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        沖壓模具中快換機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)

        2022-06-27 08:16:08用,金華,徐
        模具制造 2022年5期
        關(guān)鍵詞:料器凸模導(dǎo)板

        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(jī),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(jì)增長點(diǎn),研發(fā)小眾化特定車型變得十分必要。為了實(shí)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(jì)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(jī)構(gòu),在保證模具快換功能的前提下,實(shí)現(xiàn)模具生產(chǎn)制造成本可控,是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須面臨的抉擇。本文就快換機(jī)構(gòu)功能性,經(jīng)濟(jì)性,安全性,好維護(hù)等方面進(jìn)行介紹,方便設(shè)計(jì)者選用合理的快換機(jī)構(gòu)。

        2 標(biāo)準(zhǔn)快換機(jī)構(gòu)種類

        (1)球鎖緊快換凸模機(jī)構(gòu),是一種經(jīng)濟(jì)性,穩(wěn)定可靠的機(jī)構(gòu),如圖1所示。

        圖1 球鎖緊快換凸模機(jī)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(jì),需要空間小,易于實(shí)現(xiàn)多個凸??鞊Q,該機(jī)構(gòu)日常生產(chǎn)維護(hù)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(jī)構(gòu)每次更換時間較短,每個均是標(biāo)準(zhǔn)件,采購成本低,易于維護(hù)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與維護(hù)

        (2)手動型切換式凸模機(jī)構(gòu),該凸模使用的是臺階式凸模,機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜,是一種緊湊型的非標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)件,方便采購與維護(hù),也一種經(jīng)濟(jì)性,穩(wěn)定可靠的機(jī)構(gòu)。日常維護(hù)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(jī)構(gòu)

        (3)氣動型切換式凸模機(jī)構(gòu),該凸模使用的是臺階式凸模,機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜,也是一種緊湊型的非標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)一步加大,設(shè)計(jì)需要考慮空間多,同時需要落實(shí)機(jī)床上氣路是否有無,機(jī)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(yīng),這也是目前使用較多的快換機(jī)構(gòu)。由于是標(biāo)準(zhǔn)件,方便采購與維護(hù),也一種經(jīng)濟(jì)性,穩(wěn)定可靠的機(jī)構(gòu)。日常維護(hù)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(jìn)行檢查。

        圖4 氣動型切換式凸模機(jī)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(jī)構(gòu),可以選擇SANKYO 或JOUDER 標(biāo)準(zhǔn)的氣動型切換式凸模機(jī)構(gòu)中對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件,如圖5 所示,就是SANKYO 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)行程與安裝大小的定制標(biāo)準(zhǔn)件,這在實(shí)際模具設(shè)計(jì)中被廣泛采用。

        圖5 大行程大臺面氣動型切換式凸模機(jī)構(gòu)

        S

        3 非標(biāo)快換機(jī)構(gòu)

        由于非標(biāo)機(jī)構(gòu)因?yàn)橹萍煌ば虬才诺牟町?,模具空間限制等綜合因素考慮,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)動平穩(wěn)等特點(diǎn),具體結(jié)構(gòu)見下。

        (1)氣缸推動剛性驅(qū)動的快換機(jī)構(gòu),如圖6 所示,圖中氣缸推動支撐滑塊往復(fù)運(yùn)動,實(shí)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(dāng)不需要沖壓時,氣缸推動支撐滑塊前行,當(dāng)快換滑塊與支撐滑塊間的斜導(dǎo)板直線段分離后,氣缸推動支撐塊 繼續(xù)前行,上面的斜導(dǎo)板與剛性限位座上的斜導(dǎo)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(yùn)動,直到斜導(dǎo)板運(yùn)動到直線段,氣缸才停止,這時工作鑲塊已經(jīng)遠(yuǎn)離工作區(qū)域,實(shí)現(xiàn)了不工作狀態(tài)。反之,氣缸拉動支撐滑塊運(yùn)動一定行程,實(shí)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(jī)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(diǎn),同時具有斜導(dǎo)板磨損厲害,驅(qū)動支撐滑塊的氣缸力量需要很大,設(shè)計(jì)行程協(xié)調(diào)困難,容易產(chǎn)生干涉等缺點(diǎn)。所以,選擇剛性快換機(jī)構(gòu)時,需要注意工廠的機(jī)床是否具有穩(wěn)定的氣源提供足夠氣缸推力,模具設(shè)計(jì)空間是否足夠大,能夠安置足夠推拉動滑塊的氣缸,來實(shí)現(xiàn)切換功能。這是設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)

        (2)氣缸推動柔性驅(qū)動的快換機(jī)構(gòu),如圖7 所示,圖7 中氣缸推動支撐滑塊往復(fù)運(yùn)動,實(shí)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(dāng)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(yùn)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(yuǎn)離工作區(qū)域,當(dāng)機(jī)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(shí)現(xiàn)了不工作狀態(tài)。反之,氣缸推動支撐滑塊運(yùn)動一定行程,填充了支撐滑塊與快換滑塊之間的距離,達(dá)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(jī)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(diǎn),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(dāng)支撐氮缸的力量較小時,快換滑塊受到?jīng)_壓振動,當(dāng)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(dāng)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(jì)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(jī)構(gòu)是一個非常好的解決方案,這種機(jī)構(gòu)目前被大家廣泛接受并采用。下面就這種非標(biāo)柔性快換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)注意點(diǎn)進(jìn)行介紹。

        圖7 氣缸推動柔性驅(qū)動的快換機(jī)構(gòu)

        4 非標(biāo)柔性驅(qū)動快換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

        (1)結(jié)構(gòu)要點(diǎn)。如圖8 所示,圖中的支撐氮缸,一定設(shè)計(jì)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(yuǎn)離沖壓工作區(qū)域。同時快換滑塊需要設(shè)計(jì)與模座間的導(dǎo)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(jì)防側(cè)導(dǎo)板。

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

        (2)行程設(shè)計(jì)。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(jì)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(dāng),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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jī)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(jī)構(gòu)行程設(shè)計(jì)

        (3)支撐氮缸力量設(shè)計(jì),快換滑塊的支撐氮缸的力量,是決定快換滑塊設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵一個因素。如果力量設(shè)計(jì)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(jì)支撐氮缸的位置與力量大小是非常關(guān)鍵的,按照經(jīng)驗(yàn),氮缸力量選擇是快換機(jī)構(gòu)整理重量的3~5 倍。

        (4)其它設(shè)計(jì),快換滑塊與上模座之間需要設(shè)計(jì)導(dǎo)柱導(dǎo)向,安全螺釘限位,快換滑塊與主壓料器之間優(yōu)先設(shè)計(jì)導(dǎo)板導(dǎo)向,可以避免沖壓過程中側(cè)向力的影響。支撐滑塊設(shè)計(jì)需要上下設(shè)計(jì)導(dǎo)板,減小運(yùn)動中的磨檫,如果沖壓有整形工序,優(yōu)先設(shè)計(jì)剛性導(dǎo)板接觸,避免材質(zhì)差異導(dǎo)致制件精度影響。支撐滑塊推拉氣缸設(shè)計(jì),需要考慮前后行程預(yù)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(jì)中需要設(shè)計(jì)換向閥來切換與鎖死滑塊。

        5 結(jié)束語

        通過對各種快換機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與使用場景的分析,幫助設(shè)計(jì)員正確選擇與設(shè)計(jì),維護(hù)快換機(jī)構(gòu),當(dāng)遇到機(jī)構(gòu)有問題時,能夠正確分析與判斷,找到相應(yīng)的處理辦法,提升設(shè)計(jì)效率,縮短維護(hù)時間。

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