Gli smussi nel design del prodotto | Serie Design del prodotto

Nel design dei prodotti, i dettagli spesso determinano il successo o il fallimento di un prodotto. La modifica degli angoli, un elemento di design apparentemente piccolo, svolge in realtà un ruolo cruciale. Le modifiche agli angoli più comunemente utilizzate si dividono in filettatura e smussatura.

La progettazione di filetti e smussi è una delle competenze essenziali per i designer di prodotti. Rispetto agli angoli vivi, i disegni di filetti e smussi sono più facili da usare, visivamente più uniformi e in grado di mettere in evidenza la semplicità e la bellezza di un prodotto. Inoltre, l'uso creativo di filetti e smussi può far risaltare il prodotto.

Oggi parliamo di filetti e smussi nella progettazione di prodotti, con numerose immagini di filetti allegate alla fine dell'articolo.

Cosa sono i filetti e gli smussi?

La filettatura si riferisce al collegamento di due superfici curve di un pezzo con una superficie circolare tangente. Il filetto standard è solitamente rappresentato da un valore di raggio R per indicare le sue dimensioni.

La smussatura si riferisce al collegamento di due superfici curve di un pezzo con una superficie angolata. Lo smusso standard è solitamente rappresentato da un valore di distanza C per indicare la sua dimensione, con un angolo standard di 45°.

Nel design di prodotto, entrambi sono il processo di taglio di un bordo smussato sugli angoli o sui bordi di un oggetto. Questa transizione smussata può essere diritta o curva, a seconda dei requisiti di progettazione e degli scopi funzionali.

Funzioni di smussi e filetti nei prodotti

Sicurezza:

Gli smussi e i filetti possono ridurre l'affilatura dei bordi dei prodotti, evitando che gli utenti si feriscano durante l'uso. Ciò è particolarmente importante nella progettazione di dispositivi portatili o di giocattoli per bambini.

Estetica:

Un'adeguata smussatura o filettatura può migliorare l'aspetto del prodotto, rendendone più fluide le linee.

Ergonomia:

Nella progettazione di dispositivi o strumenti portatili, gli smussi o i filetti possono migliorare la presa, rendendo il prodotto più maneggevole e migliorando l'esperienza dell'utente.

Durata:

Gli smussi e i filetti contribuiscono a ridurre la concentrazione delle sollecitazioni, diminuendo così la probabilità di rottura del materiale in queste aree e prolungando la durata del prodotto.

Semplificare l'assemblaggio:

Quando le diverse parti di un prodotto devono combaciare, gli smussi e i filetti possono fungere da guida, aiutando le parti ad allinearsi correttamente, semplificando il processo di assemblaggio e aumentando l'efficienza della produzione.

Coerenza nel linguaggio di progettazione:

Smussi e filetti possono far parte degli elementi di design, creando uno stile unificato con altre caratteristiche come angoli arrotondati e curve, migliorando la riconoscibilità del prodotto.

Differenze tra filetti e smussi

Sia i filetti che gli smussi possono essere utilizzati per smussare spigoli vivi o per creare una transizione graduale tra due superfici adiacenti. Da questo punto di vista, sono intercambiabili. Tuttavia, in molte applicazioni, esistono differenze distinte tra filetti e smussi.

1. Metodi di lavorazione

Per la lavorazione standard, i filetti verticali interni ed esterni possono essere facilmente lavorati, mentre gli smussi interni no. I filetti richiedono utensili specifici per ottenere varie dimensioni di raggio (è buona norma avere un raggio di filetto più grande del raggio dell'utensile nel processo di lavorazione). Gli smussi, invece, non necessitano di utensili di dimensioni specifiche; si possono realizzare smussi di dimensioni diverse controllando la profondità di taglio.

I filetti orizzontali interni ed esterni richiedono più tempo di lavorazione (a meno che non si utilizzino strumenti speciali per i filetti), mentre la smussatura richiede molto meno tempo.

È importante notare che per Lavorazione CNC, Il tempo di lavorazione dei filetti e degli smussi è paragonabile.

2. Funzionalità

Sia i filetti che gli smussi possono ridurre la concentrazione di tensioni e ottimizzare il flusso. Tuttavia, i filetti forniscono una transizione continua, mentre gli smussi forniscono una transizione lineare, lasciando un bordo dopo la smussatura. Rispetto agli smussi, i filetti offrono una minore concentrazione di tensioni e una minore resistenza al flusso, il che li rende preferibili nelle parti in plastica, a meno che i bordi dello smusso non vengano ulteriormente limati.

Tuttavia, se il progetto prevede fori per viti, fori di posizionamento o perni di posizionamento, l'uso di filetti non è una buona scelta. Rispetto ai filetti, gli smussi con bordi più piccoli e affilati possono aiutare a muoversi nel foro in modo più fluido, facilitando l'assemblaggio.

Inoltre, le smussature possono creare svasatori conici, cosa che i filetti non possono fare.

3. Estetica

Dal punto di vista estetico, i filetti sono spesso preferiti nel design industriale per le loro caratteristiche visivamente piacevoli. I filetti sono morbidi e confortevoli e danno un senso di sicurezza e vicinanza. Al contrario, gli smussi danno una sensazione di aggressività. I prodotti di consumo raramente utilizzano smussi di grandi dimensioni, ma gli smussi possono creare un aspetto unico in alcuni dettagli, aggiungendo il tocco finale.

A seconda dei requisiti di progettazione, è possibile utilizzare sia filetti che smussi sui bordi esterni. Se l'aspetto estetico non è importante, come nel caso dei pezzi lavorati in metallo, si possono scegliere semplici smussi per smussare gli spigoli vivi, riducendo il costo del pezzo.

D'altra parte, se l'estetica è importante e i filetti sono necessari, è necessario considerare la dimensione del raggio del filetto interno. Se il raggio è troppo piccolo, potrebbero essere necessari processi più costosi e lunghi, come ad esempio EDM o taglio del filo. I raggi più grandi sono più facili da lavorare (si possono utilizzare utensili più grandi, riducendo i tempi di lavorazione e aumentando la profondità di lavorazione).

Fattori da considerare nella scelta tra filetti e smussi

Gli ingegneri strutturali si trovano spesso in difficoltà nel decidere se utilizzare i filetti o gli smussi nei loro progetti. Per evitare questa confusione, è opportuno considerare i seguenti punti:

Per le parti lavorate

Tempi e costi di elaborazione

Se l'obiettivo è semplicemente quello di smussare gli spigoli vivi per evitare lesioni, gli smussi sono una scelta migliore perché richiedono meno tempo e sono più economici. Tuttavia, se si utilizza la lavorazione CNC invece della fresatura tradizionale, non c'è una differenza significativa di tempo tra filetti e smussi; l'unica differenza di tempo è dovuta al cambio degli utensili.

Per bordi come questi (filetti concavi), la produzione con macchine CNC è particolarmente impegnativa, perché richiede strumenti specializzati come le frese a sfere, che sono fragili e tagliano a velocità ridotte. Questo aumenta i costi di produzione, quindi è meglio evitare i filetti su questi bordi. Se i filetti sono necessari, devono essere il più grandi possibile.

Copertura del rivestimento

I filetti sono più facili da rivestire rispetto agli smussi. I filetti, infatti, si avvicinano in modo fluido e tangenziale alle superfici adiacenti, consentendo ai pezzi di aderire a rivestimenti più spessi e uniformi rispetto ai bordi degli smussi.

Concentrazione dello stress

Se l'obiettivo del progetto è ridurre la concentrazione delle sollecitazioni, i filetti sono una scelta migliore. I filetti distribuiscono le sollecitazioni su una superficie maggiore rispetto agli smussi della stessa dimensione.

Fori o perni

Per i fori delle viti, i fori di localizzazione o i perni di localizzazione, la scelta migliore è quella di smussare i bordi.

Per le parti in plastica

Le parti in plastica sono stampate in modo diverso dalle parti lavorate e la loro progettazione tende a privilegiare i filetti con smussi utilizzati per scopi specifici (come dettagli estetici o indicazioni strutturali). I vantaggi dei filetti nelle parti in plastica includono:

Fluidità

Nel processo di stampaggio a iniezione, la fluidità della resina fusa è fondamentale. I filetti offrono una minore resistenza al flusso e quelli più grandi facilitano il riempimento. Gli angoli vivi del progetto originale possono causare l'intrappolamento dell'aria a causa di vortici durante l'iniezione, con conseguente surriscaldamento localizzato e aspetto bruciato. L'ottimizzazione con raggi più grandi garantisce un flusso regolare della massa plastica.

Resistenza delle parti in plastica

Quando il polimero fuso scorre su spigoli vivi, provoca un taglio che rompe le catene del polimero. Le catene di polimero più corte comportano un peso molecolare medio inferiore, riducendo la resistenza e le prestazioni del pezzo in plastica. L'aggiunta di raggi anche piccoli aiuta il flusso e previene il taglio.

Concentrazione dello stress

La rottura per fatica è causata dalla propagazione delle cricche, principalmente nei punti di concentrazione delle tensioni e sulla superficie dei componenti. Nei punti in cui le dimensioni della sezione trasversale cambiano bruscamente, come gli angoli, è necessario utilizzare filetti sufficientemente grandi. Come mostra la curva relativa, il fattore di concentrazione delle sollecitazioni effettive diminuisce rapidamente con l'aumentare del raggio. I filetti aiutano a distribuire le sollecitazioni su una superficie più ampia, impedendo una rapida deformazione o fessurazione delle parti sollecitate. Ciò è particolarmente vero per materiali come policarbonatoche sono soggetti a cricche da stress se le condizioni di stampaggio sono improprie o la struttura del pezzo è irragionevole.

Facilità di lavorazione dello stampo e maggiore resistenza dello stampo

La progettazione di filetti nelle parti in plastica aumenta la resistenza dello stampo, poiché anche le corrispondenti parti dello stampo presentano filetti. In questo modo si evitano le cricche dovute alla concentrazione di tensioni durante la tempra o l'uso, aumentando così la resistenza dello stampo.

Riduzione del tasso di usura degli elettrodi

Nella lavorazione degli stampi, per aree come gli angoli morti (dove gli utensili non possono arrivare), si utilizza la lavorazione a scarica elettrica (EDM), che richiede elettrodi (comunemente noti come utensili in rame). Gli angoli e i bordi taglienti degli elettrodi si consumano più rapidamente durante la scarica rispetto alle aree piane. Di conseguenza, gli angoli morti effettivamente lavorati presentano piccoli filetti (circa 0,2), che differiscono dal progetto. Questo aspetto deve essere preso in considerazione per garantire che la struttura non venga compromessa. Se le parti in plastica sono dotate di filetti progettati in corrispondenza degli angoli morti, l'usura degli elettrodi è ridotta e i filetti finali lavorati corrispondono fedelmente al progetto.

Principio di progettazione del filetto

1. Garantire uno spessore uniforme delle pareti agli angoli

Per mantenere uno spessore uniforme della parete, il raggio esterno 𝑅 agli angoli deve essere uguale al raggio interno 𝑟 più lo spessore della parete 𝑡. Si raccomanda che il raggio interno minimo non sia inferiore a 0,5 mm. Per gli smussi, per mantenere uno spessore della parete assolutamente uniforme, lo smusso esterno deve essere sfalsato dello spessore della parete 𝑡 per formare lo smusso interno.

2. Facilitare la lavorazione dello stampo con la progettazione del filetto

I filetti sulle linee di divisione complicano la configurazione dello stampo. In corrispondenza del filetto della linea di divisione, la cavità deve essere trasferita all'altra metà dello stampo, aumentando i costi di lavorazione e creando potenzialmente linee di separazione che influiscono sull'aspetto del pezzo in plastica. Pertanto, a meno che non sia necessario, i filetti sulle linee di divisione dovrebbero essere evitati.

Nell'immagine seguente, la superficie di separazione del progetto originale con piccoli filetti complica la lavorazione e la successiva lucidatura. Il design ottimizzato elimina i filetti della superficie di separazione.

Inoltre, ogni volta che le cavità e le anime dello stampo si incontrano per formare fori o altre caratteristiche nei pezzi, si presentano questi problemi e devono essere considerati nella progettazione.

3. Evitare i difetti visivi nelle parti in plastica con la progettazione dei filetti

Per gli elementi strutturali interni, come le nervature, le bugne delle viti e i bottoni automatici collegati alle pareti principali, i filetti devono essere considerati con attenzione. I filetti in queste aree possono causare un ispessimento localizzato del materiale, con conseguenti segni di affondamento in superficie. Se i filetti sono necessari per garantire la resistenza, il materiale deve essere ridotto prima della filettatura. Ad esempio, un metodo tipico per ridurre il materiale nei fori delle viti è la creazione di un "cratere".

4. Operazioni software per la progettazione di filetti

1). Aggiungere i filetti per ultimi nella progettazione strutturale

• Beneficio 1: Migliora la velocità complessiva di modellazione nel software.
• Beneficio 2: Evita il fastidio di rimuovere i filetti durante la creazione dell'angolo di sformo.

2). Evitare di usare un unico comando per creare tutti i filetti. Raggruppare i filetti per tipo o per dimensione uniforme per facilitare le modifiche successive.

3). Utilizzo flessibile del "filetto completo

Galleria di vari disegni di filetti e smussi