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[機構設計]卡勾設計的迷思I:卡勾設計之定義解說
玖、卡勾設計的迷思
關於【卡勾設計的迷思】總共會有五篇文章,內容包含卡勾的定義與解說、原則掌控、設計思考、問題排除,內容言簡意賅,內行者細細品味可得其精髓。(工作熊註)
(這是一篇「客座文章」,如果您也想要在本部落格發表文章,可以參考「徵求客座文章」一文。文章版權屬原作者所有,本部落格僅提供發表的平台與機會,如有任何問題可以直接接洽作者。)
卡勾的功能:
-
為生產工廠組裝時,零件間互相結合的結構,此結構當作結合固定功用,如有需要,可搭配螺絲或其他結構一起使用。
-
供使用者操作,做滑動、插入、推出或是旋轉壓入、拔開之定位功能。
關於「客座文章」作者:
- 陳正倫
- 1976年畢業於國立臺中高工機械製圖科。
- 1984年畢業於國立臺灣科技大學機械系。
- 25年產品設計經驗。
- 開發過之產品:汽車零件、手工具、電話機、測試儀器、掌上型收音機、PDA、智慧型手機等。
- 三民網路書店 作者:陳正倫
關於「卡勾設計」的其他系列文章:
[機構設計]卡勾設計的迷思II:卡勾設計之原則掌控
[機構設計]卡勾設計的迷思III:卡勾設計之設計思考1
後記:
這是網友閱讀文章時提出的質疑,認為文章中圖示的兩個卡勾有互相頂到的可能,組裝的時候應該會有所干涉,造成組不起來的問題。
以下是文章作者的解釋(原文照抄):
紅色箭頭下方凹槽為上下殼外觀美工縫(我沒有解釋清楚)
至少這個位置要避讓,以避免組裝干涉。—>等同是設計空隙的規格
一般手持式裝置(搖控器,手機,平板等),若使用卡勾作上下殼結合,使用者不希望拿在手中時,上下殼上下方向是鬆動夾不緊.
若設計空隙的規格為0—0.05mm.
若卡勾接合面預留的間隙0.02mm
若公卡勾公差 +/- 0.02mm
若母卡勾公差+/- 0.02mm
要求模具必須作準—>Ca(因為尺寸小射出的因素影響不大—>Cp)
組合後接合面最大干涉量 0.02mm
組合後接合面最大空隙量 0.06mm
利用彈性的設計造成的彈力(及結構強度夠)來吸收干涉量 0.02mm . (請參考文章263頁說明)
非手持式裝置(大尺寸產品,內部暫時性夾住PCB等),若使用卡勾作上下結合.
設計空隙的規格為0—0.10mm或 0.05—0.15mm
則接合面的間隙,公母卡勾公差,皆可放鬆
這些觀念(利用彈性的設計造成的彈力(及結構強度夠)來吸收干涉量)是我持續研究卡勾超過15年得到的心得。
延伸閱讀:
塑膠設計基礎觀念-牆壁厚度
塑膠設計基礎,開始認識塑膠射出
塑膠設計基礎觀念-脫模角度(Draft Angle)
塑膠設計基礎觀念-合模線/分模線(Parting line)
[機構設計]卡勾設計的迷思II:卡勾設計之原則掌控
「卡勾結構」雖然好用,也有著許多的優點,但並不是所有的材質及結構件都適合使用卡勾設計,比如說鋼鐵這類無彈性的材料就不適合設計卡勾,因為會造成不易組裝且容易斷裂,也會導致無法拆解等問題。另外,材料如果太軟,卡勾結合強度不夠者,比如說橡膠類材質也不適合設計卡勾結構,句不住啊。所以,卡勾設計時有些基本原則需要掌握。
(這是一篇「客座文章」,如果您也想要在本部落格發表文章,可以參考「徵求客座文章」一文。文章版權屬原作者所有,本部落格僅提供發表的平台與機會,如有任何文章內容問題可以直接接洽作者。)
B、卡勾設計時的原則掌控
1. 不適合卡勾的結構設計:(指突出型及口字型卡勾)卡勾的結合,常常發生鬆動、或結合力量不夠強壯的情況。
2. 卡勾應該放在重要控制位置,作為優先選擇,以防止外翻、突出、中間懸空等結合不良的情況。
3. 卡勾組合、拆開時,必須產生彈性變形,有了彈性變形,卡勾才能順利組合和拆開,當然內、外部都必須預留彈性變形所需的空間。
4. 不可把公、母卡勾結構放在毫無彈性可用之處。
5. 螺絲附近之卡勾,應該設計成至少一個為方便打開的結構,以利生產線重複拆裝使用。可拆開一端,卡住量相對尺寸比較小,或是以導斜角、圓角作為拆開支起始點。
關於「客座文章」作者:
- 陳正倫
- 1976年畢業於國立臺中高工機械製圖科。
- 1984年畢業於國立臺灣科技大學機械系。
- 25年產品設計經驗。
- 開發過之產品:汽車零件、手工具、電話機、測試儀器、掌上型收音機、PDA、智慧型手機等。
- 三民網路書店 作者:陳正倫
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[機構設計]卡勾設計的迷思I:卡勾設計之定義解說
[機構設計]卡勾設計的迷思III:卡勾設計之設計思考1
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塑膠設計基礎觀念-脫模角度(Draft Angle)
塑膠設計基礎觀念-合模線/分模線(Parting line)
[機構設計]卡勾設計的迷思III:卡勾設計之設計思考1
在機構設計的運用當中,卡勾(hook)佔了一個非常重要的角色。一個優秀的卡勾設計必須同時符合容易組裝、不易脫落這兩種幾乎互相違背的特性,有些卡勾還必須符合可以多次拆裝的維修組裝需求,因此如何設計一個符合各方需求的卡勾就相當考驗一位機構工程師的能力。
(這是一篇「客座文章」,如果您也想要在本部落格發表文章,可以參考「徵求客座文章」一文。文章版權屬原作者所有,本部落格僅提供發表的平台與機會,如有任何文章內容問題可以直接接洽作者。)
C、設卡勾設計的計思考
1.卡勾配合,指控接合面的平面,其他方向接需預留空隙,以作為加工公差及組裝空間使用。
2.公、母卡勾之度,應盡量設計成一致。一般的設計其口字型卡勾之母卡勾強度,皆遠遠弱於公卡勾,故母卡勾非常容易遭受破壞。設計者很容易被外觀的視覺誤導,以為母卡勾的體積較大,所以母卡勾的強度應該足夠。但根據實際的經驗,損壞的往往都是母卡勾。設計口字型卡勾,公卡勾與母卡勾之受力截面積比值為 1:1.3(經驗公式)。
3.突出型,口字型卡勾規劃設計時,應預留最大卡住量當作基礎(含變形空間)。
4.口字型母卡勾應該避免玄空的設計,或是懸空背後加肋的補強,其背面厚度至少為0.30mm之整片填滿結構。另外,為了維持外觀完整一致,在美工縫可視範圍內,不得有滑塊痕及段插。
5.供使用者操作,實施滑動推出、插入之凸點型卡勾設計,最難的部份,就是彈性力量的控制與維持。
關於「客座文章」作者:
- 陳正倫
- 1976年畢業於國立臺中高工機械製圖科。
- 1984年畢業於國立臺灣科技大學機械系。
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- 開發過之產品:汽車零件、手工具、電話機、測試儀器、掌上型收音機、PDA、智慧型手機等。
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[機構設計]卡勾設計的迷思IV:卡勾設計之設計思考2
[機構設計]卡勾設計的迷思V:卡勾設計之問題排除
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這是網友詢問工作熊一個關於塑膠射出FAI(First Article Inspection,首件檢驗)量測與Cpk管控點的問題,工作熊覺得可能很多朋友也有類似的疑問,所以把內容稍微修飾整理了一下,並把回答寫成一篇文章給大家參考。
請注意:工作熊的回答不見得一定是最正確的,當然可以討論,甚至你可能覺得工作熊講錯了,也歡迎你在留言區發表你的看法。
網友留言提問:
塑膠射出加工時,客戶圖面都有要求要管控Cpk及FAI尺寸量測,而FAI全尺寸其實在開發期間都是要送報告給客戶的PD或是模工認證的。而在量產(mass production)出貨報告的尺寸檢驗項目或是IPQC則只會針對Cpk尺寸來做監控與巡檢,因此有些問題想向您請教。
為什麼在量產的塑膠射出時,IPQC就只需針對Cpk標示的重點尺寸來進行量測並列在出貨報告中呈現就可以,而不是將FAI填寫在出貨報告內呢?
我一直從事塑膠射出,看客戶圖面也都很清楚的標示FAI及Cpk(1.33要求)尺寸要求,已經很習慣在IPQC時只要完成Cpk尺寸就可以開機生產。
但是最近卻遇到客戶要求必須要做FAI全尺寸量測,而且在IPQC檢驗時全尺寸必須全進規格才能開機生產,同時也被要求出貨報告需要FAI全尺寸都要呈現在出貨報告中,並且客戶的IQC檢驗也是FAI全尺寸抽驗+AQL檢驗。
我想問的是,不是應該IPQC+客戶IQC只檢驗管控Cpk尺寸首件就可以了嗎?為什麼這個客戶會要求很嚴格的FAI尺寸首件過才可以開機生產?誰是對的?又是依據哪一份法規條文或指導書的呢?
工作熊的回答
首先,這裡有一個很重要的觀念要先釐清。塑膠射出作業本來就應該全尺寸都要符合圖紙規格,怎麼會說只要求Cpk的管控尺寸合格了就可以生產呢?
原則來說,圖紙上的所有尺寸都是有用途的,只是有些是重點尺寸(critical dimension),而有些則是次要尺寸(minor dimension)而已,但是所有的尺寸基本上都是需要的。所以,只要是圖紙標示出來的尺寸,理論上都必須要符合規格,有些機構研發者甚至要求尺寸及結構都要符合3D的圖檔。
所以,在新品試膜試產時,模具廠及塑膠射出廠本來就該與客戶的對口機構工程師充分地討論圖紙上面的所有尺寸,一旦發現有尺寸難以達標或是日後生產可能會有問題的地方,就該立即討論修模、或是放寬圖紙公差、或是從圖紙上取消該尺寸,而不該抱持「頭過就好」的僥倖心裡。
很多塑膠射出廠經常有苟且的心態,認為圖紙與FAI只是交代而已,量產後就可以不用管了,這其實大錯特錯,因為客戶的機構工程師可能頻繁更換,當初口頭上講好的條件,換人之後都不算數,唯一可以依據的只有白紙黑字的圖紙規格。所以,試產時就該將需要的尺寸規格釐清並寫清楚。
Cpk的目的
再來,討論Cpk管控的目的是什麼?Cpk主要目的在管控製程能力,它可以告訴我們圖紙上面的公差是否恰當,總不能訂一個+/-0.05mm的公差,但是Cpk只有0.67吧(不良率至少有4.44%)?這樣表示規格過嚴或是設備能力不足。
另外,長期作為Cpk量測的同一個尺寸也可以拿來做成管制圖管控生產條件是否偏移。而Cpk也可以拿來驗證在不同射出機台或是調整不同參數時有否出現差異。
建議自己想想如果量產只量測Cpk可以給予我們什麼資訊?
回到FAI量測的問題,網友想問的應該是全尺寸與重點尺寸(Cpk管控點)量測的差異,以前只需要量測重點尺寸,怎麼現在要開始量測全尺寸呢?工作熊相信一定是客戶的生產發生了問題,而出問題的地方剛好不是重點尺寸,為了抓問題,所以客戶的IQC現在改為全尺寸量測,也或許是業務與客戶吵架後的結果。
其實這還是得回到最原先的觀念,塑膠射出作業本來就應該全尺寸都要符合圖紙規格。如果是現在生產的尺寸不合格了,那就要檢討,當初在試產時已經量過所有的FAI且符合圖紙規格,那為何現在不行呢?是哪裡有差異?那裡有問題?是模具修理過或是射出機台有差異?或是參數改變了?
如果只是意氣之爭,就用誠意解決~
為何很多公司的IPQC及Outgoing檢驗都只管控Cpk的重點尺寸而不是全尺寸?
其實Cpk一般最多只會管控1~3個尺寸而已,Cpk尺寸的選取必須要能真正代表該模具的能力,否則Cpk是沒有意義的。
而IPQC及Outgoing檢驗報告及客戶IQC需要管控的應該是所有的重點尺寸,因為這些尺寸會影響到組裝與功能。(實際上是否如此得看各公司對重點尺寸標注的重視程度而定,工作熊知道很多公司對於重點尺寸的標注可能都只是交差了事,甚至連公差也都是憑經驗…)
那為何很多公司不用每次都量測全尺寸呢?因為全尺寸量測太花時間與成本了,而且還會延宕生產的時間,一般機台都要等FAI確認無誤後才能生產,如果你是老闆,你願意讓機台停機4~8小時等FAI全尺寸報告?如果這是常態要求,以射出廠的立場來說,這些尺寸量測的等待時間都應該放到生產的成本當中的,一說到要漲價,很多客戶就會開始猶豫了。大家都想要創造雙贏,所以大家會退而求其次只量測那些重點尺寸來代替全尺寸FAI。
至於那些尺寸是重點尺寸,這就要看功力與經驗了,基本上就是抓大方向與哪些地方是生產時容易出錯的。比如說可以用全長、全寬、全高來管控射出參數與機台磅數是否有改變,有滑塊或是insert的地方則比較容易出現尺寸伸縮問題,另外有些結構可能會較容易發生包風或結構問題,這些地方都建議標注成重點尺寸。
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