【技术论坛】冲压模具存放装置研究及改进

  本文主要介绍了一种新型的模具存放方案以及设计思路，并分析了常规存放方案的优缺点，可对相关设计提供参考，该新型模具存放方案能改善冲压模具高速大批量生产的全部过程中存放氮气频繁漏气的问题。

  为提升冲压模具弹性元件（主要指提供压料以及回程的氮气弹簧、聚氨酯等）的常规使用的寿命，模具端头位置会专门设计存放机构来控制上下模的合入深度，避免冲压模具的弹性元件在存放时长期处在工作状态而导致其常规使用的寿命缩减。常用存放装置如图1所示，分别为柔性限位氮气弹簧、聚氨酯、以及刚性限位。

  （1）氮气弹簧存放：随着工厂竞争的不断加剧，冲压成本的不断压缩，存在各种制件的合模，因此导致模具尺寸不断变大，重量持续不断的增加。同时，冲压厂区的模具数量持续不断的增加，模具由单层存放变双层甚至三层存放，单纯的氮气弹簧支撑已经没办法满足使用需求。

  （2）聚氨酯存放：伴随着客户的真实需求逐步的提升，现在冲压件相比以前更加有张力，个性更鲜明，也导致制件成形深度持续不断的增加，聚氨酯存放块受压缩行程的限制，正逐渐的被边缘化。

  （3）刚性限位：单纯的使用刚性限位，合模状态下无法自动旋转出来，需在每批次冲压开始前以及结束时，通过人员进入冲压线内部完成，从而造成工艺停台。

  随着新产品开始投入量产，制件需求会慢慢的大，考虑到换模时间的限制，只能从提升冲压线生产节拍和增加单批次产量等两个方面入手。

  氮气弹簧（图3）依靠外力压缩以及被压缩的高压氮气膨胀来获得弹力，而氮气弹簧在被压缩以及膨胀工作时，在生产节拍不断的提高以及单批次量产持续不断的增加的情况下，根据能量守恒定律以及热传导原理，氮气弹簧被压缩时增加的内能，以及活塞快速摩擦产生的热量不断依附在氮气弹簧活塞杆以及气缸壁上，如果散热不完全，活塞杆以及气缸壁温度上升后，通过热传导传递至氮气弹簧气缸内部，致使内部气体温度随之而升高。

  由公式（1）能够推导出：在体积不变的情况下，压强随着温度成正比升高，即温度越高，压强越大。

  因此，由于氮气弹簧是由密封件、静密封等元件进行封闭，随着温度不断地升高，摩擦系数不断地增加以及压强的不断增大会不断的导致氮气弹簧密封耐久性降低，当超过氮气弹簧的使用极限时，氮气弹簧有几率发生漏气甚至爆炸。

  （1）机床偏载卸荷，造成冲压线停线和维修处理，导致生产周期延滞以及经济损失。

  （2）氮气弹簧损坏，在更换新的氮气弹簧之前，需把4个元件全部拆除，这会导致在每批次冲压开始前以及结束时，由工作人员进入冲压线内部旋转出刚性限位而造成工艺停台。

  综上所述：氮气弹簧漏气会导致冲压周期以及经济成本的增加，与高速和单批次大批量生产意图产生矛盾。

  我们从原因出发，探究怎么样才能解决升温以及压强增加而导致氮气弹簧的损坏。下面为解决压强增加的两种方案：

  （1）依据波义耳定律：在定量定温下，理想气体的体积和气体的压强成反比。在同等氮气弹簧的情况下，控制其行程可以很好解决其压强增加问题，但是考虑到氮气弹簧行程为其整个冲压模具弹性元件行程最大，如何减小其行程成了最大的难题；

  （1）利用热传导原理，让氮气弹簧产生的热快速散播至空气中，即加快氮气弹簧周围空气流动，或者创造相对更低的温度，包括利用风扇、空调等。虽然有一定效果，但是不显著，同时会增加成本，暂不考虑；

  针对氮气弹簧工作时，行程大、高节拍以及单批次大量生产的情况，怎么来降低其运动速度以及次数成为了主要的思考方向，这里引进一种现行的可移动的氮气弹簧支撑块技术，如图4所示。

  工作原理：模具上冲压线后，移开氮气弹簧顶块，氮气弹簧活塞杆进入下模孔中，从而对氮气弹簧进行压缩，这样既很好解决了工作时降低行程、工作次数以及运动速度，又解决了氮气弹簧使用的过程中容易漏气问题。但此方案在实际使用的过程中，又遇到如下新的问题。

  （1）产生工艺停台，即合模状态下氮气缸顶块无法旋转出，需在每批次冲压开始前以及结束时，人员进入冲压线内部造成工艺停台，与纯刚性存放问题一致，影响换模时间；

  （2）当合模的时候，失去氮气弹簧平衡以及缓冲的作用，原因是其在冲压过程中完全不工作。

  工作原理：模具上冲压线后，当上模向下运动时，气缸依据凸模制件感应器确认是否有料片来决定动作，当开始做压件且上模向下运动时，感应器感应到有料片，气缸活塞杆收缩，氮气弹簧顶块1移开，氮气弹簧活塞杆进入下模孔中，预留 20mm 压缩量使活塞杆氮气弹簧平衡以及起缓冲作用。当冲压批量完成后，模具向下运动，感应器未感应料片，气缸活塞杆伸出，氮气弹簧顶块1回归原位置，模具进行拆卸存放。工作流程如图6所示。

  步骤1；存放状态时，气缸活塞杆伸出，氮气弹簧顶在氮气弹簧顶块1上，作为柔性存放存在；

  步骤2：当开始生产时，上模向下运动，凸模感应器感应有制件，气缸活塞杆收缩，氮气弹簧顶块1移开；

  步骤3：合模时，氮气弹簧顶杆进入下模孔中，行程设置 20mm，使氮气弹簧在最终闭合时起缓冲平衡作用；

  步骤4：当生产结束时，上模向下运动；凸模感应器未感应到料片，气缸活塞杆伸出，氮气弹簧顶块1回到原位，恢复至存放状态。

  特别备注：因行程变更，为节省成本，理论上氮气弹簧可以更改为聚氨酯，但是从安全性考虑，为预防由于气缸不回程导致聚氨酯行程过大，直至被压坏，建议接着使用氮气弹簧。

  本文中针对氮气弹簧在高速单批次大量生产情况下发热而导致漏气频发的问题，结合波义耳定律以及克拉伯龙方程给出了解决思路，并提供了一种模具结构设计的具体方案，对于在高节拍以及单批次大量生产的氮气弹簧寿命的提升具有有效的改善，提高了生产效率并降低了维护成本。