創新防差錯及防反結構在冷沖壓模具中的應用

文／趙飛·一汽-大眾汽車有限公司

汽車冷沖壓模具一模雙件和一模四件的結構很普遍，一模雙件常見于左右門板、左右翼子板等對稱式零件,而一模四件常見于四門外板、四門窗框內板等相同功能零件。這些模具在設計時會采用很多相同或相似的結構，這些結構在后期裝配及維護時極易發生混淆，從而造成模具損壞事故，因此在設計之初及日常模具維護中越來越重視模具防反裝工作。

模具上常用的防反方式可以分為被動式防反和主動式防反兩種：被動式防反也稱作硬性防反，是模具設計初期首選的防反方式，通過尺寸不同、角度不同等的設置，使出現錯誤時無法順利進行安裝，從而起到有效的防反作用；主動式防反也稱作警示性防反，主要是通過顏色、標記、標號、高低等視覺效果，在安裝時起到警示作用，從而避免出現安裝錯誤等的情況，但是此類防反還是存在一定安裝錯誤的可能性。

被動式防反

對于被動式防反，一般在設計初期就要考慮此項內容，否則到模具成形后期進行更改就比較繁瑣。一般在模具設計階段，模具設計廠家會根據主機廠家提供的標準進行模具防反設計；在模具圖紙驗收階段，主機廠家會重點檢查防反設計是否符合要求，并在模具實體驗收階段進行驗證，確認防反的有效性。

尺寸防反

平時應用最多的防反方式就是尺寸防反，在模具設計階段，通常在相近部件或者容易混裝部件的尺寸上做出差異，這樣一旦出現錯裝，會因為尺寸不同無法順利安裝，從而讓操作者停止錯誤動作并進行糾正。例如操作者在進行模具合模作業時，因為模具上下模需要按照統一的方向進行安裝，一旦方向安裝錯誤將會導致重大安全事故的發生。為了有效避免此類事故發生，在模具設計時特意將模具左右側導向腿，或者導柱檔距采取大小不一致的設計，如圖1 所示，當發生方向安裝錯誤時，因為間隙變化無法順利進行合模作業，可以對操作者進行比較有效地提醒。

圖1 導向腿寬度不同

不對稱防反

當模具設計階段，由于空間、強度或者功能要求無法實現尺寸防反時，設計廠家會考慮使用不對稱防反方式。其在目視上可見明顯差別，同時在安裝時采用了不對稱方式，操作者也比較容易發現安裝的錯誤問題，從而避免模具安裝錯誤。此類防反方式比較常見于模具四周的四個導柱位置(圖2)，采用不對稱或非均布的設計，從而起到防反效果。

圖2 導柱位置不對稱

開合模輔助桿防反

在上下模具合模時，僅依靠“導向腿導向”“導柱導向”極易發生上模晃動且撞擊到下模的定位上，一般還要加入“開合模輔助桿防反”，如圖3 所示，起到初步的粗導向作用，方便開合模作業。

圖3 開合模輔助桿

銷釘孔防反

模具上為了降低成本，縮短制作周期，開始大量采用標準件。標準件的采用為模具制造帶來了大量的好處，但是也存在一定的隱患。尤其在同一個模具上采用同一尺寸標準件時，對于操作者來說增加了安裝錯誤的風險。因為采用的是標準件，無法使用尺寸防反和不對稱防反，為了解決此類問題，在模具設計時會首先考慮選擇不同尺寸的銷孔，如圖4 所示，在安裝時由于標準件的銷孔和模具基面的底孔尺寸不一致，當出現錯誤安裝時便無法順利將銷釘安裝到位，從而能夠有效避免錯誤安裝。

圖4 凸模銷釘尺寸不同

螺紋孔防反

如圖5 所示，其實螺紋孔粗細不同防反和銷釘防反的原理基本一致，都是通過在件上加工出不同粗細的螺紋孔，而不同的螺紋孔對應的過孔直徑也不一樣。由于一個標準件最少采用兩個螺紋孔，在加工時只需要改動一個螺紋孔的直徑，即可實現此種防反效果。但是此類防反，對加工零件的空間有一定的要求，因為模具上使用最多的兩種螺紋為M16 和M24，它們對螺紋過孔直徑要求分別對應為17mm ≤M16 過孔≤18mm，25mm ≤M24 過孔≤26mm，因此在一些空間比較局促的位置(尤其是標準件上，空間比較緊湊)，很難采用此種結構進行防反。

圖5 螺紋孔大小不同

安裝孔深度防反

如圖6 所示，此類型防反主要體現在模具斜楔上，斜楔自帶壓料板上的工作螺釘和安全螺釘，為了防止安裝出現差錯，經常采用不同深度的安裝孔，從而起到防反作用。

圖6 螺釘孔深度不同

特殊防反

除了以上幾種防反措施，在模具維修過程中針對特殊位置和特殊情況，使用幾種特殊的防反裝置，例如：某車型的模具上相同安裝直徑的沖頭需要頻繁拆卸，為了防止人員安裝錯誤，在沖頭上安裝到底的位置增加一個臺面(圖7)，保證錯誤安裝時出現干涉，從而無法繼續安裝。

圖7 沖頭防反臺階

被動式防反優點明顯，能夠有效避免錯誤產生，但考慮到模具制造成本及周期，與主動防反同時使用才能達到最優效果。

主動式防反

主動防反的整個過程需要操作者主動進行一次識別和介入。

顏色防反

如圖8 所示，顏色防反最具代表性的就是相同、相近部位采用不同顏色進行區分，一旦安裝錯誤之后，操作者可以通過視覺顏色的差異，及時發現問題并采取糾正動作。

圖8 不同顏色防反

位置號防反

如圖9 所示，為了防止模具上的部件在拆卸后的回裝出現錯誤，會將每個部件標注上對應的位置號，從而指導回裝作業，防止出現問題。

圖9 鑲塊標注位置號

方向指示防反

如圖10 所示，方向防反在模具上應用最多的就是上下模具基體。在模具兩側會根據生產的物流方向，給上下模分別標注一個箭頭，操作者在合模作業時(即將模具的上模和下模吊運至一起時)，會根據箭頭所指方向，將上下模箭頭對應一致后再進行回裝，從而保證安裝的正確性。

圖10 模具物流方向標識

刻線防反

如圖11 所示，模具上一些常見的較小部件，例如沖頭之類，為了保證回裝的準確性，在拆卸之前會先在拆卸部件和安裝位置上刻線(或者用漆筆進行點漆)；部件回裝時，根據刻線(或者點漆)對應好位置后再進行安裝，從而保證安裝的準確性。

圖11 刻線防反

主動防反的優點是不用考慮空間和結構問題，操作方便、靈活，但是缺點也很明顯，例如顏色防反就很有局限性，如果模具的相同和相近部件數量很多，就會導致顏色種類的限制無法滿足防反的效果；同時如果顏色太多，也會增加操作者的辨識難度。因此，主動防反最大的缺點還是需要操作者進行一次主動的辨識，一旦操作者未進行辨識或者辨識不到位，仍可能會出現安裝事故。

被動式與主動式相結合

前面提到的開合模輔助桿可以有效避免上下模具的磕碰，但在主機廠生產時，該導向桿使用完畢后需要員工手動將其落下。一旦員工使用后忘記落下，在自動化生產時抓料機械手會與開合模輔助桿發生撞擊(圖12)，造成嚴重的設備損壞。

圖12 生產中撞擊事故

基于該問題，可以提供如下解決方案：在輔助桿的初始落下位置增加傳感器，傳感器信號與模具的ID 號(身份代碼)相連接，只有輔助桿處于落下的初始狀態時，模具的ID 號才能在生產線上正常顯示，壓機讀取后可正常生產。否則壓機讀取將發生錯誤，設備報警并禁止設備運行，這樣就算員工忘記將輔助桿落下歸位，設備報警無法啟動生產，可以保證模具及設備的安全。圖13 為模具ID 數據線。

圖13 模具ID 數據線

具體實施步驟：

⑴首先確認限位開關(圖14)的數量，其數量必須和實際導向桿數量相對應，一般情況下為2 個，并根據導向桿在模具上位置及限位開關閉合時的角度，在模具基體上將其固定。

圖14 限位開關

⑵兩個限位開關以串聯方式連接，如圖15 所示，傳感器選用黑色、白色兩根線，分別接在限位開關里綠色接線處。

圖15 限位開關內部接線

⑶將選定的主線盒內線路在模具基體上排布到接線盒處，取消原主線盒模具工序號和模具號的連接，如圖16 所示，將白線和黑線分別接在主線盒上的37號接口和40 號接口形成信號回路。

圖16 接線盒內部接線

經實際驗證，將開合模輔助桿其中的1 個或2 個導向桿拔出，在換模時設備報警提示模具編碼異常，將導桿放下后故障消除，并可正常換模生產，從而能夠有效預防操作者的主觀錯誤。

結論

由于模具設計標準化、模塊化的趨勢，對防反工作的要求也更高、更巧妙。同時模具廠家也越來越重視模具的防反工作，從而減輕操作者的勞動強度和勞動難度，保證模具的安全狀態。單一的防反方式已經無法滿足用戶的需求，因此不同的防反方法和方式的綜合應用，才能起到真正的防反作用。

本篇文章針對模具上防反方式進行了歸納和總結，目的是開拓大家的思路和視野，在完成日常工作的同時，不斷完善模具設計標準。模具設計時需要考慮到的因素十分龐大，每一個技術要求都需要數據理論和實際工作經驗作為指導，只有不斷地歸納、總結才能制造出高標準的模具，進一步生產出高品質的乘用車。