在拧入自攻螺钉时,需要动力(称为拧入扭矩),以便形成或切削出连接的内螺纹。由于扭矩是连续的,螺钉安装就位后紧固并达到一定的程度(称作极限扭矩)直到螺钉断裂、扭断或螺纹脱落,把螺钉从连接部件上拉出,导致螺钉破坏(失效)。

      在各种自攻螺钉应用中,最重要的问题是:“正确的紧固扭矩是多大?拧入螺钉并紧固连接而不损坏螺钉或连接件,应采用多大扭矩?”很明显,正确的拧入扭矩是在拧入扭矩和极限扭矩之间的某一数值。但是,推荐中间值作为**值显然是不合理的。然而,几种因素都会影响拧入扭矩和极限扭矩的大小。主要有:螺钉形式,规格大小,连接件材料的化学成分、硬度和厚度,以及加工预制孔的方法等。但是,最重要的是自攻螺钉要拧入的预制孔的孔径,所有其他因素都会影响孔径。 尺寸的最终确定是最重要的,如果孔太大,螺钉会容易拧入,但对连接的牢固性不利。螺钉可能在相当低的极限扭矩时被拉出来。如果过小,拧入扭矩将过大,螺钉就有被拧断的危险。即使螺钉可以安装到位和紧固,但拧入扭矩和极限扭矩之间的范围将很窄,以至于在生产装配中就有可能破坏。

      简要地分析一下各种因素对孔径的影响,就可以从中对孔径尺寸的确定,以及在合适的扭矩与极限扭矩的相对关系上受到一些启发,以便回答“紧固扭矩是多大?”这个问题。

1.对自攻螺钉种类的判定

对于某一个零件使用哪一种(自攻)螺钉正确,应该是普通自攻螺钉、自切自攻螺钉、自挤自攻螺钉还是自钻自攻螺钉?一般来说,应用的主要情况比较容易判定。例如:

(1)螺钉只是起到连接作用,还是要承受相当大的外部载荷?

(2)要连接的是什么材料?钢、铸铁、铝、塑料、木料或其他材料?

(3)连接件的厚度是多少?

(4)螺钉穿透连接件,还是进入盲孔连接?

(5)如果穿透,死角间隙是否有限?

(6)钻屑和攻丝屑是否有害?

(7)预制孔是钻出,挖出,穿出,冲出还是挤压出?

(8)螺钉装配方式—手工,半自动还是全自动?

(9)是否需要定期拆卸?

(10)装配件是否经受振动?

(11)工作环境是否具有腐蚀性?

(12)紧固件成本和装配成本。

       相同公称直径的自攻螺钉,自攻螺纹和机螺纹的大径是不同的。因此孔径尺寸也不同,然而大多数应用只需要两组孔径尺寸。一组用于具有机螺纹的自挤自攻螺钉和自切自攻螺钉,另一组用于具有自攻螺纹的普通自攻螺钉和自切自攻螺钉。适用于自挤自攻螺钉和普通自攻螺钉的孔径,通常也适用于自切自攻螺钉。因为所有其他条件都相同,而自切自攻螺钉的“切削”扭矩,低于普通自攻螺钉和自挤自攻螺钉的“螺纹成形”扭矩。

2.螺钉规格

      在结构设计中,良好的设计是:如果一个螺栓/螺母组合,因为装配时超量拧紧或使用中承受的应力过大而发生损坏时,通常是尽力让螺栓断裂而不是螺纹脱扣。这种原理同样适用于自攻螺钉的紧固连接,尤其是这种连接,在使用中承受载荷状态下工作,一且发生连接失效,**是自攻螺钉断裂,而不是螺纹脱扣或把螺钉从连接件中拉出。

      防止螺钉脱扣或螺钉拉出,取决于材料强度和剪切应力截面积。而这两者又是螺钉规格(尺寸)、螺纹旋合长度和连接螺纹相互啮合深度的控制。在自攻螺钉应用中,螺纹旋合长度是指连接材料的厚度;螺纹相互啮合深度取决于孔径。另外,尺寸因素一螺钉规格也确定了自攻螺钉的抗扭强度和抗拉强度

      对于在一定材料厚度的情况下,采用较大直径规格的螺钉,会增大拉伸应力截面积与剪切应力截面积的比率,从而使破坏的方式趋于螺纹脱扣或螺钉拉出,采用较小直径规格的螺钉,会减小比率,除了会大大增加拧入扭矩外,还存在着扭断螺钉的危险。比较螺钉抗拉强度和抗扣或螺钉拉出的能力后,可以看出螺钉规格(尺寸)和材料厚度之间或许存在着一定的关系。

对于统一螺纹的钢制紧固件,当采用合适的材料时,可以看出:若完整螺纹的旋合长度等于1倍公称直径时,就足以可以防止螺纹脱扣,对于自切自攻螺钉一连接材料类似于螺母,内螺纹小径就是原始孔径—螺钉直径规格(尺寸)等于或小于材料的厚度,就能良好使用。实际上,由于自切自攻螺钉的拧入扭矩较小,可以很顺利地拧入 1.5D 或超过 1.5D 厚度的材料里(D—螺钉公称直径)。对于自挤自攻螺钉一由于其拧入扭矩较小,而且成形出的内螺纹,有较好的填充性和优良的螺纹配合,所以,推荐螺钉公称直径(尺寸)取为材料厚度的 1.1 倍。对于普通自攻螺钉一由于其为自攻螺纹和具有大拧人扭矩,难于形成足够的剪切应力面积,来防止螺纹脱扣和螺钉拉出的破坏方式。幸而在大多数普通自攻螺钉的应用中,这种连接很少承受重载荷。但是,这一点对于可能减少螺纹脱扣或螺钉拉出或许是重要的。选择螺钉公称直径为 1.3 倍材料厚度较为合理。

3.材料硬度和厚度

显然,连接材料越硬或越厚时,拧动自攻螺钉的扭力就越大。如要调整,就必须扩大预制孔的孔径。然而,孔径的调整只能在比较狭窄的公差带内进行。

一般来讲,正确的孔径近似于自攻螺钉螺纹一半高度的直径。为了保持有效的螺纹啮合深度,孔径不能放大到超出螺纹高度的 75%。然而对于小螺钉,其调整的可能性就更小。例如:8#的自攻螺纹,其螺纹高度为 0.022in。螺纹高度一半处的孔径,对于切削自攻螺钉只有 0.011in的螺纹啮合深度,而对于普通自攻螺钉和自挤自攻螺钉,由于在拧入过程中连接材料向螺纹之间移位,这样螺纹搭接深度略大一些。对于孔径达到螺纹高度 75%的孔,自切自攻螺钉的螺纹啮合(搭接)深度只有 0.005in,而对于自挤自攻螺钉来说,也大不了多少。换句话说,孔径可能的增大大约只有 0.01in。

       对于较硬的材料和较厚的截面,应考虑选用较大直径的螺钉,以降低拧入扭矩。而不能为了要拧入一只较小的螺钉,而去加大孔的直径。