冷柜產品箱體漲箱的設計改進

申建軍 陳龍浩 崔志廣

（寧波辰佳電器有限公司 浙江寧波 315336）

1 引言

通常作為商用機型的冷藏冷凍轉換型的單箱冷柜是市場上常見的。實際產品中門體的形式有蝶形和頂開兩種發泡門的變化，而且一般帶有2個內玻璃門。這種冷柜結構簡單，使用方便，但長期以來存在著一個問題，就是發泡箱體經過一段時間的制冷使用后，箱體四周壁體的每一面都會出現變形的問題，大多數的情況是往外凸，四周壁體中尺寸較長的前后壁體的變形更大，俗稱“漲箱”。 這種情況特別對于200升及以上的產品更為普遍，不僅影響外觀，變形嚴重時還會導致內玻璃門掉下，造成產品無法正常使用。

2 問題的分析

目前我國冰箱、冷柜類產品的箱、門體內基本上使用聚氨酯硬泡作為隔熱材料，聚氨酯發泡除了導熱性能系數最低，密度小的優點以外，還具有發泡后會收縮變形的特性，一般講其平均線性收縮率為1%[1]。實際中，收縮變形的大小和方向，往往和箱體的大小，箱體的壁厚，發泡工藝過程的控制，聚氨酯發泡層中的密度分布，內外殼的材料及厚度，箱面框的材料及結構與尺寸等因素有關，由于單箱冷柜箱體具有一面敞口的結構特點，箱體底部和4個側壁中的發泡料的體積及收縮方向各不相同，箱體的漲箱變形問題是冷柜底部的發泡料與4個側壁體中的發泡料在收縮的過程中，與箱體內外殼及箱面框受力綜合作用產生的結果，見圖1。其中，虛線是原箱體的設計輪廓，實線為該箱體的實際輪廓及發泡后產生變形的情形。

箱體的變形或多或少是必然發生的，我們需要做的事情是想辦法控制或抵消這種變形造成的不利影響，以便保證產品能夠正常使用。

3 設計改進

以往為了減少單箱箱體的變形量，最常采用的辦法是沿箱面框的長度方向在箱面框內部或下沿處加一根加強板，常用的截面形狀有槽鋼形的，角鋼形的，以及其他特殊形狀的。圖2所示是其中的一種。圖中的1為箱面框，2為加強板，3為箱外殼。

這樣的加強，對于保持側壁的平面度有一定的作用，但對于漲箱變形問題來說，因為沒有相對應的力與產生漲箱變形的力所平衡，漲箱變形依然會發生?？梢哉f采用局部加強的方法，不僅增加了材料和生產工序等的成本，實際效果也不是很好。

如果把加強板設計成四周整體框架的結構，對整個箱面框進行加強，其工藝性會很復雜，成本會增加很多，實際上也不這樣做。

漲箱變形問題的根源是箱體內力引起的，為了消除漲箱的影響，很自然的想法是在箱體的中部加上一根拉梁，固定變形最大的前后兩個壁體的中間部位的尺寸，以抵消箱體產生變形的力，保持前后兩個壁體平行的形態。事實證明，這是一個有效實用的方案。

3.1 漲箱的力的大小

漲箱的力的大小是拉梁設計的基本參數。為了估計使箱體產生變形的力的大小，我們將不同規格的充分漲開的發泡箱體，用人力的辦法（考慮生產線的實際操作），操作者一只胳膊用手拉住后面壁體，另一只胳臂用手推住前面壁體，使其恢復到原始狀態時所需要的力量。尺寸不同的箱體所需要的力是不同的。一般的講，2個人配合都可以將變形拉回到原位，由此推論漲箱的力最大不超過600N。這與機械設計手冊給出的數據基本符合[2]。另外根據樣機所做的試驗，用一顆M4的螺釘（經計算，用材料Q195制作的M4螺釘的拉力≥1030N），足夠拉住漲箱產生的變形，也證明了這一點。測評漲箱力，是為了更好更經濟地設計拉梁的截面及與箱面框的固定連接方式的參考，是設計改進的基礎。

3.2 設計改進主要考慮的問題

（1）箱體最大變形的位置在中心點上，將拉梁設置在中心點上對于克服變形最有效。

（2）拉梁的尺寸和形狀要兼顧箱面框、內玻璃門及發泡門體門封三種零部件。

（3）要考慮不能和玻璃內門相互干涉。即將拉梁安裝好以后，不能影響內部玻璃門的推拉關閉使用。一般拉梁組合的下平面與上內玻璃門的上平面間的距離≥2.5mm即可。

（4）考慮要和發泡門的門封配合，拉梁要設置在兩個發泡門的中間部位，門封壓在其上，配合起來起到密封作用。

（5）拉梁本身一般采用金屬材料，但不能直接和門封相配合，因為箱體內部的冷量傳導在拉梁上，門封直接在其上會導致凝露并產生結冰現象，要采用塑料材料作為拉梁上的蓋子與門封相配合，如果空間允許，拉梁的厚度較大，還需要在拉梁和蓋子之間放置泡沫材料，如可發性聚苯乙烯泡沫板，進行隔溫。

（6）拉梁和箱面框的連接方式，可以采用螺紋連接，即將拉梁和襯板用螺釘和螺母連接在一起，也可以采用掛鉤連接，即將拉梁頭部折成90度的彎，然后掛在固定在襯板上的連接片的槽中。

（7）在箱面框的內部，要有相應的具有一定剛度的金屬襯板，以加強一般為塑料材質的箱面框的剛性，同時分散拉力。拉梁的拉力作用在金屬襯板上，襯板在發泡后和箱面框即成為整體。拉住了襯板及箱面框，即抵消了箱體壁上部的變形。

（8）拉梁的外觀造型及顏色與產品整體協調一致。

（9）工藝性好，便于制作和在流水生產線上安裝。

（10）成本低，使用適宜的材料，滿足功能要求下的最少材料消耗。

4 實例

本實例為一較大容量的單箱雙頂開發泡門的冷藏冷凍轉換型的冷柜產品，由于橫向長度為1800mm，在箱體發泡后，其單側柜壁的最大變形量約5～6mm。經改進設計，修改了箱面框的注塑模具。箱體發泡前，將一段用薄鋼板折成的槽鋼，作為襯板粘貼在箱面框的內部定位槽中。槽鋼外側平面的上方箱面框上，開有一個和拉梁拉鉤配合的槽子。安裝時，將拉梁掛在箱面框的槽中，即拉在槽鋼外側平面上，同時將自攻螺釘從拉梁上平面經過箱面框旋入箱面框內的襯板。形成拉梁與箱面框的配合。拉梁組合的上平面與箱面框放置門封組合的平面一致。如圖3。

經過這樣的改造，徹底解決了箱體變形的問題。經過3個月的產品老化試驗，測量箱體的變形量，使用普通的鋼卷尺上的刻度值是看不出來的，即箱體的變形量在1mm以下，完全可以滿足用戶的使用要求。

5 結論

對冷柜產品漲箱變形的設計改進的實踐，至少可以得到以下兩點結論：

（1）對于現有產品箱體漲箱的設計改進，使用拉梁式的結構解決這一問題，即保證了質量，又降低了成本，是簡單有效的。不僅解決了變形的問題，而且也有效降低了產品的成本。如以上實例中，僅材料成本一項，每臺降低22元人民幣。也為企業避免了這方面的維修及特殊備件的費用，使得產品的市場競爭力有所提高。

（2）箱體漲箱的設計改進的實踐，對于我們的提示，必須在保證產品質量方面實施“預防為主”的原則，對于新產品的設計，一定要考慮到箱體變形是必然的，在結構設計上就要考慮使用拉梁來進行預防。在實際中，新產品的設計階段考慮解決這些問題，比發生了問題再去考慮如何進行解決，要更為主動和經濟一些。

[1] 朱呂民,劉益軍.聚氨酯泡沫塑料第三版.北京：化學工業出版社,2005,444

[2] 成大先主編.機械設計手冊第三版. 北京：化學工業出版社,2002,1-517