自攻螺丝（塑胶自攻螺丝支柱的设计）
自攻螺钉(塑料自攻螺钉支柱的设计)
如何设计自攻螺钉支柱？
这不是很简单吗？
支柱内径=螺钉公称直径*0.8，支柱外径=内径*2。
例如，M3自攻螺钉，支柱的内径= 2.4毫米，支柱的外径= 4.8毫米..
如果都是这样设计的话，出现螺丝打滑、支柱开裂、抗拔力不足等一些质量问题也就不足为奇了。
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柱子的位置
支柱在零件中的位置需要考虑两点:
1)避免支柱过于靠近零件壁。
否则容易使局部壁厚过厚。一方面会造成外观上的收缩缺陷；另一方面会造成柱壁出现气孔。内部气孔的存在会影响自攻螺钉的质量和可靠性。
一般来说，撑杆与壁的距离至少是螺杆公称直径的3倍，撑杆与撑杆的距离至少是螺杆公称直径的5倍。
2)为了避免孤立的支柱设计，有必要在支柱周围增加加强肋。
这主要是因为注射立柱时必然存在熔接痕，熔接痕会削弱立柱的强度。加强筋的存在一方面可以辅助塑料的流动，另一方面可以增加支柱的强度。
焊缝往往是立柱开始开裂的位置。理想情况下，加强筋的位置正好是立柱的焊接线。
并且加强肋的尺寸至少大于零件壁厚的一半。
对于玻璃钢来说，以上两点比较重要。因为支柱通常包含较少的玻璃纤维，所以机械强度较低。
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支柱内径
支柱的内径是一个关键参数。
内径过小，自攻螺钉拧入时支柱容易开裂、爆裂；
内径过大，易滑齿，拉拔阻力不足。
支柱的内径与两个因素密切相关；
1)塑料的类型；
一般来说，支柱的内径在螺钉标称直径的70%和85%之间。这个比率取决于塑料的弯曲模量或塑料的硬度。如果塑料的弯曲模量较小(塑料较软)，则支柱的内径较小；如果塑料的弯曲模量较大(塑料较硬)，则支柱的内径较大。
否则，如果支柱的内径没有根据塑料的种类简单粗暴地设计为螺杆公称直径的80%，那么就可能出现支柱滑齿、拉拔阻力过低或支柱开裂的问题。
2)自攻螺钉的类型；
不同的自攻螺钉有不同的牙角、不同的螺距、不同的螺纹结构等。，以及对支柱内径的不同要求。
▲支柱内径
立柱的最佳内径往往需要通过实际产品来验证。当然，在我们的产品开发过程中，由于产品开发周期和成本的限制，不允许这样做。
不过好消息是，大部分特殊塑料螺丝的供应商都提供了支柱的推荐内径数据。
这是Accument推荐的支柱内径，Accument是一家特殊的塑料螺丝供应商，针对不同的塑料和螺丝类型。
▲支柱内径与塑料和螺钉类型的关系
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支柱内径处的间隙
支柱内径处的间隙必须增大有三个主要原因:
1)预先定位，以增加自攻螺钉拧入时的导向；
2)降低螺钉初始拧入时支柱断裂的风险；
3)减少脱模过程中的热膨胀。
缺口直径为螺钉公称直径的1~1.2倍，深度为螺钉公称直径的0.3~0.5倍。
▲支柱内径间隙
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支柱的外径
塑料件在注塑成型过程中不可避免地会产生内应力，当自攻螺钉插入并拧入时，内应力会不断增大。
当内应力增加到塑料所能承受的极限时，支柱就会开裂。
立柱外径越大，所能承受的内应力越大，立柱开裂的风险越小。
一般来说，支柱的外径是螺杆公称直径的2~2.5倍。
如果因为各种原因要减小支柱的外径，那么就必须选择产生较小径向力的自攻螺钉。轮廓角越小，螺距越大，径向力越小，支柱的外径越小。
▲支柱外径
当然，支柱的外径不是无限的。支柱外径过大，对应支柱的塑料面容易收缩；同时，立柱内部容易产生气孔，影响立柱的强度。
▲立柱外径过粗，收缩。
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矿柱深度
一般来说，柱的深度需要比自攻螺钉的长度稍长。如果是螺纹切削自攻螺钉，柱的深度需要更长，因为它需要包含切下的塑料屑。
不建议设计太长的支柱深度，因为:
1)超过3倍公称直径的螺杆的柱深往往需要较大的驱动扭矩，只适用于特殊场合；
2)柱太深，不利于注塑工艺，螺杆芯会太长，容易在注射压力下断裂变形，使柱孔偏心。
立柱的深度一般为螺杆公称直径的2~3倍。
▲支柱深度
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支柱底部厚度和圆角
一般柱底厚度应小于零件壁厚的1.25倍，否则柱背会收缩；
▲柱子底部的厚度和圆角
如果柱背是重要的外观面，为了避免收缩，就要尽量减少底部的厚度，或者设计坑洞，在柱背增加凹槽等装饰特征。
▲当柱子背面是重要的外观面
此外，立柱与塑料件的连接处应避免尖角的设计，圆角至少应为零件壁厚的0.5倍；否则应力集中，支柱容易断裂。
▲柱子底部的角落
临终遗言
立柱设计，看似简单的设计；
但是，一定要认真对待；
否则，即使是0.01mm的设计误差，也可能是螺杆滑齿、立柱开裂、拉拔阻力太小等质量问题的根本原因。
作者:钟源，著有《面向成本的产品设计:降低成本的方法》和《面向制造和装配的产品设计指南》两本书。
一个只埋头画画不抬头看路的工程师，
同时画画和思考的工程师，
注定是完全不同的职场命运。
