精品毕设论文冰箱冷柜制造.docx
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精品毕设论文冰箱冷柜制造
本科毕业设计（论文）
BD-100冷柜产品结构设计及改进
学院
专业
年级班别
学号
学生姓名
指导老师
2014年5月
摘要
在家电市场上将容积小于120L的冷柜称为迷你型冰柜。
本课题目的是对迷你型冷柜中容积为100L的速冻冷柜的专用件进行结构设计，并且通过运用TRIZ发明创新解决理论对冷柜现存结构问题进行求解寻求最优解决方案，最后通过制作样机及对样机进行相关测试试验的方式对冷柜项目进行结构可靠性验证。
本课题的专用件结构设计主要包括两方面的内容：
冷柜门体专用零件结构设计及冷柜箱体专用零件结构设计。
针对冷柜项目现存的结构问题，如本课题中的灯罩装配工序繁杂等问题，通过使用先进的TRIZ发明创新理论进行分析、求解，选择最优解，最后使冷柜结构问题得到有效的解决。
设计完成之后需要试制样机，目的是验证结构的可靠性已经装配的合理性。
完成样机试制需要对样机进行一系列的测试，其中包括冷热交变试验、门开闭试验、冷冻能力试验、储藏温度试验等。
通过这个过程发现本课题研究的冷柜在实际生产制造时存在的问题，及时解决问题，达到相关的标准要求后进行批量生产，提供给客户。
关键词：
冷柜，结构设计，发明创新原理，结构验证
注：
本设计（论文）题目来源于教师的国家级（或部级，省级，厅级，市级，校级，企业）科研项目，项目编号为：
。
Abstract
Inthehouseholdappliancemarket,freezerswhosecapacityisoflessthan120Larecalledmini-refsrigerator.Theaimofthisstudyistodesignthestructureofafreezer‘partswhosevolumeis100L,SolvingthestructureproblemsthatexistinthefreezersaccordingtoTRIZinnovationandsolutiontheoryandfindingtheoptimalsolution.Finally,itisnecessarytobuiltprototypestomakesurethatthestructureofafreezerisreliable.
Specialstructuredesignofthissubjectmainlyincludestwoparts:
thedesignofafreezerdoorandthedesignofafreezerbody.Somestructureproblemsthatexistinthisfreezerstudy,suchasthelampshadeinthefreezerdoorishardtoassemblehavebeensolvedaccordingtotheadvancedTRIZinnovationtheory.
Toverifythereliabilityandrationalityofthefreezerstructure,itisnecessarytobuiltsomeprototypesafterthecompletionofthestructuredesign.Andaseriesoftests,includinghotandcoldalternatingtest,dooropeningandclosingtest,abilitytest,freezingstoragetemperaturetest,wasneededontheprototypes.Throughthisprocess,wecanfindtheproblemsthatexistpotentiallyIntheproductionprocessandsolvetheseproblemsintime.wewilltrytomeettherelevantstandardsandrequirementsformassproductionprovidingtoourcustomers.
Keywords:
TheFreezer,StructureDesign,TRIZTheory,StructureVerification
1绪论
1.1课题研究背景及意义
在家电市场上将容积小于120L的冷柜称为迷你型冰柜，本课题所研究的BD-100型号冷柜容积为100L，因此属于迷你型冷柜。
迷你型冷柜的一般价格区间为800元RMB到1600RMB，由于容积小的原因使迷你型冰柜主要面向家用市场。
迷你型冷柜在家电市场的最大竞争对手是迷你型冰箱，与普通家用小型电冰箱相比，迷你型冷柜有以下几个优点：
（1）制冷效果强。
一般为三星级（-18℃），有的甚至达到四星级（-24℃）左右，因此冷柜的食品冷冻储存保鲜期可达3个月；
（2）电冰箱的冷冻室只占有效容积的1/5至1/3，而冷柜却是整体冷冻，所以特别适宜于冻结储存食品；（3）电冰箱是以直立式为主，打开箱门后冷气外溢量较大，而冷柜的门是向上开启的，冷气向上溢散较慢，所以耗电也少。
由于具备以上优点，且其还具有相对价格较低，占地面积小，灵活等优势，迷你型冷柜在欧美等国家家电消费市场受到消费者的青睐。
科龙冷柜公司现有冷柜容积段基本在120L以上，对于小于120L的速冻冷柜型号缺少研发，还没有形成完善的系列话体系，相比其他大型的竞争公司如海尔等弱化了自身的竞争水平，所以科龙公司有必要加大迷你型冷柜的研发力度，努力提升自身的竞争力。
本课题研究的是迷你型冷柜中容积为100L的速冻冷柜的结构设计以及运用TRIZ理论对冷柜现存结构问题进行求解寻求最优解决方案。
通过合理的结构设计，不仅有利于减少公司的开发成本，保证按期完成项目，而且可以在设计过程中发现问题，及时解决问题，使得项目顺利通过验证，及时量产。
设计完成之后需要试制样机，目的是验证结构的可靠性已经装配的合理性。
完成样机试制需要对样机进行一系列的测试，其中包括冷热交变试验、门开闭试验、冷冻能力试验、储藏温度试验等。
通过这个过程发现本课题研究的冷柜在实际生产制造时存在的问题，及时解决问题，达到相关的标准要求后进行批量生产，提供给客户。
在本课题中涉及到用TRIZ理论对冷柜现存结构问题进行求解寻求最优解决方案，既提高解决问题的效率，又使得各问题得到有效的解决，提高了冷柜的品质以及增强了用户体验。
1.2课题研究方法
本课题主要使用了TRIZ创新发明理论。
TRIZ是俄文“TheofiaResheneyvaIsobretatelskehuhZadach”的缩写，含义是发明问题解决理论，其英文缩写是TIPS（TheoryofInventiveProblemSolving），其研究始于1946年，由苏联发明家根里奇·阿奇舒勒（GenrichS．Altshuller）和他的团队（原苏联的大学、研究所和企业组成数百人的研究组织）分析研究了世界近250万件发明专利，对这些专利进行长期的分析、归纳和提炼，综合多个学科领域的原理、法则形成了TRIZ理论体系。
产品设计的目的是功能的实现。
当改变某些零部件的设计以提高产品的某方面性能时，可能会影响到与这些被改进的零部件相关的其他零部件，从而导致其他方面的性能受到影响，如果这些影响是负面的，则设计过程中出现了冲突。
TRIZ理论认为，发明问题的核心是解决冲突，未克服冲突的设计不是创新设计。
产品更新换代的过程就是不断解决产品所存在冲突的过程。
设计人员在设计过程中不断地发现并解决冲突，促使产品向其理想解方向进化。
TRIZ理论研究的冲突主要分为物理冲突和技术冲突。
物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时又出现了与此特性相反的特性。
技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可以指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。
（1）技术冲突解决原理：
产品设计中的冲突是普遍存在的，为了更好描述冲突，TRIZ理论提出了39个通用工程参数（如表1.1所示），以将技术冲突描述通用化、标准化，把实际中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。
为了更好地解决设计中的技术冲突，TRIZ理论提出了40条发明原理（如表1.2所示）。
冲突矩阵是一个40×40的矩阵，其中第一行和第一列为顺序排列的标准工程参数序号，除第1行和第1列，其余39行和39列形成一个矩阵，其元素为一组数字或为空，这组数字代表解决相应冲突的发明原理序号，如表1.3所示。
表1.1个通用工程参数名称
序号
工程参数名称
序号
工程参数名称
序号
工程参数名称
1
运动物体的质量
14
强度
27
可靠性
2
静止物体的质量
15
运动物体作用时间
28
测试精度
3
运动物体的长度
16
静止物体作用时间
29
制造精度
4
静止物体的长度
17
温度
30
物体外部有害因素作用敏感性
5
运动物体的面积
18
光照度
31
物体产生的有害因素
6
静止物体的面积
19
运动物体的能量
32
可制造性
7
运动物体的体积
20
静止物体的能量
33
可操作性
8
静止物体的体积
21
功率
34
可维护性
9
速度
22
能量损失
35
适应性及多用性
10
力
23
物质损失
36
装置的复杂性
11
应力或压力
24
信息损失
37
监控与测试的困难程度
12
形状
25
时间损失
38
自动化程度
13
结构的稳定性
26
物质或事物的数量
39
生产率
表1.2条发明原理
序号
名称
序号
名称
No.1
分割
No.21
紧急行动
No.2
分离
No.22
变有害为有益
No.3
局部质量
No.23
反馈
No.4
不对称
No.24
中介物
No.5
合并
No.25
自服务
No.6
多用性
No.26
复制
No.7
套装
No.27
用低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体
No.8
重量补偿
No.28
机械系统的替代
No.9
预加反作用
No.29
气动与液压结构
No.10
预操作
No.30
柔性壳体或薄膜
No.11
预补偿
No.31
多孔材料
No.12
等势性
No.32
改变颜色
No.13
反向
No.33
同质性
No.14
曲面化
No.34
抛弃与修复
No.15
动态化
No.35
参数变化
No.16
未达到或超过的作用
No.36
状态变化
No.17
维数变化
No.37
热膨胀
No.18
振动
No.38
加速强氧化
No.19
周期性作用
No.39
惰性环境
No.20
有效作用的连续性
No.40
复合材料
表1.3条发明原理
恶化的技术参数
优化的技术参数
1
2
…
10
…
38
39
运动物体的质量
静止物体的质量
.
.
.
力
.
.
.
自动化程度
生产率
…
…
7
运动物体的体积
8
静止物体的体积
2,18,37
…
…
39
生产率
（2）物理冲突解决原理：
物理冲突时TRIZ要研究解决的关键问题之一。
当对一子系统具有相反要求时就出现了物理冲突。
与技术冲突相比，物理冲突是一种更尖锐的冲突，设计中必须解决。
现代TRIZ在总结物理冲突解决方法的基础上，提出了如下的分离原理解决物理冲突的方法：
1）空间分离：
将冲突双方在不同的空间分离，以降低解决问题的难度。
当关键子系统冲突双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可能的。
2）时间分离：
将冲突双方在不同的时间分离，以降低解决问题的难度。
当关键子系统冲突双方在某一时间只出现一方时，时间分离是可能的。
3）基于条件的分离：
将冲突双方在不同的条件下分离，以降低解决问题的难度。
当关键子系统冲突双方在某一条件下只出现一方时，基于条件的分离是可能的。
4）整体与部分的分离：
冲突双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。
当冲突双方在关键子系统层次只出现一方，而该方在子系统、系统和超系统层次内不出现时，整体与局部的分离是可能的。
1.3本文的主要研究内容
本课题研究的是迷你型冷柜中容积为100L的速冻冷柜的结构设计以及运用TRIZ理论对冷柜现存结构问题进行求解寻求最优解决方案。
通过合理的结构设计，不仅有利于减少公司的开发成本，保证按期完成项目，而且可以在设计过程中发现问题，及时解决问题，使得项目顺利通过验证，及时量产；公司现在生产的冷柜存在一些结构上的问题，如本课题提出解决的门体上的灯罩难以装配，工序复杂等问题，采用了先进的TRIZ发明创新原理中的技术矛盾解决原理和物理矛盾解决原理进行分析，求解，最后得到问题的最优解。
冷柜总体结构设计完成后，需要验证结构件的可靠性以及装配的合理性，这一过程通过试制样机来完成。
样机试制完成后，需要对样机进行一系列的测试，其中包括冷热交变试验、门开闭试验、冷冻能力试验、储藏温度试验等。
通过这个过程发现本课题研究的冷柜在实际生产制造时存在的问题，及时解决问题，达到相关的标准要求后进行批量生产，提供给客户。
2BD-100冷柜专用零件的结构设计
2.1冷柜整体设计的原则及技术要求
1.整体设计原则
BD-100冷柜属于卧柜系列中最小容积的冷柜中的一员，因此具备了一般卧式冷柜的特征。
卧式冷柜结构系统设计的内容主要包括发泡箱箱体设计、门体设计（包括发泡门门体设计及内置玻璃门门体设计）、筐篮设计、压缩机支撑部件设计、支撑脚或脚轮设计、侧罩设计等。
对于卧式冷柜，通常根据市场调研或客户需求的容积范围，和产品性能指标要求（如使用环境、贮藏温度、冷冻速度、能耗、存贮货品类型等），选择合适的泡层厚度以及结合装箱量计算设计及内部要求的通用化标准化要素进行总体规格图设计。
其中规格图主要包括：
发泡箱箱体大小（包括箱内胆、外箱的尺寸、泡层厚度分布）、压缩机仓大小、发泡门门体厚度、门封搭接量、把手及锁安装方式、铰链大小、支撑脚或脚轮大小等。
2.整体设计技术要求
（1）要满足的技术指标：
a、箱体容积满足国家及销售地区相关标准；b、冷冻柜发泡门要满足3万次门开闭实验、冷藏柜要满足10万次门开闭实验；c、整机要通过10个周期高低温冲击试验；d、满足相应内部的跌落实验标准。
（2）要满足结构装配关系：
a、压缩机仓高度应考虑现有工艺发泡余量，确保足够的装配间隙；b、筐篮搭接设计应考虑极限放置设计，确保筐篮使用过程不掉落；c、箱框与外箱的装配要求预留合理的间隙，既要保证装配效果好也要保证外观不受影响；d、外箱背部和门体背部的铰链孔加工必须保证合理的精度，以免影响后期铰链与箱体及门体装配；e、门内胆与门端盖及门外壳边缘位置要预留合理的搭接量，否则发泡过程中容易出现漏泡问题；f、涉及发泡箱箱体及发泡门门体的所有装配都需要考虑密封性的问题，否则在发泡过程中容易出现漏泡现象。
（3）要进行的可靠性校核：
a、要求对实际生产样机进行容积核算，以检验容积是否符合原设计的容积设计要求；b、整机要进行高低温冲击试验并必须保证合格；c、整机要通过内部的跌落实验标准；d、要求筐篮负载极限放置时无掉落现象。
（4）依据公司多年来进行卧式冷柜的设计经验，箱体发泡层及门体发泡层厚度存在合理选择范围，一般的冷柜设计可以参考表2.1和表2.2中关于发泡箱箱体及发泡及门体发泡层厚度存在合理选择范围，一般的冷柜设计可以参考表1和表2中关于发泡箱箱体及发泡门门体泡层的合理厚度，也可以根据具体的设计需要进行修正。
表2.1箱体泡层厚度参照表
产品类型
左泡
层d1
右泡层d2
前泡层d3
后泡层d4
底泡层d5
压机仓侧泡层d6
压机仓顶泡层d7
发泡剂
普通冷
藏箱
50
50
50
50
55
65
65
HFC-245fa混合
发泡，隔热系数
λ≤0.0225W/M.K，密度≥33kg/m3
普通冷
冻箱
60
60
60
60
60
65
65
A+冷
冻箱
60
60
60
60
60
70
70
A++冷
冻箱
73
73
73
73
75
82
84
表2.2门体泡层厚度参照表
产品类型
普通冷藏箱
普通冷冻箱
A+冷冻箱
A++冷冻箱
发泡剂
泡层厚度
50
60
60
73
HFC-245fa混合发泡，隔热系数
λ≤0.0225W/M.K，
密度≥33kg/m3
2.2发泡箱箱体专用零件结构设计
卧式冷柜的发泡箱主要由箱体外壳、箱内胆、箱框和箱底板通过相关的密封手段进行密封，然后灌注一定量的泡料进行发泡形成有一定承载能力的箱体（图2.1所示）。
发泡箱使得冷柜产品具备合适的空间和足够的强度来存放商品，与此同时满足了终端用户对于诸如功能、安全、外观、广告展示、搬运、维修保养等使用要求。
图2.1发泡箱箱体
发泡箱箱体的设计流程如图2.2所示，主要分为三大模块：
冷柜产品的专用件设计、冷柜产品的借用件选择及冷柜产品的通用件选择。
专用件表示这些零件的尺寸大小或是材料要求及结构方面以前没有产品使用过，需要重新制定成型方法及定制对应的工艺路线，因此投入的成本比较大；借用件则是借用已在批量生产的冷柜产品的零部件，这样就不需要重新定做模具或工装夹具等，大大降低投入成本；通用件则指如螺钉、海绵等用来固定装配或起密封作用的零件，一般可以在任何产品上使用，以达到标准化的目的。
图2.2发泡箱箱体设计流程
考虑成本及通用化等因素，BD-100卧柜产品箱体的专用件主要有箱体外壳、箱框、箱内胆和箱底板，其他零部件为借用件和通用件，例如可以借用已经投产的卧柜产品BD-145的铰链、拉手等零件。
由于BD-100产品初步设计方案的宽度尺寸与已经在生产的型号BD-143的宽度尺寸一样，可以考虑借用该型号的底部加强铁。
而诸如胶带、海绵、螺钉等物料则作为通用件来选择。
2.2.1箱体外壳设计及成型分析
一般卧式冷柜的箱体外壳是由一板式冷轧板经过冲孔、压型、折弯、焊接等工序制作而成的封闭围板（如图2.3所示）。
选择冷轧板Q235A作为箱体外壳的成型材料，主要是因为箱体外壳作为支撑起整个冷柜的结构元素，不仅要求有一定的强度，还要有一定的硬度，不容易断裂、破碎，而且不容易腐蚀。
箱体外壳作为冷柜的外观直接呈现给用户，要求美观有光泽。
对于BD-100型号的制冷方案是采用内藏式冷凝器，则要求箱体外壳能够传热迅速。
同时，要求箱体外壳易于密封，并且能够在发泡时与泡料产生粘合。
为了实现冷柜产品的标准化，BD-100的温控器面板及压缩机仓罩、铰链都是直接借用其他机型的结构，所以温控器面板安装孔、压缩机仓罩安装孔、铰链孔、排水管孔、灯接线孔（如图2.3所示）的位置尺寸及结构都是参考其他机型，具体尺寸见图纸。
由于借用的温控器面板采用的是卡扣式装配结构，并且为了增强局箱体外壳局部的强度，则该方形孔要求有4.5mm的压型；压缩机仓罩孔采用翻边结构一是方便压缩机仓罩与它配合，二是增强了局部的强度；箱体外壳四个面的底部都折了直角弯，目的是加强底部的强度，使得整个箱体不易变形，同时方便箱底板及底部加强铁的安装；压缩机安装的位置需要安装一副底部加强铁以增强该位置的承载能力。
关于BD-100型号卧式冷柜箱体外壳的设计尺寸见图纸。
一体式箱体外壳的成型比较简单，主要经过以下工序：
冲孔→压型、翻边→折弯→焊接→喷涂。
冲孔工序主要是冲切出压缩机仓罩孔、温控器面板孔、铰链孔、灯接线孔、排水口以及各螺钉安装孔；冲孔完成后进行下一道工序，即对温控器面板孔进行压型以及将压缩机仓罩孔进行翻边；折弯工序是先对箱体外壳的四个面的底部四个边进行折弯，然后再对四个面进行折弯，最后成型为一个围板；折弯完成的围板进入焊接工序，采用电阻焊点焊的方式将箱体外壳密封，形成一个四周封闭的箱体；最后一道工序是喷涂，通过喷涂可以做成所需要的颜色和色泽的外壳，BD-100冷柜的颜色要求是珍珠白，色泽要求明亮。
图2.3箱体外壳
2.2.2箱内胆设计及成型分析
箱内胆是由内胆围板A、内胆围板B、内胆底板三个零件通过拼接及胶带固定装配而成的封闭箱体（图2.4）。
箱内胆作为冷柜的内表面，与冷冻物直接接触，因此首先必须满足以下要求：
保证密封性，不容易腐蚀，传热快并且发泡时能与泡料粘合但是不容易变形。
同时还要求成本低，容易成型，可塑性强等。
基于以上要求以及参考以往的冷柜产品，BD-100适合采用压花铝板H22作为箱内胆的成型材料，它不仅具有良好的传热性能，还具备易于加工的特点，可以提高组装的效率。
在BD-100冷柜箱内胆的结构设计中，内胆围板A与内胆围板B的装配采用了扣接拼合的方式（图2.4（a）示），这一装配方式运用了压花铝板易于定型的特点，不仅保证了外观不受影响，而且增强了内胆的密封性；参考已有的冷柜产品，对BD-100内胆底板的边缘进行折弯（图2.4（b）），以便与拼接完成的内胆围板进行装配，内胆底板边缘折弯面与内胆围板的表面须保留约0.5mm的间隙，便于装配而不会影响密封性及外观；图2.4（b）所示的内胆底板设计了一个带压型特征的排水孔，位置尺寸及结构参考了原有机型，压型结构是为了排水更加有效；内胆底板还需要进行折Z弯处理，这是由于冷柜的压缩机安装在底部右侧位置需要一定空间，BD-100冷柜参考了已有机型将箱底板到内胆底板之间的泡层控制在60mm，则需要折Z弯（图2.4（b）所示）。
具体设计尺寸见图纸。
内胆围板经过剪切及折弯成型，而内胆底板则需要经过以下工序：
冲孔（排水口）→压型（排水口）→边折弯→包角→折Z弯。
然后将内胆围板A板和B板进行拼接，最后用胶带将围板、底板装配成一个密封的箱体，如图2.4（c）所示。
（a）A、B板拼接后效果图（b）内胆底板（c）围板、底板总装配效果图
图2.4箱内胆部件
2.2.3箱框设计及成型方案
冷柜用得最多的几种塑料有ABS、HIPS、PS、POM等，一般的塑料件都可以从这几种材料中选择。
ABS由于机械性能良好，在冰箱中用得最为广泛，不但可用于一般使用要求的冷柜门内胆、箱框、门端盖等外观要求高的零部件，还可以根据特殊的使用要求（耐高温、阻燃等）采用不同类型的ABS材料；HIPS性能不如ABS，由于价格便宜，可用于低端产品的冷柜门内胆。
POM则可以用于需要耐磨的冰箱滚轮。
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