[技術] 塑膠自攻螺絲扭力探討 (Self-tapping Screw)

產品設計時，塑膠的自攻螺絲(Self-tapping screw)是最不被重視的零件，
只是螺絲 真的是這麼微不足道(minor)的零件嗎？本文嘗試探討塑膠、及其
自攻螺絲間的扭力關係。

另外也想要到談談鎖緊螺絲在塑膠機構設計上對產品品質的影響，也會探討不當的螺絲及機構設計所造成的問題。還會有一系列的螺絲文章探討自攻螺絲的種類、如何選用自攻螺絲、及如何設計合理的塑膠螺絲柱。

首先，讓我門來解釋何謂的『自攻』螺絲，就是被鎖件不需要事先做出陰螺紋以配合螺絲上的螺紋。因為自攻螺絲可以自己一邊鎖進被鎖件一邊在被鎖件上作出螺紋。

影響螺絲扭力的因素非常多，下面試列舉出它的所有可能。

螺絲的直徑 (Screw diameter)： 直徑越大、扭力需要越大。

螺絲的長度 (Screw length) ： 越長度長、扭力需要越大。

螺絲的螺牙間距 (Screw pitch)： 間距越大、扭力需要越大。

螺絲尖端的形狀 (Screw shape)： 尖的、三角的

螺絲孔的直徑 (Screw hold diameter)： 螺絲孔的直徑越小、扭力需要越大。

螺絲孔的脫模角度 (Screw hole draft angle)： 脫模角度越大、扭力需要越大。

螺絲孔的斜角 (Screw hole chamfer)： 斜角越大、扭力需要越大。

塑膠材質 (Plastic material)： 越硬的塑膠材質(如reinforce或是含fiber的塑膠) 、其扭力需要越大。

個人經驗，決定自攻螺絲扭力最適當的的方法如下(歡迎有不同想法或是其他方法的先進提供意見)：

決定電動螺絲起子最『小』螺絲扭力：
以經驗值選取扭力範圍(+/-0.3Kg/cm2 或 +/-0.5Kg/cm2)，用電動螺絲起子設定其最小螺絲扭力，鎖緊後再用收動方式轉動螺絲來檢查螺絲扭力是否足夠，如果已經無法再用手動方式轉動螺絲，就表示螺絲扭力的最小值設定可以接受；如果還可以轉動，則表示最小扭力還不過，必須再往上增加。反覆測試後可以決定最小的電動起扭力。
另外一個方法確定最小電動起扭力，是螺絲鎖緊後，破壞塑膠殼並檢查所有上、下蓋的螺絲柱是否已經緊密接合、無縫隙。

決定電動螺絲起子最『大』螺絲扭力：
最小螺絲扭力決定後，再依據扭力範圍(+/-0.3Kg/cm2 或 +/-0.5Kg/cm2)，把電動螺絲起子的扭力設定到扭力範圍的最大值(=最低扭力+0.3Kg或0.5Kg)，拿10組上、下蓋(或是上、下殼)，用電動起子重複鎖緊、鬆開螺絲10次後，確認有無任何螺絲孔滑牙或是螺絲柱破裂的現象發生，如果沒有，那恭喜你，最大螺絲扭力也設定完成了；如果有，則必須將扭力調小或是設計變更螺絲柱的內、外孔徑，然後再重複驗證。

以上是假設所有的自攻螺絲都構強況，沒有螺絲斷裂或是螺絲有滑牙的情形發生，如果可以的話，還要用查表法得知螺絲的最大承受扭力，再乘以一定的安全係數0.6~0.8，然後比較以上方法定義出來電動螺絲扭力是否恰當。

如果可以再利用機構設計的理論，計算出螺絲柱的最大扭力承受值，與實際的試驗法相輔相成，這樣的扭力決定應該就是最好的扭力了。

不好的螺絲設計，在電子組裝時常會出現下列問題：

螺絲頭滑牙：有可能是扭力太大造成，可嘗試螺絲硬化處理，或是降低螺絲扭力解決。

螺絲孔滑牙：檢查螺絲孔的內孔徑是否太大，或是選用較大牙距的螺絲。

螺絲孔破裂 (crack )：檢查螺絲孔壁厚度設計是否太薄、螺絲的扭力是否太大、或是塑膠射出成型時是否有摻雜二次料、或是塑膠射出成型時塑膠粒未乾燥完全。

螺絲鎖不緊 ：檢查螺絲扭力是否太小、螺絲孔是否設計太小。另外，如果產品內部有應力或是上、下頂出的設計就要特別小心螺不緊的可能性。

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延伸閱讀：
螺絲與螺絲柱的關係