CN117620096A - 一种自适应定位砂芯夹持装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应定位砂芯夹持装置及使用方法，气囊穿过上压紧螺母安装到气囊通气杆上，下锁紧螺钉安装在气囊底部；气囊结构安装到夹持杆上，气囊被撑开时，砂芯被夹持住；底板夹持安装孔直径比夹持杆大，安装夹持杆时从顶部安装螺母，然后套入套管，套管长度大于底板厚度，拧紧螺母后夹持杆仍有一定自由度；在夹持杆中部区域加工台阶孔，台阶孔内部与夹持杆的中心通气孔相连，在台阶孔内安装橡胶垫，在外侧制作底座，底座的孔径比夹持杆直径稍大；在充气状态下橡胶垫会伸出，夹持杆被固定在底座上不能移动；本发明对气囊结构进行优化，简化夹持结构，在保证使用功能的前提下降低成本，避免转运时砂芯摆动，保证砂芯的相对位置精度。

Description

一种自适应定位砂芯夹持装置及使用方法

技术领域

本发明属于夹具技术领域，涉及一种自适应定位砂芯夹持装置及使用方法。

背景技术

缸盖内腔需要使用形状复杂的砂芯成型。在缸盖批量自动化生产过程中，通常使用专用夹具夹持砂芯，将其放置到模具内。砂芯夹持和放置过程中，要求夹具的夹持杆、气囊与砂芯的夹持孔中心完全重合，以此保证在夹持和放置过程中夹持杆不会与砂芯干涉，避免造成砂芯定位不准或砂芯破损。传统设计方案如下：

参阅图1，气囊结构设计：气囊主体15采用高强度铝材加工成型，内部中空，下部夹持部位加工圆周对称分布的圆孔，橡胶部分16安装到气囊主体15内，橡胶设有凸起部分，当橡胶中部充气后凸起部位凸出，凸出部分与砂芯接触，在摩擦力作用下夹持砂芯。该种气囊结构复杂，成本高，橡胶容易磨损，并且磨损后需要整体更换。

参阅图2、图3，砂芯夹持杆设计：砂芯夹持杆17使用普通钢材制作，内部钻孔，用于通气。底部安装专用气囊18，顶部连接压缩空气气路19、压缩空气气路快换接头20。

夹持杆外部固定区域加工外螺纹，使用两个紧固螺母21将夹持杆固定在底板22上。

夹具运行状态：取芯前，砂芯组被放置在组芯胎具上，组芯胎具上设置有限位块。

取芯时，在机器人动作下取芯夹持杆17前端的气囊垂直进入砂芯组夹持孔内，夹具到位后气囊充气撑开，然后机器人垂直升起，夹具和砂芯组被带出组芯胎具。

下芯时，夹持了砂芯组的夹具运动到指定位置后垂直将砂芯组放置到模具内，气囊排气，此时气囊恢复到原有尺寸，机器人垂直升起，砂芯组被放入模具内，完成下芯作业。

夹持杆采用上下螺母固定在底座上的方式，在实际使用过程中发现有以下问题：

制作和装配误差造成底座中心与砂芯定位孔中心不重合；

夹持杆采用螺母固定，由于加工误差通常螺母固定面与夹持杆不垂直，紧固后夹持杆不垂直。夹持杆越长，偏移现象越明显；

在夹具调试过程中出现以上现象后，通常采用合适的垫片来找正夹持杆，使夹持杆中心与砂芯夹持孔中心一致，该种方法需要大量时间调试；

气囊更换后气囊中心可能发生偏移，会导致整个夹持杆需要重新再次调整。

专利文献CN105834371A公开一种砂芯夹持定位装置，包括厚度粗调部、长度调整部、厚度微调部，所述长度调整部活动设置在厚度粗调部的两个端部，所述厚度微调部活动设置在长度调整部的端部，所述厚度粗调部包括主套筒、移动套杆、主定位销，所述长度调整部包括第一定位杆、第二定位杆，所述厚度微调部包括微调螺杆及设置在微调螺杆下端的微调夹板，本发明克服了现有技术中砂芯夹持不方便、夹持工具遇高温失去夹持力的缺陷，提供了一种砂芯夹持装置，所述砂芯夹持装置可以提高砂芯夹持的夹持力，实现夹持装置的半自动化，简化了操作过程，提高了生产效率。

专利文献CN215614873U公开了一种砂芯夹持装置，本申请包括：第一刚性夹板、第二刚性夹板、柔性耐磨条以及夹具；所述第一刚性夹板的一面上设有多道具有预设深度的燕尾槽，所述柔性耐磨条与所述燕尾槽的数量一致，所述燕尾槽用于卡住所述柔性耐磨条，所述柔性耐磨条置于所述燕尾槽中时另一端稍凸出所述第一刚性夹板，所述第二刚性夹板与所述第一刚性夹板具有相同结构，所述第一刚性夹板、与所述夹具连接，所述夹具控制所述第一刚性夹板与所述第二刚性夹板对砂芯进行夹持固定，所述柔性耐磨条与砂芯接触，且砂芯与所述第一刚性夹板和第二刚性夹板之间存在空隙。

专利文献CN218696281U公开了一种新型浮动式定位夹具，包括中心底座，所述中心底座内壁上滑动嵌套有上下浮动定位轴芯，所述上下浮动定位轴芯一侧外壁上开有上下限位用滑槽，所述中心底座外壁上螺接有侧固式顶丝，所述侧固式顶丝前端延伸至滑槽内，所述上下浮动定位轴芯顶部嵌装有可更换式定位锥套，所述中心底座底部中心位置处嵌装有内置式弹簧。本实用新型采用内置式弹簧的结构，长杆螺栓的螺帽、密封圈能够对中心底座、上下浮动定位轴芯、可更换式定位锥套和内置式弹簧起到密封作用，彻底解决加工过程中残渣卡入夹具问题，采用可更换锥套结构，不同产品更换对应造成锥套即可，底座无需更换，节省夹具制作费用及更换工装效率。

上述专利文献，砂芯夹持方面一般都主要为夹爪方式，而定位方面主要采用滑动轨道等方式实现，并且主要应用于机械加工行业。本发明完全不同于以上实现方案，本发明砂芯夹持方式和定位方式在以上专利文献中未提出。

发明内容

本发明主要为了解决砂芯夹持工装使用过程中夹持杆与砂芯夹持孔不同心问题，该问题会导致砂芯夹持过程中夹持杆与砂芯碰撞干涉，砂芯出现掉砂，严重时砂芯出现断裂现象，在下芯过程中如果不同心，工装升起时同时会导致砂芯被带起来，从而造成砂芯未下到位，严重时砂芯断裂。为解决上述问题，本发明提供了一种自适应定位砂芯夹持装置及使用方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种自适应定位砂芯夹持装置，包括气囊结构、夹持杆；所述气囊结构包括上压紧螺母1、下锁紧螺钉2、气囊3、气囊通气杆4；

所述气囊3穿过上压紧螺母1后，通过螺纹配合安装到气囊通气杆4上，下锁紧螺钉2安装在气囊3底部；

气囊结构安装到夹持杆上，通气后气囊被撑开，直至膨胀到与砂芯贴合，在摩擦力作用下砂芯被夹持住。

进一步地，一种自适应定位砂芯夹持装置，还包括套管11、底板12；所述夹持杆5靠近顶部区域加工外螺纹，底板12夹持安装孔直径比夹持杆大，安装夹持杆时从顶部安装第一个螺母，然后套入套管11，套管11的长度比底板12厚度大；将夹持杆从底板下部穿过安装孔，从上部安装另外一个螺母，拧紧螺母；套管长度大于底板厚度，拧紧螺母后夹持杆仍有一定自由度。

进一步地，在夹持杆5中部区域横截面方向，加工台阶孔，台阶孔内部与夹持杆的中心通气孔相连，在台阶孔内安装橡胶垫13，在外侧制作底座9，底座的孔径比夹持杆5直径稍大；在充气状态下橡胶垫会伸出，夹持杆5被固定在底座9上不能移动。

进一步地，所述夹持杆5使用普通钢材制作，内部钻通气孔，用于通气；夹持杆5下端采用螺纹方式安装气囊结构，夹持杆5顶部连接压缩空气气路6。

进一步地，所述气囊通气杆4采用高强度铝材加工成型，内部中空，下部设有通气孔。

进一步地，所述套管11厚度2mm，套管11的长度比底板12厚度大1mm。

进一步地，台阶孔均匀分布8个。

进一步地，所述底座9为L型。

一种自适应定位砂芯夹持装置的使用方法，其特征在于：

取芯时，在机器人动作下，夹持杆前端的气囊垂直进入砂芯组夹持孔内，此时夹持杆仍有一定自由度，夹持杆不会与砂芯出现中心不重合导致的砂芯刮蹭；

压缩空气气路通气，气囊被撑开，橡胶垫伸出，夹持杆被固定在底座上；

在砂芯转运过程中，砂芯夹持装置一直处于充气状态，夹持杆不能自由晃动，避免砂芯在转运过程中相对位置发生偏移；

下芯时，夹持了砂芯组的砂芯夹持装置运动到指定位置后垂直将砂芯组放置到模具内，气囊排气，气囊恢复到原有尺寸，橡胶垫失去气压而失去固定作用，夹持杆恢复一定的自由度；

机器人垂直升起时，砂芯组被放入模具内，完成下芯作业。

进一步地，维护砂芯夹持装置时，只需更换气囊。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明对夹持气囊结构进行优化，简化夹持结构，在保证使用功能的前提下降低成本。

本发明通过对夹持杆固定方式进行改进，设计一种自适应定位结构，在下芯和砂芯放置过程中夹持杆松动，从而避免以上描述的问题，同时在工装转运过程中，夹持杆会固定到支撑底座上，从而避免转运时砂芯摆动，保证砂芯的相对位置精度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为传统设计方案中的气囊结构示意图；

图2为传统设计方案中的砂芯夹持杆示意图；

图3为传统设计方案中的砂芯夹持杆剖视图；

图4为夹持工装夹持砂芯示意图；

图5为本发明气囊结构示意图；

图6为本发明气囊结构剖视图；

图7为本发明砂芯夹持杆示意图；

图8为本发明砂芯夹持杆剖视图；

图中：

1、上压紧螺母；

2、下锁紧螺钉；

3、气囊；

4、气囊通气杆；

5、夹持杆；

6、压缩空气气路；

7、压缩空气气路快换接头；

8、底座紧固螺钉；

9、底座；

10、螺母；

11、套管；

12、底板；

13、橡胶垫；

14、定位销；

15、气囊主体；

16、橡胶部分；

17、砂芯夹持杆；

18、专用气囊；

19、连接压缩空气气路；

20、压缩空气气路快换接头；

21、砂芯；

22、夹持杆部件；

A、气囊结构。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图4、图5、图6、图7、图8，本发明提供一种自适应定位砂芯夹持装置，包括气囊结构A、夹持杆5、压缩空气气路6、底座9、套管11、底板12、橡胶垫13；

气囊结构A包括上压紧螺母1、下锁紧螺钉2、气囊3、气囊通气杆4。

气囊结构设计方案：

气囊通气杆4采用高强度铝材加工成型，内部中空，下部设有通气孔。设计有上压紧螺母1，橡胶气囊3穿过压紧螺母后再通过螺纹配合安装到气囊通气杆上，最后将下锁紧螺钉2安装到气囊底部。

该气囊结构安装到夹持杆上，通气后气囊被撑开，直至膨胀到与砂芯贴合，在摩擦力作用下砂芯能被夹持住。该结构简单，每次只需更换橡胶气囊，维护方便，成本低。

参阅图7、图8，砂芯夹持杆设计方案：

砂芯夹持杆5使用普通钢材制作，内部钻通气孔，用于通气。下端采用螺纹方式安装专用气囊结构A，顶部连接压缩空气气路6。

靠近顶部区域加工外螺纹，底板夹持安装孔直径比夹持杆大，安装夹持杆时先从顶部安装第一个螺母10，然后套入一个厚度2mm的套管11，该套管的长度比底板12厚度大1mm。然后将夹持杆从底板下部穿过安装孔，从上部安装另外一个螺母，拧紧螺母。此时由于套管长度大于底板厚度，拧紧螺母后夹持杆仍有一定自由度。

在夹持杆上设计了自适应定位区域，具体设计方案和原理如下：

在夹持杆中部区域横截面方向，加工均匀分布的8个台阶孔，台阶孔内部与夹持杆的中心通气孔相连，在台阶孔内安装合适尺寸的橡胶垫13，在外侧制作L型固定底座9，该底座的孔径比夹持杆稍大。

在充气状态下橡胶垫会伸出，夹持杆被固定在底座上不能移动。

本发明提供另一实施例，提供一种自适应定位砂芯夹持装置的使用方法，包括：

取芯前，砂芯组被放置在组芯胎具上，组芯胎具上设置有限位块。

取芯时，在机器人动作下取芯夹持杆前端的气囊垂直进入砂芯组夹持孔内，由于此时夹持杆仍有一定自由度，夹持杆不会与砂芯出现中心不重合导致的砂芯刮蹭。夹具到位后气路通气，此时气囊被撑开，同时浮动定位区域的橡胶垫伸出，夹持杆被固定在底座上。然后机器人垂直升起，夹具和砂芯组被带出组芯胎具。由于在砂芯转运过程中，夹具一直处于充气状态，夹持杆不能自由晃动，因此避免了砂芯在转运过程中相对位置发生偏移的问题。

下芯时，夹持了砂芯组的夹具运动到指定位置后垂直将砂芯组放置到模具内，气囊排气，此时气囊恢复到原有尺寸，同时浮动定位区域的橡胶垫失去气压而失去固定作用，此时夹持杆恢复一定的自由度。机器人垂直升起时，砂芯组被放入模具内，完成下芯作业，在该过程中可以避免夹持杆与砂芯不同心造成的将砂芯带起来的问题。

该自适应定位机构区域也有可能采用橡胶气囊结构来实现固定目的。

本发明使用新的气囊结构，方便维护，只需更换橡胶气囊部分，成本低。

相比于传统砂芯夹持装置，夹持杆设计了自适应定位装置，能根据夹持杆自身状态调节夹持杆与砂芯夹持孔的中心状态，从而使夹持杆与砂芯夹持孔一直保持中心重合。

自适应定位区域使用了橡胶垫材质，该结构能保证在充气状态下橡胶与底座接触压缩后有一定膨胀量，避免橡胶垫与夹持杆漏气，同时该材质避免对夹持杆孔的磨损，提高夹持杆的使用寿命。橡胶垫磨损后易于更换维护。

夹持杆不再使用双螺母紧固方式，夹持杆在不充气的情况下有一定自由度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种自适应定位砂芯夹持装置，包括气囊结构、夹持杆；其特征在于：

所述气囊结构包括上压紧螺母(1)、下锁紧螺钉(2)、气囊(3)、气囊通气杆(4)；

所述气囊(3)穿过上压紧螺母(1)后，通过螺纹配合安装到气囊通气杆(4)上，下锁紧螺钉(2)安装在气囊(3)底部；

气囊结构安装到夹持杆上，通气后气囊被撑开，直至膨胀到与砂芯贴合，在摩擦力作用下砂芯被夹持住。

2.根据权利要求1所述的一种自适应定位砂芯夹持装置，其特征在于：

还包括套管(11)、底板(12)；所述夹持杆(5)靠近顶部区域加工外螺纹，底板(12)夹持安装孔直径比夹持杆大，安装夹持杆时从顶部安装第一个螺母，然后套入套管(11)，套管(11)的长度比底板(12)厚度大；将夹持杆从底板下部穿过安装孔，从上部安装另外一个螺母，拧紧螺母；套管长度大于底板厚度，拧紧螺母后夹持杆仍有一定自由度。

3.根据权利要求2所述的一种自适应定位砂芯夹持装置，其特征在于：

在夹持杆(5)中部区域横截面方向，加工台阶孔，台阶孔内部与夹持杆的中心通气孔相连，在台阶孔内安装橡胶垫(13)，在外侧制作底座(9)，底座的孔径比夹持杆(5)直径稍大；在充气状态下橡胶垫会伸出，夹持杆(5)被固定在底座(9)上不能移动。

4.根据权利要求3所述的一种自适应定位砂芯夹持装置，其特征在于：

所述夹持杆(5)使用普通钢材制作，内部钻通气孔，用于通气；夹持杆(5)下端采用螺纹方式安装气囊结构，夹持杆(5)顶部连接压缩空气气路(6)。

5.根据权利要求1所述的一种自适应定位砂芯夹持装置，其特征在于：

所述气囊通气杆(4)采用高强度铝材加工成型，内部中空，下部设有通气孔。

6.根据权利要求2所述的一种自适应定位砂芯夹持装置，其特征在于：

所述套管(11)厚度2mm，套管(11)的长度比底板(12)厚度大1mm。

7.根据权利要求3所述的一种自适应定位砂芯夹持装置，其特征在于：

台阶孔均匀分布8个。

8.根据权利要求3所述的一种自适应定位砂芯夹持装置，其特征在于：

所述底座(9)为L型。

9.一种自适应定位砂芯夹持装置的使用方法，其特征在于：

取芯时，在机器人动作下，夹持杆前端的气囊垂直进入砂芯组夹持孔内，此时夹持杆仍有一定自由度，夹持杆不会与砂芯出现中心不重合导致的砂芯刮蹭；

压缩空气气路通气，气囊被撑开，橡胶垫伸出，夹持杆被固定在底座上；

在砂芯转运过程中，砂芯夹持装置一直处于充气状态，夹持杆不能自由晃动，避免砂芯在转运过程中相对位置发生偏移；

下芯时，夹持了砂芯组的砂芯夹持装置运动到指定位置后垂直将砂芯组放置到模具内，气囊排气，气囊恢复到原有尺寸，橡胶垫失去气压而失去固定作用，夹持杆恢复一定的自由度；

机器人垂直升起时，砂芯组被放入模具内，完成下芯作业。

10.根据权利要求9所述的一种自适应定位砂芯夹持装置的使用方法，其特征在于：

维护砂芯夹持装置时，只需更换气囊。