冷柜產(chǎn)品箱體漲箱的設(shè)計(jì)改進(jìn)

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(jī)型的冷藏冷凍轉(zhuǎn)換型的單箱冷柜是市場(chǎng)上常見(jiàn)的。實(shí)際產(chǎn)品中門體的形式有蝶形和頂開(kāi)兩種發(fā)泡門的變化，而且一般帶有2個(gè)內(nèi)玻璃門。這種冷柜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但長(zhǎng)期以來(lái)存在著一個(gè)問(wèn)題，就是發(fā)泡箱體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的制冷使用后，箱體四周壁體的每一面都會(huì)出現(xiàn)變形的問(wèn)題，大多數(shù)的情況是往外凸，四周壁體中尺寸較長(zhǎng)的前后壁體的變形更大，俗稱“漲箱”。 這種情況特別對(duì)于200升及以上的產(chǎn)品更為普遍，不僅影響外觀，變形嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致內(nèi)玻璃門掉下，造成產(chǎn)品無(wú)法正常使用。

2 問(wèn)題的分析

目前我國(guó)冰箱、冷柜類產(chǎn)品的箱、門體內(nèi)基本上使用聚氨酯硬泡作為隔熱材料，聚氨酯發(fā)泡除了導(dǎo)熱性能系數(shù)最低，密度小的優(yōu)點(diǎn)以外，還具有發(fā)泡后會(huì)收縮變形的特性，一般講其平均線性收縮率為1%[1]。實(shí)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(fā)泡工藝過(guò)程的控制，聚氨酯發(fā)泡層中的密度分布，內(nèi)外殼的材料及厚度，箱面框的材料及結(jié)構(gòu)與尺寸等因素有關(guān)，由于單箱冷柜箱體具有一面敞口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，箱體底部和4個(gè)側(cè)壁中的發(fā)泡料的體積及收縮方向各不相同，箱體的漲箱變形問(wèn)題是冷柜底部的發(fā)泡料與4個(gè)側(cè)壁體中的發(fā)泡料在收縮的過(guò)程中，與箱體內(nèi)外殼及箱面框受力綜合作用產(chǎn)生的結(jié)果，見(jiàn)圖1。其中，虛線是原箱體的設(shè)計(jì)輪廓，實(shí)線為該箱體的實(shí)際輪廓及發(fā)泡后產(chǎn)生變形的情形。

箱體的變形或多或少是必然發(fā)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(chǎn)品能夠正常使用。

3 設(shè)計(jì)改進(jìn)

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(zhǎng)度方向在箱面框內(nèi)部或下沿處加一根加強(qiáng)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(qiáng)板，3為箱外殼。

這樣的加強(qiáng)，對(duì)于保持側(cè)壁的平面度有一定的作用，但對(duì)于漲箱變形問(wèn)題來(lái)說(shuō)，因?yàn)闆](méi)有相對(duì)應(yīng)的力與產(chǎn)生漲箱變形的力所平衡，漲箱變形依然會(huì)發(fā)生?？梢哉f(shuō)采用局部加強(qiáng)的方法，不僅增加了材料和生產(chǎn)工序等的成本，實(shí)際效果也不是很好。

如果把加強(qiáng)板設(shè)計(jì)成四周整體框架的結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)箱面框進(jìn)行加強(qiáng)，其工藝性會(huì)很復(fù)雜，成本會(huì)增加很多，實(shí)際上也不這樣做。

漲箱變形問(wèn)題的根源是箱體內(nèi)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(gè)壁體的中間部位的尺寸，以抵消箱體產(chǎn)生變形的力，保持前后兩個(gè)壁體平行的形態(tài)。事實(shí)證明，這是一個(gè)有效實(shí)用的方案。

3.1 漲箱的力的大小

漲箱的力的大小是拉梁設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。為了估計(jì)使箱體產(chǎn)生變形的力的大小，我們將不同規(guī)格的充分漲開(kāi)的發(fā)泡箱體，用人力的辦法（考慮生產(chǎn)線的實(shí)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(fù)到原始狀態(tài)時(shí)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(gè)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(guò)600N。這與機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)給出的數(shù)據(jù)基本符合[2]。另外根據(jù)樣機(jī)所做的試驗(yàn)，用一顆M4的螺釘（經(jīng)計(jì)算，用材料Q195制作的M4螺釘?shù)睦Α?030N），足夠拉住漲箱產(chǎn)生的變形，也證明了這一點(diǎn)。測(cè)評(píng)漲箱力，是為了更好更經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)拉梁的截面及與箱面框的固定連接方式的參考，是設(shè)計(jì)改進(jìn)的基礎(chǔ)。

3.2 設(shè)計(jì)改進(jìn)主要考慮的問(wèn)題

（1）箱體最大變形的位置在中心點(diǎn)上，將拉梁設(shè)置在中心點(diǎn)上對(duì)于克服變形最有效。

（2）拉梁的尺寸和形狀要兼顧箱面框、內(nèi)玻璃門及發(fā)泡門體門封三種零部件。

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

（4）考慮要和發(fā)泡門的門封配合，拉梁要設(shè)置在兩個(gè)發(fā)泡門的中間部位，門封壓在其上，配合起來(lái)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?yàn)橄潴w內(nèi)部的冷量傳導(dǎo)在拉梁上，門封直接在其上會(huì)導(dǎo)致凝露并產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)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(fā)性聚苯乙烯泡沫板，進(jìn)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(nèi)部，要有相應(yīng)的具有一定剛度的金屬襯板，以加強(qiáng)一般為塑料材質(zhì)的箱面框的剛性，同時(shí)分散拉力。拉梁的拉力作用在金屬襯板上，襯板在發(fā)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(chǎn)品整體協(xié)調(diào)一致。

（9）工藝性好，便于制作和在流水生產(chǎn)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(shí)例

本實(shí)例為一較大容量的單箱雙頂開(kāi)發(fā)泡門的冷藏冷凍轉(zhuǎn)換型的冷柜產(chǎn)品，由于橫向長(zhǎng)度為1800mm，在箱體發(fā)泡后，其單側(cè)柜壁的最大變形量約5～6mm。經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，修改了箱面框的注塑模具。箱體發(fā)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(nèi)部定位槽中。槽鋼外側(cè)平面的上方箱面框上，開(kāi)有一個(gè)和拉梁拉鉤配合的槽子。安裝時(shí)，將拉梁掛在箱面框的槽中，即拉在槽鋼外側(cè)平面上，同時(shí)將自攻螺釘從拉梁上平面經(jīng)過(guò)箱面框旋入箱面框內(nèi)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(jīng)過(guò)這樣的改造，徹底解決了箱體變形的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的產(chǎn)品老化試驗(yàn)，測(cè)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(lái)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(jié)論

對(duì)冷柜產(chǎn)品漲箱變形的設(shè)計(jì)改進(jìn)的實(shí)踐，至少可以得到以下兩點(diǎn)結(jié)論：

（1）對(duì)于現(xiàn)有產(chǎn)品箱體漲箱的設(shè)計(jì)改進(jìn)，使用拉梁式的結(jié)構(gòu)解決這一問(wèn)題，即保證了質(zhì)量，又降低了成本，是簡(jiǎn)單有效的。不僅解決了變形的問(wèn)題，而且也有效降低了產(chǎn)品的成本。如以上實(shí)例中，僅材料成本一項(xiàng)，每臺(tái)降低22元人民幣。也為企業(yè)避免了這方面的維修及特殊備件的費(fèi)用，使得產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有所提高。

（2）箱體漲箱的設(shè)計(jì)改進(jìn)的實(shí)踐，對(duì)于我們的提示，必須在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面實(shí)施“預(yù)防為主”的原則，對(duì)于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，一定要考慮到箱體變形是必然的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就要考慮使用拉梁來(lái)進(jìn)行預(yù)防。在實(shí)際中，新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段考慮解決這些問(wèn)題，比發(fā)生了問(wèn)題再去考慮如何進(jìn)行解決，要更為主動(dòng)和經(jīng)濟(jì)一些。

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

[2] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002,1-517