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一个小小的尖角所引起的失效(塑胶件工业设计)

发布日期:2022/12/17 21:13:14 访问次数:125

一个小小的尖角所引起的失效(塑胶件工业设计)
对于塑胶件上每一个特征、每一个尺寸、每一个细节,我们都需要本着工匠精神,做到精益求精,确保其符合注塑成型的工艺要求(Design for Manufacturing,简称DFM)。




每一条塑胶件的DFM设计指南,看上去都是简单平常、微不足道,并没有太多的技术含量。然而,如果我们不去遵循这些DFM设计指南,有时会造成灾难性的后果。

本文以一个塑料把手的断裂失效来说明这一点。





一个塑料把手的断裂
一个塑料把手,在使用时发生了断裂,这是为什么?


2.1 断裂发生了
一个电子产品的塑胶把手,如图所示,在使用过程中与销钉配合起着一个轴套的作用。多次使用之后,把手因为重复受力而断裂。




2.2 失效原因分析

通过对失效零件的断裂面进行微观分析发现失效是由于疲劳导致的。

裂纹源位于零件表面,断裂面有疲劳纹存在,证明这是典型的疲劳破坏(c)。

裂纹逐渐扩展,直到施加在裂纹尖端的应力超过塑性断裂韧性,此时最终发生断裂。从断裂表面的凹痕形态可以看出,断裂本质上是韧性的(b)。





2.3 失效的根本原因--没有遵循DFM设计指南

通过对把手的详细结构进行分析发现,在图中红色箭头所指处存在尖角的设计,在工作时该处承受拉伸应力。

由于尖角的存在,在注塑成型时该处应力集中,在重复的拉伸应力作用下,该尖角处作为断裂起始点发生断裂,最终失效。

尖角的设计,就是完全忽视了塑胶件DFM设计指南--圆角的设计。

R角断裂分析






最后的话:
一个小小的、不起眼的尖角竟然造成一个零件的失效,而带给企业的损失却不可估量,一方面企业会承担产品维修、替换甚至召回的损失,另一方面是企业品牌的损失,可能会永远失去部分客户。
这真是应了一句古话“千里之堤,溃于蚁穴”。

其实产品设计就那么一回事儿,说简单也很简单。

很多失效,事后来看:不就是没有遵循DFM设计指南吗?不就是因为该加圆角的地方没有加圆角,该壁厚均匀的地方没有壁厚均匀吗?

但是,要做到这一点也是一件非常难的事情。

如果不信,我们可以去看看大多数的塑胶件结构设计,都加圆角了吗?都壁厚均匀了吗?

为什么很难?

这一方面是因为工程师并不清楚产品工业设计的相关规则和指南,及其背后的真正原理,其实这些规则和指南都是前人经验和教训的总结;另一方面是因为工程师没有“工匠精神”,不愿意静下心来,把一件事情做完美到极致。

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