塑料件卡扣连接设计指南

塑料件卡扣连接设计指南目次Ⅱ1.范围............................................................................................................................................................12.规范性引用文件........................................................................................................................................13.定义............................................................................................................................................................14.塑料件卡扣连接概述................................................................................................................................24.1卡扣连接的关键要求............................................................................................................................24.2卡扣连接的要素....................................................................................................................................45.约束概述..................................................................................................................................................125.1约束原理..............................................................................................................................................125.2约束原则..............................................................................................................................................165.3约束布置..............................................................................................................................................166.定位功能件设计......................................................................................................................................216.1定位功能件类型..................................................................................................................................216.2定位副的组合及其适配性..................................................................................................................296.3定位副与装配......................................................................................................................................306.4定位副与保持......................................................................................................................................337.锁紧功能件设计......................................................................................................................................367.1锁紧功能件类型..................................................................................................................................367.2锁紧功能件的结构设计与计算..........................................................................................................527.3对锁紧功能件装配与保持行为的分离..............................................................................................76前言Ⅳ为指导本公司塑料件卡扣连接的开发，特制定了本设计指南。集成在产品上的卡扣连接与散件紧固或焊、粘接相比功能产品单一，无需配套；不要求焊接、点胶等复杂的操作；锁紧功能件由模具成型，一致性好，互换性强，尤其适合汽车行业的大批量生产；装配及拆卸往往不需要工具，便利性强；省去或减少了螺钉、螺母等散件的使用数量，降低了生产成本；可用于对外观有要求而不能使用散件紧固的产品。且由于塑料产品的材料和工艺特性特别有利于集成式卡扣的开发，所以卡扣连接是一种普遍应用于汽车塑料产品的连接形式。然而塑料件卡扣连接的可靠性特别依赖设计，本指南旨在对卡扣设计进行介绍，使读者了解相关知识并能应用在本公司塑料产品的设计开发中。本指南由公司产品管理部提出并归口。本指南起草单位：车身工程研究院。本指南主要起草人：黄闿鸣本指南由车身工程研究院负责解释。1塑料件卡扣连接设计指南1.范围本指南主要从约束布置、定位功能件及锁紧功能件设计等方面对集成在塑料件上的卡扣连接进行介绍，也可为其他未集成在塑料件上的卡扣连接形式提供设计参考。本指南用于指导本公司汽车塑料件卡扣连接的设计开发。2.规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。JB/T6544-1993塑料拉伸和弯曲弹性模量试验方法3.定义塑料件的连接通过机械、焊接、粘接等连接手段对塑料件形成特定约束的连接方式。卡扣连接卡扣连接是通过集成在零件上或分离的定位功能件和锁紧功能件共同作用对零件形成特定约束的连接方式，其中锁紧功能件在装配过程中发生形变，随后又恢复到它原始位置从而形成锁紧并提供保持力。定位功能件定位功能件是相对非柔性的约束功能件，它们保证装配件和基本件之间的精确定位，提供锁紧力以外的分离抵抗力，承受约束行为中主要的载荷。锁紧功能件锁紧功能件是在装配过程中弹性变形，并在装配到位后恢复到原始位置从而形成锁紧并提供保持力的约束功能件。基体件基体件是在连接过程中相对较大，在装配运动中可以视为静止不动的零件或总成，可以视为连接的基准。以汽车为例，对大部分需要装配的饰件来说，车身就是基体件。装配件装配件是需要通过约束连接到基体件上的零件或总成。24.塑料件卡扣连接概述如本指南前言所述卡扣连接是一种可以降低制造成本，提高装配效率及便利性的连接方式，并且特别适合在塑料件上进行开发，但相应的其对设计和成型的要求也较高，尤其是良好的卡扣连接设计可以降低大部分连接层面的失效。下面的概述部分主要从卡扣连接的关键要求和要素两个方面对卡扣连接的设计要点进行介绍，这些要点是在卡扣连接设计中需要重点关注的。4.1卡扣连接的关键要求卡扣连接的关键要求主要包括连接可靠性、约束完整性和装配协调性，它们是卡扣连接的基本目标。其他要求还应该包括制造工艺的可行性、成本的高低，但不在此详细讨论。4.1.1连接可靠性连接可靠性是产品在使用寿命中确保连接符合设计的要求，产品的使用寿命包括但不局限于产品的装配、运输、用户操作、维修阶段，因此对连接可靠性的要求也包括：连接符合功能预期；连接强度；在用户操作过程中不发生分离、松动、破损、噪声；尤其是汽车塑料件的连接应能够适应使用过程中因环境因素引起的产品变形或蠕变；保证装配和维修拆卸的操作与设计预期一致。其中接合强度是约束功能件（定位功能件及锁紧功能件）在产品使用寿命中承受装配、分离、载荷及变形力的能力，是连接可靠性最重要的要求，也是对约束功能件结构强度的要求。4.1.2约束完整性空间物体有6个自由度，并可沿每个自由度的正反两向运动，如图4.1。约束是对零件之间相对自由度的控制，是由装配件和基体件上的约束功能件实现的。通过约束恰好限制零件之间的全部12向运动是完全约束，这是大多数连接中需要的约束；也可能因为产品功能需要而不进行完全约束，保留产品的一部分相对运动，但该运动也是通过约束功能件进行限制和保证的。约束刚好满足产品功能并与约束的运动方向数量恰好相对应是恰当约束。图4.1装配件相对于基体件的6个自由度及12项运动3在连接中相对于恰当约束还存在过约束和欠约束，约束点多于需要约束的运动方向为过约束，少于需要约束的运动方向为欠约束。其中过约束在一些较大的汽车塑料件中用于保证局部重点区域的配合，但极易由于精度、变形、应力等原因造成装配困难、约束失效、甚至产品损坏，使用时需要慎重。欠约束应区别于为适应产品功能而保留的相对运动，通常是由于设计不合理或约束功能件薄弱而引起的约束问题，是卡扣连接必须避免的。列举部分约束对于产品连接的影响如表4.1。表4.1约束对产品连接的影响举例受影响因素约束完整性恰当约束过约束欠约束装配便利性可按设计状态装配装配困难无影响可靠性可靠性依赖约束功能件的强度因应力较大导致连接失效1、因零件间相对运动导致锁紧失效2、因缺少约束影响零件功能噪声无异响无直接影响因零件间相对运动存在异响成本需要的精度适当需要较高精度无直接影响4.1.3装配协调性装配协调要求装配（拆卸）过程中零件各要素与装配（拆卸）运动相适宜，以便装配操作。图4.2及图4.3的两个例子都违反了装配协调性。图4.2锁紧功能件与定位功能件的接合方向互相干涉4（a）设计未给悬臂钩在装配中的变形保留足够空间（b）装配为推运动，然而拆解为翻转运动，翻转过程中一端卡扣可