【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用颗粒材料开发功能器件领域，特别涉及一种基于形状记忆颗粒的温控夹具及夹取方法。
技术介绍
1、形状记忆合金能够自发地对外界刺激(如温度、应力等)做出响应，能用于制备具有特定功能的器件，被广泛的应用在航空航天、生物医疗、交通和机器人等领域。颗粒材料是由众多独立的固体小颗粒所构成的宏观上的集合，由于若干不同颗粒间异常复杂的相互作用，颗粒材料具有复杂的结构和性质，在不同条件下可展现出固、液、或气体的行为：在重力堆积静止和压缩下颗粒材料类似固体，可以承受外力而不发生结构破坏；在搅拌或在剪切的作用下颗粒材料会发生类似流体的流动；当流动的颗粒速度较大、颗粒间距离较大，还会发生类似气体流动的行为。在工业过程中，由颗粒材料构成的器件相较于传统的单个功能器件，具有装置简单、易于装配、可靠性高等特点，因此利用颗粒材料设计功能器件具有广泛的应用前景。但是，优化工业过程需要基于对颗粒材料物理力学性质的理解、描述、预测和控制，因此利用颗粒材料的特点设计功能器件仍是科学技术发展的一个重要难题。
2、目前，已经有基于形状记忆合金构件制造的温控抓手，此类抓手将多个形状记忆合金丝固定在固定杆件上形成手指形状的机器人抓手，利用形状记忆合金的温度效应驱动类人手关节运动从而实现夹持。然而，这种抓手夹持力较小，范围在70到500mn之间。此类抓手设计复杂、成本较高、操纵难度大，且需要高成本的维护和校准。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种基于形状记忆颗粒的温控夹具及夹取方
2、本专利技术的技术方案如下：
3、(一)基于形状记忆颗粒的温控夹具。
4、所述温控夹具包括壳体和形状记忆颗粒；壳体内部填充有若干根细长丝状的形状记忆颗粒，被夹取工件的一端插入壳体内并挤压形状记忆颗粒，使形状记忆颗粒产生塑性弯曲变形，形状记忆颗粒紧密堆积在被夹取工件在壳体内一端的周围；所述温控夹具通过形状记忆颗粒升温后的形变夹紧被夹取工件的一端。
5、形状记忆颗粒具有形状记忆效应，即形状记忆颗粒在一定温度下变形、去除外力时保持变形的形状、并在加热至“转变温度”以上时恢复其原始未变形的形状。
6、所述形状记忆颗粒为镍钛形状记忆合金颗粒。
7、在零应力下，镍钛形状记忆合金的奥氏体起始温度为50℃，奥氏体结束温度为80℃。形状记忆合金在低温(低于50℃)时具有弹塑性，加卸载后材料将保留一定的塑性变形。形状记忆合金在高温(高于50℃)时将发生马氏体逆相变。零应力状态下，材料中的塑性变形将会随温度的升高而减小，温度高于80℃时塑性变形将消失。
8、所述镍钛合金的成分为镍50at.％、钛50at.％。
9、每根形状记忆颗粒均具有相同的长径比，形状记忆颗粒的长径比为30：1～40：1。
10、所述形状记忆颗粒的总体积在壳体内除了被夹取工件以外的容积中的占比为18％～28％。具体实施中，通过控制壳体内填充的形状记忆颗粒的数量可以调整形状记忆颗粒的体积占比。
11、所述壳体的内径大于单根形状记忆颗粒的长度。
12、所述壳体的顶面开设有通孔，被夹取工件的一端穿过通孔后插入到壳体内。
13、所述壳体采用热稳定性材料，且热稳定性材料的耐温不低于80℃。
14、具体实施中，所述通孔的尺寸略大于被夹取工件的尺寸。
15、(二)温控夹具的夹取方法。
16、所述夹取方法的具体步骤如下：
17、s1)插入被夹取工件：在室温下，将被夹取工件的一端插入温控夹具内，被夹取工件插入壳体内的一端挤压形状记忆颗粒并使形状记忆颗粒塑性弯曲。
18、s2)夹紧被夹取工件：将形状记忆颗粒加热至夹取温度，形状记忆颗粒趋向变直，塑性弯曲程度降低，被夹取工件插入壳体内的一端与周围的形状记忆颗粒之间的作用力增大，被夹取工件插入壳体内的一端被形状记忆颗粒夹紧，温控夹具夹紧被夹取工件；
19、所述步骤s2)中，夹取温度为70～80℃；
20、所述步骤s2)中，形状记忆颗粒的加热过程具体为：将s1)中获得的插入被夹取工件的温控夹具放置在烘箱中，在夹取温度下持续加热50～60分钟。
21、s3)释放被夹取工件：将形状记忆颗粒冷却至室温，形状记忆颗粒的弯曲程度恢复至步骤s1)中的状态，被夹取工件插入壳体内的一端与周围的形状记忆颗粒之间的作用力减小，被夹取工件插入壳体内的一端不再被形状记忆颗粒夹紧，温控夹具释放被夹取工件。
22、s4)从温控夹具内取出被夹取工件后，按照所述步骤s1)～s3)重复被夹取工件的插入、夹紧、释放过程，以循环或连续使用温控夹具，直至夹取结束。
23、具体地，所述温控夹具是将若干根具有相同长径比的形状记忆颗粒按照预先设置的体积占比随机填充到壳体内后而成。
24、所述温控夹具采用镍钛合金丝颗粒系统，利用颗粒受温度调控的形状记忆效应，通过调节温度来改变颗粒形状，从而控制颗粒系统在“非拥塞-拥塞”之间的状态转变，实现“夹紧-释放”的调节。其中，拥塞状态是指一个由大量离散颗粒构成的系统，在特定条件下，颗粒之间的相互作用突增，显著阻碍了颗粒运动和系统的变形，颗粒系统失去流动性而表现的更像一个固体，同时颗粒物质会对与其接触的界面产生较大的作用力。
25、本专利技术通过升高温控夹具内形状记忆颗粒的温度，调控颗粒系统发生拥塞现象，实现对被夹取工件的夹取；接着通过降低温控夹具内形状记忆颗粒的温度，调控颗粒系统由拥塞状态向非拥塞状态转变，实现对被夹取工件的释放：
26、所述步骤s2)中，将形状记忆颗粒加热至夹取温度后，形状记忆颗粒趋向于恢复最初的直线形状，导致颗粒系统发生拥塞现象，被夹取工件被夹紧；所述步骤s3)中，将形状记忆颗粒冷却至室温后，形状记忆颗粒的塑性弯曲变形增大，颗粒系统的拥塞解除，失去对被夹取工件的夹紧能力。
27、进一步地，本专利技术还能够通过控制形状记忆颗粒的长径比、体积占比和颗粒温度来调控夹具的承载能力。
28、本专利技术的有益效果如下：
29、(1)本专利技术利用形状记忆颗粒开发了可自主对热刺激产生响应的温控夹具，温度变化可引发夹具“夹紧-释放”的转变，实现对夹具工作过程的智能化控制。
30、(2)本专利技术通过改变颗粒的长径比、体积分数以及温度可调控夹具的夹持力。本专利技术综合利用了形状记忆材料和颗粒散体材料的特点，在智能器件领域具有广泛的应用前景。
31、(3)本专利技术将广泛存在的颗粒材料与智能材料(如形状记忆合金)相结合，开发出无人为干预、可自发对外界刺激做出反应的高可靠性的智能器件，兼具形状记忆合金和颗粒材料的特点。
32、(4)本专利技术提供了一种基于形状记忆颗粒的温控夹具的使用方法，实现通过调节夹具单元温度控制夹具的夹持和释放重物的功能。另外，通过调控颗粒的长径比和体积占比，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述温控夹具包括壳体和形状记忆颗粒；壳体内部填充有若干根丝状的形状记忆颗粒，被夹取工件的一端插入壳体内，形状记忆颗粒堆积在被夹取工件的周围；所述温控夹具通过形状记忆颗粒升温后的形变夹紧被夹取工件。
2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述形状记忆颗粒为镍钛合金颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：镍钛合金的成分为镍50at.％和钛50at.％。
4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述形状记忆颗粒的长径比为30：1～40：1；所述形状记忆颗粒的总体积在壳体内除了被夹取工件以外的容积中的占比为18％～28％。
5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述壳体的内径大于单根形状记忆颗粒的长度。
6.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述壳体的顶面开设有通孔，被夹取工件的一端穿过通孔后插入到壳体内。
7.一种采
8.根据权利要求7所述的一种温控夹具的夹取方法，其特征在于：所述步骤S2)中，夹取温度为70～80℃。
9.根据权利要求7所述的一种温控夹具的夹取方法，其特征在于：所述步骤S2)中，形状记忆颗粒的加热过程具体为：将S1)中获得的插入被夹取工件的温控夹具放置在烘箱中，在夹取温度下加热50～60分钟。
10.根据权利要求7所述的一种温控夹具的夹取方法，其特征在于：所述温控夹具是将若干根形状记忆颗粒按照预先设置的体积占比填充到壳体内而成。
...【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述温控夹具包括壳体和形状记忆颗粒；壳体内部填充有若干根丝状的形状记忆颗粒，被夹取工件的一端插入壳体内，形状记忆颗粒堆积在被夹取工件的周围；所述温控夹具通过形状记忆颗粒升温后的形变夹紧被夹取工件。
2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述形状记忆颗粒为镍钛合金颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：镍钛合金的成分为镍50at.％和钛50at.％。
4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于：所述形状记忆颗粒的长径比为30：1～40：1；所述形状记忆颗粒的总体积在壳体内除了被夹取工件以外的容积中的占比为18％～28％。
5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆颗粒的温控夹具，其特征在于...
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