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小螺丝,大学问 | 你所不知道的塑胶自攻螺丝

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自攻螺丝固定,这是塑胶件最常见的一种紧固工艺。          
       
螺丝虽小,但其中的水很深。        
否则,我们不会碰到那么多的质量问题,包括滑牙、拉拔阻力不够、支柱开裂等,让我们工程师绞尽脑汁、夜不能寐。        
本文将给大家分享自攻螺丝所不为人熟知的一面。        
       

       
 1           
       
自攻螺丝的种类        

       
自攻螺丝分为两类,传统自攻螺丝(self tapping screw)和塑料专用螺丝(screw for plastic)。        

       
1.1 传统自攻螺丝(Self tapping screw)
       
传统自攻螺丝由木螺丝演变而来,当被打入金属和非金属材料的预成型孔中时,靠其自身的螺纹,“攻-钻、挤、压”出相应的螺纹,使之相互紧密配合。        
传统自攻螺丝1914年首次商业化。        
传统自攻螺丝具有类似于机械螺丝的的60°牙型角,但是螺纹间隔(螺距)更宽。当螺丝被推入开口时,这种更宽的螺距允许材料在螺纹之间流动。        
传统自攻螺丝多种类型,包括AB型、B型等。        

传统自攻螺丝自90年代开始大规模应用在塑胶件中,但是由于其60°牙型角,在拧入塑胶件支柱中时(特别是较硬的塑胶、或者添加玻纤等填充剂的塑料),容易对支柱产生较大的径向力,同时也很容易滑牙,使用次数也就一两次左右。        
而如果想要减小径向力,则螺牙又不能充分地渗透到塑胶支柱中,造成拉拔阻力不够。        


在使用要求较高的场合,不推荐使用传统自攻螺丝,主要有几个理由:        
1)支柱有破裂的可能        
在螺丝拧入过程中,驱动扭矩会转化为作用在塑胶支柱上的力F,F垂直于螺牙平面的方向。        
F可以分解为径向力FR(或称为圆周力)和轴向力FA        
当支柱承受的径向力FR超过了其承受的极限时,支柱发生开裂。        
F= F * Sin (牙型角/2)        
传统自攻螺丝的牙型角为60°,相对于30°或45°牙型角的自攻螺丝,其产生的径向力更大,支柱也更容易发生破裂。        
                 
2)松动和低拉拔阻力        
这是因为:        
  • 传统自攻螺丝的螺牙高度低,渗入到塑胶的深度较小;

  • 传统自攻螺丝的螺牙结构不利于塑胶材料的流动,因为材料受到不合理的挤压而造成支柱整体结构的破坏,典型表现是螺丝在拧入过程中产生明显的塑胶碎屑,同时在螺牙与螺牙之间存在大量的塑胶屑。

3)振动情形下易松动        
螺牙与塑胶之间的接触面积很小,同时螺牙并没有被塑胶材料完全包裹住和锁住,在振动时很容易发生松动
       
4)不能重复使用        
因为上述原因,传统自攻螺丝一般使用1~2次就会滑牙,无法重复使用。
       
         
       
1.2 塑料专用螺丝(Screw for plastic        
鉴于传统自攻螺丝的种种缺点,国外有不少螺丝厂家研发了专门针对塑胶材料的专用自攻螺丝,这些厂家包括Celo,Accument等。        
相对于传统自攻螺丝,塑料专用螺丝具有以下两个典型特征:        
1)较大的螺距和螺牙高度        
螺距更大、螺牙更高,这使得螺牙嵌入到塑料的区域更深,增加抗拉拔阻力和紧固强度。        

         
       
2)牙型角为30~48°        
相对于60°的牙型角,30~48°牙型角有助于减小初始拧入的扭矩、同时帮助减小径向力,避免支柱破裂的风险。        
30°牙型角所产生的径向力只有60°牙型角所产生的径向力的一半。        
       

       
相对于传统自攻螺丝,塑料专用螺丝具有以下优势:        
1)更大的拉拔阻力和更可靠的紧固        
2)螺丝扭矩小        
3)滑牙扭矩大        
4)可以重复使用        
5)可以使用较小的支柱壁厚
       

6)避免支柱破裂、滑牙、振动松动等问题        


不管是传统自攻螺丝还是塑料专用螺丝,都可以再分为螺纹成形自攻螺丝(thread forming screw)和螺纹切削自攻螺丝(thread cutting screw).

螺纹成形自攻螺丝是在螺丝拧入过程中,通过螺牙对塑胶材料的挤压,而在塑胶支柱上自我形成对应的螺纹。

螺纹切削自攻螺丝在螺丝顶端具有一个开口,该开口通过切削的方式,在塑胶支柱上加工出对应的螺纹。

不过,在有些国外的知名螺丝企业中,塑料专用螺丝仅仅是指螺纹成形自攻螺丝

所以,在有些场合,需要根据语境和螺牙形状进行区分。我的后续系列文章也是如此。




       

       
 3          
       
塑料专用螺丝之一:        
PT® 螺丝        

       


       
这是PT®螺丝,具有30°的牙型角,同时螺牙的结构有利于塑料的流动。适用于大多数的塑胶材料,支柱破裂风险小、拉拔阻力大。          
       


       


       
 4          
       
塑料专用螺丝之一:        
Reform® 螺丝        

       

这是Reform®螺丝,其创新之处在于把对称的螺牙结构改为非对称,螺牙前侧的牙型角较小、为12.5°,这有利于减小径向力。          
       

同时,螺牙后侧的导向结构,会推动更多的塑料流动到螺牙前侧底部,从而提高拔出力、以及增加螺丝的抗振能力。        


       
Reform®螺丝适用于比较硬的塑胶材料,例如添加了30%玻纤的塑料。        
30%玻纤的塑料如果使用传统自攻螺丝,那么很容易发生支柱破裂和断裂缺陷,如下图所示。        


       


       
 5          
       
塑料专用螺丝之一:        
Plastite® 螺丝        

       


       
Plastite®螺丝与其它螺丝的典型区别是其螺杆形状呈三角形,而不是传统的圆形。          
       

三角形设计的好处是减小拧入过程中的径向力。圆形螺丝在拧入过程中,整个支柱在截面方向上都在受力。而Plastite®螺丝在拧入过程中,仅仅有三个点在受力,这有助于减小径向力和驱动扭矩。          
       


       


       
最后的话        

       
螺丝滑牙了,怎么办?在线等!        
螺丝拉拔阻力不满足要求,怎么办?在线等!        
支柱开裂了,怎么办?在线等!        
有的时候,只需要换一种合适的塑料自攻螺丝,就可以轻松解决难题。        

产品结构设计是一件简单而又有成就感的工作,这取决于与工程师有没有开阔的视野、以及是否具备专研的精神,    

来源:降本设计

振动断裂材料
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首次发布时间:2023-11-13
最近编辑:1年前
钟元
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