汽车连接器铰链断裂的影响因素及原因分析

在目前的汽车连接器行业中，我们通常把利用材料本身的柔性来进行装配的方式称为铰链结构（图1）。

所谓铰链断裂， 是指铰链结构本身在装配过程中断裂而产生的一种失效模式（图2）。

在实际的生产以及应用过程中，对于塑性较好的尼龙类材料的铰链产品，一般不会出现铰链 断裂的失效模式，但对于PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）， 由于材料本身的塑性应变较弱，致使由此类材料生产的产品时常存在铰链断裂的缺陷。

影响铰链断裂的因素，大体可分为以下几点：①产品结构；②模具结构； ③材料本身的性质；④注塑工艺。

产品结构

不言而喻， 产品结构对于铰链的性能有着至关重要的作用， 下面我们就对目前常用的铰链结构进行分析， 其铰链简图如图3所示。

从产品结构来分析， 在铰链内侧材料是受到挤压， 而外侧材料是受到拉伸。这样在铰链外侧就会形成一条应力集中区域（图4），

伴随着在铰链弯曲的过程中外侧材料受到的拉力越来越大，铰链就可能会在外侧因拉力过大而出现断裂现象。

下面通过计算公式来分析铰链断裂的原因， 在此之前我们需要做几个假设：
①铰链外部受最大的拉力；
②铰链内部受最大的压力；
③当拉伸的应力超过材料所能承受的极限时，铰链将会断裂；
④中性线（在铰链弯曲过程中假定的一条长度不变的线） 位置不变。铰链力学结构分析如图5所示。

当铰链处于弯曲到位时，铰链外侧长度就从L1变为L0， 此时，外边缘的长度变化量与中性线长度的比值即为应变值， 计算如下

Σ=△L0/L1= (L0-L1)/L1=t/R

式中： R———铰链半径（中性线处）； L0———铰链外侧弧线长度， L0= （R+t）π／2； L1———铰链中性线的长度（在铰链厚度 的中间）， L1=πR ／ 2； t———铰链厚度的一半。因为R=2L1／π， 所以Σ= πt/2L1。 又因为应力=应变值×弹性模量E， 即σ=ΣE= πtE/2L1。

由以上公式我们不难看出：只有材料的σ弯曲＜σ屈服，铰链才不会断裂。因此，只有满足L1＞πtE／2σ时，铰链才不容易断裂。

模具结构

模具结构对铰链性能影响的最主要因素是浇口的位置。在模具浇注的过程中，流动必须在铰链的整个截面上进行，而不仅是沿着铰链流动，在较薄铰链的截面处流动会使长链聚合物分子与流动的方向一致。这样，在流动方向上的区域就会变得很强， 而在流动方向垂直的方向就会变得很弱。因此，如果流动是沿着铰链进行的，就会有应力较弱处，铰链就容易断裂。

流动方向是由模具中浇口的位置和方位来确定的，浇口必须处于与铰链中心线相垂直的线上，并且有一定的距离，假如靠近铰链处主体护套的厚度不变，浇口任何偏离中心位置将导致熔料在铰链上 的对角线流动，从而势必影响铰链的强度。

材料本身的性质

每种材料的弹性模量E都不一样， 势必会直接影响铰链的性能， 并且同一材料不同厂家也不一样。选择一种性能优越的材料至关重要，对于此点就不再作详细说明。

注塑工艺

注塑工艺也会影响铰链的性能，比如注塑机的稳定性， 以及保压时间等，都会对铰链性能有影响，所以， 制定一个合理的生产工艺是非常有必要的。

结束语

通过以上分析，不难得出对于分析铰链产品断裂的一般方法。当然，这些方法也可以应用在产品的设计初级阶段，做到问题早发现早解决， 在实际的生产中，应该还会有其他的一些因素影响产品的性能， 这就需要我们勤于思考，善于总结， 最终得到性能优越的产品。