對開門冰箱門體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

王懷民 黃承成 朱濤

（合肥晶弘電器有限公司 安徽合肥 230601）

對開門冰箱門體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

王懷民 黃承成 朱濤

（合肥晶弘電器有限公司 安徽合肥 230601）

以對開門冰箱冷藏門體為研究對象，分析了對開門冰箱門體在高低溫沖擊試驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)門體開裂、把手與飾條縫隙過大的原因，通過制定對應(yīng)的改進(jìn)措施，解決了這一業(yè)內(nèi)普遍存在的問題。

對開門冰箱；冷藏門體；高低溫沖擊試驗(yàn)

1 引言

在國內(nèi)對開門冰箱生產(chǎn)中存在一個普遍的現(xiàn)象：對開門冰箱門體做高低溫沖擊測試時，門體易出現(xiàn)開裂、冰箱把手與把手飾條縫隙擴(kuò)大甚至開裂。本文主要針對對開門門體的此種現(xiàn)象，以合肥晶弘公司的對開門冰箱BCD-630W冷藏門體為研究對象，分析探討產(chǎn)生該問題的原因，提出優(yōu)化改進(jìn)措施，以徹底解決此問題。

2 BCD-630W冷藏門體的結(jié)構(gòu)及問題

如圖1所示，BCD-630W冰箱的冷藏門體總長度為1700mm，主要由冷藏門上下端蓋、冷藏門內(nèi)膽、冷藏門把手、冷藏門飾條、玻璃面板及環(huán)戊烷發(fā)泡泡沫層（圖中未示出）等組成。上、下端蓋及內(nèi)膽材質(zhì)均為ABS；冷藏門把手、冷藏門飾條材質(zhì)為ABS，采用真空電鍍工藝電鍍著色。冷藏門把手和冷藏門飾條采用直接注塑成型的聯(lián)接卡口聯(lián)接，裝配后聯(lián)接縫隙為0.3mm。

經(jīng)過高低溫沖擊試驗(yàn)以后，部分門體會出現(xiàn)門體開裂、把手與飾條縫隙增大（最大縫隙達(dá)到2.3mm）等異?，F(xiàn)象，具體見圖2所示。合肥晶弘企標(biāo)規(guī)定[1]：高低溫沖擊試驗(yàn)分兩個階段，第一階段溫度在-30～60℃之間變化，36小時為一個周期，其中，低溫（-30℃）時間為24h，高溫（60℃）時間為12h，共3個周期；第二階段溫度在-40～70℃之間變化，36小時為一個周期，其中，低溫（-40℃）時間為24h，高溫（70℃）時間為12h，共3個周期。要求經(jīng)過高低溫沖擊試驗(yàn)以后門體不得出現(xiàn)開裂變形；門把手、門飾條不得開裂；把手與飾條縫隙小于1.5mm。

3 門體結(jié)構(gòu)變形原因分析

3.1 化學(xué)應(yīng)力原因[2]

冰箱生產(chǎn)過程中發(fā)泡所用的環(huán)戊烷對ABS材質(zhì)的內(nèi)膽有腐蝕作用，把ABS材料浸入在環(huán)戊烷液體或飽和蒸汽中，它會軟化以至于最終溶解掉。雖然在發(fā)泡過程中，低濃度的環(huán)戊烷與冰箱冷藏內(nèi)膽接觸通常是沒有問題的，但是冰箱冷藏內(nèi)膽經(jīng)過真空吸塑成型過程中的熱脹冷縮后，聚合物分子會重新取向而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，此時即使是低濃度的環(huán)戊烷，也可能對冰箱內(nèi)膽薄弱部位產(chǎn)生破壞。

環(huán)戊烷一般使電冰箱內(nèi)膽局部軟化，因而應(yīng)力局部松弛，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋，再經(jīng)過嚴(yán)酷的高低溫沖擊便使得該裂紋延伸而造成內(nèi)膽開裂。

對冰箱冷藏門膽而言，薄弱部位出現(xiàn)在形狀突變的臺階處。

對于本文的研究對象而言，冷藏門膽向冷藏箱凸出一塊，造成門膽此處的形狀發(fā)生突變，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，再加上下文分析到的發(fā)泡層應(yīng)力也在此處疊加，就造成門膽容易在圖2所示的位置開裂。

3.2 機(jī)械應(yīng)力原因

所謂的機(jī)械應(yīng)力開裂[3]是指施加在電冰箱內(nèi)膽上的某些部位受到的外部應(yīng)力大于內(nèi)膽材料本身的物性指標(biāo)及設(shè)計的內(nèi)膽結(jié)構(gòu)所能承受的支撐力，從而導(dǎo)致在某些部位產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，以達(dá)到釋放應(yīng)力的目的。

對于本文的研究對象來說，外部應(yīng)力的主要形態(tài)有：

（1）經(jīng)過發(fā)泡以后，把手、飾條與發(fā)泡層粘連在一起，在高低溫沖擊試驗(yàn)過程中，發(fā)泡層牽引著把手、飾條一起發(fā)漲，導(dǎo)致把手與飾條之間的聯(lián)接縫擴(kuò)大，由于把手、飾條與發(fā)泡層膨脹系數(shù)相差很大，當(dāng)把手、飾條的伸長量超過其自身的應(yīng)力極限時，就會造成把手或者飾條的開裂。

（2）發(fā)泡層厚度不均勻。由于其他結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，冷藏門內(nèi)膽設(shè)計成往冷藏箱內(nèi)部凸出一塊，造成門體整個發(fā)泡層厚度不均勻，這就導(dǎo)致在高低溫沖擊過程中，整個門體發(fā)泡層熱脹冷縮的程度不同，在發(fā)泡層厚度的突變處容易形成內(nèi)應(yīng)力。

通過建立門體的有限元模型，對門體進(jìn)行溫度和應(yīng)力的耦合分析，會發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力部位出現(xiàn)在發(fā)泡層的厚度突變處。這一點(diǎn)與實(shí)際情況（圖2所示）完全一致。

4 門體結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

通過以上分析，制定整改思路如下：

隔離門膽薄弱部位；

對發(fā)泡層泡沫進(jìn)行部分隔斷；

增加把手和飾條之間的聯(lián)接強(qiáng)度；

均等發(fā)泡層，使得發(fā)泡層厚度一致。

對照上述整改思路，在進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證以及借助CAE輔助分析的同時，通過制作實(shí)物樣件反復(fù)驗(yàn)證，制定改進(jìn)措施如下：

在門膽上與發(fā)泡層接觸的薄弱位置粘貼鋁箔。使冷藏門內(nèi)膽與發(fā)泡層在此位置隔離，鋁箔寬度與門膽平齊，長度為100mm（如圖3所示）。注意鋁箔長度不能太長，否則造成門膽與發(fā)泡層脫粘面積過大，在高低溫沖擊試驗(yàn)過程中容易造成內(nèi)膽鼓包。

圖2 門體開裂及把手縫隙實(shí)物圖

圖3 門膽粘貼鋁箔位置圖

圖4 門體優(yōu)化改進(jìn)措施示意圖

圖5 改進(jìn)后的把手與飾條縫隙圖

在玻璃面板上靠近把手位置粘貼門體加強(qiáng)鐵（圖4所示）。此舉的作用一是加強(qiáng)鐵可以增加整個發(fā)泡層的強(qiáng)度，使其在熱脹冷縮過程中不易斷裂；二是可以將整體發(fā)泡層與把手位置進(jìn)行部分隔斷，使得整體發(fā)泡層與把手及飾條之間的聯(lián)接不那么緊密，減小把手與飾條所受到發(fā)泡層的膨脹拉力。

增加門把手鎖緊塊。在把手、飾條聯(lián)接處增加兩塊門把手鎖緊塊，用螺栓固定，以增加把手與飾條之間的聯(lián)接強(qiáng)度。具體位置如圖4所示。

門體發(fā)泡之前，在門體冷藏玻璃面板上與內(nèi)膽凸起對應(yīng)的位置增加一塊厚度為26mm的EPS泡沫塊（圖4所示），使用普通雙面膠固定，以降低門膽凸起處的發(fā)泡層厚度，使得整個發(fā)泡層的厚度趨于一致，降低在冷熱沖擊過程中因發(fā)泡層厚度不均造成的內(nèi)應(yīng)力。

5 改進(jìn)效果驗(yàn)證

通過上述優(yōu)化措施，重新制作3套冷藏門體實(shí)物樣件進(jìn)行高低溫沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照晶弘企標(biāo)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）門膽均未見開裂，滿足企標(biāo)要求；

（2）門把手、門飾條未見開裂，滿足企標(biāo)要求；

（3）門把手與飾條縫隙分別為：1.1mm，1.18mm，1.38mm，如圖5所示，滿足企標(biāo)要求。

由此可見，上述改進(jìn)措施是切實(shí)有效的。

6 結(jié)束語

本文以對開門冰箱冷藏門體為研究對象，借助CAE分析手段，分析了對開門冰箱門體在高低溫沖擊試驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)門體開裂、門把手與門飾條縫隙過大等問題的原因，通過制定改進(jìn)措施，解決了這一業(yè)內(nèi)普遍存在的問題，為業(yè)內(nèi)同行解決類似的問題提供了可供借鑒的具體案例和解決方法。

[1] 合肥晶弘電器有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 冰箱類產(chǎn)品高低溫沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).2013.8:30

[2] 李弢，余泳等. 電冰箱制造過程中內(nèi)膽開裂現(xiàn)象的研究[J].家用電器科技.2002.7:66-67

[3] 孔冬，游飛越等. 冰箱冷藏蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].家電科技.2011.12:72-73

[4] 王文娟，陳瑞等. 冰箱用鋼板門體結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化分析[J].家電科技.2014.4:73-75

The optimization design of the refrigeration door based on the side-byside refrigerator

WANG Huaimin HUANG Chengcheng ZHU Tao
(Hefei KingHome Electric Appliances Co., Ltd. Hefei 230601)

This paper regards the refrigeration door of the side-by-side refrigerator as the research object, Analyzed the reasons why the refrigeration door cracked and the gap between door handles and the handle moulding is too large during the high and low temperature cycle experiment. By establishing corresponding improvement measures, we solved the common problems of this industry.

Side-by-side refrigerator; The body of the refrigeration door; High and low temperature cycle experiment