塑料卡扣的设计与应用

摘 要：塑料卡扣具有不导电、抗震、无腐蚀、导热系数低、无磁性、高强度重量比等优点，可广泛应用于各种场合。另外，由于其结构简单，可根据使用环境用各种塑料原料大批量生产，因而其价格低廉。基于此，本文详细分析了塑料卡扣的设计与应用。

关键词：塑料卡扣;设计;应用

合理的卡扣设计不仅外形美观，简化了产品结构，提高了产品装配效率，而且易于实现自动化操作，更有利于控制产品成品率，降低生产成本。卡扣的设计可通过计算机模拟及传统的公式计算来验证，基于经验与理论计算的設计规则更容易引导出完美的卡扣。

一、塑料卡扣概述

卡扣是用于一个零件与另一零件的嵌入连接或整体闭锁的机构，通常用于塑料件的联接，其材料通常由具有一定柔韧性的塑料材料构成。卡扣连接最大的特点是安装拆卸方便，可做到免工具拆卸。目前，卡扣连接技术已广泛应用于汽车内饰件的连接上。

1、组成。一个完整的卡扣主要包括定位、锁紧和附属等部分。①定位部分。定位部分是提供抵抗跨结合面的力的强度和装配件与基体件的精确定位。定位部分可附加在连接上、提供精确定位的特殊功能部分，也可用装配件或基体件原先存在的功能部分，如起定位作用的壁面、表面或边缘。②锁紧部分。锁紧部分是保持零件定位和提供装配保持力的约束功能块，是卡扣的主体部分。其比定位部件薄弱，因锁紧部分必须能偏斜才能装配。只要装配件和基体件装配到位，锁紧部分就将它们保持在这个位置上。③附属部分。附属部分是最容易被忽略的功能部分，它们不直接影响连接的强度，但对可靠性会产生间接影响，其改善了连接对变量的坚固性和产品寿命中的使用条件，也可改善用户友好性。如采用导轨、间隙和引导易于装配，利用文字和符号来指导用户操作，利用一些辅助件来保护薄弱、敏感功能件或保持、增强锁紧件等。

2、特性。塑料卡扣是一种约束功能件，具有一个共同特点，即由锁紧件与定位件组合而成，具有定位约束与分离的功能。其优点是：功能产品单一，无需配套，从而降低成本;无需诸如焊接、点胶等复杂操作技术的要求、无需辅助工具及工装即可完成装配;模具成型，一致性好、互换性强，更适合大批量生产;可拆式卡扣产品能重复拆装利用，节省资源;具有替代螺丝、螺母及弹簧垫片等昂贵金属件的功能;耐腐蚀，容易上色，且重量更轻。而塑料卡扣亦有很多缺陷：需求较高的模具费用;容易呈现一些常见的不良现象，如卡扣拼装不到位或习惯性的空装;卡扣成型很难做到完全密合，拼装后在重力作用下经常会有一些活动;假如卡扣规划不合理或较弱会影响到产品的质量与出售。根部运用次数多之后，容易发生断裂等，且断裂方位难以修补。在塑胶成型的零件上用于不拆开的安装时，若拆开只能更换零件。卡扣规划在公差配合上需求经历的积累。

二、塑料卡扣的种类、术语

1、种类。塑料卡扣按结构形状可大致分为悬臂梁形、圆环形和球形三大类;按截面有无变化可分为恒截面和变截面（又分变厚度、变宽度）两种;按连接方式可分为永久性连接和可拆卸连接。

悬臂梁卡扣为最常见的种类，其基本型有直线型、L型、U型。

2、部分术语。①保持功能件：卡扣中凸起并具有导向、锁紧等功能的部分。②保持面：装配后保持功能件中具有阻止卡扣滑落的功能面。③插入面：装配时引导卡扣挠曲变形，具有导向的功能面。

三、塑料卡扣的设计

塑料卡扣连接的基本原理是利用塑料受力时产生的弹性变形。由于卡扣受力只在卡入（脱出）的瞬间，因而塑料卡扣的设计就是要确保在该瞬间受力的卡扣正处于其弹性变形中;而在完成卡入（脱出）动作后，卡扣应处于不受力状态。

1、机械强度。塑料卡扣的机械强度可由形状、材质、拆装次数、时间及环境等多种因素决定。塑料种类不计其数，卡扣材质的选取要注意以下因素：具有耐弹性变形的弹性，具有一定的强度，具有耐组装变形的表面硬度，容易加工成型。应用在特殊场合下还应考虑塑料耐蠕变性、耐候性等因素。

相同材质而不同结构的卡扣强度差异较大，图1为一种表芯固定架，同为ABS材料，图1a在经过依次拆装后，卡扣根部出现了白纹的永久变形;图3b在图1a结构的基础上增加了一条三角筋，多次拆装后未见塑性变形。

一般来说，时间和环境对卡扣的影响主要体现在老化和温度变化上，设计时需要考虑，但在计算卡扣强度时可排除这些因素。

2、产品内部的相互影响。产品内部的相互影响，即包括其他零部件、同体部位对卡扣的空间限制，也指卡扣反向影响产品的结构强度、外观等。在拆装过程中，卡扣不能与其他零部件、同体部位有干涉。一般情况下，卡扣的有效长度和保持功能件长度会受到限制，进而影响卡扣的挠度、挠曲力和卡入力。同时，卡扣的位置和方向也是影响自身性能和产品强度、外观的因素。譬如，薄壁延伸向并处于薄壁边缘的卡扣，其挠度最大，挠曲力、卡入力最小;而壁面中间突出的卡扣刚性最好，强度大。

3、尺寸控制。塑料卡扣需较高甚至极高的尺寸控制，如手机外壳卡扣的成型需精密模具。而复杂的卡扣类型，模具也相应地复杂，成型也相对困难。另外，有无滑块对模具制造的成本有很大的影响。如成型长臂卡扣，由于沿着长臂伸展方向或单方向侧滑脱模，容易导致卡扣翘曲变形，因此必须用双向侧滑成型工艺，从而增加模具的复杂度。

四、塑料卡扣的经验与计算应用

塑料卡扣的分析计算主要依据塑料的三个假设，即弹性线性、材质均匀及各向同性。但实际塑料材料很难保证这些假设都成立，因此在采用传统结构分析公式计算得出的结果为理想值，在实际应用中必须添加安全系数。在计算机辅助工程CAE普及的今天，卡扣的结构分析可通过CAE软件来完成，尤其是横截面复杂的卡扣。图2为塑料表罩卡扣在挠度为1.6mm时应力、应变和位移图。由图2可知，在产生1.6mm的挠度时，卡扣的应力和应变都在材料的弹性变形范围内，满足设计要求。

参考文献：

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