浇注用单人手持式坩埚夹具的设计

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DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.04.105
浇注用单人手持式坩埚夹具的设计①
赵艳艳
（渤海船舶职业学院材料工程系 辽宁兴城 125105）
摘 要：本文设计的是浇注用单人手持式坩埚夹具的执行部分，属于手动专用夹具。

要求夹具能够对坩埚进行紧固，使坩埚在夹持、移动、翻转、浇注等过程中不发生相对运动，实现安全稳定的浇注过程。

通过利用该夹具进行实操培训使操作人员具有独立端包的基本技能，能够实现单人快速、准确、安全地完成浇注过程。

关键词：浇注 滑槽杠杆式回转型 夹具
中图分类号：TG143.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)02(a)-0105-02
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇入铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程[1]。

能否获得满足使用要求的铸件，浇注过程起着十分重要的作用。

浇注温度对铸件的质量有较大的影响；浇注温度过高，液态金属收缩率增大，易于吸气，液态金属对铸型的热冲刷作用增强，使铸件容易产生缩孔、气孔、裂纹、粘砂和变形等缺陷；当浇注温度过低时，液态金属的流动性差，易使铸件产生冷隔、浇不足、夹砂等缺陷。

因此为了保证浇注温度合适，就要求整个浇注过程快速地进行，从而减少液态金属在空气中的热损失，保证液态金属进入到铸型型腔的温度[2]。

铸造实际生产中，通常质量小于5kg的小型铸件的浇注过程由单人采用手持式浇包独立完成，这就要求操作人员应该具有独立端包的基本技能，能够实现单人快速、准确、安全地完成浇注过程[3]。

铸造实训车间目前使用的是10kW坩埚式电阻炉熔炼合金，主要用于熔炼铝合金。

将铝合金置于炉内坩埚中加热至750℃～800℃，熔炼，用夹钳将坩埚取出，必须两人同时夹持坩埚进行浇注，无法实现单人浇注。

而市面上目前没有与电阻炉用坩埚配套且可以实现稳定夹持、安全浇注的夹具，为了使学生能够利用在校期间掌握单人浇注的基本技能，配合浇注实际生产过程的需要，结合实训车间的现有条件，自主设计开发一种与实训车间坩埚相适应的夹具——浇注用单人手持式坩埚夹具，从而实现与实际生产的对接。

1 设计原理
本文的主要设计任务是浇注用单人手持式坩埚夹具的执行部分，属于手动专用夹具[4]。

要求夹具能够对坩埚进行紧固，使坩埚在夹持、移动、翻转、浇注等过程中不发生相对运动，实现安全稳定的浇注过程。

夹具采用外圆面定位方式，且夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所获得的正确位置，夹紧力的大小应可靠、适当，保证整个操作过程中的位置稳定不变，不允许产生振动、变形和表面损伤，夹紧动作要准确迅速，操作方便、省力、安全，结构简单，易于制造。

根据浇注用单人手持式坩埚夹具所需要具备的功能，考虑到坩埚上下横截面积有一定的偏差，设计采用上下两个夹头加以固定；为了可以控制两个夹头在不同尺寸下可以实
①作者简介：赵艳艳(1982,4—),女,汉族，辽宁本溪人，硕士，讲师，研究方向:材料加工工程。

图1 滑槽杠杆式回转型夹持
器的机构简图
图2 夹具的原理示意图
图3 滑槽杠杆式回转型夹持器
(上接105页) 平衡。

(3)用户体验的问题。

电池的衰竭问题始终没有有效解决，高能锂电池安全的问题也有犹豫，那么换电的时候怎么评估电池的影响，怎么核算费用，如果发生安全问题，谁来承担安全责任,等等,都是其中所面临的问题。

针对以上问题我们整体破解瓶颈的思路如下。

车辆制造要建立标准统一的便于快速更换电池的结构设计，可以由汽车制造厂商共同出资研发制定，成果共享。

车辆要建立唯一的能够通过计算机识别的身份IC卡，并固结至电机中保证不易被更换。

IC卡可由厂家联合开发，也可由国家统一制定。

电池生产同样要建立统一的标准，采用标准化模块化设计和生产并适合于快速更换。

每个模组电池同样要设置唯一的可被计算机识别的IC卡。

充电及换电池管理要设立标准统一的充换电站，全部采用统一的计算机识别与控制和网络管理。

电池充电与车辆更换电池全部在站内进行，不再设置公共和私人充电桩，取消车辆外部充电接口（降成本）。

可防止用户误操作,有效保护车辆及电池安全，并实现可控管理。

充换电网络管理系统需要开发服务器端和客户端计算机网络管理系统并实现全国联网，通过计算机识别网络确认确保充电换电池的有效和可靠管理。

充换电站采用政府采购与民间资本或PPP模式进行建设，选址为现有加油站、停车场、高速服务区等，实现全面覆盖。

按照各种专业人士给出的信息，通过对之前的电池价格走势分析，电池价格基本会每5年成本下降一半。

当然如果碰到电池销量井喷和厂家竞争不断加剧，这种趋势还会加快。

国家电网汽车服务公司副总经理江冰2017年发言中提到,到2020年，汽车电池成本会下降一半。

到2020年，其实也就3年的时间。

理想化地猜测一下:如果是这样的话,那么再3年，又会下降一半。

也就是说到2020年电池成本价格会到650元，2023年即325元。

即使没有这么快速的价格降低，但越来越低的电池成本保证了我们换电的可行性，且经济方面问题也迎刃而解，所以我们认为，更换电池这一方案的可行性还是很高的。

我们不是要做只能充电的加电站，更不做电池更换集散地，我们要做的是结合车主需求的智能超级高效加电站:在车主平时需要充电时通过柔性矩阵充电堆技术对汽车进行较为高效的充电;当车主紧急使用时通过更加高效，只提升少量价格的电池更换服务来达到让车主无缝使用新能源汽车。

这一双管齐下的理念既能满足车主的日常需求,也符合我们要的超级高效的目标。

参考文献
[1] 电动汽车换电模式[E B /O L ].h t t p ://b a i k e.b a i d u.c o m /it e m /电动汽车换电模式/21513324？fr=aiaddin.
[2] 新能源汽车资讯[Z].2017-08-17.
现同时夹紧，采用铰链式联接方式进行传动；利用几组铰链式联接可以实现同时控制两个夹头的夹紧，如何添加导向元件防止夹持过程夹头与坩埚之间发生相对运动，利用滑槽来限定杠杆的转动方向，保证运动传递的方向性。

根据以上设计要求绘制出滑槽杠杆式回转型夹持器的机构简图，如图1所示;滑槽杠杆式回转型夹持器即浇注用单人手持式坩埚夹具的原理图如图2所示。

该机构的自由度F=3n-2P L -P H =3×13-2×19-0=1，该机构的原动件个数为1与机构的自由度相等，故该机构具有确定的相对运动。

夹头处的力与图1结构中a、b及α角度有关，可利用下式计算得出:
F P1和F P2的大小不同，主要由原动杆与从动杆之间的支点位置控制协调变化，该夹具在使用过程中，两夹头所具有的力的大小也不相同，但相互配合，即可以保证夹具在稳定夹紧坩埚的同时，也不至于受力过大致使坩埚变形。

2 结论
利用上述设计原理，结合实训中心现有条件，制作出浇注用单人手持式坩埚夹具即滑槽杠杆式回转型夹持器，如图3所示。

本文设计的浇注用单人手持式坩埚夹具可实现以下功能。

(1)在夹持、移动、浇注过程中，夹具与坩埚间无相对运动。

(2)夹具夹持坩埚时可在0°～135°稳定翻转。

(3)夹持、移动过程时间短、速度快。

(4)重量轻，可实现单人手持操作。

(5)夹持过程中安全、可靠、准确性高。

材料工程系铸造技术专业学生现已在实训中心可实现单人独立完成小型铝合金铸件的生产，进一步地提高铸造技术专业学生的实际操作水平及技能水平，也为其将来在企业中更快更好地进入角色奠定了技术基础。

参考文献
[1] 曹瑜强.铸造工艺及设备[M].2版.北京:机械工业出版社,2012.
[2] 中国机械工程学会,铸造分会.铸造手册:第五卷铸造工艺[M].3版.北京:机械工业出版社,2011.
[3] 陈立德.机械设计基础[M ].4版.北京:高等教育出版社,2013.
[4] 吴宗泽.机器零件设计手册[M ].北京:机械工业出版社,2004.。