自攻螺钉底孔直径的确定

一c℃( ) 制造与工艺 自攻螺钉底孔直径的确定 北京汽车摩托车联合制造公司 沈 琪 L( ∈2『． T }3 J． 摘 要 本文从黟响 自攻j幕钉鹿孔足寸诸西素的舟析、DIN 标准的台理性 、底孔拳彀 的罚步拟制、 底孔参羲台理性曲验证、试鞋等方面舟绍了自攻螺钉鹿孔直径的确定方法。 关键词 自玻螺钉；底孔参数；曾隶标堆；行业标准 亨一厩孔应}主 甬疋百 j、 很明显 ，两种螺纹元论 是在规格上还是 1 丽 声 在结构尺寸上都有较大差异 。 目前。自攻螺钉已大量应用于国内外的 汽车产品。为了增进与国外回行的交流．引 进先进技术．增强汽车产品零部件的互换性， 进而参加国际市场竞争，在汽车行业积极贯 彻等效采用国际标准制定的新的国家标准势 在必行。 在贯彻汽车紧固件新的自攻螺钉标准的 工作中，我们发现．新标准中未列出自攻螺钉 底孔的推荐尺寸。而新标准自攻螺钉的螺纹 及规格与旧标准 自攻螺钉差别很大．元法延 用旧标准的底孔尺寸。给 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 人员选用新标 准的自攻螺钉造成困难。使贯标工作受到影 响。因此。在国家标准及行业标准还杖有制 定相应 的底孔尺寸 的情况下。先制定我公 司 企业标准。为设计人员提供底孔推荐尺寸供 参考选用是很有必要的。 2 影响底孔尺寸诸因素的分析 2．1 螺纹结构 旧标准自攻螺钉的螺纹符合 GB922—76 标准。其结构 和 尺寸参数如图 1及表 1所 示 。 新标准 自攻螺 钉的螺纹符 合 GB5280— 85标准。其结 构和 尺寸参数如 图 2及表 2 所示。 表 I (rrtra 螺纹内径(d．) 螺距 6≤ d 公称 术螺钉 自破螺 (t) 尺寸 允差 钉危差 1 6 l 2 0 8 2 1 4 0 9 — 0 25 U 【5 2 5 1 8 I 3 2．1 1 2 — 0 25 f3 5) 2 5 L'4 — 0．40 4 2 8 1 6 (4 5) 3 2 1 8 0 2 5 3 5 2 — 0．30 (5 5) ]．8 2 2 — 0 48 6 d．2 2．5 f7) 4 9 2 8 8 ．5 6 3 O 25 10 7 2 — 0 58 3 5 12 8．7 4 16 12 5 0 ] — 0．70 20 15 6 2、1 1 旧标准的螺纹采用米制，其规格 走多 为整数。新标准螺纹等效采用 IsO 1478— 1983(自攻螺钉用螺纹)，其规格按英制系列 尺寸折算为米制，螺 纹外径 d 的基 本尺寸 大多带有小数部分，所以，两种螺纹的规格大 不相 同。 2 1．2 从表 1和表 2中可以看 出，新标准螺 钉 的螺纹与旧标准螺钉相比，前 者比后者的 1 制造与工艺 表 2 f】m -盯 -盯 -盯 -盯 sr -盯 盯 -盯 -盯 -盯 盯 -盯 -盯 擐 纹规 格 l 5 1．9 2 2 2 6 2 9 3 3 3．5 3．9 4 2 4．B 5 5 6 3 8 9 5 P ≈ 0 5 0 6 0 8 0 9 l l l 3 l 3 1．3 l 4 l 6 l 8 l 8 2 l l 2 l l 52 l go 2 24 2．57 2 9 3 3 3 53 3 9l 4．22 4．8 5．46 6 2S 8 9 65 dl l 38 l 76 2 l 2．43 2．76 3．12 3 35 3 73 4．04 4 62 5．28 6 03 7 78 9 43 0 9l l 24 l 63 1．90 2．18 2 39 2 67 2 92 3．10 3 58 4．17 4 88 6 20 7 85 d2 0 ． 84 l l7 l 52 l Bo 2．08 2 29 2 5l 2 77 2．95 3 43 3．99 4 70 5 99 7 0．79 l l2 l_47 l 73 2．0l 2 21 2 4l 2 67 2．84 3 30 3．B6 4 55 5 84 7 44 d3 0．69 l 02 1 37 l 60 1．88 2 08 2 26 2 5l 2．69 3 l2 3．68 4 34 5．64 7 2l O l 0 l 0 l 0．1 0．1 0．1 O l 0 1 0 l 0 l5 0．15 0 l5 0．15 0 l5 C型 1．4 1 6 2 2．3 2．6 3 3 2 3 5 3 7 4 3 5 6 7 5 8 参考 F型 1．1 1 2 l 6 l 8 2 l 2 5 2 5 2 7 2 8 3 2 3．6 3 6 4 2 4 2 号码 No 0 l 2 3 d 5 6 7 8 l0 12 l4 l6 20 图 l 1日标准 自攻螺钉的螺纹 墩 “ 图 2 新标准 自攻螺钉的螺纹 螺距及齿高都 小。也就是说，新螺致比旧螺 纹密而浅。 仅此两点既可看 出，简单套用旧标准 中 的底孔尺寸是不合理的。 2 2 2 板 材 自攻螺 钉是通 过拧人被连接板 (进行攻丝 )来实 现 紧固功能 的。因 而，板材对 自攻螺钉 拧人性能有很大 影响。不同钢板材料的化学成份、硬 度及钢板 的厚度对 自攻螺钉拧人力矩 和紧固性能有不同的影响。旧标准投 有根据不同的板材规定底 L尺寸。这 一 点在生 产实 践 中被证 明是不合理 的。比如，BJ1o2I系列汽车车架上使 用的自攻螺钉就一直存在折断严重 的 同 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。其原因在于，车架采 用的是合 金钢板材料．板厚 为 3mm．较大 的区 别于其它碳钢和厚度较薄的钢板。因 此，在制定底孔尺寸时，板材的因素也 是不容忽视 的 2．3 板的结构 自攻螺钉一般是被拧人钢板起紧 固作用的。板的结构对底孔尺寸具有 直接影响，常 见底板的结构有如下几 种，如图 3所示。 图3中，(a)为简易螺纹连接；(b) 为采用拉伸底孔工艺的螺纹连接；(c)为采用 夹紧螺母 的自攻螺钉连接 ；(d)为采用冲压孔 的螺纹连接。其中(a)为汽 车产 品上常用的 结构形式。因此．制定底孔尺寸应 以该结构 制造与工艺 为基础考虑问题。 3 DIN标准的合理性 从上述分析可以看 出，只有在充分考虑 诸方面因素对底孔尺寸影 响的前提下，才能 制定 出较合理的底孔直径。 DIN7975(自攻螺纹的应用规则和底孔 直径>遵循 了上 述原则。在 DIN7975中，首 先规定了“本标准适用于螺纹按 DIN7970的 自攻螺钉”。DIN7975标准中规定 的螺 纹与 GB5280标准中的螺纹结构及参数基本上是 一 致的。它为我们制定符合我国国家标准规 定的自攻螺钉、螺纹的底孔尺寸提供 了可以 参 照的条件。同时．DIN7975是根据钢板 的 厂‘ _几 厂 厂 厂叼 cb) (c) 图 3 螺纹连接的方式 不同材料和不同板厚规定 自攻螺钉底孔推荐 尺寸的。因此，它更可以作 为我们制定底 L 尺寸的参照依据。 4 底孔参数的初步拟制 在参照DIN7975标准的同时，我们将其 中不适于我们使用及不符合我国国家标准有 关规定的部分做了修改和调整。 4．1 自攻螺钉的规格 DIN7975标准对九个 规格 的 自攻螺钉 规定了底孔参数。其中适合于我公司汽车产 品使用的规格只有五种。因此．我们的研究 范围针 对这 五种 规格．即： I3．9；ST4．2； ST4．8；ST5．5；ST6．3。 4．2 板的厚度 在 DIN7975标准中．各种规格 自攻螺钉 的板厚尺寸分 段为 8～13段，而且板厚的尺 寸数值为保留小数点后面两位数字。其尺寸 分段过密．对于我们实际使用意义不大．其板 厚尺寸数值与我国现行国家标准对钢板厚度 数值的规定不相符合。所以．完全照搬是不 适用的。 根据GB708(冷轧钢板和钢带的尺寸、外 形、重量及允许偏差)、cB709<热轧钢板 和钢 带的尺寸、外形 、重量及允许偏差)等标准 中 钢板的厚度规格，结合我公司产 品的实际使 用需要，对板 厚尺寸的分段及数值进行 了调 整和修改。每 种螺钉的板厚尺寸分为 3～5 段。其尺寸数据也按照我国国家标准中钢板 材料厚度规格进行了规定，即：数值只保留小 数点后一位数。 4 3 钢板材料的毅定 DIN7975标准将底板材料分 为两类。 一 类为钢、镍、黄铜、铜和蒙乃尔板；另一类为 铝板，我公司产 品上使用的自攻螺钉还具有 在合金钢板上工作的用途。为此．必须 增加 对台金钢板材 料的考虑。即：在底孔推荐尺 寸标准中，对材料专门作 了规定。 4 4 底孔尺寸 由于我公司产 品上的 自攻螺钉底孔加工 方式一般为冲孔或钻孔。所 以．在拟制底 孔 尺寸时．主要考虑针对冲孔、钻孔形式。参照 DIN7975标准，拟制 了不同螺钉 规格 、不 同 材料 、不同板厚的底孔直径。根据我公 司产 品在实际生产 中孔的加工及使 用情况，底孔 直径数值均保留小数点后一位数。 3 制造与工艺 5 验证试验 为了对新拟制的底孔直径的台理性进行 验证。在机械部标准化研究所 的协助下做了 验 证试验。 采取对新、旧标准 自攻螺钉进行对 比试 验的方式。将原用 自攻螺钉(按 旧标准)在原 底孔上进行拧人试验，测得其扭 矩参数绘制 成曲线图，与现用 自攻螺钉 (按新 标准)在新 拟制尺寸的底孔上进行拧人试验，测得扭矩 图进行分析对比。我公司原使用的旧标准 自 攻螺钉有 3种规格，公祢直径分别为 4⋯5 6 相应抽取3种汽车行业最常用的新标准自攻 螺钉规格进行对比。对比相应规格如下 新标准螺钉符合 GB845—85，旧标准螺 钉符台 G13845—76。 5 1 分组 按新、旧标准螺钉的规格和板厚．对试验 底孔进行分组。为了便于优选，对新标准的 底孔拟定了2～3组孔径，共分为 52组。每 组制出 l2个孔(原则上)；逐个用万能工具显 徽镜实测并选 取 lO个孔 ( 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 尺寸数值)备 用。分组情况见表 3。 表 3 (mm) 组号 板厚 标准 GB 规格 底孔 件数 组号 板厚 标准 GB 规格 底孔 件投 No S ST 垂 n No S ST 垂 n l 0 9 845—85 4．2 3 1 l0 2 0 9 845—85 4 2 3 2 l0 3 1 0 845—85 4 2 3．1 lI} 4 l O 845—85 4．2 3 2 l0 5 1 2 845—85 4 2 3 l l0 6 1 2 845—85 4 2 3．2 l0 7 1 2 845—85 4 2 3 3 lO 8 1 5 845—85 4 2 3 4 l0 9 1 5 845—85 4 2 3 5 l0 l0 2 0 845—85 4 2 3 4 l0 l1 2 0 845— 85 4 2 3 5 l0 12 2 5 845—85 4 2 3 5 10 13 2 5 845—85 4 2 3 6 l0 0l 0．9 845—76 4 3 2 l0 02 l 0 845—76 4 3 2 l0 03 1 2 845—76 4 3 2 j0 n4 l 5 845—76 4 3 2 l0 O5 2 O 845—76 4 3 2 1O ％ 2 5 845—76 4 3．2 1O 20 0 9 845—85 4 8 3 5 lO 2l 0 9 845—85 4 8 3 7 10 22 1 O 845—85 4 8 3 6 1O 23 l 0 845—85 4 8 3 7 l0 24 1．2 845—85 4．8 3 7 l0 25 l 2 845—85 4 8 3 9 l0 26 l 5 845—85 4 8 3 8 l0 27 l 5 845—85 4 8 3 9 l0 28 2 0 845—85 4 8 4．0 10 29 2 5 845—85 4．8 4．0 9 30 3 0 845—85 4 8 3 9 10 3l 3．0 845—85 4 8 4 0 10 32 3 0 845—85 4 8 4 1 q 020 0．9 845—67 5．0 4 0 l0 021 l 0 845—67 5 0 4 0 l0 022 1 2 845 67 5 0 4 0 l0 023 1 5 845—67 5 O 4 0 l0 024 2 0 845—67 5 0 4 0 l0 O25 2 5 845—67 5．0 4 0 10 026 3 0 EQ278 5 0 4 0 1l 40 1 5 845—88 6 3 5 l l0 4l l 5 845—88 6 3 5 2 10 42 2 0 845—88 6．3 5 2 10 43 2 0 845 88 6 3 5 4 l0 44 2 5 845—88 6 3 5 4 lO 45 2 5 845—88 6 3 5 5 8 46 3 0 845—88 6 3 5+4 l0 47 3 0 845—88 6 3 5 S 8 48 3 0 6 3 5 6 8 O4O 1 5 845—67 6 O 4 8 10 041 2 0 845—67 6 0 4 8 10 o42 2 5 845—67 6 O 4 8 9 043 3 0 130278 6 0 4 8 10 制造与工艺 5 2 试验用钉 为了保证试验质量，对各种规格的试 验 用螺钉进行了测量，结果见表 4。 5 3 试验用底孔 采用 “预钻一扩 孔”工 艺制 出试验用底 孔，底孔精度：±O 05mm。 5 4 试验 5 4 l 试验设 备 自攻螺钉扭力试验机 5 4 2 试验 条件 a．拧人速度：2Or／min。 b．轴向压力 ：15kg。 c ．试验温度：室温 15-20℃。 d润滑：无 5 5 对比试验结果分析 根据试验曲线得出结果见表 5。 表 4 组号No ~gtST、叫nI 太径d I 小径 ： l抽查I}{：数n 结论 l～13 4 2 l 4 04～4 08 f 2 95-3 00 I 10 台格．谊下限 20～32 4 8 l 4 62～4 7t1 3 44～3 54 l 10 合格，居中 40～47 6 3 l 6．08～6 4 80～4 88 0 合格 ．偏上艰 01～06 4 3 90～3 98 2 8O～2帅 lO 合格 020～025 5 4 90～4 94 】 3 32～3 36 10 音格 026 ． 了。 ．80 j “ 合格 040-O42 5 } 5 88--5 90 I 4 14--4 22 I 10 合格 表 5 楹 GB845—85 螺钼符 觇掐 底孔 A 厘 合标准 规格 底孔 A 3 1 O 710 0 9 韭 0 笠{ 1 0 0 754 3 2 1 0．S6fi 0 53： — U 』皿 l 2 生 上盟 1 l5 S_r4 2 3 3 ．Q 4 3 2 3 4 1 5 1 55 3 5 3 4 2 0 1 ． 79[ j L GB845 3 5 2 5 —76 2 04 3 6 3．5 0 849 0 9 0 6¨ — Ⅱ 3．6 0．797 1 0 0 74】 3．7 0．934 I_2 j二z_ 上—班 3 9 1 101 0 982 l 5 ST4．8 3 8 1 ‘)62 5 3 2 3 9 1 642 2 15】 2 O 4 n 2 242 3 82 4 n 2 564 9 4 986 3 0 4．0 5 16 BQ278B 6 4．1 4．n42 5．1 2．894 I_5 0 柳 5 2 3．n58 2 0 — 生盟 ＆ GB845 5 4 3 277 —76 2 0 2 5 ST6．3 5 4 4． 2 6 4．8 5 5 3 505 2 903 7 397 3 0 5．5 6．0O6 BG278B 7 377 S 6 059 表 5中A为拧人晟小扭矩(N·m)。 自攻螺钉底孔尺寸及拧入扭矩．对于 自 攻螺钉能否在最佳状态 下工作起着重要作 用。根据国岁}有关资料，如 日本螺钉和螺纹 紧固件研究所的一篇题为《关于 自攻螺钉孔 径尺寸的标准化>的 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中指 出：自攻螺钉最 佳的工作状态应该符合破坏扭矩与拧人扭矩 之 比≥3，即：螺钉拧人扭矩应小于等于破坏 扭矩的 1／3。 GB3098 5中规 定 自攻螺钉的最小破坏 扭矩为： 螺钉规格 最小破坏扭矩(N-r~1】 ST4 2 4 5 ST4 8 6．5 ST6 3 14．O 从表 5试验结果 中的拧人最大扭矩值 看，按新标准 (GB845—85)自攻螺钉的虽大 扭矩的分布比按 旧标准(GB845—76)平缓 、 规律，且较符 合拧人 扭矩为破坏扭矩的 1／3 的条件。以规格为 ST4．8及 5mm 的 自攻螺 5 制造与工艺 钉拧入厚度为 2．5mm钢板为例，图4是规格 为ST4．8的螺钉拧入 2 5mm厚钢板的试验 曲线；图 5是 规 格为 5mm 的 自攻螺钉拧入 2 5mm厚钢板的试验 曲线。特别是旧标 准 自攻螺钉拧人薄钢板时，扭矩极小 (当板厚为 0 9mm，用4mm自攻 螺钉 拧入 时，扭矩 为 圈 4 ST4 8螺钉拧人 2 5mm厚钢板的试验曲线 圈 5 5mm螺钉拧人 2 5rom厚 钢板的试验 曲线 制造与工艺 0 328Nm)．有松脱 的可能。而拧人稍厚的钢 板时，则扭矩猛增，甚至达到破坏扭矩值。如 规格为 5mm的自攻螺钉拧人 3rnm 厚的钢板 时，拧人扭矩高达 6 5 ·iTt，而 ST4．8的自攻 螺钉的破坏扭矩为 6．5N·iTt。 由于新标准 自攻螺钉底孔尺寸是按照不 同板厚及不同材料制定的，所以，一般的符合 破坏扭矩与拧人扭矩之 比≥3的条件。 6 底孔直径 根据优选的原则．从经过验证 的几组尺 寸中，选 出一组做为底孔推荐尺寸。 例如：规格为 ST6 3的 自攻 螺 钉拧人 3ram厚的钢板，有三种底孔形式 (即三组试 验底孔的尺寸)见下表 拧^度孔的直径(rⅢn) 拧^时最大扭矩(N·m) 5 4 7 3 5 5 6 5 6 3 959 规格 为 ．3的 自攻螺钉的破坏扭矩 是 14N·m，所以，选择底孔直径为 5 6较为 合理。 底孔的推荐尺寸见表 6。 7 结 论 1)通过试验，对推荐的底孔直径的台理 性进行 了验证。 表 6 序号No l螺纹规格 j板厚S I 底孔 替代旧标准d／母 数据索引号 1 i 1 0 9 3 2(0．703) 4 3 2 No 1、No 2、No 01 2 } l 1 0 3 2(0．866) 4，3 2 No 3、No 4、 02 3 ST4 3 2(1 284) 4 3 2 No 5、．No 6、．No 7、No 03 4 3 4(1 545) 4／3 2 No 8、N。9、No 04 5 l 2 0 3 5(1 883) 4／2．2 No 10、N0 11 No 05 6 l 2 5 3 5(1 851) 4 3 2 No 12、No 13、No．06 7 【 0 9 3 7(0 786) 5，4 No 20、No 21、No 020 8 { 1 0 3 7(0 934) 5／'4 No 22、．No 23、Ho 021 9 } 1 2 3．9f1 101】 5／4 No 24、No 25、No 022 10 1"4 8 1 l 5 3 9[1 642 ，4 No 26、No 27、 023 11 I 2 0 4 0(2 242) 5／4 No 28、No 024 l2 I 2 5 4 0(2．564) 5／4 No 29、No 025 l3 l 3 0 4 1(4．042) 5／4 No 30 No 31、No 32、No 026 l4 l 1 5 5 2(3 058) 6／4 8 No 40、No 41、No ㈣ l5 ST6 5 4(3 277) 6／4 8 No 42、No 43、No 041． l6 5．5(3 5t15) 6／4 8 № 44、No 45、No 042 17 ‘ 3．0 5．6(3 959) 6／4 8 No 46、ND 47 No 48、 0 043 洼： 拦中“()“内数值为平均最大 拧^力矩 N·1T1 2)对于螺纹按 GB5280标准的 自攻螺钉．拧 人的钢板材料以采用优质低碳结构薄钢板 (厚板≤3mm)或铝 板为宜。 当需要采用硬 度较高及较厚的钢板材料做为底板时，应进 行专 门试验。 参 考 资 料 1 GI~45—85(十字槽盘头 自攻螺钉) 2 GB5280—85(自攻螺钉用螺纹)； 3 GB845—76‘十字槽平哑头 自攻螺钉)： 4 GIN22—76(木螺钉及自攻螺钉技术条件)； 5 D1N7970(自攻螺钉的螺纹及其末端)； 6 DIN7975(自攻螺钉的应用规则和底孔直径)； 7 (Ch the standardizatic~of e size for sell tapping scre~s)(The Japan Research Imtimte for screw Thre~ds and Fasteners)