⾦属螺纹嵌件,可分为:外螺纹嵌件和内螺纹嵌件,本⽂主要介绍内螺纹嵌件,简称螺母,内 螺纹嵌件按材质可分为:铜螺母(C3604黄铜或⽆铅铜),不锈钢螺母(SUS303),碳钢螺母
(12L14或12L15)。
因铜材质具有较好的导热性以及易加⼯性,实际产品中,铜螺母的应⽤最为⼴泛,所以下⾯主
要围绕铜螺母进⾏介绍。369ii
铜螺母的分类
⼀、按外圈纹路可分为:
1. 直纹:易加⼯,成本低,能提供最⼤扭矩,不过拉出⼒较⼩,纹路中间的凹槽⽬的是增加拉出⼒。
2. 斜纹:平衡了两个⽅向(旋转⽅向和轴线⽅向)的阻⼒,即平衡了拉出⼒和扭矩性能。
1)螺旋纹,与直滚花相⽐,螺旋滚花具有较低的扭矩阻⼒,但轴向拉出阻⼒得到了增加,(注意:螺旋⽅向⼀般为右旋,可以防⽌螺钉在旋紧的过程中出现松脱)。
2)双斜纹(⼋字花),具备左右⽅向的斜纹,可以防⽌螺钉在旋紧或拧开的过程中出现松脱。
3)⽹纹(菱形纹),同样平衡了拉出⼒和扭矩性能。
3. 组合纹路,两种纹路组合,如直纹+斜纹。
⼆、按埋⼊⽅式可分为:
热熔埋⼊是最常⽤的⼀种埋⼊⽅式,⼀般以热熔机及⼿⼯电烙铁埋⼊,其原理是通过加热压
头,并与铜螺母接触,使铜螺母温度升⾼,当温度达到此塑胶⾃⾝的软化温度时,将螺母埋植
于胶件中,退出压头,冷却后铜螺母与塑胶件热熔成⼀体。
超声波埋⼊是⼀种通过超声振动,使螺母与塑胶表⾯及内在分⼦间的磨擦⽽使传处到接⼝的温度升⾼,当温度达到此塑胶⾃⾝的软化温度时,将螺母埋植于胶件中,当震动停⽌,⼯件同时在
⼀定的压⼒下冷却定形。
从上述原理可以看出,热熔埋⼊和超声波埋⼊的原理和过程其实都差不多,区别在于加热的⽅
式不同,所以这两种⽅式所⽤的螺母类型可以归为⼀类,塑胶件的预留孔也可以通⽤。唯⼀的
区别是,热熔埋⼊型常常选⽤铜螺母,因为铜的导热性较好,⽽超声波型可不限定铜材质的螺母,不锈钢或碳钢都可。
由于热熔/超声波型螺母最终还得靠外⼒的作⽤下压⼊,所以螺母的最前端⼀般有导向结构以利于压⼊埋置于塑胶预留孔。因此热熔/超声波型螺母还可以分为两种:锥孔型和直孔型。
1)锥孔型螺母以及对于塑胶预留孔的设计参考数据:
2)直孔型螺母以及对于塑胶预留孔的设计参考数据:
3)热熔/超声波型埋⼊⽅式的优缺点:
a、热熔埋⼊⽅式可以预埋不同平⾯上的螺母,也可以是相当远的距离,仍可以⼀次性实现多点预埋,⽽超声波埋⼊⽅式⼀般只能预埋平⾯⾼低落差不⼤的螺母,且螺母之间的距离不宜过
⼤。
b、热熔埋⼊⽅式的设备简单,投⼊成本低,针对不同的产品可以快速切换,⽽超声波设备复
杂,成本⾼,且存在噪⾳污染。
c、⼀般⽽⾔,热熔埋⼊由于可以对螺母进⾏整体加热,这使得熔化的塑料可以完全流⼊到所有产⽣保持⼒的部位,因此应该可以获得更⾼的性能。
d、超声波埋⼊⽅式速度要快,因为,热熔螺母压⼊塑胶孔前需要⾦属热熔头加热并传递热量使螺母变热,⽽超声波埋⼊⽅式不需要这个过程。 e、超声波埋⼊⽅式不需要传热到螺母,⽽是通过⾼频振动在螺母和塑胶结合处摩擦产⽣热量,所以超声波埋⼊⽅式对螺母的⾦属材质要求不⾼,⽽热熔⼀般需要铜材质。
综合来讲,由于热熔埋⼊⽅式具备灵活性好、⼀致性强、性能⾼、价格实惠这些优势,该⽅式成了众多应⽤中将螺母嵌件装配到塑件中的优先选择。
2. 模内注塑型
净烟器这种⽅式顾名思义就是把螺母放⼊模具内,塑胶注塑后胶料会包裹螺母的外壁,冷却后即可与塑胶件结合在⼀起,这种埋⼊⽅式可以得到最佳的结合强度,但相对于其他⽅式成本较⾼,主要体现在螺母的放置过程严重影响注塑周期。
所以对于模具内螺丝柱的司筒针或镶针与螺母内孔的配合需要严格管控,间隙过⼤,虽然容易放⼊,但是可能会漏胶(可选⽤盲孔螺母);间隙过⼩,不易放⼊,影响注塑周期。
还有就是不能放错位置,否则模具合模后可能损坏模具;也不能漏放螺母,否则整件塑胶零件会判定为不合格件。
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模内注塑型螺母常常选⽤直纹螺母就已经满⾜⼀般的产品需求了,因为注塑的胶料已经填满螺母中间的凹槽,之前担⼼的拉出⼒不够的问题,通过这样注塑⽅式可以得到解决,这种螺母前端不需要导向结构,当然,使⽤其他螺母注塑也是可以的,并没有严格的规定。
同理,也可以使⽤这种螺母通过热熔/超声埋⼊,没⼈会反对,前提是,需要在塑胶柱上做沉台导向,如下图。
模内注塑型螺母,对于塑胶柱的预留孔内径和深度没有太⾼要求,深度上不需要预留溶胶的空间,关注点主要在于外径,相关参数可参照热熔/超声埋⼊型设计。
3. 压⼊型
主要指冷压,是指不加热(常温下)直接压⼊塑胶,是相对于热压(热熔)螺母⽽⾔的,冷压⼯艺主要是应对难于通过热熔或超声等⽅式埋⼊的场合,⽐如⼀些热固性塑胶,固化成型后不能再次熔化或
软化。
还有⼀种“膨胀式螺母”,这种螺母的特点是在侧⾯有槽,使其在压⼊时能够弹性变形。当拧⼊螺钉时,“膨胀式螺母”侧壁被迫向外张开,与孔内壁形成⼀个“咬合”接触。
尽管冷压⼯艺的性能可能不如上述类型,但是⼀种⾮常经济的选择。因为它们易于安装,通常不需要特殊设备。
由于压⼊型螺母在实际产品中不是很常⽤,故具体的设计参考参数就不列出来了,有需要了解的可以参考专业⼚商的选型⼿册,我准备了两份,有需要PDF的后台留⾔吧。
4. ⾃攻型
⾃攻型螺母可以为塑胶孔提供了最佳的拉出阻⼒,外部螺纹采⽤薄型材设计,以尽量减少塑料中的应⼒,并且具有相对较⼤的间距,以提供最⼤的塑料剪切表⾯来抵抗拉出。
这种带有⾃攻螺纹的铜螺母,主要应⽤于PC材质或加玻纤等较硬的塑料,为了防⽌螺母与塑料的结合后开裂或应⼒释放产⽣的隐患,采⽤⾃攻型的螺母是⼀种不错的解决⽅案,采⽤普通的电动⼯具即可安装。
同样的,由于⾃攻型螺母在实际产品中不是很常⽤,故具体的设计参考参数就不列出来了,有
需要了解的可以参考专业⼚商的选型⼿册,我准备了两份,有需要PDF的后台留⾔吧。
铜螺母埋⼊⽅式的选择
⼀、什么情况下,需要在塑胶件中埋⼊铜螺母,或者说埋⼊铜螺母有什么作⽤?
1. 提⾼塑胶件之间的连接强度。
在⼀般情况下,塑胶件之间的螺钉连接通常是通过⾃攻⽛螺钉连接,塑料螺丝柱的内孔可以通过注塑⼀次性成型,后续通过⾃攻⽛螺钉⾃切⽣成螺纹连接,⽅便快捷;然⽽,当塑胶件之间的连接强度需要提⾼的时候,必须⽤⾜够的扭矩将螺钉拧紧,以便在主部件与螺钉螺纹之间产⽣⾜够的轴向张⼒,防⽌松动,但是,塑胶的螺丝柱内孔的螺纹承受不了⾜够⼤的载荷下便发⽣滑⽛或者松弛,⾃然满⾜不了需要的连接强度。
⽽⾦属螺纹能够防⽌螺纹在整个载荷下发⽣变形,所以铜螺母可以明显提⾼塑料件中的连接强度。
2. 塑胶件需要多次拆装。
有些产品有维修的需求或者是某个部件需要经常拆装,使⽤铜螺母埋⼊塑胶件中,可以在不损失螺纹的完整性的情况下实现多次的重复拆装,这⼀点也是⾃攻⽛螺丝柱⽆法⽐拟的。
3. 以塑胶件代替⾦属件。
⾦属件虽然很容易得到⾼强度的螺纹连接,但是其加⼯以及材料成本⾼,⽐重⼤,不适合⽤在有成本要求和轻量化的产品上,故通过在塑胶件上埋⼊铜螺母的⽅式可以满⾜这种需求。
⼆、该选⽤何种埋⼊⽅式合适?
主要从这三个⽅⾯考虑:性能要求、塑胶材料的适应性、成本。选⽤前应明确使⽤的主要指标,以便选出合适的⽅式。
1. 铜螺母埋⼊塑胶件的性能要求有两个⽅⾯:
1)拉出⼒/拉出阻⼒,是把螺母从塑料件中拉出来所需的轴向⼒。
2)扭矩/扭矩阻⼒,是在塑料件中旋转螺母所需的旋转⼒。
在⼀般情况下,拉出阻⼒是螺母长度的函数,扭矩阻⼒是螺母直径的函数。也就是说铜螺母长度越长,即插⼊深度越⼤,则拉出⼒越⼤;铜螺母直径越⼤,则扭矩越⼤。另外,螺母外侧纹路/滚花的类型对拉出⼒和扭矩也有影响,它们是互相关联的,其拉⼒与扭矩的简单换算如下,具体数值应根据不同螺母实测为准。
2.影响铜螺母埋⼊塑胶件性能要求的因素有:
· 螺母类型。
· 塑料规格。
· 塑料部件的设计和质量,包括孔公差稳定性。
· 安装过程。
抗衡阀1)螺母类型的选择对性能的影响
a、螺母导向的影响
由于选择左图样式螺母,在埋⼊塑胶后,A1、A2处膨胀,B处却急剧收缩,造成塑胶排挤困难,螺母上下端容易产⽣溢胶现象,严重影响了产品外观;
改善⽅案:以“C”部分为导向定位,使螺母能稳妥地放⼊塑胶孔位中,提⾼了效率和良品率,由于加了C端导向部分,A2排挤⼀定的胶料后,也预留了⾜够的胶料给A1部分,同时因A1、A2部分是呈90°交⾓为45 °的斜纹,并可交⾓形成⾼强度的节点,阻抗圆周上的扭动⼒,使扭⼒/拉⼒⼤⼤的增加。
b、螺母滚花/纹路的影响
当塑胶孔深度较浅,如选择双斜纹的螺母,在螺母各尺⼨⽐例调配下,特别是压花上,压花段
较短,这样的螺母埋⼊塑胶后,压花吃胶⾯的塑胶太少,会产⽣扭⼒/拉⼒不⾜现象,所以⼀般建议,将塑胶预留孔深设在2.5mm以上,螺母尺⼨长度⼀般建议做2.0mm以上。
改善⽅案:类似这种情况,在客户不⽅便改模情况下,可建议将螺母外壁纹路改为单斜纹路的螺母,如右图所⽰,这样将压花段差加⼤,压花吃胶⾯的塑胶增⼤,从⽽增加扭⼒/拉⼒。
2)塑料规格
塑料的影响上⾯已经有提到,这⾥主要说下⾮结晶塑胶和半结晶塑胶的影响。
折流板除雾器a、⾮结晶塑胶,对应⼒⾮常敏感,在选择螺母型号时,应慎⽤具有锋利滚花的螺母。
b、半结晶塑胶,对应⼒相对不敏感,各种螺母都能适⽤,但此类塑胶具有⼀个相对较⾼的精确熔点,凝固迅速。这⼀点对于通过热熔/超声⽅式埋⼊来说不好控制,特别是超声,这就需要更多的能量,即⼀个更⾼的振幅,且需要特别考虑变量设置。
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c、添加剂的影响,添加剂会影响塑胶的特性(热性能、强度、刚度等),具体应视影响哪⽅⾯性能在再做具体分析。
3)塑胶孔⼤⼩的影响
图⼀,塑胶孔合适,螺母埋⼊塑胶后的标准状态,这种状态下,会有⾜够的塑胶填充到螺母的滚花、倒钩和凹槽部分,这样才能取得最佳的性能。
图⼆,塑胶孔太⼤,螺母埋⼊塑胶后吃不到胶,会产⽣扭⼒/拉⼒不⾜现象。
图三,预留孔太⼩,会产⽣溢胶或者爆裂现象。
4)安装过程中各种因素的影响
a、热熔过程中温度的影响
确保受热的螺母使塑料软化⽽不是熔化,这样可以避免塑料流溢,并使螺母在塑料重新凝固时保持在正确的安装位置,⽽不是偏离原预留孔的中⼼。
b、通过外⼒压⼊操作的影响
为获得最佳性能,必须按轴向将螺母笔直安装⼊孔,为此可以选⽤具有导向结构的螺母或在塑胶端提供⼀个定位/导向的沉台来实现这⼀点。
同时,埋⼊完成后,确保螺母顶部尽量与塑胶表⾯平齐,⾼于表⾯对装配有影响,低于表⾯螺丝锁紧后会有被拉松脱的风险,考虑到冷却后螺母可能有回弹的情况发⽣,埋⼊过程中可考虑先压低于塑胶表⾯,待回弹后与表⾯平齐。