今天，螺丝君跟大家分享“德国标准自攻钉连接拧紧设计要求"。
本文目录：
1、适用范围
2、程序描述
2.1装配/旋入操作
2.2影响连接性能的基本变量
2.重复装配
2.4故障类型
2.5装配设备
、设计相关指令/关键影响变量
.1需求概要的定义
.2与螺钉选择有关的因素
.螺钉凸台的配置
.4螺钉凸台的近似设计
4、直接旋入带有附加元件的薄壁组件
5、测定特性的试验程序
6、应用示例
01适用范围自20世纪70年代末以来，用螺纹成型/开槽金属螺钉的塑料直接螺纹连接已被用于组件和建筑元素的可拆卸连接。
本技术规范适用于与螺纹成型金属螺钉的连接，在组装过程中，金属螺钉在塑料本身中形成螺纹。
技术规范提出了影响这种连接技术的基本变量，并为设计人员提供了设计这种连接的标准。由于影响变量的多样性，纯计算设计目前是不可能的。因此，对原材料和螺丝的生产厂家进行试验和询问是必要的。
02程序描述用金属螺纹成型螺钉连接模具和建筑构件，金属螺纹成型螺钉具有特殊的螺纹几何形状，并被拧成预先成型的圆形支架孔(圆顶、螺纹凸台或螺纹眼)，这是一种经济可行、适合回收和拆卸的组装类型。
此外，在成型过程后进行装配。因此，没有必要在模具闭模时引入任何金属镶件或套筒，以免有倾斜的危险。螺纹成形操作与材料的位移和圆顶的径向膨胀有关。
因此，应优先考虑对应力开裂不敏感的塑料。与焊接相比，不同的材料可以通过直接旋紧以可拆卸的形式连接在一起。
这种连接的质量和组成功能，本质上是由图1所示的影响变量决定的。
图1
2.1装配/旋入操作
关于螺钉的装配，必须区分螺纹成形力矩MForm，在每种情况下由于新成形的螺纹截面而始终保持不变，和螺纹摩擦力矩MR,随着螺杆深度的增加。两者一起导致当螺钉头与附加部分接触时的扭入力矩ME。在螺杆头接触后，根据螺杆头的类型和几何形状增加螺杆头的摩擦力矩。为了施加一个必要的预紧力Fv，继续扭转螺丝，直到达到装配紧固力矩Ma。此外，如果继续旋转螺丝，直到系统失效，章节2.4，这将导致过扭力矩Mü，图2。图2扭入和过扭力矩之间的最大可能间隔对总成安全是有意义的。为了有足够的安全考虑到可能的波动拧入装置，建议将最大装配紧固力矩MA限制在1/到max1/2之间的过扭和入扭之间差值。
拉紧力矩由克服螺纹摩擦的力矩MGR和下摩擦力MKR组成MA。由于连接的预紧力是通过拧紧力矩作为规则间接设置的，摩擦力的主要影响，特别是总摩擦力的变化，例如，通过附加的下部联锁来说明，如图所示。
初步试验的旋紧力传感器，也有助于建立的结果，接头的预紧力，当螺钉头部接触时刻已开始建立。在极端情况下，由于螺钉头几何形状的改变，在没有任何实验确认测试的情况下，关闭力矩可能已经在大幅降低的预紧力下达到。
在计算扭入力矩和过扭力矩以及预紧力方面，已有比较全面的建议。这些假设恒定的制造条件，参见章节。
然而，有必要考虑到习惯的螺丝刀在不同程度的转速下降和显示关闭公差下工作，以及在装配操作中可能导致热塑性塑料完全熔化的不同温度，这取决于所使用的塑料、装配条件和几何设计，参见第2.2和2.4节。
图
2.2影响连接性能的基本变量
本章将解释一般的联系。必须注意按照第节进行详细的接头设计。基本连接参数和由此产生的连接属性的示意图概述如图4所示。
孔直径dK芯孔直径的选择决定了螺纹侧面与周围塑料的重叠，因此不仅对轴向承载能力至关重要，而且对确保接头的组装也至关重要。
对于每一种螺杆几何形状和塑性的组合，在螺杆试验中必须通过实验手段明确确定芯孔直径。第节中的尺寸建议可用于近似设计。
图4显示了入扭力矩和过扭力矩随孔直径的变化规律。一般来说，最佳孔直径dk的定义为旋入力矩和过扭力矩之间的最大间隔。
b.螺钉深度/长度lE
与弹性模量相同的金属螺栓/螺母接头的承载行为不同，金属螺钉与周围塑料之间的力传递在螺钉长度上是均匀的。因此，拉拔强度与螺钉长度成正比。图4显示了螺钉试验的特性如何依赖于螺钉长度lE。
c.装配转速
根据所使用的装配设备，装配转速在rpm到0rpm之间。此外，转速随着螺钉深度的增加而降低，这取决于所选的装配设备，参见第2.4节。
螺杆转速越高，侧啮合区域内的塑料部件受热越大，取决于摩擦效应。由于在高转速下关闭精度可能较低，因此有必要相应地考虑到塑料力学行为的温度依赖性。
图4
d.张拉力松弛
塑料具有粘弹性材料行为，即力学性能取决于时间、温度和载荷。对于使用螺纹成型金属螺钉的直接螺钉接头，这意味着由于松弛过程，在装配过程中施加的预紧/锁紧力会随着时间的推移而减小。
无论如何，由于在整个使用阶段对安全组件功能的需求，在设计过程中必须考虑到预紧/夹紧力的减小，特别是在遇到更困难的操作应力时，例如温度影响或动态应力。
环境温度不仅对塑料直接螺纹接头的纯静态短时承载能力有重要影响，而且对其长期性能也有重要影响，特别是对构件功能起决定性作用的(残余)预紧力。
根据不同热塑性塑料的温度依赖性刚度，松弛效应在高温下更为明显。这方面的决定性因素是利用时的峰值温度。
根据在螺杆凸台正面(正面表面压力)或在螺杆凸台基础水平(螺杆凸台横截面上的拉应力)上附着部分的支撑类型，塑料和金属螺杆之间的热膨胀差异(可逆)以及体积变化效应，如干燥/收缩(部分可逆)，影响预紧力随时间的松弛过程。
为了减少张紧力的松弛，表面压力应保持较低，例如使用带有压紧垫圈和大螺纹啮合的螺钉。图5说明了PA6-GF0中直接螺钉连接的基本影响变量。根据被测试塑料的类型，结果可能相差很大。
图5
2.重复组装
重复组装是可能的，如根据VDE。
2.4故障类型
对于塑料中直接拧接的接头，根据载荷的发生情况，可以对装配操作或使用过程中可能出现的四种失效类型进行本质的区分。
螺钉拉出/螺钉包裹材料剪切失效(基本连接参数:螺钉长度/芯孔直径/螺钉公称直径)。
螺杆断裂(螺杆强度:装配时的抗扭强度和使用时的耐久极限)。
杆凸台爆裂(径向应力成分:壁厚/芯孔/螺杆侧面:应力裂纹或注塑缺陷，如焊缝)。
螺杆凸台的脱离/撕扯(组件的横截面积或螺杆凸台粘结不足以传递力)。正确的尺寸标注可以抵消与强度相关的失效类型，第节。当所有的失效类型在相同的荷载下出现时，就得到了最佳的节点。
螺钉拔出为后续修复提供了更有利的条件，因为可以使用公称直径更大的螺钉或插入物来矫正损伤。当然，在螺旋凸台壁厚的结构设计时必须考虑到这一点。
2.5装配设备
原则上，直接螺纹连接可以用电动或气动驱动的螺纹系统执行。螺丝刀的特性曲线和所使用的关闭类型对于拧紧力矩的可达到精度是决定性的。气动螺丝刀可能具有以下具有相应关闭精度的拧紧机构:a.直驱(无离合器)
精度:±0%
b.滑动离合器
精度:±15%
c.关闭离合器(带涡轮关闭)
精度:±-5%
气动螺丝刀是不可控的，并在设计诱导的特性曲线上移动。转矩和转速直接相互依存。
电动螺旋驱动器工作时不需要离合器。关闭是通过螺旋主轴的高精度电气减速来实现的。这应该最好发生在低转速。可达到±%的精度。按规定的顺序进行简单的拧紧。
如果有必要，存储程序控制系统允许单独调整螺丝顺序，并可能有文档记录。不仅可以利用转矩，还可以利用旋转角度和时间作为控制或监测变量。在这方面，转矩和转速可以相互独立控制。
0设计相关指令关键影响变量.1需求概要的定义
在定义需求概要时，应考虑以下几点:
负载利用率，静态/动态
温度应力
媒介影响
损失保护/释放力矩/必要的剩余预紧力
重复装配的可能性
密封功能
在这方面，提出了下列基本问题:
加入成员的材料(最弱的加入成员决定)
可传递的夹紧力/预紧力
足够的接触面积和补救措施(压紧垫圈等)
避免过大过厚尺寸
制造工艺造成的影响(方向、焊缝或玻璃纤维分布)
加入件的热膨胀
吸湿性(如聚酰胺)
对应力开裂的敏感性，例如由于周围介质或螺钉涂层(油脂，油或脱模)
.2与螺钉选择有关的因素
或多或少收敛到尖锐点的螺钉的最重要的特征是侧翼几何形状。侧角越尖，螺纹成形过程中被驱散的材料体积越小，即径向应力减小。侧面角度0°已被证明是有利的与普通塑料。更钝角的侧面60°径向压紧效果更强。尽管这增加了螺杆的自锁，特别是在软塑料中，螺杆凸台可能会由于较高的径向应力而爆裂。
螺纹螺距角应该是近似的。8°，实现自锁。通常情况下，带切削刃的螺钉不会产生预期的螺纹切割干净的优势，因为切削刃在绞合过程中很容易堵塞。
此外，拉出力稍低，这使得根据VDE更难以满足重复装配能力。对于易碎或对应力开裂敏感的塑料，螺纹切割可能是一种优势。
原则上，热固性塑料和填料比例高的塑料都需要切削刃。当重点放在特殊强度条件时，不对称的螺纹形状可能是有利的。
在拉出方向上螺纹啮合角平坦时，施加永久拉应力时可能导致开裂的径向力分量较低。
相反，在具有高周向强度的螺旋凸台的情况下(例如，由于纤维增强或更钝的上翼角)，应力可能在螺旋凸台的周向被消除，从而可能导致更高的总拉出强度。
螺杆的影响变量：
外径/孔直径比带压紧垫圈的机头成型，特别适用于塑料和TORX驱动表面/涂层螺钉的公差应尽可能紧侧翼角:0°螺纹螺距:约8°头部形成.螺杆凸台的配置
参考.4节，可以可靠地计算出螺旋凸台的最重要尺寸。螺旋凸台的基本结构如图6所示。特征因子为外径dA、芯孔直径dK和螺杆长度lE。
由于螺钉使上接触面受到应力的影响，这种应力不仅来自径向膨胀，而且来自组装部件的压上，为了减轻压力，应在上端加入一个与螺钉公称直径相同的圆柱形孔。
此外，这种锥形孔提供了由于更好的螺丝定心和向上运动驱散塑料的优势。
一般情况下，螺旋凸台的外部形状为圆柱形，如有必要，还需有连接肋。在芯孔中以圆孔为主。
方形和三角形孔的缺点是在角处存在永久的拉伸/缺口应力，以及较低的拉拔强度。
.4螺旋凸台的近似设计
综合研究得出以下尺寸的建议，然而，这些建议必须得到实验的验证:
旋紧长度lE:lE≥2d1
图6
孔直径dk:dk=(0.8…0.9)·d1
较低的值适用于小螺钉(d14mm)和韧性塑料，较高的值适用于脆性塑料。
孔深ts:ts≈0.4·d1
螺杆凸台外径dA:dA≥2·d1
除了有限元法(FEM)可以在早期对整个子组件的机械性能和加工过程进行分析和优化外，原材料和螺钉制造商的特殊计算程序也适用于个别设计元素的近似计算。
通常，尺寸的确定是基于上述理论方法，并与实验结果进行校准。通过使用这些程序，设计者可以在很短的时间内获得关于正确尺寸的声明。
应用这些程序的一个重要前提是设计人员要批判性地看待结果。在这种情况下，设计建议只能与输入数据一样好这一原则是有效的。因此，用户必须对这种连接技术有基本的了解。
这些程序既不能取代与原材料和螺钉制造商的协商，也不能取代实验确认测试。借助于联机辅助工具和导入数据库，便于用户应用分析联系，即根据文献中规定的公式计算特征。
04薄壁附加元件直接旋紧在某些应用领域，塑料的直接旋入达到极限，例如薄壁组件，不允许任何旋入圆顶的组件，夹芯组件或极薄的薄片。
在这些应用的情况下，可以利用特殊的附加元素，由塑料制成，并与薄壁组件机械锁在一起，然后由不同壁厚的不同材料制成的部件可以用这些连接元件连接，如图7所示。
它们是通过从组件的边缘或通过表面的切口垂直于拧入方向安装的。该元件可以补偿主规中孔的任何公差。各种元件可用于不同的材料壁厚和孔间距。
图8显示了另一个由塑料制成的多功能紧固元件的例子，该元件具有多种执行方式，并可选择集成密封功能。厚度范围达2.5毫米的子结构可以加工，厚度范围也可以更高。一个特别的优点是可变装配的可能性。
例如，装配可以通过插接或连接和扭转进行，并且可以自动化。
图7图电测定特性的试验程序轴向拉伸试验、测定扭矩和由此产生的预紧力以及持续扭矩的拧动试验，主要用于确定塑料直接拧动接头的连接性能，如图9所示。
必须考虑到温度的依赖性和松弛效应。特别是在横向力和弯曲的情况下，最好对构件的承载能力进行测试。
06应用示例通过汽车引擎盖下进气系统的实例，突出了塑料直接螺纹接头的性能潜力。这些组件在使用中受到广泛的热动力应力。
当然，自攻螺纹接头也广泛应用于电气、电子、白金属电器、体育甚至玩具等行业。
今天的话题，就分享到这里，不当之处，欢迎批评指正。