基于HyperWorks的冰箱门温度场有限元分析

赵守振 孙运会

苏州三星电子有限公司 苏州 215021

摘要：利用HyperWorks软件建立冰箱门的有限元模型，通过温度场分析计算出门盖的应力和变形，结合计算结果分析查找处门盖开裂的原因，在此基础上对门盖的结构进行了改善，并对改善后的结构进行了有限元分析，在满足强度要求的前提下，实现更具成本竞争力的开发目标。

关键词：冰箱门盖，温度循环，应力

0概述

随着国内家电品牌的发展和日益成熟，家电行业的竞争日趋激烈，国内外品牌家电厂商除了重视产品的外观之外，愈来愈重视技术革新和成本竞争力。控制原材料成本已成为产品开发中的重要环节。降成本开发可以从简化产品结构、控制生产工艺等多方面考虑，其中采用更具成本优势的材料是成本管控的技术手段之一。

本公司在开发某型号的冰箱时，为了管控成本，研讨HIPS（高抗冲击聚苯乙烯）替代ABS工程塑料在冰箱门体盖板上的应用。冰箱门由上门盖、下门盖、钢板、内胆以及发泡料组成。上下门盖装配在冰箱门两端,它通常是由ABS 注塑成型,在冰箱门上起到固定门体的作用。门盖材料由ABS变更为HIPS后，在门体温度循环试验中门盖发生开裂现象，本文通过温度场CAE分析模拟冰箱门在高温及低温放置的工况，考查冰箱门盖的应力和变形情况，查找出门盖开裂的原因，并对其结构进行了改善。

1冰箱门门盖开裂原因分析

在冰箱的开发过程中，需要通过很多信赖性实验来验证冰箱整机以及部品的结构及性能。其中冰箱门温度循环试验是模拟冰箱门在使用过程中内部低温外部高温条件下的变形及失效情况。冰箱门温度循环试验是将门体放置变温室内，将环境温度设定成从低温t1升高到高温t2然后再由高温降低到低温的一个循环过程，如图1所示。

图1冰箱门温度循环实验环境温度变化

冰箱门门盖材料由ABS变更为HIPS后，上门盖和下门盖在门体温度循环实验中均发生开裂现象，而且是在低温环境下发生的，开裂部位发生在门盖顶面的中间处，如图2所示。通过图片可以看出，裂纹是从门盖的前边缘开始逐渐向后开裂的。

图2 冰箱变温门门盖开裂实物图片

开裂原因主要从门盖材料、结构、以及注塑成型工艺方面进行分析。与ABS相比，HIPS的强度和韧性都要差，并且热膨胀系数大，在温度急剧变化的情况下变形较大，所以门盖材料的变更是开裂的因素之一。其次在结构上，为了美观门盖的边缘与钢板装配处采用平面倒斜角的形式，导致外边缘处强度降低。在注塑工艺方面，上门盖采用三点式进胶，中间部位存在浇口，下门盖采用两点式进胶，中间部位存在熔接线，在浇口和熔接线附近会产生残余应力，这种残余应力的存在会加剧门盖在中间部位开裂的风险。

2有限元模型的建立

基于定性地分析冰箱门门盖开裂的原因的基础上，为了验证分析的正确性以及定量地计算出在热胀冷缩时门盖的应力，使用HyperMesh、RADIOSS软件对冰箱门进行温度场模拟，分析查找出门盖开裂的原因，并在此基础上对其结构进行改善。

2.1网格划分

冰箱门由上门盖、下门盖、钢板、内胆以及发泡料组成，为了保证计算精度，上下门盖采用尺寸较小的体网格划分，避免采用面网格简化而产生的误差。钢板和内胆采用面网格划分，发泡料采用体网格，钢板和上下门盖装配处采用节点融合以模拟两个零件的装配，如图3所示。有限元模型的节点数和单元数如表1所示。

图3 冰箱门有限元模型