HyperWorks助力全球家电制造商利用新材料制造更强更低成本的产品

解决方案

在这些测试中，门被放置在变温室内，温度起初先降低到令人不寒而栗的水平，然后提升到高温状态，最后再降到冰点。在这个温度循环过程中，由HIPS材料制成的冰箱上下门盖的顶部表面发生了开裂，裂纹开始于门盖前边缘的中间位置。

苏州三星的工程师开始对材料、结构和注塑成型流程进行分析，找出开裂的原因。他们知道相比ABS，HIPS的强度和韧性要差一些，并且热膨胀系数要大，在温度急剧变化的情况下变形较大。显而易见，材料的改变是导致开裂的主要因素。其次，出于美观的角度，门盖的边缘采用了平面倒斜角的形式，导致了外边缘强度的降低。在注塑成型的过程中，上门盖采用三点进胶，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。找到这些因素之后，工程师们试图验证他们的物理分析，找出HIPS门盖设计的改进方法，从而消除开裂现象。

工况1（右）和工况2（左）的门体整体变形云图（HIPS）

仿真分析指出，在工况1中，门盖的应力和变形较大，即门盖开裂是由低温时的收缩引起的，这与实验结果是一致的，最大应力发生在上下门盖的前边缘的中间部位，与实际断裂部位也是吻合的。材料由ABS改为HIPS后，安全系数由2.0降低到1.3，由于HIPS更低的应力限制，最大变形也由2.8mm增加到3.3mm。再加上温度循环累计的效应，所以门盖会发生开裂。

工程师接下去开始评估防止开裂的方法，从增加门盖顶部表面的厚度和增加纵向和横向加强筋开始。

“我们提出了两种改进方案，然后利用HyperWorks分别进行CAE分析，”赵工说，“经过分析，延长加强筋的长度和高度的方案将门盖的安全系数增加到2.0，和ABS材料的安全系数一样。”门体整体变形也由3.3mm减小到2.3mm（超过ABS），尽管上下门盖重量分别增加27.6g和17.5g，HIPS的成本还是少于ABS；所以即使重量稍有增加，HIPS还是降低了整体的材料成本。

              工况1（左）和工况2（右）的上门盖应力云图       上门盖（上）和下门盖（下）的原始和改进优化对比

结论

利用HyperWorks CAE工具进行有限元分析，苏州三星快速验证了门盖开裂的原因。通过仿真分析，工程师能够改进门盖的结构强度，将ABS更换为HIPS材料，实现更低的成本效益的目标。

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