摘要：在產(chǎn)品三維造型及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，倒圓角命令，經(jīng)常性用到，是比較常見(jiàn)的一種操作。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的大量使用，以及人們對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，產(chǎn)品升級(jí)更新?lián)Q代越來(lái)越快^[1]。在產(chǎn)品同質(zhì)，市場(chǎng)化敏銳的情況下，產(chǎn)品的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)尤為重要。倒圓角設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全流程中，是屬于產(chǎn)品細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的一部分。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì)；倒圓角；同質(zhì)；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

 

1、前言

 倒圓角設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全流程中無(wú)處不在，經(jīng)常性用到。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，倒圓角設(shè)計(jì)有多種形式和多種功能性作用[2]。有些是滿(mǎn)足外觀(guān)造型需要，有些是功能上需要，還有些可能是操作使用上的需要，倒圓角的尺寸也是大大小小的沒(méi)有統(tǒng)一。針對(duì)不同的產(chǎn)品，不管是外觀(guān)造型可見(jiàn)的，還是產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計(jì)不可見(jiàn)的，林林總總的各類(lèi)尺寸圓角，都有其規(guī)律或作用說(shuō)明。了解分析倒圓角的一些基本作用，掌握倒圓角的一些基本技巧，提高產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)水平。

 

2、倒圓角在造型設(shè)計(jì)上的重要作用

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，以及各類(lèi)先進(jìn)軟件的使用，大量同質(zhì)產(chǎn)品面世。如今，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品外觀(guān)造型越來(lái)越挑剔，細(xì)節(jié)要求也越來(lái)越高[3]。一般外觀(guān)產(chǎn)品或零部件可見(jiàn)到的楞邊，都需要倒圓角。普通產(chǎn)品倒圓角尺寸太大，會(huì)給人圓潤(rùn)、圓滑、可愛(ài)、靈動(dòng)的感覺(jué)；尺寸太小，又會(huì)顯得機(jī)械、生硬、僵化。究竟多少合適？這個(gè)要看具體產(chǎn)品，以及產(chǎn)品所使用的環(huán)境等決定。

筆者之前曾開(kāi)發(fā)一款電磁爐，該產(chǎn)品左、右、后三邊邊緣都呈規(guī)則狀，邊緣倒角3毫米。設(shè)計(jì)師覺(jué)得造型沒(méi)有亮點(diǎn)，如是把該產(chǎn)品前端邊緣倒30毫米的大圓角。從效果圖及3D模型來(lái)看，沒(méi)有什么特別感覺(jué)。但是，當(dāng)做出外觀(guān)模型板后，大家都覺(jué)得前面30毫米的倒圓角，有些怪異。倒圓角是全尺寸倒角，尤其是中間點(diǎn)位置，會(huì)顯得比較飽滿(mǎn)。該設(shè)計(jì)就像一個(gè)車(chē)頭，倒圓角后，中間造型部位顯得特別簡(jiǎn)單，突兀。后來(lái)，改成橢圓狀，客戶(hù)才認(rèn)可外觀(guān)造型，予以接受該產(chǎn)品。

在設(shè)計(jì)音響，手提電腦等產(chǎn)品，都遇到類(lèi)似“有爭(zhēng)議”問(wèn)題，總結(jié)來(lái)說(shuō)，一般體積不大的產(chǎn)品，大于5毫米的外觀(guān)倒圓角造型，都會(huì)影響到產(chǎn)品觀(guān)感和形態(tài)。設(shè)計(jì)師在做造型改良設(shè)計(jì)時(shí)，遇到本體或主體呈簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單形狀，亦要想辦法予以改變，做成橢圓、要形、拋物狀、雙曲面等，不能用“倒圓角”簡(jiǎn)單處理。在這方面，有些公司的做法，可以借鑒參考一下。像小米公司的某一系列產(chǎn)品，它的倒圓角都有統(tǒng)一尺寸。包括美國(guó)最大的電器商APPLICA公司，沃爾瑪公司，在同一系列同時(shí)開(kāi)發(fā)的數(shù)款產(chǎn)品中，如咖啡機(jī)、水壺、面包機(jī)，是同一系列同時(shí)開(kāi)發(fā)的三款產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就曾要求，三款產(chǎn)品中，所有外觀(guān)倒圓角處，不能大于5毫米。

普通電子電器類(lèi)產(chǎn)品，像手機(jī)、電腦、電視等產(chǎn)品，電子板及電子元件高度集成，產(chǎn)品都呈扁平狀，倒圓角處不多。

交通工具、日用百貨及兒童玩具等產(chǎn)品，外觀(guān)造型設(shè)計(jì)涉及環(huán)境、使用性安全。在不影響功能使用時(shí)，外觀(guān)邊緣，則盡可能倒大圓角。如公共汽車(chē)上的塑料座椅，不管是椅面，還是靠背，都是倒大圓角設(shè)計(jì)；日常用的掃把、口杯、牙刷等產(chǎn)品的手柄，必須是圓潤(rùn)的；幼兒圓、及嬰幼兒產(chǎn)品，少兒玩具等外觀(guān)產(chǎn)品，邊緣、夾角處都必須倒圓角處理；其它車(chē)站、碼頭、廣場(chǎng)、賓館等公共場(chǎng)所，所使用的凳椅、水碼、健身器材、指示牌等產(chǎn)品，不管是塑料還是五金的，其外觀(guān)裸露處的夾角或邊緣，必須要倒圓角，避免發(fā)生安全事故。

 

3、倒圓角在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的重要作用

在沒(méi)有犀牛、proe造型軟件之前，產(chǎn)品造型效果圖以ps、corlordraw平面設(shè)計(jì)為主，一般設(shè)計(jì)師不考慮外觀(guān)倒圓角，或者說(shuō)倒圓角不是外觀(guān)造型者所考慮的。一般零部件外觀(guān)倒圓角后，會(huì)影響產(chǎn)品內(nèi)部空間布局及結(jié)構(gòu)裝配關(guān)系，因此倒圓角特征，更多的是從事產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)人員所設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造全流程過(guò)程中，最為重要的一項(xiàng)工作。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)外觀(guān)造型圖、效果圖、模型或?qū)嵨铮瓿僧a(chǎn)品所有零部件建構(gòu)工作，然后，將圖紙給到模具、研制、制造部門(mén)，完成模具制造等系列工作。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性、先進(jìn)性將直接關(guān)系到產(chǎn)品的成本、性能、可加工及可制造性等關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)。

3.1安全性倒圓角

不管何類(lèi)別產(chǎn)品，所有裸露特征，正常或非正常使用時(shí)，涉及消費(fèi)者人身、財(cái)產(chǎn)安全時(shí)，優(yōu)先選擇倒圓角，且滿(mǎn)足使用，不影響功能時(shí)，圓角尺寸越大越好。

3.2 五金工藝性倒圓角

五金殼體、端蓋、軸承座、軸、法蘭、支架等機(jī)械零部件，在車(chē)、銑、刨、磨基本車(chē)削加工后，其端面、夾角及其它外露邊緣，都比較鋒利，裝配或使用過(guò)程中，都會(huì)造成安全隱患。此類(lèi)零部件，行業(yè)通則，造型或建模過(guò)程中，默認(rèn)狀態(tài)都會(huì)做倒斜角或圓角處理。

五金箱體或殼體類(lèi)結(jié)構(gòu)零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)床齒輪箱等零部件，其加工工藝是采用翻砂鑄造或精密鑄造技術(shù)。加工時(shí)，通過(guò)熔爐，將塊狀金屬原材料（生鐵、生鋁），熔化成高溫液狀，在澆注入型腔后冷卻成型。金屬液在型腔流動(dòng)過(guò)程中，要求腔體圓滑通暢[4]。因此，此類(lèi)零部件設(shè)計(jì)通用要求，就是不能有利角，所有特征及過(guò)渡處，必須倒圓角。一般圓角尺寸不小于2毫米，實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。

另一方面，高溫金屬液體充填型腔，冷卻成型后會(huì)收縮，在特征過(guò)渡處會(huì)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的“內(nèi)應(yīng)力”。“內(nèi)應(yīng)力”強(qiáng)度跟材料壁厚、溫度、壓力成正比?！皟?nèi)應(yīng)力”會(huì)造成零部件形變，崩裂等一系列質(zhì)量缺陷?！皟?nèi)應(yīng)力”是物理現(xiàn)象，暫無(wú)法克服。理論上，圓角越大，內(nèi)應(yīng)力越小，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響也越小[5]。

五金鈑金類(lèi)殼體零件，在模具沖壓成型時(shí)，是通過(guò)模具擠壓、拉伸鈑金原材料而加工成型，零件的夾角及邊緣角，倒圓角時(shí)必須滿(mǎn)足基本工藝成型要求。像碗、碟、盆等金屬容器，既是造型、功能使用上的要求，也是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，模具加工工藝成型上的要求。理論上，在滿(mǎn)足功能情況下，倒圓角尺寸越大越有利于產(chǎn)品加工成型。

3.3 塑料制品倒圓角

塑料是工業(yè)產(chǎn)品主要原料之一，各種工業(yè)產(chǎn)品的殼體、箱體、本體、底座、支架等零部件，一般都由塑料所做成。由于塑料制品采用規(guī)?；a(chǎn)，有質(zhì)輕、價(jià)廉、工藝先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)產(chǎn)品研制過(guò)程中，會(huì)優(yōu)先選用相關(guān)塑料材料。常用塑料加工工藝有注塑、壓塑、擠塑、吹塑和吸塑等幾種加工工藝，其中注塑加工是使用最多的一種加工工藝。

注塑加工工藝與五金鑄造加工原理基本一致。注塑加工工藝主要由塑料模具和注塑機(jī)組成。注塑模具安裝在注塑機(jī)上，模具由強(qiáng)度較高的數(shù)塊模具鋼組成，經(jīng)過(guò)模具系列加工工藝后制作完成。模具號(hào)稱(chēng)“工業(yè)之母”，一般模具可完成最少50萬(wàn)次的開(kāi)合，如果該零件是一模一穴的，意思是可以做50萬(wàn)件。注塑機(jī)是塑料加工的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)及工作原理，注塑機(jī)有基座、料斗、螺桿、套筒、模具夾持結(jié)構(gòu)、推桿、動(dòng)力裝置、控制裝置等組成。工作時(shí)，纏繞裝置發(fā)熱塊的套筒將套筒內(nèi)的塑料原料融化，在注塑機(jī)螺桿的擠壓下，將熔融后的塑料注射進(jìn)塑料模具。注塑機(jī)的規(guī)格有80T（噸）,150T（噸）等不同規(guī)格。噸位數(shù)代表機(jī)器的鎖模力，或者叫機(jī)器注射時(shí)的壓力。注塑加工時(shí)，一般注塑機(jī)的壓力大于產(chǎn)品的重量[6]。如300克重的本體零件，會(huì)選用350噸的注塑機(jī)。也就是說(shuō)，每一克熔融后的塑料，將被1噸的壓力注射進(jìn)模具型腔。

舉例來(lái)說(shuō)，一般300克重的塑料殼體零件，設(shè)計(jì)壁厚2~3毫米，殼體上的筋、柱位壁厚0.8~1.5毫米。加工過(guò)程中，盡管注塑機(jī)壓力比較大、模具強(qiáng)度也可以承受，但是零件若是結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)不好，注塑時(shí)，殼體內(nèi)外表面會(huì)產(chǎn)生、少膠、缺膠、燒膠、縮水等質(zhì)量缺陷。因設(shè)計(jì)缺陷，流動(dòng)性不通暢，有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)模具前端跑披鋒，后端缺膠現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)極端的模具崩裂現(xiàn)象。隨著設(shè)計(jì)人員水平的普遍提高，三維軟件中流體力學(xué)、拔模分析等命令應(yīng)用，目前較少出現(xiàn)極端情況。

為了克服注塑缺陷，保證熔融后的塑料能夠順暢，塑料零件設(shè)計(jì)時(shí)，所有殼體或本體內(nèi)部特征夾角、邊緣處，默認(rèn)都需要倒圓角。一般開(kāi)模的工程圖，在圖面上的技術(shù)要求處，一般會(huì)注明“未注圓角R0.5”。在模具裝配與調(diào)試過(guò)程中，會(huì)對(duì)澆口、筋、柱位、邊緣角、棱角等特征處省模、拋光，其目的也是為了改善塑料熔融后的流動(dòng)性，保證零件注塑質(zhì)量。

注塑加工跟五金鑄造原理一樣，在特征過(guò)渡等處亦會(huì)產(chǎn)生“內(nèi)應(yīng)力”。“內(nèi)應(yīng)力”會(huì)造成零件形狀變化和部分特征脆裂，影響裝配和質(zhì)量隱患。通過(guò)“倒圓角”操作，是改善“內(nèi)應(yīng)力”最有效的方法之一。

按照ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)要求，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般要經(jīng)過(guò)由模具、塑料加工、制造等各部門(mén)高階技術(shù)人員參加的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝評(píng)審，確保設(shè)計(jì)及可加工技術(shù)的先進(jìn)性。一般討論較多，爭(zhēng)議較大，最不易形成共識(shí)的，就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工時(shí)，“內(nèi)應(yīng)力”所帶來(lái)的形變及加工問(wèn)題。

4、結(jié)語(yǔ)

總體而言，隨著工業(yè)制造現(xiàn)代化發(fā)展水平不斷提高，三維軟件及新進(jìn)激光數(shù)控設(shè)備的使用，普通模具制造水平較高，基本滿(mǎn)足一般企業(yè)制造需要。“倒圓角”作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分，其設(shè)計(jì)的內(nèi)容、形式、大小，要根據(jù)不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求，實(shí)時(shí)做出精準(zhǔn)判斷。通過(guò)對(duì)“倒圓角”的相關(guān)研究，可以迅速提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的認(rèn)知，提高設(shè)計(jì)師乃至企業(yè)設(shè)計(jì)群體水平和能力。

   

參考文獻(xiàn)：

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