一、卡扣的含義

卡扣：也稱卡鉤、卡口、扣位，是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上常用的一種連接固定結(jié)構(gòu)，一般需要另一與之配合的零件實現(xiàn)連接效果，尤其在塑膠件上較為常見，兩個零件的連接方式有很多種，之前文章有總結(jié)過：

1. 兩件塑膠件連接，有哪幾種方式實現(xiàn)？

2. 五金件與塑膠件之間的連接方式

二、卡扣連接的優(yōu)缺點：

相對于其他連接方式，卡扣是一種比較經(jīng)濟、有效、簡單便捷的塑膠連接方式，具體表現(xiàn)為：

經(jīng)濟性：塑膠卡扣可以在塑膠件上直接成型，裝配時無需其他緊鎖配件，如螺絲、螺母等，節(jié)約成本。

有效性：卡扣的連接強度可以滿足大部分產(chǎn)品設(shè)計，在一些需要更高連接強度的產(chǎn)品中，卡扣可以作為一種輔助連接，如螺絲+卡扣。

簡單便捷性：通過合理設(shè)計，卡扣連接可以實現(xiàn)快速裝配和拆卸，拆裝過程甚至可以無需輔助工具。

同時，卡扣連接也是一種可以對產(chǎn)品外觀的完整性保持良好的連接方式之一，特別是對外觀有高要求的消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域，卡扣連接是應(yīng)用最廣泛的連接方式。

但，卡扣連接同樣也有些缺點：

模具成本高：除特別設(shè)計外（碰穿），卡扣在模具上成型一般需要設(shè)計斜頂或行位，這些模具結(jié)構(gòu)的數(shù)量會影響到整個模具的成本。

精度要求高：卡扣的配合精度要求高，模具上一般難保證一次性做到位，需兩到三次試模調(diào)配。

連接質(zhì)量不易評估：某些卡扣裝配連接后由于從外部看不到，無法有效判斷最終的連接狀態(tài)和效果，容易造成人為裝配不到位而使連接質(zhì)量打折扣。

連接強度不足：除非卡合量足夠，否則卡扣容易由于塑膠件變形而松脫，特別是在一些需要過跌落測試的產(chǎn)品，只設(shè)計卡扣連接一般滿足不了測試要求。

可拆卸次數(shù)有限：除一些采用韌性較好的材料或經(jīng)過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的卡扣外，一般大部分卡扣的拆卸次數(shù)都有限，卡扣由于多次拆卸變形，導(dǎo)致卡合量減小，連接效果降低。

不可復(fù)原性：卡扣一旦斷裂，即失效，無法再補救，整個零件可能因此報廢。

三、卡扣的類型

塑膠卡扣的分類，如果按拆卸難度分，可分為可拆卸卡扣（活扣）和不可拆卸卡扣（死扣），可拆卸卡扣又分為易拆卸卡扣和難拆卸卡扣。

易拆卸卡扣：即不需要工具就可拆卸的卡扣連接。

難拆卸卡扣：需要借助工具才能拆卸的卡扣連接。

不可拆卸卡扣：只能通過破壞零件才能拆卸的卡扣連接。

塑膠卡扣連接主要利用的是塑膠的彈性變形后可回復(fù)原來形狀的特性，所以區(qū)分以上三種卡扣的不同點在于卡扣的卡合面脫離基體件的配合面的難易程度。

所以，并不是卡合量多少的問題，有些卡扣卡合量雖然少，但是其變形空間小，此種卡扣就難拆卸或不可拆卸。有些卡扣卡合量大，但是其有足夠變形空間，同時也方便通過手動或簡易工具即可拆卸，此種卡扣就屬于易拆卸卡扣。

不可拆卸卡扣

可拆卸卡扣

如果按形狀分，卡扣可分為懸臂式卡扣、圓環(huán)式卡扣、球型式卡扣。

1、懸臂式卡扣，這種卡扣最常見，用途最廣泛，很多形式是以此種卡扣演變而成，因此，懸臂式卡扣又細分為以下三種：

1）鉤型懸臂卡扣，最常用的懸臂式卡扣，其力的作用線與中性層有偏矩。

2）套型懸臂卡扣，不太常用，其力的作用線與中性層有重合。

3）異型懸臂卡扣，特殊場合常用，特點是可拆卸次數(shù)多，壽命長。

2、圓環(huán)式卡扣，常見于圓環(huán)型的產(chǎn)品，如筆筒蓋，USB蓋。

3、球型式卡扣，常見于一些類關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)，如手機支架。

按裝配過程的運動軌跡分，可分為直線運動卡扣和轉(zhuǎn)運動卡扣，直線運動卡扣以推、滑運動為典型，轉(zhuǎn)運動以翻、扭、轉(zhuǎn)為典型。

1）推運動卡扣，裝配件和基體件在最終鎖定之前產(chǎn)生的接觸時間相對較短。（某些導(dǎo)向功能件可在卡扣與基體接觸之前先接觸導(dǎo)向）

2）滑運動卡扣，裝配件在完成最終連接前始終與約束體接觸，同時做直線運動。

3）翻運動卡扣，裝配件上的定位功能件首先與基體件接合，在初始接合時依靠裝配體繞初始定位副的旋轉(zhuǎn)，最后依靠鎖緊功能件完成結(jié)合。

4）扭運動卡扣，帶軸對稱約束功能件的裝配件首先以直線運動與基體件相接合，裝配件繞軸旋轉(zhuǎn)，裝配時對卡扣施加外力，然后利用約束功能件之間的凹凸結(jié)構(gòu)完成配合。

5）轉(zhuǎn)運動卡扣，是依靠在一個定位副上以推運動與卡扣相結(jié)合。

四、卡扣連接的組成要素

所謂一個巴掌拍不響，卡扣實現(xiàn)連接需要兩個元件：基體件和裝配件。

基體件：大多數(shù)情況，基體件是比較大的，且是相對靜止或固定的，它可以是一個零件或者一個裝配總成，可以視為連接的基準(zhǔn)。以汽車為例，對大部分需要裝配的飾件來說，車身就是基體件。

裝配件：同樣也可以是一個零件或者一個裝配總成，一般比基體件小，甚至可拿在手中，在裝配過程中是運動的，最終與基體件實現(xiàn)連接。

不管是基體件還是裝配件，對實現(xiàn)卡扣連接可靠性起到主要功能的部分稱為約束功能件，約束功能件有兩種：定位功能件和鎖緊功能件，通常簡稱定位件和鎖緊件，這是對于總成來說，如果對于零件來說，嚴格上應(yīng)稱為定位特征和鎖緊特征，不過為了方便描述，還是統(tǒng)一叫定位件和功能件。

定位件

定位件是相對非柔性的約束功能件，它們保證裝配件和基本件之間的精確定位，并提供鎖緊力以外的分離抵抗力，承受約束行為中主要的載荷。

止口或反止口作為定位件，同時提供卡扣的分離抵抗力

定位件的常見類型包括：銷、錐銷、導(dǎo)軌、楔、卡爪、表面、邊緣、凸耳、凸臺、槽、孔和活鉸鏈等。

一個零件上存在定位件，意味著另一件上也存在與之配合的定位件，它們一起構(gòu)成定位副。

鎖緊件

鎖緊件是在裝配過程中彈性變形，并在裝配到位后恢復(fù)到原始位置從而形成鎖緊并提供保持力的約束功能件。

鎖緊件的常見類型包括：鉤爪、卡爪、環(huán)套、扭桿和止逆等。

一個零件上存在鎖緊件，意味著另一件上也存在與之配合的配套件，一般來說，配套件相對鎖緊件來說是個定位件，而不是另一個鎖緊件，因為配套件是粗壯的、非柔性的功能件，鎖緊件與配套件一起構(gòu)成鎖緊副。

所有的鎖緊件都有兩個主要元件，一個是裝配和拆卸時的偏斜元件，另一個是與裝配功能件接觸的保持元件。

在所有鎖緊件中，懸臂梁鎖緊件是最常見的，且種類變化多樣，所以，以下主要是針對懸臂梁卡扣進行相關(guān)介紹。

偏斜元件

在懸臂梁卡扣中，偏斜元件多為懸臂梁，梁的形狀和截面形式設(shè)計比較自由，可以有多種變化，可以是矩形、扇環(huán)形、U形、T形等。其中矩形截面最常用，U形、T形實際上是矩形的變種，目的是增加梁的截面積，提供梁的剛度。

保持元件

在懸臂梁卡扣中，保持元件的選擇可以與偏斜元件（梁）本身無關(guān)，保持元件和偏斜元件可以任意搭配，以適應(yīng)不同的要求，但是在實際應(yīng)用中，最常見的還是鉤型和套型。

對于鉤型保持元件，其有一個特點，就是當(dāng)分離力作用在鎖緊件上時，無論鉤型保持元件的形狀如何，反作用力的作用線都不可能沿梁的對稱軸（梁的中性層），總有一個偏移量d，這樣，在受到較大分離力時，梁注定會彎曲，且彎曲總會發(fā)生在懸臂梁最薄弱的方向。

保持面角度小于90°

即使是帶有90°或接近90°保持面角度的鉤爪，也會在很大力的作用下脫鉤，但是保持元件根部容易斷裂而造成失效bvty。

保持面角度等于90°

卡扣失效

如果鉤爪和配合件上的角度都大于90°，那么保持強度會明顯增大，這種設(shè)計一般應(yīng)用在保持強度要求較大的場合，常見于一些背包上的插扣。

保持面角度大于90°

對于套型保持元件，此類型末端為空框或是邊狀保持元件，其特點是，其分離力的反作用力的作用線經(jīng)過梁的對稱軸（梁的中性層），所以沒有偏斜力作用，梁不會發(fā)生彎曲，懸臂卡扣的保持強度由材料的拉伸和剪切強度決定，因此，套型保持元件具有很高的保持強度。

套型保持元件的類型

懸臂梁套型卡扣

但是套型保持件有一缺點，就是其本身強度偏低，主要是因為在注塑成型的過程中，在套環(huán)的某處會形成一條熔接線（當(dāng)熔體流動至一些孔洞時，兩股融體料流前鋒的匯合處就會形成熔接線）。

熔接線會使保持件末端的結(jié)構(gòu)強度降低，強度降低的程度除了跟材料本身的力學(xué)性能有關(guān)外，還與料流前鋒的溫度以及料流前鋒表層的熔合能力有關(guān)。在有填充物（玻纖）的情況下，由于纖維不易跨過溶解線流動，導(dǎo)致熔接線處的料流熔合不充分，使得熔接線處的強度明顯降低。

改善措施：

雖然熔接線無法避免，但是可以通過對套型保持件的結(jié)構(gòu)調(diào)整來提高強度，比如局部加大保持件的厚度、改變?nèi)劢泳€的位置。

同時，在有應(yīng)力集中的拐角應(yīng)導(dǎo)圓角，還有，如果空間允許，可以在背部加膠，使套型保持件由穿孔的改為盲孔的，或者在背部增加加強筋。

五、卡扣設(shè)計的原則

卡扣設(shè)計的最終目標(biāo)是要實現(xiàn)兩個零件之間的成功連接固定，要達到連接固定的效果，卡扣設(shè)計時需要從以下幾方面進行考慮：連接可靠性、約束完整性和裝配協(xié)調(diào)性，它們是卡扣連接成功的關(guān)鍵要求，其他要求還應(yīng)該包括制造工藝的可行性、成本的高低等。

由于篇幅過長，此部分內(nèi)容放到下篇介紹，本篇就介紹到此處，感謝查閱。

參考文獻：

1. 著：保羅 R.博登伯杰，譯：馮連勛、馮秀青、董力群、梁軍，塑料卡扣連接技術(shù)。

2. 林楊明，塑料制品懸臂卡扣連接件設(shè)計方法的研究。

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