關(guān)注上方公眾號(hào)“降本設(shè)計(jì)”獲取更多產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)！ 塑膠件的螺紋緊固方式可以分為螺栓螺母、自攻螺釘和埋入螺母等三種方式。 1. 螺栓螺母 塑膠件可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的螺栓螺母等通用緊固件來(lái)實(shí)現(xiàn)緊固。由于螺栓螺母由鐵或銅等金屬構(gòu)成，強(qiáng)度較高，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，塑膠件強(qiáng)度較低，因此在使用緊固件進(jìn)行塑膠件的緊固時(shí)，需要避免塑膠件承受較大的壓應(yīng)力而發(fā)生變形甚至折斷等問(wèn)題的發(fā)生。 當(dāng)使用塑膠來(lái)替代金屬時(shí)，常常只是把零部件材料進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的替換，而保留原有的螺栓螺母緊固工藝。但是，使用螺栓螺母進(jìn)行塑膠件的緊固是一個(gè)過(guò)時(shí)的緊固工藝，不建議使用。因?yàn)槁菟?/span>螺栓緊固具有很多顯著的缺點(diǎn)：- 塑膠件在螺栓的擰緊過(guò)程中承受較大的壓縮載荷而破裂；
- 容易松脫，特別是在振動(dòng)環(huán)境下；
萬(wàn)不得已，使用螺栓螺母緊固時(shí)，需要考慮到：（1） 避免使用過(guò)大的扭矩來(lái)進(jìn)行裝配。過(guò)大的扭矩容易造成塑膠件承受過(guò)大的壓應(yīng)力而失效。在裝配線(xiàn)上，可以通過(guò)使用扭力螺絲刀或者扭力扳手等來(lái)控制裝配過(guò)程中扭矩的大小。（2） 避免使用較小頭型的螺栓（螺釘），使用較大頭型的螺栓（螺釘）、或者有肩螺栓、或者使用墊圈來(lái)擴(kuò)大塑膠件與緊固件的接觸區(qū)域，從而減少塑膠件承受的壓應(yīng)力。（3）避免使用沉頭或半沉頭螺釘（或拉釘），這種圓錐形緊固件會(huì)造成塑膠件承受圓周應(yīng)力而失效。 （4）可以通過(guò)塑膠件的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)避免塑膠件承受較大的應(yīng)力。
自攻螺釘（self-tappingscrew）包括螺紋切削自攻螺釘（thread-cutting screw）和螺紋成型自攻螺釘（thread-formingscrew）。
螺紋切削自攻螺釘在螺紋尾端有一道或者多道切削口，使之在旋入塑膠件的過(guò)程中，在塑膠件上切削出配合的陰螺紋。螺紋切削自攻螺釘常用于脆性較大或比較堅(jiān)硬的塑膠中，例如熱固性塑膠和高填充（50%以上）熱塑性塑膠。螺紋成型自攻螺釘在旋入塑膠件的過(guò)程中，通過(guò)強(qiáng)力在塑膠件上擠出配合的陰螺紋。螺紋成型自攻螺釘是大多數(shù)熱塑性塑膠的最佳選擇，但需要小心的是在螺紋成型自攻螺釘?shù)男脒^(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大的圓周應(yīng)力，很容易造成支柱破裂。支柱容易破裂，從而造成緊固失效，這是自攻螺絲緊固的最大缺陷。使用自攻螺釘緊固時(shí)，需要考慮如下設(shè)計(jì)原則：
（1） 裝配次數(shù)自攻螺釘常用于塑膠件裝配和拆卸次數(shù)不太多的場(chǎng)合，一般裝配和拆卸次數(shù)不超過(guò)3次，可以使用自攻螺釘。當(dāng)零件裝配和拆卸次數(shù)太多時(shí)，自動(dòng)螺釘支柱孔很容易滑牙而造成緊固失效。（2） 自攻螺釘支柱的內(nèi)徑和外徑一般自攻螺釘支柱的內(nèi)徑為螺釘公稱(chēng)直徑的0.8倍，外徑為公稱(chēng)直徑的兩倍，例如M3的自攻螺釘，支柱內(nèi)徑為2.4毫米，外徑為6毫米。支柱內(nèi)徑太小，螺釘鎖入困難，支柱易破裂；而支柱內(nèi)徑太大，螺釘易滑牙，固定效果差。支柱內(nèi)徑與塑膠材料和螺牙咬合深度有關(guān)系。對(duì)柔韌度高和不易脆的材料，支柱的內(nèi)徑可適當(dāng)減少，反之則加大；如果螺牙咬合深度較深，支柱內(nèi)徑則可適當(dāng)加大。很多塑膠材料供應(yīng)商和自攻螺釘廠(chǎng)商對(duì)于支柱的內(nèi)徑等相關(guān)尺寸有相應(yīng)的推薦值，某自攻螺釘廠(chǎng)商對(duì)其生產(chǎn)的不同類(lèi)型的自攻螺釘針對(duì)不同的塑膠材料所提供的支柱尺寸設(shè)計(jì)值推薦，如圖所示，其中d為螺釘?shù)墓Q(chēng)直徑。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師對(duì)于支柱的內(nèi)徑等相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)不是很明確時(shí)，可以向塑膠材料供應(yīng)商和自攻螺釘廠(chǎng)商尋求幫助。
（3） 螺牙咬合長(zhǎng)度不少于2倍螺釘公稱(chēng)直徑螺牙咬合長(zhǎng)度太少，螺釘抗拔出力小，固定效果差。自攻螺釘支柱的深度一般需要使得螺牙咬合長(zhǎng)度不小于2倍的螺釘公稱(chēng)直徑。（4） 支柱的深度至少比螺釘長(zhǎng)度高0.5毫米同時(shí)，支柱的深度比螺釘長(zhǎng)度深0.5毫米，防止螺釘頂部接觸支柱根部，造成支柱根部損壞。（5） 支柱頂部增加斜角或沉孔支柱頂部應(yīng)當(dāng)增加斜角或沉孔。斜角或沉孔具有導(dǎo)向作用，使得自攻螺釘鎖入過(guò)程順利，同時(shí)為塑膠屑提供空間，防止塑膠屑溢出。（6） 支柱四周添加加強(qiáng)筋和圓角自攻螺釘支柱最常見(jiàn)的失效模式是支柱不能承受自攻螺釘旋入過(guò)程中的圓周力而發(fā)生破裂，因此在支柱四周添加加強(qiáng)筋就非常必要。同時(shí)也應(yīng)當(dāng)在支柱與加強(qiáng)筋的連接處、支柱與主璧連接處添加一定的圓角以避免應(yīng)力集中、提高支柱的強(qiáng)度。（7） 合理的驅(qū)動(dòng)扭矩自攻螺釘在初次鎖入支柱時(shí)，需要通過(guò)一定的驅(qū)動(dòng)扭矩以驅(qū)動(dòng)螺釘順利的鎖入支柱中，驅(qū)動(dòng)扭矩過(guò)小則螺釘不易鎖入，驅(qū)動(dòng)扭矩過(guò)大則有可能造成支柱的破裂。具體的驅(qū)動(dòng)扭矩是多少，可以咨詢(xún)自攻螺絲廠(chǎng)商、并同制造工程師一起通過(guò)多次調(diào)試來(lái)獲得；同時(shí)，在裝配過(guò)程中可用扭力螺絲刀或電批來(lái)控制和保證驅(qū)動(dòng)扭矩的大小。（1） 埋入螺母的安裝方式當(dāng)塑膠件需要多次拆卸時(shí)，使用自攻螺釘不是一個(gè)最佳選擇，此時(shí)可以選擇在塑膠件中埋入螺母（insert），然后再使用螺釘固定。當(dāng)然埋入螺母的成本較高。根據(jù)埋入螺母的安裝方式，埋入螺母可分為超聲波螺母/熱熔螺母、壓入螺母、模內(nèi)鑲嵌螺母。
 a）超聲波/熱熔螺母 b）壓入螺母 c）模內(nèi)鑲嵌螺母（2） 安裝方式對(duì)比：四種不同螺母安裝方式的特點(diǎn)如下表所示 | | | | | 使用超聲波設(shè)備，將超聲波傳至金屬，經(jīng)高速振動(dòng)，使螺母直接埋入塑膠件內(nèi)，同時(shí)將塑膠熔化，其固化后完成埋入 | 快速的螺母壓入以及優(yōu)良的螺母使用性能，不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或產(chǎn)生較小內(nèi)應(yīng)力 | 超聲波設(shè)備比較昂貴，小批量生產(chǎn)時(shí)成本高 | | 使用熱熔設(shè)備，將螺母周?chē)乃苣z件融化，固化后完成螺母的埋入 | 較好的螺母使用性能，不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或產(chǎn)生較小內(nèi)應(yīng)力 | | | 利用螺母的彈性，直接把螺母壓入塑膠件相應(yīng)的孔中，完成螺母的埋入 | 無(wú)設(shè)備費(fèi)用或少量設(shè)備費(fèi)用 | | | 在注塑模具型腔內(nèi)放置螺母，注塑時(shí)塑膠熔料將螺母鑲嵌于其中 | | 難安裝、增加注塑周期、降低生產(chǎn)效率以及容易造成模具的損壞，支柱易因內(nèi)應(yīng)力而破裂，是埋入螺母的最后選擇 |
（3） 螺母支柱設(shè)計(jì)指南一般來(lái)說(shuō)，螺母周?chē)苣z材料的厚度為螺母外徑的1/2~1倍。如果螺母埋入支柱中，支柱的直徑應(yīng)至少是螺母直徑的2倍。較薄的壁厚和較小的支柱直徑很容易影響螺母的使用性能。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師對(duì)支柱的尺寸設(shè)計(jì)不確定時(shí)，可以咨詢(xún)螺母的廠(chǎng)商，很多廠(chǎng)商都會(huì)提供支柱的設(shè)計(jì)指南。 而對(duì)于模內(nèi)鑲嵌螺母，由于塑膠材料的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬的熱膨脹系數(shù)，造成塑膠在冷卻時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，易導(dǎo)致支柱的破裂。
因此，在選用模內(nèi)鑲嵌螺母時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和增加支柱的強(qiáng)度、避免支柱的破裂：- 螺母在使用時(shí)應(yīng)當(dāng)預(yù)熱。
- 支柱的四周添加加強(qiáng)筋以提高強(qiáng)度。
- 螺母應(yīng)當(dāng)避免具有尖角，例如滾花等特征，特別對(duì)于PC等缺口敏感材料，這很容易造成支柱的破裂。
本篇文章主要內(nèi)容摘自《面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南》。鐘元，2011年出版書(shū)籍《面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南》（DFMA）。2019年9月即將出版《面向成本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)：降本設(shè)計(jì)之道》（DFC）。歡迎關(guān)注“降本設(shè)計(jì)”公眾號(hào)。本公眾號(hào)專(zhuān)注于面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)(DFMA)、面向成本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)(DFC)等產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)分享，幫助工程師成長(zhǎng)和提高技能，幫助企業(yè)降低產(chǎn)品成本。 | 
