塑膠件的連接結(jié)構(gòu)，有兩種應(yīng)用較廣泛，一種是卡扣連接（之前文章已有介紹），另一種是螺紋連接。其中螺紋連接我認(rèn)為是應(yīng)用最廣泛、最常見的連接結(jié)構(gòu)?；诔杀究紤]，盡管大家都在盡量減少螺紋連接的使用，但是，對(duì)于絕大部分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，螺紋連接結(jié)構(gòu)還是很難完全被取代，因?yàn)椋湎鄬?duì)于卡扣連接有以下優(yōu)點(diǎn)：
可拆卸次數(shù)多，特別是使用機(jī)牙螺絲的情況下，連接強(qiáng)度并不會(huì)受影響很大；
當(dāng)然，相對(duì)于卡扣，其缺點(diǎn)如下：
結(jié)合卡扣和螺紋連接的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，常常兼容這兩種連接方式，使產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)性能與成本的平衡。
塑膠件的螺紋連接結(jié)構(gòu)一般有以下兩種：
一種是采用機(jī)械牙螺絲（簡(jiǎn)稱機(jī)牙螺絲）的結(jié)構(gòu)；
一種是采用自攻牙螺絲（簡(jiǎn)稱自攻螺絲）的結(jié)構(gòu)；
機(jī)牙螺絲與自攻螺絲的區(qū)別：
從外形上看：
最主要的區(qū)別在于牙型：
機(jī)牙螺絲（Machine Screw），牙峰與牙底的大小相差無幾，牙距比較小，牙型的標(biāo)準(zhǔn)角度為60°，螺紋的標(biāo)記為M*/*。使用機(jī)牙螺絲需要要搭配合適的螺母或在預(yù)制孔內(nèi)預(yù)先攻牙。
自攻螺絲（Self tapping screw），牙峰很尖，牙底平面較寬，而牙型的標(biāo)準(zhǔn)角度則小于60°，螺紋的標(biāo)記為ST*/*。使用自攻螺絲時(shí)，不用借助螺母或預(yù)攻絲。只需在預(yù)制孔直接用工具擰緊，在旋轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中，會(huì)在孔內(nèi)部自動(dòng)形成螺紋，從而發(fā)揮到預(yù)期的緊固作用。
當(dāng)塑膠柱內(nèi)孔在鎖自攻螺絲時(shí)，一般有兩種方式產(chǎn)生螺紋：
a. 螺紋成型：當(dāng)螺絲旋入塑膠柱內(nèi)孔時(shí)，是通過冷流（俗稱擠壓）來產(chǎn)生螺紋的，塑膠會(huì)產(chǎn)生局部變形而不是被切削，故稱之為螺紋成型（無碎屑產(chǎn)生），此種螺絲也稱為螺紋成型自攻螺絲。
b. 螺紋切削：當(dāng)螺絲螺旋前進(jìn)時(shí)，螺絲尾部具有鋒利的切削刃，在旋入內(nèi)孔過程中時(shí)會(huì)切削塑料，形成螺紋，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些碎屑（有碎屑產(chǎn)生），此種螺絲也稱為螺紋切削自攻螺絲。
注意：采用螺紋切削自攻螺絲時(shí)，具有正確的螺絲柱內(nèi)孔直徑和深度非常重要，孔深度必須比螺釘嚙合長(zhǎng)度更深，以留出空間儲(chǔ)存切削產(chǎn)生的碎屑。螺紋切削自攻螺絲的最大缺點(diǎn)是在拆卸過程中會(huì)出現(xiàn)螺紋剝離。
由于在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，大部分塑膠件都是采用中低彈性模量的塑膠材料，因此，比較常用的是螺紋成型自攻螺絲，為了便于描述，以下直接把螺紋成型自攻螺絲簡(jiǎn)稱為自攻螺絲。
塑膠件螺紋連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
連接強(qiáng)度原則；
成型性原則；
一、連接強(qiáng)度原則
一個(gè)塑膠件與另外一個(gè)零件通過螺紋連接結(jié)構(gòu)連接緊固在一起時(shí)，此兩個(gè)零件在結(jié)合處存在相互平衡的張力 F 和壓縮力 F，這力F稱為預(yù)緊力（或軸向力），表示初始緊固力。
自攻螺絲的擰緊過程：
視頻：自攻螺絲的擰緊過程
主要分為以下三步：
以上過程，在到達(dá)規(guī)定的扭矩，擰緊過程結(jié)束時(shí)，對(duì)應(yīng)的扭矩為最佳擰緊扭矩Ta（確保壓實(shí)，并防止不必要的零件變形），對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力為最佳緊固力，也加夾緊力、拉拔力。
塑膠螺絲柱滑牙：是指螺絲擰緊產(chǎn)生的預(yù)緊力將螺絲柱內(nèi)孔的螺紋剝離，螺絲被拔出來的現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)的扭矩稱為滑牙扭矩Tf。
螺絲柱內(nèi)孔滑牙的原因也可能是：每一次自攻螺絲重新擰入到相同的螺絲柱內(nèi)孔時(shí)，都會(huì)再一次切削出一道新的螺紋，而且大概率是會(huì)破壞掉原來的螺紋位置而重新建立新的螺紋，尤其是越上端的位置。除非，每一次螺絲重新擰進(jìn)去時(shí)都可以沿著原來的螺紋擰進(jìn)，否則經(jīng)過幾次的螺絲重鎖，其螺絲柱內(nèi)孔的肉厚將被切削得不成原形，自然地鎖緊力就會(huì)下降。
所以，在設(shè)計(jì)塑膠螺紋連接結(jié)構(gòu)時(shí)，連接強(qiáng)度原則可以歸納為，在確保塑膠螺絲柱不發(fā)生滑牙、塑膠件不變性、螺絲不失效的情況下，獲得滿足連接要求的緊固力。
滑牙緊固力公式：
滑牙扭矩公式：
其中， τ ：剪切應(yīng)力；σt：塑膠材料的拉伸屈服應(yīng)力；Dp：螺絲中徑；r：螺絲中徑的一半；L：螺紋旋合深度；f1：螺紋與塑膠之間的摩擦系數(shù)；f2：螺絲頭底部與塑膠之間的摩擦系數(shù)；p：螺絲的螺距；S：安全系數(shù)（塑膠材料隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生一定的蠕變和應(yīng)力松弛，拉伸屈服應(yīng)力值會(huì)降低，比如，5年后降為初始值的1/3~1/2，所以S的取值為2、3等）。
松開時(shí)，由于
經(jīng)核算，松開扭矩約為擰緊扭矩的 80%。
根據(jù)公式可知，相同規(guī)格的自攻螺絲連接不同的塑膠材料，其滑牙緊固力、滑牙扭矩是不同的，因此，最終的緊固力和擰緊扭矩也應(yīng)該有所不同。
圖：不同螺釘尺寸和材料的滑牙緊固力性能
圖：不同螺釘尺寸和材料的滑牙扭矩性能
自攻螺絲連接塑膠零件的擰緊扭矩必須小于其滑牙扭矩，考慮到實(shí)際塑膠零件材料的拉伸屈服應(yīng)力還可能受到注塑成型工藝、熱應(yīng)力、材料高溫降解、二次料等因素的影響，通常取擰緊扭矩Tα=Tr+X(Tf-Tr)，其中X取0.35~0.5。
圖中：Tr：攻牙扭矩；Tα：擰緊扭矩；Tf：滑牙扭矩
兩塑膠件之間的緊固力是確保連接裝配成功主要參數(shù)，但并非每次增加扭矩都能提高緊固力，決定螺絲緊固能力的因素還有很多:
檢查夾緊力的方法很復(fù)雜，因此，通常我們通過扭矩值來確認(rèn)施力情況。扭矩不能定量表示組件屬性，但可以作為擰緊零件的定性參考。
在實(shí)際生產(chǎn)中，擰緊扭矩太大容易滑牙，太小又有鎖不緊的問題，那么如何確定擰緊扭矩呢？
由公式：擰緊扭矩Tα=Tr+X(Tf-Tr)，其中X取0.35~0.5，可知，只要確定了攻牙扭矩Tr和滑牙扭矩Tf，就可以算出擰緊扭矩Tα 。
a. 確定攻牙扭矩Tr
b. 確定滑牙扭矩Tf
未完待續(xù)......
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