1 模具凸模切换方式
1.1 传统凸模切换
凸、凹模均属于模具易损部件，在传统冲压生产中凸模多采用压入式挂肩结构，一般安装在上模座，如图1所示。在生产无孔件后再生产带孔件，需要临时停线30~40min，由至少2名模具维修人员对模具进行拆解，将凸模及固定座安装在上模座（包括螺钉和销钉），如图2所示。再将模具组装进行生产带孔件，这样不仅增加了工人的劳动强度，还降低了生产效率，凸模安装有偏差会造成冲孔不良，甚至停产等。
这种挂肩式凸模固定座尺寸小，布置较为简单，能满足结构复杂且车型单一的模具，但对于新车型外覆盖件集中在1副模具同时生产有孔和无孔件的情况，使用该固定式凸模座不适合。由图2可以看出，传统式挂肩凸模座虽然结构简单，但是拆装复杂，需要模具停台拆卸且维修人员要进入凸凹模中间才能进行拆装凸模切换，存在安全隐患。因此，该方式适用于产量不大且不经常切换凸模的模具，或在生产前线下完成凸模固定座的拆装，保证每批次生产都是一种状态。
1.2 球锁式凸模切换
球锁式凸模切换与传统切换模式类似，也是将模具上模压料芯拆解后手动将凸模安装或拆卸，但该结构是通过凸模固定座内部的钢球在弹簧作用下完成，无需将凸模固定座拆卸，只需手动按压钢球即可安装或拆卸凸模，如图3所示。球锁式凸模切换较传统切换模式具有结构简单、操作便捷等优点，而且每次更换凸模时间比传统模式至少节省5~10min，但是压料芯拆解后，空间狭窄会影响模具维修人员安装作业，造成员工操作困难，耗时较长。在员工作业姿势不正确或难以发力时对球锁固定座凸模进行切换，存在凸模安装不稳定而脱落的隐患，严重时会对模具零件表面造成损坏。凸模数量越多，切换耗时越长。
1.3 气动式凸模切换
气动式凸模切换装置是通过内部气缸调节杆改变凸模高度，达到冲孔或不冲孔的目的。当气阀通气时，气缸调节杆伸长将凸模顶起至工作位置，对板材进行冲孔；当气阀断气后，气缸调节杆收回，凸模靠2个弹簧回压至非工作位置，不对板材冲孔，如图4所示。该切换模式相比于前2种切换模式，无需将模具上模压料芯拆解，只要有固定座安装空间即可靠气路实现有孔件和无孔件的加工，切换时间仅需5~10s，在节省时间的同时提高了生产效率，操作更加方便快捷。
气动模式相比手动模式有以下优点：①生产相同车型有孔或无孔零件时，不需制作新模具，降低了车型投入成本；②操作便捷，无需拆装凸模和凸模座，在线通过气路装置控制凸模工作状态；③在模具外侧安装摆动气缸并制作开孔用显示器，更加直观辨别凸模是否在使用状态；④线下修模时可以利用气路接头外接驱动气源，对凸模刃口修理；⑤同时生产有孔、无孔零件，保证品质的同时也提高了生产连动性。
2 气动冲孔工艺结构
气动冲孔位置既要满足工艺布局，又要保证有足够空间安装凸模切换装置。在某燃油车型的基础上开发了混动车型，其后地板追加了1个孔，用来固定蓄电池的线束，如图5所示，即后地板模具既要生产不带孔的零件供燃油车型使用，又要生产带孔的零件供混动车型使用。因此在不制作新模具的基础上，需要对模具冲孔工艺进行改造，开发燃油车型时后地板模具加工工艺为OP10拉深、OP20二次拉深、OP30冲孔+修边和OP40修边+上翻边，由于拉深工序不能加入冲孔工艺，OP40安装冲孔装置空间不足，而OP30已有冲孔工艺，如图6所示，同时模具上模空间大，可以满足气动冲孔装置的安装。
3 模具气路结构及工作原理
3.1 模具气路结构布局
滑块压力机主气源、模具凸模切换装置角度以及外接接头安装位置对整体气路结构布局十分重要，合理的布局能使模具外观清晰简单，可以接通较少的气管实现更大的改善。自动化气源分下模气源和上模气源2种方式，下模气源可利用压力机底座预留的气源接口进行使用，且在非生产时间能将工装安装就位。传统上模没有预留气源接入口，只能在生产时间将气源接入。某汽车厂上模压力机有气源，且后地板模具追加冲孔位置在F送料端右后侧，优先选用压力机距离较近的右侧气源供给，如图7所示。
滑块压力机的气源有4个，分布在左右两侧，位置对称，从俯视图观察气源A、B距离X轴均为固定值600mm，与Y轴距离分别为875mm和1125mm。模具通过耦合器的接口与压力机固定连接，如图8所示。
凸模切换装置角度主要有4种，分别为0°、90°、180°和270°，根据模具上模空间以及模具镶件有无干涉选择。该凸模切换装置综合考虑后选择90°安装最佳，但是与模具镶件局部存在干涉，需要将干涉部位去除，但是不能影响模具加工整体强度，如图9所示。当切换装置出现异常时，可以随时拆卸进行更换和维修，操作简单便捷，不会与其他部位有干涉。气路外接气源应尽量安装在与压力机气源较近位置，可以节省气管使用长度，而且从模具外侧观察气路结构简单便捷，当气路出现异常时也便于查找，如图10所示。
3.2 工作原理
后地板模具的凸模快速切换气路主要由1个凸模切换装置、1个外接气路接头、2个梭动阀、2个快速耦合器、1个开孔用显示器和若干气管连接而成。
若上模压力机内部有气源，模具上模运动至上止点，在控制面板上选择“打孔机入”，压力机气源A接头会与耦合器快速介入给气，此时开孔显示器指针指向S端，凸模切换装置通过内部调节杆将凸模顶至最高点，属于凸模工作状态，可以生产带孔件。在控制面板上选择“打孔机出”，压力机气源B接头会与耦合器快速介入给气，开孔用显示器指针会指向N端，切换装置调节杆会收缩，凸模依靠弹簧作用回弹至最低点，即非工作状态。某汽车厂控制面板如图11所示。
若上模压力机无气源，需要气路接头外接下模气源，气路进出根据滑块压力机角度决定。当压力机下降过程中（0~180°），外接气源给气将切换装置的凸模压缩至工作状态，当压力机回升过程中（180°~360°），外接气源排气将凸模回弹至非工作状态，往返重复运动。此外，当下模凹模套出现磨损后，需要在研配机上修理模具，可以利用外接气源将凸模顶出，然后以凸模刃口作为基准对凹模套研配修理。模具气路安装如图12所示。
4 气路组件功能介绍
4.1 凸模切换装置
凸模切换装置内部结构较为复杂，主要由固定座本体、凸模、调节杆、垫块、气缸等部件组成。该装置外接气源时调节杆会随着动作，凸模的位置也会变化，如图13所示。安装凸模切换装置时需注意以下3点。
（1）装置在安装时，如果螺钉拧得过紧，会变形导致凸模动作不良，需按照扭力扳手要求力矩执行，如图14所示。
（2）装置如果不安装凸模就工作，固定座会受力不均导致弹簧折断，如图15所示。
（3）如果切断气源后凸模装置仍然在滑块压力机上重复工作，调节杆会不断产生震动，影响动作不顺畅，如图16所示。
4.2 滑板
滑板通常有2块，依靠2个M12螺钉固定在模具上表面，并且安装在压力机滑块气源位置，如图17所示。驱动气源用φ10mm气管连接，下方用Rc3/8螺旋接头与φ10mm气管连接。
4.3 梭动阀
梭动阀又称为“双向控制阀”或“双向止回阀”，阀体有2个入口X、Y与一出口A。当压缩空气由Y口进入时，内部止回块将X口密封，压缩空气由Y口流向A口。压缩空气从X口进入，止回块将Y口封闭，压缩空气由X口流向A口，如图18所示。当压缩空气作反向流动时，由于压力条件，止回块停留在原位置。
4.4 开孔区分显示器
显示器主要由指示针、面板和摆动气缸组成，用来显示气路接通时部件所在位置，主要由S和N来表示，如图19所示。其中摆动气缸是常见的执行元件，利用气体的压力差来实现叶片的摆动，带动轴承和机械臂运动，当气体排出时，叶片会回到原位，完成一次工作循环。
▍原文作者：张 乐
▍作者单位：一汽丰田汽车有限公司