【技术科普】卡扣设计参数对连接性能的影响

随着汽车工业的迅速发展，汽车已经进入了千家万户。消费者对内外饰舒适性、外观、拆装便捷性等要求不断提高。卡扣作为零部件连接的重要形式，具有结构简单、拆装方便和经济等优点，被越来越多的应用到汽车中，以实现内外饰之间以及内外饰与车身等其它零部件间的连接。小小的卡扣，若结构设计不合理、使用不当，不仅会引起车辆外观不良（如门户板翘曲、配合件间隙增大），还会造成车门内饰板抖动和异响，甚至脱落，从而严重影响整车品质和客户体验。

国外对卡扣的研究起步较早， Hsieh.Ching C等人制定了两套卡扣设计标准，一套用于确定卡爪分布、交接点刚度以及干涉，另一套用来对倒角、卡扣的长度、宽度等进行详细设计。同时还指出，在进行卡扣设计时不仅要考虑插入力、容许变形和保持力，还需要考虑锁定系数、尺寸和刚度、过插入力等。

近几年国内的汽车从业者们也对卡扣的基本类型、连接原理、形状、尺寸、设计参数与连接性能等多方面进行了研究。本文基于CATIA几何模型通过有限元建模，通过对卡扣的材料、卡爪角度、卡爪厚度等要素的研究，确定影响卡扣性能的主要因素和卡扣的最优结构。

卡扣的基本结构见下图

用作汽年内饰件的塑料材料有多种，用来制造卡扣的塑料材料一般要求有良好的力学性能，如：良好的冲击、耐磨性、尺寸稳定性及耐油性等。 PA6材料具备以上性能要求，因此在卡扣生产中被广泛应用。 但因其弹性模量较低，若用在对卡接力要求较大的位置，则卡扣的连接性能达不到使用要求。故需选取满足该力学性能且弹性模量更高的其它塑胶材料，如ABS和POM等。其材料机械性能参数对比如表下所示。

研究发现弹性模量较大，泊松比大的POM材料能取得更大的卡接力。

同时，影响卡扣连接性能因素中，卡爪的厚度也是主要影响因素之一。研究者分别选取卡爪厚度为1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm4个值为研究对象， 分析其对卡扣连接性能的影响。当卡扣瓣厚增大时，插入力和保持力也随之增大，但在卡扣厚度从1.0mm增大到1.6mm的过程中保持力仅仅增大19.6N，增大率仅为16％，而插入力却增大了39.5N，增大率达到了92％，甚至增到1.6mm时，已不满足插入力低于80N的要求。虽然，卡扣瓣厚增大能提高原卡扣的保持力，但其插入力的提高更为明显，所以，在设计过程中卡扣的瓣厚不宜过厚，否则卡扣会更难安装，一般选择1mm左右。

第三卡爪的鼓起角度也是影响卡扣压入和拔插力的主要因素，研究发现随着角度的增大过程中，卡扣的插入力和保持力均减小，当角度达到150°，插人力减小13.4N，拔出力减小39.6N，减小率分别为31.2％和32.3％。由此可得，增大角度，对插入力和拔出力的影响是相当的，虽减小角度能使卡扣安装过程避免被切削，但其保持力下降使卡扣的连接性能受到影响。

所以，若要选用较大保持力的卡扣，可选用POM材质，卡爪料厚可选取在1mm左右的。卡爪角度在150度左右是可以有效解决卡扣插入时被切削问题，同时卡接力损失较小是一个比较合理结构角度。当然，卡扣的卡接力并不是越大越好。若，车辆使用的是较为廉价的纤维板基材的内饰板，则宜选用卡接力较小、更为柔韧的PA材质的卡扣，否则，安装/拆卸时易造成内饰板损坏。