冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術研究與應用

摘 要：根據傳統的門殼鈑金成型工藝存在的問題，提出了門殼鈑金成型自動化生產工藝，重點介紹了冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化設備設計要點。

關鍵詞：冰箱全包邊門殼;鈑金成型;自動化設備;CNC

0 引言

隨著消費者對冰箱外觀要求的不斷提高，簡單的U形折彎門殼與塑料端蓋配合的冰箱門體結構已經無法滿足消費者的審美需求，而全翻邊門殼與隱形塑料端蓋配合的門體結構日漸受到消費者歡迎。以往的鈑金門殼成型作業，由于受到生產工藝技術的限制，基本采用多道液壓機和模具配合生產的模式，且不同產品生產需要研制不同的鈑金模具，成本較高。如今隨著智能技術、伺服電機的應用以及絲桿傳動精度的提升，鈑金加工逐漸呈現出自動化、智能化的特點。全包邊門殼成型工藝應用CNC成型技術，發揮自動化設備優勢，可達到生產線全自動生產的目的，既減少了模具投入，實現減員增效目標，又能保證最終的產品質量。

1 門殼鈑金成型的傳統生產工藝

全包邊門殼是四邊成型，成型難點在于拐角點的全包邊成型。傳統工藝采用鈑金模具整體成型，但鈑金模具成型容易受到板材厚度、板材基材力學性能等因素影響。冰箱門殼彩板基材一般為0.45 mm厚，但VCM彩板附兩層膜，總體厚度比PCM、PET、不銹鋼板要大。傳統非包邊U形門殼采用基材為DX51D+Z的鋼板，而全包邊門殼板材因為結構需要而采用DX52D+Z的鍍鋅鋼板，不同基材模具成型后反彈量不同。同時，鋼板的表面覆蓋PE膜，對表面質量有比較嚴格的要求，表面不能有損傷。

以往的全包邊門殼鈑金傳統模具成型工藝生產流程為沖切→四周折彎翻邊→折U包角等，需要使用多臺沖床或液壓機與模具配合生產，其成型工藝如圖1所示。

傳統的沖床或液壓機與模具配合生產方式，鑒于門殼與塑料件配合間隙、板材厚度差異和板材力學性能差異對其模具設計提出了更高的要求，模具制作成本上升。同時，門殼工件外形尺寸較大，人工作業時每個工序要配備兩名作業人員，導致作業現場的設備、工作人員基數較大，無法保證生產效率與產品質量。而使用機械手連線自動生產方式，由于模具與沖床或液壓機沒有精準定位，不同型號產品換模時，需要依次調試機械手與模具的配合，一般換模時間需1～2 h，影響生產效率。為了解決以上問題，冰箱全包邊門殼鈑金成型需要引入自動化設備，減少模具投入，提高生產效率。

2 門殼鈑金成型自動化生產工藝

冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化生產采用組合式成型技術，其工藝流程為上料→沖切→折彎1（兩側邊）→折彎2（四角）→折彎3（折U彎）→包角（四角）→翻邊（端部）→下料，其重點工序為組合沖切、組合折彎和組合包角翻邊，重點工序成型如圖2所示。

組合沖切工位：在組合沖切工位，門殼板材在伺服夾鉗驅動下，各沖切模具按照設定程序動作完成區域沖切;根據產品結構不同，在組合沖切工位還可以增加沖孔、翻孔等功能。

組合折彎工位：已完成沖切的門殼板材在組合翻邊工位先進行兩側邊折彎，再進行底部和頂部區域四角翻邊折彎，最后進行折U彎。

組合包角翻邊工位：在此工位，先四角包角，然后進行區域端部翻邊。

3 冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化設備設計

3.1? 設備構成

全包邊門殼鈑金成型自動化設備包括自動上料工位、組合沖切工位、組合折彎工位、組合包角翻邊工位、下料工位、傳動機械手、液壓和氣動系統、電氣控制系統和沖切模具等。

3.2? ? 核心部位機械自動化設計

相對傳統生產線，該門殼鈑金成型自動化生產線核心部位是組合折彎工位和組合包角翻邊工位。

3.2.1? ? 組合折彎工位設計

組合折彎工位設計關鍵點是兩側折彎、四角打角模翻邊、折U彎3個動作在CNC的依次銜接和尺寸精度配合，其結構主要由大床身、兩側活動床身、CNC折彎站組成;CNC折彎站又由下墊刀、上壓刀機構，折彎刀機構，打角模組件和折彎刀升降組件等組成。

兩側活動床身間距調整由伺服電機、減速器、聯軸器、換向器和絲桿等機構實現，折彎刀的上下移動、對中移動，均由雙伺服同步機構驅動實現，適應不同寬度、不同厚度門殼生產的同時又能保證門殼尺寸精度。

兩端頭打角模具長度方向調整由伺服電機驅動齒輪齒條進行調節，以適應不同長度門殼的生產要求。生產時，板材到位后，上壓刀與下墊刀固定板材，折彎刀動刀和定刀1對中到位后進行90°折彎，然后折彎定刀1組件下降;此時，兩端頭打角模具先下降到板材高度平面，再向內對中，到位后進行四角打角翻邊;四角翻邊后兩端頭打角模具先水平向外退出再向上，折彎刀同步上升到板材高度，然后向內對中并與定刀2配合進行折U彎，折U彎完成后折彎刀和定刀1均復位，準備下一循環動作。

3.2.2? ? 組合包角翻邊工位設計

該工位主要完成折U后門殼四角包角和兩端頭翻邊，主要由提升機構、包角模壓機、翻邊模壓機和托料毛刷輪等組成。其中，提升機構為龍門式，其前后移動采用雙電機和絲桿機構驅動，上下移動采用電機和齒輪齒條機構驅動;包角模模架采用電機和齒條齒圈驅動左右移動。提升機構將折U彎后的門殼先提升到包角模工作面，前后移動與包角模壓機和中間翻邊模壓機動作相配合，依次進行零件四角包角和兩端翻邊，完成零件成型工作;然后升降機構下降到原位，將零件傳輸到下料工位。

3.3? ? 設備能力

此生產線生產節拍約20 s/件，通過增加單獨的折U彎工位，生產節拍可以提升到15 s/件，與鈑金模具生產達到相同的生產效率;同時根據程序設定，該生產線可以兼容非包邊門殼生產;折彎時通過程序預設定動刀與定刀之間的間隙，能夠滿足不同厚度板材折彎需求;換型采用一鍵換型方式，設備各工位在伺服電機驅動下自動調整位置，換型時間少于1 min。

該生產線是一條高柔性全自動成型線，打破了傳統生產模式只能生產一種冰箱門殼的局限，可實現不同尺寸范圍和不同形狀、截面的產品自動換型，可生產門殼寬度在300～1 000 mm規格不等的冰箱門殼，門殼高度在300～2 000 mm。

同時，該生產線集成度高，占地面積少，不需要增加額外模具，免除了重新開模的費用，解決了模具存放問題，能有效解決企業場地受限的難題，提高了工廠的產能密度。

4 結語

綜上所述，冰箱全包邊門殼鈑金成型生產中應用自動化設備生產，可以杜絕人工作業產生不良產品的問題，提高產品質量;換型時間短，提高了人均作業效率;可兼容不同型號的產品生產，減少鈑金模具投入;可有效降低企業經營成本，提高企業市場競爭力。

[參考文獻]

[1] 潘玉梅，吳許強.出口冰箱彩板門設計及關鍵生產工藝研究[J].日用電器，2019（8）：43-46.

收稿日期：2020-01-03

作者簡介：陳明磊（1982—），男，安徽宿州人，助理工程師，研究方向：設備管理及自動化。