冰箱全包边门壳钣金成型自动化技术研究与应用

摘 要：根据传统的门壳钣金成型工艺存在的问题，提出了门壳钣金成型自动化生产工艺，重点介绍了冰箱全包边门壳钣金成型自动化设备设计要点。

关键词：冰箱全包边门壳;钣金成型;自动化设备;CNC

0 引言

随着消费者对冰箱外观要求的不断提高，简单的U形折弯门壳与塑料端盖配合的冰箱门体结构已经无法满足消费者的审美需求，而全翻边门壳与隐形塑料端盖配合的门体结构日渐受到消费者欢迎。以往的钣金门壳成型作业，由于受到生产工艺技术的限制，基本采用多道液压机和模具配合生产的模式，且不同产品生产需要研制不同的钣金模具，成本较高。如今随着智能技术、伺服电机的应用以及丝杆传动精度的提升，钣金加工逐渐呈现出自动化、智能化的特点。全包边门壳成型工艺应用CNC成型技术，发挥自动化设备优势，可达到生产线全自动生产的目的，既减少了模具投入，实现减员增效目标，又能保证最终的产品质量。

1 门壳钣金成型的传统生产工艺

全包边门壳是四边成型，成型难点在于拐角点的全包边成型。传统工艺采用钣金模具整体成型，但钣金模具成型容易受到板材厚度、板材基材力学性能等因素影响。冰箱门壳彩板基材一般为0.45 mm厚，但VCM彩板附两层膜，总体厚度比PCM、PET、不锈钢板要大。传统非包边U形门壳采用基材为DX51D+Z的钢板，而全包边门壳板材因为结构需要而采用DX52D+Z的镀锌钢板，不同基材模具成型后反弹量不同。同时，钢板的表面覆盖PE膜，对表面质量有比较严格的要求，表面不能有损伤。

以往的全包边门壳钣金传统模具成型工艺生产流程为冲切→四周折弯翻边→折U包角等，需要使用多台冲床或液压机与模具配合生产，其成型工艺如图1所示。

传统的冲床或液压机与模具配合生产方式，鉴于门壳与塑料件配合间隙、板材厚度差异和板材力学性能差异对其模具设计提出了更高的要求，模具制作成本上升。同时，门壳工件外形尺寸较大，人工作业时每个工序要配备两名作业人员，导致作业现场的设备、工作人員基数较大，无法保证生产效率与产品质量。而使用机械手连线自动生产方式，由于模具与冲床或液压机没有精准定位，不同型号产品换模时，需要依次调试机械手与模具的配合，一般换模时间需1～2 h，影响生产效率。为了解决以上问题，冰箱全包边门壳钣金成型需要引入自动化设备，减少模具投入，提高生产效率。

2 门壳钣金成型自动化生产工艺

冰箱全包边门壳钣金成型自动化生产采用组合式成型技术，其工艺流程为上料→冲切→折弯1（两侧边）→折弯2（四角）→折弯3（折U弯）→包角（四角）→翻边（端部）→下料，其重点工序为组合冲切、组合折弯和组合包角翻边，重点工序成型如图2所示。

组合冲切工位：在组合冲切工位，门壳板材在伺服夹钳驱动下，各冲切模具按照设定程序动作完成区域冲切;根据产品结构不同，在组合冲切工位还可以增加冲孔、翻孔等功能。

组合折弯工位：已完成冲切的门壳板材在组合翻边工位先进行两侧边折弯，再进行底部和顶部区域四角翻边折弯，最后进行折U弯。

组合包角翻边工位：在此工位，先四角包角，然后进行区域端部翻边。

3 冰箱全包边门壳钣金成型自动化设备设计

3.1  设备构成

全包边门壳钣金成型自动化设备包括自动上料工位、组合冲切工位、组合折弯工位、组合包角翻边工位、下料工位、传动机械手、液压和气动系统、电气控制系统和冲切模具等。

3.2    核心部位机械自动化设计

相对传统生产线，该门壳钣金成型自动化生产线核心部位是组合折弯工位和组合包角翻边工位。

3.2.1    组合折弯工位设计

组合折弯工位设计关键点是两侧折弯、四角打角模翻边、折U弯3个动作在CNC的依次衔接和尺寸精度配合，其结构主要由大床身、两侧活动床身、CNC折弯站组成;CNC折弯站又由下垫刀、上压刀机构，折弯刀机构，打角模组件和折弯刀升降组件等组成。

两侧活动床身间距调整由伺服电机、减速器、联轴器、换向器和丝杆等机构实现，折弯刀的上下移动、对中移动，均由双伺服同步机构驱动实现，适应不同宽度、不同厚度门壳生产的同时又能保证门壳尺寸精度。

两端头打角模具长度方向调整由伺服电机驱动齿轮齿条进行调节，以适应不同长度门壳的生产要求。生产时，板材到位后，上压刀与下垫刀固定板材，折弯刀动刀和定刀1对中到位后进行90°折弯，然后折弯定刀1组件下降;此时，两端头打角模具先下降到板材高度平面，再向内对中，到位后进行四角打角翻边;四角翻边后两端头打角模具先水平向外退出再向上，折弯刀同步上升到板材高度，然后向内对中并与定刀2配合进行折U弯，折U弯完成后折弯刀和定刀1均复位，准备下一循环动作。

3.2.2    组合包角翻边工位设计

该工位主要完成折U后门壳四角包角和两端头翻边，主要由提升机构、包角模压机、翻边模压机和托料毛刷轮等组成。其中，提升机构为龙门式，其前后移动采用双电机和丝杆机构驱动，上下移动采用电机和齿轮齿条机构驱动;包角模模架采用电机和齿条齿圈驱动左右移动。提升机构将折U弯后的门壳先提升到包角模工作面，前后移动与包角模压机和中间翻边模压机动作相配合，依次进行零件四角包角和两端翻边，完成零件成型工作;然后升降机构下降到原位，将零件传输到下料工位。

3.3    设备能力

此生产线生产节拍约20 s/件，通过增加单独的折U弯工位，生产节拍可以提升到15 s/件，与钣金模具生产达到相同的生产效率;同时根据程序设定，该生产线可以兼容非包边门壳生产;折弯时通过程序预设定动刀与定刀之间的间隙，能够满足不同厚度板材折弯需求;换型采用一键换型方式，设备各工位在伺服电机驱动下自动调整位置，换型时间少于1 min。

该生产线是一条高柔性全自动成型线，打破了传统生产模式只能生产一种冰箱门壳的局限，可实现不同尺寸范围和不同形状、截面的产品自动换型，可生产门壳宽度在300～1 000 mm规格不等的冰箱门壳，门壳高度在300～2 000 mm。

同时，该生产线集成度高，占地面积少，不需要增加额外模具，免除了重新开模的费用，解决了模具存放问题，能有效解决企业场地受限的难题，提高了工厂的产能密度。

4 结语

综上所述，冰箱全包边门壳钣金成型生产中应用自动化设备生产，可以杜绝人工作业产生不良产品的问题，提高产品质量;换型时间短，提高了人均作业效率;可兼容不同型号的产品生产，减少钣金模具投入;可有效降低企业经营成本，提高企业市场竞争力。

[参考文献]

[1] 潘玉梅，吴许强.出口冰箱彩板门设计及关键生产工艺研究[J].日用电器，2019（8）：43-46.

收稿日期：2020-01-03

作者简介：陈明磊（1982—），男，安徽宿州人，助理工程师，研究方向：设备管理及自动化。