集成灶门封性能影响的研究

石昊明 邓俊杰 肖惠琨 汪斌强 李法民 王 畅

（杭州老板电器股份有限公司 杭州 311100）

引言

随着集成灶更强性能、更多功能、更优空间的需求日益增长，越来越多的家庭更加注重品质轻奢生活的追求，高品质的烹饪体验和多样化的用户体验需求成为一种趋势。蒸烤款类型的集成灶成为家庭的优先选择，其中蒸功能涉及门组件密封性能，是用户能第一时间能体验到的产品基本性能指标。目前行业内对该门组件密封性能的研究仍停留在实物验证即机器本身方面，系统性理论研究与实际结合的方式处于空白。为了更好的解决门封性能的问题，本文旨在通过理论研究、模拟验证分析、实际装配验证分析，有效解决门封性能的问题，从而达到用户的基本诉求，更好的体验其他智能化功能。

1 密封结构组成

1.1 门组件结构

集成灶门组件通常由门体、大门框、铰链组件、门封条组成。其中门体由外玻璃、中玻璃、内玻璃以及支架等组成，大门框安装在内胆组件上（有的），铰链组件支架安装在内胆组件上，铰链头部安装与门体上，门封条安装在大门框与内胆凹槽部分，具体如图1 所示。

图1 门组件结构示意图

1.2 铰链组件结构

铰链主要大小压簧、内支架、花轮、外壳、头部组成。其中关门力由头部与小压簧、内支架配合完成，开门力由头部与大压簧、内支架配合完成。如图2 所示。

图2 铰链结构示意图

1.3 门封条结构

涉及蒸烤类的器具门封条宜采用的硅橡胶材质，材料硬度为（35±5）HA，工艺为一体成型，具有耐高温230 °、耐蒸汽100 °的性能[1]。市面上有不同企业有不同类型的门封条结构，企业通常根据品类产品的特点延续性应用，采用的的结构示意图如图3 所示。

图3 门封条剖面示意图

2 门封性能基本原理

根据门组件的运动轨迹，如图4 所示。开门到关门的过程，即0 °状态运行到90 °状态。当门处于0 °时，铰链也处于0 °，由大压簧处于受力状态，当门处于90 °时，铰链理论上处于90 °，由小压簧处于受力状态以及门封条受到力压缩后形成的反弹力。为更好的研究门封状态的受力情况，上述状态可用公式（1）来进行表示。

图4 门体关门状态示意图

注1：门体处于（0～85）°时，大压簧受力，（85～90）°时，小压簧受力。

注2：门封条压缩力，当门体处于（89～91）°时，开始受力。

注3：为铰链的弹簧拉力与铰链自身摩擦力的差值。

从公式可得出，若需要提高关门力，采取的方法是控制机器本身的垂直度即平整度、适当提高铰链力的大小或降低门自身重力以及降低门封条压缩力来实现。

3 门封性能影响因素分析

根据基本原理，影响关门力的主要因素是铰链力、门封条压缩力、平整度，如图5 所示。

图5 门封性能影响因素图

3.1 铰链力影响

根据弹簧基本原理：

k—弹簧系数；

L—弹簧行程即压缩长度或伸长长度；

f—头部与花轮之间的摩擦力。

弹簧系数通常取决于弹簧材质，可视为常数[2]。弹簧材质通常根据实际工况来选配，厨电行业集成灶考虑到蒸功能环境会有水蒸气或冷凝水因素，会选择不锈钢加镀层。弹簧行程取决于弹簧圈数、弹簧线径。摩擦力则取决于头部弧度与花轮的接触面积，根据铰链的结构特点，门体接触门封条一瞬间，即85 °以上时，此时为头部与花轮刚接触受到的反作用力为最大。

3.2 门封条压缩力影响

根据门封条结构和安装要求，可分为安装部分和密封部分，如图8 所示。安装部分是起到不易松脱的目的，由实际产品大门框与内胆组装后的凹槽部分尺寸决定，基本是固定的。密封部分则通过唇边的角度、厚度、宽度实现，压缩力的影响来源压缩量的大小，而压缩量取决于唇边的自身结构和硅橡胶的材质、硬度值等。目前无法具体仿真验证，只能以往产品的硬度值效果以及采取适配的验证方式，验证门封条的压缩量足够贴住整个大门框，从而达到最佳的密封效果。当压缩量过大时，通常采取降低铰链力值；当压缩量过小时，通常采取的方式是调整密封部分唇边的角度和厚度或提高铰链力值。

3.3 平整度影响

根据门密封基本原理，铰链处于90 °时，关门力最大。要确保该条件，通常设计要求是大门框的平整度≤0.5 mm、内胆翻边高度段差≤0.3 mm（大门框是安装在内胆翻边上），平整度管控方法是将零部件平放水平台用塞尺进行测量或水平尺进行测量。翻边高度用游标卡尺测试各边数据，然后计算出各边的段差值。

4 模拟验证分析

4.1 铰链力的影响

根据铰链结构要求，模拟大门框、门体安装状态，验证铰链在不同角度下（指铰链头部与内支架之间的角度，以下简称角度）对关门力的影响。如图6 所示。

图6 角度-力值关系分析值

从图6 可看出，角度不同时，铰链的力值是不同的。如铰链4：90 °时关门力34.02 N，铰链5：89.7 °时关门力34.88 N，铰链6：90.5 °时关门力34.18 N。为了确保铰链力值为最大时，应确保角度在（89.5～90）°范围内，当超出该范围时，力值会逐渐变低，同时会出现铰链处于“虚位”的状态，即铰链关门力小于摩擦力时。

4.2 门封条压缩力影响验证

根据门封条结构要求，选取角度（89.5～90）°的铰链5 组，模拟大门框、门体安装状态，验证不同硬度时门封条压缩力不同，压缩力不同对铰链力值的影响。如图7 所示。

从图7 可看出，硬度（30～33）HA 逐渐上升，从33 HA～开始，铰链力值逐步下降，说明当门封条硬度逐步上升时，门封条的压缩力会同步上升，从而导致铰链达不到力值最大的角度，造成铰链力值逐步偏小。因此，一般优选硬度值（33±3）HA 的门封条。

4.3 平整度影响验证

从铰链角度与力值关系、门封条硬度值对铰链的力值影响可得出的结论是要获得铰链的力值最大值，则需要保证铰链的角度符合要求，因此，大门框、门体的平整度控制也是基于这个目的，本节不再重复验证。

5 装配验证分析

根据模拟验证的结果，实际选取不同硬度的门封条各3 组、不同关门力值的铰链各3 组，平整度符合标准的大门框，按照工艺卡要求正常组装各零部件，验证实际门封性能可靠性。测试条件：环境温度（20±5）℃，机器设置蒸功能模式100 ℃，通电运行1 h，观察门体是否符合要求。合格标准：测试完成后，开门确认门体各位置不漏气不漏水，且接水槽位置无残留水。具体实施的结果如表1 所示。

表1 不同硬度门封条与不同铰链力值的匹配关系

从表1 中可以看出，较软的门封条虽能满足不漏气漏水的要求，但同时也产生了啸叫的问题；较硬的门封条在实际装配验证会存在漏气的情况。力值过大的铰链会带来开门难的问题，力值较小的铰链则无法解决漏气问题，因此，根据以上对比情况，铰链力值可以关门力能够满足门封性能要求，重要需要解决门封条出现啸叫的现象。

6 结构优化及验证

根据现象发现，产生啸叫是因为当内胆腔体压力达到一定状态，突然开门，压力无法达到平衡状态，腔体内的蒸汽或热空气从门封条唇边处释放时造成的。为解决该问题，因此，对门封条结构进行了优化设计，圆弧结构优化成直边结构，增加门封条的接触面。如图8 所示。

图8 优化前后对比示意图

根据优化的图纸拿到样品后，进行了相应的验证对比确认。实际发现开门后立即关门不会存在啸叫现象，能满足门封性能要求。如表2 所示。

7 结论

为更好的解决集成灶门封性能问题，保障用户的基本体验感，本文系统性地针对集成灶门封性能涉及的各影响因素、各因素的影响程度进行讨论和分析，同时通过模拟验证、实物装配验证、结构优化等方式最终达到门封性能的效果。与传统的实物验证方法相比较，本文介绍的方法是理论与实际的结合，可为后续类似结构的集成灶提供指导依据。不过由于作者对仿真软件不熟无法建立模型进行应用验证，也会后续期望研究类似课题提供思考的方向。