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1. 塑膠件圓角設計原則

在設計塑膠件時，對於壁與壁的連接處、在塑膠熔料流動的方向上、壁與加強筋或卡扣或支柱的連接處等，都應當避免尖角、直角或缺口的設計，需要把尖角等改成圓角，這是塑膠件圓角設計原則。

圓角的設計為了避免在尖角等處產生應力集中。由於塑膠件形狀和截面的變化，使注塑過程中塑膠熔料在尖角處的流態發生急劇變化而產生大的應力，而且殘留在尖角處。

應力集中是塑膠件在受力狀況下失效的一個主要原因。

尖角和圓角的應力分布如下圖所示，是不是看著就很容易斷裂？

卡扣的應力集中因子（因子越大應力越集中）與圓角和卡扣頂端的厚度關係如下圖所示，可以看出，圓角越大，應力集中越小。

2. 一個塑料把手的斷裂

2.1 斷裂的現象

下圖是一個電子產品的塑膠把手，在使用過程中與銷釘配合起著一個軸套的作用。多次使用之後，把手因為重複受力而斷裂。

2.2 失效原因分析

通過對失效零件的斷裂面進行微觀分析發現失效是由於疲勞導致的。

裂紋源位於零件表面，斷裂面有疲勞紋存在，證明這是典型的疲勞破壞（c）。

裂紋逐漸擴展，直到施加在裂紋尖端的應力超過塑性斷裂韌性，此時最終發生斷裂。從斷裂表面的凹痕形態可以看出，斷裂本質上是韌性的（b）。

2.3 尖角引起的失效

通過對把手的詳細結構進行分析發現，在圖中紅色箭頭所指處存在尖角的設計，在工作時該處承受拉伸應力。

由於尖角的存在，在注塑成型時該處應力集中，在重複的拉伸應力作用下，該尖角處作為斷裂起始點發生斷裂，最終失效。

如何修改設計避免斷裂？我想答案應該不言自明！

3. 鍾工感悟

一個小小的、不起眼的尖角竟然造成一個零件的失效，而帶給企業的損失卻不可估量，一方面企業會承擔產品維修、替換甚至召回的損失，另一方面是企業品牌的損失，可能會永遠的失去部分客戶。

這真是應了一句古話「千里之堤，潰於蟻穴」。

其實產品設計就那麼一回事兒，說簡單也很簡單。很多失效，事後來看：不就是因為該加圓角的地方沒有加圓角，該壁厚均勻的地方沒有壁厚均勻嗎？

但是，要做到這一點也是一件非常難的事情。如果不信，可以去看看大多數的塑膠件設計，都加圓角了嗎？都壁厚均勻了嗎？

為什麼很難？這一方面是因為工程師並不清楚產品設計的相關規則和指南，及其背後的真正原理，其實這些規則和指南都是前人經驗和教訓的總結；另一方面是因為工程師沒有「工匠精神」，不願意靜下心來，把一件事情做完美到極致。

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關於作者：

鍾元，2011年出版書籍《面向製造和裝配的產品設計指南》（DFMA）。

2019年11月即將出版《面向成本的產品設計：降本設計之道》（DFC）。

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