自攻螺釘?shù)倪x擇和應(yīng)用

在擰入自攻螺釘時,需要動力(稱為擰入扭矩),以便形成或切削出連接的內(nèi)螺紋。由于扭矩是連續(xù)的,螺釘安裝就位后緊固并達(dá)到一定的程度(稱作極限扭矩)直到螺釘斷裂、扭斷或螺紋脫落,把螺釘從連接部件上拉出,導(dǎo)致螺釘破壞(失效)。

      在各種自攻螺釘應(yīng)用中,最重要的問題是:“正確的緊固扭矩是多大?擰入螺釘并緊固連接而不損壞螺釘或連接件,應(yīng)采用多大扭矩?”很明顯,正確的擰入扭矩是在擰入扭矩和極限扭矩之間的某一數(shù)值。但是,推薦中間值作為**值顯然是不合理的。然而,幾種因素都會影響擰入扭矩和極限扭矩的大小。主要有:螺釘形式,規(guī)格大小,連接件材料的化學(xué)成分、硬度和厚度,以及加工預(yù)制孔的方法等。但是,最重要的是自攻螺釘要擰入的預(yù)制孔的孔徑,所有其他因素都會影響孔徑。 尺寸的最終確定是最重要的,如果孔太大,螺釘會容易擰入,但對連接的牢固性不利。螺釘可能在相當(dāng)?shù)偷臉O限扭矩時被拉出來。如果過小,擰入扭矩將過大,螺釘就有被擰斷的危險。即使螺釘可以安裝到位和緊固,但擰入扭矩和極限扭矩之間的范圍將很窄,以至于在生產(chǎn)裝配中就有可能破壞。

      簡要地分析一下各種因素對孔徑的影響,就可以從中對孔徑尺寸的確定,以及在合適的扭矩與極限扭矩的相對關(guān)系上受到一些啟發(fā),以便回答“緊固扭矩是多大?”這個問題。

1.對自攻螺釘種類的判定

對于某一個零件使用哪一種(自攻)螺釘正確,應(yīng)該是普通自攻螺釘、自切自攻螺釘、自擠自攻螺釘還是自鉆自攻螺釘?一般來說,應(yīng)用的主要情況比較容易判定。例如:

(1)螺釘只是起到連接作用,還是要承受相當(dāng)大的外部載荷?

(2)要連接的是什么材料?鋼、鑄鐵、鋁、塑料、木料或其他材料?

(3)連接件的厚度是多少?

(4)螺釘穿透連接件,還是進(jìn)入盲孔連接?

(5)如果穿透,死角間隙是否有限?

(6)鉆屑和攻絲屑是否有害?

(7)預(yù)制孔是鉆出,挖出,穿出,沖出還是擠壓出?

(8)螺釘裝配方式—手工,半自動還是全自動?

(9)是否需要定期拆卸?

(10)裝配件是否經(jīng)受振動?

(11)工作環(huán)境是否具有腐蝕性?

(12)緊固件成本和裝配成本。

       相同公稱直徑的自攻螺釘,自攻螺紋和機螺紋的大徑是不同的。因此孔徑尺寸也不同,然而大多數(shù)應(yīng)用只需要兩組孔徑尺寸。一組用于具有機螺紋的自擠自攻螺釘和自切自攻螺釘,另一組用于具有自攻螺紋的普通自攻螺釘和自切自攻螺釘。適用于自擠自攻螺釘和普通自攻螺釘?shù)目讖?通常也適用于自切自攻螺釘。因為所有其他條件都相同,而自切自攻螺釘?shù)摹扒邢鳌迸ぞ?低于普通自攻螺釘和自擠自攻螺釘?shù)摹奥菁y成形”扭矩。

2.螺釘規(guī)格

      在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,良好的設(shè)計是:如果一個螺栓/螺母組合,因為裝配時超量擰緊或使用中承受的應(yīng)力過大而發(fā)生損壞時,通常是盡力讓螺栓斷裂而不是螺紋脫扣。這種原理同樣適用于自攻螺釘?shù)木o固連接,尤其是這種連接,在使用中承受載荷狀態(tài)下工作,一且發(fā)生連接失效,**是自攻螺釘斷裂,而不是螺紋脫扣或把螺釘從連接件中拉出。

      防止螺釘脫扣或螺釘拉出,取決于材料強度和剪切應(yīng)力截面積。而這兩者又是螺釘規(guī)格(尺寸)、螺紋旋合長度和連接螺紋相互嚙合深度的控制。在自攻螺釘應(yīng)用中,螺紋旋合長度是指連接材料的厚度;螺紋相互嚙合深度取決于孔徑。另外,尺寸因素一螺釘規(guī)格也確定了自攻螺釘?shù)目古姸群涂估瓘姸?/span>

      對于在一定材料厚度的情況下,采用較大直徑規(guī)格的螺釘,會增大拉伸應(yīng)力截面積與剪切應(yīng)力截面積的比率,從而使破壞的方式趨于螺紋脫扣或螺釘拉出,采用較小直徑規(guī)格的螺釘,會減小比率,除了會大大增加擰入扭矩外,還存在著扭斷螺釘?shù)奈ｋU。比較螺釘抗拉強度和抗扣或螺釘拉出的能力后,可以看出螺釘規(guī)格(尺寸)和材料厚度之間或許存在著一定的關(guān)系。

對于統(tǒng)一螺紋的鋼制緊固件,當(dāng)采用合適的材料時,可以看出:若完整螺紋的旋合長度等于1倍公稱直徑時,就足以可以防止螺紋脫扣,對于自切自攻螺釘一連接材料類似于螺母,內(nèi)螺紋小徑就是原始孔徑—螺釘直徑規(guī)格(尺寸)等于或小于材料的厚度,就能良好使用。實際上,由于自切自攻螺釘?shù)臄Q入扭矩較小,可以很順利地擰入 1.5D 或超過 1.5D 厚度的材料里(D—螺釘公稱直徑)。對于自擠自攻螺釘一由于其擰入扭矩較小,而且成形出的內(nèi)螺紋,有較好的填充性和優(yōu)良的螺紋配合,所以,推薦螺釘公稱直徑(尺寸)取為材料厚度的 1.1 倍。對于普通自攻螺釘一由于其為自攻螺紋和具有大擰人扭矩,難于形成足夠的剪切應(yīng)力面積,來防止螺紋脫扣和螺釘拉出的破壞方式。幸而在大多數(shù)普通自攻螺釘?shù)膽?yīng)用中,這種連接很少承受重載荷。但是,這一點對于可能減少螺紋脫扣或螺釘拉出或許是重要的。選擇螺釘公稱直徑為 1.3 倍材料厚度較為合理。

3.材料硬度和厚度

顯然,連接材料越硬或越厚時,擰動自攻螺釘?shù)呐ち驮酱?。如要調(diào)整,就必須擴大預(yù)制孔的孔徑。然而,孔徑的調(diào)整只能在比較狹窄的公差帶內(nèi)進(jìn)行。

一般來講,正確的孔徑近似于自攻螺釘螺紋一半高度的直徑。為了保持有效的螺紋嚙合深度,孔徑不能放大到超出螺紋高度的 75%。然而對于小螺釘,其調(diào)整的可能性就更小。例如:8#的自攻螺紋,其螺紋高度為 0.022in。螺紋高度一半處的孔徑,對于切削自攻螺釘只有 0.011in的螺紋嚙合深度,而對于普通自攻螺釘和自擠自攻螺釘,由于在擰入過程中連接材料向螺紋之間移位,這樣螺紋搭接深度略大一些。對于孔徑達(dá)到螺紋高度 75%的孔,自切自攻螺釘?shù)穆菁y嚙合(搭接)深度只有 0.005in,而對于自擠自攻螺釘來說,也大不了多少。換句話說,孔徑可能的增大大約只有 0.01in。

       對于較硬的材料和較厚的截面,應(yīng)考慮選用較大直徑的螺釘,以降低擰入扭矩。而不能為了要擰入一只較小的螺釘,而去加大孔的直徑。