自攻擰緊過程中，塑料件安裝孔所在的區(qū)域會受到擠壓、摩擦和扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜作用，同時孔的圓周切線方向會產(chǎn)生拉應(yīng)力。

自攻擰緊過程中的安裝孔開裂是一種常見的現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量問題，嚴重時會導(dǎo)致生產(chǎn)線停產(chǎn)。引起該問題的主要原因如下。

安裝孔的熔接痕強度低

對注塑件上的安裝孔（通常為圓柱狀）而言，注塑模具內(nèi)部必然存在賦予安裝孔形狀的型芯機構(gòu)。在注塑過程中，熔融的塑料料流到達安裝孔型芯時，料流會被分成兩股，繞過型芯后再次匯合，從而形成走向基本平行于安裝孔軸線的熔接痕。熔接痕處的強度通常為正常材料強度的 20%～80%。

如果模具結(jié)構(gòu)不合理或注塑參數(shù)存在問題（如澆口過小、熔體溫度過低等），便會導(dǎo)致熔接強度過低，在自攻螺釘旋入時,安裝孔壁因受力而沿熔接痕開裂，這類開裂案例在塑料件擰緊失效中的比例是很高的。

例如，某采用 POM 注塑的六角塑料螺母（圖3）在采用 2.5 N·m 的擰緊力矩進行固定時，螺母一側(cè)發(fā)生貫穿式開裂，見圖3，澆口與熔接痕位置以安裝孔為中心互呈 180°。經(jīng)分析，該螺母所用材料及尺寸均無問題，主要是因為注塑時模溫低導(dǎo)致熔接痕強度過低而致擰緊時開裂。

另外1個案例，圖紙要求塑料件采用 PP-GF20 制造，之前一直無任何擰緊問題。后來有一批零件在自攻螺釘擰緊時有大約 10% 發(fā)生開裂。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)商在失效批次零件上錯誤地使用了 PPGF30 材料，而注塑參數(shù)未發(fā)生改變。在同樣的注塑條件下，因 PP-GF30 材料流動性較差而導(dǎo)致熔接痕處熔合強度降低，因而擰緊時熔接痕處發(fā)生開裂。

圖3 熔接痕處開裂的塑料六角螺母

安裝孔受力過高

正常情況下，需要采用自攻擰緊的塑料零件的安裝孔尺寸以及所選用的自攻螺釘尺寸均需經(jīng)過合理設(shè)計，以保證安裝后能形成可靠聯(lián)接,同時使安裝孔所受的力處于合適的范圍內(nèi)。

但由于設(shè)計參數(shù)選取不當(dāng)，或者因制造問題未能實現(xiàn)所設(shè)計的尺寸等原因，會造成擰緊失效問題。

比如選用的自攻螺釘相對過粗或安裝孔相對過細，都會造成自攻擰緊過程中安裝孔壁內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力過高，進而造成安裝孔壁發(fā)生開裂。

例如，某塑料件供貨廠由A供應(yīng)商切換為 B 供應(yīng)商后，在自攻螺釘擰緊時有 25% 的塑料件安裝孔壁發(fā)生開裂（圖4）。根據(jù)分析，兩家供應(yīng)商的零件均采用含水量為 1.3% 的 PA6-GF30 材料，且加工亦符合圖紙要求，因而懷疑自攻螺釘或 B 供應(yīng)商塑料件安裝孔的尺寸有問題。

圖4 塑料件安裝孔壁開裂

圖紙規(guī)定的自攻螺釘尺寸為：螺紋外徑 D=7.00 mm，螺釘芯部直徑 d=5.00 mm，見圖5。經(jīng)檢測，螺釘尺寸符合圖紙要求，因而塑料件安裝孔的尺寸成為檢測焦點，塑料件安裝孔的形狀見圖6、尺寸結(jié)果見表1。

圖5 自攻螺釘尺寸

圖6 塑料安裝孔

從表 1 可見，B 供應(yīng)商生產(chǎn)的零件的 D1 直徑過小，甚至小于自攻螺釘芯部直徑 d。

因此，當(dāng)自攻螺釘由上至下擰入安裝孔后并逐步接近底孔時，螺釘對安裝孔壁的擠壓力越來越大，當(dāng)安裝孔壁的強度無法抵抗擠壓所引起的拉應(yīng)力時，最終就導(dǎo)致了安裝孔開裂。

安裝孔壁過薄

與 上面 所述情況類似，如果塑料件安裝孔的壁厚過薄，也可能會使其無法承受自攻螺釘旋入時產(chǎn)生的安裝孔圓周方向的拉應(yīng)力，從而造成開裂。

另外值得注意的問題是，因模具型芯變形等原因?qū)е虏糠炙芰霞陌惭b孔孔壁局部偏薄的問題

比如，某塑料件安裝孔在打自攻螺釘后開裂（圖7），圖8為安裝孔的 CT 掃描剖面圖，可以看到安裝孔壁最薄處僅為 1.03 mm（位置5）；在自攻螺釘旋入過程中，安裝孔均于此側(cè)發(fā)生開裂；

圖7 塑料件安裝孔開裂

圖8 塑料件安裝孔 CT 掃描及尺寸標注

而另一側(cè)最厚處則達到了 1.59 mm（位置6），從未發(fā)生過開裂。根據(jù)分析，塑料件安裝孔壁厚不均是由于注塑模具中形成安裝孔的金屬芯軸位置發(fā)生偏移所致。

 安裝孔局部應(yīng)力過高

在塑料件注塑時，如果注塑參數(shù)或模具結(jié)構(gòu)不合理（如冷卻速度過快等），注塑后的零件中會產(chǎn)生很高的內(nèi)應(yīng)力。圖9所示的塑料螺母在自攻螺釘旋入過程中均在箭頭所示的澆口位置開裂。

根據(jù)顯微切片分析結(jié)果看到，該塑料螺母澆口附近的料流極為紊亂，導(dǎo)致此處應(yīng)力過高（圖10），因而在自攻螺釘進入時澆口位置附近容易發(fā)生開裂。

塑料材料降解

如果注塑溫度過高，材料在料筒中停留時間過長，或者材料未得到充分烘干等，都會導(dǎo)致塑料材料在加工過程中發(fā)生降解，進而使塑料零件的機械強度下降。

例如某采用 PC 注塑的零件因原材料未充分烘干而造成 PC 在注塑時嚴重降解，造成材料發(fā)脆，零件安裝孔在自攻螺釘旋入時發(fā)生碎裂，而不是普通的開裂。

圖9 塑料螺母在澆口處開裂

圖10 自攻擰緊聯(lián)接無法達到規(guī)定的力矩（打滑）

塑料件的自攻擰緊聯(lián)接通常在設(shè)計時規(guī)定了一個合理的擰緊力矩。

但有些時候，當(dāng)自攻螺釘旋入塑料安裝孔中尚未達到設(shè)計力矩時，螺釘便在安裝孔中打滑，并造成安裝孔內(nèi)壁上的螺紋亂扣。

這是另外一種常見的擰緊失效問題，這種問題產(chǎn)生的原因主要有以下幾點。

安裝孔徑過大或自攻螺釘過細

塑料件的安裝孔內(nèi)徑過大或自攻螺釘過細時，在自攻螺釘旋入過程中，螺紋在安裝孔內(nèi)壁上侵入的深度過淺，使得螺紋表面和安裝孔內(nèi)壁之間的擠壓作用和摩擦力過小，因而無法達到足夠的擰緊力矩。

安裝孔壁內(nèi)部存在疏松區(qū)域

塑料件注塑時，因鎖模力過低或保壓壓力低等原因，造成安裝孔壁內(nèi)部存在疏松區(qū)域，使安裝孔剛性降低，在螺釘擠壓作用下會發(fā)生較大變形，從而造成擰緊扭矩過低，無法達到規(guī)定的擰緊力矩，安裝孔壁內(nèi)部的疏松問題有時即使采用CT掃描也難以發(fā)現(xiàn)。

例如，某塑料件采用ABS 材料制造，生產(chǎn)線發(fā)現(xiàn)某一批次零件擰緊力矩偏低，僅能達到1.8 N·m，而工藝要求為3.0 N·m。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)該件的安裝孔處于整個零件的料流末端，該處的材料密度僅為 1.09～1.10 g/cm3，而遠離安裝孔的其它位置的材料密度則可以達到 1.15 g/cm3，因而推斷該件的安裝孔壁內(nèi)存在疏松區(qū)域，因而造成擰緊力矩過低。

 塑料件材料硬度偏低

如果塑料件選用的材料硬度偏低，也會使自攻螺釘螺紋表面和安裝孔內(nèi)壁之間的擠壓力和摩擦力過小，從而無法達到足夠的擰緊力矩。

例如某 POM 底座采用自攻螺釘擰緊方式固定，生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)A供應(yīng)商的零件擰緊無問題，而B供應(yīng)商的零件在擰緊時 100% 發(fā)生打滑，見圖11。

分析結(jié)果表明，B 供應(yīng)商的零件中含有橡膠增韌成分，使 POM 的韌性增加，球壓痕硬度僅為 56 N/mm2，零件在擰緊到 1.25 N·m 時發(fā)生打滑；而相比之下，A 供應(yīng)商采用的非增韌 POM 材料的球壓痕硬度可達 89 N/mm2，零件擰緊時完全可以達到工藝所要求的 2 N·m 扭矩。

A供應(yīng)商的零件             B供應(yīng)商的零件

圖11 兩家供應(yīng)商的塑料件擰緊后對比

另外，對玻纖增強塑料材料而言，如果選用的材料玻纖含量不足，也會導(dǎo)致材料硬度降低而造成自攻螺釘擰緊時無法達到規(guī)定的力矩。