J'ai déjà discuté de plusieurs méthodes de raccordement des produits en plastiqueL'article 3 de la directive sur les produits de consommation mentionne les boutons-pression comme une méthode de connexion courante. Dans la conception de produits, les boutons-pression se présentent sous différentes formes et servent principalement à connecter, ajuster et remplacer des composants. Il est essentiel pour les concepteurs de produits de comprendre les raccords rapides. Aujourd'hui, je vais vous présenter en détail tout ce qui concerne les raccords rapides dans la conception de produits.
Définition du Snap-Fit
L'encliquetage est une structure de connexion et de fixation couramment utilisée dans la conception des produits. Elle nécessite généralement une autre pièce complémentaire pour obtenir l'effet de connexion, et elle est particulièrement courante dans les composants en plastique.
Avantages et inconvénients des raccords encliquetables
Avantages
Par rapport à d'autres méthodes d'assemblage, les boutons-pression constituent un moyen économique, efficace, simple et pratique d'assembler des pièces en plastique. Les avantages spécifiques sont les suivants :
Economique: Les boutons-pression en plastique peuvent être directement moulés sur des pièces en plastique, ce qui élimine la nécessité d'utiliser des composants de verrouillage supplémentaires tels que des vis ou des écrous lors de l'assemblage, et permet donc de réduire les coûts.
Efficace: La force de connexion des boutons-pression peut répondre à la plupart des exigences de conception des produits. Pour les produits nécessitant une plus grande force de connexion, les boutons-pression peuvent être utilisés comme connexion auxiliaire avec des vis.
Simple et pratique: Avec une conception adéquate, les connexions par encliquetage peuvent permettre un assemblage et un désassemblage rapides, et le processus peut même ne pas nécessiter d'outils supplémentaires.
En outre, les connexions par encliquetage peuvent préserver l'intégrité esthétique du produit, ce qui les rend largement utilisées dans l'électronique grand public où l'apparence est cruciale.
Inconvénients
Cependant, les raccordements par encliquetage présentent également des inconvénients :
Coût élevé du moulage: Sauf pour les cas spécialement conçus (trou de passage), la formation des encliquetages dans les moules d'injection exige généralement la conception de curseurs ou élévateurs. Le nombre de ces structures de moule peut avoir une incidence sur le coût total du moule.
Exigences de haute précision: Les boutons-pression exigent une grande précision dans l'ajustement. Il est généralement difficile d'obtenir un ajustement correct en une seule fois. essai de moisissureIl faut souvent procéder à deux ou trois ajustements du moule d'essai.
Difficile d'évaluer la qualité de la connexion: Comme certains raccords encliquetables ne sont pas visibles de l'extérieur après l'assemblage, il est difficile de juger efficacement de l'état et de l'effet final de la connexion. Cela peut conduire à un assemblage incorrect, compromettant la qualité de la connexion.
Force de connexion insuffisante: Si l'encliquetage n'est pas suffisant, les raccords rapides peuvent facilement se desserrer en raison de la déformation des pièces en plastique. Ceci est particulièrement problématique pour les produits qui doivent passer des tests de chute, où les raccords encliquetables seuls peuvent ne pas répondre aux exigences du test.
Réutilisation limitée: À l'exception des boutons-pression fabriqués dans des matériaux très résistants ou avec des conceptions structurelles spéciales, la plupart des boutons-pression ont des cycles de désassemblage limités. Un démontage fréquent peut entraîner une déformation, réduisant l'efficacité de l'encliquetage et de la connexion.
Irréversible: Lorsqu'un raccord rapide se casse, il est complètement défaillant et ne peut être réparé, ce qui peut entraîner la mise au rebut de l'ensemble de la pièce.
Composants des raccords Snap-Fit
Une connexion par encliquetage nécessite deux composants : la partie de base et la partie d'assemblage.
Pièce de base
Dans la plupart des cas, l'élément de base est plus grand, relativement stationnaire ou fixe, et peut être un composant unique ou un assemblage. Elle sert de référence pour la connexion. Par exemple, dans les automobiles, la carrosserie sert de pièce de base pour la plupart des éléments de garniture qui doivent être assemblés.
Pièce d'assemblage
Il peut également s'agir d'un composant unique ou d'un assemblage, généralement plus petit que la pièce de base, et qui peut être tenu en main pendant le processus d'assemblage. Il se déplace au cours de l'assemblage et se raccorde finalement à la pièce de base.
Qu'il s'agisse de la pièce de base ou de la pièce d'assemblage, les principales zones fonctionnelles assurant la fiabilité de la connexion par encliquetage sont connues sous le nom d'éléments fonctionnels de contrainte. Il en existe deux types : les éléments de positionnement et les éléments de verrouillage, généralement appelés positionneurs et verrouilleurs. Pour les assemblages, ces éléments sont spécifiquement appelés éléments de positionnement et éléments de verrouillage, mais pour des raisons de simplicité, nous les appellerons positionneurs et bloqueurs.
Positionneurs
Les positionneurs sont des éléments de contrainte relativement non flexibles qui assurent un positionnement précis entre la pièce d'assemblage et la pièce de base et fournissent une résistance à la séparation autre que la force de verrouillage. Ils supportent la charge principale pendant le processus de contrainte.
Les types de positionneurs les plus courants sont les goupilles, les goupilles coniques, les guides, les coins, les griffes, les surfaces, les arêtes, les pattes, les bossages, les fentes, les trous et les charnières actives.
Lorsqu'une pièce est équipée de positionneurs, une autre pièce est équipée de positionneurs correspondants, formant ainsi une paire de positionneurs.
Casiers
Les verrous sont des éléments de contrainte qui se déforment élastiquement pendant l'assemblage et reviennent à leur position initiale après l'assemblage, formant un verrou et fournissant une force de maintien.
Les types d'antivols les plus courants sont les suivants : crochets, griffes, anneaux, barres de torsion et cliquets.
Lorsqu'une pièce a des casiers, une autre pièce aura des pièces correspondantes. En général, les pièces correspondantes sont des positionneurs plutôt qu'un autre ensemble de casiers, car il s'agit d'éléments robustes et non flexibles. Les serrures et leurs pièces correspondantes forment ensemble une paire de serrures.
Tous les casiers sont constitués de deux éléments principaux : l'élément de déviation pour le montage et le démontage et l'élément de retenue qui entre en contact avec l'élément de fonction de montage.
Le type le plus courant et le plus varié est l'encliquetage en porte-à-faux, qui sera examiné en détail.
Élément de déviation :
Dans les montages en porte-à-faux, l'élément de déviation est souvent la poutre en porte-à-faux. La forme et la section transversale de la poutre sont flexibles : rectangulaire, en éventail, en U ou en T. La section rectangulaire est la plus courante, les sections en U et en T étant des variantes visant à augmenter la surface de la section transversale de la poutre. La section rectangulaire est la plus courante, les formes en U et en T étant des variantes visant à augmenter la section transversale de la poutre et à lui conférer une certaine rigidité.
Élément de retenue :
Dans les assemblages encliquetables en porte-à-faux, le choix de l'élément de retenue peut être indépendant de l'élément de déflexion (poutre) lui-même. Les éléments de retenue et de déflexion peuvent être combinés pour répondre à différentes exigences. Les formes les plus courantes sont le type à crochet et le type à manchon.
Pour les éléments de retenue de type crochet, une caractéristique unique est que lorsqu'une force de séparation agit sur le casier, la ligne d'action de la force de réaction ne s'aligne jamais sur l'axe neutre de la poutre (axe de symétrie). Il y a toujours un décalage (d), ce qui entraîne une flexion de la poutre sous l'effet d'une force de séparation importante, en particulier dans la direction la plus faible de la poutre.
Même les crochets dont l'angle de la face de retenue est de 90° ou proche de 90° peuvent se décrocher sous l'effet d'une force importante, et la racine de l'élément de retenue peut se fracturer, entraînant la rupture.
Lorsque le crochet et la pièce correspondante ont tous deux un angle supérieur à 90°, la force de retenue augmente considérablement. Cette conception est généralement utilisée dans des applications nécessitant une grande force de retenue, telles que les boucles de sacs à dos.
Pour les éléments de retenue de type manchon, les extrémités sont des cadres ouverts ou des éléments en forme de bord. Leur caractéristique est que la ligne d'action de la force de réaction passe par l'axe neutre de la poutre, ce qui évite la force de déviation et empêche la flexion de la poutre. La force de retenue des encliquetages en porte-à-faux est déterminée par la résistance à la traction et au cisaillement du matériau, ce qui confère aux éléments de retenue de type manchon une grande force de retenue.
Toutefois, les éléments de retenue de type manchon présentent un inconvénient : leur faible résistance inhérente. Pendant le moulage par injection, une ligne de soudure se forme à un certain endroit du manchon (là où deux fronts de matière en fusion se rencontrent), ce qui réduit la résistance structurelle à l'extrémité de l'élément de retenue.
Mesures d'amélioration :
Bien que les lignes de soudure soient inévitables, il est possible d'accroître la résistance en ajustant la structure des éléments de retenue de type manchon, par exemple en augmentant localement l'épaisseur ou en modifiant la position de la ligne de soudure. En outre, l'arrondissement des angles de concentration des contraintes, l'ajout de matériau à l'arrière pour convertir les trous traversants en trous borgnes ou l'ajout de nervures de renforcement peuvent améliorer la résistance.
En comprenant et en utilisant ces éléments de manière efficace, les concepteurs de produits peuvent optimiser les connexions par encliquetage pour diverses applications.
Types de Snap-Fits
Les boutons-pression en plastique peuvent être classés, en fonction de la difficulté de démontage, en boutons-pression détachables (boutons-pression vivants) et en boutons-pression non détachables (boutons-pression morts). Les boutons-pression détachables peuvent également être divisés en boutons-pression facilement détachables et en boutons-pression difficiles à détacher.
Facilement détachable grâce à des boutons-pression: Il s'agit de raccords encliquetables qui peuvent être démontés sans outil.
Des boutons-pression difficiles à détacher: Le démontage de ces raccords encliquetables nécessite des outils.
Mousquetons non détachables: Ces connexions ne peuvent être démontées qu'en détruisant les pièces.
Les assemblages par encliquetage en plastique utilisent principalement les propriétés de déformation élastique et de récupération des matériaux plastiques. La différence entre ces trois types de raccords rapides réside dans la difficulté de désengager les surfaces d'engagement du raccord rapide des surfaces d'accouplement de la pièce de base.
Il ne s'agit donc pas uniquement de l'importance de l'engagement. Certains boutons-pression peuvent avoir un faible engagement mais être difficiles ou impossibles à démonter en raison d'un espace de déformation limité. Inversement, certains boutons-pression à grand engagement peuvent avoir un espace de déformation suffisant, ce qui les rend faciles à démonter manuellement ou à l'aide d'outils simples.
Classification par forme
Les encliquetages peuvent être classés en encliquetages en porte-à-faux, encliquetages à anneau et encliquetages à bille en fonction de leur forme.
1. Mousquetons en porte-à-faux :
Il s'agit des types de boutons-pression les plus courants et les plus utilisés, de nombreuses formes ayant évolué à partir de ce type. Les mousquetons en porte-à-faux peuvent être subdivisés en plusieurs catégories :
Mousquetons à crochet en porte-à-faux: L'encliquetage du cantilever le plus couramment utilisé, où la ligne de force est décalée par rapport à l'axe neutre.
Mousqueton en porte-à-faux à manchon: Moins couramment utilisé, lorsque la ligne de force coïncide avec l'axe neutre.
Mousquetons en porte-à-faux de forme spéciale: Utilisés lors d'occasions spéciales, ils sont connus pour leur fréquence de démontage élevée et leur longue durée de vie.
2. En forme de L/en forme d'U Snap-fit
Ces deux types de boutons-pression sont nommés en raison de leur forme distincte. Le mousqueton en forme de L se caractérise par un virage prononcé à angle droit, tandis que le mousqueton en forme de U se présente sous la forme d'un demi-cercle ou d'un arc.
Utilisé couramment dans les assemblages nécessitant des angles ou des directions spécifiques.
Snap Fit annulaire
Ce type d'encliquetage se caractérise par une structure annulaire ou circulaire, adaptée aux applications où il est nécessaire d'entourer ou de fixer une pièce.
3. Snap Fit en torsion
La conception torsionnelle Snap Fit est très conviviale, permettant la connexion ou le désassemblage par rotation.
En détail, la partie rotative de l'encliquetage rotatif utilise une conception d'engrenage précise pour assurer une rotation régulière et stable.
4. Snap-fit dissimulé
La caractéristique principale de l'encliquetage dissimulé est sa nature cachée, souvent difficilement détectable. Ils sont fixés à l'intérieur par des clips à ressort ou d'autres mécanismes, ce qui leur confère un aspect propre, adapté aux applications exigeant un extérieur soigné.
5. Type de boucle de ceinture Snap Fit
Dans les conceptions de ceinture, les types de boucles les plus courants sont les boucles plates et les boucles à crochet.
Les boucles plates ont une apparence droite, avec une texture solide, et sont généralement fixées par des vis. Les boucles à crochet, quant à elles, sont en forme de S ou de crochet, également fixées par des vis, mais plus pratiques et plus durables.
Classification par chemin de mouvement de l'assemblée
Les snap-fits peuvent également être classés en snap-fits à mouvement linéaire et snap-fits à mouvement rotatif. Les boutons-pression à mouvement linéaire impliquent des mouvements de poussée ou de glissement, tandis que les boutons-pression à mouvement rotatif impliquent des mouvements de retournement, de torsion ou de rotation.
- Snap-Fits à mouvement de poussée: Le temps de contact entre la pièce d'assemblage et la pièce de base est relativement court avant le verrouillage final (certains éléments de guidage peuvent entrer en contact avant que l'encliquetage n'entre en contact avec la base).
- Slide Motion Snap-Fits: La pièce d'assemblage reste en contact avec le corps de contrainte tout en effectuant un mouvement linéaire jusqu'à ce que la connexion finale soit réalisée.
- Flip Motion Snap-Fits: L'élément de positionnement de la pièce d'assemblage s'engage d'abord avec la pièce de base, et l'engagement initial repose sur la rotation autour de la paire de positionnement initiale, l'engagement final étant réalisé par l'élément de verrouillage.
- Snap-Fits Twist Motion: La pièce d'assemblage avec des éléments de contrainte axisymétriques s'engage d'abord avec la pièce de base dans un mouvement linéaire, puis tourne autour de l'axe, appliquant une force externe à l'encliquetage pendant l'assemblage, et complétant l'engagement avec la structure d'emboîtement des éléments de contrainte.
- Snap-Fits pour mouvement de rotation: Ils reposent sur un mouvement de poussée combiné à un engagement par encliquetage sur une paire de positionnement.
Principes de la conception par emboîtement
L'objectif ultime de la conception par encliquetage est d'obtenir une connexion et une fixation réussies entre deux pièces. Pour ce faire, la conception doit tenir compte de la fiabilité de la connexion, de l'exhaustivité des contraintes et de la coordination de l'assemblage, qui sont des conditions essentielles à la réussite d'une connexion par encliquetage. Parmi les autres considérations, citons manufacturabilité et le rapport coût-efficacité.
1. Fiabilité de la connexion
La fiabilité de la connexion est le critère de conception le plus critique dans la conception des assemblages par encliquetage, généralement considérée sous les aspects suivants :
- La connexion répond aux attentes fonctionnelles.
- La force de la connexion est suffisante.
- La connexion reste intacte, ne se desserre pas, ne se rompt pas et ne produit pas de bruit pendant l'utilisation.
- Il peut s'adapter à la déformation du produit ou reptation causés par des facteurs environnementaux au cours de l'utilisation.
- Veille à ce que le démontage à des fins d'entretien soit conforme aux attentes en matière de conception.
Lors de la conception d'un produit, le niveau requis de fiabilité de la connexion est choisi en fonction du positionnement du produit, de la fonctionnalité des composants et du coût. Il n'est pas nécessaire que toutes les conceptions répondent à toutes les exigences ci-dessus. Par exemple, si une conception ne nécessite pas de démontage ou d'entretien fréquent, il peut suffire de satisfaire aux trois premiers points. Toutefois, si un démontage fréquent est nécessaire, le système d'encliquetage doit conserver sa fonctionnalité après le démontage, ce qui influe sur le choix du type d'encliquetage ou des paramètres de conception spécifiques. Par exemple, la conception des couvercles de batterie diffère selon qu'il s'agit de banques d'alimentation ou de télécommandes.
2. Complétude des contraintes
Lors de l'assemblage ou du désassemblage d'assemblages rapides, le mouvement de la pièce d'assemblage par rapport à la pièce de base doit être contrôlé. Sans contraintes, l'état final de la pièce d'assemblage serait incertain et instable. Les contraintes garantissent que la pièce d'assemblage se déplace correctement par rapport à la pièce de base.
L'exhaustivité des contraintes implique à la fois le positionnement et le verrouillage. Si le verrouillage est l'objectif ultime de la connexion par encliquetage, les contraintes sont les conditions fondamentales pour atteindre cet objectif.
Les éléments de verrouillage les plus courants sont les crochets, les griffes, les anneaux, les barres de torsion et les cliquets. Ces éléments de verrouillage et leurs pièces d'accouplement forment des paires de verrouillage.
Les éléments de positionnement les plus courants sont les goupilles, les goupilles coniques, les guides, les coins, les griffes, les surfaces, les arêtes, les pattes, les bossages, les fentes, les trous et les charnières actives. Ces éléments de positionnement et leurs pièces correspondantes forment des paires de positionnement.
La section précédente a présenté en détail les paires de verrouillage en prenant l'exemple de l'encliquetage en porte-à-faux. Nous allons maintenant examiner plus en détail les paires de positionnement.
Une bonne structure de connexion doit d'abord guider, puis positionner, et enfin connecter et sécuriser. Cette séquence doit également s'appliquer aux connexions par encliquetage.
Les avantages de la conception de structures de positionnement en modules de montage rapide (Snap-Fits) :
- Des structures de positionnement guident l'assemblage, ce qui facilite le montage.
- Ils déterminent la position d'assemblage unique, évitant ainsi un assemblage incorrect qui pourrait endommager le snap-fit.
- Ils améliorent la précision d'ajustement du snap-fit, augmentant ainsi la solidité de la connexion.
- Ils résistent aux forces de séparation dans certaines directions, améliorant ainsi la résistance de la connexion par encliquetage.
Les structures de positionnement existent généralement de deux manières sur les pièces :
- Structures inhérentes à la pièce elle-même qui assurent des fonctions de positionnement local, telles que les arêtes et les surfaces. Ces structures de positionnement inhérentes ont généralement une faible précision et rendent difficile le contrôle et l'ajustement des dimensions.
- Structures spécialement conçues pour des fonctions de positionnement spécifiques, telles que les bossages, les colonnes, les trous, les guides et les charnières. Ces structures ont une plus grande précision et permettent un contrôle des dimensions et un réglage fin plus faciles.
Dans la conception des contraintes, l'idéal est une contrainte totale, mais la conception pratique met l'accent sur une contrainte appropriée, minimisant la sous-contrainte et la sur-contrainte.
3. Coordination de l'assemblage
La coordination de l'assemblage détermine si la base encliquetable est conçue pour un assemblage manuel ou mécanique. Actuellement, la plupart des conceptions sont basées sur l'assemblage manuel. Par conséquent, dans le processus de conception, outre l'espace de mouvement de la base encliquetable elle-même, l'espace pour l'opération humaine (ergonomie) doit également être pris en compte.
Par exemple, lors de l'assemblage, l'opérateur doit disposer d'un certain champ de vision. Si cela est inévitable, des structures de guidage doivent être prévues.
Pour les boutons-pression nécessitant un démontage fréquent, il faut prévoir un espace suffisant pour l'opération (espace pour les doigts, espace pour les outils), et la force d'actionnement doit répondre à des exigences ergonomiques.
4. Fabrication et coût
- Pour éviter une complexité inutile, les concepteurs d'assemblages par encliquetage devraient envisager d'éviter les mécanismes de traction des noyaux latéraux. Convertir les structures qui nécessitent une traction latérale du noyau en structures qui n'en ont pas besoin, ce qui permet de réduire les coûts de moulage.
- Si le snap-fit est moulé avec une éjection angulaire, vérifiez qu'il n'y a pas d'interférence pendant le processus d'éjection angulaire. La tête de l'éjecteur angulaire ne peut pas être inclinée (l'angle de la surface supérieure avec la direction d'éjection doit être supérieur à 90°) ; sinon, l'éjecteur angulaire ne peut pas sortir en douceur.
- Si l'angle de la surface supérieure avec la direction d'éjection est inférieur à 90°, les trois méthodes d'éjection suivantes peuvent être utilisées, mais elles augmentent la complexité et le coût du moule : a) Structure d'éjection angulaire en deux étapes b) Structure de glissière intérieure c) Structure d'éjection de glissière
Études de cas sur la conception de produits Snap-Fit
01 KEEPY
KEEPY est un assistant anti-perte, chaque produit étant marqué d'un code QR et d'un code d'identification uniques, et équipé d'une application dédiée.
L'étiquette est conçue pour durer et résister à des conditions météorologiques et environnementales extrêmes.
La technologie de marquage au laser garantit la lisibilité et la résistance à l'usure des impressions de surface. Fabriqué à partir de matériaux recyclables, il est plus respectueux de l'environnement.
Chaque étiquette est marquée d'un code QR unique, ce qui permet de gérer les informations de contact par simple balayage.
En cas de perte ou d'urgence, les informations importantes concernant le propriétaire ou l'objet attaché peuvent être rapidement retrouvées.
Une fente sur le côté, munie d'un bouton-pression, permet de l'accrocher à différents endroits.
02 Montre normale
Le designer a cherché à redessiner la montre pour améliorer l'expérience de l'utilisateur.
Au lieu de se concentrer sur la différenciation, le concepteur a réimaginé l'affichage.
L'écran est conçu comme un carré pour maximiser l'affichage des informations.
Sa forme souple facilite l'interaction et le toucher.
L'écran a une forme légèrement concave, offrant une expérience tactile lorsqu'on le touche et qu'on le fait défiler.
Le bracelet en silicone est assemblé avec une structure à encliquetage, ce qui facilite le montage.
Les capteurs de température et de fréquence cardiaque sont situés à l'arrière.
Le bracelet est fixé au poignet par des aimants, ce qui garantit un ajustement parfait.
03 Mousqueton urbain binaire
Ce mousqueton est conçu pour divers usages urbains, inspiré par l'action du pouce lors de l'utilisation d'un briquet, et il se verrouille facilement.
Fabriqué en aluminium avec un revêtement en poudre et une finition anodisée, il est de qualité supérieure.
04 Haut-parleur Bluetooth portable pour la gestion du temps
Il s'agit d'une enceinte Bluetooth rétro, délicate et compacte, pratique à transporter. La façade peut être changée pour s'adapter à différents scénarios.
Pour une utilisation de bureau, le panneau avant fonctionne comme un gestionnaire de temps, intégrant des concepts de gestion du temps avec des performances stables et une faible consommation d'énergie pour améliorer l'efficacité et la concentration.
Pour les moments de détente, le panneau avant est doté d'un éclairage d'ambiance qui ajoute à l'atmosphère par des effets lumineux chaleureux.
Grâce à sa portabilité, ce haut-parleur peut être emporté à l'extérieur, pour la randonnée ou le camping, en fournissant un éclairage.
05 Circulab
Il s'agit d'un sèche-cheveux modulaire.
Chaque pièce peut être utilisée individuellement ou combinée pour créer différents produits.
En remplaçant le boîtier et en retirant le composant chauffant, le ventilateur du sèche-cheveux devient un ventilateur de circulation d'air.
Le moyeu de la batterie du brasseur d'air peut devenir la base d'un outil de coiffure.
Le réservoir d'eau de l'appareil de coiffure peut être utilisé comme récipient pour un irrigateur buccal ou un humidificateur.
La partie supérieure de l'humidificateur peut devenir la buse du sèche-cheveux.
Tant qu'il reste fonctionnel, il forme un cycle presque infini, servant à de multiples usages.
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