對開門冰箱門體結構優化設計

王懷民 黃承成 朱濤

（合肥晶弘電器有限公司 安徽合肥 230601）

對開門冰箱門體結構優化設計

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過程中容易出現門體開裂、把手與飾條縫隙過大的原因，通過制定對應的改進措施，解決了這一業內普遍存在的問題。

對開門冰箱；冷藏門體；高低溫沖擊試驗

1 引言

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

2 BCD-630W冷藏門體的結構及問題

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、冷藏門內膽、冷藏門把手、冷藏門飾條、玻璃面板及環戊烷發泡泡沫層（圖中未示出）等組成。上、下端蓋及內膽材質均為ABS；冷藏門把手、冷藏門飾條材質為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接卡口聯接，裝配后聯接縫隙為0.3mm。

經過高低溫沖擊試驗以后，部分門體會出現門體開裂、把手與飾條縫隙增大（最大縫隙達到2.3mm）等異常現象，具體見圖2所示。合肥晶弘企標規定[1]：高低溫沖擊試驗分兩個階段，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。要求經過高低溫沖擊試驗以后門體不得出現開裂變形；門把手、門飾條不得開裂；把手與飾條縫隙小于1.5mm。

3 門體結構變形原因分析

3.1 化學應力原因[2]

冰箱生產過程中發泡所用的環戊烷對ABS材質的內膽有腐蝕作用，把ABS材料浸入在環戊烷液體或飽和蒸汽中，它會軟化以至于最終溶解掉。雖然在發泡過程中，低濃度的環戊烷與冰箱冷藏內膽接觸通常是沒有問題的，但是冰箱冷藏內膽經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生內應力，此時即使是低濃度的環戊烷，也可能對冰箱內膽薄弱部位產生破壞。

環戊烷一般使電冰箱內膽局部軟化，因而應力局部松弛，進而產生裂紋，再經過嚴酷的高低溫沖擊便使得該裂紋延伸而造成內膽開裂。

對冰箱冷藏門膽而言，薄弱部位出現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生突變，容易產生內應力，再加上下文分析到的發泡層應力也在此處疊加，就造成門膽容易在圖2所示的位置開裂。

3.2 機械應力原因

所謂的機械應力開裂[3]是指施加在電冰箱內膽上的某些部位受到的外部應力大于內膽材料本身的物性指標及設計的內膽結構所能承受的支撐力，從而導致在某些部位產生開裂現象，以達到釋放應力的目的。

對于本文的研究對象來說，外部應力的主要形態有：

（1）經過發泡以后，把手、飾條與發泡層粘連在一起，在高低溫沖擊試驗過程中，發泡層牽引著把手、飾條一起發漲，導致把手與飾條之間的聯接縫擴大，由于把手、飾條與發泡層膨脹系數相差很大，當把手、飾條的伸長量超過其自身的應力極限時，就會造成把手或者飾條的開裂。

（2）發泡層厚度不均勻。由于其他結構設計的需要，冷藏門內膽設計成往冷藏箱內部凸出一塊，造成門體整個發泡層厚度不均勻，這就導致在高低溫沖擊過程中，整個門體發泡層熱脹冷縮的程度不同，在發泡層厚度的突變處容易形成內應力。

通過建立門體的有限元模型，對門體進行溫度和應力的耦合分析，會發現最大應力部位出現在發泡層的厚度突變處。這一點與實際情況（圖2所示）完全一致。

4 門體結構改進措施

通過以上分析，制定整改思路如下：

隔離門膽薄弱部位；

對發泡層泡沫進行部分隔斷；

增加把手和飾條之間的聯接強度；

均等發泡層，使得發泡層厚度一致。

對照上述整改思路，在進行數值模擬驗證以及借助CAE輔助分析的同時，通過制作實物樣件反復驗證，制定改進措施如下：

在門膽上與發泡層接觸的薄弱位置粘貼鋁箔。使冷藏門內膽與發泡層在此位置隔離，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，否則造成門膽與發泡層脫粘面積過大，在高低溫沖擊試驗過程中容易造成內膽鼓包。

圖2 門體開裂及把手縫隙實物圖

圖3 門膽粘貼鋁箔位置圖

圖4 門體優化改進措施示意圖

圖5 改進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鐵（圖4所示）。此舉的作用一是加強鐵可以增加整個發泡層的強度，使其在熱脹冷縮過程中不易斷裂；二是可以將整體發泡層與把手位置進行部分隔斷，使得整體發泡層與把手及飾條之間的聯接不那么緊密，減小把手與飾條所受到發泡層的膨脹拉力。

增加門把手鎖緊塊。在把手、飾條聯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接強度。具體位置如圖4所示。

門體發泡之前，在門體冷藏玻璃面板上與內膽凸起對應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泡層厚度，使得整個發泡層的厚度趨于一致，降低在冷熱沖擊過程中因發泡層厚度不均造成的內應力。

5 改進效果驗證

通過上述優化措施，重新制作3套冷藏門體實物樣件進行高低溫沖擊試驗。試驗過程嚴格按照晶弘企標控制。實驗結果如下：

（1）門膽均未見開裂，滿足企標要求；

（2）門把手、門飾條未見開裂，滿足企標要求；

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

由此可見，上述改進措施是切實有效的。

6 結束語

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過程中容易出現門體開裂、門把手與門飾條縫隙過大等問題的原因，通過制定改進措施，解決了這一業內普遍存在的問題，為業內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標準. 冰箱類產品高低溫沖擊試驗標準.2013.8:30

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

[3] 孔冬，游飛越等. 冰箱冷藏蒸發器結構應力分析及結構優化[J].家電科技.2011.12:72-73

[4] 王文娟，陳瑞等. 冰箱用鋼板門體結構設計及優化分析[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