2019-12-13 09:49:21 降本設計

關於作者：
鍾元，2011年出版書籍《面向製造和裝配的產品設計指南》（DFMA）。 

2019年12月即將出版《面向成本的產品設計：降本設計之道》（DFC）。
關注頭條號或微信號“降本設計”，獲取更多原創產品設計知識和理念！
“降本設計”專注於面向製造和裝配的產品設計(DFMA)、面向成本的產品設計(DFC)等產品設計知識和理念分享，幫助工程師成長和提高技能，幫助企業降低產品成本。如需交流或加入微信討論群，請加微信3945996。

卡扣緊固是塑膠件裝配方式中最簡單、最快速、成本最低以及最環保的緊固工藝，卡扣裝配時無須使用螺絲刀、電批等輔助工具，裝配過程簡單，只需一個簡單的插入動作即可完成兩個或多個零件的緊固。

從裝配效率、產品成本和環保等角度來看，卡扣緊固是所有塑膠件緊固工藝之中最值得推薦的！

1. 卡扣的概念和優缺點

卡扣緊固是利用塑膠材料的彈性把兩個零件緊固在一起。

卡扣緊固的優點是：

無需其它零部件例如螺栓、螺母和自攻螺栓等，降低零部件成本
操作簡單，降低裝配成本
適應如大多數塑膠件的緊固
沒有像焊接與點膠的複雜操作技術要求
一些塑膠材料能夠有限次數的重複拆卸使用

卡扣緊固的缺點是：

由卡扣引起的倒扣會使得模具結構複雜
易出現一些常見的的不良，如卡扣組裝不到位或習慣性的空裝
卡扣成型很難做到完全密合，組裝後在重力的作用下經常會有一些蠕動
如果卡扣設計不合理或較弱會影響到產品的質量和可靠性

2. 卡扣的分類和應用實例

卡扣有多種分類方式。根據卡扣的形狀，常用的卡扣可以分為直臂卡扣、圓周卡扣和球形卡扣等。

（直臂卡扣）

（圓周卡扣）

（球形卡扣）

卡扣的的具體實例如下。

3. 卡扣設計指南

在進行卡扣設計之前，需要了解以下重要因素：

使用塑膠材料的機械性能；
要裝配和拆卸的次數；
裝配過程中卡扣能夠承受的應力和應變；
裝配後作用於卡扣的機械壓力。

（1）卡扣的尺寸。卡扣的尺寸需要保證卡扣具有足夠的強度和彈性，使得卡扣在裝配或拆卸過程中不會發生折斷而失效，因此合理的卡扣尺寸設計至關重要。一個典型的直臂卡扣尺寸設計如圖所示。

卡扣厚度t = 0.5~0.6T

卡扣的根部圓角Rmin = 0.5t

卡扣的高度H = 5~10t

卡扣的裝配導入角 α= 25°~ 35°

卡扣的拆卸角度β：

β≈35°用於不需外力的可拆卸的裝配；

β≈45°用於需較小外力的可拆卸的裝配；

β≈80°~90°用於需很大外力的不可拆卸的裝配；

卡扣的頂端厚度Y≤ t

卡扣的厚度和高度是決定卡扣的強度和彈性的主要因素。卡扣厚度太薄則強度弱，卡扣不能承受較大的組裝力；卡扣厚度太厚則卡扣沒有彈性，會因為在裝配過程中沒有足夠的偏移量而發生折斷，同時卡扣對應的塑膠璧容易出現縮水缺陷。

不同的塑膠材料因為其彈性模量等參數不同，其卡扣的尺寸會有所不同，可以通過相關的公式計算出所需要的卡扣尺寸。當然，最好的辦法是通過有限元分析來驗證卡扣的尺寸設計是否滿足受力需求。

（2）卡扣根部增加圓角、避免應力集中。卡扣最常見的失效方式是由於卡扣根部與零件壁尖銳連接，從而導致卡扣根部應力集中以至於在裝配或拆卸過程中發生斷裂。因此卡扣根部需要避免尖角，至少保證卡扣厚度一半大小的圓角。

（3）卡扣均勻分佈。如果兩個零件之間通過卡扣配合，那麼卡扣需要均勻的設置在零件的四周，以均勻承受載荷。如果零件容易發生變形，可以考慮讓卡扣靠近零件容易變形的地方，例如零件的角落處。

（4）使用導向柱或定位柱輔助零件裝配和保證裝配尺寸精度。零件之間如果完全通過卡扣配合，由於卡扣尺寸精度較低，很難保證零件之間的裝配精度要求，這是卡扣裝配的缺點。此時，可以通過增加定位柱和定位孔來保證零件之間的裝配尺寸和提高裝配精度。

使用定位柱和定位孔還有另外兩個好處。其一，在兩個零件裝配過程中，適當高度的定位柱和定位孔先於卡扣裝配特徵之間接觸（也就是說，塑膠件上的定位柱高度高於卡扣的高度），可以為零件的裝配過程提供導向，提高裝配效率，此時定位柱的作用就起著導向的作用；其二，使用定位柱可以有效避免由於粗暴裝配動作而發生的卡扣損壞。