谢玉兵 方旭红
合肥美菱股份有限公司 安徽 合肥 230601
摘 要：CAE又称为计算机辅助工程，也就是通过虚拟分析的方法来模拟结构的性能，从而对结构设计进行优化，能够解决实际的工程问题，指导产品的研发。本文对基于CAE的冰箱产品结构与外包装方案进行了分析和优化，从而有效地提高外包装对冰箱产品的防护能力，降低产品成本。
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关键词 ：CAE；冰箱产品结构；外包装方案
使用CAE软件能够将产品包装设计和结构设计中的不足查找出来，从而有效的对其进行优化。在冰箱的总成本中，包装占了很大的比例，但是却没有起到应有的效果。电冰箱的包装质量直接影响到产品的开箱合格率和损坏率，如果能够对冰箱的包装质量进行改善，则能够有效地降低产品的维修成本和运输损坏率。
1 基于CAE的冰箱左右侧垫包装结构优化
冲击和戳穿是冰箱左右侧的主要破坏形式，可以使用横木撞击实验在实验室对其进行测试。冰箱的外包装材料为EPS泡沫和纸箱，冰箱的结构件材料为PU发泡层、ABS、冷轧钢板。纸板的耐破强度为1.765MPa，法向E为100MPa；垂直瓦楞的方向E为25MPa，沿瓦楞方向E为10MPa，因此最终E为1.3MPa。冰箱包装件的包装板的瓦楞方向和包装间的结构方向改变之后，能够对外来的冲击能力进行抵抗[1]。根据CAE技术，应该在能够抵抗外来冲击的基础上尽量节约材料的用量。
①戳穿CAE分析。共有4种方案分析冰箱侧垫结构的纸板箱结构：纵向和横向的瓦楞板配合长圆孔和圆孔。对结构尺寸参数进行改变，使用CAE软件来分析和评价戳穿，从而对结构进行优化。中部开孔部位是测电最薄弱的区域，分别承受的顶荷载为20×60、20×40、20×20，区域均布荷载为250N。②横木撞击CAE分析。冰箱在遭受横木撞击之后不得出现机械变形和损伤，使用100×100的横木在相距1米处对冰箱进行撞击。横向直板和纵向直板都能够通过撞击实验，根据分析结果，只要合理的搭配内泡沫垫和包装纸板箱，就能够承受横木撞击，提高产品的抵抗能力，并且节省材料用量。
2 基于CAE的冰箱前后垫结构优化
改变纸箱瓦楞的纵向方向，将其改为横向方向。原有的前后垫宽度为400mm，现改进为200mm，原有的厚度为10mm，现在加到18mm，减少了5.7%的材料用量。经过CAE分析，改进冰箱前后垫方案之后，其能够与泡沫进行更好的配合，有效地提高了其抵抗外来冲击的能力，顺利通过了横木撞击试验。以此为基础分析和改进了抵抗戳穿的能力，改进之后能够对门体进行更好的保护[2]。
3 基于CAE的冰箱侧板变形加强板结构优化
分析和对比侧板可以发现，由于生产制造和结构设计中的不足，侧板在运输和发泡的过程中容易出现变形。
①侧板发泡过程中的受力。以已知条件为根据，对各边界条件进行定义。固定侧板底部侧板上端会产生位移，这是由发泡磨具的精度误差造成的，位移约为0.5-1mm。将发泡塑料产生的压力施加在侧板大平面上，最后产生了0.1mm的最大变形量。这充分说明侧板变形会受到发泡模具精度的影响。②分析后底板海绵的影响作用。海绵可以避免冰箱发泡后底板露出泡料，因此，侧板的变形会受到海绵用量的影响。例如单层海绵的情况下，其最大变形量能够达到0.1275mm，逐渐增加海绵的层数之后，变形量也会随之增大，最后达到0.2mm。因此海绵的厚度作用和后底板装配尺寸链都会影响侧板变形。③分析加强铁不到位装配的影响。在实际装配中，加强铁如果存在装配不到位的现象，也会对侧板变形造成影响。例如假设侧板下翻边的间隙为2mm，固定侧板和发泡层的接触部位，箱体自重荷载由侧板底部承受。通过计算发现，侧板压缩机舱部位会产生0.616mm的变形量。这充分说明侧板变形会受到加强铁装配不到位的影响[3]。④分析加强铁的结构。通过CAE软件，对不同结构的加强铁和加强板的组合进行棱跌落、角跌落、平跌落分析，能够将合理的加墙体结构确定下来。通过比较发现，加强铁如果不能进行可靠的固定，就会造成跌落中的串动，从而引起侧板变形。通过计算发现加强铁的最大变形量是1.225mm，因此要抵抗冰箱角跌落的冲击，就应该在冰箱的后底板上支撑可靠的加强铁。
要避免冰箱的前角变形的情况，就应该将加强铁前端的缺口取消，并且对加强铁进行可靠的装配，使其能够抵抗脚跌落的冲击，保障结构的可靠性。
4 基于CAE的冰箱底部跌落优化
①分析冰箱的底部结构。在冰箱跌落的过程中，底垫会与压缩机托板滚轮内侧进行接触，从而产生一定的反力，造成托板的变形。因此，应该设置至少15mm的底垫平面避空。冰箱的前墩角在跌落的过程中会产生大约10mm的底垫压缩量，并与泡沫产生接触，从而造成前端脚承受的反作用力较大。②分析冰箱的组合底垫结构。组合底垫不仅要能够抵抗冰箱冲击跌落的能力，而且还要尽量降低底垫成本。根据CAE软件的分析，可以适当的增加底垫泡沫和支撑柱零件组合，支撑柱能够产生24MPa的应力，从而有效的抵抗冰箱的冲击跌落。
5 基于CAE的冰箱顶部承载优化
使用CAE软件对冰箱顶部进行分析，主要是为了找出顶部结构设计的问题。CAE软件能够对冰箱的装卸、搬运和运输过程进行模拟，顶部的抗拉强度最小值为18MPa，在运输和装卸过程中顶盖会产生10.95MPa，而在低温下材料的抗冲击强度仅为2MPa。因此，如果要在冬天对冰箱进行运输和装卸，顶部边缘很容易出现破损，应该适当的增加泡沫垫。
6 结语
CAE软件在家用电器的开发设计中用的比较普遍，能够为家电企业提供有效的技术优化方案，通过对冰箱产品结构与外包装方案的优化，将包装纸箱的瓦楞方向改为横向，减少了冰箱外包装前后垫10%的泡沫材料用量，不仅能够有效地拓宽原材料的供应渠道、降低对冰箱生产设备的要求，还能够减少冰箱结构件的金属材料用量。
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参考文献：
[1]韩艳艳,于智宏.基于Moldflow的台面框注塑模冷却系统分析[J].河南机电高等专科学校学报，2011(05).
[2]黄逊青.家电产品无故障数据成败型可靠性试验方案探讨[J].电子产品可靠性与环境试验，2011(03).
[3]王巍,易学满,陈文琳.影响冰箱抽屉表观质量的成型工艺参数优化设计[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2011(12).