淺析隱藏式鉸鏈失效原因及結構、材料選用

　　隱藏式鉸鏈是近年來需求旺盛，產品發展迅速，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，很多廠家開發了應用于室內門的隱藏式鉸鏈，分別采用了不同的產品結構和材質，并根據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，由于此類產品沒有相關標準規范約束，沒有統一明確的關于此類產品的要求和測試方法，因此各生產廠家都是根據自己的廠內標準進行測試，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)行業標準時，明確了針對隱藏式鉸鏈的要求和測試方法，并根據此要求和測試方法，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：

　　測試樣本4件，合格1件，不合格3件。

　　根據試驗結果分析，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，底座出現變形、破裂。

　　3. 樣本3:反復啟閉過程中,連接件出現彎曲變形,開裂。

　　以上測試樣本，在承受靜態荷載的檢測項目中全部合格，不合格項均發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運動中，有2個地方處于運動狀態：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、零部件自身的強度和剛性等因素的影響，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測試中出現了不合格的情況，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,該生產工藝會產生或多或少的叉片彎曲不平整和毛刺,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試驗中就會明顯的體現出來。

　　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：

　　根據試驗結果，不合格的情況發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，鉸鏈承受載荷所產生的變形量小，鉸鏈運行過程中自身的晃動量小，不易產生局部磨損，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，承受荷載后將產生較大的變形，表現為門扇傾斜、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，給鉸鏈產生了額外的作用力;同時局部磨損的產生大大增加，降低了產品的承重性能和運行壽命。

　　根據以上分析，選取不銹鋼材質、整體式連桿的隱藏式鉸鏈產品，依據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，希望可以給到生產廠家參考，以利于不斷開發更高性能、更優質量的產品，滿足市場需求，從而引導行業內良性競爭，帶動行業良性發展。

　　參考文獻

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

　　[2] 熊濱生著 現代連桿機構設計 北京：化學工業出版社 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建筑門窗幕墻行業轉型發展高峰論壇 未經許可不得轉載