家用电器用各种螺钉简介与标准解读 - 安规网

　　1 螺钉相关的定义
　　螺钉在家用电器产品中的作用主要是机械连接、电气连接和提供接地连续性的连接。在GB 4706和IEC 60335系列标准中提到了宽螺距螺钉、自攻螺钉、机械螺纹等多个术语。
　　有关螺钉的相关概念简绍如下：
　　1.1 螺纹
　　所谓螺纹，是指在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙形的连续凸起。其中在圆柱或圆锥内表面上形成的螺纹为内螺纹，如螺母的螺纹，在圆柱或圆锥外表面上形成的螺纹为外螺纹，如螺栓、螺钉的螺纹。
　　关于螺纹最主要的几个参数见图1至图3。
　　①外径（大径）：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱或圆锥的直径。用d（外螺纹）或D（内螺纹）表示。螺纹的公称直径即大径，代表螺纹的基本尺寸。
　　②内径（小径）：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱或圆锥的直径。用d1（外螺纹或）或D1（内螺纹）表示。
　　③中径：母线通过牙型上凸起和沟槽两者宽度相等的假想圆柱或圆锥的直径。用d2（外螺纹或）或D2（内螺纹）表示。
　　④螺距：相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
　　⑤牙型角：螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。
　　根据标准ISO 1891:2009 Fasteners - Terminology[3]螺纹可分为自攻螺纹（宽牙螺纹）、普通螺纹和锥螺纹等。
　　1.1.1普通螺纹（cylindrical screw thread）
　　普通螺纹规格主要为牙型角60°，牙型为等边三角形，如图4。常用规格为M3、M4、M5、M6、M8、M10等，其中字母M代表螺纹代号，紧跟字母M后的数字为螺纹公称直径。常说的普通螺钉就是带有普通螺纹的螺钉，与螺母配合使用或者拧入预制的螺纹孔。
　　1.1.2自攻螺纹（tapping screw thread）
　　自攻螺纹又叫宽牙螺纹(spaced thread)，规格主要为牙型角60，螺距比普通螺纹要大，如图5。例如螺纹规格ST3.9表示该自攻螺纹的螺纹外径为3.9mm。
　　1.1.3锥螺纹(taper screw thread)
　　锥螺纹主要用来进行管道的连接。因为该螺纹带有锥度，越拧越紧，使其内外螺纹的配合紧密，可以实现密封效果，如图6。锥螺纹在家用电器中较少见。
　　1.2 螺钉
　　在GB 4706和IEC 60335系列标准中所涉及的螺钉主要有自攻螺钉（tapping screws）、自挤螺钉（thread rolling (thread forming) screws）和自切螺钉（thread cutting screws）。
　　1.2.1自攻螺钉（tapping Screws）
　　自攻螺钉（图7）本身具有较高的硬度，事先用钻头在主体之上钻一相应的小孔，才可将螺钉旋入主体制件中，形成螺纹联接。自攻螺钉分为普通自攻螺钉、自切自攻螺钉、自挤自攻螺钉和特殊自攻螺钉。
　　普通自攻螺钉也被称为“金属薄板螺钉”，早期主要应用于连接供热和通风系统的薄板金属通道。当把它拧入预制孔里时，使得紧靠着孔周围的金属材料产生移位，并同时把金属材料推入螺钉螺纹之间的空隙，进而形成与螺钉相连接的内螺纹。这就是应用最早、最基本也是直到目前应用最广泛的自攻螺钉。家电标准中所说的宽螺距（金属板）螺钉（Space-threaded (sheet metal) screws）就是这种普通自攻螺钉，自锁性能相对较差。
　　1.2.2自切螺钉（Thread cutting screws）
　　自切螺钉指一种具有间断螺纹，拧进某种材料后能削去材料而形成螺纹的自攻螺钉，切压过程中伴有切压物的残渣掉出，见图8。螺钉杆部末端带有切削凹槽或刃口，拧入预制孔里时，螺钉就可以切削出与自身相连接的螺纹。能应用于较厚的材料，或较硬、较脆以及变形能力较差的材料。
　　1.2.3 自挤螺钉（Thread rolling (thread forming) scr-ews）
　　自挤螺钉（图9）通过挤压另一物体形成螺纹，挤压过程中无挤压残渣掉出。螺杆通常为三棱柱形，螺钉通过其螺纹牙顶，对被连接件施加间歇的、周期性的压力，从而形成内螺纹。通过集中和限制成形压力，使紧靠着的受压材料更容易流动，并更好地填入（或挤入）自攻螺钉的牙侧和牙底。而且，正是由于有被连接件金属材料的嵌入，在被连接件内孔形成“内榫”，对螺钉的拧入或退出都形成了阻力，自挤自攻螺钉具有了较高的锁紧性能。在拧入基体时，对基体材料所施加的作用力为间歇性的，因此拧入时所承受的磨擦阻力要远低于普通自攻螺钉，从而也易于拧入较厚的金属材料中。
　　1.3 弹簧垫圈、缩紧垫圈、冠型锁定装置
　　家电标准中提及的与螺钉配合使用的常见防松部件有弹簧垫圈，锁紧垫圈和冠型锁定装置，常见类型如图10。
　　1.4 螺钉的工艺
　　螺钉一般都需要经过表面处理，常用的表面处理方式有电镀、氧化、磷化、非电解锌片涂层处理等。家用电器产品中所使用螺钉的电镀层通常是锌镀层、铬镀层或其合金镀层等。电镀层的测试方法主要有磁性法、称重法、金相显微镜法、X射线、超声波等。

　　3 标准条款的理解要点
　　3.1 宽螺距（金属板）螺钉的螺纹较深，螺距较宽，虽能“吃”住材料，但不能产生很大的紧固力和自锁性能，因此单个宽螺距（金属板）螺钉不能用于紧固力高的场合，可用于紧固力要求一般的电气连接。
　　3.2 自攻螺钉的螺纹可以是自攻螺纹（宽牙螺纹），也可以是机械螺纹。自攻螺钉的机械螺纹等效于普通螺纹，如图8所示a螺纹为自攻螺纹，而b和c螺纹则为机械螺纹。笔者认为完全标准的机械螺纹的要求是指螺钉攻丝形成的螺纹是一个完整的机械螺纹，螺纹形状与螺钉螺纹一致，螺纹无损坏。因此理论上能形成完全标准的机械螺纹的单个自切（自攻）螺钉和单个自挤螺钉也都能用于电气连接，但是由于自切（自攻）螺钉在切压过程中已经“破坏”了被切压物的组织结构，如果存在用户或安装者操作的情况则禁止使用单个自切（自攻）螺钉。
　　3.3 用户正常使用中需要动的螺钉、用户维护保养期间需要动的螺钉、更换X型电源软线需要动的螺钉或安装需要动的螺钉禁止使用单个自切螺钉、单个自挤螺钉和单个宽螺距螺钉提供接地连续性的连接。
　　3.4 在每个连接处至少使用两个螺钉来提供接地连续性的连接，除非单个螺钉形成的螺纹长度在螺钉直径的二分之一以上。有观点认为此要求承接上一段对自切螺钉、自挤螺钉以及宽螺距螺钉的要求，不适用于普通的螺钉。笔者认为IEC 60335-1：2010第28.3条款的最后一段所指螺钉不仅包括自攻螺钉，还包括普通螺钉，如图11所示，选用的普通螺钉直径c为6 mm，但是薄板厚度a只有1 mm，为此需要在薄板b处加厚2 mm 以增加螺纹长度，此时总螺纹长度为3 mm，等于螺钉直径的二分之一。当然同时还要考核第28.1条力矩要求和第28.4条防止松动的要求。