冰箱门壳BC-47成型工艺及专机设计

摘要： 近年来人们对滚压成型工艺技术越来越重视，但对该技术的理论研究还不成熟，滚压成型工艺具有的特点和规律尚未被人们完全掌握和认识。为了更好的理解滚压成型,就其国内外发展状况、优缺点、原理、设计要点、应用等做简要综述。
关键词：滚压成型  工艺  发展状况  应用
前言:随着市场需求的变化，产品品种的多样化、规格的系列化、式样的新颖化以及产品更新换代、响应市场变化的快速性等方面是企业在市场中的竞争能力的体现。家电产品不但是日用生活用品，而且还是家庭中的“装饰品”，人们对其外观质量的要求更加高。而门壳则是冰箱、冰柜等家电产品的“门面” 和“外衣”，其外观质量的好坏直接影响产品在市场的占有率。这就对门壳的生产工艺和生产设备提出了较高的要求。目前虽然有些厂家的门壳生产也采用连续滚压成形工艺，但现有的滚压设备往往是针对某个单一品种门壳而设计的，无法满足多品种、多规格门壳的生产要求，使企业难以适应市场的变化。就此对滚压成型进行简要分析。
1.滚压成型国内外发展状况
滚压成型大约从二十世纪六十年代在欧洲开始的。国外在1983年对滚压成形、制管和冲压方面均有一定发展。由于滚压成型工艺有生产效率高、节约材料、增加产品强度等优点，不仅在螺纹紧固件行业应用，汽车、自行车等工业部门也采用滚压成型工艺加工形状复杂的零件。随着市场需求的变化，滚压成型工艺越来越受到人们的关注。随着现代家庭对家电的需求，国家在家电产业上加大投资，冰箱的需求呈扩大的趋势，全国每年冰箱的需求量在数万以上。目前我国对Cold  form Forming这一工艺有多种叫法：一种是从俄文翻译过来的，称为冷弯成型、冷弯型钢(冶金行业多用此说法)；一种是从英文等外文译过来的，有滚轧成型、辊轧成型、辊弯成型、滚压成型；还有一种是我国台湾的叫法，有滚轮成型、冷轧成型等。英文名称比较确定，如Roll forming、Roll-forming。
2 、滚压加工成型
2.1 滚压成型的优缺点
滚压成型是将高硬度且光滑的滚柱与金属表面滚压接触，使其表面层发生局部微量的塑性变形后得到改善表面粗糙度的塑性加工法的一种。
   （1）滚压成型运行成本低。成型过程前期设计定型，所以对操做人员的数量、技能水平、劳动强度要求较低，产品生产过程稳定，成品合格率高，降低了原材料的消耗，同时不需要专人进行模具管理。
   （2）滚压成型生产效率高。滚压成型生产过程不间断，适宜延伸( 冲孔、焊接、切断)进行深加工，进行自动化生产。相比冲压成型，效率提高数倍，因此更适宜大规模生产。
   （3）成型产品品质高。滚压成型过程分3道工序，材料逐渐变形，且弯曲变形应力得到有效释放，产品性能稳定，其尺寸精确，表面粗糙度低。不像冲压成型材料弯曲变形剧烈，一次到位，应力得不到释放，后期容易产生应力腐蚀。
   （4）成型产品长度不受限制，且产品厚度均匀，断面上金属分布合理，单位质量的断面系数较高。加之滚压成型具有冷作硬化作用．使产品的刚度强度均有提高，提高了产品的承压能力。
   （5）滚压成型保证安全生产。滚压成型生产过程，操作人员双手被隔绝危险区操作。劳动强度低，杜绝了安全事故，同时其运行稳定，几乎不产生70dB以上的噪声， 极大地改善了人们的劳动条件和劳动环境。
   （6）滚压成型投资高。由于滚压成型需要进行滚压专机设计、滚轮设计、传动装置设计、气动装置设计等，并且整套滚压成型线技术含量高，设计结构复杂，制造难度大，调试时间长，投产周期长，所以其不适宜成型外观的随意改变，即不仅适用产品研发阶段更适宜定性产品的生产。因此只有实力雄厚的公司才可以应用滚压技术。
2.2 滚压成形的原理与设计要点
滚压成形原理如图1所示。是由多对成形辊轮顺次对板料变形并向前送进的滚压成形。成形在工艺上与弯曲工序极为相似, 门壳滚压成形机的成形原理是将裁切好的板材放入按逐渐成型工艺排列的多组成形辊轮中通过，带动板料向前送进，同时板料随着各道滚轮的形状而产生变形，顺次进行滚弯加工。如果门壳的形状要发生改变，可通过更换辊轮来实现。1
滚压加工是一种压力光整加工，是利用金属在常温状态的冷塑性特点，利用滚压工具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而使工件表面粗糙值降低。由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性。滚压是一种无切削的塑性加工方法。
在滚压成形过程中，为了使板材不跑偏，在门壳成形的每一时刻，都必须保证至少有两道辊轮同时作用在门壳上成形并牵引板材行走，通常称为不跑偏基本条件。为此，前后两辊轮之间的距离应小于门壳长度的一半。如果门壳尺寸过短，成形高度较高，且要满足上下辊节圆直径相等,则相邻两辊将无法布置。
其设计要点主要有:
a) 断面的展开长度和弯曲展开一样, 也要考虑中性层的移动;
b) 在弯曲半径很小时, 要考虑到因拉伸使截面宽度的增加;
c) 以轮廓外形所制定的轴线在各工步中保持一致;
d) 每对辊轮对型材壁的弯曲角度有所限制,否则将产生滚压不畅( 卡壳) 、制品不光滑和起皱现象。弯曲数据如下:
板材厚< 1mm       弯曲角: 300～400，
板材厚= 1～2.5mm  弯曲角: 200～300，
板材厚>2.5mm      弯曲角: 100～200。
塑性好的材料取上限, 塑性差的材料取下限。连续弯曲要考虑金属的加工硬化;
e) 起始变形时, 竖壁弯曲和底部弯曲不能同时进行;
f) 最后一对成形辊轮形状应考虑弹性回跳数据。
由于门壳零件成形高度较高，形状比较复杂，多处带圆弧的90° 折弯，且不同制品甚至同一制品两侧的圆弧半径的大小不相等，这给由水平成形辊过渡到垂直成形带来很大困难，板材内外成形面的相对滑移过大会影响门壳表面质量。特别是纵向尺寸较短的滚压成型件，外加垂直轴成型，位置排列更加困难。对此采用了现有资料中没有的倾斜辊压成形技术，上辊的轴线倾斜，使成形表面行走方向与辊相接触处的线速度一致，避免或减少辊与板材之间的相对滑移,提高了成型表面质量。
2.3 制件花型展开图
        
着手设计时, 首先考虑断面形状。以制件的弯曲过程逐渐展开, 直至回复到平直板料的连续图形, 就称之为花型展开图, 如图2所示。将展开过程的形状, 叠放在同一张纸上的花型展开图进行分析研究。无论对形状简单还是复杂的断面都是十分有效的方法, 进而可以从整体上考虑从一个辊轮孔型移至下一个辊轮孔型的时候, 高度和宽度方向以及弯曲加工有无不合理的地方。制件形状要避免出现太深的沟槽和急剧过渡的尖角，工步展开图如图3.
板料滚压成形用于等断面制件的大批量生产。由于使用多对辊轮的连续成形, 可以滚制出许多壁薄、质轻、刚度大而且断面形状复杂的制件型材( 图4) 。加上顺序滚压过程中可以与冲洗、起状、卷筒、焊接等多种工艺装置连动, 形成流水作业, 故生产效率极高, 成本低廉, 是现代加工制品中广泛应用和大力推广的特种工艺加工方法, 如自行车钢圈、自来水管、塑料龙骨、波纹板和国外广为应用的不锈钢窗框的生产。

2.4 滚压成型的应用
我们经常看到铺设道路时，轧路机将凹凸不平的马路压得很平整。滚压工
具的加工原理也是如此，用滚柱滚压金属表面，将表面凸起部分碾平,而使凹陷
部分隆起，加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同，是一种塑性加工。                 
被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到Ry=0.1-0.8μm，而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加了30%等具有切削加工中无法得到的优点。由于可简单地并且低成本地进行零部件的超精密加工，日益被以汽车产业为首的精密机械，化学，家电等产业广泛采用，发挥了很大的优势。近些年来，滚压型钢产品作为重要的结构件在建筑、汽车制造、船舶制造、电子工业及机械制造业等许多领域得到了广泛的应用。其产品从普通的导轨、门窗等结构件到一些为特殊用途而制造的专用型材，类型极其广泛。
3 结语
滚压成型是一种高效率的生产工艺，适合大批量件的生产，与冲压成形相比，其综合经济效益明显。同时该加工工艺在金属成型制造方面应用还没有普及，国内仅有几家，但滚压成型技术有其独特的优势。随着国内劳动力成本的上升，家电行业的发展，以及家电制造水平的不断提高，滚压成型加工将得到更广泛的应用，进一步促进滚压成型技术的发展。

参考文献

[1] 袁辉、孙亚伟：滚压成型与冲压成型的应用比较，河南机电高等专科学校学报，2000年6月，第8卷第2期，25页．
[2] 陈为国：滚压成形工艺设计与应用，锻压技术，2000年，第6期。57页．
[4] 日本塑料加工协会编写组, 汪国平译. 压力加工手册[M]. 北京:机械工业出版社, 1984.
[5] 金涤尘, 宋放之. 现代模具制造技术[M]. 北京:机械工业出版社, 2001.
[6] 模具制造手册编写组. 模具制造手册[M]. 北京:机械工业出版社, 1997.
[7] 王孝培. 冲压设计资料[M]. 北京:机械工业出版社, 1985.
[8]日本塑性加工学会．压力加工手册[M]．北京：机械工人出版社，1985．
[9]万战胜，顾圣岩，庞锐．冲压模具设计[M]．北京：中国铁道出版社，1983．
[10]韦忠洪．滚压成形工件展开料的计算[J]．模具工业，1994(8)：41—43页．
[11] Matt I as son KM Spring back analysis for sheet forming process by explicit finite element method [J].International Journal of So lids and Structures,1999.
[12] Lee SW Yang DY An assessment of numerical parameters in flue spring back in explicit finite element analysis of sheet metal forming process [J].Mats Processing Technology,1998.
[13] Yang Gang Determination of motion of Rolls for Forming Plate into   Curvature Distribution in Three Roll Bending by Controlled FEM Simulation[J].Trans JSME Transaction(B),1995.
[14]王先进．冷弯型钢生产及应用[M]．北京：冶金工业出版社，1995．
[15]小奈弘，刘继英．冷弯成型技术[M]．北京：化学工业出版社，2008．
[16]张利平．液压传动与控制[M]．西安：西北工业大学出