接上篇:塑胶件的结构设计:螺纹连接结构篇(上)
塑胶件螺纹连接结构的设计原则:
连接强度原则;
成型性原则;
一、连接强度原则
在上篇中提到,由于检查紧固力的方法很复杂,我们通常通过扭矩值来确认施力情况,也就是说,紧固力的大小可以通过扭矩值来表征,如果拧紧扭矩越大,相对于的紧固力就越大,,连接强度就越大。
由公式:拧紧扭矩Tα=Tr+X(Tf-Tr)可知,如果需要增大拧紧扭矩Tα,可以通过增大攻牙扭矩Tr和滑牙扭矩Tf来实现。
增大攻牙扭矩Tr,这会导致前期攻牙阶段的安装扭矩变大,前期显得很吃力,同时导致拧紧扭矩Tα的范围太窄,容易造成滑牙,这不是我们想要的结果。增大滑牙扭矩Tf,也就是增大了滑牙扭矩Tf和攻牙扭矩Tr之间的差值(Tf-Tr),这样的结果是拧紧扭矩Tα增大了,同时使得拧紧扭矩Tα在一个较大的容差范围内。那么,如何增大滑牙扭矩Tf呢?
滑牙紧固力公式:
滑牙扭矩公式:
由以上公式可知,增大以下因素:σt(塑胶材料的拉伸屈服应力);Dp(螺丝中径);L(螺纹旋合深度);f1(螺纹与塑胶之间的摩擦系数);f2(螺丝头底部与塑胶之间的摩擦系数);p(螺丝的螺距);都可以增大滑牙扭矩Tf。
以上因素可以归类为:
塑胶材料的性能:拉伸屈服应力、弯曲模量、摩擦系数螺丝的几何参数:螺纹角、螺距螺丝柱的设计:内孔设计(孔径、螺纹旋合深度),外径设计01塑胶材料的性能
1、拉伸屈服应力
在材料拉伸过程中,当应力达到一定值时,应力有微小的增加,而应变却急剧增长的现象,称为屈服,使材料发生拉伸屈服时的正应力就是材料的拉伸屈服应力。在螺丝拧紧过程,螺丝柱内孔侧壁形成螺纹,并受到螺丝的拉伸力F,如果此拉伸力超过塑胶材料的拉伸屈服应力,塑胶螺纹开始发生塑性变形,螺纹的完整性遭到破坏而无法回复,具体表现为紧固力和滑牙扭矩降低。所以,在其他条件一定情况下,选择拉伸屈服应力大的材料,能有效提高紧固力和滑牙扭矩。
2、弯曲模量
弯曲模量是衡量塑料抵抗弯曲变形能力大小的尺度。塑胶螺丝柱内螺纹的形成实际上塑胶被螺丝螺牙挤压变形,然后多余的塑胶流动到螺丝相邻螺牙之间的凹槽而形成的。一般来说,流动到凹槽的塑胶越多,螺纹面与塑胶之间的接触面积越大,此处的拉伸屈服应力值越大,紧固力和滑牙扭矩越大,同时减少了螺钉松动的可能性。按弯曲模量的大小分类,塑胶材料可以分成以下几大类:
1)低弯曲模量(kg/cm2)此类塑胶材料通常较软,主要包括PP、PE、软PVC、PA、PA11、PA12等,比较容易形成螺纹,但这些材料本身的拉伸屈服应力小,不太适合用在需求高连接强度的场合(除非通过优化螺丝柱结构,否则滑牙扭矩通常不高)。2)中等弯曲模量(~kg/cm2)
此类塑胶材料硬度中等,主要包括ABS、ABS/PC、PC、PPO、PS、PA6、PA66、PBT、POM、硬PVC等,此类塑胶综合了弯曲模量和拉伸屈服应力,非常适合采用自攻螺丝连接,并具体较高的连接强度。3)高弯曲模量(~kg/cm2)
此类塑胶材料硬度高,主要包括SAN、PEEK、PPS以及一些低玻纤填充的材料如PC+10GF、POM+20GF等,此类塑胶流动性差,形成的螺纹不饱满,采用此材料设计的螺丝柱内孔尺寸须做一定优化,同时采用更高强度的螺丝,或者采用具有低螺旋角的专用螺丝或螺纹切削自攻螺丝,以避免过大的驱动扭矩而导致螺丝断裂。4)超高弯曲模量(kg/cm2)此类塑胶材料硬度非常高,主要包括一些高玻纤填充(30%以上)的材料如PET+30GF、PC+30GF、PBT+30GF、PA+30GF等,以及热固性塑胶,针对此类材料,建议使用塑胶专用螺丝或螺纹切削自攻螺丝,必要时采用模内预埋螺母。3、摩擦系数
主要是指螺丝螺纹与塑胶之间的摩擦系数和螺丝头底部与塑胶之间的摩擦系数,这两个摩擦系数的值较接近(钢对塑胶),不同塑胶的摩擦系数不同,一般为0.2~0.6之间。需要注意的是,螺丝头底部的摩擦扭矩随着螺丝头直径增大而增大,所以,大扁头和带介的螺丝比盘头螺丝的滑牙扭矩大。02螺丝的几何参数
1、螺纹角
传统标准的自攻螺丝的螺纹角一般为60°,但是现在有一些针对塑胶开发的自攻螺丝,其螺纹角一般为30°~48°,开发这种小螺纹角自攻螺丝的厂家主要是国外的居多,比如Celo专门为塑料件组装而开发的一系列自攻螺钉,大家如有兴趣进一步了解的话可以到他们的