淺析隱藏式鉸鏈?zhǔn)г蚣捌浣Y(jié)構(gòu)、材料的選用

韋俊

淺析隱藏式鉸鏈?zhǔn)г蚣捌浣Y(jié)構(gòu)、材料的選用

韋俊

隨著五金產(chǎn)品的大規(guī)模發(fā)展，我國(guó)對(duì)鉸鏈等產(chǎn)品的需求越來越高，隱藏式鉸鏈的出現(xiàn)滿足了中高端裝飾的需求。但是隱藏式鉸鏈并沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，各廠商都是根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。本文利用修編合頁(yè)（鉸鏈）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)會(huì)，針對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討了市面上各種隱藏式鉸鏈的結(jié)構(gòu)以及材料，并且分析了失效的原因，進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以供各生產(chǎn)廠家參考。

隱藏式鉸鏈；失效；結(jié)構(gòu)；材料；Concealed Hinge

隱藏式鉸鏈近年來需求旺盛，產(chǎn)品發(fā)展迅速，原因是隱藏式鉸鏈有著在門完全關(guān)閉的情況下，鉸鏈的各部分均不外露的特點(diǎn)，滿足例如酒店、寫字樓、會(huì)所和其他商業(yè)建筑中的中高端裝飾要求。

隱藏式鉸鏈開始主要應(yīng)用于一些重量較輕、門扇較小的家具柜門和櫥柜門，一般門扇重量在10～20Kg。由于其應(yīng)用方面的特點(diǎn)，一些高端裝飾設(shè)計(jì)中的房間門也需要類似的產(chǎn)品，但是對(duì)其承重性能要求需要大幅提高到40～100Kg甚至更高。

應(yīng)對(duì)旺盛的需求，很多廠家開發(fā)了應(yīng)用于室內(nèi)門的隱藏式鉸鏈，分別采用了不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，并根據(jù)市場(chǎng)需要各自定義了相應(yīng)的承重級(jí)別。

市場(chǎng)中常見的隱藏式鉸鏈的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)：

圖1 鋼/不銹鋼叉片連接件鋅合金/不銹鋼底座

圖2 鋁合金整體連接件鋁合金底座

圖3 不銹鋼整體連接件不銹鋼底座

然而，由于此類產(chǎn)品沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束，沒有統(tǒng)一明確的關(guān)于此類產(chǎn)品的要求和測(cè)試方法，因此各生產(chǎn)廠家都是根據(jù)自己的廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，并標(biāo)定承重性能等級(jí)。

鑒于以上種種，我們?cè)谛蘧幮碌暮享?yè)（鉸鏈）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，明確了針對(duì)隱藏式鉸鏈的要求和測(cè)試方法，并根據(jù)此要求和測(cè)試方法，進(jìn)行了多個(gè)廠家的多款樣品的試驗(yàn)。試驗(yàn)樣品根據(jù)各廠家自行定義的不同承重性能級(jí)別進(jìn)行，包含了市場(chǎng)上最為常見的叉片式連接件和整體式連接件，以及鋅合金和鋼/不銹鋼材質(zhì)的鉸鏈底座和連接件。

試驗(yàn)樣本及試驗(yàn)結(jié)果如表1所示：測(cè)試樣本4件，合格1件，不合格3件。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，不合格項(xiàng)目主要包括：

樣本1：反復(fù)啟閉20萬次試驗(yàn)后，底座出現(xiàn)變形、破裂；

樣本2：反復(fù)啟閉20萬次試驗(yàn)后，垂直方向變形超出允許范圍，底座出現(xiàn)變形、破裂；

樣本3：反復(fù)啟閉過程中，連接件出現(xiàn)彎曲變形，開裂。

以上測(cè)試樣本，在承受靜態(tài)荷載的檢測(cè)項(xiàng)目中全部合格，不合格項(xiàng)均發(fā)生在反復(fù)啟閉試驗(yàn)過程中。

隱藏式鉸鏈的結(jié)構(gòu)與明裝式鉸鏈的結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在于，明裝式鉸鏈絕大部分為單軸且回轉(zhuǎn)軸為定軸，鉸鏈葉片圍繞回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其受力狀況在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中是一致的；而隱藏式鉸鏈的結(jié)構(gòu)則為連桿結(jié)構(gòu)，其回轉(zhuǎn)軸為不定軸，門框座和門扇座與連接件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，其受力狀況是一直變化的。

隱藏式鉸鏈在反復(fù)啟閉的循環(huán)運(yùn)動(dòng)中，有兩個(gè)地方處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：鉸鏈底座與連接件之間和連接件的連桿和連桿之間。設(shè)計(jì)的理論狀態(tài)下，所有鉸鏈僅承受豎直方向的荷載，并圍繞同一軸線進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。而實(shí)際上鉸鏈承受門扇重量時(shí)，因?yàn)楦髁悴考g間隙、零部件自身的強(qiáng)度和剛性等因素的影響，會(huì)受到豎直方向的分力和水平方向的分力，產(chǎn)生在這兩個(gè)方向的變形。水平方向變形量的大小，決定了一組兩個(gè)鉸鏈圍繞同一軸線運(yùn)轉(zhuǎn)的程度（同軸度）。兩片鉸鏈不同軸的程度越大，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生額外的附加力就越大，造成的局部磨損越嚴(yán)重；這一磨損的情況又進(jìn)一步擴(kuò)大了不同軸的程度，形成惡性循環(huán)使得鉸鏈?zhǔn)Ъ铀佟?/p>

試驗(yàn)結(jié)果證明了上面的分析：測(cè)試樣本通過了靜載測(cè)試，但在反復(fù)啟閉的循環(huán)測(cè)試中出現(xiàn)了不合格的情況，是由于鉸鏈在水平方向上的變形量逐步擴(kuò)大造成的。

我們認(rèn)為，材料選擇、加工精度和連接件的結(jié)構(gòu)型式上的差異，是造成上述失效的主要原因。

1.連接件型式

試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不合格的3個(gè)樣本都是叉片型式，而合格的1個(gè)樣本是整體式的。叉片式和整體式最大的差別，叉片式的連接件是由多片叉片組合、鉚接而成，整體式的連接件是整體鑄造的。

叉片多為沖壓制成，該生產(chǎn)工藝會(huì)產(chǎn)生或多或少的叉片彎曲不平整和毛刺，組合在一起時(shí)叉片和叉片之間必然存在間隙。這些間隙會(huì)造成一個(gè)后果，即在鉸鏈承受門扇重量時(shí)，并不是所有叉片整體同時(shí)承受荷載，而是僅有部分叉片依次去承受，容易造成叉片彎曲變形，甚至破裂失效。此不利因素在試驗(yàn)時(shí)間較短的靜載試驗(yàn)時(shí)并不馬上反應(yīng)出來，而在長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)啟閉的循環(huán)試驗(yàn)中就會(huì)明顯的體現(xiàn)出來。

整體式的連接件，多由鑄造或擠型工藝制成，連接件作為一個(gè)整體共同承受荷載，上述不利因素得到很大程度的消除。同時(shí)，整體式的連接件，通常會(huì)帶有不同形式的支撐墊。這個(gè)支撐墊通常由高分子材料制成，起到兩個(gè)作用：降低鉸鏈運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力和減小鉸鏈承受門扇重量后的變形。

2.材料選擇

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，不合格的情況發(fā)生在鋅合金底座和鋼制連接件上。壓鑄鋅合金的抗拉強(qiáng)度為270MPa，普通碳素鋼的抗拉強(qiáng)度為375MPa；合格的樣本材質(zhì)為不銹鋼304， 其抗拉強(qiáng)度為520MPa，遠(yuǎn)高于鋅合金和普通碳素鋼。相同的試驗(yàn)條件下，選擇合適的材質(zhì)，可以相應(yīng)地提高鉸鏈的承重性能，滿足試驗(yàn)要求。同時(shí)，對(duì)于整體式連接件的鉸鏈，其支撐墊材料的選擇，有PA、POM、POM+PTFE等，其摩擦系數(shù)依次減小，有效降低磨損，有利于鉸鏈的使用壽命；而且可以通過添加玻璃纖維的方式，增加材料的壓縮強(qiáng)度，同樣也降低變形量，有利于提高承重性能和使用壽命。

3.加工精度

隱藏式鉸鏈為連桿結(jié)構(gòu)，在鉸鏈運(yùn)行過程當(dāng)中，以下幾個(gè)部分處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)中：

a.連接件的連桿和連桿；

b.連桿與鉸鏈座。

以上各運(yùn)動(dòng)部件，均通過軸進(jìn)行相互連接，其軸和孔的間隙配合，是各部件運(yùn)行是否順暢和鉸鏈承受重量后鉸鏈產(chǎn)生垂直和水平方向變形多少的關(guān)鍵。這一間隙較小時(shí)，鉸鏈承受載荷所產(chǎn)生的變形量小，鉸鏈運(yùn)行過程中自身的晃動(dòng)量小，不易產(chǎn)生局部磨損，能夠較長(zhǎng)時(shí)間的保持性能的一致。如果加工精度低，各零部件之間的間隙大而且不均勻，承受荷載后將產(chǎn)生較大的變形，表現(xiàn)為門扇傾斜、下垂。一組兩片鉸鏈并不圍繞同一軸線運(yùn)轉(zhuǎn)，或者運(yùn)轉(zhuǎn)軸不在豎直方向上，給鉸鏈產(chǎn)生了額外的作用力；同時(shí)局部磨損的產(chǎn)生大大增加，降低了產(chǎn)品的承重性能和運(yùn)行壽命。

根據(jù)以上分析，選取不銹鋼材質(zhì)、整體式連桿的隱藏式鉸鏈產(chǎn)品，依據(jù)同一試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法，再次進(jìn)行試驗(yàn)。所試驗(yàn)的3個(gè)樣品，試驗(yàn)結(jié)果全部合格。

綜上所述，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇和提高加工精度方面著手，是能夠讓隱藏式鉸鏈滿足規(guī)定的技術(shù)要求的。

以上是關(guān)于隱藏式鉸鏈的結(jié)構(gòu)形式、材料選用的一點(diǎn)淺見，希望可以給到生產(chǎn)廠家參考，以利于不斷開發(fā)更高性能、更優(yōu)質(zhì)量的產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)需求，從而引導(dǎo)行業(yè)內(nèi)良性競(jìng)爭(zhēng)，帶動(dòng)行業(yè)良性發(fā)展。

[1] 劉瑞堂、劉錦云編著.金屬材料機(jī)械性能.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社2015

[2] 熊濱生著.現(xiàn)代連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2006

[3] 劉旭瓊主編.建筑門窗五金件.合頁(yè)（鉸鏈） JG/T 125 北京：2016

[作者單位：茵科門控（珠海保稅區(qū)）有限公司]

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