機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

普通螺紋螺釘的螺紋孔的攻牙方式有兩種,分別是切削攻牙和擠壓攻牙,俗稱有屑攻牙和無屑攻牙。切削攻牙通過切除預製孔孔壁材料形成螺紋,擠壓攻牙通過絲錐擠壓預製孔孔壁材料,使之發生塑性流動而形成螺紋。

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

與切削攻牙比較,擠壓攻牙具有明顯的優勢:不會產生廢屑,可以杜絕廢屑遺落在產品上的風險;不會破壞金屬纖維流線,螺紋強度高;螺紋表面光滑且冷作硬化,較耐磨。當前,電子產品業界已普遍採用擠壓攻牙。

擠壓攻牙成形的螺紋牙型的牙頂呈"U"形;如預製孔孔徑太小,則材料過度擠壓甚至無處可去,攻牙扭矩過大,螺紋孔小徑偏小,絲錐磨損或折斷;反之,如預製孔孔徑太大,則材料擠壓不夠,牙型不飽滿,螺紋強度降低,螺紋孔小徑偏大。螺紋孔小徑與預製孔孔徑息息相關,要獲得合格的螺紋孔小徑,必須精確計算預製孔孔徑。

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

常用的螺紋孔小徑標準(公制螺紋數據來源ISO724、ISO965-1,螺紋等級6H;統一螺紋數據來源ISO5864、ASME B1.1,螺紋等級2B):

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

切削攻牙的螺紋孔小徑等於預製孔孔徑,而擠壓攻牙由於絲錐擠壓材料,材料塑性流動,其預製孔孔徑自然要比切削攻牙預製孔孔徑大,其預製孔孔徑的計算原理相對複雜。當前,中國已頒佈擠壓絲錐國標,並提供了擠壓攻牙預製孔孔徑的經驗計算公式:

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

式中D0為預製孔孔徑,d為外螺紋大徑的基本尺寸,P為螺紋螺距。

內螺紋與外螺紋牙型的有效接觸高度與螺紋基本牙型的高度的百分比稱為螺紋接觸高度比(Percentage of Thread Engagement),螺紋接觸高度比又稱螺紋牙高率、螺紋飽牙率、螺紋嵌合率。

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

式中f為螺紋接觸高度比,H為螺紋牙型理論三角形高度,d、D0和P的意義同上。

長期的生產實踐發現:實際產品的螺紋接觸高度比很難達到100%,事實上,螺紋接觸高度比也沒必要一定要達到100%。螺紋聯接的強度與螺紋接觸高度比之間的關係不是單純的正比關係,100%螺紋接觸高度比的螺紋和75%螺紋接觸高度比的螺紋比較,螺紋聯接強度通常僅高5%左右,但攻牙扭矩卻要高出3倍。大多數螺紋孔的螺紋接觸高度比的設計值都是75%左右。如螺紋等級6H的M3螺紋孔,其小徑的最大值為2.599 mm,如採用切削攻牙,其預製孔孔徑等於螺紋孔小徑,算得螺紋孔小徑最大,即螺紋接觸高度比最小時應為74.09%。

一些知名絲錐品牌在制定擠壓攻牙預製孔孔徑推薦值時,引入了螺紋接觸高度比概念,以下為典型的經驗計算公式,這些計算方法雖略有差異,但最終結果大同小異:

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

引入螺紋接觸高度比概念的計算方法雖然暫時尚未被各國統一認知,編入標準,但該方法在設計螺紋孔預製孔孔徑時,可以更方便、更精準地平衡螺紋聯接可靠性、攻牙效率和絲錐壽命等因素。

常用的螺紋孔擠壓攻牙預製孔孔徑:

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙

機械牙螺紋孔的預製孔設計及無屑攻牙


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