李 用，金 華，徐 洪

（四川成飛集成科技股份有限公司，四川成都 610091）

1 引言

隨著傳統(tǒng)燃油車輛飽和以及新能源汽車發(fā)展受到關(guān)鍵技術(shù)的制約，單一車型市場銷售數(shù)據(jù)逐年減少，為了搶占先機，贏得市場，車企不斷加大技術(shù)創(chuàng)新的投入，超前啟動新車型開發(fā)換代，打破以前坐、等、要的傳統(tǒng)觀念，主動開始從個性化、定制化等服務(wù)特定群體的汽車市場中尋求新的經(jīng)濟增長點，研發(fā)小眾化特定車型變得十分必要。為了實現(xiàn)同一平臺下多個車型生產(chǎn)，降低汽車開發(fā)成本，這就必然增加了模具設(shè)計與制造的難度，如何從眾多的快換結(jié)構(gòu)中選擇一款適合車型開發(fā)相匹配的機構(gòu)，在保證模具快換功能的前提下，實現(xiàn)模具生產(chǎn)制造成本可控，是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須面臨的抉擇。本文就快換機構(gòu)功能性，經(jīng)濟性，安全性，好維護等方面進行介紹，方便設(shè)計者選用合理的快換機構(gòu)。

2 標準快換機構(gòu)種類

（1）球鎖緊快換凸模機構(gòu)，是一種經(jīng)濟性，穩(wěn)定可靠的機構(gòu)，如圖1所示。

圖1 球鎖緊快換凸模機構(gòu)

這種快換凸模適用于中大批量及手動生產(chǎn)方式。好設(shè)計，需要空間小，易于實現(xiàn)多個凸?？鞊Q，該機構(gòu)日常生產(chǎn)維護時，撤卸壓料板上的側(cè)銷或壓料板上小卸料板，讓凸模外露出來，使用圖2中專用工具，擠壓鋼球，取出損壞的凸模，更換新的凸模，如圖2所示。這種機構(gòu)每次更換時間較短，每個均是標準件，采購成本低，易于維護與制造，是目前被廣泛采用結(jié)構(gòu)。

圖2 球鎖緊快換凸模機構(gòu)設(shè)計與維護

（2）手動型切換式凸模機構(gòu)，該凸模使用的是臺階式凸模，機構(gòu)相對復雜，是一種緊湊型的非標標準件，如圖3 所示，其原理就是手動旋轉(zhuǎn)手輪，帶動楔形板1 運動，凸模及凸模固定塊4在彈簧5 作用下上升一定行程，通常是8mm切換行程保證有無沖切。由于尺寸偏大，設(shè)計需要手動操作空間大，此種結(jié)構(gòu)適用于非球鎖凸模要求情況下，批量小，手動生產(chǎn)方式，由于是標準件，方便采購與維護，也一種經(jīng)濟性，穩(wěn)定可靠的機構(gòu)。日常維護需要把壓料器撤卸開，取下快換座，耗時相對較長。

圖3 手動型切換式凸模機構(gòu)

（3）氣動型切換式凸模機構(gòu)，該凸模使用的是臺階式凸模，機構(gòu)相對復雜，也是一種緊湊型的非標標準件，如圖4 所示，其原理是氣缸3 在空氣作用下帶動楔形板1運動，凸模及凸模固定塊5 在彈簧6 作用下上升一定行程，通常是8mm切換行程保證有無沖切。由于增加氣缸及管路，機構(gòu)尺寸進一步加大，設(shè)計需要考慮空間多，同時需要落實機床上氣路是否有無，機床上有氣路，可以在線切換，沒有需要線下切換。此種結(jié)構(gòu)適用于非球鎖凸模要求情況下，批量中大，手動與自動生產(chǎn)方式均可，切換要求快速響應，這也是目前使用較多的快換機構(gòu)。由于是標準件，方便采購與維護，也一種經(jīng)濟性，穩(wěn)定可靠的機構(gòu)。日常維護需要把壓料器撤卸開，取下快換座，耗時相對較長，而且日常需要對氣路系統(tǒng)供氣穩(wěn)定性進行檢查。

圖4 氣動型切換式凸模機構(gòu)

對于需要大行程與大的安裝面的氣動型切換式凸模機構(gòu)，可以選擇SANKYO 或JOUDER 標準的氣動型切換式凸模機構(gòu)中對應的標準件，如圖5 所示，就是SANKYO 標準中的一種結(jié)構(gòu)，行程有8mm 與12mm兩種尺寸形式。JOUDER可以接受非標準行程與安裝大小的定制標準件，這在實際模具設(shè)計中被廣泛采用。

圖5 大行程大臺面氣動型切換式凸模機構(gòu)

S

3 非標快換機構(gòu)

由于非標機構(gòu)因為制件不同，工序安排的差異，模具空間限制等綜合因素考慮，其結(jié)構(gòu)設(shè)計形式多種多樣，基于目前使用結(jié)構(gòu)中，推薦兩種被廣泛采用的在線氣動快換結(jié)構(gòu)形式，具有使用方便，切換可靠，運動平穩(wěn)等特點，具體結(jié)構(gòu)見下。

（1）氣缸推動剛性驅(qū)動的快換機構(gòu)，如圖6 所示，圖中氣缸推動支撐滑塊往復運動，實現(xiàn)工作內(nèi)容的有無。圖6所示狀態(tài)為氣缸拉回時沖壓狀態(tài)，當不需要沖壓時，氣缸推動支撐滑塊前行，當快換滑塊與支撐滑塊間的斜導板直線段分離后，氣缸推動支撐塊 繼續(xù)前行，上面的斜導板與剛性限位座上的斜導板才接觸，在氣缸推力作用下，剛性限位座往上拉動快換滑塊向上運動，直到斜導板運動到直線段，氣缸才停止，這時工作鑲塊已經(jīng)遠離工作區(qū)域，實現(xiàn)了不工作狀態(tài)。反之，氣缸拉動支撐滑塊運動一定行程，實現(xiàn)工作鑲塊沖壓狀態(tài)。

對于圖6 中的剛性驅(qū)動快換機構(gòu)，它具有限位可靠，工作平穩(wěn)，幾乎沒有沖擊噪音等優(yōu)點，同時具有斜導板磨損厲害，驅(qū)動支撐滑塊的氣缸力量需要很大，設(shè)計行程協(xié)調(diào)困難，容易產(chǎn)生干涉等缺點。所以，選擇剛性快換機構(gòu)時，需要注意工廠的機床是否具有穩(wěn)定的氣源提供足夠氣缸推力，模具設(shè)計空間是否足夠大，能夠安置足夠推拉動滑塊的氣缸，來實現(xiàn)切換功能。這是設(shè)計者選擇剛性驅(qū)動快換的基本要求。

圖6 氣缸推動剛性驅(qū)動的快換機構(gòu)

（2）氣缸推動柔性驅(qū)動的快換機構(gòu)，如圖7 所示，圖7 中氣缸推動支撐滑塊往復運動，實現(xiàn)工作內(nèi)容的有無。圖7 所示狀態(tài)為氣缸推出時沖壓狀態(tài)，當不需要沖壓時，氣缸拉動支撐滑塊后退，快換滑塊在支撐氮缸推力作用下，始終與支撐滑塊接觸，直到支撐滑塊回退到位，空開一定空間，同時快換滑塊向上運動一定距離后停止，直到二者安全但不接觸，這時工作鑲塊已經(jīng)遠離工作區(qū)域，當機床再次沖壓制件時，快換滑塊在壓料器內(nèi)支撐氮缸的作用下，始終把快換滑塊頂起，實現(xiàn)了不工作狀態(tài)。反之，氣缸推動支撐滑塊運動一定行程，填充了支撐滑塊與快換滑塊之間的距離，達到工作鑲塊有支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓狀態(tài)。

圖7中的柔性驅(qū)動快換機構(gòu)具有限位可靠，工作平穩(wěn)，推動支撐滑塊的氣缸力量小等優(yōu)點，同時具有在不沖壓制件狀態(tài)下沖壓，會有快換滑塊沖擊支撐滑塊的噪音，甚至當支撐氮缸的力量較小時，快換滑塊受到?jīng)_壓振動，當振動能量大于支撐氮缸力量時，會造成不沖壓制件狀態(tài)的制件受到擠壓變形；當快換滑塊行程小于壓料器行程時，安全螺釘不斷受到快緩滑塊沖擊，螺釘容易斷裂失效。所以，正確設(shè)計支撐氮缸的力量與行程就變得較為關(guān)鍵?；谏鲜龇治?，在結(jié)構(gòu)空間受限，工廠氣源不穩(wěn)定狀態(tài)下，選擇柔性快換機構(gòu)是一個非常好的解決方案，這種機構(gòu)目前被大家廣泛接受并采用。下面就這種非標柔性快換機構(gòu)設(shè)計注意點進行介紹。

圖7 氣缸推動柔性驅(qū)動的快換機構(gòu)

4 非標柔性驅(qū)動快換機構(gòu)設(shè)計注意點

（1）結(jié)構(gòu)要點。如圖8 所示，圖中的支撐氮缸，一定設(shè)計在主壓料器中，通過主壓料器的反作用力，把快換滑塊托舉起來，遠離沖壓工作區(qū)域。同時快換滑塊需要設(shè)計與模座間的導向與限位，有側(cè)向力時需要在主壓料器與快換滑塊之間設(shè)計防側(cè)導板。

圖8 氣缸推動柔性驅(qū)動的快換機構(gòu)結(jié)構(gòu)要點

（2）行程設(shè)計。如圖9 所示，首先確定快換滑塊上的零件自由狀態(tài)下的行程，需要保證在不沖壓狀態(tài)下最小10mm 的安全距離來設(shè)計支撐滑塊的厚度與躲避空間。其次就是確定支撐滑塊的支撐氮缸行程b，優(yōu)先考慮與主壓料器的行程相當，可以小0.5mm，這樣可以最大限度減少沖擊噪音與方便在線切換，如果主壓料器與快換滑塊的行程不一樣，就需要適當增加卸料螺釘直徑，此時螺釘就會受到?jīng)_壓沖擊載荷。最后確定安全螺釘?shù)陌踩谐蘟，當主壓料器與快換滑塊行程一樣時，模具在閉合狀態(tài)下，安全行程a=5mm。方保證螺釘不受力，僅是起安全作用。當快換滑塊的支撐氮缸的行程與主壓料器的行程不一樣時，安全螺釘?shù)男谐蘟=兩者的行程差+5mm。此時，螺釘要受力，需要承載快換滑塊的機構(gòu)重量與沖壓時振動載荷。

圖9 氣缸推動柔性驅(qū)動的快換機構(gòu)行程設(shè)計

（3）支撐氮缸力量設(shè)計，快換滑塊的支撐氮缸的力量，是決定快換滑塊設(shè)計成功的關(guān)鍵一個因素。如果力量設(shè)計偏小，就會在高速沖壓過程中，對沒有沖壓的制件產(chǎn)生撞擊與損傷。因此，正確選擇與設(shè)計支撐氮缸的位置與力量大小是非常關(guān)鍵的，按照經(jīng)驗，氮缸力量選擇是快換機構(gòu)整理重量的3~5 倍。

（4）其它設(shè)計，快換滑塊與上模座之間需要設(shè)計導柱導向，安全螺釘限位，快換滑塊與主壓料器之間優(yōu)先設(shè)計導板導向，可以避免沖壓過程中側(cè)向力的影響。支撐滑塊設(shè)計需要上下設(shè)計導板，減小運動中的磨檫，如果沖壓有整形工序，優(yōu)先設(shè)計剛性導板接觸，避免材質(zhì)差異導致制件精度影響。支撐滑塊推拉氣缸設(shè)計，需要考慮前后行程預留5mm，同時前后增加緩沖，減少切換過程中噪音，注意氣路系統(tǒng)設(shè)計中需要設(shè)計換向閥來切換與鎖死滑塊。

5 結(jié)束語

通過對各種快換機構(gòu)的特點與使用場景的分析，幫助設(shè)計員正確選擇與設(shè)計，維護快換機構(gòu)，當遇到機構(gòu)有問題時，能夠正確分析與判斷，找到相應的處理辦法，提升設(shè)計效率，縮短維護時間。