卡扣设计：卡扣类型和最佳实践

作为工业设计师，您不希望暴露的紧固件影响您产品的美感。 今天的制造环境也需要高效生产高质量的零件。 这似乎是一个明显的悖论。 然而，解决方案在于使用卡扣配合设计来组装零件。

设计带有卡扣接头的零件可以节省生产时间和金钱。 它们不仅降低了材料成本和零件数量，而且还提高了组装的便利性。 传统的 注射成型技术 已被证明可用于生产卡扣接头。 然而，3D 打印的卡扣配合设计却迎来了新的机遇。

因此，了解卡扣设计至关重要，它会与制造系统发生反应。 卡扣配合设计带来了某些挑战。 本文旨在通过讨论主要功能来帮助您驾驭复杂的搭扣世界。 我们还将了解重要的分类和克服常见原型设计问题的最佳实践。  

卡扣接头是组装零件最简单、最有效的方法之一。 使用卡扣接头，通常不需要不同的 紧固件的种类 和工具。 在最简单的形式中，卡扣接头是一个小突起，可以是螺柱、钩子或珠子。 该突起的偏转发生在组装过程中。

主要目的是捕捉主要组件中的功能。 即，部件的突出部分在接合时可能会偏斜。 然后，它捕获配合组件中存在的特征。

通常，用户在组装之前不一定需要接触到卡扣接头。 这使得卡扣配合设计的自动化变得更加容易。 卡扣设计还决定连接是永久的还是临时的。 也就是说，配合是否可以通过工具/力来释放。

注塑成型卡扣配合的重要标准之一是装配和拆卸时柔性特征的位移。 卡扣接头通常用于塑料零件。 因此，配合允许有灵活性。 即，塑料材料允许合理水平的应变和弹性。 因此，可以有很大的挠度而不会有损坏零件的风险。

在连接状态下，卡扣配合通常没有载荷，只有极小的位移。 这使得它们可用于塑料材料。 蠕变往往发生在受压塑料上，这可能会导致它们随着时间的推移失去预紧力。

本质上，刚性定位器元件有助于对齐连接部件。 这有助于防止接头出现任何形式的位移和松脱。 在这种情况下，锁扣、凹槽、凸耳等都是不错的选择。

卡扣接头可用于多种应用。 几个基本的 适合的类型 可以与它们结合以满足行业标准和特定的设计要求。 这扩展了塑料卡扣设计示例的多样性。

有多种卡扣配合设计可供选择。 本节将讨论三种最常见的卡扣接头类型。 它们包括以下内容：

这些是制造业中最常见的卡扣接头类型。 这些接头具有简单的几何形状，使其易于在卡扣设计中实现。 在连接过程中计算它们的应变也很容易。

基本设计包括一个悬臂梁，其尖端带有一个锥形挂钩。 连接伙伴中也有匹配的凹槽。 该结构显示锥形表面沿着接合伙伴的表面滑动。 这会弯曲悬臂，让挂钩在弹回到未变形状态之前到达凹槽。

接头可以是永久性的，也可以支持在分离力下的释放。 该属性取决于挂钩和凹槽之间出现的表面角度。 在某些情况下，悬臂不是直杆。 还有其他带有 U 形或 L 形悬臂的设计。 这些设计在塑料零件中很常见。

这些形状的优点在于它们可以支撑更长的悬臂而不占用更多的空间。 因此，当它们处于紧凑的环境中时，它们允许较低的偏转力。 当这些 U 形和 L 形悬臂位于零件边缘时，注塑设计中就不需要滑块。

与悬臂卡扣配合设计不同，扭转卡扣配合基本上通过扭转杆来偏转梁。 它们是创建可分离连接的简单方法。 这些强大的解决方案也相当于一种经济且复杂的连接方法。 摇臂的设计可以轻松打开连接伙伴。

摇臂的偏转力由其轴的扭矩给出。 卡扣式摇臂和扭杆一体成型，可实现最佳连接。 当钩梁延伸超出扭杆轴线时，就会出现跷跷板机制。 用户只需推动横梁的自由端即可提起挂钩并释放接头。

使用环形卡扣接头的卡扣设计通常适用于椭圆形或圆形零件。 这些部件包括笔帽和容器盖。 这种类型的卡扣接头在一个部件的圆周上有一个脊。 该脊锁定到第二部件的凹槽中。 除了弯曲之外，组装过程中还可能出现拉伸或压缩环向应力。

在设计接头时，这些多轴应力可能是一个挑战。 我们可以根据连接部件的直径来估计简单圆形几何形状的应变。 环形卡扣配合有一个关键特性，即圆周的压缩和拉伸。

人们经常将挂钩的圆形布置与环形卡扣设计混淆。 然而，事实并非如此，因为环形配合的偏转受弯曲支配。 根据连接部件的设计，环形卡扣配合可能会表现出不同的特性。 它们通常很容易锁定和释放，就像您在笔帽中看到的那样。 有些可能会提供永久的、不可松开的连接，这取决于连接部件的角度。 然而，在这两种情况下都可以允许轮换。

该视频向您展示了塑料的卡扣接头：

您为设计所做的计算将取决于您希望实现的设计类型。 下表将帮助您进行有效的计算。

卡扣配合确实是塑料零件组装的一种经济高效的解决方案。 如果您需要任何建议或有任何原型零件需求，RapidDirect 是您的选择。

卡扣配合设计不是一种单一解决方案的配合程序。 在注塑卡扣或 3D 打印过程中可能会出现一些挑战。 在这里，我们将讨论工程师在设计卡扣配合时面临的一些挑战

使用悬臂卡扣接头时出现尖角时，应力可能会集中在根部。 这导致悬臂更容易剪断。

塑料或热塑性塑料通常容易蠕变。 这是材料受力时的逐渐变形。 随着时间的推移，蠕变将破坏组件之间的连接并可能使它们变得无用。

当重复组装和拆卸卡扣配合时，在低于材料应力的应力下可能会出现故障。 疲劳失效经常发生在高负载频率下。

如果间隙放置不当，可能会出现公差问题。 只要存在公差问题，组件就不会完美地组合在一起。

更多： 注塑公差：以四种方式优化它们

有多种设计特征可以帮助减少卡扣接头组件上的应变和应力。 他们包括：

在悬臂的底部添加圆角是在零件上分配应力并建立更牢固连接的好方法。 推荐的圆角半径应至少为悬臂底座厚度的 0.5 倍。

好的设计实践是减小悬臂梁在其长度上的横截面。 这确保了使用更少的材料，并且材料中的应力分布更均匀。

这种做法的目的是增加卡扣配合设计的强度。 这可能是一个初始的反复试验过程，以获得正确的刚度水平。 但是，建议的夹子宽度应至少为 5 毫米。

在组件中添加凸耳将有助于零件对齐。 它还有助于从夹子转移一些剪切力。

建议避免设计从床垂直向上构建的卡扣接头。 由于过程的各向异性，这些通常较弱。 悬臂或其他卡扣配合也应仅在组装期间偏转。 它们在组件连接期间不应偏转。

卡扣配合为制造商提供了成本和性能效用。 然而，卡扣设计可能是一个复杂的迭代过程。 因此，您只需遵循一些简单的制造最佳实践即可充分利用卡扣接头。 这将进一步缩短原型设计生命周期。

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