滑移式起重夹钳装置主机的加工工艺设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

滑移式起重夹钳装置主机的加工工艺设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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： Q295，用于油槽、油罐、车辆、桥梁等； Q34 Q390，用于油罐、锅炉、桥梁、车辆、压力容器、输油管道、建筑构件等； Q4 Q460，用于船舶、压力容器、电站设备、车辆、起重机械等、 Q345 属低合金高强度结构钢，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 Q345。 起重夹钳装置主机的钳口的材料选择 该 JQ100 起重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H13。 H13系引进美国的 H13 空淬硬化热作模具钢。 执行标准 GB/T1299— 2020。 统一数字代号 A202002；牌号 4Cr5MoSiV1；化学成分 %： C： ， Si： 至 ， Mn： 至 ， Cr： 至 ， Mo： 至 ， V： 至， P 小于等于 ， S 小于等于 ；热处理： 790 度预热， 1000 度（盐浴）或 1010 度（炉控气氛）淬火，保温 5 至 15min 空冷，再进行 5100 度中温回火；其性能、用途和 4Cr5MoSiV 钢基本相同，但因其钒含量高一些，故中温（ 600度）性能比 4Cr5MoSiV 钢要好，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 H13 有如下特性： （ 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。 为此钢材必须有毕业设计（论文） 11 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α→γ相变以减小应力值。 （ 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。 夹钳机构运动过程的可靠性研究 夹钳的机构复杂 ,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 C 点所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 B 点逆时针的阻力矩 ,使外钳臂 绕 A 点顺时针转动 ,则实现了夹钳的复位 ,即须满足下式 : 1 2 3C W bF l G l F l (314) 图 7 外钳臂决定复位的可靠性 毕业设计（论文） 12 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 : (1)若外钳臂所受的 各 种 力 对 A 点产生的力矩的 代 数和使 外 钳 臂 绕 A 点逆时针转 动 ,即 满足 : 1 2 3C W bF l G l F l （ 315） 那么 ,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 C 铰接点受 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 B 铰接点的阻力 矩 ,当夹钳被起重机 放 下 时 ,钳体将会卡 死 ,即 : 1 2 3C W bF l G l F l （ 316） 从图 7 可 看 出 ,若 夹持 的 物 体 直径 越 小 ,外 钳臂 绕 A 点 逆时 针 转 动 的角 度越 大 ,因 此 ,l1 和 l2 会减 小 ,l 会增 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 A点的所有 力 臂 ,下面研 究在什么条件下 夹 钳不会 出 现卡 死 现象 [9]。 F 是吊架传递到钳 臂 上的 力 ,由下式确 定 : / 2 c o s 2dFG     （ 317） 其中 :G— 吊架的重量。 由结构可知 : 7 sinLl 于是由力矩 守恒可得 : 56sindF l G l  （ 318） （ 5） 其 中 : G s — 上钳臂 的 重 量 ； l — 上钳臂 两 交 警链 间 的 距 离 ； l6 — 上钳臂 重心对 C 点的力 臂。 联 立 (4)、 (5)可以解出 Fd 、 α 的值 ,于是可 得 : sin 2dx dFF     c os2dy dFF     （ 319） 毕业设计（论文） 13 图 9 下钳臂受力简图 由图 8 可 得 : c o s ( 2 )b y c y x d x wF F G F G G       （ 320） 由图 9 可 得 : 毕业设计（论文） 14  c o s 2 )x c y y b y x d s x wN F F F G F G G G          （ 321） 式 中 :Nx— 下钳臂在竖直方 向 的正压 力。 于 是 可 得 : •bx cx x xF F F f N   (322) 满足不憋死的条 件 是 : 1 2 ? 5 3 4c x c y w b x b yF l F l G l F l F l    (323) 式 (11)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 于 时 ,夹钳将会 在 复位 过 程 中 卡 死。 而 实 际 摩 擦 因 数小于 ,所 以 ,夹钳不会发 生卡 死 现象。 4 100KG 起 重 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 快速成型 机 (Rapid prototyping，简称 Rp)如图（ 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 (CAD)、计算机辅助制造 (CAM)、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 CAD 三维模型制成实物原型，不仅提高了 CAD 模型的可视性和直观性，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。 毕业设计（论文） 15 图 10 快速成型机 图 11 快速原型制造技术原理图 根据成型工艺技 术 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 SL 工艺称为光造型 或 三维光刻 ； SGC工艺称为实体磨削 固化 ； LOM工艺称为分层实 体 制 造； 间 接 SLS 工艺称为间接选 择 性激光 烧 结； 直接 SLS 工艺称为直接选 择 性激光 烧 结。 (2)微滴的快速成型 工 艺 PCM工艺称为无木模 铸 造； FDM 工艺称为熔融堆 积 成形； BPM工艺称为弹道粒子 制造 ； MJS 工艺称为多相喷 射 固化 ； CC工艺称为轮廓成 型 艺。 (3)激光微滴技术 ： (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原型概念设计 数据采集 ＣＡＤ设计 反求获取 数据处理 集成制造 图形和零件 毕业设计（论文） 16 体，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 CAD软件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。 图 12 粉末材料选择性烧结法工艺流程 三 维 CAD 实体建模：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 的 基 本方 法 ， 通 过 定 义点 、 线、面等完成二维实 体 CAD 建模。 有以 下 3种建模方法： （ 1）线框建模 （ 2）表面建模 （ 3）实体建模 首先通过三维软 件 对夹钳 进 行产 品 设计，由于零件外形不属于不规 则 复杂曲 面，在造型中采用了拉伸、旋转、扫描等基本的特征形体方法，充分发挥 了 主维 软 件的实体建模功能。 由于大部分三维软件是 基 于特征 、 全尺寸约束 、 全数据相关 、 尺寸驱动的 设 计， 大大方便 了 产品 的 修 改。 在 单个 零 件 设 计 完 成后 进 行 零模型处理 处理 切片分层处理。