梁海澄，吳天保，李康福，甄華勁

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學院機電技術(shù)學院，廣東 廣州510300）

0 引言

現(xiàn)代生產(chǎn)線上的機器手經(jīng)常需要夾持不同形狀或材料的工件，因此生產(chǎn)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(chǎn)品，具有重要的工程應用價值。目前軟體手爪為中空結(jié)構(gòu)，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(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)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(jié)構(gòu)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(tài)石蠟制成氣動軟體夾持器的內(nèi)部成型結(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)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(nèi)腔按照手爪內(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖

為保證啟動軟體手爪內(nèi)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(xù)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(jié)構(gòu)如圖3所示，硅膠手爪模具同樣采用對稱方式分模，模具內(nèi)腔按照手爪外形設計。

圖3 硅膠手爪模具結(jié)構(gòu)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(diào)整注射壓力、溫度和時間，得到理想蠟芯。經(jīng)反復實驗，確定工藝參數(shù)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(xiàn)披風現(xiàn)象，經(jīng)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(tài)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(jié)束語

本研究針對一種中空結(jié)構(gòu)的氣動軟體手爪設計制造工藝。針對手爪的中空結(jié)構(gòu)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。