改善卷圓工藝圓弧度的模具設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

文/呂新鑫，沈強(qiáng)，趙安定，鄭海華，張智·杭州老板電器股份有限公司

現(xiàn)在這款鈑金產(chǎn)品，用于滾珠滑輪的配合，如這個(gè)卷圓的圓弧度，將影響滾輪和圓弧產(chǎn)品的順暢度，對(duì)于高端廚電產(chǎn)品而言，滾輪的體驗(yàn)手感是至關(guān)重要的。為保證尺寸的穩(wěn)定及產(chǎn)品的精致度，合理的模具結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，如圖1 所示。

圖1 實(shí)物與模具

隨著廚電市場(chǎng)消費(fèi)升級(jí)、科技創(chuàng)新、品質(zhì)提升，廚電公司推出越來(lái)越多的新產(chǎn)品，滿足消費(fèi)者的需求，提高人們生活品質(zhì)。以洗碗機(jī)為例，中怡康數(shù)據(jù)顯示，洗碗機(jī)2020 上半年線下和線上零售量同比增長(zhǎng)14%、39%，洗碗機(jī)廠商也不斷加碼相關(guān)健康功能、提升技術(shù)布局和儲(chǔ)備。如今，鈑金常規(guī)結(jié)構(gòu)卷圓工藝有好幾種，但根據(jù)實(shí)際情況，一般會(huì)選用以下方案，第一步成形1/4 圓弧，第二步側(cè)推成形。鈑金多次成形后，尺寸會(huì)有累計(jì)偏差。按常規(guī)設(shè)計(jì)方案平面壓料，靠凹模側(cè)推、擠壓成形，會(huì)出現(xiàn)橢圓的拋物線式圓弧，同時(shí)尺寸也不易控制。

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖與常規(guī)模具結(jié)構(gòu)圖

同時(shí)，類似產(chǎn)品模具在批量生產(chǎn)中，偶爾會(huì)出現(xiàn)尺寸超差，導(dǎo)致生產(chǎn)停線。品質(zhì)部認(rèn)為產(chǎn)品精致度不好，提出要改進(jìn)產(chǎn)品的精致度，現(xiàn)有的外觀及塑料件的圓弧處配合段差不一致。針對(duì)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，尺寸不穩(wěn)定和機(jī)床的行程和平行度都有很大的關(guān)系，機(jī)床導(dǎo)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(dǎo)致成形時(shí)隨著凹模的擠壓，圓弧自由成形，精致度不夠。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖與常規(guī)模具結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)模具分析，就要設(shè)計(jì)一個(gè)新的結(jié)構(gòu)來(lái)保證尺寸的穩(wěn)定及外觀的精致度。第一方案：一個(gè)凸模、凹模仿形算好回彈，一次成形到尺寸。但是由于整個(gè)產(chǎn)品約450mm長(zhǎng)，人手一次抽超過(guò)300mm就會(huì)容易疲勞，正常一天工作8 小時(shí)，工作強(qiáng)度會(huì)很大。第二方案：整體思路不變，考慮上模增加滑塊結(jié)構(gòu)，保證產(chǎn)品輕松取料的方式，大大降低操作員工的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)還能保證產(chǎn)品的精致度。

成形結(jié)構(gòu)模具設(shè)計(jì)原理分析

改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)后(圖3)，先放置工序件，凸模內(nèi)斜楔下行，凸模受側(cè)向應(yīng)力，使其在上?；?，水平移動(dòng)到位。此時(shí)，上固定板、上模斜楔和凸模內(nèi)斜下行，使凸模頂著產(chǎn)品到定位板上。此時(shí)，凹模受力，使其在下?；?，水平移動(dòng)到位，模具成形完成。上?；爻?，內(nèi)斜楔、抽離凸模在復(fù)位彈簧的作用下，凸模合并到尺寸，小于產(chǎn)品開口尺寸。同時(shí)隨著上模斜楔，脫離凹模，凹模在復(fù)位彈簧的作用下，沿著下?；?，凹模打開，產(chǎn)品脫離凹模。模具繼續(xù)上行，凸模脫離產(chǎn)品，同時(shí)浮起產(chǎn)品，正常取料。

凸模圓角的設(shè)計(jì)

通常圓弧成形后有回彈，設(shè)計(jì)合理的回彈，可以減少凸模的改模時(shí)間，甚至降低了新制凸模、凹模的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)理論，實(shí)際回彈后的總結(jié)，應(yīng)用公式對(duì)圓角回彈的計(jì)算，成形后尺寸可以達(dá)到要求。

產(chǎn)品放料

采用兩個(gè)內(nèi)孔精定位，由于支撐面太小，產(chǎn)品放不穩(wěn)，增加單向磁鐵，防止沖床抖動(dòng)，造成產(chǎn)品傾斜太多，影響成形接觸點(diǎn)。

產(chǎn)品取料

圖3 改進(jìn)后的總裝圖

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

圖4 產(chǎn)品取放示意圖

圖5 頂塊機(jī)構(gòu)

第一階段

使用氮?dú)鈴椈?，保證滑塊頂塊在下行到凹模腔內(nèi)前，已復(fù)位到位(圖6)。分解如下：凸模內(nèi)斜楔下行7mm，凸模受側(cè)向應(yīng)力，分解后的水平推力使其在上?；壣纤揭苿?dòng)到設(shè)計(jì)值(圖7a)。此時(shí)，上固定板、上模斜楔和凸模內(nèi)斜楔下行7mm，上模斜楔進(jìn)入第一階段(圖7b)，此時(shí)凹模初始位置到位。

第二階段

上固定板、上模斜楔和凸模內(nèi)斜楔繼續(xù)下行14mm，凸模頂著產(chǎn)品到定位板上，同時(shí)上模斜楔進(jìn)入第二階段(圖8a)。此時(shí)，凹模受力，使其在下?；壣纤揭苿?dòng)到位，產(chǎn)品面接觸，防止行程影響尺寸，保證模具尺寸穩(wěn)定(圖8b)。

圖6 頂塊機(jī)構(gòu)

圖7 第一階段

圖8 第二階段

結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)批量投入6 萬(wàn)件，該產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸(19.9±0.1)mm 及(8.1±0.1)mm，經(jīng)過(guò)模具全壓仿形成形，保證了尺寸在公差范圍內(nèi)，圓弧精致度，品質(zhì)得到認(rèn)可。在上模改進(jìn)增加滑塊結(jié)構(gòu)后，可保證產(chǎn)品輕松取出，大大降低操作員工的疲勞強(qiáng)度。本文對(duì)有配合關(guān)系的卷圓工藝產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)，提供了一定的借鑒，相比常規(guī)空壓側(cè)推成形生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸和精致度都有了較大的改進(jìn)，如圖9 所示。

圖9 產(chǎn)品優(yōu)化前后對(duì)比圖

結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)卷圓成形工藝尺寸及圓弧度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，本文進(jìn)行了成形凸模無(wú)壓料空成形的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，相比較未優(yōu)化模具制造的產(chǎn)品，使用優(yōu)化后的模具制造出了8.1mm 的成形工藝尺寸，同時(shí)保證了產(chǎn)品外觀精致度，使得產(chǎn)品的成形工藝尺寸及圓弧度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。目前還存在定位針退出凸模中間時(shí)會(huì)滯后，導(dǎo)致滑塊凸模瞬間回程造成輕微異響的問(wèn)題，因此確保該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是未來(lái)的研究方向。