对开门 U 形冰箱壳成型生产线设计
李成祥
（中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京 100076）
摘 要：为实现 U 形冰箱壳体全线自动化生产，采用了西门子 S7-300 可编程控制器进行全线运行控制，应用机械手自
动抓取成型产品。对产品的成型工艺进行了详细的分析，并对关键成型工位的机械结构进行了设计。本生产线实现了          U  形冰箱侧板的自动化生产，节省了人力成本，提高了生产效率。 关键字：冰箱侧板；辊轧成型；钣金 中图分类号：TM925
文献标识码：B
文章编号：1672-545X （2014）02-0078-03
冰箱侧板成型生产线是电冰箱生产必不可少的 部分。上世纪末，众多冰箱厂家大都采用从日本和意 大利等国家进口设备，费用及其昂贵。随着计算机技 术的快速发展，计算机辅助工艺和分析快速应用到 了机械设计和钣金成型的分析过程中，我国冰箱侧 板成型技术得到了快速提高。该技术已经应用到荣 事达、
美菱、华凌等多家冰箱厂家的十余条侧板成型 生产线，具有了相当成熟的设计经验，既节约了人力 成本又提高了生产效率。
（4）生产节拍：35 秒 / 套。 1.2 产品成型工艺分析
U 型冰箱侧板包括多个装配槽形、定位孔、翻边、 拼角和重叠边等，综合分析其加工过程应包括冲切 落料、成型轧成型和折弯等多项技术，设备包括：上 料工位、冲切工位、翻转工位、成型轧工位、翻边打 Z 工位、贴敷工位、打 U 工位、机械手下料工位，以及液 压站和 PLC 电气控制操作台[1]。
2 各工位的机械设计
1 冰箱侧板概述
2.1 上料工位
该工位主要包括龙门架体、取料车架、装料台车 和输送平台几大部分组成。其作用是将装料车上的 板材利用取料车架上的真空吸盘进行单张吸取，移 至输送平台上，然后送入冲切工位。装料台车上装有 磁性分离机构，可以减小堆料中各张板料间的吸附 力，利于机械手抓取，也可以防止双料同时上车。  2.2 冲切工位
本工位利用液压及伺服驱动系统，完成对板料 不同位置孔和缺口的冲切。本生产线在冲切方式上 采用 C 型活动压机对板料实施冲切，分布在床身的 两侧，各个油压冲头的横向和纵向位置可以沿导轨 任意调整，根据各产品型号的尺寸用定位块进行压 机的纵向定位，每个冲头油路上可分别安装控制阀， 针对不同型号开启不同压机。
2.3 翻转工位
通过两个平行放置带有旋转支臂的传送装置， 将冲切后板料的光滑一侧转至冰箱体外侧，确保美
冰箱侧板分为拼装板和 U 形壳体两种，U 形壳
体则可省去盖板，直接和背板、门板装配成壳体，不 仅节省了装配过程，也避免了装配误差带来的各种 变形，更达到了外型美观的效果。但 U 形壳体的侧面 和顶面交界点处拼角的美观要求，给成型工艺的设 计和设备加工装配精度提出了更高的要求。本 U 壳 冰箱侧板成型生产线为全自动生产线，主要完成美 的集团华凌公司新基地项目对开门冰箱及大型冰箱 的 U 形箱壳冰箱侧板的生产任务。 1.1 技术参数
（1）功能：经过冲切、成型轧、折弯等工序将平薄 板加工成符合尺寸形状要求的冰箱侧板壳体。
（2）侧板材料：PCM 预涂钢板。板料厚度：0.4 mm  ~ 0.6 mm ；宽度范围：500 mm ~ 1 000 mm (
成型后尺 寸)；深度范围：500 mm ~ 800 mm(成型后尺寸)；长度 范围：1 500 mm ~ 2 000 mm(成型后尺寸)；板料长度： 4 200 mm ~ 5 200 mm 。
（3）精度：冲裁精度为±0.1 mm ，成型公差为± 0.2 mm 。
收稿日期：2013-12-09 作者简介：李成祥（1981—），男，工程师，主要从事航天器总体设计相关研究。
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《装备制造技术》2014 年第 2 期
观。两传送装置分别为输入传送装置和输出传送装置， 都采用电机带动平皮带摩擦滚筒进行传动，这样比链 传动平稳且噪声小。旋转支臂由大行程气缸驱动，通过 旋转角度和板料的重力实现其翻转 90°，保证了所有 冲孔毛刺面在产品的内侧，增加产品的手感[2]。 2.4 辊轧成型工位
辊轧工位是侧板槽型的成形工位，为本侧板线的 核心工位。本工位由床身、进料架、成型轮组和传动机 构组成，板料通过进料架进入本工位，依次通过多组 成型轮，利用各对成型轮形状以及间隙渐变辊压成最 终槽型，产品要求根据槽形形状，与冰箱背板配合。不 同型号冰箱侧板的宽度可改变，但槽形可保持不变。 （1）成型轮组设计
本工位由两排成型轮组分别完成两侧的槽形， 如图 1 所示，其中 F 侧成型轮组作为侧板宽度调整 基准，保持不动，B 侧成型轮组可通过滚珠丝杠整体 调整，得到不同型号的产品宽度。每侧轮组由形状渐 变的 30 组成型轮组成，通过调整成型轮的形状达到 渐变成型的目的。侧板截面由直线和圆弧组成，在辊 轧成型过程中，忽略板件的塑性变形，按照其中性层 长度理论上保持不变进行设计成型轮组。槽形的各 个形状都要通过多组成型轮渐变形成，各组成型轮 之间要保持基准一致、渐变成型，防止板材因变形过 大造成损伤[3]
。
弯和顶部折弯处打 Z 。顾客开冰箱时，首先映入眼帘
的是冰箱顶部折弯处，所以打
Z 和打 U 也是 U 形冰 箱侧板线的关键技术，直接影响到产品的外形美观 和品质。 4 6 5
7
3
2
11 10 走料平面
8
1
9
1. 齿轮箱
2. 传动齿轮
3. 滑块
4. 调节螺栓 7. 上成型轮 II  8. 下成型轮 I 9. 下成型轮 I I
5. 调整套
6. 上成型轮 I
10. 下轮轴 11. 上轮轴
图 2 成型轮装配简图
U 形冰箱侧板结构如图 3 所示，产品从成型轧工 位出来时为直线型，打 Z 工序的主要任务是利用模 具完成图中双边 A 和“Z ”形折边 B ，经过打 U 工位后 A 和 B 按接触面 I 紧密贴合，便可形成图示结构。另 外，本工位还要利用折弯机完成产品两端的 90°折 弯。打 Z 动作是通过液压作为驱动力，利用模具形状 保证产品的形状和精度。打 Z 机构中主要由四个液 压缸，驱动两套模具完成工作，模具装配简图如图 4 所示。上油缸伸出，将板料压紧在垫板上，外油缸伸 出，将打 Z 阳模靠近在板料上，内油缸驱动打 Z 阴模 伸出，通过和打 Z 阳模的挤压，形成“Z ”形折边 B ，同 时将双边 A 的原板料挤出“L ”形，打 Z 阳模和打 Z 阴 模回位后，中油缸驱动双边阳模向下运动，将“L ”形 折边叠成双边 A ，中油缸和上油缸依次回位。产品质 量的好坏取决于各模具的配合间隙，需要根据经验 进行反复修磨。
A ：A 旋转
11
1.5 8
55°
3 7.5±0.2
2
92°
11.6
6±0.4
L
F 侧
B 侧
A
5：1
折 U
图 1  侧板槽形图
（2）轮组结构形式
每排的成型轮组都安装在齿轮箱上，由相同直 径的齿轮啮合传递驱动，保证达到运动的同步性，防 止板料被拉扯撕裂。每组成型轮都由上、下成型轮组 成，其装配图如图 2 所示。齿轮箱安装在床身上，所 有的下轮轴都安装在齿轮箱中，并保持有相同的轴 线高度。上轮轴安装在滑块 3 上，可以通过调节螺栓 4  调节其在齿轮箱中的上下位置，从而达到调节上、 下成型轮间隙的目的，以调整适用与不同厚度板材 的压紧力。成型轮在轴向的位置通过调整套 5 的尺 寸进行调整。 2.5 翻边打 Z 工位
本工位负责板料成型，轧成型后产品的端头折
A
A
I
B
图 3 折 U 和打 Z 示意图
2
3
1 6 7
8
4
5
4.
内油缸 1. 支架 5. 打 Z 阴模 2. 上油缸 3. 中油缸 6. 双边阳模 7. 打 Z 阳模 8. 外油缸
图 4 打 Z 模具装配简图
20±0.2
22
4 0
0.5
1.5±0.3 12
6.5±0.5
200
Design of a Production Line for U-shape Side Shell of Refrigerator
LI Cheng-xiang
( China A cademy o f L aunch V ehicle Technology R esearch and D evelopment Center ，Beijing 100076，China ) Eq q u i p m e n t  Manufacturing Technology No.2，2014
2.6 贴敷工位
利用伺服电机驱动的宽皮带传送板料，同时由工 人完成箱体内部各种管路的贴敷工作。床身长 5.5 米， 运行速度约为 0.2 m/s ，由型材焊接而成，电机驱动大 径滚筒带动皮带传送，皮带的松紧可由张
紧滚筒调节。 2.7 打 U 工位
打 U 工位又称折方工位，是本侧板线最后一个 成型工位，采用气动驱动进行折弯。板料沿两条折线 分别折 90°角而形成了“U ”形壳体。工件传送至本工 位后，变频调速电机驱动的传送机构将其送至前定 位处，侧定位机构、后推机构将板料推至准确位置后 折弯压刀压下，两侧锁紧气缸伸出，将折弯压刀横梁 锁紧，防止其为悬臂梁受力，两端打 U 弯刀升起，完 成折方。折方机可分成左右两件，一件固定位置，通 过调节定位块使另一件在导轨上滑动，保证两件折 弯线间的距离，实现冰箱壳体的宽度。折弯机上还装 有垫板组件，由气缸驱动，机械手吸盘抓取工件时， 垫板组件支撑工件，防止被吸盘挤压变形。 2.8 下料机械手工位
该工位采用两侧吸盘夹取，打 U 后的工件从打 U 机上取出，并按照装配要求的姿态放置在指定的 位置，包括支架、水平移载台车、上下移栽装置、真空 吸附装置、转台和升降台几部分。
折方工作完成后，水平移动台车由电机驱动走 到折方机上方，真空吸附装置将板料抓取后，上下移 动装置在锁紧气缸驱动下先提离工作台面，移动台 车实现平移 T1，然后吸附装置实现旋转 R1，板料旋 转  90°，由立式变为平躺式，然后在锁紧气缸的驱使 下实现上下平移 T 2，吸附装置将工件平放在转台上， 由电机驱动实现工件在平面上的转动 R2，升降台通 过气缸驱动实现传送皮带的升降 T3，将工件从转台 传送到装配线上。
路和液路系统，气路系统主要提供吸盘上料、翻转、 打 U 、下料及工件定位、夹紧的动力，液路系统含有两 个液压站，分别为冲切和弯边打 Z 提供动力。气路和 液路执行机构由 PLC 程序控制，其位置由光电开关 和接近开关进行限定，信号稳定，反应灵敏。
4 全自动控制系统
设备属于典型的工业自动化流水线，电气控制 系统采用 PLC 进行控制，电路受电磁干扰小，程序逻 辑性强、运行稳定。全线拥有两个电气控制电柜，选 用西门子 S7-300 可编程控制器进行全线运行控制， 传动系统采用伺服电机进行调速，PLC 采集到光电 开关、接触开关反应的各个机构位置的信号后，发出 指令触发各类开关，控制液压电磁阀、气动电磁阀、 交流接触器、信号灯、警示器、电机等执行器件，实现 全线的自动 / 手动运行。
5 结束语
本线是典型的工业自动化生产线，包括了机械 系统、气路系统、液压系统及控制系统。该设备已经 交付到华凌冰箱厂使用，工作稳定、运行良好，产品 外形美观，尺寸精度高，各项指标已达到技术要求， 受到厂家的好评。由于更换型号时，冲切工位各个压 机位置需要人工调整，费时费力，建议以后设计为压 机固定，采用伺服控制多次定位冲切的方式。
参考文献：
[1] 朱龙根. 简明机械零件设计手册[M]. 第二版. 北京：机械工    业出版社，2005.
[2] 纪明刚. 机械设计[M]. 第七版. 北京：高等教育出版社，2005.                      [3] 章 飞，翟 斌. 钣金展开与加工工艺[M]. 第二版. 北京：机械 工业出版社，2007.
3 气路液路设计
气和油是机械设备的“血液”，本生产线包含气
Abstract ：In order to realize full automation production of the U-shape side shell of refrigerator, the assemble line was  controlled by PLC of S7-300 of Siemens ，used manipulator to grasp the product automatic. This paper first detailed analyses the forming process of the U-shape side shell of refrigerator, and designs the machinery of the key forming procedure. This production line automated the U-shaped refrigerator side shell production, Save the manpower cost ， improve the production efficiency. Key words ：side shell of refrigerator ；roll formation ；metal shape

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