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      淺析隱藏式鉸鏈失效原因及結構、材料選用

      來源:2016轉型發(fā)展高峰論壇  作者:茵科門控(珠海保稅區(qū))有限公司 韋俊  日期:2016-10-18
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        摘要:隨著五金產(chǎn)品的大規(guī)模發(fā)展,我國對鉸鏈等產(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的標準來規(guī)范,各廠商都是根據(jù)自己的標準進行測試,沒有統(tǒng)一的標準和測試方法。因此,筆者利用修編合頁(鉸鏈)行業(yè)標準的機會,針對相關試驗數(shù)據(jù),探討了市面上各種隱藏式鉸鏈的結構以及材料,并且分析了失效的原因,進行相關試驗,以供各生產(chǎn)廠家參考。
        關鍵詞:隱藏式鉸鏈失效   結構   材料 Concealed Hinge

        本文來源:2016建筑門窗幕墻行業(yè)轉型發(fā)展高峰論壇 未經(jīng)許可不得轉載

        隱藏式鉸鏈(詞條“鉸鏈”由行業(yè)大百科提供)是近年來需求旺盛,產(chǎn)品發(fā)展迅速,原因是隱藏式鉸鏈有著在門完全關閉的情況下,鉸鏈的各部分均不外露的特點,滿足例如酒店、寫字樓、會所和其他商業(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。由于其應用方面的特點,一些高端裝飾設計中的房間門也需要類似的產(chǎn)品,但是對其承重性能要求需要大幅提高到40~100Kg甚至更高。

        應對旺盛的需求,很多廠家開發(fā)了應用于室內(nèi)門的隱藏式鉸鏈,分別采用了不同的產(chǎn)品結構和材質,并根據(jù)市場需要各自定義了相應的承重級別。

        市場中常見的隱藏式鉸鏈的結構和材質:

        然而,由于此類產(chǎn)品沒有相關標準規(guī)范約束,沒有統(tǒng)一明確的關于此類產(chǎn)品的要求和測試方法,因此各生產(chǎn)廠家都是根據(jù)自己的廠內(nèi)標準進行測試,并標定承重性能等級。

        鑒于以上種種,我們在修編新的合頁(鉸鏈)行業(yè)標準時,明確了針對隱藏式鉸鏈的要求和測試方法,并根據(jù)此要求和測試方法,進行了多個廠家的多款樣品的試驗。試驗樣品根據(jù)各廠家自行定義的不同承重性能級別進行,包含了市場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/不銹鋼材質的鉸鏈底座和連接件。

        試驗樣本及試驗結果如下表所示:

      試驗樣本編號

      樣品標本 標稱承重等級

      主要部件材質

      連接件型式

      連接件 支撐墊

      試驗結果

      底座

      連接件

      1

      40Kg

      合金

      不銹鋼

      叉片式

      不合格

      2

      40Kg

      鋅合金

      不銹鋼

      叉片式

      不合格

      3

      40Kg

      鋅合金

      碳鋼

      叉片式

      不合格

      4

      120Kg

      不銹鋼

      不銹鋼

      整體式

      合格

        測試樣本4件,合格1件,不合格3件。

        根據(jù)試驗結果分析,不合格項目主要包括:

        1. 樣本1:反復啟閉20萬次試驗后,底座出現(xiàn)變形破裂;

        2. 樣本2:反復啟閉20萬次試驗后,垂直方向變形超出允許范圍,底座出現(xiàn)變形、破裂。

        3. 樣本3:反復啟閉過程中,連接件出現(xiàn)彎曲變形,開裂

        以上測試樣本,在承受靜態(tài)荷載的檢測項目中全部合格,不合格項均發(fā)生在反復啟閉試驗過程中。

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

        隱藏式鉸鏈在反復啟閉的循環(huán)運動中,有2個地方處于運動狀態(tài):鉸鏈底座與連接件之間和連接件的連桿和連桿之間。設計的理論狀態(tài)下,所有鉸鏈僅承受豎直方向的荷載,并圍繞同一軸線進行運轉。而實際上鉸鏈承受門扇重量時,因為各零部件之間間隙、零部件自身的強度剛性等因素的影響,會受到豎直方向的分力和水平方向的分力,產(chǎn)生在這兩個方向的變形。水平方向變形量的大小,決定了一組兩個鉸鏈圍繞同一軸線運轉的程度(同軸度)。兩片鉸鏈不同軸的程度越大,在運轉過程中產(chǎn)生額外的附加力就越大,造成的局部磨損越嚴重;這一磨損的情況又進一步擴大了不同軸的程度,形成惡性循環(huán)使得鉸鏈失效加速。

        試驗結果證明了上面的分析:測試樣本通過了靜載測試,但在反復啟閉的循環(huán)測試中出現(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大造成的。

        我們認為,材料選擇、加工精度和連接件的結構型式上的差異,是造成上述失效的主要原因。

        1. 連接件型式:

        試驗結果可以看出,不合格的3個樣本都是叉片型式,而合格的1個樣本是整體式的。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(詞條“鉚接”由行業(yè)大百科提供)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)工藝會產(chǎn)生或多或少的叉片彎曲(詞條“彎曲”由行業(yè)大百科提供)不平整和毛刺,組合在一起時叉片和叉片之間必然存在間隙。這些間隙會造成一個后果,即在鉸鏈承受門扇重量時,并不是所有叉片整體同時承受荷載,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。此不利因素在試驗時間較短的靜載試驗時并不馬上反應出來,而在長時間的反復啟閉的循環(huán)試驗中就會明顯的體現(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,整體式的連接件,通常會帶有不同形式的支撐墊。這個支撐墊通常由高分子材料制成,起到2個作用:降低鉸鏈運轉時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)試驗結果,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度為270MPa,普通碳素鋼(詞條“碳素鋼”由行業(yè)大百科提供)的抗拉強度為375MPa;合格的樣本材質為不銹鋼304, 其抗拉強度為520MPa,遠高于鋅合金和普通碳素鋼。相同的試驗條件下,選擇合適的材質,可以相應地提高鉸鏈的承重性能,滿足試驗要求。同時,對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構,在鉸鏈運行過程當中,以下幾個部分處于相對運動中:

        a. 連接件的連桿和連桿

        b. 連桿與鉸鏈座

        以上各運動部件,均通過軸進行相互連接,其軸和孔的間隙配合,是各部件運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鍵。這一間隙較小時,鉸鏈承受載荷所產(chǎn)生的變形量小,鉸鏈運行過程中自身的晃動量小,不易產(chǎn)生局部磨損,能夠較長時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轉,或者運轉軸不在豎直方向上,給鉸鏈產(chǎn)生了額外的作用力;同時局部磨損的產(chǎn)生大大增加,降低了產(chǎn)品的承重性能和運行壽命。

        根據(jù)以上分析,選取不銹鋼材質、整體式連桿的隱藏式鉸鏈產(chǎn)品,依據(jù)同一試驗標準和方法,再次進行試驗。所試驗的3個樣品,試驗結果全部合格。

        綜上所述,從產(chǎn)品結構型式設計、材質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)定的技術要求的。

        以上關于隱藏式鉸鏈的結構形式、材料選用的一點淺見,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)質量的產(chǎn)品,滿足市場需求,從而引導行業(yè)內(nèi)良性競爭,帶動行業(yè)良性發(fā)展。

        參考文獻

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

        [2] 熊濱生著 現(xiàn)代連桿機構設計 北京:化學工業(yè)出版社 2006

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

        本文來源:2016建筑門窗(詞條“建筑門窗”由行業(yè)大百科提供)幕墻行業(yè)轉型發(fā)展高峰論壇 未經(jīng)許可不得轉載

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