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球锁式快换凸模的结构与改进

作者:彭博

来源:《中国科技纵横》2016年第19期

【摘 要】在企业实际的生产过程中,不可避免地会发生模具零件的失效,模具零件能否快速更换直接关系到企业的经济效益。本文介绍了传统冲压结构与快换结构的特点,对比了两者的优缺点,阐述了快换结构的优势,并对球锁式快换凸模的结构进行了分析,提出了一种结构改进的思路,对模具设计人员具有一定的借鉴作用。 【关键词】快换模具 凸模 球锁式 改进 1 前言

在利用模具进行加工的过程中,不可避免的会出现模具零部件的失效[1]。为了保证生产的连续性,人们很早就开始研究在线检修更换技术。早在20世纪50年代初期,日本丰田集团在汽车的生产过程中,采用了SMED方法,以应对模具零件更换时间过长,缩短设备停滞时间,提高生产效率。SMED的全称是“六十秒即时换模”(Single Minute Exchange of Die),是一种快速和有效的切换方法,快速换模法使得原本需要1个小时更换模具的时间,减少至10分钟以内。基于这种快速更换模具的思路,技术人员从模具自身的结构和标准件入手,通过改变易损件局部的配合方式,并将其标准化,以期达到快速更换的目的。冲裁模具中的凸模与凹模,在实际使用过程中,由于需要与工件直接接触,会产生磨损,造成尺寸超差,容易发生磨损或者断裂,属于加工过程中的易损零件,在生产过程中经常需要更换。每当对模具进行更换时,则会造成生产的停滞,并对企业的运营造成连锁反应,直接影响企业的收益。 2 传统冲压凸模的结构

传统的凸模往往采用带肩凸模,如图1所示,这种凸模往往是安装在凸模固定板上,用凸模模板夹住,两块模板利用螺钉连接,再利用圆锥销定位。当带肩凸模发生磨损或断裂,需要进行更换时,需要先将内六角螺钉和圆锥销卸下,再从反面敲击凸模固定板,使失效的凸模脱出,然后对凸模进行更换,重新安装各个模板,并进行连接和定位,完成更换工作费时费力。 在进行备件凸模的安装过程中,由于与凸模配合的模板的前期磨损,拆卸的不便,造成安装时间长,且精度下降,对企业生产造成一定的影响[2]。更换凸模的过程就是一个动模部分的拆装过程,每进行一次更换就会造成一次精度的降低,模具越大,更换的周期就越长,人力物力投入也就越大。对于最求时间价值、降低生产成本的企业来说,可谓不可承受之重。 3 快换凸模的结构与改进

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快换凸模就是指用简单工具即可实现快速装卸和更换的凸模[3]。钢球锁紧式快换凸模简称球锁式凸模,是目前较为常见的快换凸模的形式。传统的快换凸模是采利用被弹簧施压的钢球,对凸模进行锁紧、定位的一种典型结构的凸模,如图2所示。

为了实现利用钢球锁住凸模,凸模侧面的柄部被加工了一个水滴状的球窝。当凸模插入模孔时,只需稍加转动,钢球在弹簧的作用下就会滑入球窝,从而实现对凸模的锁紧。在实际装配过程中,固定座上的斜孔中心线与凸模球窝的中心线之间会形成12°的自锁角度,同时由于球窝的半径小于钢球的,其与柄部外圆之间形成的两条相关边缘线支撑在钢球的两点上,使得快换凸模能够可靠地锁紧并精确的定位。由于弹簧孔方向对模具的拆装有直接的影响,技术人员可以采用图3所示三种不同弹簧孔方向结构的快锁凸模,并利用螺栓堵头进行紧固,从而构成了较为可靠的锁紧结构。

图3(a)所示为底斜孔固定式结构,螺栓的轴线与快换凸模的轴线夹角为12°的自锁角度,从而使得弹簧提供的弹力能够使钢球锁住快换凸模。此时快换凸模的冲裁力由动模底板承担,卸料力由螺栓传递给凸模固定板。但由于动模底部固定在压力机上,无法直接松开螺栓,这种方式无法直接实现快换。图3(b)所示为侧孔固定式,螺栓的轴线与快换凸模的轴线夹角为90°直角,这种方式可以实现凸模的快换,在加工时凸模产生的卸料力通过钢球传导给螺栓。同时当侧面有其他结构干涉时,也无法直接实现快换。图3(c)所示为顶斜孔固定式,螺栓的轴线与快换凸模的轴线夹角为12°的自锁角度,这种方式能够实现凸模的快换,并且平面占位较少。但是在工作过程中产生的卸料力通过钢球传递给螺栓,由螺纹连接承受卸料力。如果不增加止回结构,可能导致螺栓松动,造成凸模的冲裁精度降低,影响生产。

考虑到弹簧在实际生产过程中容易发生失效,导致钢珠无法锁紧凸模,造成凸模的滑落,通过对球锁式凸模结构的改进,可以使得快换凸模的可靠性提高。但由于高弹态下的橡胶在发生弹性形变时,会将内摩擦力转换为热能,在工作中会产生一定的热量。而弹簧在被压缩时,外界对它做功,能够转变为势能,当卸载后,势能转变为动能,弹簧回复,来回的整个过程没有热能的转换。因此对于需要较大冲裁力的生产环境,还需要将橡胶替换为弹簧。 4 结语

球锁式快换凸模结构具有加工方便、结构紧凑、锁紧牢固、定位精确、更换方便、成本低廉等特点,被广泛用于汽车制造、机械电子、精密加工等冲压流水线作业的生产线。对传统的球锁式快换结构进行改进,可以增加模具在使用过程中的可靠性。快换模具的结构对于流水作业的批量生产具有非常明显的优势,当需要更换易损件时,只需要利用专用工具压入钢球,取下受损件,再换入新备件,则可以实现快速更换,整个过程通常不超过5分钟,大大节约了人力物力财力,从而实现了模具的在线检修。除了球锁式快换结构,为了进一步提高模具零件在更换后的精度,降低快换零件的加工成本,随着模具生产技术的发展,新的快换结构被设计出来,例如采用螺纹紧固式快换结构、螺栓紧固式快换结构、键锁式快换结构、挂槽式的快换结构等方式,均能实现在线快速更换易损备件的目的[4]。随着技术的不断发展,越来越多的快换技术将会出现,模具的设计过程也在考虑更多的快换结构,除了冲裁模具之外,冲压件的局

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部翻遍、修边、切缝、穿透、推件、顶料、导正等工序的结构件,也开始采用这种快换结构。目前国内已经实现了许多种快换结构的标准化,客观上为模具的设计提供了更为多样的思路与方案。 参考文献:

[1]王常在,魏兆芹.冲压模具的失效形式分析与思考[J].中国机械,2013(4):119-120. [2]李耀辉.快换冲头冷冲压模具装置设计[J].锻压装备与制造技术,2015(1):83-84. [3]安文宝,李宏荣,朱文科,等.快换凸模的结构特点与设计应用[J].模具工业,2001(6):30-34.

[4]李大鑫,张秀棉.模具技术现状与发展趋势综述[J].模具制造,2005(2):1-4.