球鎖式快換凸模的結構與改進

彭博

（成都工業職業技術學院，四川成都 610218）

球鎖式快換凸模的結構與改進

彭博

（成都工業職業技術學院，四川成都 610218）

在企業實際的生產過程中，不可避免地會發生模具零件的失效，模具零件能否快速更換直接關系到企業的經濟效益。本文介紹了傳統沖壓結構與快換結構的特點，對比了兩者的優缺點，闡述了快換結構的優勢，并對球鎖式快換凸模的結構進行了分析，提出了一種結構改進的思路，對模具設計人員具有一定的借鑒作用。

快換模具 凸模 球鎖式 改進

1 前言

在利用模具進行加工的過程中，不可避免的會出現模具零部件的失效［1］。為了保證生產的連續性，人們很早就開始研究在線檢修更換技術。早在20世紀50年代初期，日本豐田集團在汽車的生產過程中，采用了SMED方法，以應對模具零件更換時間過長，縮短設備停滯時間，提高生產效率。SMED的全稱是“六十秒即時換模”（Single 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個小時更換模具的時間，減少至10分鐘以內?；谶@種快速更換模具的思路，技術人員從模具自身的結構和標準件入手，通過改變易損件局部的配合方式，并將其標準化，以期達到快速更換的目的。沖裁模具中的凸模與凹模，在實際使用過程中，由于需要與工件直接接觸，會產生磨損，造成尺寸超差，容易發生磨損或者斷裂，屬于加工過程中的易損零件，在生產過程中經常需要更換。每當對模具進行更換時，則會造成生產的停滯，并對企業的運營造成連鎖反應，直接影響企業的收益。

2 傳統沖壓凸模的結構

傳統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。當帶肩凸模發生磨損或斷裂，需要進行更換時，需要先將內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，然后對凸模進行更換，重新安裝各個模板，并進行連接和定位，完成更換工作費時費力。

在進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，造成安裝時間長，且精度下降，對企業生產造成一定的影響［2］。更換凸模的過程就是一個動模部分的拆裝過程，每進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。對于最求時間價值、降低生產成本的企業來說，可謂不可承受之重。

3 快換凸模的結構與改進

快換凸模就是指用簡單工具即可實現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。傳統的快換凸模是采利用被彈簧施壓的鋼球，對凸模進行鎖緊、定位的一種典型結構的凸模，如圖2所示。

為了實現利用鋼球鎖住凸模，凸模側面的柄部被加工了一個水滴狀的球窩。當凸模插入?？讜r，只需稍加轉動，鋼球在彈簧的作用下就會滑入球窩，從而實現對凸模的鎖緊。在實際裝配過程中，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邊緣線支撐在鋼球的兩點上，使得快換凸模能夠可靠地鎖緊并精確的定位。由于彈簧孔方向對模具的拆裝有直接的影響，技術人員可以采用圖3所示三種不同彈簧孔方向結構的快鎖凸模，并利用螺栓堵頭進行緊固，從而構成了較為可靠的鎖緊結構。

圖3（a）所示為底斜孔固定式結構，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。此時快換凸模的沖裁力由動模底板承擔，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上，無法直接松開螺栓，這種方式無法直接實現快換。圖3（b）所示為側孔固定式，螺栓的軸線與快換凸模的軸線夾角為90°直角，這種方式可以實現凸模的快換，在加工時凸模產生的卸料力通過鋼球傳導給螺栓。同時當側面有其他結構干涉時，也無法直接實現快換。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，這種方式能夠實現凸模的快換，并且平面占位較少。但是在工作過程中產生的卸料力通過鋼球傳遞給螺栓，由螺紋連接承受卸料力。如果不增加止回結構，可能導致螺栓松動，造成凸模的沖裁精度降低，影響生產。

考慮到彈簧在實際生產過程中容易發生失效，導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構的改進，可以使得快換凸模的可靠性提高。但由于高彈態下的橡膠在發生彈性形變時，會將內摩擦力轉換為熱能，在工作中會產生一定的熱量。而彈簧在被壓縮時，外界對它做功，能夠轉變為勢能，當卸載后，勢能轉變為動能，彈簧回復，來回的整個過程沒有熱能的轉換。因此對于需要較大沖裁力的生產環境，還需要將橡膠替換為彈簧。

4 結語

球鎖式快換凸模結構具有加工方便、結構緊湊、鎖緊牢固、定位精確、更換方便、成本低廉等特點，被廣泛用于汽車制造、機械電子、精密加工等沖壓流水線作業的生產線。對傳統的球鎖式快換結構進行改進，可以增加模具在使用過程中的可靠性。快換模具的結構對于流水作業的批量生產具有非常明顯的優勢，當需要更換易損件時，只需要利用專用工具壓入鋼球，取下受損件，再換入新備件，則可以實現快速更換，整個過程通常不超過5分鐘，大大節約了人力物力財力，從而實現了模具的在線檢修。除了球鎖式快換結構，為了進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，隨著模具生產技術的發展，新的快換結構被設計出來，例如采用螺紋緊固式快換結構、螺栓緊固式快換結構、鍵鎖式快換結構、掛槽式的快換結構等方式，均能實現在線快速更換易損備件的目的［4］。隨著技術的不斷發展，越來越多的快換技術將會出現，模具的設計過程也在考慮更多的快換結構，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、導正等工序的結構件，也開始采用這種快換結構。目前國內已經實現了許多種快換結構的標準化，客觀上為模具的設計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］.中國機械，2013（4）∶119-120.

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

［3］安文寶，李宏榮，朱文科，等.快換凸模的結構特點與設計應用［J］.模具工業，2001（6）∶30-34.

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

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