冰箱发泡支架有限元分析

江 峰 田亚明 张启花 胡明勇

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

冰箱作为家喻户晓的并已经进入千家万户的必备家电之一，随着科技的日益发展，生活水平的提高，对冰箱的保温性能的要求也越快越高。对冰箱发泡本身研究的较多，像发泡料体系[1]，发泡工艺[2]等。对于冰箱发泡辅助零部件的研究较少，本文简述冰箱发泡支架优化设计的研究，减少装配工序，可以降低生产成本，提高工艺技术水平。

随着有限元分析在航空，汽车和家电等行业中的广泛应用，为我们对冰箱发泡支架设计开发进行铺垫，提供有限元分析的技术支持。我们在研究冰箱发泡支架的设计阶段，通过有限元分析，能够更加直观地预测到设计中的不足，借助CAE工具对支架结构进行优化仿真，提升结构强度及装配效果，保证新支架结构的可靠性，可以缩短新支架的验证周期，降低批量应用的风险。在不断优化设计过程中，保证产品在开发过程中的质量，提高家电企业研究新产品的能力，促使其在竞争激烈的市场环境下生存和不断发展。

1 冰箱发泡支架结构分析

选取一个冰箱的原发泡支架进行分析，发泡支架的发泡腿为两道折弯成型（图1），其与箱壳链接方式为螺丝固定（图2）。仿真的主要目的是减少发泡支架的折弯，减少转配工序，以达到降成本提高工艺水平的目的。

针对冰箱发泡支架的折弯与固定方式，我们建立有限元模型进行结构仿真分析和发泡应力仿真分析。

2 模型的建立

有限元分析前，对模型进行合理的简化。模型主要由冰箱箱壳（部分），发泡支架、底板组成（图3）。在设置模型过程中，为了分析顺利进行，对模型进行检查，对一些冰箱箱体，发泡层等都没有考虑。

图1 冰箱原发泡支架脚

图2 原发泡支架固定方式

图3 发泡支架仿真模型

2.1 网格划分

在仿真软件中对分析模型进行网格划分，本文采用四面体单元，网格大小根据结构尺寸及分析精度需求，对接触部位的网格进行局部细化。

2.2 接触关系与约束及载荷设置

接触的添加：根据实际工况定义接触主面、从面、滑动公式、接触属性和接触控制等。焊点、螺钉连接均简化成刚体单元。

边界的选取：边界条件应根据模型实际情况进行定义，定义准确与否直接决定计算结果，边界条件的选取应选取稳定的可靠的边界，尽可能描述实际工况或等效实际工况，以保证计算精度。

3 有限元分析与实验

3.1 有限元分析

3.1.1 冰箱变形与应力分析

分析完成，调入分析结果文件，查看箱体冰箱变形云图（图4、图5）以及箱体应力云图（图6、图7），由箱体变形云图与应力云图可以看出，装配后的底座组件和侧帮连接，由于侧帮强度较高，支架后部应力很小，主要分布在支架底部。零件变形的分布也比较均匀。最大变形量0.194 mm，最大应力52.16 MPa。优化后的支架应力分布和变形情况与原支架基本一致，最大应力为51.35 MPa，最大变形为0.198 mm，与原支架相比差别不大。

对原发泡支架和优化后发泡支架进行CAE仿真分析，从仿真数据（表1）可以看出，优化后的发泡支架与优化前发泡支架相比，结构强度差别很小。发泡后加上发泡层的支撑和粘接作用，对整体的结构可靠性影响较小。同时装配结构优化后的发泡支架应力不会减弱产品整体结构强度。

图4 原支架变形云图

图5 优化后支架冰箱云图

3.1.2 发泡支架优化

根据CAE分析以及上述工艺优化，在不影响发泡支架整体造型的基础上，对发泡支架进行结构优化，将翻边宽度减小，减少两道折弯，增加冲压凸台，新发泡支架结构示意图如图8；设计新发泡支架与侧帮插接，通过凸台过盈装配，支架与侧帮贴合更紧密，为了使侧帮折弯让位，将原来的8颗螺钉减少至2颗螺钉连接，装配结构示意图如图9。

图6 原支架应力云图

图7 优化后支架应力云图

3.1.3 工艺对比结果CAE分析

根据前面CAE分析仿真分析，对发泡支架装配流程进行优化，工艺对比，将固定结构的8颗螺钉减少到2颗，降低生产成本；同时经现场测量工时，工时减少15 s，提高工作效率（装配流程图如图10、11）。

表1 支架仿真数据

图8 新发泡支架结构示意图

图12 新发泡支架

图13 新发泡支架现场装配图

3.2 实验

对优化后的新发泡支架进行样件制作（图12），现场装配（图13）制作成冰箱，待实验。为了验证新发泡支架在冰箱中的可靠性，我们对冰箱进行了跌落实验，抱夹实验，振动试验和斜面冲击试验，安装新发泡支架的冰箱在其实验中，均都顺利通过。

4 结束语

本文以冰箱发泡支架为研究对象，采用有限元软件对冰箱发泡支架进行应力分析，再结合实际实验验证，证明了有限元分析的合理性。同时说明有限元分析发泡支架结构优化后应力和箱体变形的方向是对的，为后期冰箱其他零部件优化设计结构提供参考。通过有限元分析，可以减少零部件在实际开发过程中的周期，提高产品竞争力。