结构优化装配工艺及结构可靠性实例讲解

1. 结构优化装配工艺及结构可靠性

在我们的结构设计目标中，除了保证结构的功能外，简化装配工艺和保证结构的可靠性也是结构设计需要考虑的重要方面。

案例i).设计要求和背景：悬臂梁能轻松装配进轴孔，并且能够承受一定的拉力而不掉出来。

我们先来看一下常见的两个设计方案。对于方案1，显然可以变形的部位长度偏短，变形比较困难所以导致装配比较难，而且装配的过程中很容易会给零件造成永久性损坏。而对于方案2，因为开了一条通槽，使得发生变形的部分长度大为增加，从而使得在装配过程中变形比较容易，换言之就是装配比较容易，但也正因为通槽的存在，装配好之后轴的受力稍大便会因两侧的变形而造成脱落。

方案1：装配困难且容易损坏零件方案2:装配容易但容易脱落

通过上面两个方案的分析，我们知道我们的设计要点实际上是如何实现变形的单方向。也就是说我们的设计应该使得在装配过程中的变形比较容易而在装配好之后自然受力的情况下不容易发生变形；根据这个要求我们作出了下面的设计改良，实际生产应用中也得到了

很好的效果。

改良方案：装配容易而不容易脱落

2. 结构优化装配及拆卸工艺

简化并优化成品的装配及拆卸工艺，实际就可以达到减少产品成本，提高生产效率的一个方式。

案例i).设计要求和背景：副零件要能轻松压入ABS零件中，并且可以容易取出以更换副零件。卡勾的高度5.0mm因为空间的问题不能再增加。

上图也是通常的设计方案，但对这个设计方法，缺点是很明显的。因为卡勾的高度限制，强行压入副零件会比较困难，并且在压入过程中容易对ABS零件造成损坏。对于需要多次更换而进行的装配更会因疲劳而造成永久性损坏。

针对以上问，我们采用了U型搭勾的方式来实现单向自然变形。实际证明装配简单而固定性好。

案例ii).设计要求：装配方法简单。

分析：两件东西通过一个长螺柱装配，但涉及到三个孔的对齐问题，并且中间部分的通孔长度比较长，导致在实际装配的过程中比较难对正装配孔影响装配效率。

改良方法：在要装配的部件上直接长料生成一个定位柱，螺柱用来固定另一侧。这样就可以把三个孔的对正简化成两个孔，从而提高了装配工序的效率

三孔对正影响装配工序效率简化成两孔对正提高效率

案例iii).设计背景：长键体导电硅胶要装配进一系列的孔上。

分析：因为长键体硅胶是软胶，而装配的键体长度比较长，要对正的是一系列的孔，如果不作任何保证措施，在装配的过程中开始装配的时候如果稍有错误就会导致硅胶键体的变形而使得装配困难。

改良方案：在装配孔周围添加一些用于导向的斜筋，有利于把键体导向正确的装配孔位置，大大降低装配的对正要求，从而提高装配效率。

长键体导电胶难以对正装配孔，加斜导向筋方便装配过程的对位。加扣位销以引导装配

案例iv.设计背景：在产品装配过程中，装配工人未必清楚某些部件的装配方法，作为设计者应该在结构上做处理尽量避免因工人的误装配而导致装配错误导致产品不合格。

避空缺口大小不一避免电池触片正负极装配出错

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3. 结构改善成品注塑缺陷

案例i).设计背景：如左下图零件，筋的高度比较大，通常需要再顶部添加扁顶针来辅助顶

出。同时因为高度和出模角的影响导致顶部料厚比较小填充不容易。

筋的高度比较大改良方案：加顶销垫

改良方案：如右上图，添加一些顶销垫（圆柱），一方面可以使用圆顶针辅助顶出，另一方面也可以改善顶部的填充情况。

案例ii).设计背景：在实际的产品设计过程中，有的场合无法避免出现比较厚的料厚。在这种情况下，我们要采取各种方式来保证料厚的尽可能平均。

优选方案：为力避免因直角边所带来的困气问题而给塑胶件带来缺陷，我们的减料形状应该尽可能保证顺滑过渡。

直角边的偷肉方法容易造成困气平滑的偷肉方法改善困气

4.结构优化成品变形

设计背景：如左下图的小勾，因三面悬空，在注塑成型取出冷却的过程中会发生较大的变形从而影响勾的实际功效和外形。

改良方案：在悬空的部分和主体部分加一薄的桥接臂，桥接笔通过后加工的方法进行处理，虽然在工艺上多了一道工序，但能很好的保证成品质量。

原始方案：小勾因三面悬空而变形改良方案：添加连接筋改善变形

5.优化结构稳定&可靠性

设计背景：在实现结构的功能外，我们还要考虑结构的可靠性和稳定性。如左下图的盖子，为了增加盖在在开始弹开的力度，使用一个硅胶顶柱来辅助实现初始的弹力。硅胶装配在司柱上。

分析：由于司柱里面积有气体，硅胶装配后把气体封闭在司柱腔内，当受热时气体膨胀无法排出就会顶出硅胶从而使硅胶脱落影响结构的可靠性。

优化方案：可以考虑在硅胶顶部开孔或司柱侧面开槽两个解决办法，但考虑到硅胶是软胶并且中间的长度比较长，开孔容易造成堵塞并且出模不方便，所以采取了司柱侧面开槽的方法。

本例结构在盖子起始开的状态使用软硅胶辅助扭力弹簧来增强盖子打开的力度也是一个很好的优化结构方法，一方面可以减少所需的扭力弹簧的强度还可以延长弹簧的疲劳失效时间。另一方面可以实现很好的弹开效果。

司柱开槽放气避免顶出硅胶软硅胶辅助起始弹力

6.结构根据不同的需求采用不同的优化工艺。

设计背景：热融（焊接）是结构的一个常用固定方法，但单就这一个工艺就有很多种处理方法，每一种处理方法都有自己的特点和适合的场合。正确选用合适的类型才能在结构上做出正确的结构。

方案1。我们常用的标准标桩焊接结构。由于标准标桩式热熔焊接后焊点较分散，扁而平，不符合力学结构。不能承受较大冲击，比较不容易过跌落,冲击等破坏性测试

方案2。焊接头末端改成拱形凹槽式,利于集料.为了方便熔体流动,将热熔柱改为尖头式.零件结合力度大大增强.较容易过跌落.冲击等破坏性测试

方案3. 焊接头末端拱形凹槽改成半圆环式,可将更多的熔体集中于受力边缘区域.零件结合力度更一步大大增强。

方案4. 为了获得更大的结合力度，我们往往不得不加大热熔柱直径。众所周知，过大的直径易造成塑零件B背部缩水。于是，空心标桩无疑为比较优秀的结构方式了