改善卷圆工艺圆弧度的模具设计与验证

文/吕新鑫，沈强，赵安定，郑海华，张智·杭州老板电器股份有限公司

现在这款钣金产品，用于滚珠滑轮的配合，如这个卷圆的圆弧度，将影响滚轮和圆弧产品的顺畅度，对于高端厨电产品而言，滚轮的体验手感是至关重要的。为保证尺寸的稳定及产品的精致度，合理的模具结构至关重要，如图1 所示。

图1 实物与模具

随着厨电市场消费升级、科技创新、品质提升，厨电公司推出越来越多的新产品，满足消费者的需求，提高人们生活品质。以洗碗机为例，中怡康数据显示，洗碗机2020 上半年线下和线上零售量同比增长14%、39%，洗碗机厂商也不断加码相关健康功能、提升技术布局和储备。如今，钣金常规结构卷圆工艺有好几种，但根据实际情况，一般会选用以下方案，第一步成形1/4 圆弧，第二步侧推成形。钣金多次成形后，尺寸会有累计偏差。按常规设计方案平面压料，靠凹模侧推、挤压成形，会出现椭圆的抛物线式圆弧，同时尺寸也不易控制。

图2 产品结构图与常规模具结构图

同时，类似产品模具在批量生产中，偶尔会出现尺寸超差，导致生产停线。品质部认为产品精致度不好，提出要改进产品的精致度，现有的外观及塑料件的圆弧处配合段差不一致。针对问题，经过现场分析发现，尺寸不稳定和机床的行程和平行度都有很大的关系，机床导轨磨损后，造成一定的倾斜，使得每批次不一致，还有凸模只是压平边，没有完全仿形圆弧压制成形，导致成形时随着凹模的挤压，圆弧自由成形，精致度不够。产品结构图与常规模具结构图如图2 所示。

根据生产现场模具分析，就要设计一个新的结构来保证尺寸的稳定及外观的精致度。第一方案：一个凸模、凹模仿形算好回弹，一次成形到尺寸。但是由于整个产品约450mm长，人手一次抽超过300mm就会容易疲劳，正常一天工作8 小时，工作强度会很大。第二方案：整体思路不变，考虑上模增加滑块结构，保证产品轻松取料的方式，大大降低操作员工的疲劳强度，同时还能保证产品的精致度。

成形结构模具设计原理分析

改进模具结构后(图3)，先放置工序件，凸模内斜楔下行，凸模受侧向应力，使其在上模滑轨，水平移动到位。此时，上固定板、上模斜楔和凸模内斜下行，使凸模顶着产品到定位板上。此时，凹模受力，使其在下模滑轨，水平移动到位，模具成形完成。上模回程，内斜楔、抽离凸模在复位弹簧的作用下，凸模合并到尺寸，小于产品开口尺寸。同时随着上模斜楔，脱离凹模，凹模在复位弹簧的作用下，沿着下模滑轨，凹模打开，产品脱离凹模。模具继续上行，凸模脱离产品，同时浮起产品，正常取料。

凸模圆角的设计

通常圆弧成形后有回弹，设计合理的回弹，可以减少凸模的改模时间，甚至降低了新制凸模、凹模的风险。根据理论，实际回弹后的总结，应用公式对圆角回弹的计算，成形后尺寸可以达到要求。

产品放料

采用两个内孔精定位，由于支撑面太小，产品放不稳，增加单向磁铁，防止冲床抖动，造成产品倾斜太多，影响成形接触点。

产品取料

图3 改进后的总装图

上模回程，内斜楔、抽离凸模在复位弹簧的作用下，凸模合并到尺寸，小于产品开口尺寸。同时随着上模斜楔，脱离凹模，凹模在复位弹簧的作用下，沿着下模滑轨，凹模打开，产品脱离凹模。模具继续上行，凸模利用与产品的单边间隙0.6mm 脱离产品，并始终保持产品还吸在单向磁铁的顶料销上，单向磁铁的顶料销及内定位同时浮起，在凹模型腔内正常取料。产品取放示意图和顶块结构如图4、图5 所示。

图4 产品取放示意图

图5 顶块机构

第一阶段

使用氮气弹簧，保证滑块顶块在下行到凹模腔内前，已复位到位(图6)。分解如下：凸模内斜楔下行7mm，凸模受侧向应力，分解后的水平推力使其在上模滑轨上水平移动到设计值(图7a)。此时，上固定板、上模斜楔和凸模内斜楔下行7mm，上模斜楔进入第一阶段(图7b)，此时凹模初始位置到位。

第二阶段

上固定板、上模斜楔和凸模内斜楔继续下行14mm，凸模顶着产品到定位板上，同时上模斜楔进入第二阶段(图8a)。此时，凹模受力，使其在下模滑轨上水平移动到位，产品面接触，防止行程影响尺寸，保证模具尺寸稳定(图8b)。

图6 顶块机构

图7 第一阶段

图8 第二阶段

结果分析

经过生产批量投入6 万件，该产品关键尺寸(19.9±0.1)mm 及(8.1±0.1)mm，经过模具全压仿形成形，保证了尺寸在公差范围内，圆弧精致度，品质得到认可。在上模改进增加滑块结构后，可保证产品轻松取出，大大降低操作员工的疲劳强度。本文对有配合关系的卷圆工艺产品模具设计，提供了一定的借鉴，相比常规空压侧推成形生产的产品尺寸和精致度都有了较大的改进，如图9 所示。

图9 产品优化前后对比图

结束语

针对卷圆成形工艺尺寸及圆弧度不达标的问题，本文进行了成形凸模无压料空成形的结构优化设计，相比较未优化模具制造的产品，使用优化后的模具制造出了8.1mm 的成形工艺尺寸，同时保证了产品外观精致度，使得产品的成形工艺尺寸及圆弧度达到设计要求。目前还存在定位针退出凸模中间时会滞后，导致滑块凸模瞬间回程造成轻微异响的问题，因此确保该结构稳定性是未来的研究方向。