出于工艺或结构考虑,很多的塑料产品或塑胶部件可能是由不同材料、不同功能的零部件组装而成,两个零件要组装在一起就需要在它们之间设计连接,连接设计的目的就是要根据各种因素设计一种最适宜的连接方法,将零部件组装固定到一起。
塑胶件之间的连接方式有很多种,如下图,大体分为可拆连接、半可拆连接、不可拆连接,实际上还不是很准确,有些连接方式结构参数改变了就变成另外一种方式了,如卡扣的扣合量大了就变成难拆卸或不可拆卸,粘接方式中有些胶粘剂通过加热还是可以拆卸的。所以以下分类只供参考,切勿当作标准。
塑胶件之间的连接固定,有些采用其中的一种,有些采用两种或以上组合连接,如卡扣+螺丝组合连接,但是,不管采用何种连接方式,在选择连接方式之前,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。
无论选择何种连接方式,以上几种因素很难甚至不可能同时满足,所以,应根据具体产品或结构要求选择合适的连接方式。
下面,通过实例来介绍塑胶件之间不同连接方式,比如,有以下两个零件(具体的大小、结构应根据具体产品设计),有哪几种连接方式,生活中是否有类似结构?
1、悬臂卡扣,分为以下几种。
1)直臂卡扣,此种方式,常用于装饰件的连接固定,安装方便快捷,外观美观,根据扣合量决定是否可拆卸。
2)U型卡扣,此种方式,常见于电池盖的连接结构,U型结构提供弹性变形空间,可多次拆装。
以下这种卡扣结构为U型卡扣的变种,长圆形缺口相当于上面的U型结构提供弹性变形空间,也是可多次拆装。
以下这种是上一种的另一形式,变形空间转移到内部,外观的破坏性比上面两种小很多,不好的一点是,电池盖需包到壳体底部边缘,不太适用于电池安装在产品中部的结构。
3)卡扣+螺丝,这种电池盖连接方式,常用于玩具产品,防止小孩子随意拆卸电池。
4)软胶卡扣,此种卡扣是通过双色注塑实现,软胶卡扣有很好的弹性变形,可以反复拆装,外观上有小扣手位,但并不影响外观的完整性,常用于电子数码产品外接口防尘盖。
2、环形卡扣,此种卡扣必须有一件为变形件,且变形件尽量选择韧性好的材料,否则拆装次数多了容易裂。
环形卡扣不一定需要一整圈,应根据实际情况设计,以下瓶盖就不是一整圈的内环扣,而是均分4段内扣,不设计整圈的原因:猜测是为了拆装方便,手感好,当然如果扣不紧,后期可通过加胶的方式加长内扣长度,为了以后改模留余地。
如果把环扣细分成几个凸点,就变成波仔卡扣,也叫波点,波仔位。
3、旋扣,这种卡扣跟以上的卡扣在操作上有些不一样,其是通过2个动作实现,首先两个零件先放置到位,然后通过旋转一个角度,让卡扣进入卡合状态以达到连接固定的效果。
4、螺纹连接,这种连接常应用于液体瓶装或管道领域,比如常见的矿泉水、饮料瓶盖,管道接头等。之前有写过一篇有关瓶盖的文章:简单的瓶盖,是如何做到“守口如瓶”的?,这里面有详细介绍瓶盖连接密封的知识,大家感兴趣的可以去看看,这里就不细说了。
5、螺丝连接,这种方式再常见不过了,大家应该都很熟悉了,这里也不详细介绍了,大家可以看看以前发过的文章:设计指南丨在塑胶件中镶入铜螺母的设计;螺丝柱常见缺陷分析及解决方案;常用螺丝规格。
6、磁吸连接,这种连接一般用于需要方便经常拆装的产品,虽然增加了磁铁的成本,但是设计得当的话,会有意想不到的效果,体验非常好,而且耐用,不易坏,也不破坏外观,常应用于各种门盖吸附或配件快速切换配装的场合,之前也有发过磁吸相关的文章:磁铁在产品结构设计上的应用。 现在比较流行的磁吸连接器(pogo pin+磁铁),常应用于各种无线耳机和数据线上。
7、铰链连接,这里特指一体化的塑胶铰链,材料为具有“百折胶”之称的聚丙烯PP塑胶,可通过增加弹性支撑,为打开和闭合状态提供预紧力,具体原理可查看这篇文章:各种防丢(防掉落)门盖的结构设计(中)。
8、压配连接,主要指过盈配合连接,在机械安装过程中,有许多零件间需要紧密配合,用以防止连接脱落或传递大的扭矩,于是产生了过盈技术。过盈配合就是利用材料的弹性使孔扩大、变形而套在轴上(或采用类空心轴,使得轴变形),当孔复原时产生对轴的箍紧力,使两零件连接。在塑胶零件领域,积木类零件之间的连接固定就大量运用了过盈配合连接。
还要各种外接口胶塞、螺丝胶塞等。
9、超声波焊接,此为不可拆装连接,在禁止拆卸或其他密封要求的产品上应用广泛,如电源设配器。有关超声波焊接相关的细节知识可查看这篇文章:塑胶件超声波焊接介绍及相关结构设计。
10、铆接,按铆头能量的发生方式的不同分超声波铆接、热压铆接和热气铆接,是不可拆装连接,特别适用于一些薄片零件的连接固定,如PCB板、金属片、按键等。
不同的铆接方式:
11、粘接,指的是通过一层介质(粘胶剂)来把两个零件连接固定在一起,一般为难拆卸或不可拆卸。
1)压敏型,主要是指胶带,对压力敏感,施加一定压力后达到很好的粘接效果,连接两个平整的零件通常使用最多的是双面胶。
2)室温固化型,此类粘胶剂在室温下就能固化,如RTV硅橡胶、电子黄胶,通常用来固定电子元器件,防止松动。
3)热固型,就是加热后固化,通常用来对电子元器件进行封装固定,如环氧封装胶、红胶。
4)热塑型,常温下为固体,使用前需要加热,使其成为粘流体状态,使用后需要一定的预压以及固化时间,常用的有两种:EVA热熔胶、PUR热熔胶。它们的区别在于:
a. 成分不同:
EVA是物理粘结,胶液涂抹在被粘物上冷却固化。加热后会从新熔融,重新变为胶黏体再与被粘物粘接,是可逆的。其粘接强度不高,且软化点低,不耐高温。
5)光固型,主要指通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂,UV胶水,又称紫外固化胶、无影胶、UV光固化胶等,是一种单组分,低粘度,高强度丙烯酸酯类胶粘剂。具有贮存期长、不含溶剂、固化速度快、透明性好以及耐热耐化学品性能好等特点。
6)水基型,水性粘胶剂相对于溶剂粘胶剂而言,以水为溶剂或分散剂,取代对环境有污染的有毒有机溶剂,现有水性胶粘剂并非100%无溶剂的,可能含有有限的挥发性有机化合物作为其水性介质的助剂,以便控制粘度或流动性。最流行的水性粘胶剂是白胶或木胶,常用于家装领域,我们除夕贴对联用的浆糊也是水性粘胶剂,比较适合粘接纸张,由于使用不方便,后面就有了固体胶,特别适合办公场合使用。
7)溶剂型,溶剂型粘胶剂是指以有机溶剂(苯、甲苯等)为溶剂或分散剂的粘胶剂,但由于其含有影响人体健康的有害物质,主要为挥发性有机化合物、苯、甲苯,所以不环保。典型的溶剂型粘胶剂如万能胶。
8)瞬干胶,是一种以α-氰基丙烯酸乙酯为主,加入增粘剂、稳定剂、增韧剂、阻聚剂等, 通过先进生产工艺合成的单组份瞬间固化粘胶剂,在空气中微量水催化下发生加聚反应,迅速固化而将被粘物粘牢。常用的瞬干胶如502、401等。
9)双组分型,是两液混合硬化胶,一液是本胶,一液是硬化剂,两液相混才能硬化,常常叫做AB胶,有丙烯酸、环氧、聚氨酯等成分的AB胶,由于其粘接强度高,堪比“焊接”所以也称强力胶。
12、模内注塑,这种方式是连接两个零件最完美的方式,把两种不同材料或不同颜色的塑胶或者塑胶+五金,合二为一,免除了后续的组装工序,但是为不可拆卸连接,且模具成本高,应根据具体产品结构选择连接方式,主要分为双色注塑、二次注塑和纳米注塑三种方式。模具知识丨双色模具结构介绍。
双色注塑
二次注塑(IML)
纳米注塑
写在最后,由于篇幅有限,以上各种连接方式仅为简单介绍,其实每一种连接方式都可延伸出很多内容,大家有兴趣的可以自行查找资料,会更加深刻,当然,后续,我也会针对某种连接方式进行单独介绍,就到这里吧,感谢大家!
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