随着塑料技术的发展 , 塑料在现代工业的地位越来越重要了,无论是日常生活的用品,还是高科技的产品,塑料无处不在. 由于塑料上的特性与金属和木材有很大的不同,应用在塑料上的螺丝也应该具有和普通螺丝不同的特性. 而且每种不同的塑料会有不同的性能,例如: 延伸性,热膨胀性和夹紧力的保持性,针对这些不同的性能,选择不同的螺丝以满足它不同的要求是非常关键有的.而B型, AB型自攻螺丝以及其它标准的螺丝,有比较宽的牙山角和浅的螺纹,是用来锁铁板的, 并不能满足锁塑料的动态要求.
因此 , 在做塑料件的螺丝设计时应该从以下几点考虑:
→ 最佳性能
特别为塑料设计的螺丝可以获得性能 :
√ 较高的防止打滑扭力
√ 增加防松的阻力
√较高的拉拔力
→ 节省材料
适当的选择螺丝可以使用更薄的 凸 台以及消除辅助锁紧装置 ,这可以降低成本通过:
√ 减少材料的使用
√ 减少 旋 入时间
√ 消除插件和粘附物
√ 流线型装配
→ 增加拉拔阻力
由于专门应用于塑料的螺丝有较小的螺纹底径和较高的螺纹外形 , 它能包含较大体积的材料和较大的剪切面,.
更大的剪切面就是意味着专门的塑料螺丝有 更大的拉拔阻力 .
→降低径向应力 ,防止 凸 台的破坏
径向压力由于产一个向外的应力会破坏 凸 台 ,从而不是我们想要的.
虽然 30 ° 和 60 ° 的螺丝会占用相同的材料体积 ,但是30 ° 螺纹所产生的径向压力只有 60 ° 螺纹的一半 .
标准螺丝 塑胶螺丝
当然 ,当我们具体设计到不同塑胶的螺丝时,主要考虑到塑胶的以下因素:
☆弹性模量
弹性模量是为塑胶选择螺丝最重要的一个参数 .一般来说,弹性模量越小, 材料越容易形成螺纹形状.
较高的弹性模量热塑塑胶也能形成螺纹形状 , 但是需要较小的螺旋角去避免较大的驱动扭力.
较高的 弹性模量热固塑胶 很难挤压出螺纹 ,需要用切削螺丝.
☆填充物的效果
填充物和加固元素能改变一项或多项热塑材料的性质 , 同时也会影响到螺丝有性能.
例如 : 抗冲击树脂使材料更加柔软,用于模具的润滑剂(例如硅)会减少螺丝的驱动扭力但是会削弱夹紧力.
再一次重申 ,在设计阶段时就及早的测试来确保最优的性能是很重要的.
☆热膨胀率
温度的影响对热塑材料的拉压曲线是很重要的 .在相同的温度条件下,塑胶的膨胀速度要大于金属.
由于在持续温度下很少有突变 ,热膨胀和收缩是普遍存在的.这就会影响到夹紧力.然而, 只有当材料的变化 率不同 和温度变化不明显时这才是问题.
☆蠕变率
在压力和温度下任何塑胶都会蠕变 ,或者是永久变形. 蠕变将会导致夹紧力的减小.
通过试验 ,我们可以得到 挤压螺纹和打滑扭力, 拧动打滑率, 拧动速率的影响, 吃入长度 等等数据,下图的表格是不同的螺丝和建议采用的螺丝类型,建议在设计螺丝时从以下表格中选取:
材料
弹性模量 螺丝类型 热 塑 塑 胶 软
聚乙烯 (PE)
150000
EJ 牙或高低 牙
聚丙烯 (PP)
200000
聚碳酸脂 (PC)
340000
EJ 牙
48 度双丝三角 牙
高低牙
ABS, 加 0-20% 的玻纤
350000
聚胺 66(PA)
350000
乙缩醛 (AC)
400000
聚苯 乙稀 (PS)
430000
PP+40% 的云母 (PP40)
500000
Polypheylene Sulfide
550000
中
ABS, +20%玻纤
650000
48 度双丝三角 牙
EJ 牙
PA66 +12%的玻纤
800000
PC +20%的玻纤(PC20)
850000
硬
PC +30%的玻纤(PC30)
1100000
48 度单丝三角牙
45 度单丝三角牙
PBT30
1100000
PA30
1200000
LCP
1400000
热固
塑胶
PPS40
1700000
Duro-PT 牙
酚 +20% 玻纤
1750000
聚酯 +50% 玻纤
2100000
下面以 EJ牙为例来说明塑胶螺丝:
因为拥有的螺纹轮廓和下沉的螺纹底径 ,EJ 牙提高 了螺纹的吃入深度 , 使 凸 台的承受应力降到最小 . 所以为热塑螺丝提供了最优的性能 , 得到了广泛的应用 .
规格 :
◆ 尺寸 : 直径从 M1.5~M10, 长度可以到 100mm
◆ 头型 : 任何头型
◆ 特殊 : 按设计
◆ 针型 : 最好是 TORX, 其它也 可以
应用 :
热塑塑胶 : 弹性模量可以达到 1400000p.s.i
主要优点
◆ 为热塑塑胶提供最优的性能
◆ 提供最大的压入及拉拔力
◆ 最小的损坏 凸 台
◆ 增加产品的可靠性
特征和好处 :
窄 30 °螺纹外形 : 减小在 凸 台中的径向膨胀和应力 .
◆ 允许使用更加薄的 凸 台 , 它能减少 旋 入时间和减少材料的用量 .
◆ 放松时减少回弹
◆ 通过增加吃入量来增加负载能力 ,
◆ 能重复装配使用 .
最优化螺丝的节距 ( 允许更深的螺纹吃入深度 )
◆ 增加了拉拔力
◆ 最优化不可逆性
◆ 平衡了塑胶和螺丝之间的力
下沉螺纹的根部 ( 允许最优化的材料流动 )
◆ 最小化的安装扭力
◆ 提高夹紧力
◆ 最小化使 凸 台破裂的潜在可能性
更圆的杆径 ( 在塑胶和螺丝之间均匀分布 )
◆ 增加力的效率
◆ 减少 凸 台高点的应力
整体硬度到 ` (RC33~39)
还有一个重要的问题 , 对 凸 台的设计也相当 重要 草孔在 热塑塑胶中容易成形 , 但是影响螺纹的切入 . 一般是利用最小的边量去保持最佳的成形功能 .
一般来说 , 公称孔径 (?h) 计算成螺丝总的切入长度 (L) 的一半 . 请根据以下的螺丝清单的建议来设计 凸 台 .
当然 , 并不是读了以上文字就能解决所有的问题 , 我建设设计师在作产品设计的时候应该和紧固件的专业人员进行沟通 , 见过一些产品 , 本身设计就存在问题 , 供应商的螺丝做的再好 , 也无法满足你的要求 .
附录 1:
连接点的蠕变效果的赔偿
在承受压力 ,热量的情形下,所有的塑胶都会变形,以下有几个方法去进行补偿或降低.
√ 通过以下的一个或几个方法来减小轴承面的压力
- 增加螺丝的头径
- 增加一个平 介
- 减小间隙孔的直径
- 装配时减小初始夹紧力
增加弹性元素到连接 ,例如:螺旋或平垫组合.
√ 在夹紧元素中增加一个金属衫套
√ 用轴肩 螺栓来把力转移到螺母上
通过向塑胶中增加填充物或改变基本树脂来增加塑胶硬度
附录 2:
确定锁紧扭力的测试.
以下仅是一般建议 .
1. 收集足够可以生成统计曲线的螺丝 ----至少每种类型的连接点30个螺丝.这些样板必须有所有的连接元件,例如: 夹紧部分, 螺母部分, 紧固部分.
2. 用可以扭断螺丝有电 批并且这些电批 是用于以后生产的 ,有着一样的最大破坏扭力.
3. 用扭力测试器和打滑的 图或表 ,来测量最大扭力或极限扭力值.扭断螺丝,计算平均最大扭力和极限最大扭力.
4. 下一步计算这两个结果的平均值 ,计算的目的是锁紧扭力. 把值的 10% 作为电批的 公差.比较平均扭力到+3SD(标准差)和最大极限扭力到-3SD(标准差).如果这两个区域没有 重迭 ,这个扭力范围可以应用为锁紧扭力,假如有 重迭 的话,就要重新设计连接.
