桥梁柱钢模具(带螺纹结构的注塑件设计)

Posted 2023-05-30

篇首语：自觉心是进步之母，自贱心是堕落之源，故自觉心不可无，自贱心不可有。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了桥梁柱钢模具(带螺纹结构的注塑件设计)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

桥梁柱钢模具(带螺纹结构的注塑件设计)

塑胶件的连接结构，有两种应用较广泛，一种是卡扣连接，另一种是螺纹连接。其中螺纹连接应该‬是‬应用最广泛、最常见的连接结构，今天‬我‬们就‬‬一起‬来‬探讨‬一下‬带‬螺纹‬结构‬的‬注塑‬件‬设计‬。基于成本考虑，尽管大家都在尽量减少螺纹连接的使用，但是，对于绝大部分产品结构设计的需要，螺纹连接结构还是很难完全被取代，因为，螺纹‬连接‬相对于卡扣连接，有以下优点：

1.连接强度比卡扣大得多，即使受到额外负载也不容易松脱，可靠性高；

2.可拆卸次数多，特别是使用机牙螺丝的情况下，连接强度并不会受影响很大；

3.螺丝柱在模具上成型方便，模具结构简单，且容易调整；

4.操作简单，易学，谁不会打个螺丝呢。

当然，相对于卡扣，螺纹‬连接‬也有‬缺点：

1.成本相对高些，螺丝、螺母、电批、螺丝刀等紧固件与工具的成本；

2.对于外观零件，会在外壳上存在放置螺丝以及操作的孔洞，破坏外观的完整性；

3.装配时间长，预埋螺母、放置螺丝、使用电批或螺丝工具的时间成本，间接增加装配成本；

4.螺纹连接的结构类型少，设计自由度比较受限，常常在主出模方向设计居多。

结合卡扣和螺纹连接的优缺点，在实际产品结构设计上，常常兼容这两种连接方式，使产品能够实现性能与成本的平衡。

塑胶件的螺纹连接结构一般有以下两种：

一种是采用机械牙螺丝（简称机牙螺丝）的结构；
一种是采用自攻牙螺丝（简称自攻螺丝）的结构；

这两种结构比较常见的结构形式如下图，共同点是两个塑胶零件上分别有用于与螺丝配合的螺丝柱（BOSS柱）和用于支承螺丝头的套司；区别在于采用机牙螺丝的螺丝柱内孔需预埋螺母。

机牙螺丝与自攻螺丝的区别：

从外形上看：

常用机牙螺丝的尾部一般为平尾，头部形状如下图：

常用自攻螺丝的尾部一般分尖尾和平尾，头部形状如下图：

最主要的区别在于牙型：

机牙螺丝（Machine Screw），牙峰与牙底的大小相差无几，牙距比较小，牙型的标准角度为60°，螺纹的标记为M*/*。使用机牙螺丝需要要搭配合适的螺母或在预制孔内预先攻牙。

自攻螺丝（Self tapping screw），牙峰很尖，牙底平面较宽，而牙型的标准角度则小于60°，螺纹的标记为ST*/*。使用自攻螺丝时，不用借助螺母或预攻丝。只需在预制孔直接用工具拧紧，在旋转的过程当中，会在孔内部自动形成螺纹，从而发挥到预期的紧固作用。

在塑料螺丝和塑料螺母的应用上，苏州维本Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料，可以帮助您解决传统的尼龙66螺丝和螺母的以下问题：

1.尼龙66材料的螺丝和螺母的尺寸和机械性能受水份影响比较大，不容易控制和管理在应用中的综合性能，Wintone Z33同时具有比尼龙66更优异的刚性和韧性，以及耐磨性和耐疲劳性，Z33在空气中的吸水率只有尼龙66的六分之一，具有更好的稳定性。

2.尼龙66材料的螺丝和螺母在有些应用场景下的耐化学性和耐腐蚀性不够的问题，Wintone Z33材料优异的耐腐蚀性，包括耐酸碱、耐盐、耐水解（不管是在冷水和热水）等等，可以帮助拓宽塑料螺丝和螺母的应用场景。

Wintone Z33材料在塑料螺母、螺丝卡扣上的成功应用包括：步进电机滑动丝杆塑料螺母（分成两种：直接注塑成型和先注塑成螺母胚然后再攻丝），十字沉头和半沉头塑料螺丝，一字沉头塑料螺丝，塑料螺母，锁紧螺母和六角螺母，内螺纹塑料隔离柱，塑料卡扣，双子扣。Wintone Z33材料在齿轮和耐磨功能注塑件应用上的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。

当塑胶柱内孔在锁自攻螺丝时，一般有两种方式产生螺纹：

a. 螺纹成型：当螺丝旋入塑胶柱内孔时，是通过冷流（俗称挤压）来产生螺纹的，塑胶会产生局部变形而不是被切削，故称之为螺纹成型（无碎屑产生），此种螺丝也称为螺纹成型自攻螺丝。

螺纹成型自攻螺丝会产生高内应力，因为材料是挤压变形而不是被去除。因此，这种螺丝适用于具有中低弯曲模量的塑胶材料（比如常见的ABS、PC、PA、PP等热塑性材料及低玻纤填充的热塑性材料）。

b. 螺纹切削：当螺丝螺旋前进时，螺丝尾部具有锋利的切削刃，在旋入内孔过程中时会切削塑料，形成螺纹，同时会产生一些碎屑（有碎屑产生），此种螺丝也称为螺纹切削自攻螺丝。

与螺纹成型自攻螺丝相比，螺纹切削自攻螺丝会产生更低的内应力，使其适用于具有更高弯曲模量（更硬）塑胶材料（比如高玻纤填充塑胶材料、热固性材料等）。

注意：采用螺纹切削自攻螺丝时，具有正确的螺丝柱内孔直径和深度非常重要，孔深度必须比螺钉啮合长度更深，以留出空间储存切削产生的碎屑。螺纹切削自攻螺丝的最大缺点是在拆卸过程中会出现螺纹剥离。

由于在实际产品设计中，大部分塑胶件都是采用中低弹性模量的塑胶材料，因此，比较常用的是螺纹成型自攻螺丝，为了便于描述，以下直接把螺纹成型自攻螺丝简称为自攻螺丝。

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；

连接强度原则

一个塑胶件与另外一个零件通过螺纹连接结构连接紧固在一起时，此两个零件在结合处存在相互平衡的张力 F 和压缩力 F，这力F称为预紧力（或轴向力），表示初始紧固力。

自攻螺丝的拧紧过程：

主要分为以下三步：

a. 定位：螺丝被定位到螺丝定位孔，在一定的拧紧速度下，开始被拧入螺丝柱内孔，此时，扭矩开始缓慢增大，预紧力还是为零。

b. 拧入：螺丝慢慢被被拧入螺丝柱内孔，此时，扭矩继续缓慢增大，预紧力还是为零。

c. 拧紧：螺丝头底面开始接触到塑胶件，此时，扭矩和预紧力会呈指数增大，直到到达规定的扭矩，整个拧紧过程结束。

以上过程，在到达规定的扭矩，拧紧过程结束时，对应的扭矩为最佳拧紧扭矩Ta（确保压实，并防止不必要的零件变形），对应的预紧力为最佳紧固力，也加夹紧力、拉拔力。

如果拧紧过程继续，在螺丝柱内孔螺纹开始滑牙，对应扭矩为失效扭矩Tf（滑牙扭矩）。此时拧紧过程再继续就会进入到失效区，在失效区发生的失效模式包括螺纹剥离、螺丝柱变形断裂、螺钉断裂和凹槽损坏等。

塑胶螺丝柱滑牙：是指螺丝拧紧产生的预紧力将螺丝柱内孔的螺纹剥离，螺丝被拔出来的现象，对应的扭矩称为滑牙扭矩Tf。

螺丝柱内孔滑牙的原因也可能是：每一次自攻螺丝重新拧入到相同的螺丝柱內孔时，都会再一次切削出一道新的螺纹，而且大概率是会破坏掉原来的螺纹位置而重新建立新的螺纹，尤其是越上端的位置。除非，每一次螺丝重新拧进去时都可以沿着原来的螺纹拧进，否则经过几次的螺丝重锁，其螺丝柱内孔的肉厚将被切削得不成原形，自然地锁紧力就会下降。

所以，在设计塑胶螺纹连接结构时，连接强度原则可以归纳为，在确保塑胶螺丝柱不发生滑牙、塑胶件不变性、螺丝不失效的情况下，获得满足连接要求的紧固力。

滑牙紧固力公式：

滑牙扭矩公式：

其中， τ ：剪切应力；σt：塑胶材料的拉伸屈服应力；Dp：螺丝中径；r：螺丝中径的一半；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；S：安全系数（塑胶材料随着时间的推移会发生一定的蠕变和应力松弛，拉伸屈服应力值会降低，比如，5年后降为初始值的1/3~1/2，所以S的取值为2、3等）。

松开时，由于，为作用在螺丝上的扭矩，作用于负方向，所以松开扭矩公式为：

经核算，松开扭矩约为拧紧扭矩的 80%。

根据公式可知，相同规格的自攻螺丝连接不同的塑胶材料，其滑牙紧固力、滑牙扭矩是不同的，因此，最终的紧固力和拧紧扭矩也应该有所不同。

不同螺钉尺寸和材料的滑牙紧固力性能

不同螺钉尺寸和材料的滑牙扭矩性能

自攻螺丝连接塑胶零件的拧紧扭矩必须小于其滑牙扭矩，考虑到实际塑胶零件材料的拉伸屈服应力还可能受到注塑成型工艺、热应力、材料高温降解、二次料等因素的影响，通常取拧紧扭矩Tα=Tr+X(Tf-Tr)，其中X取0.35~0.5。

图中：Tr：攻牙扭矩；Tα：拧紧扭矩；Tf：滑牙扭矩

两塑胶件之间的紧固力是确保连接装配成功主要参数，但并非每次增加扭矩都能提高紧固力，决定螺丝紧固能力的因素还有很多:

a. 拧紧扭矩: 施加在螺丝上的扭力是产生紧固力的关键。

b. 涂层摩擦系数: 涂层摩擦系数越大，夹紧组件所需的扭矩就越小。

c. 螺丝头凹槽效能: 凹槽可以将螺丝刀上的扭矩传输到螺丝上，凹槽效能越高，扭矩传输性能越好，因此越能夹紧组件。

d. 螺纹牙型: 螺纹设计也会影响扭矩和夹紧力之间的关系，一般情况下，牙距越小夹紧力越高，但前提是提升的摩擦力不会超过增加的夹紧力。

检查夹紧力的方法很复杂，因此，通常我们通过扭矩值来确认施力情况。扭矩不能定量表示组件属性，但可以作为拧紧零件的定性参考。

在实际生产中，拧紧扭矩太大容易滑牙，太小又有锁不紧的问题，那么如何确定拧紧扭矩呢？

由公式：拧紧扭矩Tα=Tr+X(Tf-Tr)，其中X取0.35~0.5，可知，只要确定了攻牙扭矩Tr和滑牙扭矩Tf，就可以算出拧紧扭矩Tα 。

a. 确定攻牙扭矩Tr

用电动螺丝起子（电批）先设定一个较小的扭矩值锁紧螺丝，锁紧后再用手动螺丝刀方式转动螺丝来检查螺丝扭矩是否足够，如果已经无法再用手动方式转动螺丝，就表示攻牙扭矩Tr的设定可以接受。

如果还可以转动，则表示攻牙扭矩Tr还不够，必须再往上增加，反复测试后可以确定攻牙扭矩Tr。

b. 确定滑牙扭矩Tf

把电动螺丝起子（电批）的扭矩设定到一个比较大的值(此值可以参考上面公式计算的理论值)，拿10组样品，用电动螺丝起子重复锁紧、松开螺丝10次后，确认有无任何螺丝孔滑牙或螺丝柱破裂的现象发生，如果没有，此值就是滑牙扭矩Tf。

如果有，则必须将扭矩调小，然后再重复试验，直到确定滑牙扭矩Tf（此试验方法也可以适用无滑牙扭矩Tf的计算理论值的情况）。

在各类塑胶齿轮的应用上，苏州维本工程塑料Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料，可以帮助您解决以下问题：

1.POM和PA66齿轮噪音比较大，耐磨耐疲劳性不够的问题，以及POM齿轮易断齿的问题。

2.PA12和TPEE齿轮，太软扭矩太小，耐磨性不够，在60摄氏度以上时，扭力下降比较快。

3.POM和PA66齿轮的耐腐蚀性不够，POM齿轮和注塑功能件易磨损粉屑化的问题。

4.尼龙46齿轮的降噪性不够，尺寸受水份影响比较大。

Z33材料作为一款强韧耐磨型工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。Z33材料的典型成功应用为：微小型减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电助力自行车中置电机齿轮、电动剃须刀等等传动齿轮。

塑胶‬件‬螺纹‬的‬连接强度原则

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

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（<20000kg/cm2）

此类塑胶材料通常较软，主要包括PP、PE、软PVC、PA1010、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）中弯曲模量（20000 ~30000kg/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（30000 ~70000kg/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（>70000kg/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。

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官网去查阅相关信息（https://www.celofasteners.cn）

那么螺纹角是怎么影响连接性能的呢?

下面以60°和30°螺纹角的自攻螺丝进行受力分析，如果以一定的扭矩拧紧螺丝，在螺丝柱内孔形成阴螺纹，螺纹面的垂直方向受到一个力（R），R可以分解成径向力FRad和轴向力FAxi，如下图。

通过对比可知，

1）将螺纹角从60º改为40º可以在螺丝拧紧过程中使径向力(FRad)降低接近50%，大大减小了径向应力，从而减小螺丝柱损坏的可能性。

为此，采用塑胶专用自攻螺丝，螺丝柱外径的设计可以比传统螺丝柱小，更有利于减小螺丝柱根部背面缩水现象。

2）轴向力(FAxi)虽然提高不多，但由于塑胶专用自攻螺丝具有较小的芯部直径（mø）和较高的螺纹轮廓（CM），因此螺纹之间可以容纳更多塑胶材料，并形成较大的轴向剪切面积，提高了拉拔阻力，间接提高了紧固力和滑牙扭矩。

2、螺距

下图为常用传统标准自攻螺丝的螺距。

1）对于低弯曲模量（<20000kg/cm2）的塑胶，可以采用比传统标准自攻螺丝大的螺距，较大螺距提供塑料中更大的剪切区域，提高此区域拉伸屈服应力，紧固力和滑牙扭矩越大，同时减少了螺钉松动的发生。

2）对于超高弯曲模量（>70000kg/cm2）的塑胶，应采用螺距更小的塑胶专用螺丝，由于螺距变小，同一螺丝长度下螺纹数量增加，这增加了螺纹与塑胶的接触面，提高了热固材料组件中的拉拔阻力，同时保持较低攻牙驱动力矩；取得同等紧固力的情况下，旋入深度可以进一步缩短。

苏州维本Wintone Z63汽车接插件强韧、防脆断专用工程塑料，在接插件的应用上， Z63材料可以帮助解决传统的PBT和尼龙材料存在的以下问题：

1.PBT和PA66接插件的脆断问题，特别是有卡扣和铰链结构的接插件容易脆断的问题。

2.PA66接插件的拉拔力受水份的影响比较大的问题，Z63注塑汽车接插件，注塑完半天就具有强韧性和良好的拉拔力，不用水处理，同时Z63的吸水率只有PA66的六分之一，拉拔力不会受使用环境的湿度的影响。

3.PBT和PA66接插件在零下30摄氏度以下时，容易脆断的问题。Z63注塑接插件具有良好的耐低温性，不易脆断。

4.增韧后的PBT和PA66，解决了常温下的脆断问题，但同时会出现在60度到120度使用时，拉拔力下降厉害的问题。Z63注塑接插件可以在常温、低温和高温的使用环境下，都保持良好的拉拔力和强韧性。

5.在多PIN针的汽车接插件应用上，PBT和PA66注塑接插件会出现翘曲的问题，主要是因为材料的流动性不够好，需要比较大的压力和速度来注塑，内应力较大，所以翘起会比较明显。Z63材料具有非常优异的加工流动性，可以帮您解决翘曲的问题。

6.PBT的水口料添加到新料中注塑接插件时，容易变脆，这是因为PBT容易高温水解。Z63材料具有优异的耐高温水解性，水口料添加量高达35%时，对接插件的力学性能影响也非常小。

螺丝柱的设计

螺丝柱的结构尺寸设计是整个连接结构成本的关键，螺丝柱的结构尺寸设计主要包含，内径、有效旋入深度、导向口、外径、拔模斜度。

1、内径Ø

由于螺丝柱内孔直接是跟螺丝螺纹接触产生连接作用，因此内径是一个很关键的参数，内径过大过小都会产生一些影响连接强度的问题，比如内径太大，就容易发生滑牙，太小螺丝柱容易发生开裂甚至螺丝发生断裂等问题。

合理的内径应该等于或略小于所使用的攻牙螺丝的有效直径Dp，略大于内螺纹的外径，螺纹咬合百分比应该在50%～70%之间。

由上公式计算可知，螺丝柱预留内孔的直径Ø大约是螺丝公称直径的85%，

公差建议:

孔径 ≤ Ø3.0 mm 公差+0.08 mm
孔径 Ø3.0 - Ø4.5 mm 公差+0.10 mm
孔径 > Ø4.5 mm 公差+0.12 mm

为了兼顾较软材料，所以内径Ø通常取值为螺丝公称直径d*内径系数（0.7~0.85）。其中内径系数取值跟自攻螺丝的种类和螺丝柱的材料有关。

下图为螺丝厂商Accument针对他们现有的不同螺丝种类、不同塑料，推荐的螺丝柱内径的取值（仅供参考）。

2、有效旋入深度L

有效旋入深度L，由螺丝长度减去导向口深度(0.3~0.5d)、被连接材料的厚度(t)和螺丝尾部的导向长度(y)得出。

有效旋入深度L的计算：

由内螺纹根部的剪切应力 τn公式求出L的值：

其中，Z：螺纹圈数（L/P），P为螺距；k：三角螺纹牙根的宽度系数（0.75~0.88）；D：螺纹的中径；F为负荷。

举例，假设自攻螺丝为ST2.9， k取0.82，τn为65 MPa，图10.40显示了有效旋入深度h 和螺丝拔出强度的关系。如果有效旋入深度h达到或超过6mm，螺丝的拔出强度就超过了螺丝的断裂强度（2450 N）。

由此可见，虽然螺丝拔出强度随着旋入深度L的增加而增加，当旋入深度L约为螺丝公称直径d的2倍左右时（倍数跟塑胶材料软硬有关，较软可取大点，较硬可取小点），拔出强度已经足够。

需要特别注意的是：一般自攻螺丝尾部都有一个利于导入的锥形，而且这个锥形部分对于连接没有很大的作用。所以在估算有效旋入深度L时，需要排除这个锥形的尺寸y。

在各类塑料扎带的应用上，苏州维本工程塑料Wintone Z63材料，作为一款耐寒耐干、免水煮强韧型扎带专用工程塑料，与传统的尼龙材料相比，Z63材料具有更好的刚性和韧性、可以帮助解决PA66扎带拉力不稳定并且容易脆断的问题（特别是低温脆断的问题），Z63材料的吸水率只有尼龙66的六分之一，水份对Z63材料做的扎带的拉力影响很小，Z63材料注塑完就具备强韧的力学性能，无需水处理。

另外，Z63材料具有比PA66更优异的耐腐蚀性，Z63材料耐酸碱、耐盐、耐水解等各类化学溶剂，可以在海洋船舶、电镀槽等各种严苛的环境中工作。

3、导向口

螺丝柱的内孔端部建议设计导向口，导向口不仅方便螺丝的锁入，还可以减少端部拧紧后的应力，防止端部附近造成损伤，导向口的尺寸可参照下图，可根据实际情况适当调整。导向口也可以用倒角代替，倒角一般0.5mm左右。

4、外径

自攻螺丝在拧紧过程中，会对螺丝柱内孔进行挤压形成螺纹，拧紧后，螺丝柱的端面会受到螺丝的预紧载荷，如果螺丝柱外径设计不当，螺丝柱内孔和端面所受的应力将会使螺丝柱出现横向和纵向的裂纹，为了保证螺纹的完整性与强度，防止螺丝柱变形，螺丝柱的外径不能低于某个值。

1）纵向裂纹校核

举例，假设自攻螺丝为ST2.9，Di=2.4 mm，P=1.1，dp=2.54，H=7.5 mm，螺丝自身的断裂强度是2450 N，求得发生应力与螺丝柱外径之间的关系。假设螺丝的断裂强度是最大紧固力F，将数据代入公式10.5和10.6，可以得出下图‬。从图中可以看出，当发生应力低于100MPa时，螺丝柱外径Do 应大于7mm。

BOSS外径与发生应力的关系

2）横向裂纹校核

通过公式10.7可计算横向断裂。

在测定纵向断裂的同等条件下，求得BOSS外径与横向发生应力之间的关系，如图10.39所示。从图中可以看出，当发生应力低于100MPa时，螺丝柱外Do径应大于6mm。

以上紧固力的取值是以螺丝断裂强度计算，实际应用中紧固力是小于断裂强度，但考虑到由于注塑缺陷（熔接痕）或二次回收料会降低塑胶材料的弯曲模量等原因，螺丝柱外径的取值建议为2~2.5倍螺丝公称直径（一般取2d，考虑外观缩痕的情况可适当减小，并通过增加加强筋加强，较软的材料可取2.5d）。

5、拔模斜度

螺钉柱的拔模角度对内孔径和壁厚是有影响的，随着螺丝柱的高度越高，其影响就越大，特别是对于内孔，拔模后内径大小对紧固力和滑牙扭矩都有影响，那到底需不需要拔模呢？

对于螺丝柱内孔，建议不用拔模，目前的模具结构已经可以解决螺丝柱内孔不拔模的设计的顶出，模具上常用（司筒+司筒针）结合的结构成型螺丝柱内孔并实现出模。
对于不采用（司筒+司筒针）顶出的螺丝柱，内孔一般需要进行拔模，由于拔模对孔径有影响，拔模角度不宜过大（拔模准则以内孔高度一半为拔模基准，拔模后上下段差保证有0.2左右即可），所以此类螺丝柱的高度不宜过高，高度一般建议不超过2d。
不管是哪一种，螺丝柱外壁都需要拔模，一般减胶拔模，拔模后上下段差保证有0.2左右即可。

6、螺丝柱加强筋

螺丝柱的高度应在满足螺丝有效旋入长度L的情况下尽可能矮，理论上螺丝柱的高度应不超过螺丝的公称直径的3倍（3d），但在设计产品结构设计时，有些地方往往无法做到高度小于3d。由于螺丝柱高度越高，其强度就越低，因此为了满足性能要求，一般在螺丝柱的四周增加加强筋以提高螺丝柱的强度。

螺丝柱加强筋的布置方式：

注意：由于螺丝柱可能产生熔接线，导致粘合较弱，当拧入自攻螺丝时，螺丝柱容易开裂。因此如有可能，应把熔接线远离螺丝柱。如果无法避免，则应在熔接线附近处添加加强筋（熔接线位置可以通过模流分析确定大概位置）。

7、螺丝头的类型对过孔强度的影响

常用的螺丝头类型如下：

a、沉头螺丝一般用于由于空间不足，而又必须把螺丝头沉到塑胶面下的情况，但是，从下左图中可以看出，由于产生的环向应力F，应力F的侧向分量可能导致沉孔附近开裂；

b、常规设计还是以下右图中的沉孔形式，以适应盘头、圆柱头或其他平底的螺丝，这种螺丝头仅在轴向上施加力，因此主要在压缩下运行，施加的力矢量没有侧向分量，这种设计本质上比沉头孔更坚固。

二、成型性原则

1、螺丝柱模具成型结构：

塑胶件螺丝柱在塑胶模具中成型，如果没特殊要求，一般是通过司筒针组件成型，司筒针组件一般分为两个部分，司筒和司筒针，通常把司筒针组件直接叫做司筒，司筒比较适合成型具有中心孔（通孔或盲孔）的塑胶结构，同时胶位可设置顶出，因此，中心孔可不设计拔模斜度。

司筒在模具上的结构原理：司筒装在顶针板上，司筒针装在底板上，开模后由司筒顶出包在司筒针上的胶位。

2、避免过高的螺丝柱

太高的螺丝柱会存在以下问题：

强度不够
充填困难
尺寸精度不易保证

强度不够，充填困难这两个问题可通过添加加强筋来改善。尺寸精度问题主要是因司筒针变形等原因导致螺丝柱内孔壁局部偏薄，如下图中的螺丝柱，因司筒针被熔融树脂冲击导致司筒针往一边偏斜（越靠近根部，偏斜越大），偏斜一边的螺丝柱壁厚偏薄，在打自攻螺钉后开裂，偏厚一侧可能会在螺丝柱根部的背部外观面产生缩痕等不良缺陷。

司筒针变形问题最直接的原因是由于司筒针的高度太高导致刚度不够，特别是对于直径较小的司筒针，更容易变形。为此，我个人的经验是螺丝柱的高度尽量不超过30mm（ST2.9的螺丝柱），对于其他更大或更小内孔的螺丝柱，可做适当调整。

但是，针对某些比较大的产品，采用常规设计，螺丝柱的高度很难做矮，这里列出三种降低螺丝柱高度的方法。

1）把螺丝柱高度降低，相对应的套司加高。

2）塔状桥接结构，俗称“狗窝”结构，通过在螺丝柱底下设计一塔状支撑桥，使得螺丝柱部分高度降低，支撑桥部分模具上通过斜顶出模。

3）凸台结构，是第二种的一般形式，主要用于内部件，通过凸台结构支撑螺丝柱。

3、减小或避免缩痕问题

1）螺丝柱根部导致的缩痕问题

螺丝柱结构实际上相当于一个圆形的加强筋与主壁连接在一起，对外观要求高（光面）的塑胶件，其背部的加强筋的底部厚度建议B≤0.5T。如果对模具设计和后续工艺调参有把握，可设计B>0.56T，但最大建议不大于0.7T，因为太大后续会很难调。需要注意的是，不同塑件材质对应的加强筋厚度并不一定遵循B≤0.5T。

如果B值没办法做到小于0.56T，为了保险起见，可以做“火山口”结构（塑胶件壁厚内测淘胶），比如以下螺丝柱的处理。

图1，为螺丝柱的原始设计，螺丝柱壁厚为1.75，1.75/2=0.875（>0.56），很大概率螺丝柱背面会产生缩痕。
图2，在螺丝柱内孔底部淘胶并导全圆角，图中红色区域面积减小一点，但是不明显，同时靠司筒针散热有限，所以结果不是很明显。
图3，在图2处理基础上在螺丝柱外侧根部做火山口继续淘胶，可见图中红色区域面积有明显减小，这是因为火山口处被模具钢材填掉，带走更多的热量，螺丝柱背面的缩痕会有明显改善。

实际上此螺丝柱的外径有点过大，如果是外观件应适当减小一点，强度可以通过添加加强筋增强，如下图：

如果螺丝柱外径无法减小，或者还需要更大，如图 4 所示，螺丝柱外径为 9 mm（避免打裂），螺丝孔内径为 3.4 mm，因此螺丝柱两侧壁厚 2.8 mm，所以在螺丝柱根部背面会产生缩痕现象。

为解决此种结构导致的缩痕，需将螺钉柱设计成“塔状”形式的桥接结构，此处模具上通过斜顶出模，上面已经有提到过，如图5所示。上面螺丝柱可以按照所需规格尺寸设计，底部支撑筋条设计成 1 mm，这样既能保证螺丝柱结构强度，有效降低螺丝柱的高度，同时也能避免缩痕问题的出现。

“塔状桥接”结构在实际产品上的应用

当螺丝柱设计在比较陡的斜面上，易产生尖钢薄钢，其根部靠近斜面侧的胶厚比较厚，易产生缩痕，注意做防缩处理：把螺丝柱移到平面上；做“塔状桥接”结构；做“火山口”结构。

2）螺丝柱侧壁导致的缩痕

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