乾貨 | 塑膠件緊固工藝之一：熱熔
關注頭條號
“
降本設計
”
，獲取更多原創產品設計知識和理念！
1。 熱熔的概念和原理
熱熔是塑膠件與塑膠件、或與其它零件例如金屬件、印刷電路板等進行裝配的一種方法，又稱為熱鉚接。熱熔的原理是在塑膠件上有區域性凸起稱為熱熔柱，在需裝配的零件上有對應的孔，熱熔柱穿過孔，透過加熱使熱熔柱熔化再成型，從而將另一個零件緊固。根據加熱方法的不同，熱熔可分為熱風熱熔和脈衝熱熔兩種。
熱風熱熔
是透過熱風機產生熱風，熱風將塑膠上預留的熱熔柱、肋、筋等加熱到塑膠玻璃化轉化溫度（Tg）之上使之軟化，透過冷焊頭將塑膠施加壓力再成型、冷卻到Tg之下，從而形成對另一個零件的永久性固定。
（熱風熱熔的步驟）
脈衝熱壓
是利用變壓器產生一個低電壓的大電流，透過焊頭令其迅速發熱，熱焊頭將塑膠加熱到Tg之上使之軟化，施加壓力再成型，然後透過冷氣將塑膠冷卻到玻璃化溫度之下，從而形成對另一個零件的永久性固定。
（脈衝熱熔的步驟）
下圖是一個熱熔裝置的治具圖，該治具可以同時加工多個熱熔柱。
2。 熱熔的優缺點
相對於其它塑膠件緊固工藝，熱熔具有以下優點：
結構簡單，僅僅利用塑膠自身特性即可實現裝配；
無須填加任何粘接劑、溶劑、填料，無須額外的緊韌體；
適用於塑膠件與其它不同材質之間的固定與裝配；
透過使塑膠加熱軟化的方式避免應力的產生；
大多數的熱塑性塑膠包括PC、ABS、PPO、PBT以及玻纖增強塑膠如PA66+30%玻纖均可熱風熱熔和脈衝熱熔；超聲波熱熔不能熱熔玻纖增強塑膠；
玻纖增強塑膠熱熔時不會發生脆化；
由於是區域性加熱，不會對產品中的其它電子元器件造成損壞；
適用於長期振動工作環境下零部件的固定與裝配；
生產效率高，可同時熱熔多個點或者多個零件，例如在通訊行業最多可一次性熱熔200個點，適合大批次、低成本生產；
熱熔加工過程無振動、無汙染、無噪聲、環保、節能、快速、高效。
熱熔的缺點是緊固強度低，僅適用於小零件和強度要求不高的場合。
正因為熱熔的這些優點，熱熔獲得越來越多的關注，目前熱熔廣泛應用汽車、通訊、玩具、航空、醫療以及消費類電子等領域。
3。 熱熔的型別
根據熱熔柱形狀的不同，熱熔可分為以下型別：實心熱熔柱熱熔、沉孔熱熔、肋條形熱熔柱熱熔、空心熱熔柱熱熔和折邊熱熔等。
3.1 實心熱熔柱熱熔
實心熱熔柱熱熔是最常見的熱熔型別。合理設計熱熔柱可達到自動對齊並定位功能，簡化裝配工序，熱熔過程簡單高效。實心熱熔柱尺寸一般不大於塑膠壁厚的2/3，最大不超過3mm；尺寸過大一方面容易造成塑膠件表面縮水，另一方面因為厚度過厚而不易加熱軟化，因此實心熱熔柱熱熔常用於對固定強度要求不高的場合。
按照成型鉚頭的形狀，實心熱熔柱熱熔可分為半圓頂形鉚頭熱熔和雙半圓頂形鉚頭熱熔兩種。
半圓頂形鉚頭熱熔具有以下特點：
適用於熱熔柱直徑小於1。6mm時；
較小的熱熔柱更容易加熱軟化，熱熔週期較短；
在普通的加工條件下可獲得完美對稱的鉚頭；
熔點溫度較高的半結晶塑膠，如PA66+30玻纖，建議採用這種方式；
含有研磨劑的塑膠建議採用這種方式；
容易降解的塑膠建議採用這種方式。
（半圓頂形鉚頭熱熔）
雙半圓頂形鉚頭熱熔具有以下特點：
適用於熱熔柱直徑大於1。6mm時；
低密度無研磨劑的塑膠建議採用這種方式；
最容易和最快速的方法熱熔大量的塑膠；
熱熔焊頭的對齊非常重要；
類似於拉釘裝配，提供了非常美觀的外觀。
（雙半圓頂形鉚頭熱熔）
3.2 沉孔熱熔
當產品外形有平整度要求、或有其它裝配要求時，常常要求熱熔後成型鉚頭不能突出於表面，此時可將被緊固零件對應孔設計成沉孔。沉孔熱熔具有以下特點：
適用於熱熔後裝配平面有平整度要求時；
要求被緊固零件有充足厚度以進行沉孔設計；
熱熔柱的體積很重要，需確保不會超過沉孔容納的上限。
（沉孔熱熔）
3.3 肋條形熱熔柱熱熔
將實心熱熔柱設計成肋條形可提高緊固強度，肋條形熱熔柱熱熔具有以下特點：
適用於裝配空間有限，但對緊固強度要求較高的場合；
熱熔焊頭及工藝比較複雜。
（肋條形熱熔）
3.4 空心熱熔柱熱熔
為保證熱熔質量，必須確保熱熔柱在再次成型前必須完全軟化，較小直徑的熱熔柱相對較大直徑的熱熔柱更容易軟化。當實心熱熔柱外徑大於4mm時，熱熔柱就不容易加熱軟化或者加熱時間變長，此時可將熱熔柱設計成空心，可以在較短的時間內加熱軟化較多的塑膠。空心熱熔柱的熱熔方式類似於實心熱熔柱熱熔，但緊固強度遠大於實心熱熔柱。空心熱熔柱的壁厚在0。75~2mm之間，1。25mm的壁厚適用於大多數的場合。
空心熱熔柱熱熔具有以下特點：
適用於熱熔柱直徑大於4mm時；
空心熱熔柱內外側同時加熱，加熱速度快，成型更均勻；
緊固強度較高；
外形美觀漂亮；
當需要拆卸時，可使用自攻螺釘進行替換；
塑膠背面不會產生縮水缺陷，當產品外觀要求時，建議採用這種方式。
（空心熱熔柱熱熔）
3.5 折邊熱熔
折邊熱熔是將肋條形熱熔柱放置於被緊固零件的邊沿或周圍，加熱使其折邊軟化，利用焊頭將其翻卷，從而將另一零件緊固。
折邊熱熔具有以下特點：
適用於被緊固零件是長條形、沒有足夠空間開孔時；
適用於被緊固零件因為強度等原因不能開孔時；
適用於因為空間限制無法用其它方式進行熱熔時或者無法用其它裝配方式時；
不會破壞被緊固零件的完整性。
（折邊熱熔）
4。 熱熔設計指南
A。 熱熔柱的型別、尺寸、數量和位置等的選擇並沒有規定。一般來說，這取決於緊固強度、邊角支撐要求和外觀等；
B。 在零件的邊角、較長處、較弱處等適當增加熱熔柱。為了外觀的均衡與和諧，也可增加額外的熱熔柱，儘管從緊固強度看並不需要。
C。 一般來說，空心熱熔柱可以提供較大的緊固強度，因此具有較大的設計自由度，是熱熔設計的第一選擇。
D。 當熱熔柱的背面是重要外觀面時，需要注意熱熔柱的壁厚，避免外觀面縮水；此時，空心熱熔柱是第一選擇，並在熱熔柱根部使用掏空的設計；
E。 避免在斜面上設定熱熔柱；如果別無選擇，需要進行如下圖所示的最佳化。
F。 避免在壁厚較薄處設定熱熔柱；如果別無選擇，需要保證熱熔柱的厚度佔該處壁厚的70%。
G。 當熱熔面與塑膠件底部距離加大時，可以使用支柱式熱熔柱。
H。 熱熔柱的頂端或者被固定零件的熱熔孔底端應當設計圓角，以便於裝配。熱熔柱與壁的連線處應當新增圓角或掏空的設計，以避免應力集中。
I。 汽車零部件的熱熔因為強度要求，推薦使用直徑不小於4mm的空芯熱熔柱。
J。 熱熔柱應當遠離熱敏元件、以及塑膠件薄弱部位，避免熱熔時造成破壞。
K。 塑膠件的設計應當為熱熔焊頭的工作預留足夠的空間。
—END—
本篇大部分內容參考書籍《
面向製造和裝配的產品設計指南
》。
1。 免責宣告：部分圖片來源於網路，僅供學習用，侵權刪。
2。 原創作品，歡迎轉載，抄襲必究。如需轉載，請聯絡作者，轉載要求不能修改內容和保留文末作者及公眾號資訊。
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12月即將出版《
面向成本的產品設計：降本設計之道
》（DFC）。
歡迎關注“降本設計”頭條號。“降本設計”專注於面向製造和裝配的產品設計(DFMA)、面向成本的產品設計(DFC)等產品設計知識和理念分享，幫助工程師成長和提高技能，幫助企業降低產品成本。如需交流，請加微信3945996。
