钢板冰箱门体结构设计及优化研究

钢板冰箱门体结构设计及优化研究

袁小龙

（广东美的制冷设备有限公司，佛山，528311）

摘要：随着社会经济的不断发展，人们对日用消费品的功能性需求日益增加，这就促使了电冰箱的开发和设计朝着多样化的方向发展。从冰箱门壳材料的选择上来说，大多数的冰箱门壳都是采用钢板材料，因为钢板材料保温性能好，强度高，使用寿命长。但在电冰箱门体结构设计中，采用钢板制成的门也有其不足之处。本文介绍了冰箱钢板门体与边卡配合的设计方式，并对冰箱门体产生裂纹的原因进行了分析，并对其结构进行了优化，以期为钢板冰箱门体的结构设计提供借鉴。

关键词：冰箱　钢板门 结构设计

1　引言

根据门板材质的不同，冰柜门分为玻璃门和钢板门两种。与玻璃门相比，钢板门有很多优点，包括寿命更长，容易弯曲成型，价格更便宜，具有很强的市场竞争力[1]。以此为基础，在冰箱的生产和销售环节中，钢板门冰箱始终处于一个领先位置。然而，钢板门材质冰箱也有一个缺点，那就是在高温和低温的冲击下，很容易就会出现裂痕。因此，优化冰箱中的门钢板结构成为了一个亟待解决的问题。

2　冰箱用钢板门体门边卡以及门外壳配合设计

电冰箱门壳、门胆和门边卡是电冰箱门主要的门体结构。ABS材料具有高强度，高韧性，耐腐蚀，耐高温，容易成型。所以，在电冰箱门板的制造过程中，以ABS为主要原料。在较高、较低温度条件下，ABS材料对减少门板裂纹的可能性和裂纹的程度都有一定的作用。在钢板门的结构设计中，门边卡与门外壳之间的间隙匹配是一个关键问题。在此基础上，在门边卡、门壳的横向和纵向装配间隙的设计中，一般采用紧配合的设计方法[2]。在完成门外壳与门边卡的装配后，确保二者处于紧密配合的状态，在门体结构的外观方面呈现出良好的视觉效果。但是，这样的设计方式也有其不足之处。在高、低温度下，开关时，因为外壳体和门框之间没有空隙，所以门框会受到很大的压力，从而增大了匹配表面的应力，导致门框破裂。

3　冰箱用钢板门体高低温循环实验门体开裂原因简析

在冰箱产品的开发阶段，必须通过型式实验来仿真产品在使用中所面临的各种情况，从而从各个部分到整个设备，来验证其结构和性能设计的合理性。作为一项重要验证试验，高低温循环实验模拟了冰箱产品在正常使用、海上集装箱运输、仓储等情况下的使用工况。通过对冰箱钢板门进行高、低温循环试验，确定了以12h为循环时间，低温-40℃，高温70℃，各周期的稳定时间大于或等于2.5h。低温转高温的同时关闭冰箱门体，高温转低温的同时打开冰箱门体。常规监测产品在-40℃至70℃的环境下进行3次试验。经高温、低温反复试验，得出了冰箱钢板门板产生裂纹的原因：门边卡与门板的使用材质、门边卡与门板的间隙设计、门体发泡层设计。

4　冰箱用钢板门体开裂结构设计原因分析

4.1　门边卡与门板材质不同

从冰箱钢板门材料的选择上来说，门板的主要材料是冷轧钢板，而门框的材料是塑料。门的端盖和门的材料不一样，所以它的收缩率也不一样。在-40℃的温度下，门板的收缩减小，而塑料的收缩增大。如果门板和门端盖都受到了压力，那么因为门边的卡壁很薄，所以它的强度很低，所以它不能承受太大的拉力，最后会出现裂纹的现象。

4.2　门端盖与门板间隙设计不合理

从美观性的角度来考虑，结构设计师一般都会采用紧密配合的设计方法来设计门边卡与门体之间的间隙，以保证门体发泡成型后的结构是合理的，美观的。但是，这样的设计方式有一些缺点[3]。当周围的温度有很大的差异，并且在温度的不断交替循环变化的影响下，门板和门边卡的配合面将会形成一个非常密切的接触，在角落处等部分区域会产生更大的应力，最后会导致门边卡出现裂纹，从而影响到冰箱产品的使用安全。

5　冰箱用钢板门体结构优化设计措施

5.1　增加门边卡外边缘圆角处壁厚

在保证冰箱产品能够稳定工作的前提下，为解决门板与门边卡共同受力时，因其强度过小而导致的裂纹问题，可以适当地增大门边卡的外缘壁厚，从而避免因门边卡与门板材质的差异而造成的板门体结构的不利影响。为满足冰箱门的造型设计对外观的需求，冰箱结构设计者经常采用平面倒斜角的设计方式来设计冰箱的门面板和卡口的接缝处，从而减小冰箱的外边缘的强度。要对这一设计方法进行改良，在不对门板与门边卡所用材料进行任何变化的情况下，可以对门边卡外边缘圆角处壁厚进行适当的增大，同时还可以降低平面倒斜角的坡度，将原本的门边卡边缘1 mm的厚度增加到1.2 mm，从而提升门边卡外边缘的强度，防止冰箱门体在使用过程中产生裂纹。

5.2　优化门边卡与门板配合面间隙设计

在冰箱用钢板门体的结构中，门与门框的接触面之间的缝隙设计是一个重要问题。在对冰箱用钢板门体裂纹原因进行分析的基础上，为了对冰箱的结构进行优化设计，应该对冰箱的受力和变形进行充分考虑，从而找到一种行之有效的方法来应对冰箱的门边卡裂纹问题，从而保证冰箱各个部分的正常运行。为了达到门板之间的最佳接缝处，需将接缝处调整到0.15 mm间隙。门和门之间保持一定的缝隙，这样既可以避免两个部件之间的直接接触，又可以在寒冷的环境下，防止两个部件之间产生过大的压力，从而减少了门边缘的裂缝。在对门边卡与门板配合面间隙进行了最优的设计之后，可以有效地防止由于外界温度变化过大以及温度变化不停地交替循环而对门板与门边卡的配合面产生的影响，从而提高了箱门的转角处等部分部位的应力，从而实现了更好的应用效果。

5.3　优化门边卡与门板纵向间隙配合尺寸

在一般情况下，冰箱产品门框的横向和纵向间隙的结构，主要采取了紧贴式的设计方法。在极端短暂的高温循环作用下，门和门连接表面的应力将不断增加，特别是在门应力集中的部位，容易发生门裂纹。要想解决因为门体发泡层过厚而导致的冰箱门体裂纹问题，应该在严密配合设计方式的基础上，适当地加大门边卡与门板的纵向边缘配合间隙，由0间隙提高到1mm，防止门板与门边卡发生直接接触，减少门发泡工装与门板对门边卡造成的内外压力，减少门边卡所要受到的应力，实现门边卡开裂诱导的直接消除。对门框与门边卡的纵缝进行了最优的设计，增加了门框安全性能，同时也防止了冰箱门框内外温度的影响下，内部和外部都会产生收缩不均匀的情况，从而降低了冰箱门的变形程度，提高了冰箱的使用寿命。

6　结论

总之，钢板门的结构设计对于冰箱产品的安全性能有很大的影响。要想提高冰箱的使用寿命，提高其在日常生活中的应用效果，就必须对冰箱用钢板门体出现裂纹的原因进行综合分析，探索出门体结构的优化设计方向，从而得到一套科学、合理的门体设计方案，以保证冰箱产品在使用过程中的安全性。在钢板门体的实际设计过程中，应该对门端盖与门板配合面间隙的设计措施进行改进，增加门端盖的外缘圆角处的壁厚，对门端盖与门板的纵向间隙配合尺寸进行优化，从而将钢板材料的应用优势发挥出来。在产品研制过程中，对可能存在的品质问题进行了有效的处理，避免了冷藏室门上的意外，保证了新产品的研制和生产。

参考文献

［1］卢志山，王传薪，程伟，陈敬辉，韦邦权. 冰箱门体加强铁的优化设 计[C]. 2021年中国家用电器技术大会论文集，2021:347-352.

［2］袁佳星，刘世敏，韩佰洋，袁洪波. 一种新型冰箱竖中梁结构的应用分析[J]. 日用电器，2021（2）：89-91+97.

［3］吴海英. 冰箱门体模块的参数化设计[D]. 山东大学，2019.