一个产品,通常由不同的零部件组成,零部件之间需要通过一种或者多种紧固方式连接在一起。零件之间的连接方式有很多种,比如塑胶件的连接方式,大体分为可拆连接、半可拆连接、不可拆连接。
在产品结构设计时,连接方式的选择,通常需要考虑以下几个主要因素:
1、拆装性能:是否需要拆装,拆装的频率,拆装的可逆性,拆装的方便性。
2、连接件属性:几何形状是否允许,空间是否足够,材料的性能是否满足要求。
3、使用环境:负荷(强度要求)、温度(耐温要求)、介质(防尘防水要求)。
4、经济因素:辅料成本、组装成本、维修成本。
5、美学要求:外观的完整性、美学效果。
本文,着重聊聊螺丝和胶粘剂这两种连接方式。
一、螺丝和胶粘剂在设计上的应用对比
螺丝固定是一种古老但是应用非常广泛的连接方式,而胶粘剂近十年才开始被广泛使用,螺丝和胶粘剂这两种连接方式的特点,大部分是相反的,比如,螺丝连接拆卸方便,胶粘剂连接拆卸不方便,甚至不可拆卸;螺丝连接会破坏产品外观,胶粘剂连接不会破坏外观的完整性。
螺丝固定一直以来被视为一种可靠的连接方式,以至于行业内为螺丝制定了一系列的标准,但是螺丝头外露影响到产品的外观效果,如今,越来越多的产品几乎没有或根本没有可见的紧固件(至少第一外观面),特别是在消费电子行业,外观不能看到螺丝似乎早已是不成文的规矩,否则这个产品的设计或者做工就会受到消费者的怀疑。
图:全身到处可见的螺丝孔
胶粘剂粘合的优点是毋庸置疑,严丝合缝,装配结构简单,产品内部空间利用率高。
用胶粘剂来固定,这种结构方式在过去一直都是被鄙视的,通常认为是一种不可靠的设计,或者被认为是临时性的将就,而不是一种具有严格意义上的“结构”的设计。
但是在消费电子产品领域,随着产品形态越来越小型化,产品的外观要求越来越高,传统的固定方式已经不能满足要求,越来越多的胶粘剂被应用到零件的粘合和装配中。同时,随着胶粘剂技术的发展,金属与金属,塑料与塑料,金属与塑料,都可以实现粘接紧固,还可以使用胶粘剂达到填充、导电、遮蔽、防水、防震等作用,可谓是功能和用途越来越广泛。
图:胶粘剂在手机中的应用
图:胶粘剂在手表中的应用
图:胶粘剂在电子烟中的应用
虽然可以轻松选择不同规格的螺丝应用到你的结构设计中,但有时的内部或者外部没有足够的空间来容纳螺丝头或配套的螺丝柱。在当今追求更薄,更小,功能更多的产品设计理念下,产品内部的体积可谓是寸土寸金,别说螺丝柱了,连卡扣结构都觉得占用空间,比如下图无线耳机。
同样,追求越来越窄边框的手机或其他产品显示模块没有足够的空间来容纳螺丝柱。
因此,大多数显示模块和盖板使用液体胶水和胶带将它们粘合到外壳上。比如某手机,TP屏+TP装饰件+中框,如图为TP超窄边的结构示意图,中框和TP装饰件及TP装饰件和TP屏都是通过点胶贴合。
消费电子产品中的电池通常是其中最大和最厚的组件,手机电池固定,目前主要有四种方案:卡扣/螺丝、双面胶带、包裹膜、易拉胶带。
从不同的出发点考虑,这四种方案的优缺点也不同:
1)尽管卡扣/螺丝,不会对电池造成很大损坏,但在设计时,必须考虑插槽和螺丝的空间、外观等,并且拆卸和安装时比较麻烦,到了强调轻薄化的智能手机时代,该方案已被淘汰。
2)双面胶带,材料成本较低,但当需要拆卸或修理电池时,电池经常会被损坏。
3)包裹膜,在组装工艺流程上,比较繁琐复杂,在拆卸时,在一定程度上容易对电池表面造成破损、主体弯折或排线断裂等情况。
4)易拉胶带,也称为抽拉胶或电池胶条,是通过拉伸降低胶粘带的粘性,可以在不损坏电池、不影响电池寿命的情况下轻松拆卸电池,将其从被贴物上轻松剥离无残胶;目前是电子元器件的粘接固定、无损移除方案中的最佳选择。
胶粘剂通常用于空间有限和几何形状复杂的区域。这些材料利用分布在更大表面积上的粘合特性来形成牢固的粘合,这使得胶粘剂成为防止水或灰尘进入组件的理想选择。相比于采用密封圈+螺丝固定,粘合剂可以更省空间。
传统的三防机前后壳多数采用密封圈+螺丝固定,密封结构占用较大空间。
目前的智能手机前后壳,基本上采用整圈的胶粘剂进行贴合固定,密封结构占用较小空间。
二、螺丝和胶粘剂在产线上操作的对比
在装配线上,螺钉通常易于管理,但是如果种类过多时,则管理和装配会变得更具挑战性。
螺丝在使用上需要有明确工艺要求,这包括扭矩的限定,批头的选择。如果需要装配很多螺钉,装配员的漏装同样是一个需要关注的问题。
好在螺丝装配的时间是短暂的,而胶粘剂的使用需要经过点胶、贴合、压紧等过程,同时胶水需要有一定的固化时间。
另一方面,胶粘剂对温度和湿度等环境条件敏感,随着时间的推移,其性能会受到一定程度的影响。
胶粘剂的使用通常需要配置点胶机以及相应的夹具,显然这是一笔不少的成本支出。
同时,点胶机的控制也很关键,过多的胶水会导致外观问题或贴合问题,因为胶水会流入不应该出现的区域。胶水太少,可能无法达到所需的强度或密封。如果安装不当,胶带和泡棉等背胶材料也会导致问题,比如,起皱纹意味着粘合表面积减少和潜在的公差问题。
三、螺丝和胶粘剂在售后维修上的对比
修理带有螺丝的设备通常比那些用胶粘剂固定的设备容易得多,因为螺丝固定结构是可拆卸的且可重复利用的,某些胶粘剂虽然通过工具也能拆卸,但是其相对于螺丝固定结构困难得多,且胶粘剂一旦被拆卸,其性能就会大大降低,基本上不能复用。
即使有螺丝,修理也可能有点棘手,因为有些设备使用的是定制的特殊安全螺丝。比如iPhone的底部使用五角螺丝,需要专用的批头的螺丝批才能拆卸。
还有,设备通常使用不止一种类型的螺丝,如果消费者不小心,他们可能会在维修或重新组装设备时无意中使用错误的螺丝。错误位置的长螺丝可能会刺穿显示器或电池等敏感组件。对于小螺丝,错误的扭矩可能会导致螺钉退出或折断头部。
出于防水和其他耐用性原因,手机和智能手表等消费电子产品可能会继续使用胶粘剂作为物理屏障。然而,欧洲对维修权的推动将鼓励品牌进行创新,并找到让消费者更容易自行维修设备的方法。
例如,虽然许多电子设备确实在多个地方使用胶粘剂,但如果仅仅是为了防水,那么胶粘剂可能不需要那么强。
制造商花费大量时间和精力使他们的产品满足一致性和可靠性的高标准,他们不希望用户或者第三方打开设备,如果私自打开,那么保修通常就会失效。因此,即使维修运动的势头越来越大,关于谁对维修失败的产品负责的问题一直还没有更好的解决方案。
不管是螺丝,还是胶粘剂,抑或是卡扣等其他结构方式,它们各有各自的优缺点,都有它们各自的结构表达方式以及应用场景,并没有好坏之分。作为设计师,应要充分了解它们的特点,灵活运用,不应局限于某一种。即使以后会出现其他更新颖的、我们不熟悉的结构连接方式,我们应该主动去了解与学习,而不是一味排斥。
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