分享 | 塑胶螺丝柱常见缺陷分析与解决方案
?螺丝柱，也称 BOSS 柱，是塑胶产品中常见的结构，也是成型中遇到问题最多的结构之一。螺丝柱常见的成型缺陷主要有开裂、滑牙、根部断裂、缩水、发白、流痕等，严重影响塑胶产品的外观和使用。本文将从塑料材料、结构设计、模具设计和成型工艺的角度出发，分析这些缺陷产生的原因，并提出解决方案。
1螺丝柱的结构设计图 1 是螺丝柱的典型结构，对于很多人来说，最困惑的是螺丝柱的尺寸如何确定。螺丝柱的尺寸主要是由螺钉公称直径 M 和材料种类决定的。
其中外径 D=M×外径系数；内径 d=M ×内径系数；螺纹深度 H=M×螺纹深度系数。成型螺丝柱的材料不同，具体的尺寸系数也有所不同，具体可参考图 2。
螺丝柱内径的入口处可设计一个凹台，凹台的作用是减小攻螺丝时的初始应力。凹台的直径 D1=M+约 0.2mm；深度 h=（0.3～0.5）×D1。有时为了设计简单化，将凹台改成倒角，如图 3，同样也可以起到减小初始应力的作用，倒角的大小一般为（1～1.5）×45°。
在内径、外径和凹台的根部，应采用圆角过渡。因为注塑成型过程中，尖角处会产生很高的内应力。过渡圆角越大，产生的应力集中越小，如图 4 所示，当 90°转角的过渡圆角小于壁厚的 25%时，该处就会有较高的应力集中；在允许的情况下，推荐过渡圆角的半径大于壁厚的 50%以上。
螺丝柱高度应尽可能矮。当螺丝柱高度大于其外径的两倍时，一般需要添加加强筋以增加强度。螺丝柱不能太靠近外壁，否则会造成制件的壁厚不均，从而导致缩水。当靠近外壁时，可采用加强筋与外壁相连，如图 5 所示。
有时会在螺丝柱上作火山口。所谓的火山口就是将螺丝柱的外圆柱面的孔缘和销同步向上延伸，如图 6 和图 7 所示。此时螺丝柱根部的塑胶不再那么集中，冷却充分，对防止缩痕有很好的效果。
2螺丝柱开裂与解决方案攻螺丝时，螺丝柱可能会产生开裂，可以从以下几个方面分析和解决：
1） 材料太脆，材料发生降解，韧性不够
材料中掺入过多比例的水口，可能会导致材料过脆；材料的断裂伸长率过低，也容易导致螺丝柱开裂。一般来说，对于玻纤含量超过40%的材料，不推荐在螺丝柱上攻螺丝。成型温度过高时，或者烘干不够材料中含有水分，引起材料发生降解，也会使得其强度变差，导致螺丝柱的开裂。
2）内径过小，壁厚不足
如果螺丝柱的内径比螺钉的内径还小，那产生开裂的可能性将会非常大。如果螺丝柱的外径过小，即壁厚过小，也会导致螺丝柱的强度不够，引起开裂。因此，螺丝柱设计时要选择合适的内外径，可参考图 1 和图 2 的推荐进行设计，必要时使用加强筋补强。
图 8 是 09 年 6 月在深圳德泽发生的充电器插头螺丝柱开裂，客户之前采用的是 PC/ABS，切换成我司的 PC。从图 2 来看，PC 的内径系数要比 PC/ABS 大 0.5，也就是说，对于客户使用的 M2.6 的螺钉，PC 对应的螺孔内径是 2.21mm，而 PC/ABS 对应的只有 2.08mm，切换成 PC 以后，需要的螺孔内径增大，原来的内径显得偏小，因此攻螺丝的时候容易产生开裂。
3）内应力过大
制件上残余的内应力过大，也会导致螺丝柱的开裂。在结构设计上，螺丝柱的根部、销的顶部应采用圆角过渡，防止应力集中。在注塑工艺上，对制件内应力影响较大的参数主要有熔胶温度、模具温度、保压压力、保压时间和注塑速率等。
一般来说，要获得较小的内应力，可采用较高的熔胶温度和模具温度，较小的保压压力和保压时间，较慢的注塑速率，其中模温对内应力的影响最为显著。成型中螺丝柱中要嵌入铜螺纹时，最好使用较高的模温，以使得模具的热量在较短时间内能传递给铜螺母，或者先对铜螺纹进行预热，以消除成型时由于低温带来的内应力使制件开裂。
图 9 带铜螺母的螺丝柱开裂，就是由于成型时模温较低，也没有对铜螺母预热所致。
4）环境应力开裂
螺丝柱接触酸、油等有机溶剂时，如果材料本身不能耐这类有机溶剂，有可能引起环境应力开裂。这种接触可能来自模具表面，也可能来自搬运和装配过程。
09 年 4 月，步步高电磁炉螺丝柱在打螺丝 1~2 周后开裂，如图 10，开裂的螺丝柱是随机的，裂纹方向不固定，即不全是熔接线位置，观察已经裂开的断面，内表面光滑而没有纹路，外表面有放射性纹路，推断开裂是由内部开始的，可能是来自经过防锈、去污、润滑等处理螺钉表面的化学溶剂导致螺丝柱环境应力开裂。
5）减小攻螺丝时的初始应力
根据前述提到的，在螺丝柱内径的入口处增设凹台或倒角，减小攻螺丝时的初始应力，可以减少螺丝柱的开裂。
3螺丝柱滑牙与解决方案与螺丝柱开裂对应的是滑牙，可以从以下几个方面分析：
1）材料过韧，刚性不够，容易导致滑牙；
2）螺丝柱内径过大，螺钉咬住的肉厚较薄，也容易导致滑牙。09 年 7 月，博世外协厂深圳祥星，电动工具螺丝柱滑牙，使用的螺钉是 M3.5，根据图 2 的参考系数，理论内径是2.625mm，而客户螺丝柱的设计内径是 3.0±0.05mm，如图 11 所示，内径偏大导致滑牙。
3）扭矩过大。图 12 是不同规格螺钉的参考扭矩。扭矩过大时，螺丝柱内侧无法承受扭力，而外侧部分强度足够没有损坏，从而导致滑牙。
4螺丝柱根部断裂与解决方案图 13 是螺丝柱根部断裂的情况。应力集中可导致螺丝柱根部断裂。螺丝柱根部和销的顶部由于存在尖角，成型时容易导致应力集中，在不产生缩水的情况下，这些地方应采用较大的圆角过渡。
成型温度过高，或者材料中水分过多，材料中成型时发生降解，导致其强度下降，也可能导致根部断裂。此外，水口掺入的比例也不能过大。
螺丝柱的销过长且强度不足时，由于受到塑胶熔体的冲击，可能产生变形偏移，如图 14所示，填充结束后，销要复位回弹，这样螺丝柱根部会受到反复冲击，根部容易断裂。这种情况下，螺丝柱背后的缩痕会向下游移动（稍回弹时，下游压力小），也有形成熔接线的可能。
5螺丝柱缩水与解决方案螺丝柱背后经常会遇到缩水问题。
常见的解决方案是加火山口，如图 6 和图 7 所示。
火山口之所以能防止缩水，是因为它能使得螺丝柱根部的等效壁厚（内切圆直径 2R）变小，如图 15 所示，当根部的等效壁厚与制件壁厚 T 相差不大时，制件就不容易产生缩水。
螺丝柱太靠近侧壁时，由于局部壁厚增大，也容易导致缩水，如图 16 所示。可参照图 5，采用加强筋的方式使螺丝柱与侧壁相连，避免缩水。
模具设计时，在螺丝柱附近设置浇口，也可以防止缩水。离浇口越近，保压越充分，补缩作用越强，缩水越不明显。
6螺丝柱发白及其解决方案图 17 是螺丝柱根部发白，其原因是在冷却不足的情况下，塑胶在玻璃化转变温度附近拉伸到微裂状态（开模时销拔出，销的顶部形成真空，塑胶在被吸入时受力）。
解决方法是延长冷却时间，使得螺丝柱根部充分冷却后再脱模。加火山口的设计，使得螺丝柱根部壁厚更薄，更容易冷却，也可以消除发白。
图 18 是攻螺丝后，螺丝柱主体有发白，其原因可能是使用的扭矩过大，螺丝柱的壁厚过薄，可参考图 12 选择标准扭矩，并增大外径以增加螺丝柱的强度。
7螺丝柱背面流痕及其解决方案当销伸出太长时，前述提到容易偏心导致根部断裂。如果销的刚度足够，不易产生偏心，有可能在螺柱的表面产生其它缺陷。09 年 1 月，在东莞富威，伟创力电子鼓的上鼓面在试料时出现流痕，如图 19 所示，
调节料温、模温、射速、保压均无改善。剖开螺丝柱发现销伸入表面约 1.2mm，占制件平均壁厚（3.0mm）的 40%，熔体通过该处时，由于通道突然变窄，料流变得紊乱，使得流动下游出现流痕。
类似的案例还有螺丝柱背后出现发白现象。09 年 2 月，厦门博丰的高光 ABS 制件在部分螺丝柱背后有发白，调整成型工艺没有效果，破坏螺丝柱发现，发白地方对应的螺丝柱的销伸入制件表面，导致熔体通过该处时剪切过强，导致表面发白；而没有发白的地方，孔与表面齐平，如图 20 所示。
8结语对于螺丝柱的常见缺陷，要从螺丝柱的结构出发分析其合理性，从塑料材料和模具设计上防止其产生，从成型工艺上去克服，很多缺陷都可以迎刃而解。
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PC/ABS螺丝孔易开裂是硬伤？ 专治不服的来了！
‘人’红是非多 ？
小家电御用明星料，阻燃PC/ABS，频频爆出，螺丝柱‘裂了 又裂了...’的 塌 房 事件。
众所周知，
作为制件装配紧固的必要部件，开裂只是倒下的第一块多米诺骨牌，后面的一系列连锁反应才最要命：
开裂—装配失效—产品寿命缩短—应用风险大增—废件成本加倍....
所以，别人塌房，要命。
它塌房，不光 要 命 还 要 钱 。
那么，
综合性能一直优秀的阻燃PC/ABS，为何在螺丝柱开裂问题上频繁拉垮？
还是那句话，复杂的工作我们来做。今天就由我们10几年经验的材料攻城狮严工从材料角度为大家，总结了几款在螺丝柱开裂问题上的材料解决方案！
请参考！
01
常开裂的几大原因，
供你对号入座，请参考!
那么，螺丝柱开裂问题为什么老大难？
很显然，它不同于外观问题，注塑出来马上就能被发现。
有些‘暴脾气’的当场开裂，但，更多的是‘反射弧很长’的，等到完全装配好，放在仓库几个月后才开裂...
而且，据我们从客户处收集来的数据中，可以知道，这样‘损失惨重’的灾难可不是个例。
那么，今天，就从材料角度，为大家深入解剖，为何‘开裂悲剧’常在阻燃PC/ABS螺丝柱上出现？
说来也简单，
我们根据不同情况，区分出了不同的开裂原因：
以上，对号入座，我们知道，‘反射弧很长’的开裂，一般是由于材料的 耐 老 化 性 差。
因为，阻燃PC/ABS的PC分子链，在长期放置过程中，会发生一系列断链+交联的复杂反应，导致分子链分布 越 来 越 宽（分子链分布越窄，性能越稳定）。
所以，这就很好理解了，为什么一开始韧性很好，冲击性能能达到600~700水平的阻燃PC/ABS，放置2个月后，就变成了一块只有100左右的‘干脆面’。
试问：
谁家‘干脆面’用在螺丝柱这样的结构件，能不裂啊？?
那么，既然，阻燃PC/ABS如此不耐老化，是不是可以考虑用别的料来替代呢？
当然 可 以 。
譬如，PPO、PA料，在性能上均更具优势。
但，PA料，很贵，更高端的产品，或者要求很高的制件上，才会考虑。
PPO，塑料界中的‘爱马仕’，除非是超高耐热要求，才会用它。
还有人提到ABS，且不说它的耐老化性不如PC，单凭它做不了无卤，不环保这一点，就直接被PASS掉了‘上台的机会’。
总而言之，阻燃性、加工性、性价比...等综合考虑一圈下来，得出的结论就是：
阻燃PC/ABS的地位稳如老狗，不可撼动。
所以，与其想着换料，不如，将我们的‘性价比之王’阻燃PC/ABS抢救一下。
02
“塑优案”PC/ABS，
专治不服！
我们只知道PC/ABS是性价比之王，
不仅物理性能优秀；加工性能尚可，而且，还更环保（可不含卤素重金属）；与其他高性能材料相比，更是具备了一定的成本优势。
然而，属实有两把刷子的阻燃PC/ABS，除了耐老化性能等不足外，还有几个不容忽视的BUG：
? 增韧剂含量低和无卤阻燃剂的加入，对材料韧性和延展性影响较大；
? PC，由于空间位阻大的苯环结构存在在注塑后制件的某些部位，会导致，极易发生应力集中从而开裂。
但，在改性材料工程师眼里，BUG=机会。
那么，目前，业内都取得了什么样的改性成果？接下来就以锦湖日丽为例，看看是否有突破？
不负众望，从基料的严格筛选到特殊助剂的应用，锦湖日丽塑优案?团队经过无数次配方升级，推出了这款：PC/ABS HAC8250NH-NOCA。
那么，HAC8250NH-NOCA的过人之处是什么？与国内外主流专家企的改性成果PK，结果如何？
话不多说，我们看实验数据：
结果显示：
HAC8250NH-NOCA的收缩率更接近金属;
熔体流动性更优，达到了20（240℃*5kg），加工成本会降低不少；
同时，断裂伸长率独领风骚，大了至少15+，韧性更优；
尤其，耐冲击性更是一骑绝尘，高达550。
那么，看起来如此优秀的HAC8250NH-NOCA，在螺丝柱结构的实际应用中是否 同 样 优 秀 ？以及耐老化性又如何呢？
我们不妨，实际验证一下：
螺丝孔开裂场景测试：
无化学品接触，应力导致的螺丝孔开裂
将国内外竞料、常规阻燃PC/ABS，放在同一条件（同模具、同尺寸螺丝、同扭矩...）下，评估以下三种开裂情况：
①直接攻入螺丝—考验韧性
②打好的螺丝柱板放置2个月—考验耐老化性
③浸入冰醋酸溶剂1min—考验耐化性
结果如下：
* 选取M3.5*10自攻螺丝攻入后2.8/5.5螺丝柱
* 扭矩1.0N·m 各打入20个螺丝柱
显而易见：
不愧是冲出重围的0开裂王者！
不管是韧性、耐老化性，还是耐化性，全部表现优秀，做到统统0开裂的，只 有 它 ！
看来，螺丝柱开裂问题是真的有救了。那么，还有没有更加青出于蓝而胜于蓝的材料呢？
03
更强王者来了，
这款料不开裂 还更耐化！
经过更多实践，我们还真发现了一款，耐化性更强的改性料，阻燃PC/PBT。
这一次，直接将难度升级 5 倍。
将材料浸泡在腐蚀性极强的冰醋酸溶剂里面，长达5min后再取出，我们发现：
除了阻燃PC/PBT，妥妥拿捏住，其他材料都纷纷倒下了。
常规阻燃PC/ABS和阻燃PC样条表面有明显的银纹出现，就算是HAC8250NH-NOCA都不能保证百分百没有裂纹，而，PC/PBT K8550NH样条表面均未出现任何银纹（只能说都是实力啊，实力）。
螺丝孔耐化评估-客户终端表现
最后，再来看看，PC/PBT K8550NH用在客户终端螺丝柱结构上的效果：
冰醋酸浸泡5min后，在螺丝柱上打入螺丝钉，静置24h后，会发生什么呢？
冰醋酸浸泡5min后清水清洗，静置24h后
我只能说，又一 0 开 裂 王 者 诞生了！
当然，除了腐蚀性极强的冰醋酸试验，我们也测试了，很多装配过程中不可避免的除锈油测试，结果，PC/PBT也没在怕的，从竞料中脱颖而出，青出于蓝而胜于蓝。
那么，耐化性更强的阻燃PC/PBT，与阻燃PC/ABS在性能上相比，能否PK得过呢？
我们已经为各位客官试过了，
阻燃PC/PBT，除了尺寸稳定性差了点、断裂伸长率小了，其他性能均旗鼓相当。
至于，这两种料，该如何选：
阻燃PC/ABS HAC8250NH-NOCA更适合尺寸稳定性要求更高，韧性要求更高的场景。
而，阻燃PC/PBT K8550NH更适合耐化性要求更高，直接接触化学试剂的部件。
最后，
鉴于螺丝柱开裂是业内普遍存在的难点，所以，关于螺丝柱装配遇到的问题，锦湖日丽除了能提供更适合你的料之外，还可以提供：
一系列全程1v1的材料设计+工艺指导、
一套完整的内部专业评价开裂方式指导、
资深专家手把手包会，包解决，专业一条龙服务
...
总而言之，物 超 所 值 。
塑料件（二）
1.4、装配设计
指有装配关系的零部件之间的装配尺寸设计。主要注意间隙配合和公差的控
制。
1.4.1 止口
指的是上壳与下壳之间的嵌合。设计的名义尺寸应留 0.05~0.1mm 的间隙，
嵌合面应有1.5~2°的斜度。端部设倒角或圆角以利装入。
上壳与下壳圆角的止口配合。应使配合内角的 R 角偏大，以增大圆角之间
的间隙，预防圆角处的干涉。
1.4.2 扣位
主要是指上壳与下壳的扣位配合。在考虑扣位数量位置时，应从产品的总体外形尺寸考虑，要求数量平均，位置均衡，设在转角处的扣位应尽量靠近转角，
确保转角处能更好的嵌合，从设计上预防转角处容易出现的离缝问题。
扣位设计应考虑预留间隙，设计扣位时应考滤侧抽心有无足够的行程。
1.4.3 螺丝柱
一般采用自攻螺丝，直径为 2~3mm。
以上表中所提供的是 HIPS 和ABS 料常用螺丝孔尺寸，对于不同的材料，
螺丝孔尺寸有所不同，一般来说，比较软、韧性较好的材料d 值小，较脆的材料
所选d 值要大一点。
1.5、结构设计
在基本厚度的设计上，不宜过薄，否则外客强度不足，容易导致变、断裂等
问题的出现，过厚则浪费材料，影响注塑生产。一般外壳壁厚控制在1~2mm。
外壳整体厚度应平均过度，不得存在厚度差异变化大的结构，否则容易导致外观
缩水，特别是在筋位底部和螺丝柱位。为预防缩水，筋位厚度控制在0.6~1.2mm。
1.5.1 面壳
键孔的设计。键孔的碰穿方式有三种选择。
A 方式利于模具的制作，但碰穿处的利边容易导致卡键；B 方式则避免了卡键问题，但当碰
穿偏心时则键孔变小，产生利边。C 方式增加了按键的倒入斜脚，同时保存了碰穿偏心的余
量，有效的防止了问题的出现，现一般采用B 或C。
1.5.2 按键设计
间隙：按键设计时要注意按键与面壳键孔的间隙，一般来说，如果按键采用
硅胶按键，则按键与面壳键孔的间隙为0.2~0.3mm。如果按键采用悬臂梁，则要
考虑预留按动时偏摆的间隙。如按键表面需要处理则要考虑各种表面处理对间隙
的影响。水镀（电镀）镀层厚度一般为0.1mm，喷涂和真空镀一般为0.05mm。
键顶圆弧：如虑按键表面需进行丝印等处理时，按键表面圆弧不宜过大，弓
形高度小于0.5mm。
圆角：按键顶部周边需倒圆角，避免卡住按键。
悬臂梁的不同设计对按键效果有不同的影响
上图所示按键按动时偏摆较大，按键与面板键孔要预留较大的间隙
上图所示按键按动时偏摆较小，按键主要做垂直运动，按键与面板键孔预留
较小的间隙
另一方面，悬臂梁的长度和厚度也直接影响到按键的效果，如果是联体按键，
则要避免按键连动（即按一个按键时，其它按键也跟着运动的现象，严重时会发
生其它按钮发生动作，造成误操作）
按键手感：轻触式按钮的按动力量大小一般要求在100g~200g，按动灵活，
手感良好。
按键寿命：按键寿命一般要求100000 次，
控制变形：对于悬臂梁按键，生产、运输、储存时一定要控制按键的变形，
因为轻微的变形都可能导致按键的使用效果明显下降。