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一個小小的尖角所引起的失效(塑膠件工業設計)

發布日期:2022/12/17 21:13:14 訪問次數:549

一個小小的尖角所引起的失效(塑膠件工業設計)
對于塑膠件上每一個特征、每一個尺寸、每一個細節,我們都需要本著工匠精神,做到精益求精,確保其符合注塑成型的工藝要求(Design for Manufacturing,簡稱DFM)。




每一條塑膠件的DFM設計指南,看上去都是簡單平常、微不足道,并沒有太多的技術含量。然而,如果我們不去遵循這些DFM設計指南,有時會造成災難性的后果。

本文以一個塑料把手的斷裂失效來說明這一點。





一個塑料把手的斷裂
一個塑料把手,在使用時發生了斷裂,這是為什么?


2.1 斷裂發生了
一個電子產品的塑膠把手,如圖所示,在使用過程中與銷釘配合起著一個軸套的作用。多次使用之后,把手因為重復受力而斷裂。




2.2 失效原因分析

通過對失效零件的斷裂面進行微觀分析發現失效是由于疲勞導致的。

裂紋源位于零件表面,斷裂面有疲勞紋存在,證明這是典型的疲勞破壞(c)。

裂紋逐漸擴展,直到施加在裂紋尖端的應力超過塑性斷裂韌性,此時最終發生斷裂。從斷裂表面的凹痕形態可以看出,斷裂本質上是韌性的(b)。





2.3 失效的根本原因--沒有遵循DFM設計指南

通過對把手的詳細結構進行分析發現,在圖中紅色箭頭所指處存在尖角的設計,在工作時該處承受拉伸應力。

由于尖角的存在,在注塑成型時該處應力集中,在重復的拉伸應力作用下,該尖角處作為斷裂起始點發生斷裂,最終失效。

尖角的設計,就是完全忽視了塑膠件DFM設計指南--圓角的設計。

R角斷裂分析






最后的話:
一個小小的、不起眼的尖角竟然造成一個零件的失效,而帶給企業的損失卻不可估量,一方面企業會承擔產品維修、替換甚至召回的損失,另一方面是企業品牌的損失,可能會永遠失去部分客戶。
這真是應了一句古話“千里之堤,潰于蟻穴”。

其實產品設計就那么一回事兒,說簡單也很簡單。

很多失效,事后來看:不就是沒有遵循DFM設計指南嗎?不就是因為該加圓角的地方沒有加圓角,該壁厚均勻的地方沒有壁厚均勻嗎?

但是,要做到這一點也是一件非常難的事情。

如果不信,我們可以去看看大多數的塑膠件結構設計,都加圓角了嗎?都壁厚均勻了嗎?

為什么很難?

這一方面是因為工程師并不清楚產品工業設計的相關規則和指南,及其背后的真正原理,其實這些規則和指南都是前人經驗和教訓的總結;另一方面是因為工程師沒有“工匠精神”,不愿意靜下心來,把一件事情做完美到極致。

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