冰箱零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

楊德華 陳立新

（陜西寶雞長嶺冰箱有限公司 陜西寶雞 721006）

1 引言

由于冰箱產(chǎn)品的外觀設(shè)計開發(fā)周期短、見效快、有利于提高產(chǎn)品的競爭力，因此，企業(yè)非常重視開發(fā)新外觀設(shè)計的產(chǎn)品。新外觀設(shè)計的冰箱產(chǎn)品，多變化在門上，尤其是外觀顯示組件變化最多，由于這些組件直接面對消費者，安裝在最顯眼的位置，它提供給消費者第一印象，將直接影響顧客的選購，是冰箱新品開發(fā)中的重點。本文以點帶面從顯示組件設(shè)計揭示冰箱零件設(shè)計的方法。

2 冰箱產(chǎn)品顯示組件的構(gòu)成及特點

圖1所示是各種冰箱的上門及顯示組件。顯示組件通常由顯示面板、顯示窗、顯示盒、電路板、按鍵帽、按鍵座等零件組成。各種顯示組件的控制功能基本上相同，外觀構(gòu)造除BCD-207S的按鍵為觸摸按鍵，其余的均為機械按鍵。BCD-208TAK的顯示面板設(shè)置在上門上邊框上，其余的安裝在門體上。雖然上述冰箱外觀形式各異，但都有其共同的特點：

(1)顯示組件外觀件，要求具有精致的外觀，顯示面板一般有噴涂、絲網(wǎng)印刷、熱燙印、電鍍等要求；顯示窗通常有絲網(wǎng)印刷、熱燙印等要求；按鍵帽一般有噴涂、電鍍等要求。

(2)配合尺寸要求嚴(yán)格，顯示面板與門體的配合間隙不允許超過0.3mm, 按鍵帽與顯示面板的配合間隙要求均勻，側(cè)隙誤差不允許超過0.2mm，高度誤差不允許超過0.2mm。

(3)按鍵除尺寸和外觀有一定要求外，還有手感要好，操作靈活、可靠的要求。

(4)顯示盒為預(yù)埋零件，外觀無要求，但與顯示面板、顯示電路板、門體配合尺寸精度要求較高，因參與發(fā)泡，必須有一定的強度，保證發(fā)泡過程中不變形。

3 零件材料選擇

選擇零件的材料不同，零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計也有所不同。顯示組件塑料件主要采用熱塑性塑料。在選擇時應(yīng)注意：零件的強度和剛度，除了從材料性能上考慮以外，還要從制品結(jié)構(gòu)設(shè)計上（如厚度和加強筋等）加以考慮。材料的成型工藝性、涂裝性和染色性、尺寸穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等也都是選材時應(yīng)考慮的因素；各種塑料有一定的使用強度范圍和允許接觸的介質(zhì)以及能承受的壓力和溫度，選用和設(shè)計時也應(yīng)考慮。

4 合理的設(shè)計組件裝配結(jié)構(gòu)

要實現(xiàn)新品造型設(shè)計，首先要確定最佳裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計。要考慮零件間裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計的是否合理、可靠，包括零件的結(jié)構(gòu)強度和裝配性能。

4.1 零件裝配設(shè)計卡勾連接

BCD-207AT冰箱的顯示組件見圖2，顯示電路板用螺釘連接，顯示盒與門體貼合方向上沒有機械限位采用膠帶粘接,這種組裝方式的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，裝配方便。不足之處是顯示盒與門體配合的一致性差，易引起顯示面板的裝配偏離外觀標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，顯示盒上與顯示面板卡勾配合的卡槽處的工藝孔僅靠膠帶密封很容易產(chǎn)生溢料變形。

良好的設(shè)計應(yīng)是結(jié)構(gòu)緊湊、材料最省和裝配簡單，盡可能避免使用螺釘連接，而利用卡勾連接的安裝方式?？ü唇Y(jié)構(gòu)是用模具成型的，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理，塑料件加工是比較容易的?？ü催B接結(jié)構(gòu)的零件設(shè)計需要考慮多個零件的配合問題。另外還要把握的一個原則就是，零件設(shè)計必須要考慮零件加工的簡單化，盡量減小模具設(shè)計和制造難度，降低生產(chǎn)成本。

設(shè)計卡勾沒有固定的結(jié)構(gòu)形式，需根據(jù)不同的造型變化來設(shè)計。見圖3、圖4，按BCD-207S，BCD-209NQC產(chǎn)品造型，顯示盒與門體配合的卡勾設(shè)計成外凸形式，這樣設(shè)計的塑料件制作容易，門體結(jié)構(gòu)也較簡單，門體加工只需沖孔工藝即可。

如圖5所示，BCD-208SC顯示面板造型有部分下凹，四周僅有零件壁厚與門體相配合，不允許顯示盒有向門體外凸出的卡勾，因此把卡勾設(shè)計在顯示盒的中部向內(nèi)凸起，而把卡槽做在門體下折彎部位，這種卡勾結(jié)構(gòu)的塑料件制作難易程度差別不大，而門體的加工要復(fù)雜一些，不但有沖孔工序，還需折彎成型工藝。

設(shè)計卡鉤要做到配合松緊合適，裝拆方便，其配合面為貼合，其他面適當(dāng)留間隙?？ü吹臄?shù)量及排布的位置需與門體和顯示面板的配合綜合考究，尤其是有弧面配合的邊緣和拐角處需合理設(shè)置。利用卡勾結(jié)構(gòu)連接的顯示盒與門體可保證裝配尺寸的一致性。即使零件有一些變形和翹曲，也可在裝配后自然得到校正。這樣就使后續(xù)零件的裝配質(zhì)量得到保障。

4.2 特殊造型的組件裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖6所示的BCD-208TAK冰箱顯示組中無單獨的顯示盒，顯示電路板、顯示面板固定在上門上邊框上，結(jié)構(gòu)形式變化了，安裝方式仍按卡勾連接設(shè)計。

4.3 顯示電路板裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計

用卡勾固定的顯示電路板設(shè)計成平面裝配還是立式安裝，要根據(jù)不同的造型、零件的空間結(jié)構(gòu)及成型工藝設(shè)計為不同的型式。如把BCD-208TAK的電路板設(shè)計為立式安裝，其余的設(shè)計為平面安裝，這樣的安裝方式零件設(shè)計簡單、易裝配。如果電路板距離顯示盒底部距離過小，卡勾的懸臂若直接從底面凸起，懸臂短，變形過大，超出材料的彈性變化范圍，就會出現(xiàn)白化，甚至斷裂的問題。為避免這種情況發(fā)生，BCD-209NQC、BCD-208SC冰箱的顯示電路板固定卡勾結(jié)構(gòu)形式見圖4、圖5，設(shè)計時改變了懸臂伸出方式，適當(dāng)加長了懸臂的長度。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計卡勾不會有太大的應(yīng)力，既保證電路板固定可靠，又便于操作。另一方面卡勾的懸臂也不可偏長，懸臂過長，剛性變差，就需考慮增加加強筋提高其強度。如BCD-207S、BCD-208TAK因電路板固定卡勾的懸臂較長而設(shè)計了加強筋，見圖3、圖6。

4.4 卡勾卡槽配合部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計

連接兩個塑料件的關(guān)鍵在于精度較高，以使其連接緊密。顯示面板與顯示盒或上門上邊框的裝配應(yīng)在門發(fā)泡后進行，卡勾與卡槽配合尺寸的精度要求高。門發(fā)泡過程中，發(fā)泡材料具有較高的溫度和壓力，零件變形或裝配誤差會導(dǎo)致發(fā)泡變形。為確?？ü囱b配的可靠，將顯示盒上與顯示面板卡勾配合的卡槽部位設(shè)計成密閉的空間，見圖3～圖6?？ú酃に嚳子伤鶉目ú圩o壁形成密閉的空間，在預(yù)加顯示盒或上門上邊框時用膠帶密封底部的孔洞，使其完全與發(fā)泡料隔離，免除了溢料等變形所帶來的麻煩。從結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證裝配可靠，這是發(fā)泡預(yù)埋零件設(shè)計的一個小技巧，通過大批量生產(chǎn)考驗，該設(shè)計對批量作業(yè)是非常有利的。

4.5 合理的設(shè)計按鍵結(jié)構(gòu)

理想的按鍵結(jié)構(gòu)需合理實現(xiàn)外觀造型還包括觸感要好、操作靈活、可靠。因此，按鍵設(shè)計中需要注意避免按鍵手感不良、卡鍵和連動的問題。設(shè)計按鍵必須考慮操作力與反彈力的相互關(guān)系，反彈力一定要設(shè)定在足以使按鍵在按下后能回彈，同時反彈力也不可太大，以至于影響觸感。

按鍵外露部分通常有電鍍或噴涂的要求，因塑料件經(jīng)過電鍍處理后，表面硬度和耐磨性提高了，但經(jīng)化學(xué)處理后材料的韌性、彈性卻變差了，所以從材料特性和結(jié)構(gòu)上來說，將按鍵分為按鍵帽和按鍵座兩部分制作更合理。

按鍵的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮的因素有零件的通用性和防錯裝設(shè)計，不僅需要與產(chǎn)品外觀相協(xié)調(diào)，還要考慮零件制作和裝配方便。

4.5.1 按鍵座的結(jié)構(gòu)設(shè)計

按鍵座的結(jié)構(gòu)利用材料的彈性設(shè)計出彈性筋，連接彈性筋的支撐需根據(jù)不同造型所允許的空間設(shè)計成不同的形式，如圖7所示的是幾種冰箱按鍵座的結(jié)構(gòu)形式。這樣的結(jié)構(gòu)，按鍵的回彈是靠按鍵座上的彈性筋和開關(guān)的簧片。下面分別敘述幾種按鍵座的特點。

BCD-208SC的按鍵座是與顯示面板上的卡勾相配合連接的，其最大優(yōu)勢是裝配簡便、快捷。但這種配合零件的公差要求十分嚴(yán)謹(jǐn)，以免零件的變形和累計誤差的原因產(chǎn)生按鍵聯(lián)動現(xiàn)象。其余冰箱的按鍵座上均布著小孔與顯示面板上的柱子熱熔相連。雖然增加了熱熔工序，但牢靠、操作按鍵力度的一致性好。它的缺點是組裝好的零件一旦出現(xiàn)問題將產(chǎn)生連帶報廢。

4.5.2 按鍵的通用性設(shè)計

按鍵的通用性設(shè)計主要體現(xiàn)在按鍵帽上，BCD-209NQC冰箱的按鍵帽在同一弧度上，按鍵帽為圓柱形無裝配方向性的要求，可以一種結(jié)構(gòu)形式通用。BCD-208SC的各按鍵帽不在同一弧度上，且間距較大，按鍵中心至兩側(cè)按鍵外邊緣處的玄高差0.135mm，每個按鍵帽兩側(cè)玄高差值0.035mm可忽略不計，設(shè)計時將按鍵的高度差做在按鍵座上，把按鍵帽設(shè)計成通用的，以便零件制作。BCD-208TAS的四個按鍵對稱相鄰接，按鍵帽按兩種結(jié)構(gòu)形式對稱裝配設(shè)計。而BCD-208TAK冰箱為三個按鍵不對稱相鄰接，三個按鍵均不可互換，按鍵帽只能分別設(shè)計。

4.5.3 按鍵的防錯裝設(shè)計

設(shè)計產(chǎn)品時，應(yīng)該考慮生產(chǎn)操作是否方便，冰箱生產(chǎn)屬流水作業(yè)，操作者并沒有太多的時間去仔細(xì)檢查手中的零件是否正確、裝配是否正確。為了防止誤操作的發(fā)生，可在零件上設(shè)計一些防錯特征，指明正確的裝配方向，或保證在零件裝配方向不正確的時候裝不上。

4.5.3.1 按鍵座的防錯裝設(shè)計

BCD-208SC、BCD-209NQC、BCD-208TAS冰箱的按鍵帽相對于按鍵中心對稱，因此，按鍵座不必考慮安裝方向的問題，按鍵可180°轉(zhuǎn)向裝配。而BCD-208TAK冰箱三個按鍵各自不同，按鍵座設(shè)計須明確裝配方向，為此，設(shè)計標(biāo)明了方向標(biāo)記，如圖7所示。

4.5.3.2 按鍵帽的防錯裝設(shè)計

BCD-208SC冰箱的按鍵帽雖然通用，但有裝配方向的要求，不能90°轉(zhuǎn)向裝配。為此設(shè)計了定位槽，如圖8所示。

BCD- 208TAS產(chǎn)品的按鍵帽按對稱設(shè)計，需制作兩個零件，加了如圖8所示的裝配標(biāo)記，防止出現(xiàn)錯裝的問題。

BCD-208TAK的按鍵帽互不通用，不同零件數(shù)量較多，為防止錯裝設(shè)計了兩種設(shè)置。見圖9所示，一種是按鍵帽外表明顯處加裝配標(biāo)記便于裝配時操作者識別；另一種是按鍵帽與按鍵座配合處借鑒魯班鎖原理設(shè)計成榫卯結(jié)構(gòu)，從設(shè)計上避免了錯裝出現(xiàn)。實踐操作證明這一防錯裝設(shè)計非常有效。

5 零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

塑料件設(shè)計的質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品開發(fā)的成敗和成本, 這就要求我們除掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計外還應(yīng)具備塑料成型、材料選用、著色與裝飾設(shè)計等方面的基本知識，掌握了其要點，可大大提高設(shè)計的自由度，設(shè)計顯示組件塑料件需注意幾個方面：

5.1 零件的工藝性

零件設(shè)計要力求簡單，設(shè)計非外觀部位的加強筋、卡勾、凸起等結(jié)構(gòu)盡可能設(shè)計成與開模方向一致，應(yīng)添加工藝孔避免或減少抽芯機構(gòu)，便于脫模。如圖3中將BCD-207S顯示面板卡勾設(shè)計成朝向非暴露部位并加了工藝孔；如圖3、圖4、圖5中的顯示盒和圖6中的上門上邊框卡勾和卡槽處都加了工藝孔。雖然這些零件的配合尺寸多，結(jié)構(gòu)設(shè)計要麻煩一些，但模具結(jié)構(gòu)簡單了，避免了抽芯機構(gòu)。零件易于成型，尺寸穩(wěn)定，對模具壽命和成品率都是非常有利的。

5.2 壁厚的設(shè)計

應(yīng)盡量保證壁厚均勻，厚度有變化的地方，由厚壁至薄壁處盡可能圓滑過渡。壁厚均勻可防止內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形，零件尺寸穩(wěn)定。在滿足結(jié)構(gòu)和使用要求的條件下，盡可能采用較小的壁厚以節(jié)約成本。

5.3 加強筋的設(shè)計

對于尺寸較大而壁厚較薄的制品，可通過設(shè)置加強筋來改善制品的強度和剛性。避免增加壁厚、減少材料的用量，還能有效防止縮痕等缺陷的產(chǎn)生。如圖10所示，BCD-222TSL3顯示盒底部面積較大，在門發(fā)泡過程中需承受較大的壓力和較高的溫度，為防止門發(fā)泡時其變形，在顯示盒底部設(shè)計了加強筋。BCD-208TAK的顯示面板由于零件的長度尺寸和面積較大，這里巧妙地利用了零件的凸凹結(jié)構(gòu)，設(shè)計成自然的棱邊加強筋，有效地防止了零件的變形。

5.4 圓角的設(shè)計

除了零件造型設(shè)定的圓角外，在塑件的各面或內(nèi)部連接處應(yīng)采用圓角、圓弧過渡，使塑料制品的外形更加流暢、美觀，又能避免應(yīng)力集中，提高塑件強度并提高模具壽命。

5.5 合理確定零件的尺寸精度

由于塑料的線脹系數(shù)比金屬大，成型工藝與金屬件不同，因此尺寸變化較大，選用和設(shè)計時要考慮恰當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和公差范圍。塑料件設(shè)計時盡可能做到一次成功，對某些難以保證的地方，考慮到修模時使模具去料易、加料難的原則確定零件的尺寸和公差。

5.6 外觀零件的設(shè)計要點

由于筋、卡勾等凸起物對零件表面影響較大，外觀零件設(shè)計要特別小心。如圖11所示，BCD-208TAS的顯示面板內(nèi)側(cè)有圓柱和定位加強筋以及卡勾和加強筋。圓柱的直徑和筋的厚度盡可能做小，外觀零件的卡勾成型模具加抽芯機構(gòu)是不可避免的，為防止卡勾的懸臂和加強筋在交匯處出現(xiàn)材料堆積，可利用抽芯機構(gòu)設(shè)計工藝孔把筋交匯處的根部挖空，對減小表面縮痕是非常有利的。

另外，卡勾的方向不容忽視。仍以圖3為例，若卡勾方向朝外，模具即使有抽芯也無法做到壁厚均勻，卡勾的根部會出現(xiàn)材料堆積，零件表面就容易產(chǎn)生縮痕。有熱燙印要求的零件，設(shè)計應(yīng)考慮燙印面須設(shè)計成凸面，周邊倒圓角。如圖6，BCD-208TAK冰箱的顯示面板熱燙印面處的設(shè)計。

5.7 滿足裝配工藝性

卡勾連接結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須要考慮卡勾裝配工藝性?？ü丛O(shè)計常為懸梁式，即利用塑料本身的撓曲變形的特性，藉著塑料的彈性，勾形伸出部份即時復(fù)位，直至卡勾卡槽部份完全咬合為止。卡勾結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理即可達(dá)到預(yù)期目的。顯示組件中的零件卡勾結(jié)構(gòu)設(shè)計通常有圖12所示的三種形式。

顯示盒與門體相扣的卡勾和固定電路板的卡勾，裝配時卡勾可手動操作配合到位，三種結(jié)構(gòu)形式的卡勾都可使用。顯示面板與顯示盒或與上門上邊框配合的卡勾是在零件內(nèi)部相扣，咬合到位只有靠卡勾懸臂的恢復(fù)彈力，為了準(zhǔn)確裝配到位，卡勾的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮兩個方向可導(dǎo)向，選用b型和c型結(jié)構(gòu)型式的卡勾較好。從可維護工藝性方面考慮，c型卡勾的可拆卸性更好些。使用c型卡勾結(jié)構(gòu)時把彈力方向設(shè)計成適當(dāng)?shù)倪^盈配合，可利用材料的彈性使零件裝卡的更牢靠。

5.8 低成本

在保證使用功能的前提下，盡可能選用低成本的材料。除觸摸按鍵的顯示窗零件要求材料的硬度高、耐磨及透光率好選用PMMA塑料，其余的根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、涂裝及透明等要求選用價格經(jīng)濟的普通級、電鍍級和透明級ABS塑料即可。

6 結(jié)語

本文從顯示組件設(shè)計介紹了冰箱零件的設(shè)計方法，列舉了多個實例說明冰箱設(shè)計中對裝配結(jié)構(gòu)和零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的思路，對不同的設(shè)計方法進行了分析比較。只有在實際工作中不斷地學(xué)習(xí)和研究，積累知識與信息，才能夠設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、有創(chuàng)新的產(chǎn)品。

[1] 啟名.塑料——家電制造業(yè)的首選材料 [J].家電科技，2003（1）：27-28

[2] 孫秋山.淺談改性塑料在家電中的運用 [J]. 家電科技，2008（1）：42-43

[3] [美]保羅R.博登伯杰. 塑料卡扣連接技術(shù) 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.3