[摘要] 利用美国ＭＳＣ公司的ＣＡＥ仿真软件(ＭａｒｃＰａｔｒａｎＤｙｔｒａｎ等)对冰箱产品的结构和包装方案进行了全面的分析,对运输过程产品损坏的机理进行分析,找出了产品设计及包装方案设计中的不足之处,通过项目的实施,降低了产品的成本,又提高了外包装对产品的防护能力。
关键词:ＣＡＥ;冰箱结构;包装;优化
目前电冰箱产品的包装占产品总成本较高的比例,而市场反馈产品的包装质量不佳,产品损坏率较高。改善产品的包装质量,提高产品开箱合格率,有利于提升品牌形象,有利于降低运输损坏率,降低产品的维修成本。借助ＣＡＥ软件,查找产品结构设计与包装设计中的不足之处,降低产品的包装成本,提高产品的包装质量,使产品在运输过程中得到较好的保护。
1 冰箱左、右侧垫包装结构分析与优化
对于冰箱左右侧的破坏通常为戳穿和冲击,试验室测试采用横木撞击试验。冰箱结构件的材料为:冷轧钢板、ＡＢＳ、ＰＵ发泡层,外包装件材料为:纸箱、ＥＰＳ泡沫。纸箱板为各向异性材料:沿瓦楞方向Ｅ1=10ＭＰａ,垂直瓦楞方向Ｅ2=25ＭＰａ,纸板法向Ｅ3=100ＭＰａ,耐破强度为1.765ＭＰａ。ＥＰＳ泡沫假设为各向同性材料,取Ｅ=1.3ＭＰａ。
利用ＣＡＥ技术,研究冰箱包装件结构改变以及包装板的瓦愣方向改变后抵抗外来冲击的能力,并力求在降低材料用量的前提下,提高抵抗外来冲击的能力。
ａ.戳穿ＣＡＥ分析:针对冰箱的侧垫结构纸箱板的结构,拟定了4种组合方案,园孔、长园孔分别与纵向、横向瓦愣板配合,在改变结构尺寸参数的情况下,利用ＣＡＥ软件进行戳穿分析和评价,达到优化结构的目的。选择侧垫最薄弱的中部开孔部位分别承受点载荷、20×20、20×40、20×60区域均布载荷,载荷大小为250Ｎ;
ｂ.横木撞击ＣＡＥ分析:根据ＧＢ1019-89的规定:横木撞击试验后冰箱不得有机械损伤和变形,横木尺寸为100×100,冰箱距离横木的距离为1ｍ。
由图2中可以看出,最大变形量为3.186ｍｍ,横木不可能接触冰箱,其冲击力不至于使冰箱外壳产生变形,所以不管是横向纸板、还是纵向纸板,采用上述2种泡沫板结构都能够通过相关的试验,从分析的结果来看,只要包装纸箱板与内泡沫垫的配合合理,就可以实现在材料用量减少12%的前提下,外包装改进后产品抵抗的能力提高约10%。现将分析的结果归纳如下表1。
2 冰箱前、后垫结构分析与优化
图3为包装截面简图,纸箱瓦楞方向由纵向改为横向,将前后垫宽度由400减小200ｍｍ,厚度由10增加18ｍｍ,材料用量减少5.7%,给定外载荷250Ｎ,经过ＣＡＥ分析计算,冰箱前后垫的改进方案与泡沫配合之后能够抵抗外来冲击的能力提高了30%左右,能够通过横木撞击试验。
在此基础上对抵抗戳穿的能力也进行了分析和改进,由图4可以看出,最大变形量为28.4ｍｍ,未与门接触。从图5应力云图中可以清楚地看出纸箱受力部位应力最大值为1.32Ｍｐａ。小于耐破强度1.76Ｍｐａ,结构改进后,冰箱前后垫抵抗横木撞击的能力得到了提高,也就是说对门体的保护效果有所增强。
