自攻螺釘

    自攻螺釘,或稱快牙螺絲,為鋼制經表面鍍鋅鈍化的快裝緊固件。自攻螺釘多用于薄的金屬板(鋼板、鋸板等)之間的連接。連接時,先對被連接件制出螺紋底孔,再將自攻螺釘擰入被連接件的螺紋底孔中。

     一、自攻螺釘發展

    自攻螺釘是于1914年大批引入工業的。最早的設計(基本上是模仿木螺釘)是一種用淬硬鋼制成的,末端為A型的螺紋成形螺釘,主要應用于連接供熱和通風系統的薄板金屬通道。因此也被稱為:“薄板金屬螺釘”。

到了20世紀20年代末,隨著市場的拓寬和新的應用,強調新的設計,廣泛提高了其應用性能。下面介紹自攻螺釘在40年發展中的四個不同階段:螺紋成形自攻螺釘,螺紋切削自攻螺釘,螺紋輾制自攻螺釘和自鉆自攻螺釘。
    1.普通自攻螺釘(螺紋成形自攻螺釘)
    普通自攻螺釘是早期薄板金屬螺釘的直接產物。原理是:當把它擰入預制孔里時,通過緊靠著孔周圍材料的移位,以及把材料推入螺紋之間的空隙,進而形成與螺釘相連接的內螺紋。
    2.自切自攻螺釘(螺紋切削自攻螺釘)
    由于普通自攻螺釘螺紋成形只有在相當薄.而且韌性好的材料上才能方便實現。研制把自攻螺釘的用途擴大到較厚截面和較硬、較脆及其他變形能力差的材料。這樣就研制出了自切自攻螺釘:在螺釘桿部末端加工出切削凹槽或刃口。當把這種螺釘擰入預制孔里時,螺釘就起到絲錐的作用,實際切削出與自身連接的螺紋。
    3.自擠自攻螺釘(螺紋輾制自攻螺釘)
    20世紀50年代初,緊固件工程師們開始認識到自攻螺釘具有“結構性”的潛在優勢,而不只是承擔輕載荷的附件。這就導致人們研制出一種全新的自攻螺釘螺紋輾制自攻螺釘(自擠自攻螺釘)。根據冷鍛成形絲錐設計原理,人們為這種螺釘專門設計了螺紋和末端,使得螺釘能通過在其螺紋的牙頂上,而不是在整個螺紋的側面,施加間斷的、周期性壓力,從而形成連接的內螺紋。通過集中和限制成形壓力,使緊靠著孔的受壓材料更容易流動和更好地填入(擠入)自攻螺釘螺紋的牙側和牙底。由于擰入的摩擦阻力遠低于普通自攻螺釘,因此,螺紋輾制自攻螺釘(自擠自攻螺釘)能夠擰入較厚的截面。同時具有較好的擰人控制和緊固扭矩,而且極大地改善了連接強度和整體牢固性。這種自攻螺釘的工程標準規定了材料的選擇、熱處理機械性能和工作性能要嚴格控制。

    4.自鉆自攻螺釘(自鉆螺釘)

    人們做過統計:在構成總裝配成本的若十項費用中,最高的就包括孔的加工。自攻螺釘在實際應用中,需要加工預制孔。而且為了使預制孔在實際應用中起到良好的效果,必須要把這些孔的尺寸控制在相當嚴格的范圍內。20世紀60年代初,出現了自鉆自攻螺釘。由于不需要加工預制孔,為降低裝配成本向前邁進了一大步。概括來講,自鉆自攻螺釘實現了鉆削、攻絲和緊固的一次作業。
    以上這些就是自攻螺釘設計和發展的四個主要階段。另外有兩項新研制的產品也值得介紹。兩種均屬于特殊螺紋型式的螺釘。一種設計的是用于塑料和其他低強度材料;另一種用于建筑工業,用來連接水泥墻板,故亦稱之為墻板自攻螺釘。
    二、自攻螺釘的結構
     每一個自攻螺釘都是由頭部、桿部和桿部末端三部分組成的。每一個自攻螺釘的構成都有四大要素:頭部形狀、扳擰方式、螺紋種類、末端形式。
    1.頭部形狀
    頭部形狀各式各樣。有圓頭(半圓頭)、扁圓頭、圓頭凸緣(帶墊)、扁圓頭凸緣(帶墊)、盤頭、盤頭凸緣(帶墊)、沉頭、半沉頭、圓柱頭、球面圓柱頭、喇叭頭、六角頭、六角法蘭頭、六角凸緣(帶墊)頭等。
    2.扳擰方式
    扳擰方式是指安裝和緊固螺釘時扭轉螺釘頭部的方式,基本方式有外扳擰和內扳擰兩種。一般來講,外扳擰比任何形式的內扳擰(內凹槽)允許的扭矩要更大一些。外扳擰:六角、六角法蘭面、六角凸緣、六角花形等;內扳擰:一字槽、十字槽H型、十字槽Z型、十字槽F型、四方槽、復合槽、內花鍵、內六角花形、內三角、內六角、內12角、離合器槽、六葉片型槽、高扭矩十字槽等。
    3.螺紋種類
    螺紋種類繁多,有自攻螺紋(寬牙螺紋)、機螺紋(普通螺紋)、干壁釘螺紋、纖維板釘螺紋,以及其他一些特殊螺紋。另外,螺紋可以分為單導程(單頭)、雙導程(雙頭)、多導程(多頭)以及高低牙雙頭螺紋等。
    4.末端形式
    末端形式主要有錐端和平端兩種。但根據使用需要,在末端的旋入部分,可以加工具有切削功能的溝、槽、切口或類似鉆頭形狀的部分等。在有的標準中,同樣是錐端或平端,也有不同的形式如圓頭端。
    三、自攻螺釘的類型
    根據自攻螺釘發展和演變過程,我們認為自攻螺釘的類型主要有以下幾種:
    1、普通自攻螺釘
    螺紋為“自攻螺紋”,亦稱“寬牙螺紋”。表面多為電鍍。
    2、自切自攻螺釘
    我國標準稱為“自攻螺釘刮削端”,螺紋為自攻螺紋或機螺紋,十字槽也是“H”型。自切自攻螺釘有以下幾種型式:十字槽盤頭自切自攻螺釘,十字槽沉頭自切自攻螺釘。十字槽半沉頭自切自攻螺釘,六角頭自切自攻螺釘。
    3、自擠自攻螺釘(自攻鎖緊螺釘)
    自擠自攻螺釘的螺紋一般為機螺紋,很少采用自攻螺紋。在扳擰方式中,為確保高速自動裝配扳手的使用,一般不推薦采用開槽。自擠自攻螺釘的螺桿橫截面為三棱形。所以也稱為三角螺紋螺釘。
    4、自鉆自攻螺釘(自鉆螺釘)
    自鉆自攻螺釘的螺紋,中國、德國和國際標準為自攻螺紋。美國ASME和SAE標準中BSD型自鉆自攻螺釘為自攻螺紋,CSD型自鉆自攻螺釘為機螺紋。自鉆自攻螺釘不推薦采用“開槽”和“普通六角頭”。
    5、金屬驅動螺釘(金屬強攻螺釘)
    金屬驅動螺釘的螺紋為多頭,并帶有一定螺旋角的特殊螺紋。只有美國標準中有金屬驅動螺釘,我國和德國標準中沒有。
    6、墻板自攻螺釘(干壁釘)
    墻板白攻螺釘為喇叭頭,十字槽(H型),60°牙型角的特殊螺紋,表面多為磷酸鹽處理(磷化)。

    7、纖維板釘

    十字槽為Z型,表面處理多為電鍍。纖維板釘有以下幾種幾種型式:沉頭、雙沉頭纖維板釘,盤頭、盤頭凸緣(帶墊)纖維板釘,半沉頭、半沉頭凸緣(帶墊)纖維板釘。
    8、組合自攻螺釘
    普通白攻螺釘、自切白攻螺釘、自鉆自攻螺釘等與平墊圈、彈性墊圈(包括彈簧墊圈、彈性鎖緊墊圈形t成的組合自攻螺釘。
    9.其他自攻螺釘類型
    高、低牙雙導程自攻螺釘,粗、細牙(不同螺距)螺紋自攻螺釘,螺紋涂有密封材料(耐落)的自攻螺釘,各種復合槽自攻螺釘,其他特殊設汁的自攻螺釘等。
    總之,自攻螺釘種類很多,隨著生產的發展,技術的進步,新材料、新結構、新的螺紋形式的,新型自攻螺釘類產品會不斷出現。
    四、自攻螺釘的特點
    自攻螺釘種類雖然很多,但它們都具有以下幾個共同點:
    (1)一般都是采用滲碳鋼制造(占總產量的99%)。也可以采用不銹鋼或有色金屬制造。
    (2)產品必須經過熱處理。碳鋼自攻螺釘必須經過滲碳處理,不銹鋼自攻螺釘必須經過固溶硬化處理。以使自攻螺釘達到標準所要求的機械性能和使用性能。
    (3)產品表面硬度高,芯部韌性好。即“內柔外剛”。這是自攻螺釘性能要求的一大特點。如果表面硬度低,則擰不進基體中;如果芯部韌性差,一擰就斷,也不能使用。所以“內柔外鋼”是自攻螺釘滿足使用性能的,非常重要的要求。
    (4)產品表面均需要表面防護處理,一般是電鍍處理。有的產品表面須經磷酸鹽處理(磷化),如墻板自攻螺釘多為磷化。
    (5)采用冷鐓工藝生產。推薦采用高速冷鐓機和高速搓絲機或高速行星式滾絲機生產。這里強調高速,是為了確保產品質量。只有高速機器生產的自攻螺釘頭部成形好,螺紋品質高。
    五、自攻螺釘的標準
    總的來說,自攻螺釘的尺寸、機械性能和工作性能要求共有以下幾個標準:
    1.自攻螺釘尺寸標準
    ASME B18.6.3 2010標準不僅介紹了開槽和十字槽自攻螺釘及金屬驅動螺釘的尺寸,還包括碳鋼自攻螺釘的機械性能和工作性能要求。附錄給出了測量各種尺寸的說明及有關夾緊長度和試驗孔徑的應用指導。
    2.自攻螺釘性能標準(包括機械性能和工作性能):
    (1)SAE J933:介紹了碳鋼普通自攻螺釘和白切自攻螺釘的機械性能和工作性能要求。進一步規定了原材料的選擇、熱處理、滲碳層深度及表面硬度、芯部硬度等方面的要求。
    (2)SAE J81:介紹了自擠自攻螺釘(自攻鎖緊螺釘)的機械性能和工作性能。
    (3)SAE J78:介紹了自鉆自攻螺釘的機械性能和工作性能。
    (4)IFl-113:介紹了自鉆自攻螺釘的機械性能和工作性能。
    (5)ASTM C1513:介紹了碳鋼自攻螺釘的機械性能和丁作性能要求。

    對于其他特殊類型自攻螺釘,沒有相應的國家標準或工業標準,也沒有除碳鋼以外的,其他金屬材料制造的自攻螺釘的數據得到公認。有關這些自攻螺釘的技術數據,可以向制造者查詢。