基于冲床设备的快速换模系统技术改善及电气设计

基于冲床设备的快速换模系统技术改善及电气设计

余炳波

身份证号码：432923198107104216 华茂机械（肇庆）有限公司

摘要：为了提升冲床设备总体的运作效能以适应现代产品的多元化，产品在制作过程中的换模工序时间越短，运作效率越高。因此，本文通过对冲床设备的换模工序进行研究和分析，进一步缩短换模时间以及完善模具的标准化和调整换模工序作业流程，以致于整体设备的换模工序时间得到了大大的缩短，从而增强公司对市面产品多元化需求的呼应能力，大大减少运行成本，缩短交货期，提升公司在行业内的竞争能力。

关键词：冲床设备；快速换模；电气

引言：二十一世纪以来，全球制造业的发展潮流在不断变化，技术的创新不断诞生。制造业从最初的大量单一的生产转换到多样定制的生产[1]。制造业的经营模式把以商品为主转换为以顾客为主。由于资源匮乏的恶化以及对工作安全环境重视度的提高，制造公司将追求更高效率、安全可持续化的生产运营模式[2]。汽车生产业也是这样，多种类型，抓药式配套，交期准小数量订单推动生产已经作为了大部分汽车生产企业的主要经营方式[3]。缩短生产时间、减少制造成本和提升商品质量是现代企业生产制作的重中之重。传统的人工换模或者机械辅助换模方式存在耗时过长、安全性差等问题，已经不适合现代生产模式，本文重点根据大型冲床设备的模具锁紧和转换而进行改善设计，以缩短设备的空运转率来减少产品的制作时间和生产的驱动时间等，进而大大地提升了制造效率和避免了时间的浪费。

一、快速换模系统的主要控制组件

大型冲床设备的滑块由于高度问题，多数配置自移式夹紧器，可以自动移入模座与冲床曲柄滑块之间的T字型凹槽中，便能快速将模具紧固在滑块上，上模夹紧器多采用双油压回路前后交叉布置保证运行的可靠安全性；下模夹紧器多采用LHT型夹紧器，操作人员手动放到位夹紧即可。夹紧器是通过橡胶钢丝高压油管与高压无缝钢管与气动增压动力泵站相连，所以在装配时考虑到上模夹紧器会跟随曲柄滑块一起运动，因此必须设置一条连接滑块与压力机身的拖链用来规范油管的运动，将油管与拖链连接后，便能起到保护上模锁紧缸油管的目的，同时下模锁紧缸油管仅需要加固在冲床底部的床身上就可以了。夹紧器外形与动力单元如图1所示。

图 1 夹紧器外形与动力单元

二、硬件的选择和电气设计

人机界面选择三菱的HMI面板，界面能准确显示系统的状况，附带报警功能，上模自移式夹紧器的选择可以在HMI上选择开启使用与不使用，且当滑块处于下死点位置时才允许操作夹紧器松开，其余所有控制参数修改都可以在界面完成。为了系统的安全和稳当，系统使用了国际品牌德国施耐德schneider的按钮开关，安全继电器和接触器，以此来保证在发生故障的时候系统能够提供准确的信息给外部的设备。PLC采用日本三菱，主要操作通过人机界面操作。

图2总体电气设计

三、换模方式的实施与改善效果

(1) 传统的人工换模方式需要操作人员将螺栓旋转 10 ～ 20 圈，才可以将螺栓扭紧装好或扭松卸下模具，模具体积越大，螺栓的尺寸也越大、数量也越多，导致整个拆装流程费时又费力；因无法检测螺栓的松紧，若更换操作人员，对螺栓的松紧判断错误，会产生或多或少的安全隐患。更改成液压夹紧器后，安装时只需操作人员将已经松开的夹紧器放到模具底座与滑块或压机底座的T字形槽体与模具连接处即可，放置到位后，在快速换模系统操作箱上操作将各个夹紧器进行夹紧作业，提高夹紧器的压力值直到确保锁紧模具，即完成模具锁紧工作，控制系统可以实时监控夹紧器的锁紧力，当锁紧力异常时，立马发出信号使冲床停机，因此保证了设备运行时的安全性； 拆卸时，也只需操作人员在操作箱松开夹紧器，然后将模具取出即可。

(2) 原有的把模具从冲床中拉出和拉进冲床的工作模式为：将已经拆卸完成的模具上下固定后，通过专用的吊装环，由车间天车用钢丝绳与1个滑轮连接到模具吊装环上，经过天车给予的拉力将模具拉出或拉进，但冲床与模具连结处无传动结构，模具本身就有非常大的重量，且冲床与模具连结处的接触面并非光滑，拉出或者拉进模具产生的巨大摩擦力也加大换模难度，延长换模时间；通过对冲床安装滚轮式导轨，模具的移动方式由原来的滑动摩擦变为了阻力很小的滚动摩擦，人工即可推动安装模具，模具的进出安装变得更为轻便与安全。

(3)相比之前的换模方式，使用快速换模系统后对换模时间进行统计后，得到下表

四、结语

通过对传统的换模方式的改善，优化电气设计，运用半自动快速换模系统，不仅减轻了操作人员的负担，降低了对操作人员的门槛，而且冲床设备的换模时间由原来的7515s减少到1275s,大大提高了产品的切换效率，生产效率相应也得到极大的提高，有助于实现“个性化定制，柔性化生产”的理念，从而提高企业的市场竞争力。

参考文献：

[1]林锦州，于英杰，郝树新．人工智能在汽车制造智能化升级中的应用［J］．新型工业化，2019，9(9):58－62．Lin JZ，Yu YJ，Hao SX．Application of artificial intelligence in intelligent update of automobile manufacturing［J］．The Journal of New Industrialization，2019，9 ( 9) : 58 － 62．

[2]郝冠男，邓立君．基于快速换模技术的生产线换线过程改善［J］．现代制造工程，2019，( 4) : 139 － 144．Hao G N，Deng L J．Ｒesearch on optimization of changeover process in production line based on SMED technology［J］．Mod- ern Manufacturing Engineering，2019，( 4) : 139－144．

[3]林志刚，张盛．功能安全原理与技术实现解析［J］．智慧工厂，2019，(11) : 46 － 49，54．