機械緊固件
機械緊固件包括機制螺釘、自攻絲螺釘、金屬嵌件、推進緊固件、變速夾、螺母、螺釘、雙頭螺栓、卡釘、活頁和各種專用金屬附件産品。機械緊固件大多是金屬的,在多數塑膠産品的使用範圍內其尺寸和性能幾乎不隨溫度、時間和相對濕度而變化。用不銹鋼或塑膠做的緊固件可在很高溫度或腐蝕性條件下使用。連接較大的塑膠製件時,機械緊固件有是與黏合劑一起使用。機械緊固件起夾具作用,當黏合劑交聯時,製件安裝就位,並且在産品使用過程中也增加了一種安全措施。機械緊固件是點接觸的,因此形成潛在的、局部高應力區域,這種緊固件在使用時需要孔洞,使應力集中和熔合線問題增加。使用機械緊固件達到流體密封或氣密封也是困難的,除非使用像塑性密封件或彈性墊圈這些附加製件。
組裝塑膠産品用的最多的一燈機械緊固件是螺釘。這些絲扣緊固件可任意控制組裝預載荷。根據螺釘用途而分的機械組裝方法包括:機制螺釘、帶有螺紋嵌件或模塑螺紋的機制螺釘以及自攻絲螺釘。
針對拆卸的設計産品必須具備兩個共同點:拆卸簡單且便宜,所選原材料必須容易回收且經濟。組裝件所用螺釘數且應保持最少,所用螺釘尺寸\類型應盡可能標準化。用氣動工具可快速移動螺釘,或當嚙合螺紋是塑膠時,有時可用強力將螺釘從嚙合製件的空洞或凸台中拉出。
機制螺釘和螺母
組裝塑膠産品中常用機制螺釘、螺母和墊圈。使用局限於産品表面要求不苛刻的操作中。機制螺釘組裝和自動化非常困難。如果被連接的兩個製件是由膨脹係數不同的兩種材料製成的,必須採用伸縮接頭或彈性墊圈調節不均勻的膨脹。
圖1 當塑膠製件固定在其他材料製件上時,可使用各種方法解決熱膨脹失配
(a) 緊間隙:應力或由於限制相對橫向運動面産生的翹曲;
(b) 過大的孔洞和彈性墊環;
(c) 凹槽:允許一個方向上的徑向運動;
(d) 壓縮彈性墊圈:補償由於CLTE失配造成的壓縮負荷變化;
(e) 過大孔洞:以部件找平爲代價允許相對橫向運動;
(f) 彈簧墊圈:用來補償由於CLTE失配造成的壓縮負荷變化。
當機制螺釘和螺母用來連接較較深的拉拔模孔時,製件中必須使用哈殼式組裝件、空心或圓柱形凸台,以便在螺釘周圍局部承載,防止螺釘上緊時造成大的表面彎曲,如圖1所示。凸台本身的內徑應該有近0.10in(0.25mm)的間隙,以利於組裝和解釋溫度或公差變化。
組裝過程中螺栓一般是預加載荷(即在對配對製件産生初始接觸後有一附加的擰緊力)。爲了補償熱膨脹失配,補償撓曲或尺寸變化、壓緊墊圈或將應力鬆弛或振動引起鬆弛的可能性降至最小。
圖2 空心凸台與機制螺釘和螺母一起使用限制變形
塑膠製件組裝中所用的螺釘帽的底面應該總是平墊圈頭型。避免用圓錐頭螺釘。螺釘通常用組裝全使用壽命相對長的耐用品。常用的平綬載荷分佈墊圈可與圓錐形、波形彈簧或陰謀防松墊圈一起使用以抵消應力鬆弛作用或熱誘導尺寸變化。
在需要改進耐化學性(特別是酸和堿)或電絕緣性的應用中,塑膠緊固件特別合適。用塑膠機制螺釘組裝製件似乎也是解決與普通鋼制機制螺釘有關的熱膨脹係數失配和過緊問題的合理方法。
自攻絲螺釘
使用材料本身帶有嚙合螺紋的主要優點是減少了對車螺紋的金屬螺母製件的需要(及相關的墊圈)因此使生産組裝件所需製件數目降至最低。使用較大螺釘時,如直徑大於6.35mm,接受螺紋可直接被模塑在塑膠製件中。自攻絲螺釘凸台組裝件一般包括螺釘、直通間隙凸台及封閉定們凸台。
標準的自攻絲螺釘尺寸範圍從#2到直徑8.0mm不等。最常用的螺釘尺寸是#4、#6、#8和#10。自攻絲螺釘可分爲自紋螺絲螺釘(車制螺釘)和螺紋成型螺釘。把自攻絲螺釘壓入塑膠台中時,切削嚙合螺紋,面螺紋成型螺釘沒有切削能力,僅僅在被壓入時替換材料。所用螺釘類型、尺寸及在特定應用中所用的凸台裝置的設計要根據許多産品要求和性能標準,包括:
螺釘耐抽出性
夾板載荷要求和衰減速率
反復組裝要求
扭拒保持和抗振動性
凸台組裝環應力
組裝特性如剝離\驅動扭矩比
標準螺紋切削螺釘或有深切的槽或是帶槽螺紋。它們被壓入定位孔時,在塑膠凸臺上切削螺紋,會産生碎屑。它們常與模量較高的熱塑性或熱固性聚合物(剛性聚合物)一起使用,不具有螺紋成型螺釘所需的韌性。BT型螺紋間距寬、切割槽大,是最普通的標準切削螺釘。BF也有寬的間距,當使用較軟的材料時,有槽的切割螺紋往往可能被堵塞。B系列切削螺釘一直用屈撓模量低至1380Mpa的材料。用模量很高的材料如屈撓模量直大於6900Mpa的玻璃補強材料制甩的T型螺釘是有效的。螺紋切削螺釘適於與易裂紋的玻璃質無定形材料一起使用。
標準螺紋成形螺釘在被壓入定位凸台中時,形成嚙合螺紋。由於韌性或冷流是螺紋成型螺釘使用 的前提,因此它們通常與較低模量的塑膠材料一起使用。常與屈撓模量低於2760Mpa的塑膠材料一起使用。如果凸台設計適當,具有寬間距的B型螺釘也可與剛性的、玻璃補強的材料一起使用。60°螺紋角的標準螺紋成型螺釘産生相對高的徑向和環應變,導致高的殘餘應力。齒面間材料的壓縮可能也高。多數應用中,常推薦使用較寬螺紋間距的AB型或B型螺釘,而不是C型。
爲塑膠材料設計的自攻絲螺釘有較寬的螺紋間距和較小的螺紋角。
1. Hilo是雙絲杠螺釘有30°的高螺紋角和60°的低螺紋角
2. Plastite是橫截面爲三角形(小三角形)而不是圓形的常採用45°螺紋角。
3. PT是具有30°螺紋角的寬間距單絲杠螺紋成型螺釘。30°螺紋角使徑向和環向應力較低,允許使用較薄的凸台壁。
4. Polyfast有一個不對稱的螺釘外形。寬間距螺紋具有35°前緣和10°後緣。適合與韌性更好的熱塑性塑膠一起使用。
彈簧墊圈可用螺釘鬆開或預組裝。這些墊圈通常是錐形的或波浪形結構,可以保持夾持負荷和減少材料冷流或蠕變的影響。
自攻絲螺釘凸台設計 多數塑膠模塑零件的壁厚不能適應外形尺寸及與多數螺釘固定體系有關的應力。在組裝時是需要增加局部壁厚的。一般不建議在製件側壁局部增厚(完整凸台)。只要可能,爲了使産生凹痕和收縮空洞的可能性降至最低,凸台應該是無固定的、裝有角撐板的或用加強筋與側壁相連。凸台可設計在任意位置或用加強筋連到側壁上,增加凸台的扭轉和彎曲強度,並通過在模具充填過程中改善材料流動和排氣性能,提高工藝性能。凸台定位孔的深度應該比螺釘嚙合長度大。凸台外徑在公稱螺釘直徑的2.5-3.0倍之間。而定位孔直徑一般爲螺釘直徑的0.8倍。
兩端引出式螺栓 兩端引出式螺栓是中間帶有扁平頭的組合自攻絲螺釘。用雙頭螺栓傳動器將這些專用螺釘壓入塑膠凸台中,機制螺釘螺紋端部暴露。第二個製件用螺母鎖在機制螺釘上。
凸台帽 凸台帽模壓在空心塑膠凸台頭部的金屬固定件上。可以提供環向和軸向補強,降低了凸台裂縫的可能。凸台帽與螺紋成型縲釘一起使用,並包含一個提供附加強度的單螺紋。
金屬板凸台壓在凸臺上,增強凸台並提供附加組裝強度。
驅動式雙頭螺栓/推進式緊固件 推進式機械緊固件,多數使用倒鈎或半撐牆環,這般在一次組裝中使用。特點是其抽出力大於嵌入力。
推進/開啓型緊固件 是自鎖或自攻絲緊緊固件,代替了標準螺帽/防松墊圈組裝件。這些緊固件和金屬雙頭螺栓或接線柱一起使用。或可與模塑在製件中的凸台下使用鎖住嚙合製件。
鉚釘和墊環 有時用塑膠注塑産品的組裝。鉚釘和模制孔間的間隙推薦值爲0.25mm。通常有較軟的金屬如鋁或用塑膠材料如LCPS生産鉚釘。
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