塑胶件的结构设计：螺纹连接结构

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。其中螺纹连接是应用最广泛、最常见的连接结构。

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。

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

一、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。

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。

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。