螺丝的选择

螺絲的選擇

在產品組裝設計時,一個比較重要的環節就是組件與組件之間的聯接. 通常的聯接方式有:銷聯接,過盈聯接,螺紋聯接等.一般常用的最普通的方式就是螺紋聯接.由于本公司大部分零件為塑膠件和五金件.如何正確選擇螺絲成為設計螺紋聯接的關鍵.下面分四個方面來講解如何選擇和使用螺絲.

1. 螺絲的種類和應用

- 1.1. 材料及表面處理 (Material & Surface Finishing)

- 1.2. 螺紋/螺絲咀 (Thread & Point Type)

- 1.3. 螺絲頭 (Head Type)

- 1.4. 槽位 (Slot Type)

2.螺絲的描述方法

- 2.1. 機牙螺絲的描述方法

- 2.2. 自攻螺絲的描述方法

3.螺絲長度的測量方法及長度標準

- 3.1. 螺絲長度測量方法

4.螺絲柱及螺絲孔的設計

- 4.1. 建議塑膠料螺絲柱的設計

- 4.2. 金屬料螺絲孔的設計

5.附錄

- 5.1. 附錄1 - 機牙螺絲標準參考表

- 5.2. 附錄2 - Taptite三角螺絲螺絲孔直徑參考表

- 5.3. 附錄3 - 機牙螺絲鑽孔直徑參考表

1.螺絲的種類

螺絲可用以下之方法分類:

- 螺絲的材料/表面處理 (Material/ Surface Finishing)

- 螺絲的螺紋 (Thread & Point Types)

- 螺絲頭的形狀 (Head Types)

- 螺絲槽的槽位形狀 (Slot Types)

1.1 螺絲的材料/表面處理 (Material/ Surface Finishing)

根據螺絲的材料可分為: a) 碳鋼螺絲 b) 不鏽鋼螺絲 c)銅螺絲

1.1.1. 碳鋼螺絲 (Carbon Steel Screw)

碳鋼螺絲是常用型的螺絲. 其價廉, 廣泛用於要求不高及承受扭力一般的埸合, 如機體內部結構連接等地方. 碳鋼螺絲還可以加硬, 以用於要求承受扭力大的場合, 如與金屬(鑄鋁件或鐵片)配合處. 碳鋼螺絲為了改善其性能及增強其特性, 防止生鏽及滿足其他一些特殊要求,均會采取表面處理方式如發黑,鍍鎳,鍍鉻,鍍鋅,鍍銅,加硬等.

1.1.1.a. 表面處理 (Surface Finishing)

i) 發黑螺絲 (Black Oxide, 學名發蘭)外觀呈黑色, 一般用化學或電化學方法制作.目前生產中采用鹼性化學氧化法, 提高其耐蝕性. 因外層氧化膜主要成份為Fe3O4.因此只能在一般情況或油性介質中使用. 在本公司產品中發黑螺絲使用較少, 主要是考慮外觀的影響,才采用發黑處理的螺絲.

ii) 鍍鎳螺絲 (Nickel Plated) 外觀呈銀白色, 具有磁性,在常溫下對水和空氣都穩定;易溶于稀酸;與強鹼不發生作用,並有良好的裝飾效果. 在本公司產品中, 因其外觀, 及耐腐蝕性和生產成本低而大量取用鍍鎳螺絲, 如一般盒身之間連接使用的螺絲.

iii) 鍍鉻螺絲 (Chromium Plated) 外觀呈帶藍銀白色, 在空氣中具有強烈的鈍化能力,能長久保持光澤.鍍鉻層有很高的硬度和優良的耐磨性,但成本相對鍍鎳螺絲較高, 适合用於對螺絲有外觀或硬度要求的地方.

iv) 鍍鋅螺絲 (Zinc Plated) 外觀因鈍化液的不同而呈不同的顏色,鍍層硬度低,在空氣中或汽油或含CO2的潮濕水汽中也有很好的防鏽能力.但易溶于酸又溶于鹼,且鍍層硬度低對人體有害,不宜在食品容器中使用.一般用于電子原件的固定等,如 PCB板上大多使用鍍鋅螺絲.

v) 加硬螺絲 (Harden) 當螺絲須攻入堅硬之物料或須承受較大之拉力或扭力時, 便須選擇加硬之螺絲以防止螺絲斷裂. 注意 螺絲之硬度必須高于工件物料硬度否則螺絲攻入工件時會磨損.

1.1.

2. 不鏽鋼螺絲 (Stainless Steel Screw)

不鏽鋼螺絲主要是用在特殊環境中,如抗酸,抗鹼的環境中防止生鏽. 相比碳鋼螺絲, 不鏽鋼螺絲成本較高. 本公司比較多采用不鏽鋼螺絲於容易接觸水或接觸蒸汽部分.本公司常用之不銹鋼螺絲主要為3系(SUS304/ SUS305等) 及4系(SUS410/ SUS430)不銹鋼料, 其中3系有較優良之防銹能力(如SUS

304). 但由于不能導磁, 生產時不能被批咀磁力吸住, 生產上會增加一定困難. 如防銹要求允許的話, 應盡量考慮使用4系不銹鋼螺絲.

1.1.3. 銅螺絲 (Copper Screw)

銅螺絲是特殊用途的螺絲, 較少采用, 銅螺絲有較好的抗酸,抗鹼性能, 但其承受的扭力較小. 所以只是用于一些特殊要求的埸合. 如電子類部件連接.

1.2 螺紋/螺絲咀 (Thread and Point Type)

螺絲按螺紋可分為機牙螺紋螺絲(Machine Screw) 和自攻螺紋螺絲(Self-Tapping Screw).

1.2.1. 機牙螺絲 (Machine Screw)

機牙螺絲用途廣泛, 絕大部分金屬件,如不鏽鋼,銅件等一般采用機牙螺絲. 機牙螺絲經過多次裝拆,內牙仍可保持; 但由於工件需要攻牙, 所以相對自攻螺絲成本較高. 而在某些安全規格下如(IEC-335-1), 帶電部分若用螺絲作連接時, 通常須使用機牙螺絲.

機牙螺絲紋尺寸金屬標準模式常用有公制 (Metric), 英制, 美制三種. 詳細尺寸,種類及描述, 可參考螺絲catalog,機械手冊或附錄1 - 機牙螺絲標準參考表.

以下為常用之機牙螺紋牙型標準:

1.2.2. 自攻螺絲 (Self-Tapping Screw)

大部分膠件一般都采用自攻螺絲來聯接,這樣無須攻絲就可直接聯接,減少工時,既經濟又方便,但相對扭力較小, 且不能多次裝拆, 容易引起滑牙. 部分金屬如鋁,既可采用機牙螺紋也可用自攻螺紋螺絲.

自攻螺絲可分為輾軋螺絲(Thread Forming Screw)和自削螺絲(Thread Cutting Screw)兩種. 輾軋螺絲攻牙時是把物料接觸面壓擠成螺絲紋,而自削螺絲是將物料表面削成螺絲紋.

1.2.2.a 輾軋螺絲 (Tread-Forming Screw)

輾軋螺絲由於不須加工切削頭, 因此一般較自削螺絲便宜. 輾軋螺絲一般適合用於連接五金鐵片及壓鑄物料上. 而用於塑料時, 由於擠壓成螺絲紋時會造成螺絲柱有較大之環向應力, 故如使用於塑料上,一般只適合用於彎曲模量(Flexural Modulus) 少于1,380 Mpa (200,000 psi) 之塑料, 如PP 和尼龍等.

而一些特別設計之螺絲如HI-LO 和高牙螺絲等因螺絲牙紋於設計上可減低環向應力, 因此建議使用於彎曲模量較大至2758 MPa (400,000 psi) 如 PC , ABS 和Glass Filled Nylon 等之塑料.