摘要：在产品三维造型及产品结构设计过程中，倒圆角命令，经常性用到，是比较常见的一种操作。随着国民经济的不断发展，工业产品的大量使用，以及人们对产品的要求越来越高，产品升级更新换代越来越快^[1]。在产品同质，市场化敏锐的情况下，产品的细节设计尤为重要。倒圆角设计在产品设计与制造全流程中，是属于产品细节设计的一部分。

关键词：产品设计；倒圆角；同质；产品结构设计。

 

1、前言

 倒圆角设计在产品设计与制造全流程中无处不在，经常性用到。在产品设计过程中，倒圆角设计有多种形式和多种功能性作用[2]。有些是满足外观造型需要，有些是功能上需要，还有些可能是操作使用上的需要，倒圆角的尺寸也是大大小小的没有统一。针对不同的产品，不管是外观造型可见的，还是产品内部设计不可见的，林林总总的各类尺寸圆角，都有其规律或作用说明。了解分析倒圆角的一些基本作用，掌握倒圆角的一些基本技巧，提高产品综合设计水平。

 

2、倒圆角在造型设计上的重要作用

随着工业技术的发展，以及各类先进软件的使用，大量同质产品面世。如今，消费者对产品外观造型越来越挑剔，细节要求也越来越高[3]。一般外观产品或零部件可见到的楞边，都需要倒圆角。普通产品倒圆角尺寸太大，会给人圆润、圆滑、可爱、灵动的感觉；尺寸太小，又会显得机械、生硬、僵化。究竟多少合适？这个要看具体产品，以及产品所使用的环境等决定。

笔者之前曾开发一款电磁炉，该产品左、右、后三边边缘都呈规则状，边缘倒角3毫米。设计师觉得造型没有亮点，如是把该产品前端边缘倒30毫米的大圆角。从效果图及3D模型来看，没有什么特别感觉。但是，当做出外观模型板后，大家都觉得前面30毫米的倒圆角，有些怪异。倒圆角是全尺寸倒角，尤其是中间点位置，会显得比较饱满。该设计就像一个车头，倒圆角后，中间造型部位显得特别简单，突兀。后来，改成椭圆状，客户才认可外观造型，予以接受该产品。

在设计音响，手提电脑等产品，都遇到类似“有争议”问题，总结来说，一般体积不大的产品，大于5毫米的外观倒圆角造型，都会影响到产品观感和形态。设计师在做造型改良设计时，遇到本体或主体呈简单结构、简单形状，亦要想办法予以改变，做成椭圆、要形、抛物状、双曲面等，不能用“倒圆角”简单处理。在这方面，有些公司的做法，可以借鉴参考一下。像小米公司的某一系列产品，它的倒圆角都有统一尺寸。包括美国最大的电器商APPLICA公司，沃尔玛公司，在同一系列同时开发的数款产品中，如咖啡机、水壶、面包机，是同一系列同时开发的三款产品，其设计团队就曾要求，三款产品中，所有外观倒圆角处，不能大于5毫米。

普通电子电器类产品，像手机、电脑、电视等产品，电子板及电子元件高度集成，产品都呈扁平状，倒圆角处不多。

交通工具、日用百货及儿童玩具等产品，外观造型设计涉及环境、使用性安全。在不影响功能使用时，外观边缘，则尽可能倒大圆角。如公共汽车上的塑料座椅，不管是椅面，还是靠背，都是倒大圆角设计；日常用的扫把、口杯、牙刷等产品的手柄，必须是圆润的；幼儿圆、及婴幼儿产品，少儿玩具等外观产品，边缘、夹角处都必须倒圆角处理；其它车站、码头、广场、宾馆等公共场所，所使用的凳椅、水码、健身器材、指示牌等产品，不管是塑料还是五金的，其外观裸露处的夹角或边缘，必须要倒圆角，避免发生安全事故。

 

3、倒圆角在产品结构设计上的重要作用

在没有犀牛、proe造型软件之前，产品造型效果图以ps、corlordraw平面设计为主，一般设计师不考虑外观倒圆角，或者说倒圆角不是外观造型者所考虑的。一般零部件外观倒圆角后，会影响产品内部空间布局及结构装配关系，因此倒圆角特征，更多的是从事产品结构相关技术人员所设计。

产品结构设计是产品设计及制造全流程过程中，最为重要的一项工作。产品结构设计师根据外观造型图、效果图、模型或实物，完成产品所有零部件建构工作，然后，将图纸给到模具、研制、制造部门，完成模具制造等系列工作。

产品结构设计的可靠性、先进性将直接关系到产品的成本、性能、可加工及可制造性等关键质量指标。

3.1安全性倒圆角

不管何类别产品，所有裸露特征，正常或非正常使用时，涉及消费者人身、财产安全时，优先选择倒圆角，且满足使用，不影响功能时，圆角尺寸越大越好。

3.2 五金工艺性倒圆角

五金壳体、端盖、轴承座、轴、法兰、支架等机械零部件，在车、铣、刨、磨基本车削加工后，其端面、夹角及其它外露边缘，都比较锋利，装配或使用过程中，都会造成安全隐患。此类零部件，行业通则，造型或建模过程中，默认状态都会做倒斜角或圆角处理。

五金箱体或壳体类结构零件，如发动机、机床齿轮箱等零部件，其加工工艺是采用翻砂铸造或精密铸造技术。加工时，通过熔炉，将块状金属原材料（生铁、生铝），熔化成高温液状，在浇注入型腔后冷却成型。金属液在型腔流动过程中，要求腔体圆滑通畅[4]。因此，此类零部件设计通用要求，就是不能有利角，所有特征及过渡处，必须倒圆角。一般圆角尺寸不小于2毫米，实现平滑过渡。

另一方面，高温金属液体充填型腔，冷却成型后会收缩，在特征过渡处会产生不同强度的“内应力”。“内应力”强度跟材料壁厚、温度、压力成正比。“内应力”会造成零部件形变，崩裂等一系列质量缺陷。“内应力”是物理现象，暂无法克服。理论上，圆角越大，内应力越小，对产品的质量影响也越小[5]。

五金钣金类壳体零件，在模具冲压成型时，是通过模具挤压、拉伸钣金原材料而加工成型，零件的夹角及边缘角，倒圆角时必须满足基本工艺成型要求。像碗、碟、盆等金属容器，既是造型、功能使用上的要求，也是在产品结构设计时，模具加工工艺成型上的要求。理论上，在满足功能情况下，倒圆角尺寸越大越有利于产品加工成型。

3.3 塑料制品倒圆角

塑料是工业产品主要原料之一，各种工业产品的壳体、箱体、本体、底座、支架等零部件，一般都由塑料所做成。由于塑料制品采用规模化生产，有质轻、价廉、工艺先进等优点。在工业产品研制过程中，会优先选用相关塑料材料。常用塑料加工工艺有注塑、压塑、挤塑、吹塑和吸塑等几种加工工艺，其中注塑加工是使用最多的一种加工工艺。

注塑加工工艺与五金铸造加工原理基本一致。注塑加工工艺主要由塑料模具和注塑机组成。注塑模具安装在注塑机上，模具由强度较高的数块模具钢组成，经过模具系列加工工艺后制作完成。模具号称“工业之母”，一般模具可完成最少50万次的开合，如果该零件是一模一穴的，意思是可以做50万件。注塑机是塑料加工的基础，其结构及工作原理，注塑机有基座、料斗、螺杆、套筒、模具夹持结构、推杆、动力装置、控制装置等组成。工作时，缠绕装置发热块的套筒将套筒内的塑料原料融化，在注塑机螺杆的挤压下，将熔融后的塑料注射进塑料模具。注塑机的规格有80T（吨）,150T（吨）等不同规格。吨位数代表机器的锁模力，或者叫机器注射时的压力。注塑加工时，一般注塑机的压力大于产品的重量[6]。如300克重的本体零件，会选用350吨的注塑机。也就是说，每一克熔融后的塑料，将被1吨的压力注射进模具型腔。

举例来说，一般300克重的塑料壳体零件，设计壁厚2~3毫米，壳体上的筋、柱位壁厚0.8~1.5毫米。加工过程中，尽管注塑机压力比较大、模具强度也可以承受，但是零件若是结构性设计不好，注塑时，壳体内外表面会产生、少胶、缺胶、烧胶、缩水等质量缺陷。因设计缺陷，流动性不通畅，有时候还会出现模具前端跑披锋，后端缺胶现象，甚至出现极端的模具崩裂现象。随着设计人员水平的普遍提高，三维软件中流体力学、拔模分析等命令应用，目前较少出现极端情况。

为了克服注塑缺陷，保证熔融后的塑料能够顺畅，塑料零件设计时，所有壳体或本体内部特征夹角、边缘处，默认都需要倒圆角。一般开模的工程图，在图面上的技术要求处，一般会注明“未注圆角R0.5”。在模具装配与调试过程中，会对浇口、筋、柱位、边缘角、棱角等特征处省模、抛光，其目的也是为了改善塑料熔融后的流动性，保证零件注塑质量。

注塑加工跟五金铸造原理一样，在特征过渡等处亦会产生“内应力”。“内应力”会造成零件形状变化和部分特征脆裂，影响装配和质量隐患。通过“倒圆角”操作，是改善“内应力”最有效的方法之一。

按照ISO国际标准委员会要求，在产品结构设计过程中，一般要经过由模具、塑料加工、制造等各部门高阶技术人员参加的产品结构工艺评审，确保设计及可加工技术的先进性。一般讨论较多，争议较大，最不易形成共识的，就是产品设计及加工时，“内应力”所带来的形变及加工问题。

4、结语

总体而言，随着工业制造现代化发展水平不断提高，三维软件及新进激光数控设备的使用，普通模具制造水平较高，基本满足一般企业制造需要。“倒圆角”作为产品结构设计的一部分，其设计的内容、形式、大小，要根据不同的产品标准、设计要求，实时做出精准判断。通过对“倒圆角”的相关研究，可以迅速提高产品设计方面的认知，提高设计师乃至企业设计群体水平和能力。

   

参考文献：

[1] 周甘.我国机械产业模具技术的现状及未来前景[J].中国电子商务,2014,(13):259.

[2] 陈栩雪.Pro/E倒角功能在产品设计中的应用技巧[J].机电工程技术,2008,(6):23-25.

[3] 李凡.产品外观的造型意象设计技术要点分析[J].科技展望,2014,(14):44-44.

[4] 刘小华.ZL204铝合金半圆环铸件铸造工艺设计[J].铸造,2012,(3):326-328.

[5] 沈铁成.转炉炼钢双渣法操作探究[J].中国新技术新产品,2010,(1):141-142.

[6] 胡琳.基于Pro/E的手机外壳造型及注塑模具的设计[J].机电工程技术,2005,(9):40-45.