作为工业设计师，您不会希望外露的紧固件损害产品的美观。现代制造环境还要求高效生产高质量的零件，这似乎相互矛盾。然而，解决方案在于使用卡扣接头进行组装。
这些接头提供了一种节省生产时间和金钱的方法，通过减少材料成本和零件数量，同时提高装配的简易性。传统的注塑成型技术已被证明是生产这些接头的有效方法，而 3D 打印则开辟了新的可能性。
因此，了解卡扣配合、其与制造系统的相互作用以及所涉及的挑战至关重要。本文旨在通过讨论关键特性、重要分类和最佳实践来指导您解决这一复杂问题，以克服常见的原型设计问题。
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什么是卡扣式接头？
卡扣接头是最简单、最有效的零件组装方法之一。其基本形式是像螺柱、钩子或珠子这样的小突起，在组装过程中会偏转。
主要目标是捕捉配合部件中的特征。突出部分在连接时会偏转，然后捕捉配合部件中存在的特征。用户在组装过程中通常不需要直接接触接头，从而使自动化更容易。设计还确定连接是永久的还是暂时的，这取决于接头是否可以通过工具或力量释放。
一个重要的标准 注塑成型 是指柔性部件在装配和拆卸过程中产生的位移。这类接头因其柔韧性而常用于塑料部件，允许较大的变形而不会造成损坏。在连接状态下，接头通常不受载荷，位移极小，非常适合塑料材料。然而，应力集中可能导致塑料蠕变，并随着时间的推移导致预紧力损失。
坚固的定位元件有助于对齐连接部件，防止任何位移或松动。锁扣、凹槽和凸耳是确保安全组装的良好选择。
这些接头用途广泛，可用于各种应用。可以组合几种基本类型以满足行业标准和特定设计要求，从而扩大塑料设计示例的范围。
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卡扣接头的类型
有各种各样的卡扣接头可供选择。本节讨论三种最常见的类型：
悬臂卡扣接头
这些是制造业中最常见的按扣类型。它们几何形状简单，易于在悬臂卡扣设计中实现。连接过程中的应变计算非常简单，可以使用悬臂卡扣设计计算器进行辅助。
基本设计包括一个悬臂梁，其尖端有一个锥形钩，该钩可插入接收部件中的匹配凹槽中。结构显示锥形表面沿接收表面滑动，弯曲悬臂，使钩子弹回其原始状态。接头可以是永久性的，也可以允许在分离力下释放，具体取决于钩子和凹槽之间的角度。
有些设计采用 U 形或 L 形悬臂，这些悬臂可以支撑更长的悬臂，而不会占用更多空间，从而在紧凑的环境中降低挠度力。这些设计在塑料部件中很常见，而 3D 打印卡扣式原型非常适合避免在零件中使用滑块。 注塑成型设计.
U 型卡扣接头
顾名思义，U 型卡扣设计遵循锁定机制，一个部件上的 U 型悬臂梁可嵌入下一个配合部件的凹槽中。这类接头主要用于需要强力抓握的场合，例如电子外壳、消费产品外壳、汽车内饰等。
因此，U 型卡扣接头为轻松组装和拆卸两个部件提供了一种实用的解决方案。此外，它们可以由不同类型的材料制成，例如金属、塑料、复合材料等。
扭转接头
与悬臂卡扣接头不同，扭转卡扣接头通过扭转杆来偏转梁。它们是创建可分离连接的简单而坚固的解决方案。摇臂的设计允许轻松打开配合部件。摇臂的偏转力由其轴的扭转提供。这些配合与扭杆一体成型，以实现最佳连接。
当钩子的横梁超出扭力杆轴时，就会发生跷跷板机制。使用者只需推动横梁的自由端，即可抬起钩子并释放关节。
环形卡扣
环形卡扣设计通常用于椭圆形或圆形部件，例如笔帽或容器盖。其特点是，一个部件的圆周上有一个凸脊，可以锁定在另一个部件的凹槽中。在组装过程中，可能会产生拉伸或压缩的环向应力。
这些多轴应力对设计提出了挑战。可以根据配合部件的直径估算简单圆形几何形状的应变。它们根据设计表现出不同的特性，允许轻松锁定和释放，如笔帽所示，或根据连接部件的角度提供永久连接。
该视频向您展示了塑料的卡扣接头：
如何设计卡扣式连接 – 设计计算译者
设计计算将根据所需设计的类型而有所不同。下表提供了有助于有效计算的符号和公式：
符号
y = 允许偏转
b = 根部宽度
c = 重心（即外层纤维与中性纤维之间的距离）
E 绝对值 = 百分比/100
E = 根部外层纤维的允许应变
l = 臂长
K = 几何系数
h = 根部厚度
Es = 正割模数
P = 允许偏转力
Z = 截面模数
Z=我c； 其中 I = 轴向惯性矩
卡扣式连接是组装塑料部件的一种经济有效的解决方案。对于 原型部分 需求，RapidDirect 是您的首选。
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悬臂卡扣设计计算
允许底切：
底切= b⋅h/2
b= 根部宽度
h= 根部厚度
最大应力和最大应变：
最大应力 = σmax= M⋅c/I
M=P.l
所以，
σmax= (P⋅l⋅2h)/ 我
最大应变 = ϵmax=σmax/E
E=材料的弹性模量
σmax = 最大应力
偏转力、配合力；
F偏转= (3⋅E⋅I⋅y)/l3
F配合=F偏转⋅（1+摩擦系数）
扭转卡扣设计计算
挠度
θ= T⋅l/G⋅J
偏转力
T=θ⋅G⋅J/l
环形卡扣设计计算
允许底切
允许底切= (σallow⋅Aroot)/施加载荷
交配力
F交配=T/R
常见的搭扣设计问题和最佳实践
卡扣式设计并非万能的解决方案。在安装过程中可能会遇到挑战 注塑成型或3D打印工艺。以下是常见问题和最佳做法：
应力集中: 当使用悬臂快速接头时出现尖角，应力可能会集中在根部。这会导致悬臂更容易被剪断。
发生蠕变: 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。
重复或疲劳加载失败: 反复组装和拆卸可能会导致材料在应力水平低于材料承受能力时发生故障。疲劳故障通常发生在高负载频率下。
公差问题: 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
卡扣设计的工程最佳实践
对悬臂底部进行圆角处理：通过添加半径至少为悬臂底部厚度 0.5 倍的圆角来分散应力并加强连接。
锥形设计：沿悬臂梁长度减小其横截面积，以均匀分布应力并减少材料使用。
增加夹子的宽度：通过增加夹子的宽度来增加强度，至少达到 5 毫米。
考虑添加凸耳：使用凸耳改善对齐和剪切力传递。5. 考虑构建方向：避免设计垂直构建的卡扣配合，因为它们较弱。确保偏转只发生在组装过程中，而不是连接过程中。
如何制造按扣
按扣的制造过程并不复杂。您可以按照以下几个简单的步骤来实现；
选择设计： 首先，创建详细设计。为了确保设计及其功能，您可以使用 3D 打印卡扣或 CNC 加工制作原型。
选择材质： 设计完成后，选择合适的材料。根据紧固件的类型，它们可以由不同的金属（黄铜、不锈钢等）或塑料（聚碳酸酯、尼龙等）制成。
冲压/成型： 对于金属紧固件，可以使用冲压技术来切割和成型金属。对于塑料紧固件，可以加热塑料，然后在高压下将其模制成所需形状（注塑）。
电镀： 在获得所需的按扣形状后，可以涂上适当浓度的耐腐蚀镀层，以增强其耐用性和强度。
质量测试： 制造过程完成后，您只需进行一些检查测试，以检查两个组件（公部件和母部件）是否完全匹配以及它们是否功能齐全且耐用。就这样！
如何安装和维护卡扣接头
卡扣式配件的安装和维护非常简单；您只需考虑下面提到的某些要点；
如何安装
考虑卡扣接头的尺寸： 确保接头适合相应的任务。检查其公差和特性。此外，检查其材料是否与您要连接的物体兼容。
对准： 现在正确对齐接头的两个配合部件，因为错位会导致配合不良，并最终造成损坏。
配件： 正确对齐后，只需手动施加力即可将两个组件固定在一起，或者如果您进行大规模生产，则可以为此目的使用自动化机器。
如何保养：
定期检查： 时不时地检查接头处是否有缝隙或变形。这种检查尤其适用于承受较大负荷的接头。
去除污染物： 显然，任何东西都会沾上灰尘，所以接头可能已经积聚了灰尘、碎屑或污染物。因此，要不时清洁接头，以保持其正常功能。
结构完整性： 如果发现接头处有任何损坏（无论是在任何一个组件中），请立即更换该部件以保持整体完整性。
避免过度用力： 请勿施加超过关节可承受的力，因为这可能会导致关节过早断裂。
好吧，如果您考虑到上述几点，您的卡扣接头的使用寿命将比您想象的更长。
在塑料中使用卡扣连接的优点和缺点
卡扣式接头有很多优点，但也存在一些缺点。阅读下表后，您会更加清楚；合适的塑料卡扣式接头设计计算可以帮助您准确评估这些优点和缺点。
优点 缺点简化不同物体的组装和拆卸。无需任何额外的紧固件。 如果材料太脆或太软，塑料接头就会受到限制。无需使用螺丝或粘合剂，从而降低了成本。随着时间的推移，高压力会导致退化。 它们有点像隐形紧固件。因此，它们的外观干净、美观。关节的正确排列和功能需要一流的精度，这有时会变得很忙乱。它们设计为可重复使用，并且易于取出进行修理或调整。众所周知，塑料对热非常敏感。温度变化可能会导致塑料膨胀或收缩，从而造成装配问题。
卡扣接头的主要应用
卡扣接头在医疗、电子、消费产品等不同领域有着广泛的应用。让我们一一讨论一下；
消费类电子产品： 卡扣式连接广泛用于制造智能手机外壳、笔记本电脑外壳和遥控器，确保外观整洁美观。
汽车行业： 它通常用于组装前灯、装饰板和仪表板组件，使流程更容易，同时减少装配和拆卸时间和成本。
医疗设备： 诊断设备、注射器和其他医疗设备受益于该紧固件，可以快速拆卸以保持卫生和适当的消毒。
玩具和消费品： 家居用品和玩具通常使用它来组装，从而简化了密封并减少了额外包装的需要。
包装： 产品外壳和容器盖通常利用接头进行有效密封并保持设计的完整性。
结语
卡扣式接头为制造商提供了一种经济高效且性能卓越的装配方案。然而，设计此类接头需要仔细考量并遵循最佳实践，以确保获得最佳效果。RapidDirect 提供全面的卡扣式设计解决方案，涵盖从原型到生产的各个环节。上传您的设计文件，即可获得 即时报价 ！
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卡扣式设计常见问题解答
卡扣接头的主要部件有哪些？ 卡扣接头主要由两个配合部件组成：公部件（卡扣特征）和母部件（受体）。这两部分将两个物体牢固地固定在一起。
制作环形卡扣接头的最佳材料是什么？ 环形卡扣接头（圆形或环形接头）可以由不同类型的材料制成，例如：聚丙烯，聚碳酸酯，尼龙，聚乙烯等。
什么材料最适合悬臂卡扣接头？ 悬臂卡扣接头需要具有柔韧性、强度和耐用性的材料，如聚丙烯、热塑性弹性体、尼龙、丙烯腈丁二烯苯乙烯等。
金属与卡扣接头兼容吗？ 是的！当然，金属可以与卡扣式接头兼容。在需要高应力应用的地方，它被证明是最好的。此外，与塑料接头相比，金属可以很好地承受高温环境。
卡扣式接头设计的理想公差是多少？ 理想的耐受性取决于许多因素；– 公母元件之间的间隙应约为 0.1-0.5 毫米。– 材料收缩率应该大约为0.5％至2％。– 设计公差应为±0.1 毫米至±0.2 毫米（对于塑料）和金属（在±0.05 毫米至±0.1 毫米以内）