摘要：由于塑料制品生产成本相对便宜、而且拥有一些比金属更加理想的设计特点，所以随着塑料件品质的改善，在电冰箱中使用的塑料件也越来越多，所以塑料件的结构设计问题对于电冰箱产品设计来说更加关键，本篇文章重点介绍了电冰箱产品设计以及在研制过程中，塑料件结构设计方面的几个问题。

关键词：冰箱;产品开发;塑料件;结构设计

引言：产品设计既是功能的承载又是信息的载体，为了让产品设计能力得到体现，需要在结构化的流程上实现可操作性，显然，设计离不开对产品结构的设计。由于产品是将若干户零件以特殊的方法连接而成，尤其是家用电子产品，更因塑料件容易做成复杂造型、防锈效果良好、色彩多种可选择、绝缘性能良好、物美价廉而广泛应用。

一、冰箱产品开发中使用塑料件的优点

众所周知，冰箱产业多年来未有重大科技进展，且产业功能、特点日益同化，整个产业也已进入微利时期，厂商间竞争比拼的实际是成本与品质。为增强市场竞争力、甩掉竞争对手，各个厂家都不约而同的采取了减少用料降低成本的办法，因此冰箱中使用的塑料件也更多。

塑胶材料和金属相比较，塑胶的生产成本更低，同时重量也要比金属轻许多，而且绝缘性也十分的好，耐腐蚀性能也要比金属好上许多。因此，由于塑料制品具备了很强的可塑性，而且塑料材质的品种繁多，使得结构设计上不再存在着一定的局限，从而可以帮助工程设计人员实现所预期的设计思想。金属板材还必须进行二次加热加工和金属材料的特殊表面处理，而且金属板材很难制作出形状十分复杂的结构，不过，由于塑料材质相对没有太多的加工要求，从而有效的减少了这些工序，同时，也由于它优异的可塑性，能够应用于制作各种非常复杂的结构。

1、材质的安全：由于塑料材质属可燃物质，在产品设计中应充分考虑对材质的安全性指标控制与应用条件。因此，在关键零件的原材料中加入阻燃剂，就可以增强金属材料的抗燃特性，从而防止引发火灾事故;在高压产品表面喷涂耐火或阻燃材料，可以增加绝缘性能，从而减少爆炸或减小燃烧事故的几率。

2、产品造型结构：新时期的家用电器等，产品设计外观变化多变丰富、色泽靓丽缤纷、造型设计大胆前卫，这就需要零部件产品设计时，通过合理布局相交线、隐蔽零件缺陷、合理选用材质和构思好后期的表面处理工艺，才能使产品设计取得预期效益。

3、外观需要：由于现今市场经济上商品色泽靓丽多姿、外观需求也"水涨船高"，因此塑胶件的表面处理技法也纷繁多变，唯有利用的恰当，才可事半功倍。比如：利用常规的表面处理技法：喷塑、涂装、喷胶、喷砂、电镀废水、丝印;根据商品外表特点，使用各种材料通过二次注塑改善外表;而商品表面贴膜、贴纸等在提高产品颜色的时候，又具有很好的宣传功效。

二、冰箱产品中塑料件的结构设计

1、塑料件在材料的选择方面

材质的选用是设计者的主要职责，同时，也是使产品设计目标得以实现的重要条件。因为通常并没有不良的材质，只不过材料使用错误，在一定的行业中使用了错误的材质。由于塑料制品的品种很多，同时每一类塑料制品的特性都存在着较大的不同，同时在制造的过程中添加剂和增强剂都会对其自身的功能产生影响。另外，还由于有关资料的不足，如许多的检验指标以及有关材料的特性资料都是在某些特殊的环境下试验得到的，试验的固定环境和真实使用环境存在较大的差异，只能将其转换成真实使用环境下的资料才可以应用，这也就使得计算的精度不可以获得较大的保证，一定要应用较大的安全系数。

尽管对于塑料件的选择是十分困难的，可是还有着相应的必须遵循规则的。首先需要做到的是，对塑料件所处于实际工况下的温度要求必须有所认识，当中包含了塑料件的正常负荷和工作温度。并且，还需要确定塑料件的外形特点，当中包含塑料件的颜色，以及表面平整度等。除此以外，还必须充分考虑成形方法、结构的安装技术等，要更全面的考察问题。而对于金属材料的选用，不仅必须充分考虑在其正常工作状态中的负荷和工作温度，而且，还必须充分考虑在产品机械加工、物料搬运等过程中所承受的负荷和工作温度，而其中被忽视的原因也往往会造成金属材料的选用失败。冰箱基本结构其实也没有很多，只是由于塑料材质的选用对生产产品的性能和冰箱的制造成本产生了重要的影响。在材质的选用时常常会看到有许多塑料材质都能够符合要求，所以就必须从产品的价格切入点。高档的科技产品就选用高档的材质，而中低端的科技产品就采用较中低端的材质，以尽量的达到物美价廉。而ABS由于其良好的结构特点，在电冰箱制造中的使用也非常的普遍。

2、塑料件结构设计

2.1合理的壁厚结构

从成形的角度来说，如果塑料件的壁厚过大，就很难实现均匀硬化，在成形过程中会出现塌陷、收缩孔隙等问题;如果壁厚太小，也很容易形成因进胶困难、无法填满模穴而产生的缺料，以及发生压扣等问题。从生产经济性的角度来说，如果塑料件的壁厚太大，则无疑将提高生产成本;壁厚如果太小，就可以引起压扣无法达到设计要求或硬度不足而无法达到正常工作需要，从而浪费了资源和成本。所以塑料件的整体壁厚应尽量均匀;如无法一致，可采用较缓和的结构过渡方式，也可通过在内部挖空的结构方式，使整体壁厚一致。

2.2加强筋的结构设计

对于冰箱注塑件来说，涉及到脱模、装配或者荷载承受等多层考验，应该满足基本的刚度要求;刚度和壁厚的立方为正比例关系，而增加壁厚则可有效保障刚度，但增加壁厚会增加零件的成本。很多情况我们可以通过设计加强筋来达到增加刚性的目的。在设计加强筋结构过程中，主要注意其数量、高度及厚度三大要素。其一，加强筋的数量选择，由于去加强筋的模具改动量较大，在开始设计时可以考虑稀疏一些，如果在试模阶段发现刚度不足，可以继续增加加强筋数量。其二，加强筋的高度增加，刚度也随之增大;但是也要考虑到模具充填、脱模等问题，一般应该控制在底部厚度的3倍之内;如果加强筋过高，可能塑件的顶端较薄，就会产生气泡问题并增大弯曲应力，容易折断加强筋;如果考虑多个较薄、较矮的加强筋，则要控制合理间距，确保模具充分冷却。其三，加强筋厚度的选择，将对注塑件冷却的速度、成型性能及收缩程度等产生影响;如果设计的加强筋较厚，那么加强筋和主壁交接的位置就可能材料积累过多，此时冷却的速度放慢，加强筋相反面就可能产生缩水问题;

另外，在加强筋的单边需要设计至少0.5°的拔模斜度，如果厚度较薄，将对顶部填充造成影响。一般情况下，加强筋的厚度和主壁的厚度比例以0.5-0.7为宜，在较为重要的外观面应尽量减薄加强筋，同时适当增厚薄壁件的筋厚度。另外，需要提示的是，冰箱内饰件多为透明件，透明件的结构设计以及加强筋设计需考虑对外观的影响。

2.3零件的形状设计

从以往冰箱注塑件的结构设计来看，零件的形状将对整体的刚度、承载力等产生影响，合理确定形状可保障零件的刚度，同时合理控制成本。例如，在冰箱抽屉底部位置，如果一味采取平面结构，就可能对刚性强度产生影响，那么设计师可考虑在底部位置加设凹凸槽，可以提高抽屉刚度水平。同时，抽屉口部四周避免单壁厚结构，采用""或""翻边可增强整个抽屉的刚性。若抽屉的正面内凹形状比较大，也可将正面设置成外凸弧形，这样也就能够保证了正面的刚度，也可以对正面变形产生矫正作用。

3、热变形因素的优化设计

因为注塑热膨胀的系数大大超过了金属，不同的注塑之间产生热膨胀系数的比例存在差异，如果热膨胀系数差距较大的制件处于一定温度范围内运行，就必须考虑到不同材料的热膨胀差异问题;在常温状态下完成冰箱零部件的装配，而箱体需要在40℃的温度状态下进行发泡处理。在使用过程中，冰箱冷藏室的温度为0℃～10℃，冷冻室则为-18℃以下，其温差接近60℃，不同的材料之间会产生较大的热膨胀差异。

如果是注塑件和金属件相配合，那么处理热膨胀差异就显得更加重要，如果不能有效消除由此产生的热应力，必然给冰箱的运行造成影响;在金属底座和注塑壳体进行固定，如果温度偏高，那么注塑件的膨胀程度也会增加，可能由于金属件的挤压作用而发生弯曲、变形;如果温度较低，注塑件就会形成一定的收缩度，金属件产生拉伸应力。由此形成热膨胀力，可能在装配螺钉的位置造成应力集中而开裂。若想克服这一问题，就必须在注塑件的热膨胀部位创造能够随意滑动的空间，其一端可设计为圆孔形，而另一端则为腰形小孔，确保注塑件的自由伸缩度，消除热应力作用。

4、塑料件孔与螺纹的设计

塑料制品上的孔，一般有两类：一类是对产品本身有各种作用的安装孔，另一类则是专门用来提高产品的机械性能所设置的加工小孔，不管是哪一类小孔，如果设计得恰当，产品就会有一个良好的加工质量并且有利于产品的成形。具体应主要分为以下三类情形：当制品需要侧孔时，通常需要使模具上添加侧抽芯机构，使模型的制作更加复杂，所以应尽可能改善产品设计，并精简模型构造，保证顺畅脱模：当制品上孔的部位，应尽量设定在不宜降低制品硬度的部位上：对脆性制品，从相邻孔间和孔内到制品边间，要保持合适的间距，以避免在焊接过程和保护成品中，出现断裂。

螺纹的选择：塑料制品上的螺纹一般在成形后进行加工制作，但由于塑料制品螺纹面临着硬度较低、机械加工精确度差、容易出现内应力的缺点，所以在选择时要注意如下儿点：（1）塑料制品螺纹一般应选择螺牙直径较大的;（2）塑胶螺纹的起始端和终止端均不应突然起始和终止，而应为交接部分;（3）充分考虑到塑胶螺纹牙距的缩短，塑胶螺纹和金属剥肋的结合距离不能超过。综上所述，一个好的结构设计，再加上一个制造精良的模具以及一种合理的成形工艺，就相当于一种完整的塑料制件。当对塑料制品进行结构设计时，就需要了解塑料模具设计和塑料制品成形等技术方面的知识，而具备了上述，就可以产品设计出让消费者和自己都非常感兴趣的塑料制品。

5、结构设计中公差考虑

由于塑料件收缩率的不均匀和不确定性，再加上模具精度、制件几何形状、二次加工等其它诸多因素对塑料件尺寸稳定和公差变化的影响，塑料件的精度明显低于金属件。公差是影响制件质量和价格的重要因素之一，它决定了需要选择什么样的加工方法、工艺设备、甚至材料。当公差设定得很小时，模具成本、加工精度提高，检验措施更加严格，每一步骤的微小公差累积，都可能使得塑料件的关键尺寸超出公差要求，导致制件不合格率和最终成本增大。因此，一个经济可行的方法是：尽量放松塑料制件本身的公差，而收紧与之匹配金属件的公差，或收紧制件间的装配间隙。

三、结束语

综上所述，在冰箱注塑件的结构设计中，应综合考虑各种因素，包括技术、经济、成本、性能等。只有尽可能保证设计的准确性，才能提高后期使用的安全性和稳定性，延长使用寿命。

参考文献：

[1]李灿.冰箱产品开发中塑料件的结构设计[J].城市建设理论研究.2015（5）.

[2] 闫学斌 . 冰箱产品开发中塑料件的结构设计 [J]. 家电科 技，2011（3）.

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