创新防差错及防反结构在冷冲压模具中的应用_赵飞.pdf

锻造与冲压 2023.654Die&Tooling工模具 工装创新防差错及防反结构在冷冲压模具中的应用文赵飞一汽-大众汽车有限公司模修车间工长，主要从事冲压模具调试和维护工作，包括负责车间 2 条伺服高速线模具生产任务，主持完成的模具数智化制造项目，即拉延模具收料线自动化监控系统获得国家发明展金奖，获得一汽集团科学进步奖一等奖 2 次，拥有 1 项发明专利。赵飞汽车冷冲压模具一模双件和一模四件的结构很普遍，一模双件常见于左右门板、左右翼子板等对称式零件,而一模四件常见于四门外板、四门窗框内板等相同功能零件。这些模具在设计时会采用很多相同或相似的结构，这些结构在后期装配及维护时极易发生混淆，从而造成模具损坏事故，因此在设计之初及日常模具维护中越来越重视模具防反装工作。模具上常用的防反方式可以分为被动式防反和主动式防反两种：被动式防反也称作硬性防反，是模具设计初期首选的防反方式，通过尺寸不同、角度不同等的设置，使出现错误时无法顺利进行安装，从而起到有效的防反作用；主动式防反也称作警示性防反，主要是通过颜色、标记、标号、高低等视觉效果，在安装时起到警示作用，从而避免出现安装错误等的情况，但是此类防反还是存在一定安装错误的可能性。被动式防反对于被动式防反，一般在设计初期就要考虑此项内容，否则到模具成形后期进行更改就比较繁琐。一般在模具设计阶段，模具设计厂家会根据主机厂家提供的标准进行模具防反设计；在模具图纸验收阶段，主机厂家会重点检查防反设计是否符合要求，并在模具实体验收阶段进行验证，确认防反的有效性。尺寸防反平时应用最多的防反方式就是尺寸防反，在模具设计阶段，通常在相近部件或者容易混装部件的尺寸55 2023.6 Forging&MetalformingDie&Tooling工模具 工装上做出差异，这样一旦出现错装，会因为尺寸不同无法顺利安装，从而让操作者停止错误动作并进行纠正。例如操作者在进行模具合模作业时，因为模具上下模需要按照统一的方向进行安装，一旦方向安装错误将会导致重大安全事故的发生。为了有效避免此类事故发生，在模具设计时特意将模具左右侧导向腿，或者导柱档距采取大小不一致的设计，如图 1 所示，当发生方向安装错误时，因为间隙变化无法顺利进行合模作业，可以对操作者进行比较有效地提醒。图 1 导向腿宽度不同图 2 导柱位置不对称一般还要加入“开合模辅助杆防反”，如图 3 所示，起到初步的粗导向作用，方便开合模作业。销钉孔防反模具上为了降低成本，缩短制作周期，开始大量采用标准件。标准件的采用为模具制造带来了大量的好处，但是也存在一定的隐患。尤其在同一个模具上采用同一尺寸标准件时，对于操作者来说增加了安装错误的风险。因为采用的是标准件，无法使用尺寸防反和不对称防反，为了解决此类问题，在模具设计时会首先考虑选择不同尺寸的销孔，如图 4 所示，在安装时由于标准件的销孔和模具基面的底孔尺寸不一致，当出现错误安装时便无法顺利将销钉安装到位，从而能够有效避免错误安装。螺纹孔防反如图 5 所示，其实螺纹孔粗细不同防反和销钉防反的原理基本一致，都是通过在件上加工出不同粗细图 3 开合模辅助杆不对称防反当模具设计阶段，由于空间、强度或者功能要求无法实现尺寸防反时，设计厂家会考虑使用不对称防反方式。其在目视上可见明显差别，同时在安装时采用了不对称方式，操作者也比较容易发现安装的错误问题，从而避免模具安装错误。此类防反方式比较常见于模具四周的四个导柱位置(图 2)，采用不对称或非均布的设计，从而起到防反效果。开合模辅助杆防反在上下模具合模时，仅依靠“导向腿导向”“导柱导向”极易发生上模晃动且撞击到下模的定位上，图 4 凸模销钉尺寸不同锻造与冲压 2023.656Die&Tooling工模具 工装的螺纹孔，而不同的螺纹孔对应的过孔直径也不一样。由于一个标准件最少采用两个螺纹孔，在加工时只需要改动一个螺纹孔的直径，即可实现此种防反效果。但是此类防反，对加工零件的空间有一定的要求，因为模具上使用最多的两种螺纹为 M16 和 M24，它们对螺纹过孔直径要求分别对应为 17mm M16 过孔 18mm，25mm M24 过孔 26mm，因此在一些空间比较局促的位置(尤其是标准件上，空间比较紧凑)，很难采用此种结构进行防反。安装孔深度防反如图6所示，此类型防反主要体现在模具斜楔上，斜楔自带压料板上的工作螺钉和安全螺钉，为了防止安装出现差错，经常采用不同深度的安装孔，从而起到防反作用。图 5 螺纹孔大小不同图 6 螺钉孔深度不同图 7 冲头防反台阶图 8 不同颜色防反特殊防反除了以上几种防反措施，在模具维修过程中针对特殊位置和特殊情况，使用几种特殊的防反装置，例如：某车型的模具上相同安装直径的冲头需要频繁拆卸，为了防止人员安装错误，在冲头上安装到底的位置增加一个台面(图 7)，保证错误安装时出现干涉，从而无法继续安装。被动式防反优点明显，能够有效避免错误产生，但考虑到模具制造成本及周期，与主动防反同时使用才能达到最优效果。主动式防反主动防反的整个过程需要操作者主动进行一次识别和介入。颜色防反如图 8 所示，颜色防反最具代表性的就是相同、相近部位采用不同颜色进行区分，一旦安装错误之后，操作者可以通过视觉颜色的差异，及时发现问题并采取纠正动作。位置号防反如图 9 所示，为了防止模具上的部件在拆卸后的回装出现错误，会将每个部件标注上对应的位置号，从而指导回装作业，防止出现问题。57 2023.6 Forging&MetalformingDie&Tooling工模具 工装主动防反最大的缺点还是需要操作者进行一次主动的辨识，一旦操作者未进行辨识或者辨识不到位，仍可能会出现安装事故。被动式与主动式相结合前面提到的开合模辅助杆可以有效避免上下模具的磕碰，但在主机厂生产时，该导向杆使用完毕后需要员工手动将其落下。一旦员工使用后忘记落下，在自动化生产时抓料机械手会与开合模辅助杆发生撞击(图 12)，造成严重的设备损坏。基于该问题，可以提供如下解决方案：在辅助杆的初始落下位置增加传感器，传感器信号与模具的ID 号(身份代码)相连接，只有辅助杆处于落下的初始状态时，模具的ID号才能在生产线上正常显示，图 9 镶块标注位置号方向指示防反如图 10 所示，方向防反在模具上应用最多的就是上下模具基体。在模具两侧会根据生产的物流方向，给上下模分别标注一个箭头，操作者在合模作业时(即将模具的上模和下模吊运至一起时)，会根据箭头所指方向，将上下模箭头对应一致后再进行回装，从而保证安装的正确性。图 10 模具物流方向标识刻线防反如图 11 所示，模具上一些常见的较小部件，例如冲头之类，为了保证回装的准确性，在拆卸之前会先在拆卸部件和安装位置上刻线(或者用漆笔进行点漆)；部件回装时，根据刻线(或者点漆)对应好位置后再进行安装，从而保证安装的准确性。主动防反的优点是不用考虑空间和结构问题，操作方便、灵活，但是缺点也很明显，例如颜色防反就很有局限性，如果模具的相同和相近部件数量很多，就会导致颜色种类的限制无法满足防反的效果；同时如果颜色太多，也会增加操作者的辨识难度。因此，图 11 刻线防反图 12 生产中撞击事故锻造与冲压 2023.658Die&Tooling工模具 工装压机读取后可正常生产。否则压机读取将发生错误，设备报警并禁止设备运行，这样就算员工忘记将辅助杆落下归位，设备报警无法启动生产，可以保证模具及设备的安全。图 13 为模具 ID 数据线。具体实施步骤：首先确认限位开关(图 14)的数量，其数量必须和实际导向杆数量相对应，一般情况下为 2 个，并根据导向杆在模具上位置及限位开关闭合时的角度，在模具基体上将其固定。经实际验证，将开合模辅助杆其中的 1 个或 2 个导向杆拔出，在换模时设备报警提示模具编码异常，将导杆放下后故障消除，并可正常换模生产，从而能够有效预防操作者的主观错误。结论由于模具设计标准化、模块化的趋势，对防反工作的要求也更高、更巧妙。同时模具厂家也越来越重视模具的防反工作，从而减轻操作者的劳动强度和劳动难度，保证模具的安全状态。单一的防反方式已经无法满足用户的需求，因此不同的防反方法和方式的综合应用，才能起到真正的防反作用。本篇文章针对模具上防反方式进行了归纳和总结，目的是开拓大家的思路和视野，在完成日常工作的同时，不断完善模具设计标准。模具设计时需要考虑到的因素十分庞大，每一个技术要求都需要数据理论和实际工作经验作为指导，只有不断地归纳、总结才能制造出高标准的模具，进一步生产出高品质的乘用车。图 13 模具 ID 数据线图 14 限位开关两个限位开关以串联方式连接，如图15所示，传感器选用黑色、白色两根线，分别接在限位开关里绿色接线处。将选定的主线盒内线路在模具基体上排布到接线盒处，取消原主线盒模具工序号和模具号的连接，如图 16 所示，将白线和黑线分别接在主线盒上的 37号接口和 40 号接口形成信号回路。图 15 限位开关内部接线图 16 接线盒内部接线