和 内钳 口的 受力 大小 ,从 该机 构原 理图 的力 学关 系不 难推出 （ 3南理工学院毕业设计（论文）8（ 3得到夹钳的传 递 函数表 达 式为2()/ 2()/BC =+= 45 1 4 1 14(4)2/wd w + （ 3定 义为 传递 函数 ,表 示起 重机 对夹 钳及 带卷 的吊 运力 与该 力传 递到 钳口 上正压力大小的比值。图 5外 钳 臂 受 力 参 数定 义 夹 钳 的 自 重 和 机 构 的 临 界 摩 擦 因 数 为 目 标 函 数 ,定 义 机 构 的 结 构 尺 寸 (板件 的 长 度 、 宽 度 和 其 他 细 节 尺 寸 )为 设 计 变 量 。 钢 对 钢 的 静 摩 擦 因 数 无 润 滑 时 有 润 滑 为 钢 对 钢 的 动 摩 擦 因 数 无 润 滑 时 为 有 润 滑 时 。 考 虑到 夹钳 在实 际工 作时 钳口 可能 有少 许带 卷轧 制乳 化液 渗入 ,所 以设 计的 摩擦 因数 必须 小于 为 了保 证安 全可 靠性 ,根 据理 论分 析 ,把 夹持 最大 带卷 外 径 时 的 摩 擦 因 数 暂 定 为 满 足 上 述 条 件 以 及 结 构 紧 凑 和 美 观 的 条 件 下确 定 一 组 优 化 设 计 参 数 、 1、 2。 在 满 足 夹 钳 的 核 心 参 数 条件 下 ,得 出 其 他 部 件 的 参 数 ,用 虚 拟 建 模 软 件 ， 根 据 生 产 实 际 和 工 作 要 求 建 立 夹 钳的整体三维模型 ,见图 6。湖南理工学院毕业设计（论文）9图 6夹 钳 结 构 示 意 图除应有足够的强度外 ， 还应有良好的夹持性能 ， 保证夹持的物件不至从钳口脱落 。 重 夹 钳 是 一 种 工 作 效 率 很 高 、 适 应 性 极 强 、 用 途 非 常 广 泛 的 设 备 。 起 重 夹钳 的 机 构 复 杂 、 运 动 过 程 难 以 预 测 、 夹 持 的 可 靠 性 难 以 把 握 、 作 业 场 地 的 危 险 性较 大 。 为 了 能 满 足 安 全 要 求 ， 钳 臂 的 选 材 要 求 有 较 高 的 强 度 和 抗 冲 击 性 能 。 下 面我 们讨 论几 种工 程上 常用 的几 种碳 钢和 合金 钢 。 普 通碳 素结 构钢 又称 普通 碳素 钢 。与 优 质 碳 素 钢 相 比 ， 对 含 碳 量 、 性 能 范 围 以 及 磷 、 硫 和 其 他 残 余 元 素 含 量 的 限 制较 宽 。 我 国和 某些 国家 根据 交货 的保 证条 件 ， 把 普通 碳素 钢分 为三 类 ： 甲 类钢 （ ） ， 只 保 证 力 学 性 能 ， 不 保 证 化 学 成 分 ， 乙 类 钢 （ ） ， 只 保 证 化 学 成分 ， 不 保 证 力 学 性 能 ； 特 类 钢 （ ） ， 既 保 证 化 学 成 分 ， 又 保 证 力 学 性 能 。特类钢常用于制造较重要的结构件。常用碳钢的用途举例： 用于铆钉、 开口销等及冲压零件和焊接构； 。用于螺栓、 螺母、 拉杆、 连杆及建筑、 桥梁结构件；用于强度较高转轴、 心轴、 齿轮等。合 金 钢 按 用 途 分 可 分 为 合 金 结 构 钢 、 合 金 工 具 钢 、 特 殊 性 能 钢 。 低 合 金 结 构湖南理工学院毕业设计（论文）1 0钢 是 一 种 低 碳 、 低 合 金 含 量 的 结 构 钢 ， 其 碳 含 量 小 于 合 金 元 素 的 含 量 小 于3%。 这 类 钢 与 含 碳 量 相 同 的 非 合 金 钢 相 比 具 有 较 高 的 强 度 ， 还 有 较 好 的 塑 性 、 韧性 、 焊 接 性 和 耐 蚀 性 等 。 所 以 多 用 于 制 造 桥 梁 、 车 辆 、 船 舶 、 锅 炉 、 高 压 容 器 、油罐、 输油管等。常用低合金高强度结构钢的用途： 用于油槽、 油罐、 车辆、 桥梁等；用 于 油 罐 、 锅 炉 、 桥 梁 、 车 辆 、 压 力 容 器 、 输 油 管 道 、 建 筑 构件等；用于船舶、 压力容器、 电站设备、 车辆、 起重机械等、合 金高 强度 结构 钢， 有 较好 的塑 性、 韧 性， 多 用于 桥梁 、 车辆 、 压力容器等， 能满足要求， 所以选择钳臂的材料为 夹 钳 用 于 搬 运 高 温 钢 坯 ， 所 以 钳 口 的 材 料 要 求 耐 高 温 ， 且 在 高温 时 有 较 好 的 热 硬 性 。 夹 钳 在 工 作 时 钳 口 的 受 力 和 磨 损 是 最 大 的 ， 所 以 在 选 取 钳口 材 料 时 要 选 用 机 械 性 能 很 好 的 材 料 才 能 满 足 要 求 。 在 这 里 我 们 选 用 热 作 模 具 钢 进 美 国 的 硬 化 热 作 模 具 钢 。 执 行 标 准 1299 2000。 统一 数 字 代 号 牌 号 4化 学 成 分 %： C： V： 小 于等 于 等 于 热 处理 ： 790度 预热 ， 1000度 （ 盐 浴 ） 或 1010度 （ 炉 控 气 氛 ） 淬 火 ， 保 温 5至 15 ， 再 进 行 5100度 中 温 回 火 ； 其 性 能 、用 途 和 4 本 相 同 ， 但 因 其 钒 含 量 高 一 些 ， 故 中 温 （ 600度 ） 性 能 比4是热作模具钢中用途很广泛的一种代表性钢号。热作模具钢 1） 高 的机 械性 能 。 尤 其在 受热 条件 下 ， 保 持高 的屈 服强 度和 韧性 ， 从 而使模具的工作部分不发生变形和破坏， 为此要求有高的抗回火稳定性。 （ 2） 优 良的 耐热 疲劳 性 。 从 热作 模具 钢断 裂失 效形 式来 看 ， 大 多是 热机 械疲劳 断 裂 。 因 此 热 作 模 具 钢 应 具 有 高 的 热 机 械 疲 劳 断 裂 抗 力 指 标 。 为 此 钢 材 必 须 有合 理 的 合 金 化 和 具 有 高 的 断 裂 刃 性 。 此 外 模 具 钢 应 有 良 好 的 导 热 性 和 可 能 小 的 膨胀 系 数 ， 还 要 有 较 高 的 临 界 温 度 。 使 模 具 在 工 作 温 度 下 不 发 生 相 变 以 减 小湖南理工学院毕业设计（论文）1 1应力值。 （ 3） 高 的淬 透性 。 保证 较大 尺寸 的热 变形 模具 沿整 个截 面有 均匀 一致 性能 ，尤其是韧性。 （ 4） 抗氧化能力。 尤其是受热较高的模具。热 作 模 具 钢 对 硬 度 要 求 适 当 ， 侧 重 于 红 硬 性 （ 热 硬 性 ） ， 导 热 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 、 红 硬 性 为 主 。 以 上 良 好 的机械性能保证了夹钳钳口的各种使用要求， 所以我们选用它作为钳口材料。 的 机 构 复 杂 ,夹 持 的 可 靠 性 难 以 把 握 。 当 夹 持 小 物 体 时 ,在 起 重 机 放 下 夹钳 后 钳 体 有 可 能 会 卡 死 ,导 致 钳 体 不 能 在 自 重 下 复 位 。 如 图 7所 示 ,当 起 重 机 放 下物 体时 ,外 钳 臂 受 的力 和物 体的 自重 产生 的力 矩之 和使 外钳 臂产 生顺 时针 的转 动 ,且 能克 服下 钳臂 施加 给外 钳 臂 时 针的 阻力 矩 ,使 外钳 臂 绕 时 针转动 ,则实现了夹钳的复位 ,即须满足下式 :1 2 3 (3 7外 钳臂 决定 复位 的可 靠性经分析后可得出 下 面两种 情 况将 导 致夹钳 不 能在 自 重下复 位 :湖南理工学院毕业设计（论文）1 2(1)若 外 钳 臂 所 受 的 各 种 力 对 生 的 力 矩 的 代 数 和 使 外 钳 臂 绕 时针转 动 ,即 满足 :1 2 3 （ 3 么 ,当 夹 钳 被 起 重 机 放 下 时 ,钳 卷 将 会 贴 在 一 起 ,即 内 、 外 钳 口 不 能 松 开 。但 通 过 虚 拟 模 型 的 仿 真 发 现 ,这 种 现 象 没 有 发 生 ,也 就 是 说 夹 钳 机 构 不 能 运 动 到相应的极限位置。 (2)若 外 钳 臂 点 受 的 外 力 和 自 重 产 生 的 主 动 力 矩 之 和 不 能 克 服 下 钳 臂施加 给 外钳臂 ,当夹钳被起重机 放 下 时 ,钳体将会卡 死 ,即 :1 2 3 （ 3 图 7可 看 出 ,若 夹 持 的 物 体 直 径 越 小 ,外 钳 臂 绕 时 针 转 动 的 角 度 越大 ,因 此 , 小 , 大 ,导 致 钳 体 越 容 易 卡 死 。 所 以 要 使 夹 钳 避 免 产生 卡 死 现 象 ,只 须 保 证 在 夹 持 最 小 物 体 时 不 出 现 卡 死 。 图 上 标 明 了 外 钳 臂 对 有 力 臂 ,下 面 研 究 在 什 么 条 件 下 夹 钳 不 会 出 现 卡 死 现 象 9。 架 传 递 到钳 臂 上的 力 ,由下式确 定 :/2 = + （ 3中 :G 吊架的重量。 由结构可知 :7是由力矩守恒可得 :56（ 3 5） 其 中 :上钳臂 的 重 量 ； l 上钳臂 两 交 警 链 间 的 距 离 ； 上钳臂 重 心对 。联 立 (4)、 (5)可以解出 的值 ,于是可 得 := = （ 3南理工学院毕业设计（论文）1 3图 9下 钳 臂 受 力 简 图由图 8可 得 :)xd =+=+ （ 3图 9可 得 :湖南理工学院毕业设计（论文）1 4( s =+= + （ 3 中 :下钳臂在竖直方 向 的正压 力 。 于 是 可 得 := (3足不憋死的条 件 是 :1 2 ? 5 3 4cx cy + (3 (1)即 可 判 断 夹 钳 是 否 会 产 生 卡 死 现 象 。 代 入 参 数 计 算 得 ,当 摩 擦 因 数 大 夹 钳 将 会 在 复 位 过 程 中 卡 死 。 而 实 际 摩 擦 因 数 小 于 以 ,夹 钳不 会 发生卡 死 现象。410 夹钳装 置 主要部件 的 加工工 艺 速成 型 机 (简 称 图 （ 10） 技 术是 基于 材料 累加 法的一种产品高新设计与制造技术8。它 将 计 算 机 辅 助 设 计 ( 计 算 机 辅 助 制 造 ( 计 算 机 数 字 控 制 、 精 密伺 服 驱 动 和 新 材 料 等 先 进 技 术 集 于 一 体 ， 能 快 速 将 模 型 制 成 实 物 原 型 ，不 仅 提 高 了 的 可 视 性 和 直 观 性 ， 还 可 用 于 功 能 测 试 。 将 快 速 成 型 技 术 与精 密 铸 造 和 塑 料 加 工 工 艺 结 合 起 来 ， 可 以 快 速 、 经 济 地 制 造 小 批 量 生 产 用 模 具 ，从而为新产品试制提供良好的条件。 如图 10为快速成型制造技术原理图。湖南理工学院毕业设计（论文）1 5图 10快 速成型 机原 型概 念 设计 数 据 采 集 设 反 求获 取 数 据 处 理 集 成 制 造 图 形和 零 件图 1快 速原 型制 造技 术原 可以分 为 激光 技 术、 微 滴 技术 和 激光微 滴 技术。(l)激 光 的 快 速 成 形 工 艺 称 为 光 造 型 或 三 维 光 刻 ； 称 为 实 体 磨削 固 化 ； 称 为 分 层 实 体 制 造 ； 间 接 称 为 间 接 选 择 性 激 光 烧 结 ； 直接 性激光 烧 结。(2)微滴的快速成型 工 艺称 为无 木模 铸 造 ； 称 为熔 融堆 积 成 形 ； 称 为弹 道粒子 制造 ； 固化 ； 艺。(3)l)缩 短了 产品 研制 开发 周期 。 快速 成型 技术 的应 用使 设计 与制 造融 为一 体 ，湖南理工学院毕业设计（论文）1 6设 计方 案能 很快 变成 实物 ， 以 便尽 快验 证 、 定 型和 得到 用户 的认 可 。 (2)可 以大 大提 高 新 产 品 开 发 的 一 次 成 功 率 ， 降 低 研 发 成 本 。 可 以 在 短 时 间 内 (如 一 周 至 两 周 )对 设计 进行 反复 多次 修改 、 核实 和优 化。 (3)降 低产 品复 杂程 度对 制造 的限 制 。 由于 快 速 成 型 技 术 是 分 层 制 造 ， 因 此 可 以 将 产 品 制 造 过 程 分 解 为 简 单 的 二 维 制 造 ，不受产品复杂内部结构的限制 ， 降低了制造的难度 ， 并解决了制造精度的问题 10。C 用 快速 成型 技术 研制 夹钳 夹钳 是广 泛应 用于 冷轧 带钢 生产 工艺 流程 中的 一种 机 械 吊 运 装 置 ， 主 要 用 于 搬 运 轴 线 垂 直 于 水 平 面 且 立 式 放 置 的 冷 轧 带 卷 ， 此 类吊 具 一 般 由 多 个 空 间 复 杂 连 杆 机 构 组 成 。 在 传 统 的 制 造 技 术 中 ， 要 使 带 卷 的 搬 运轴 线 垂 直 于 水 平 面 是 很 难 做 到 的 ， 因 此 ， 应 用 快 速 成 型 技 术 来 研 制 夹 钳 以 降 低 风险 是 完 全 必 要 的 。 下 面 以 利 用 三 维 和 粉 末 材 料 选 择 性 法 (如 图 12所 示 )为例， 来阐述夹钳的设计开发过程。模 型 处 理 切 片分 层 处理 激 光 扫 描 烧 结 三 维产 品 样品 表 面 处 理图 12粉 末 材 料 选 择 性 烧 结 法 工 艺 流 程三 维 建 模 ： 由 于 快 速 成 型 系 统 只 能 接 受 计 算 机 构 造 的 产 品 三 维 模型 ， 然 后 才 能 进 行 切 片 处 理 ， 因 此利 用计 算机 三 维 造型 软 件 生 成 一 个三 维 计 算 机图 形以 及 对 应 的 数 据 ， 是 快速 成 型 的 前提 条件 。 自 由 建 模 是 利 用 计 算 机 三 维 建 模软 件 所 提 供