改善卷圓工藝圓弧度的模具設計與驗證

文/呂新鑫，沈強，趙安定，鄭海華，張智·杭州老板電器股份有限公司

現在這款鈑金產品，用于滾珠滑輪的配合，如這個卷圓的圓弧度，將影響滾輪和圓弧產品的順暢度，對于高端廚電產品而言，滾輪的體驗手感是至關重要的。為保證尺寸的穩定及產品的精致度，合理的模具結構至關重要，如圖1 所示。

圖1 實物與模具

隨著廚電市場消費升級、科技創新、品質提升，廚電公司推出越來越多的新產品，滿足消費者的需求，提高人們生活品質。以洗碗機為例，中怡康數據顯示，洗碗機2020 上半年線下和線上零售量同比增長14%、39%，洗碗機廠商也不斷加碼相關健康功能、提升技術布局和儲備。如今，鈑金常規結構卷圓工藝有好幾種，但根據實際情況，一般會選用以下方案，第一步成形1/4 圓弧，第二步側推成形。鈑金多次成形后，尺寸會有累計偏差。按常規設計方案平面壓料，靠凹模側推、擠壓成形，會出現橢圓的拋物線式圓弧，同時尺寸也不易控制。

圖2 產品結構圖與常規模具結構圖

同時，類似產品模具在批量生產中，偶爾會出現尺寸超差，導致生產停線。品質部認為產品精致度不好，提出要改進產品的精致度，現有的外觀及塑料件的圓弧處配合段差不一致。針對問題，經過現場分析發現，尺寸不穩定和機床的行程和平行度都有很大的關系，機床導軌磨損后，造成一定的傾斜，使得每批次不一致，還有凸模只是壓平邊，沒有完全仿形圓弧壓制成形，導致成形時隨著凹模的擠壓，圓弧自由成形，精致度不夠。產品結構圖與常規模具結構圖如圖2 所示。

根據生產現場模具分析，就要設計一個新的結構來保證尺寸的穩定及外觀的精致度。第一方案：一個凸模、凹模仿形算好回彈，一次成形到尺寸。但是由于整個產品約450mm長，人手一次抽超過300mm就會容易疲勞，正常一天工作8 小時，工作強度會很大。第二方案：整體思路不變，考慮上模增加滑塊結構，保證產品輕松取料的方式，大大降低操作員工的疲勞強度，同時還能保證產品的精致度。

成形結構模具設計原理分析

改進模具結構后(圖3)，先放置工序件，凸模內斜楔下行，凸模受側向應力，使其在上?；墸揭苿拥轿弧４藭r，上固定板、上模斜楔和凸模內斜下行，使凸模頂著產品到定位板上。此時，凹模受力，使其在下?；墸揭苿拥轿唬＞叱尚瓮瓿伞Ｉ夏；爻?，內斜楔、抽離凸模在復位彈簧的作用下，凸模合并到尺寸，小于產品開口尺寸。同時隨著上模斜楔，脫離凹模，凹模在復位彈簧的作用下，沿著下?；?，凹模打開，產品脫離凹模。模具繼續上行，凸模脫離產品，同時浮起產品，正常取料。

凸模圓角的設計

通常圓弧成形后有回彈，設計合理的回彈，可以減少凸模的改模時間，甚至降低了新制凸模、凹模的風險。根據理論，實際回彈后的總結，應用公式對圓角回彈的計算，成形后尺寸可以達到要求。

產品放料

采用兩個內孔精定位，由于支撐面太小，產品放不穩，增加單向磁鐵，防止沖床抖動，造成產品傾斜太多，影響成形接觸點。

產品取料

圖3 改進后的總裝圖

上?；爻?，內斜楔、抽離凸模在復位彈簧的作用下，凸模合并到尺寸，小于產品開口尺寸。同時隨著上模斜楔，脫離凹模，凹模在復位彈簧的作用下，沿著下?；墸寄４蜷_，產品脫離凹模。模具繼續上行，凸模利用與產品的單邊間隙0.6mm 脫離產品，并始終保持產品還吸在單向磁鐵的頂料銷上，單向磁鐵的頂料銷及內定位同時浮起，在凹模型腔內正常取料。產品取放示意圖和頂塊結構如圖4、圖5 所示。

圖4 產品取放示意圖

圖5 頂塊機構

第一階段

使用氮氣彈簧，保證滑塊頂塊在下行到凹模腔內前，已復位到位(圖6)。分解如下：凸模內斜楔下行7mm，凸模受側向應力，分解后的水平推力使其在上?；壣纤揭苿拥皆O計值(圖7a)。此時，上固定板、上模斜楔和凸模內斜楔下行7mm，上模斜楔進入第一階段(圖7b)，此時凹模初始位置到位。

第二階段

上固定板、上模斜楔和凸模內斜楔繼續下行14mm，凸模頂著產品到定位板上，同時上模斜楔進入第二階段(圖8a)。此時，凹模受力，使其在下?；壣纤揭苿拥轿?，產品面接觸，防止行程影響尺寸，保證模具尺寸穩定(圖8b)。

圖6 頂塊機構

圖7 第一階段

圖8 第二階段

結果分析

經過生產批量投入6 萬件，該產品關鍵尺寸(19.9±0.1)mm 及(8.1±0.1)mm，經過模具全壓仿形成形，保證了尺寸在公差范圍內，圓弧精致度，品質得到認可。在上模改進增加滑塊結構后，可保證產品輕松取出，大大降低操作員工的疲勞強度。本文對有配合關系的卷圓工藝產品模具設計，提供了一定的借鑒，相比常規空壓側推成形生產的產品尺寸和精致度都有了較大的改進，如圖9 所示。

圖9 產品優化前后對比圖

結束語

針對卷圓成形工藝尺寸及圓弧度不達標的問題，本文進行了成形凸模無壓料空成形的結構優化設計，相比較未優化模具制造的產品，使用優化后的模具制造出了8.1mm 的成形工藝尺寸，同時保證了產品外觀精致度，使得產品的成形工藝尺寸及圓弧度達到設計要求。目前還存在定位針退出凸模中間時會滯后，導致滑塊凸模瞬間回程造成輕微異響的問題，因此確保該結構穩定性是未來的研究方向。