彭博

（成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610218）

球鎖式快換凸模的結(jié)構(gòu)與改進(jìn)

彭博

（成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610218）

在企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)過程中，不可避免地會發(fā)生模具零件的失效，模具零件能否快速更換直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了傳統(tǒng)沖壓結(jié)構(gòu)與快換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對比了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了快換結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，并對球鎖式快換凸模的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，提出了一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的思路，對模具設(shè)計(jì)人員具有一定的借鑒作用。

快換模具 凸模 球鎖式 改進(jìn)

1 前言

在利用模具進(jìn)行加工的過程中，不可避免的會出現(xiàn)模具零部件的失效［1］。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，人們很早就開始研究在線檢修更換技術(shù)。早在20世紀(jì)50年代初期，日本豐田集團(tuán)在汽車的生產(chǎn)過程中，采用了SMED方法，以應(yīng)對模具零件更換時(shí)間過長，縮短設(shè)備停滯時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。SMED的全稱是“六十秒即時(shí)換?！保⊿ingle Minute Exchange of Die），是一種快速和有效的切換方法，快速換模法使得原本需要1個(gè)小時(shí)更換模具的時(shí)間，減少至10分鐘以內(nèi)。基于這種快速更換模具的思路，技術(shù)人員從模具自身的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)件入手，通過改變易損件局部的配合方式，并將其標(biāo)準(zhǔn)化，以期達(dá)到快速更換的目的。沖裁模具中的凸模與凹模，在實(shí)際使用過程中，由于需要與工件直接接觸，會產(chǎn)生磨損，造成尺寸超差，容易發(fā)生磨損或者斷裂，屬于加工過程中的易損零件，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要更換。每當(dāng)對模具進(jìn)行更換時(shí)，則會造成生產(chǎn)的停滯，并對企業(yè)的運(yùn)營造成連鎖反應(yīng)，直接影響企業(yè)的收益。

2 傳統(tǒng)沖壓凸模的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的凸模往往采用帶肩凸模，如圖1所示，這種凸模往往是安裝在凸模固定板上，用凸模模板夾住，兩塊模板利用螺釘連接，再利用圓錐銷定位。當(dāng)帶肩凸模發(fā)生磨損或斷裂，需要進(jìn)行更換時(shí)，需要先將內(nèi)六角螺釘和圓錐銷卸下，再從反面敲擊凸模固定板，使失效的凸模脫出，然后對凸模進(jìn)行更換，重新安裝各個(gè)模板，并進(jìn)行連接和定位，完成更換工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

在進(jìn)行備件凸模的安裝過程中，由于與凸模配合的模板的前期磨損，拆卸的不便，造成安裝時(shí)間長，且精度下降，對企業(yè)生產(chǎn)造成一定的影響［2］。更換凸模的過程就是一個(gè)動模部分的拆裝過程，每進(jìn)行一次更換就會造成一次精度的降低，模具越大，更換的周期就越長，人力物力投入也就越大。對于最求時(shí)間價(jià)值、降低生產(chǎn)成本的企業(yè)來說，可謂不可承受之重。

3 快換凸模的結(jié)構(gòu)與改進(jìn)

快換凸模就是指用簡單工具即可實(shí)現(xiàn)快速裝卸和更換的凸模［3］。鋼球鎖緊式快換凸模簡稱球鎖式凸模，是目前較為常見的快換凸模的形式。傳統(tǒng)的快換凸模是采利用被彈簧施壓的鋼球，對凸模進(jìn)行鎖緊、定位的一種典型結(jié)構(gòu)的凸模，如圖2所示。

為了實(shí)現(xiàn)利用鋼球鎖住凸模，凸模側(cè)面的柄部被加工了一個(gè)水滴狀的球窩。當(dāng)凸模插入模孔時(shí)，只需稍加轉(zhuǎn)動，鋼球在彈簧的作用下就會滑入球窩，從而實(shí)現(xiàn)對凸模的鎖緊。在實(shí)際裝配過程中，固定座上的斜孔中心線與凸模球窩的中心線之間會形成12°的自鎖角度，同時(shí)由于球窩的半徑小于鋼球的，其與柄部外圓之間形成的兩條相關(guān)邊緣線支撐在鋼球的兩點(diǎn)上，使得快換凸模能夠可靠地鎖緊并精確的定位。由于彈簧孔方向?qū)δ＞叩牟鹧b有直接的影響，技術(shù)人員可以采用圖3所示三種不同彈簧孔方向結(jié)構(gòu)的快鎖凸模，并利用螺栓堵頭進(jìn)行緊固，從而構(gòu)成了較為可靠的鎖緊結(jié)構(gòu)。

圖3（a）所示為底斜孔固定式結(jié)構(gòu)，螺栓的軸線與快換凸模的軸線夾角為12°的自鎖角度，從而使得彈簧提供的彈力能夠使鋼球鎖住快換凸模。此時(shí)快換凸模的沖裁力由動模底板承擔(dān)，卸料力由螺栓傳遞給凸模固定板。但由于動模底部固定在壓力機(jī)上，無法直接松開螺栓，這種方式無法直接實(shí)現(xiàn)快換。圖3（b）所示為側(cè)孔固定式，螺栓的軸線與快換凸模的軸線夾角為90°直角，這種方式可以實(shí)現(xiàn)凸模的快換，在加工時(shí)凸模產(chǎn)生的卸料力通過鋼球傳導(dǎo)給螺栓。同時(shí)當(dāng)側(cè)面有其他結(jié)構(gòu)干涉時(shí)，也無法直接實(shí)現(xiàn)快換。圖3（c）所示為頂斜孔固定式，螺栓的軸線與快換凸模的軸線夾角為12°的自鎖角度，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)凸模的快換，并且平面占位較少。但是在工作過程中產(chǎn)生的卸料力通過鋼球傳遞給螺栓，由螺紋連接承受卸料力。如果不增加止回結(jié)構(gòu)，可能導(dǎo)致螺栓松動，造成凸模的沖裁精度降低，影響生產(chǎn)。

考慮到彈簧在實(shí)際生產(chǎn)過程中容易發(fā)生失效，導(dǎo)致鋼珠無法鎖緊凸模，造成凸模的滑落，通過對球鎖式凸模結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可以使得快換凸模的可靠性提高。但由于高彈態(tài)下的橡膠在發(fā)生彈性形變時(shí)，會將內(nèi)摩擦力轉(zhuǎn)換為熱能，在工作中會產(chǎn)生一定的熱量。而彈簧在被壓縮時(shí)，外界對它做功，能夠轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽埽?dāng)卸載后，勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，彈簧回?fù)，來回的整個(gè)過程沒有熱能的轉(zhuǎn)換。因此對于需要較大沖裁力的生產(chǎn)環(huán)境，還需要將橡膠替換為彈簧。

4 結(jié)語

球鎖式快換凸模結(jié)構(gòu)具有加工方便、結(jié)構(gòu)緊湊、鎖緊牢固、定位精確、更換方便、成本低廉等特點(diǎn)，被廣泛用于汽車制造、機(jī)械電子、精密加工等沖壓流水線作業(yè)的生產(chǎn)線。對傳統(tǒng)的球鎖式快換結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以增加模具在使用過程中的可靠性。快換模具的結(jié)構(gòu)對于流水作業(yè)的批量生產(chǎn)具有非常明顯的優(yōu)勢，當(dāng)需要更換易損件時(shí)，只需要利用專用工具壓入鋼球，取下受損件，再換入新備件，則可以實(shí)現(xiàn)快速更換，整個(gè)過程通常不超過5分鐘，大大節(jié)約了人力物力財(cái)力，從而實(shí)現(xiàn)了模具的在線檢修。除了球鎖式快換結(jié)構(gòu)，為了進(jìn)一步提高模具零件在更換后的精度，降低快換零件的加工成本，隨著模具生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，新的快換結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)出來，例如采用螺紋緊固式快換結(jié)構(gòu)、螺栓緊固式快換結(jié)構(gòu)、鍵鎖式快換結(jié)構(gòu)、掛槽式的快換結(jié)構(gòu)等方式，均能實(shí)現(xiàn)在線快速更換易損備件的目的［4］。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的快換技術(shù)將會出現(xiàn)，模具的設(shè)計(jì)過程也在考慮更多的快換結(jié)構(gòu)，除了沖裁模具之外，沖壓件的局部翻遍、修邊、切縫、穿透、推件、頂料、導(dǎo)正等工序的結(jié)構(gòu)件，也開始采用這種快換結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多種快換結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，客觀上為模具的設(shè)計(jì)提供了更為多樣的思路與方案。

［1］王常在，魏兆芹.沖壓模具的失效形式分析與思考［J］.中國機(jī)械，2013（4）∶119-120.

［2］李耀輝.快換沖頭冷沖壓模具裝置設(shè)計(jì)［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015（1）∶83-84.

［3］安文寶，李宏榮，朱文科，等.快換凸模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.模具工業(yè)，2001（6）∶30-34.

［4］李大鑫，張秀棉.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述［J］.模具制造，2005（2）∶1-4.

彭博（1983—），男，四川成都人，本科，機(jī)械工程碩士，助教，研究方向：機(jī)械制造及自動化、模具設(shè)計(jì)與制造。