自攻螺丝资料.docx

1、自攻螺丝资料自攻螺丝资料自攻螺丝自攻螺丝虽然已使用很久,一般也知道怎么制作,但对于各规范所规定之标准及要求,也许并不是很清楚,在此仅藉由收集来之规范,整理出一份适合大家阅读,使能对自攻螺丝有多一层之认识.自攻螺丝是在金属或非金属材料之预钻孔中自行攻钻出所配合阴螺纹之一种有螺纹扣件.具有高拉力,单件,单边组合特色.由于其自行成型或攻出其配合螺纹,因此在组合上具有高防松能力,且可以装卸.在小形螺丝上其尺寸、螺纹型式、头型、攻钻性能在工程用途上几乎无可限量.1发展(Evolution) : 自1914年自攻螺丝开始商品化.第一次之设计主要源自木螺丝系属可 渗碳钢锥尾A型螺纹成型螺丝.当时主要之用途是

2、用在空调系统导管上铁皮之接合,因此 又叫做铁皮螺丝.经过80余年之发展,共可分为四个时期螺纹成型、螺纹切削、螺纹滚 成及自钻。螺纹成型自攻螺丝(Thread Forming Tapping Screws)系直接由铁皮螺丝发展而来, 螺纹成 型自攻螺丝使用时须预先钻孔,再将螺丝旋入孔中,强力挤出配合阴螺纹,而原来在阴螺纹 位置上之材料将被挤到阳螺纹之间,此谓之螺纹成型自攻螺丝.仅可适用于薄且具有可塑 性之材料,因此又发展出;螺纹切削自攻螺丝(Thread Cutting Tapping Screws)在螺纹之尾端切割出一或多道之切削 口,使能在旋入预钻孔时,利用螺丝尾部及牙部以类似螺丝攻的方式切

3、削出配合阴螺纹.它 可以用在厚板,比较坚硬或易碎等不易塑造之材料,.螺纹滚成自攻螺丝(Thread Rolling Tapping Screws)三角牙自攻螺丝,又称为Type TT(Type Tai 目前仍有专利)系基于成型螺丝攻之原理发展而成,螺纹滚成自攻螺丝具有特殊设计 之螺纹及尾端使螺丝可以在断续之压力下自行滚成配合之阴螺纹.同时在孔周围之材料 可以更轻易的填补自攻螺丝螺纹及牙底之空间,由于其磨擦力较螺纹成型自攻螺丝为小, 因此可以使用在更厚之材料上,旋转所需之扭矩更好控制,且组合后强度更高.螺纹滚成自 攻螺丝其工程标准定义比成型或切削自攻螺丝在材料,热处理,强度上之定义更高且更为 明

4、确,使得螺纹滚成自攻螺丝成为真正的”构造用”扣件.钻尾自攻螺丝(Self Drilling Tapping Screws)又称为Tec,在组装自攻螺丝之所有过程中,最耗 费成本的是预钻孔的准备.自攻螺丝的使用,必需先钻孔.而且孔径也必需限制.无需预钻孔 而在某些方面可以节省成本.这就是集钻, 攻, 旋紧于一次作业的钻尾自攻螺丝.钻尾螺丝 的表面硬度及心部硬度比一般自攻螺丝高一点,这是因为钻尾螺丝多了一个钻孔之作业, 另外钻尾螺丝尚需作贯穿试验,用以测试螺丝可以在规定时间内钻孔并攻出螺纹.上述为四种主要自攻螺丝之设计及发展过程,另有两种为特殊螺纹设计之螺丝,第一种为;高低牙自攻螺丝(High L

5、ow Tapping Screws)使用在塑料或其它低密度材料。双螺纹设计, 高螺纹( 牙部外径较大)具有更平更尖锐螺纹角为30度之螺纹型式.低螺纹(牙部外径较 小)具有一60度之螺纹角,牙高只有高螺纹的一半.高低螺纹之组合设计降低了旋转扭矩, 改善了拉出强度,大幅降低了组合工件破裂的危险性另一种用在建筑工业上干墙(Drywall) 之组装用途上.,具有此类螺纹设计之自攻螺丝特别适合于塑料,零件板及木头.另一种为;双螺纹自钻尾喇叭头自攻螺丝(Twin Lead Self Drilling Point Tapping Screws) 组装时可以 轻易旋入干墙,在钢铁牙条上自钻一洞并攻出配合之阴螺

6、纹.其喇叭头具凹入之承受面可 以在旋入时不至于破坏到壁纸或石膏表面.大多数之自攻螺丝均属于商业用途, 例如当自攻螺丝以组合螺丝( SEMS )提供时,可以提供更紧密之服务.而螺丝如具有粗细螺纹特殊设计者则系着眼于组装后之防松.2 工程标准 : 自攻螺丝之尺寸，机械性，功能性能有下列标准:ANSI/ASME B18.6.4Thread Forming And Thread Cutting Tapping Screws And Metallic Drive Screws (Inch Series)SAE J933Mechanical and Quality Requirements For Tap

7、ping Screws SAE J81Thread Rolling ScrewsSAE J1237Metric Thread Rolling ScrewsSAE J78Steel Self-Drilling Tapping ScrewsFIP 1000Tapping Screws Performance SpecificationsDIN 7500Thread Rolling Screws For ISO Metric Screws ThreadDIN 7504Self-Drilling Tapping Screws Dimensions, Requirements And TestingIS

8、O 2702Heat-Treated Steel Tapping Mechanical PropertiesJIS B1055Mechanical Properties For Heat-Treated Steel and Stainless Tapping Screws各规范对自攻螺丝功能及机械性能之规定项目自攻螺丝要求项目F.I.P1000英制规范公制规范SAE J78SAE J81SAE J933ASME B18.6.4SAE J1237ISO 2702JIS B1055DIN 267/12DIN 7500DIN 7504功能性自钻三角牙自攻牙自攻牙宽牙宽牙宽牙宽牙三角牙自钻尺寸-12-

9、1-功能性延展性10O5O7O-10O10O-1015O-攻入试验-攻入扭矩-攻速测试-氢脆试验-机械性及热处理表面硬度-心部硬度-渗碳深度-抗拉强度-扭矩强度-夹紧扭矩-保证扭矩-显微组织-回火温度-材料-1.F.I.P 1000 包含有公制和英制要求. 2. Sems 请参阅 ASME B18.13. 3. SAE J478 亦有尺寸规定. 4. I.F.I 112 1970 版,有三角牙 C 和 D 值尺寸规定. 5. 表示有规定, - 表示无规定.3自攻螺丝之特征 : 自攻螺丝螺纹,尾端型态及称呼 (参照ANSI/ASME B18.6.4)螺丝型状ANSI标准称呼制造商称呼 AB AB

10、BBBPBPBFBFBTBTD1FFGGT23AACUCU3.1 螺纹型式 : 标准自攻螺丝辨识字符，包括代表螺纹及尾部型状之符号.自攻螺丝有一个或两个代表螺纹的字符用以代表机械螺纹或宽螺纹( SPACED ).如带有辨识字符”代表为宽螺纹螺丝. 无”者代表为机械螺纹.尾端代表字符用以区分自攻螺丝为螺纹成型,切削,滚成或自钻.机械螺纹与英美统一螺纹一样具有60度之螺纹角及粗,细螺纹相同之螺距,如果在拆卸后螺丝遗失或有需要的话,可以用标准螺纹扣件代替之.宽螺纹具有一60度之螺纹角但其螺距则较宽,而因其宽螺距之故,其螺纹较陡因此其螺纹导程比机械螺纹为大.另有一种专使用于塑料上的螺纹,其螺纹角度为4

11、8度,俗称PT牙螺丝. 螺纹成型自攻螺丝A,AB, B, BP, C等型式目前已逐渐为螺纹滚成自攻螺丝所取代,故在新设计中不建议使用. AB, B, BP不同处仅在尾部形状, AB有一个螺纹锥尾, B有一个钝尾, BP有一个无螺纹之锥尾,尖尾中心进入预钻孔并开始使螺纹成型.螺纹切削自攻螺丝有BF, BP, D, F, G及T等形式, BF, BP为宽螺纹, 其余为机械螺纹. 如上图.辨识字符不同点在于其切削尾.每一种切削尾都有一个可以收集切削下废料之形状. 如果自攻螺丝旋入盲孔( 不贯通之孔 ),则其碎片将残留且密封于孔底. 但如攻入贯通孔时, 则废料将掉在工件的另一边. 所以在选择本型式自攻

12、螺丝时必需考虑及此, 废料可能会造成污染, 掉进运转中之零件或使电子基板无法运作. 所有螺纹滚成自攻螺丝均为机械螺纹, 与英美统一螺纹粗牙一样,请参阅SAE J81规定.公制螺纹请参阅SAE J1237及DIN7500规定.钻尾自攻螺丝有切削宽螺纹BSD及机械螺纹CSD两种型式.另尚有特殊螺纹型式,包含高低双螺纹,同时各种攻钻尾亦适用.因为攻钻尾及螺纹性质,钻尾螺丝不适用于盲孔作业.在组装自钻螺丝时,钻尾需完全穿透工件后方可进行螺纹之切削或成型,所以通常会有一些碎屑,如果又使用螺纹切削型螺纹,更免不了有碎屑.因此实用上必需考虑此一问题.有关于BSD及CSD钻尾螺丝请参阅SAE J78及DIN7

13、504(宽螺纹)之规定. 自攻螺丝螺纹最重要的是牙部外径,如果过大,会导致组装扭矩加大,如果过小,螺纹剪断强度会降低,而此一特性可以很轻易地由分厘卡或卡规测定而出,除了此一特性外,自攻螺丝不需任何螺纹量测,其理甚明,配合阴螺纹乃自攻螺丝攻钻而成,可以自行配合,因此无需任何配合上之量测,虽然如此,但制造上仍须注意ANAI/ASME B18.6.4的规定:.和型：其本身尺寸不得低于2A螺纹之最小有效径,也不可大于最大牙外径.所以有时客户会依此规定要求.当要求时,由于有割沟的限制,环规无法顺利检验,在螺纹的量测上须使用螺纹指示规.另有两项自攻螺丝螺纹特性值得一提的是 :螺纹成型之自攻螺丝由于其配合螺

14、纹是挤压成型,因此螺丝之牙底径必需略小于预钻孔, 以便有空间容纳工件上被挤压而出之材料.而且螺纹之剪断强度也会较大.螺纹切削之自攻螺丝由于其配合螺纹是切削成型,因此螺丝之牙底径必需略等于预钻孔,而其预置扭矩较小,破断强度及拉出强度也比较低. 自攻螺丝螺纹外径与测试铁板孔径比值Type Hole SizeHole Size/dAABF,TTdAABFTTAABFTT#2-32#2-32#2-560.0860.0760.0760.0730.0750.8840.8840.8490.872#3-28#3-28#3-480.0990.0810.0810.0810.0870.8180.8180.8180.

15、879#4-24#4-24#4-400.1120.0860.0860.0960.0980.7680.7680.8570.875#5-20#5-20#5-400.1250.1070.1070.1010.1100.8520.8520.8080.880#6-18#6-20#6-320.1380.1160.1160.1200.1200.8410.8410.8700.870#7-16#7-190.1510.1290.1290.8510.851#8-15#8-18#8-320.1640.1360.1360.1470.1470.8290.8290.8960.896#9-140.1770.1490.842#1

16、0-12#10-16#10-240.1900.1590.1590.1730.1660.8370.8370.9110.874#10-320.1900.1770.1720.9320.905#12-11#12-14#12-240.2160.1880.1880.1990.8680.8680.921#14-100.2420.2170.8951/4-141/4-200.2500.2170.2280.2190.8660.9120.8761/4-280.2500.2340.936#16-100.2680.2380.888#18-90.2940.2610.888#20-90.3200.2900.9065/16-

17、125/16-180.3130.2720.2900.2770.8700.9280.8865/16-240.3130.2950.944#24-90.3720.3440.9243/8-123/8-160.3750.3280.3390.8750.904 每吋牙数越多,组装时所需挤压或切削之材料就越多.因此机械螺纹一般比宽螺纹需更大 之扭矩.但牙数越多,组装后之剪断强度越大,抗螺纹破断及螺丝拉出越佳.3.2头型 : 紧固件一端制成增大形状之部分形成的承面. ANSI/ASME B18.6.4对自攻螺丝规定 了13种标准之头型. 请参照B18.6.4第1.2段之规定.对螺纹成型及螺纹切削自攻螺 丝而言,

18、13种中之5种 - 平顶埋头( Flat Countersunk ), 扁圆埋头( Oval Countersunk ), 盘头( Pan ), 六角及六角华丝头( Hex and Hex washer Head )最为重要,这五种头型占 了所有自攻螺丝几乎90%以上, 使用自攻螺丝应先考虑此五种头型. 另五种其它型式为平顶凹承面( Flat Undercut ), 平顶整缘( Flat Trim), 扁圆凹承面 ( Oval Undercut ), 扁圆整缘( Oval Trim )及圆柱头( 岗山头Fillister )为比较次要头型, 而香菇头( Truss ), 圆头( Round )

19、及100度平顶埋头为新设计所不取,盖其功用可为其 它头型所取代,盘头可取代香菇头及圆头, 82度平顶埋头可取代100度平顶埋头. 螺纹滚成自攻螺丝头型之选择与上同, 使用主要考虑为平顶,扁圆顶,盘头,六角头及 六角华司头五种. 钻尾螺丝以平顶,扁圆顶,盘头及六角华司头最为普遍,六角头之所以不使用,实因在 钻孔过程中,需施压力于旋紧工具上以支撑工具进行钻孔作业.因此都使用十字平顶, 扁圆顶,盘头或六角华司头. 虽然美国国家标准只规定13种标准头型, 但其它头型在商业用途上依然可使用, 如 干墙螺丝所使用之喇叭头,薄饼头及其它依设计使用之特殊头型,制造商可依其它资 料制造.承面 - 支撑或定位结件

20、的部分,通常通过承面来装卸螺丝.承面有两种基本类型,平型承面 (与结件杆部垂直)和锥型承面(与结件杆部形成角度)前者在多数情况下为承受作用 于结件的负荷力而服务, 后者除延续平型承面相同的功用外,还可用于定位.有锥形 承面的结件通常所指的是埋头头型.头型的不同应用,初步取决于承面的功能及头部 传送转力矩的能力.常用平型承面的螺栓和螺栓类型平头 : 可替代圆头和蘑菇头的新设计,头部低直径大,头部外围圆周沿接表示特性的高型边缘, 使其对于高强度的扭矩发挥驱动作用,与穴头在头型方面有微小差别.圆头 : 是过去最常用的头型.顶柱头 : 标准的扁圆顶柱头的直径较圆头小,但由于槽深的关系因而比较高,较小的

21、直径使作 用于小面积的压力增大,可紧密组合于凸缘及增高的表层.由于在为保证集中性而设置 的钻孔模具中打头,它们可以被成功的应用于内钻孔的穴中.圆顶宽边头 : 因头下内切束缚和减弱了对于电线组成部分的磨损,因而最普遍的应用于电器 及收录机中,为中低头型以其较充分的承面提供了较有吸引力的设计类型.大圆头 : 也称椭圆顶宽边头,是一种低型,巧妙设计的大直径头型.当附加作用的组合公差允许 时,可用于覆盖具有较大直径的金属板洞.也可建议用平头替代.一字槽头型 : 这是一种创造性的防松头型,一旦组合不易解除,但却可用一般标准的螺丝起子 起动.这项简单的设计通常可以解决组合中的成本问题,增加生产数量,为制造

22、过程创 造惊人的经济利益.六角承穴头 : 一种具扳手头高兼有六角头型尺寸的结件. 六角形完全由反孔的模具冷间成 型,头部顶端有一处明显的凹陷.六角承穴华司头 : 如标准的六角承穴头型, 但同时在头部基底有一华司面起到保护装配的 完成, 以免扳手损坏. 有时候事物的作用远比外观重要.六角头 : 这是一种扭矩作用于六角头部的标准类型,有将锐利的尖角修整到接近公差范围的 特点.可被推荐于一般商业用,也可适用于各种标准的模式和各种螺纹直径.因其必需 的第二道工序使其比一般六角承穴贵.承窝头 : 圆柱体头部内有较深的六角承穴, 常见的有高强度承窝头的Cap Screw. 较深的承 穴使高转力矩作用于结件

23、上.十二点 : 高圆柱体头型上布十二个外点,有华司面承受施予结件的负荷.由于设计上为提供高 度的扭矩带来便利, 因此常用于高强度的结件.梅花头 : 一中等高度的六角小叶型头型兼带华司承面.它的设计包括直面与华司面垂直,扭矩 承面在圆形突出的部分(小叶中)传输力矩.这样的设计最高程度的利用了外驱动系统, 使力矩能够发挥到极至.高转力矩的传输没有改变头部自身.常用锥形承面的螺栓和螺栓类型平顶埋头 - 标准角度为8082度,用于表面需紧密接合的紧固件.承面部位可提供良好的中 心性.扁圆埋头 - 全称为”Oval Countersunk”,这种头形类似于标准的平顶埋头,但应用更广泛.另外, 一个圆形,

24、 整齐的上表面, 设计上也更吸引人.小平顶埋头 - 和标准的平顶埋头, 扁圆埋头一样, 头角为的8082度, 只是承头部位要小1/3, 用于简易产品或者特别短的长度.说得详细点,它用于标准的埋头孔,而且非常适用于 紧密配合件.平顶埋头(埋头100度) 这种特殊的平顶埋头螺丝正逐渐应用于要求紧密配合的表面, 建议 用在软的材质上以分解压力于更大和更少角度的表面,特别适用于铝,软塑料等.3.3驱动系统(Drive System) : 驱动系统,它的功能在于驱动及传送力矩将紧固件结合及松开.在整个系统中,扭矩的 充分传送是使得紧固件变得实用最重要的一点.对有螺纹的紧固件来说,有两种基本的 驱动系统,

25、 一个是外部驱动系统,一个是内部驱动系统.外部驱动系统其驱动要素是在 整个头部,扳手在外面工作.而内部驱动系统其驱动要素是在紧固件的头部,扳手在里 面操作.一般而言, 内部驱动型对螺丝而言允许较高之扭矩.3材料, 热处理,最终处理及机械性能要求 : 自攻螺丝可由碳钢,不锈钢,铜或铝制造.而碳 钢自攻螺丝占了绝大部份,甚至超过 95%,钢铁材料以外材质之自攻螺丝紧在JIS B1055附属书2中有机械性能(硬度及扭力强度)的规定,其余并无国家规范或其它公 认规范,对于机械性能一般由采购者和制造厂商协议而定.因此本文所讨论之问题,几 乎集中在碳钢材料.4.1材料 : 碳钢自攻螺丝由低碳钢所制成,当客

26、户有要求时,亦有使用中碳钢制造者.但大部份 使用C1018 C1022材料(这是因为含碳量要在0.15%以上在热处理上起作用).原材料 线材大都经伸线退火或球化精伸线等过程以符合其成型条件.规定材料成份如下:英制1自攻螺丝材料化学成份自攻螺丝规格分析2成份限制,依重量百分比 %碳锰# 4 或更小炉内分析0.13 0.250.60 1.65制品检查0.11 0.270.57 1.71# 5 到1/2英吋炉内分析0.15 0.250.70 1.65制品检查0.13 0.270.64 1.71 1.公制螺丝并无特别要求及限制其化学成份. 2.炉内分析只提供订单信息用.制品检查为考虑螺丝心部的碳化物之偏析.4.2 热处理 : 自攻螺丝需经渗碳热处理以获得非常硬之表面以便进行螺纹攻入成型或切削. 经渗碳及调质热处理后,规范上所要求之机械特性有:表面硬度 : 一般自攻螺丝渗碳后表面应有45 HRC以上之硬度,以便能攻入铁板中.钻尾螺丝 的表面硬度及心部硬度要比一般自攻螺丝高一点(J78要求表面硬度须有5056HRC), 这是因为钻尾螺丝多了一个钻孔之作业. 为达日常测试或快速检查之目的,表面硬度可以使用 HR 15N ,Knoop或微克氏微小 硬度检查.这些方法的选择取决于制品可测试面积的尺寸. 制品表面应予轻微的处理后,再测试硬度值.如果硬度值低于规定时,可参考下列叙述 之方法:使