集成灶門封性能影響的研究

石昊明 鄧俊杰 肖惠琨 汪斌強 李法民 王 暢

（杭州老板電器股份有限公司 杭州 311100）

引言

隨著集成灶更強性能、更多功能、更優(yōu)空間的需求日益增長，越來越多的家庭更加注重品質輕奢生活的追求，高品質的烹飪體驗和多樣化的用戶體驗需求成為一種趨勢。蒸烤款類型的集成灶成為家庭的優(yōu)先選擇，其中蒸功能涉及門組件密封性能，是用戶能第一時間能體驗到的產品基本性能指標。目前行業(yè)內對該門組件密封性能的研究仍停留在實物驗證即機器本身方面，系統(tǒng)性理論研究與實際結合的方式處于空白。為了更好的解決門封性能的問題，本文旨在通過理論研究、模擬驗證分析、實際裝配驗證分析，有效解決門封性能的問題，從而達到用戶的基本訴求，更好的體驗其他智能化功能。

1 密封結構組成

1.1 門組件結構

集成灶門組件通常由門體、大門框、鉸鏈組件、門封條組成。其中門體由外玻璃、中玻璃、內玻璃以及支架等組成，大門框安裝在內膽組件上（有的），鉸鏈組件支架安裝在內膽組件上，鉸鏈頭部安裝與門體上，門封條安裝在大門框與內膽凹槽部分，具體如圖1 所示。

圖1 門組件結構示意圖

1.2 鉸鏈組件結構

鉸鏈主要大小壓簧、內支架、花輪、外殼、頭部組成。其中關門力由頭部與小壓簧、內支架配合完成，開門力由頭部與大壓簧、內支架配合完成。如圖2 所示。

圖2 鉸鏈結構示意圖

1.3 門封條結構

涉及蒸烤類的器具門封條宜采用的硅橡膠材質，材料硬度為（35±5）HA，工藝為一體成型，具有耐高溫230 °、耐蒸汽100 °的性能[1]。市面上有不同企業(yè)有不同類型的門封條結構，企業(yè)通常根據(jù)品類產品的特點延續(xù)性應用，采用的的結構示意圖如圖3 所示。

圖3 門封條剖面示意圖

2 門封性能基本原理

根據(jù)門組件的運動軌跡，如圖4 所示。開門到關門的過程，即0 °狀態(tài)運行到90 °狀態(tài)。當門處于0 °時，鉸鏈也處于0 °，由大壓簧處于受力狀態(tài)，當門處于90 °時，鉸鏈理論上處于90 °，由小壓簧處于受力狀態(tài)以及門封條受到力壓縮后形成的反彈力。為更好的研究門封狀態(tài)的受力情況，上述狀態(tài)可用公式（1）來進行表示。

圖4 門體關門狀態(tài)示意圖

注1：門體處于（0～85）°時，大壓簧受力，（85～90）°時，小壓簧受力。

注2：門封條壓縮力，當門體處于（89～91）°時，開始受力。

注3：為鉸鏈的彈簧拉力與鉸鏈自身摩擦力的差值。

從公式可得出，若需要提高關門力，采取的方法是控制機器本身的垂直度即平整度、適當提高鉸鏈力的大小或降低門自身重力以及降低門封條壓縮力來實現(xiàn)。

3 門封性能影響因素分析

根據(jù)基本原理，影響關門力的主要因素是鉸鏈力、門封條壓縮力、平整度，如圖5 所示。

圖5 門封性能影響因素圖

3.1 鉸鏈力影響

根據(jù)彈簧基本原理：

k—彈簧系數(shù)；

L—彈簧行程即壓縮長度或伸長長度；

f—頭部與花輪之間的摩擦力。

彈簧系數(shù)通常取決于彈簧材質，可視為常數(shù)[2]。彈簧材質通常根據(jù)實際工況來選配，廚電行業(yè)集成灶考慮到蒸功能環(huán)境會有水蒸氣或冷凝水因素，會選擇不銹鋼加鍍層。彈簧行程取決于彈簧圈數(shù)、彈簧線徑。摩擦力則取決于頭部弧度與花輪的接觸面積，根據(jù)鉸鏈的結構特點，門體接觸門封條一瞬間，即85 °以上時，此時為頭部與花輪剛接觸受到的反作用力為最大。

3.2 門封條壓縮力影響

根據(jù)門封條結構和安裝要求，可分為安裝部分和密封部分，如圖8 所示。安裝部分是起到不易松脫的目的，由實際產品大門框與內膽組裝后的凹槽部分尺寸決定，基本是固定的。密封部分則通過唇邊的角度、厚度、寬度實現(xiàn)，壓縮力的影響來源壓縮量的大小，而壓縮量取決于唇邊的自身結構和硅橡膠的材質、硬度值等。目前無法具體仿真驗證，只能以往產品的硬度值效果以及采取適配的驗證方式，驗證門封條的壓縮量足夠貼住整個大門框，從而達到最佳的密封效果。當壓縮量過大時，通常采取降低鉸鏈力值；當壓縮量過小時，通常采取的方式是調整密封部分唇邊的角度和厚度或提高鉸鏈力值。

3.3 平整度影響

根據(jù)門密封基本原理，鉸鏈處于90 °時，關門力最大。要確保該條件，通常設計要求是大門框的平整度≤0.5 mm、內膽翻邊高度段差≤0.3 mm（大門框是安裝在內膽翻邊上），平整度管控方法是將零部件平放水平臺用塞尺進行測量或水平尺進行測量。翻邊高度用游標卡尺測試各邊數(shù)據(jù)，然后計算出各邊的段差值。

4 模擬驗證分析

4.1 鉸鏈力的影響

根據(jù)鉸鏈結構要求，模擬大門框、門體安裝狀態(tài)，驗證鉸鏈在不同角度下（指鉸鏈頭部與內支架之間的角度，以下簡稱角度）對關門力的影響。如圖6 所示。

圖6 角度-力值關系分析值

從圖6 可看出，角度不同時，鉸鏈的力值是不同的。如鉸鏈4：90 °時關門力34.02 N，鉸鏈5：89.7 °時關門力34.88 N，鉸鏈6：90.5 °時關門力34.18 N。為了確保鉸鏈力值為最大時，應確保角度在（89.5～90）°范圍內，當超出該范圍時，力值會逐漸變低，同時會出現(xiàn)鉸鏈處于“虛位”的狀態(tài)，即鉸鏈關門力小于摩擦力時。

4.2 門封條壓縮力影響驗證

根據(jù)門封條結構要求，選取角度（89.5～90）°的鉸鏈5 組，模擬大門框、門體安裝狀態(tài)，驗證不同硬度時門封條壓縮力不同，壓縮力不同對鉸鏈力值的影響。如圖7 所示。

從圖7 可看出，硬度（30～33）HA 逐漸上升，從33 HA～開始，鉸鏈力值逐步下降，說明當門封條硬度逐步上升時，門封條的壓縮力會同步上升，從而導致鉸鏈達不到力值最大的角度，造成鉸鏈力值逐步偏小。因此，一般優(yōu)選硬度值（33±3）HA 的門封條。

4.3 平整度影響驗證

從鉸鏈角度與力值關系、門封條硬度值對鉸鏈的力值影響可得出的結論是要獲得鉸鏈的力值最大值，則需要保證鉸鏈的角度符合要求，因此，大門框、門體的平整度控制也是基于這個目的，本節(jié)不再重復驗證。

5 裝配驗證分析

根據(jù)模擬驗證的結果，實際選取不同硬度的門封條各3 組、不同關門力值的鉸鏈各3 組，平整度符合標準的大門框，按照工藝卡要求正常組裝各零部件，驗證實際門封性能可靠性。測試條件：環(huán)境溫度（20±5）℃，機器設置蒸功能模式100 ℃，通電運行1 h，觀察門體是否符合要求。合格標準：測試完成后，開門確認門體各位置不漏氣不漏水，且接水槽位置無殘留水。具體實施的結果如表1 所示。

表1 不同硬度門封條與不同鉸鏈力值的匹配關系

從表1 中可以看出，較軟的門封條雖能滿足不漏氣漏水的要求，但同時也產生了嘯叫的問題；較硬的門封條在實際裝配驗證會存在漏氣的情況。力值過大的鉸鏈會帶來開門難的問題，力值較小的鉸鏈則無法解決漏氣問題，因此，根據(jù)以上對比情況，鉸鏈力值可以關門力能夠滿足門封性能要求，重要需要解決門封條出現(xiàn)嘯叫的現(xiàn)象。

6 結構優(yōu)化及驗證

根據(jù)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，產生嘯叫是因為當內膽腔體壓力達到一定狀態(tài)，突然開門，壓力無法達到平衡狀態(tài)，腔體內的蒸汽或熱空氣從門封條唇邊處釋放時造成的。為解決該問題，因此，對門封條結構進行了優(yōu)化設計，圓弧結構優(yōu)化成直邊結構，增加門封條的接觸面。如圖8 所示。

圖8 優(yōu)化前后對比示意圖

根據(jù)優(yōu)化的圖紙拿到樣品后，進行了相應的驗證對比確認。實際發(fā)現(xiàn)開門后立即關門不會存在嘯叫現(xiàn)象，能滿足門封性能要求。如表2 所示。

7 結論

為更好的解決集成灶門封性能問題，保障用戶的基本體驗感，本文系統(tǒng)性地針對集成灶門封性能涉及的各影響因素、各因素的影響程度進行討論和分析，同時通過模擬驗證、實物裝配驗證、結構優(yōu)化等方式最終達到門封性能的效果。與傳統(tǒng)的實物驗證方法相比較，本文介紹的方法是理論與實際的結合，可為后續(xù)類似結構的集成灶提供指導依據(jù)。不過由于作者對仿真軟件不熟無法建立模型進行應用驗證，也會后續(xù)期望研究類似課題提供思考的方向。