冰箱隱形端蓋門殼的成形工藝優(yōu)化及模具設(shè)計

張小磊

（安徽擎天偉嘉裝備制造有限公司，安徽 滁州 239000）

0 引 言

冰箱款式的變化主要體現(xiàn)在冰箱門殼款式,隱形端蓋門殼的冰箱深受用戶的親睞。在各大冰箱企業(yè)中，冰箱門殼的型號規(guī)格較多，采用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，模具設(shè)備的投入成本高，外形尺寸一旦改變則須投入新的模具。以下對隱形端蓋門殼的成形工藝進行優(yōu)化設(shè)計，達到減少設(shè)備投入、降低生產(chǎn)成本、生產(chǎn)柔性化的目的。

1 門殼結(jié)構(gòu)分析及成形工藝方案確定

1.1 門殼結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為冰箱門體的金屬外殼，材質(zhì)為PCM板，PCM材料的力學性能如表1所示。因冰箱的容積不同，門殼尺寸規(guī)格多樣，圖1中門殼A、B的尺寸根據(jù)冰箱容積大小的變化而變化。在實際生產(chǎn)中，專用設(shè)備需兼容A、B尺寸的變化，以滿足不同規(guī)格門殼的生產(chǎn)。門殼表面不能有劃傷、凸凹不平的現(xiàn)象，門殼A處尺寸公差為±0.2 mm，門殼B處尺寸公差為±0.3 mm，R1 mm及R30 mm尺寸處不能有涂層破損現(xiàn)象。

表1 PCM材料的力學性能

圖1 冰箱門殼

1.2 工藝方案確定

圖2所示為冰箱門殼成形后的效果，從圖2可以看出，門殼四周進行了彎曲處理，E與H側(cè)彎曲R1 mm與R30 mm，需彎曲2次；F與G側(cè)彎曲R1 mm。在實際生產(chǎn)中，第一步工序是沖裁：將多余的邊角料部分切除，留下需要的形狀進入后工序；第二步是彎曲，彎曲有2種方案：①先成形G、F側(cè)再成形E、H側(cè)；②先成形E、H側(cè)再成形G、F側(cè)。成形零件時需保證R30 mm處G、F面的表面質(zhì)量，不能出現(xiàn)起皺、劃傷現(xiàn)象。

圖2 冰箱門殼外形

方案①一般用于產(chǎn)品前期開發(fā)，小批量試件時采用，分3道工序完成：沖裁→彎曲G、F邊R1 mm，彎曲E、H邊R1 mm→彎曲E、H邊R30 mm。采用3個壓力機，每個壓力機配1副模具，用于門殼每道工序的成形。但遇到A/B尺寸變化時則需更換模具，造成換型時間長、生產(chǎn)成本高、且生產(chǎn)效率低。

大部分企業(yè)采用方案②生產(chǎn)此類門殼，分5道工序完成：沖裁→彎曲E、H側(cè)R1 mm→彎曲E、H側(cè)R30 mm→彎曲G、F側(cè)R30 mm處翻邊（簡稱包角）→彎曲G、F側(cè)R1 mm（端部彎曲）。

方案②可應用于柔性生產(chǎn)線，適應門殼長寬尺寸的變化，節(jié)省換型時間和提高生產(chǎn)效率。采用方案②成形門殼的工序如下。

（1）沖裁工序。選用較小的沖床對門殼需要沖裁的部位進行沖切，采用5個小沖床，其相對位置可在X/Y方向變化，滿足不同尺寸門殼的沖切，沖模布局如圖3所示。

圖3 門殼沖模布局

（2）彎曲E、H側(cè)R1mm工序和彎曲E、H側(cè)R30 mm工序。采用專用彎曲機，通過外模旋轉(zhuǎn)的方式進行彎曲。彎曲機的規(guī)格能滿足最大的B尺寸，可生產(chǎn)各種規(guī)格的門殼。彎曲原理分別如圖4和圖5所示。

圖4 門殼兩側(cè)R1 mm彎曲

圖5 門殼兩側(cè)R30 mm彎曲

（3）包角工序。采用4副模具對門殼4個拐角處的圓角R單獨彎曲成形，可對模具位置進行調(diào)整以滿足不同尺寸門殼的要求。圖6所示為成形前狀態(tài)，圖7所示為成形后狀態(tài)。

（4）端部彎曲工序。采用2副模具對門殼G、F側(cè)的R1 mm單獨彎曲成形，可通過調(diào)整模具的位置滿足B尺寸的變化需求，模具的寬度根據(jù)A的最小尺寸制作。圖8所示為成形前狀態(tài)，圖9所示為成形后狀態(tài)。

圖8 G、F側(cè)包角成形后端部彎曲前的狀態(tài)

圖9 G、F側(cè)端部彎曲成形后狀態(tài)

G、F側(cè)的成形由包角工序和端部彎曲工序組合完成。在包角工序，K尺寸盡可能取最大值（見圖10），而端部彎曲模的尺寸取最小值，兩者尺寸組合滿足A尺寸的需求，達到柔性化生產(chǎn)的目的，更換型號生產(chǎn)快捷高效。

圖10 G、F側(cè)包角尺寸

綜上所述，方案②的重點在于包角工序與端部彎曲工序的組合，解決了A尺寸變化的問題。因門殼尺寸較大，而模具外形尺寸較小，在成形時對門殼相對于模具的位置要求較高，對門殼的定位非常重要，且在包角模與端部彎曲模中成形時，門殼的定位基準須統(tǒng)一。如果定位位置不同，可能無法達到預期效果，甚至造成門殼報廢。以下對包角與端部彎曲模的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 包角模設(shè)計

2.1.1 包角模結(jié)構(gòu)

包角模結(jié)構(gòu)如圖11所示，門殼7通過卸料板18預壓在模具內(nèi)，上模下壓，包邊凹模11在下降過程中與限位塊5接觸，包邊凹模11通過導向板16向右側(cè)滑動，滑動過程中對門殼7進行彎曲，包含R30 mm圓弧面的成形。上模下壓到一定位置后，包邊凸模對門殼7進行彎曲，此彎曲過程包含F(xiàn)、G側(cè)R1 mm的彎曲，成形后的效果如圖10所示。

圖11 包角模結(jié)構(gòu)

2.1.2 包角模結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

包角模的設(shè)計要點在于凸、凹模之間的間隙為板材的實際厚度，此厚度為門殼材料的總厚度，包括基材厚度、表面涂層厚度和保護膜厚度等。因為門殼彎曲角度及表面質(zhì)量要求較高，成形后不能對表面造成損傷，所以凸、凹模之間的間隙至關(guān)重要。成形過程中，門殼板材與凸、凹模有相對摩擦且受力較大，因此，凸、凹模表面需要拋光至粗糙度值＜Ra0.4 μm。凸、凹模材質(zhì)采用Cr12MoV，熱處理硬度58～62 HRC。凹模鑲件結(jié)構(gòu)如圖12所示，彎曲邊與非彎曲邊過渡區(qū)域的結(jié)構(gòu)應與板材實際狀態(tài)一致。

圖12 凹模結(jié)構(gòu)

2.2 端部彎曲模設(shè)計

2.2.1 端部彎曲模結(jié)構(gòu)

端部彎曲模結(jié)構(gòu)如圖13所示，模具通過上卸料板9預壓門殼，上模下壓過程中，通過上模板12將門殼彎曲，同時將下卸料板8下壓，使其避讓彎曲后的門殼。彎曲動作完成后上模上升，下卸料板8將彎曲后的門殼頂起，使門殼脫離下模板3，完成彎曲成形。

圖13 端部彎曲模結(jié)構(gòu)

2.2.2 端部彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

端部彎曲模的設(shè)計要點與包角模一樣，不同的是上模板12的尺寸較大，應考慮其強度，防止在成形過程中由于上模板12變形造成凸、凹模之間的間隙加大，影響成形效果。為減小彎曲力，上模?？诮Y(jié)構(gòu)如圖14所示。

圖14 端部彎曲模上模?？诮Y(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語

在實際生產(chǎn)中，門殼易產(chǎn)生彎曲面凹凸不平的現(xiàn)象（見圖15），是因為在包角成形時，門殼此區(qū)域由于形變產(chǎn)生了硬化，在端部彎曲時，此面達不到平整效果，可對此區(qū)域增加一道整形工藝，使其滿足使用要求。

圖15 成形后效果

所述隱形端蓋冰箱門殼的成形工藝能節(jié)省模具開發(fā)成本費用，解決在實際生產(chǎn)中因換模時間長而造成的效率低等問題，也避免了在不斷換模時造成定位精度等問題。