無(wú)須工具的籠式螺母設(shè)計(jì)與應(yīng)用

羅鋒

摘要：重點(diǎn)介紹了一款新型無(wú)須工具的籠式螺母的設(shè)計(jì)，以市場(chǎng)需求作為切入點(diǎn)，結(jié)合市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，定位新品的功能和潛在客戶需求，從工藝的角度選擇合理的制作方案和材料。設(shè)計(jì)目標(biāo)是不需要依賴額外的工具就可以進(jìn)行此籠式螺母的安裝，而且安裝速度比用工具的時(shí)候更快，至少可以節(jié)省50%的安裝時(shí)間，同時(shí)又能保證與原始常規(guī)籠式螺母具有一樣的強(qiáng)度和功能。為了降低生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)并形成了自動(dòng)化的組裝方案。

關(guān)鍵詞：籠式螺母;無(wú)須工具;尺寸公差;四方螺母;自動(dòng)化生產(chǎn)解決方案

0 ? ?引言

籠式螺母是在服務(wù)器機(jī)柜中大量使用的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)五金件。目前市場(chǎng)上常規(guī)的籠式螺母，是一個(gè)五金殼體與四方螺母的結(jié)合體，五金殼體一般為碳鋼，彈簧鋼做熱處理或者是不銹鋼材質(zhì)，帶有一定的彈性，通常用于正方形的孔。常規(guī)籠式螺母的生產(chǎn)廠家非常多，價(jià)格也比較便宜，但問(wèn)題在于，這種籠式螺母的安裝和拆卸必須借助于一種專用的工具或者螺絲刀，如果沒(méi)有這種專用的工具，依靠手指很難安裝到導(dǎo)軌上，同時(shí)也難以把一個(gè)已經(jīng)安裝在導(dǎo)軌上的籠式螺母拆卸下來(lái)。

本文介紹一款新型無(wú)須工具的籠式螺母的設(shè)計(jì)，其不需要借助額外的工具，僅憑雙手十指，就能夠?qū)崿F(xiàn)快速、便捷的安裝和拆卸。

1 ? ?設(shè)計(jì)需求和設(shè)計(jì)方案

1.1 ? ?設(shè)計(jì)需求

1.1.1 ? ?要滿足無(wú)工具化的功能，安裝、拆卸便捷

常規(guī)的籠式螺母安裝方法如圖1所示，流程如下：

（1）取出一個(gè)籠式螺母，由內(nèi)向外，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)軌上的方形孔，確保籠式螺母的卡扣面朝外側(cè)。

（2）將卡扣的一側(cè)扣住導(dǎo)軌上的方形孔。

（3）把籠式螺母專用工具穿過(guò)方形孔勾住另外一側(cè)的卡扣。

（4）使用此專用工具，用力把籠式螺母拉過(guò)方形孔，直到卡扣的另外一側(cè)卡住導(dǎo)軌的另外一側(cè)。如要移除的話，反向操作即可。

而我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要使這個(gè)工作過(guò)程更加簡(jiǎn)單。

1.1.2 ? ?可以快速生產(chǎn)

常規(guī)的籠式螺母結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖2所示，四方螺母在外殼成型之后裝入，可以大批量生產(chǎn)。新設(shè)計(jì)的螺母也要與之一樣，可以快速大批量生產(chǎn)。考慮到各種工藝的生產(chǎn)效率，仍然選用傳統(tǒng)連續(xù)模沖壓生產(chǎn)的方式制作外殼，模具按照1出2的方式制造，每小時(shí)的外殼產(chǎn)量可以達(dá)到8 000件以上。

1.1.3 ? ?成本控制在市場(chǎng)可以接受的程度

常規(guī)籠式螺母售價(jià)不高，新設(shè)計(jì)的無(wú)須工具的籠式螺母價(jià)格也不能過(guò)高，要控制在市場(chǎng)可以接受的程度。

1.2 ? ?設(shè)計(jì)方案

常規(guī)籠式卡扣必須借助工具才能夠把彈片壓縮，使之能夠穿過(guò)四方孔。新設(shè)計(jì)中要把這個(gè)壓縮的力量減少到手指可以輕松捏動(dòng)的程度，所以增加了一個(gè)類似彈片的結(jié)構(gòu)，彈片設(shè)計(jì)成一定的長(zhǎng)度且在底部帶有弧度，弧度的尺寸要與卡扣形變的尺寸相對(duì)應(yīng)，以使得操作者在捏緊彈性邊的時(shí)候，卡扣能被壓縮到小于方形孔內(nèi)孔尺寸。

相對(duì)于常規(guī)的籠式螺母，新款設(shè)計(jì)中增加了固定四方螺母的90°折彎特征（圖3），因?yàn)槌Ｒ?guī)籠式螺母外殼固定四方螺母是利用兩邊的卡扣，它們可以控制X方向左右與Y方向上下的限位，前后的下翻折可以控制X方向前后的限位（參考圖2）。

新款設(shè)計(jì)中，X方向左右向的右邊（圖3）做成了活動(dòng)的彈性邊，無(wú)法在此方向限制四方螺母，四方螺母在這個(gè)方向可能會(huì)掉出來(lái)，所以此方向增加2個(gè)折彎限位;又因?yàn)榛顒?dòng)卡扣要留出足夠的空間讓彈性邊變形，以確保能夠塞入方形孔，以及確保塞入方形孔之后回彈力足夠可以卡住機(jī)架方孔，所以新款設(shè)計(jì)的開(kāi)口比常規(guī)的籠式螺母開(kāi)口大，需要在Y方向制作限位以確保四方螺母不從Y方向掉出來(lái)。

2 ? ?設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 ? ?卡槽寬度標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定

籠式螺母要滿足用于不同板厚的四方孔導(dǎo)軌機(jī)架，常規(guī)的機(jī)柜導(dǎo)軌機(jī)架的鈑金厚度是1.5 mm和2.5 mm。設(shè)計(jì)兼顧了兩種不同的板厚，在做卡扣設(shè)計(jì)的時(shí)候以2.5 mm作為標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榕c籠式螺母配合的機(jī)柜機(jī)架一般都會(huì)做表面處理，且常用的表面處理是粉末涂裝，涂層厚度通常為0.07～0.12 mm，所以，真正卡扣卡槽的寬度需要在板厚的基礎(chǔ)上增加雙面涂層厚度0.25～0.40 mm。

此數(shù)據(jù)是考慮到涂層偏厚的情況，取最大值0.4 mm，因此最終的卡槽設(shè)計(jì)寬度為2.5+0.4 mm=2.9 mm，取上公差+0.20 mm，下公差0.0 mm。

2.2 ? ?卡扣翻邊寬度標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定

卡扣翻邊標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)寬度為1.2 mm，考慮到?jīng)_壓工藝不能形成理論上的直角，折彎處必定帶有一定的工藝R角，工藝R角的存在會(huì)導(dǎo)致理論設(shè)計(jì)的圓弧與裝配有干涉，為了排除干涉，考慮模具制作過(guò)程，基于外殼不銹鋼鋼板的厚度0.5 mm，常規(guī)最小工藝可行的R角設(shè)定為0.5 mm，在設(shè)計(jì)時(shí)，增加標(biāo)準(zhǔn)寬度為1.5 mm以補(bǔ)償工藝R角干涉造成的有效卡扣作用距離損失。

2.3 ? ?尺寸公差配合的優(yōu)化

產(chǎn)品試樣階段，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品不能卡入2.5 mm的板厚，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，原始理論設(shè)計(jì)的A尺寸（底面到固定頂部翻邊的距離）與B尺寸（底面到卡槽下彎面的距離）是相同的（圖4），實(shí)際生產(chǎn)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)上下偏差。

理論A尺寸和B尺寸的公差都是±0.25 mm，最壞的情況，A尺寸走上公差+0.25 mm，B尺寸走下公差-0.25 mm，A尺寸會(huì)比B尺寸大0.5 mm。當(dāng)A尺寸大于B尺寸的時(shí)候，卡扣實(shí)際作用距離就會(huì)變小。卡扣開(kāi)口處的設(shè)計(jì)尺寸是2.9 mm，出現(xiàn)上面說(shuō)的極限情況時(shí)，設(shè)計(jì)開(kāi)口作用尺寸減少為2.9-0.5=2.4 mm，小于2.5 mm，即使鋼板未做表面處理，也不能順利卡入。