冰箱零件结构的设计方法

2013-01-26杨德华陈立新

家电科技 2013年2期

杨德华陈立新

（陕西宝鸡长岭冰箱有限公司陕西宝鸡 721006）

1 引言

由于冰箱产品的外观设计开发周期短、见效快、有利于提高产品的竞争力，因此，企业非常重视开发新外观设计的产品。新外观设计的冰箱产品，多变化在门上，尤其是外观显示组件变化最多，由于这些组件直接面对消费者，安装在最显眼的位置，它提供给消费者第一印象，将直接影响顾客的选购，是冰箱新品开发中的重点。本文以点带面从显示组件设计揭示冰箱零件设计的方法。

2 冰箱产品显示组件的构成及特点

图1所示是各种冰箱的上门及显示组件。显示组件通常由显示面板、显示窗、显示盒、电路板、按键帽、按键座等零件组成。各种显示组件的控制功能基本上相同，外观构造除BCD-207S的按键为触摸按键，其余的均为机械按键。BCD-208TAK的显示面板设置在上门上边框上，其余的安装在门体上。虽然上述冰箱外观形式各异，但都有其共同的特点：

(1)显示组件外观件，要求具有精致的外观，显示面板一般有喷涂、丝网印刷、热烫印、电镀等要求；显示窗通常有丝网印刷、热烫印等要求；按键帽一般有喷涂、电镀等要求。

(2)配合尺寸要求严格，显示面板与门体的配合间隙不允许超过0.3mm, 按键帽与显示面板的配合间隙要求均匀，侧隙误差不允许超过0.2mm，高度误差不允许超过0.2mm。

(3)按键除尺寸和外观有一定要求外，还有手感要好，操作灵活、可靠的要求。

(4)显示盒为预埋零件，外观无要求，但与显示面板、显示电路板、门体配合尺寸精度要求较高，因参与发泡，必须有一定的强度，保证发泡过程中不变形。

3 零件材料选择

选择零件的材料不同，零件的结构设计也有所不同。显示组件塑料件主要采用热塑性塑料。在选择时应注意：零件的强度和刚度，除了从材料性能上考虑以外，还要从制品结构设计上（如厚度和加强筋等）加以考虑。材料的成型工艺性、涂装性和染色性、尺寸稳定性、经济性等也都是选材时应考虑的因素；各种塑料有一定的使用强度范围和允许接触的介质以及能承受的压力和温度，选用和设计时也应考虑。

4 合理的设计组件装配结构

要实现新品造型设计，首先要确定最佳装配结构设计。要考虑零件间装配结构设计的是否合理、可靠，包括零件的结构强度和装配性能。

4.1 零件装配设计卡勾连接

BCD-207AT冰箱的显示组件见图2，显示电路板用螺钉连接，显示盒与门体贴合方向上没有机械限位采用胶带粘接,这种组装方式的零件结构设计简单，装配方便。不足之处是显示盒与门体配合的一致性差，易引起显示面板的装配偏离外观标准要求。另外，显示盒上与显示面板卡勾配合的卡槽处的工艺孔仅靠胶带密封很容易产生溢料变形。

良好的设计应是结构紧凑、材料最省和装配简单，尽可能避免使用螺钉连接，而利用卡勾连接的安装方式。卡勾结构是用模具成型的，只要结构设计的合理，塑料件加工是比较容易的。卡勾连接结构的零件设计需要考虑多个零件的配合问题。另外还要把握的一个原则就是，零件设计必须要考虑零件加工的简单化，尽量减小模具设计和制造难度，降低生产成本。

设计卡勾没有固定的结构形式，需根据不同的造型变化来设计。见图3、图4，按BCD-207S，BCD-209NQC产品造型，显示盒与门体配合的卡勾设计成外凸形式，这样设计的塑料件制作容易，门体结构也较简单，门体加工只需冲孔工艺即可。

如图5所示，BCD-208SC显示面板造型有部分下凹，四周仅有零件壁厚与门体相配合，不允许显示盒有向门体外凸出的卡勾，因此把卡勾设计在显示盒的中部向内凸起，而把卡槽做在门体下折弯部位，这种卡勾结构的塑料件制作难易程度差别不大，而门体的加工要复杂一些，不但有冲孔工序，还需折弯成型工艺。

设计卡钩要做到配合松紧合适，装拆方便，其配合面为贴合，其他面适当留间隙。卡勾的数量及排布的位置需与门体和显示面板的配合综合考究，尤其是有弧面配合的边缘和拐角处需合理设置。利用卡勾结构连接的显示盒与门体可保证装配尺寸的一致性。即使零件有一些变形和翘曲，也可在装配后自然得到校正。这样就使后续零件的装配质量得到保障。

4.2 特殊造型的组件装配结构设计

图6所示的BCD-208TAK冰箱显示组中无单独的显示盒，显示电路板、显示面板固定在上门上边框上，结构形式变化了，安装方式仍按卡勾连接设计。

4.3 显示电路板装配结构设计

用卡勾固定的显示电路板设计成平面装配还是立式安装，要根据不同的造型、零件的空间结构及成型工艺设计为不同的型式。如把BCD-208TAK的电路板设计为立式安装，其余的设计为平面安装，这样的安装方式零件设计简单、易装配。如果电路板距离显示盒底部距离过小，卡勾的悬臂若直接从底面凸起，悬臂短，变形过大，超出材料的弹性变化范围，就会出现白化，甚至断裂的问题。为避免这种情况发生，BCD-209NQC、BCD-208SC冰箱的显示电路板固定卡勾结构形式见图4、图5，设计时改变了悬臂伸出方式，适当加长了悬臂的长度。这种结构设计卡勾不会有太大的应力，既保证电路板固定可靠，又便于操作。另一方面卡勾的悬臂也不可偏长，悬臂过长，刚性变差，就需考虑增加加强筋提高其强度。如BCD-207S、BCD-208TAK因电路板固定卡勾的悬臂较长而设计了加强筋，见图3、图6。

4.4 卡勾卡槽配合部位的结构设计

连接两个塑料件的关键在于精度较高，以使其连接紧密。显示面板与显示盒或上门上边框的装配应在门发泡后进行，卡勾与卡槽配合尺寸的精度要求高。门发泡过程中，发泡材料具有较高的温度和压力，零件变形或装配误差会导致发泡变形。为确保卡勾装配的可靠，将显示盒上与显示面板卡勾配合的卡槽部位设计成密闭的空间，见图3～图6。卡槽工艺孔由所围的卡槽护壁形成密闭的空间，在预加显示盒或上门上边框时用胶带密封底部的孔洞，使其完全与发泡料隔离，免除了溢料等变形所带来的麻烦。从结构设计上保证装配可靠，这是发泡预埋零件设计的一个小技巧，通过大批量生产考验，该设计对批量作业是非常有利的。

4.5 合理的设计按键结构

理想的按键结构需合理实现外观造型还包括触感要好、操作灵活、可靠。因此，按键设计中需要注意避免按键手感不良、卡键和连动的问题。设计按键必须考虑操作力与反弹力的相互关系，反弹力一定要设定在足以使按键在按下后能回弹，同时反弹力也不可太大，以至于影响触感。

按键外露部分通常有电镀或喷涂的要求，因塑料件经过电镀处理后，表面硬度和耐磨性提高了，但经化学处理后材料的韧性、弹性却变差了，所以从材料特性和结构上来说，将按键分为按键帽和按键座两部分制作更合理。

按键的结构设计要考虑的因素有零件的通用性和防错装设计，不仅需要与产品外观相协调，还要考虑零件制作和装配方便。

4.5.1 按键座的结构设计

按键座的结构利用材料的弹性设计出弹性筋，连接弹性筋的支撑需根据不同造型所允许的空间设计成不同的形式，如图7所示的是几种冰箱按键座的结构形式。这样的结构，按键的回弹是靠按键座上的弹性筋和开关的簧片。下面分别叙述几种按键座的特点。

BCD-208SC的按键座是与显示面板上的卡勾相配合连接的，其最大优势是装配简便、快捷。但这种配合零件的公差要求十分严谨，以免零件的变形和累计误差的原因产生按键联动现象。其余冰箱的按键座上均布着小孔与显示面板上的柱子热熔相连。虽然增加了热熔工序，但牢靠、操作按键力度的一致性好。它的缺点是组装好的零件一旦出现问题将产生连带报废。

4.5.2 按键的通用性设计

按键的通用性设计主要体现在按键帽上，BCD-209NQC冰箱的按键帽在同一弧度上，按键帽为圆柱形无装配方向性的要求，可以一种结构形式通用。BCD-208SC的各按键帽不在同一弧度上，且间距较大，按键中心至两侧按键外边缘处的玄高差0.135mm，每个按键帽两侧玄高差值0.035mm可忽略不计，设计时将按键的高度差做在按键座上，把按键帽设计成通用的，以便零件制作。BCD-208TAS的四个按键对称相邻接，按键帽按两种结构形式对称装配设计。而BCD-208TAK冰箱为三个按键不对称相邻接，三个按键均不可互换，按键帽只能分别设计。

4.5.3 按键的防错装设计

设计产品时，应该考虑生产操作是否方便，冰箱生产属流水作业，操作者并没有太多的时间去仔细检查手中的零件是否正确、装配是否正确。为了防止误操作的发生，可在零件上设计一些防错特征，指明正确的装配方向，或保证在零件装配方向不正确的时候装不上。

4.5.3.1 按键座的防错装设计

BCD-208SC、BCD-209NQC、BCD-208TAS冰箱的按键帽相对于按键中心对称，因此，按键座不必考虑安装方向的问题，按键可180°转向装配。而BCD-208TAK冰箱三个按键各自不同，按键座设计须明确装配方向，为此，设计标明了方向标记，如图7所示。

4.5.3.2 按键帽的防错装设计

BCD-208SC冰箱的按键帽虽然通用，但有装配方向的要求，不能90°转向装配。为此设计了定位槽，如图8所示。

BCD- 208TAS产品的按键帽按对称设计，需制作两个零件，加了如图8所示的装配标记，防止出现错装的问题。

BCD-208TAK的按键帽互不通用，不同零件数量较多，为防止错装设计了两种设置。见图9所示，一种是按键帽外表明显处加装配标记便于装配时操作者识别；另一种是按键帽与按键座配合处借鉴鲁班锁原理设计成榫卯结构，从设计上避免了错装出现。实践操作证明这一防错装设计非常有效。

5 零件结构的优化设计

塑料件设计的质量直接影响到产品开发的成败和成本, 这就要求我们除掌握结构设计外还应具备塑料成型、材料选用、着色与装饰设计等方面的基本知识，掌握了其要点，可大大提高设计的自由度，设计显示组件塑料件需注意几个方面：

5.1 零件的工艺性

零件设计要力求简单，设计非外观部位的加强筋、卡勾、凸起等结构尽可能设计成与开模方向一致，应添加工艺孔避免或减少抽芯机构，便于脱模。如图3中将BCD-207S显示面板卡勾设计成朝向非暴露部位并加了工艺孔；如图3、图4、图5中的显示盒和图6中的上门上边框卡勾和卡槽处都加了工艺孔。虽然这些零件的配合尺寸多，结构设计要麻烦一些，但模具结构简单了，避免了抽芯机构。零件易于成型，尺寸稳定，对模具寿命和成品率都是非常有利的。

5.2 壁厚的设计

应尽量保证壁厚均匀，厚度有变化的地方，由厚壁至薄壁处尽可能圆滑过渡。壁厚均匀可防止内应力和翘曲变形，零件尺寸稳定。在满足结构和使用要求的条件下，尽可能采用较小的壁厚以节约成本。

5.3 加强筋的设计

对于尺寸较大而壁厚较薄的制品，可通过设置加强筋来改善制品的强度和刚性。避免增加壁厚、减少材料的用量，还能有效防止缩痕等缺陷的产生。如图10所示，BCD-222TSL3显示盒底部面积较大，在门发泡过程中需承受较大的压力和较高的温度，为防止门发泡时其变形，在显示盒底部设计了加强筋。BCD-208TAK的显示面板由于零件的长度尺寸和面积较大，这里巧妙地利用了零件的凸凹结构，设计成自然的棱边加强筋，有效地防止了零件的变形。

5.4 圆角的设计

除了零件造型设定的圆角外，在塑件的各面或内部连接处应采用圆角、圆弧过渡，使塑料制品的外形更加流畅、美观，又能避免应力集中，提高塑件强度并提高模具寿命。

5.5 合理确定零件的尺寸精度

由于塑料的线胀系数比金属大，成型工艺与金属件不同，因此尺寸变化较大，选用和设计时要考虑恰当的配合间隙和公差范围。塑料件设计时尽可能做到一次成功，对某些难以保证的地方，考虑到修模时使模具去料易、加料难的原则确定零件的尺寸和公差。

5.6 外观零件的设计要点

由于筋、卡勾等凸起物对零件表面影响较大，外观零件设计要特别小心。如图11所示，BCD-208TAS的显示面板内侧有圆柱和定位加强筋以及卡勾和加强筋。圆柱的直径和筋的厚度尽可能做小，外观零件的卡勾成型模具加抽芯机构是不可避免的，为防止卡勾的悬臂和加强筋在交汇处出现材料堆积，可利用抽芯机构设计工艺孔把筋交汇处的根部挖空，对减小表面缩痕是非常有利的。

另外，卡勾的方向不容忽视。仍以图3为例，若卡勾方向朝外，模具即使有抽芯也无法做到壁厚均匀，卡勾的根部会出现材料堆积，零件表面就容易产生缩痕。有热烫印要求的零件，设计应考虑烫印面须设计成凸面，周边倒圆角。如图6，BCD-208TAK冰箱的显示面板热烫印面处的设计。

5.7 满足装配工艺性

卡勾连接结构设计，必须要考虑卡勾装配工艺性。卡勾设计常为悬梁式，即利用塑料本身的挠曲变形的特性，藉着塑料的弹性，勾形伸出部份即时复位，直至卡勾卡槽部份完全咬合为止。卡勾结构设计的合理即可达到预期目的。显示组件中的零件卡勾结构设计通常有图12所示的三种形式。

显示盒与门体相扣的卡勾和固定电路板的卡勾，装配时卡勾可手动操作配合到位，三种结构形式的卡勾都可使用。显示面板与显示盒或与上门上边框配合的卡勾是在零件内部相扣，咬合到位只有靠卡勾悬臂的恢复弹力，为了准确装配到位，卡勾的结构设计要考虑两个方向可导向，选用b型和c型结构型式的卡勾较好。从可维护工艺性方面考虑，c型卡勾的可拆卸性更好些。使用c型卡勾结构时把弹力方向设计成适当的过盈配合，可利用材料的弹性使零件装卡的更牢靠。

5.8 低成本

在保证使用功能的前提下，尽可能选用低成本的材料。除触摸按键的显示窗零件要求材料的硬度高、耐磨及透光率好选用PMMA塑料，其余的根据零件的结构、涂装及透明等要求选用价格经济的普通级、电镀级和透明级ABS塑料即可。