冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術分析與應用研究

鄭娟 李 英

（ 濱州職業學院，山東 濱州256603）

隨著消費水平的提升，消費者對冰箱外觀的關注度增加，傳統U 型折彎門殼不符合消費者審美，全包邊門殼的冰箱更受消費者歡迎。在全包邊門殼鈑金成型中，傳統生產工藝具有成本高、工序多、效率低等問題。冰箱制造企業應引進數控機床、伺服電機等技術，實現自動化生產，降低成本、縮減工序、提高效率。

1 冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術

在冰箱生產制造中，全包邊門殼是指采用四邊成型工藝，對拐角點進行全包邊處理。和以往的U 形門殼鈑金成型相比，全包邊門殼在原材料、模具反彈量等方面存在差異，且全包邊門殼需在鋼板材料表層覆蓋PE 膜，要求生產時做好結構表層保護工作。在應用傳統門殼鈑金成型工藝進行全包邊門殼生產時，生產流程為料片沖切、料片四角折彎、翻邊、折U 包角，需同時運行多個沖床設備、模具及液壓系統。每個工位需配置兩名生產工人，在不同型號的冰箱全包邊門殼換模時，需機械手、模具全部更換，花費約1-2h，表現出工序多、成本高、效率低等問題，可利用數控機床進行傳統生產工藝的優化，實現自動化生產，簡化生產流程，降低成本，提高產品生產效率與質量[1]。細化來說，冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術采用組合式生產模式，在上料后，對沖切、折彎、包角翻邊三道工序分別進行組合處理，具體流程如圖1 所示。

圖1 冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術流程示意圖

在上述生產流程中，組合沖切工序配置伺服電機，利用伺服電機控制夾鉗操作料片，遵循規范程序參數在料片的合適位置沖切，根據不同產品全包邊門殼的差異，還可在組合沖切工序中設置沖孔、翻孔操作，實現生產全過程的自動化；組合折彎工序包括兩側折彎、四角翻邊折彎、折U 彎三個步驟，通過自動化系統程序設計，由同個工位完成上述操作，實現料片規范化、有序化的折彎處理；組合包角翻邊工序包括四角包角、端部翻邊兩個步驟，由同個工位完成，基于自動化程序，順利完成包角、翻邊，最后下料完成產品生產[2]。和傳統生產流程相比，組合式配置的模具更少，集成化水平更高。

2 冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術的應用

在明確冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術原理流程后，冰箱制造企業應從生產實踐入手，結合全包邊門殼自動化生產線，合理應用冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術，發揮其優勢，實現降本增效目的。

2.1 重點工序設計

在冰箱全包邊門殼鈑金成型中，上述重點工序的合理設計，是實現自動化生產的關鍵。細化來說，各道重點工序設計思路與要點如下：

2.1.1 組合沖切工序

在組合沖切工序中，不同工位間的料片運輸由夾鉗機械手完成，通過伺服電機驅動，最高轉速可達6000 轉/分，直線速度可達3m/s，可高效完成料片的運輸與定位，提高生產效率。同時，技術人員在進行鉗口選擇時，應優先選用銅質夾料鉗口，可減少對鋼板表層的破壞，滿足全包邊門殼的鋼板表層保護要求。在料片準確就位后，由夾鉗機械手控制料片完成組合沖切。根據冰箱產品設計要求，配置C 型模架與相應模具，將其固定安裝于數控機床的長度方向上，于寬度方向調節模架的側邊，保障沖切質量。基于模具安裝、更換需求，配置快換模平臺，按照PLC程序設定的組合沖切軌跡，自動控制模具完成沖切，提高沖切效率。同時，冰箱制造企業可在組合沖切工序中配置廢料回收系統，將沖切產生的廢料統一回收，進行廢物再利用，實現綠色生產，節約成本。

2.1.2 組合折彎工序

在組合折彎工序中，因生產步驟較多，設計重點在于不同步驟間數控機床的有效銜接，確保產品精度滿足要求。就此，冰箱制造企業可按照如下流程實施組合折彎工序：料片就位→檢測相關信號后，下降皮帶→折彎模具伺服驅動定位→上模下降壓料→下模頂升壓料→運輸至下一道工序。細化來說，夾鉗機械手將沖切完成的料片就位，通過上壓刀和下墊刀固定料片，操作折彎刀就位，實施90°折彎處理；再控制1 號定刀下降，完成兩側邊折彎；將兩端頭打角模具移動至與料片同個平面的位置，向內對中，實施四角翻邊操作；再將打角模具水平退出，提升至料片上方，將1 號折彎刀移動至料片同個平面，內向對中，同時控制2 號定刀配合，對料片進行折U 彎處理。完成后將刀具復位，進行循環操作，實現自動化生產，模具配置如圖2 所示。

圖2 組合折彎工序模具應用示意圖

在上述工序中，模具與刀具的移動由雙伺服電機控制，可保障組合折彎操作的精度，并滿足不同參數產品的生產需求。

2.1.3 組合包角翻邊工序

在組合包角翻邊工序中，冰箱制造企業可配置龍門式提升機構，通過雙伺服電機與絲桿機構控制提升機構的前后移動，通過伺服電機和齒輪齒條控制提升機構的上下移動以及包角模具的左右移動，保障模具高效移動，提高生產精度與效率。在實際生產中，提升機構將門殼運輸至包角模具工作面，利用PLC控制系統程序，設定模具的運行軌跡，通過其前后移動及模壓設備動作，完成包角翻邊，實現門殼鈑金成型；再將提升機構向下移動，對成型門殼進行下料操作，完成生產。

2.2 控制系統設計

在全包邊門殼鈑金成型自動化生產中，氣缸、伺服電機、絲桿機構、齒輪齒條等均屬于控制系統，重點工序中夾鉗機械手、模具與刀具的移動均由控制系統來實現[3]。根據重點工序的流程要點，技術人員應進行合理的控制系統設計。通常來說，PLC技術為控制首選，技術人員可選擇西門子PLC 體系為控制系統，控制系統內各個模塊的通信選擇Profibus-DP 現場總線模式，屬于集成式分布控制系統，具備診斷預警功能，在控制系統發現自動化生產設備出現異常后，可立即報警，提高自動化生產的可靠性。在不同工序的PLC 程序設計中，設計人員參照工序操作流程，合理分配數字I/O，如表1 所示，實現夾鉗機械手、模具與刀具的精準控制，保障產品生產質量，提高生產效率。

2.3 自動化生產要點

在全包邊門殼鈑金成型自動化生產中，冰箱制造企業不僅要注重各項工序的自動化，還需保障上料、下料的自動化，實現自動化技術在生產過程中的全滲透，從整體提高生產效率。細化來說，技術人員可通過上料機械手與下料機器人的配置，實現全過程自動化生產。

在上料機械手中，上料機械系統包括堆料小車、吸盤架、夾鉗輸送機等設備，可將料片統一運輸至組合沖切工位。其中，吸盤架負責吸附料片，采用真空吸附方式保障料片的穩定運輸，通過齒輪齒條機構控制吸盤架，使其在穩定高速狀態下運輸料片。同時，冰箱制造企業可在上料機械系統中設置分張裝置，可高速分離吸盤與料片，加快料片運輸速度。為避免上料過程中出現重料現象，在上料機械系統中安裝電子式雙張檢測結果，可及時發現同時運輸兩張料片的情況，規避生產問題，保障后續自動化生產工序有序實施。

在下料機器人中，冰箱制造企業應配置碼垛機器人，自動完成下料與產品碼垛操作，顯著提升生產效率。在碼垛機器人設計中，技術人員可選擇板刷結構作為托料系統，結合企業的產能，在碼垛區域配置若干堆料臺車，用于存放成型全包邊門殼產品，統一運輸至倉庫。

在機器人應用中，控制系統的設計為關鍵，主控單元PLC 和控制臺觸摸屏間通過以太網通信，主控單元PLC 和機器人、數控機床間通過總線通信。配置的上料、下料機器人應為六軸關節機器人，方可滿足高效生產需求。以下料機械手為例，其控制程序如下：自動復位→接收折U 完成信號→機械手取料→取料返回→機械臂旋轉→機械手放料→轉臺旋轉接料→轉臺傳送出料→機械手、轉臺復位，以此實現料片運輸的自動化。

2.4 生產效益分析

在上述自動化技術支持下，冰箱制造企業生產線的生產效率約20s/件。如企業資金允許，加大生產成本投入，可將組合折彎工序中的折U 彎拆分，單獨設立一道工位，可將生產效率提升至15s/件。同時，在冰箱制造企業的自動化生產技術支持下，可將全包邊門殼與非全包邊門殼進行兼容生產，只需將組合折彎工序中的PLC 程序內的刀具間隙參數調整，即可處理不同厚度的鋼板，實現非全包邊門殼的生產。

3 結論

綜上所述，在冰箱全包邊門殼鈑金成型自動化技術中，可組合完成沖切、折彎、包角翻邊工序。冰箱制造企業應合理設計重點工序與控制系統，利用數控機床、機械手等設備替代人工操作，由控制系統操控設備，提高各工序智能化水平，并通過機械手和機器人完成上料、下料操作，實現生產全過程的自動化建設。