GB/T 43655-2024 自攻螺钉连接 底孔直径和拧紧扭矩技术条件
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资料介绍
ICS 21. 060. 10 CCS J 13
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 43655—2024
自攻螺钉连接
底孔直径和拧紧扭矩技术条件
Self-tappingscrew connections—
Specification ofthepilotholediameterand tighteningtorque
2024-03-15发布 2024-10-01实施
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发
布
GB/T 43655—2024
前 言
本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。
本文件由中国机械工业联合会提出 。
本文件由全国紧固件标准化技术委员会(SAC/TC85)归 口 。
本文件起草单位 : 中机生产力促进中心有限公司 、舟山市 7412工厂 、上海集优标五高强度紧固件有限公司 、浙江天开实业有限公司 、浙江新盛达金属科技发展股份有限公司 、晋亿实业股份有限公司 、上海义文机电有限公司 、河北五维航电科技股份有限公司 、中机研标准技术研究院(北京) 有限公司 、东莞市欧力得五金制品有限公司 、超捷紧固系统(上海)股份有限公司 、衢州职业技术学院 。
本文件由全国紧固件标准化技术委员会负责解释 。
Ⅰ
GB/T 43655—2024
自攻螺钉连接
底孔直径和拧紧扭矩技术条件
1 范围
本文件规定了不同板材厚度 、不同材料强度下自攻螺钉连接底孔直径 ,为拧紧扭矩的确定和分类提供了计算说明 。
本文件适用于螺纹规格为 ST2. 2~ST9. 5、符合 GB/T 5280 自攻螺钉与规定强度的金属材料连接 。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 ,注日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 3098. 5 紧固件机械性能 自攻螺钉
GB/T 5280 自攻螺钉用螺纹
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件 。
3. 1
摇摆 tumble
当板材过薄而造成的螺钉旋入板材孔时产生的不稳定摆动的现象 。
3.2
摇摆极限 tumblelimit
产生不稳定摆动时的板厚极限值 。
4 符号
下列符号适用于本文件 。
c 螺纹牙顶宽度 ,单位为毫米(mm) ;
d 底孔直径 ,单位为毫米(mm) ;
dD 通孔直径 ,单位为毫米(mm) ;
d1 螺钉螺纹公称直径 ,单位为毫米(mm) ;
d2 螺钉螺纹小径 ,单位为毫米(mm) ;
FRp0. 2 在最小屈服点或在规定塑性延伸率为 0. 2%时的应力对应的载荷 ,单位为牛顿(N) ;
FS 部件的断裂载荷 ,单位为牛顿(N) ;
MB 符合 GB/T 3098. 5要求的破坏扭矩 ,单位为牛顿米(N · m) ;
MO 超拧扭矩 , 即所攻螺纹被破坏的扭矩 ,单位为牛顿米(N · m) ;
MS 拧入扭矩(攻丝扭矩) ,单位为牛顿米(N · m) ;
MT 拧紧扭矩 ,单位为牛顿米(N · m) ;
1
GB/T 43655—2024
P 螺距 ,单位为毫米(mm) ;
Rm 薄板抗拉强度 ,单位为兆帕(MPa) ;
t 对称连接上下板厚度 ,单位为毫米(mm) 。
注 : 对称连接指双层板材连接 。
5 自攻螺钉的简单螺纹连接应用限值
5. 1 概述
自攻螺钉螺纹连接仅在被连接件上预先钻孔或冲孔 ,孔内未预制螺纹 ,连接时由 自攻螺钉攻出与其匹配的内螺纹 。两个被连 接 件 可 以 都 有 底 孔(见 图 1) , 或 仅 下 连 接 件 有 底 孔 , 而 上 连 接 件 有 通 孔(见图 2) 。 由于待连接件厚度的不同 ,这种类型的连接有一定的应用局限 。
自攻螺钉一般不用于预载荷连接 。
5.2 板材厚度下限
如果板材厚度小于摇摆极限 ,则可在无扭矩数值显示下(0 N · m 扭矩) 将自攻螺钉拧入小直径孔中 ,在这种情况下可根据公式(1)计算板材厚度 :
t= (P - c) - (d1 -d2 )tan30° ……………………( 1 )
表 1 中列出了使用 c、d1 和 d2 (按照 GB/T 5280确定)最大值时产生的摇摆极限 。
为远离摇摆极限 ,并确保足够大的拧紧扭矩 ,板材厚度下限 tmin应至少与螺距相同 。
如果板厚太小 ,可以通过底孔扩口(见图 3) 、拉伸底孔(见图 4) ,或创建一个螺旋形孔(见图 5)来确保所需的拧紧扭矩 。在使用带螺旋孔的螺纹连接中 ,要用专用工具使孔的边缘呈现螺旋形 ,其形状和螺钉的导程相匹配 。
对于薄板 ,也可以使用自锁螺母或簧片螺母 (见图 6)进行自攻螺钉连接 ,待连接件上需要有通孔 。
图 1 简单螺纹连接(两个底孔组合)
图 2 简单螺纹连接(1个通孔 + 1 个底孔)
2
GB/T 43655—2024
图 3 底孔扩口(薄板)
图 4 拉伸底孔(薄板)
图 5 带螺旋孔的螺纹连接
图 6 带簧片螺母的螺纹连接
3
GB/T 43655—2024
表 1 板材厚度限值
单位为毫米
螺纹规格
ST2. 2
ST2. 9
ST3. 5
ST3. 9
ST4. 2
ST4. 8
ST5. 5
ST6. 3
ST8
ST9. 5
螺距
0. 8
1. 1
1. 3
1. 3
1. 4
1. 6
1. 8
1. 8
2. 1
2. 1
摇摆极限
0. 35
0. 58
0. 69
0. 63
0. 65
0. 75
0. 91
0. 86
0. 91
0. 91
板材厚度下限 tmin
0. 80
1. 10
1. 30
1. 30
1. 40
1. 60
1. 80
1. 80
2. 10
2. 10
板材厚度上限 tmax
1. 79
2. 20
2. 80
3. 00
3. 38
3. 84
4. 37
5. 00
6. 40
7. 50
5.3 板材厚度上限
板材厚度的上限不应超过 0. 8×d1, max, 以便拧入扭矩不超过 GB/T 3098. 5 规定的最小破坏扭矩的50% ,螺钉拧入过程中在确保达到必要的拧紧扭矩的同时 ,与破坏扭矩保持足够的安全裕度 。板材厚度限值如表 1所示 。
5.4 自攻螺钉连接方式
待连接板材的厚度应大于所选螺钉的螺距 ,否则会由于螺钉头下螺纹不完整而无法施加足够大的拧紧扭矩 。如果无法满足此条件 ,可采用图 3~ 图 6 中所示的自攻螺钉连接 。
6 底孔直径
本章规定的底孔直径是根据以下条件确定的 :
a) 图 2所示上半部分通孔 、下半部分底孔的简单自攻螺钉连接 ;
b) 钻底孔 ;
c) 表面硬化自攻螺钉 ,并且无涂镀层 ;
d) MS≤0. 5×MB 。
如不满足上述条件 ,不适用表 2~表 11 中的底孔直径(另见第 8章) 。
对于对称连接 ,拧入扭矩和底孔直径之间的关系对拧紧扭矩值有决定性影响 ,可以用公式(2) 从经验上描述 :
MS = (0. 0263d12 + 0. 113d1 -0. 071)[- 1. 9(d-d2 ) +0. 305d1 ] ·Rm (2. 4t2 + 0. 9)
……………………( 2 )
公式(2)仅对表面抛光的表面硬化自攻螺钉有效 。不同于此条件的说明 ,参见第 8章 。
根据以上条件 ,计算得出表 2~表 11 中的底孔直径 。
当采用未规定的板材厚度或强度时 ,底孔直径可根据公式(2)计算 。
4
GB/T 43655—2024
表 2 ST2.2 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0. 8
1. 7
1. 7
1. 7
1. 7
1. 7
1. 7
1. 7
1. 7
1. 7
0. 9
1. 0
1. 8
1. 1
1. 8
1. 2
1. 8
1. 3
1. 8
1. 4
1. 9
1. 5
1. 8
1. 9
1. 6
1. 8
1. 9
1. 7
1. 9
1. 8
1. 8
表 3 ST2.9 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1. 1
2. 2
2. 2
2. 2
2. 2
2. 2
2. 2
2. 2
2. 2
2. 3
1. 2
1. 3
2. 3
1. 4
2. 3
2. 4
1. 5
2. 3
2. 4
1. 6
2. 3
2. 4
1. 7
2. 4
1. 8
2. 3
2. 5
1. 9
2. 4
2. 5
2. 0
2. 3
2. 5
2. 2
2. 4
2. 5
5
GB/T 43655—2024
表 4 ST3.5 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1. 3
2. 6
2. 6
2. 6
2. 6
2. 6
2. 6
2. 7
2. 7
2. 8
1. 4
2. 7
2. 7
2. 7
2. 7
2. 7
2. 7
2. 8
1. 5
2. 8
2. 9
1. 6
2. 9
1. 7
2. 8
1. 8
2. 8
2. 9
1. 9
2. 9
3. 0
2. 0
2. 8
2. 9
3. 0
2. 2
2. 8
3. 0
3. 0
2. 5
2. 9
2. 9
3. 0
3. 1
3. 1
2. 8
2. 8
3. 0
3. 1
表 5 ST3.9 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1. 3
2. 9
2. 9
2. 9
2. 9
2. 9
2. 9
3. 0
3. 0
3. 1
1. 4
3. 0
3. 1
3. 1
1. 5
3. 0
3. 0
3. 0
3. 0
3. 0
3. 2
1. 6
3. 1
3. 2
1. 7
3. 1
3. 2
3. 3
1. 8
3. 2
3. 3
1. 9
3. 1
3. 2
3. 3
2. 0
2. 2
3. 1
3. 2
3. 3
3. 4
2. 5
3. 2
3. 3
3. 3
3. 4
3. 4
2. 8
3. 2
3. 3
3. 4
3. 4
3. 0
3. 5
6
GB/T 43655—2024
表 6 ST4.2 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1. 4
3. 1
3. 1
3. 1
3. 1
3. 1
3. 1
3. 2
3. 3
3. 4
1. 5
3. 2
3. 2
3. 2
3. 2
3. 2
3. 2
1. 6
3. 3
3. 4
1. 7
3. 3
1. 8
3. 3
3. 4
3. 5
1. 9
3. 4
2. 0
3. 3
3. 4
3. 5
3. 5
2. 2
3. 5
3. 6
2. 5
3. 4
3. 4
3. 5
3. 6
3. 6
2. 8
3. 3
3. 5
3. 6
3. 6
3. 0
3. 4
3. 5
3. 7
3. 5
3. 3
3. 5
3. 6
3. 6
3. 7
3. 7
3. 7
表 7 ST4. 8 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1. 6
3. 6
3. 6
3. 6
3. 6
3. 6
3. 7
3. 8
3. 9
3. 9
1. 7
3. 7
3. 8
3. 9
4. 0
1. 8
3. 8
4. 0
1. 9
3. 7
3. 9
2. 0
3. 8
3. 9
4. 0
4. 1
2. 2
3. 7
3. 9
4. 0
4. 1
2. 5
3. 7
3. 9
4. 0
4. 0
4. 1
4. 1
4. 2
2. 8
3. 8
4. 0
4. 1
4. 2
4. 2
3. 0
3. 7
3. 9
4. 1
4. 2
3. 5
3. 8
4. 0
4. 1
4. 2
4. 2
4. 3
4. 0
4. 0
4. 1
4. 2
4. 3
4. 3
7
GB/T 43655—2024
表 8 ST5.5 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1. 8
4. 2
4. 2
4. 2
4. 2
4. 3
4. 4
4. 5
4. 6
4. 6
1. 9
4. 4
4. 5
4. 6
4. 7
2. 0
4. 3
2. 2
4. 3
4. 4
4. 5
4. 6
4. 7
4. 7
4. 8
2. 5
4. 4
4. 6
4. 7
4. 7
4. 8
4. 8
2. 8
4. 4
4. 6
4. 7
4. 8
4. 9
3. 0
4. 5
4. 8
4. 9
3. 5
4. 4
4. 6
4. 7
4. 8
4. 9
4. 9
4. 0
4. 6
4. 7
4. 8
4. 9
4. 9
5. 0
5. 0
4. 5
4. 7
4. 8
4. 9
50
表 9 ST6.3 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1. 8
4. 9
4. 9
4. 9
4. 9
5. 0
5. 2
5. 3
5. 3
5. 4
1. 9
5. 0
5. 1
5. 4
2. 0
5. 1
5. 2
5. 3
5. 4
5. 5
2. 2
5. 0
5. 2
5. 3
5. 4
5. 5
5. 5
5. 6
2. 5
5. 0
5. 2
5. 4
5. 4
5. 5
5. 6
5. 6
2. 8
5. 2
5. 3
5. 5
5. 5
5. 6
5. 7
5. 7
3. 0
5. 3
5. 4
5. 5
5. 6
5. 7
3. 5
5. 2
5. 4
5. 5
5. 6
5. 7
5. 7
5. 8
4. 0
5. 3
5. 5
5. 6
5. 7
5. 8
5. 8
4. 5
5. 5
5. 6
5. 7
5. 8
5. 8
5. 0
5. 7
5. 8
8
GB/T 43655—2024
表 10 ST8的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2. 1
6. 3
6. 3
6. 3
6. 3
6. 5
6. 6
6. 7
6. 8
6. 9
2. 2
6. 5
6. 6
6. 8
6. 8
6. 9
7. 0
2. 5
6. 5
6. 7
6. 8
6. 9
7. 0
7. 0
7. 1
2. 8
6. 4
6. 7
6. 8
6. 9
7. 0
7. 1
7. 1
7. 2
3. 0
6. 5
6. 8
6. 9
7. 0
7. 1
7. 2
3. 5
6. 4
6. 8
7. 0
7. 1
7. 1
7. 2
7. 2
7. 3
7. 3
4. 0
6. 7
6. 9
7. 1
7. 2
7. 2
7. 3
7. 3
4. 5
6. 8
7. 1
7. 2
7. 3
7. 4
5. 0
7. 0
7. 3
7. 4
7. 4
5. 5
7. 1
7. 2
7. 3
7. 4
6. 0
7. 4
6. 5
7. 2
7. 3
7. 4
表 11 ST9.5 的底孔直径
钢板厚度 t
mm
底孔直径 d/mm
材料最小拉伸强度 Rm
MPa
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2. 5
7. 5
7. 5
7. 7
8. 0
8. 1
8. 2
8. 3
8. 3
8. 4
2. 8
7. 6
8. 0
8. 1
8. 2
8. 3
8. 4
8. 4
8. 6
3. 0
7. 7
8. 1
8. 2
8. 3
8. 4
8. 6
3. 5
7. 6
8. 1
8. 3
8. 4
8. 4
8. 6
8. 6
8. 7
8. 7
4. 0
8. 0
8. 2
8. 4
8. 6
8. 6
8. 7
8. 7
4. 5
8. 1
8. 4
8. 6
8. 7
8. 8
5. 0
8. 3
8. 7
8. 8
8. 8
5. 5
8. 4
8. 6
8. 7
8. 8
6. 0
8. 8
6. 5
8. 6
8. 7
8. 8
7. 0
8. 8
8. 9
8. 9
8. 9
8. 9
7. 5
8. 7
8. 9
9
GB/T 43655—2024
7 通孔直径
公式(3)用于计算通孔的直径 dD :
dD =d1 + 1/3(d1 -d) ……………………( 3 )
8 特殊情况
8. 1 拉伸底孔
2 mm 以下的板材通常会被拉伸底孔 , 因为拉伸过程会导致孔壁拉拔硬化 , 因此在表 2~表 11 中所列的底孔直径应依据具体材料和板材厚度增加 0. 1 mm~0. 3 mm。
在拉伸底孔中 ,螺钉只能沿着拉伸底孔方向拧紧 。
8.2 涂镀层螺钉
自攻螺钉的表面处理会改变拧入螺钉的摩擦系数值 , 因此在表 2~ 表 11 中所示的底孔直径尺寸应根据实际需要增加或 减 少 。 同 时 , 要 注 意 在 螺 钉 头 下 支 承 面 产 生 的 摩 擦 系 数 对 施 加 的 拧 紧 扭 矩 影 响较大 。
8.3 连接铬镍钢制板材
使用表面硬化自攻螺钉连接铬镍钢制板材时 ,无法提供有关底孔直径和拧紧扭矩的通用指标 ,应根据具体情况确定 。
8.4 不锈钢自攻螺钉连接
由于不锈钢自攻螺钉的表面硬度较低 ,按照本文件将这些螺钉拧入材质为钢或不锈钢的被连接件(已确定底孔直径)时 ,应考虑到螺钉的螺纹变形 。在这种情况下 ,应由试验确定使用条件 。
9 拧紧扭矩的计算和分类
理论计算得到的拧紧扭矩仅是近似值 ,为了确保适当的安全水平应对实际零件进行测试 。
为此 ,根据拧入扭矩和超拧扭矩(MS 和 MO )使用公式(4)确定拧紧扭矩 :
MT =MS, max + 1/2(MO, min - MS, max) ……………………( 4 )
对实际零件至少进行 10次试验 。
使用公式(5)时 ,螺纹连接具有足够的可靠性 :
MO, min > 2MS, max ( 5 )
另外 ,在拧紧扭矩和破坏扭矩之间有公式(6)的关系 :
MS < MT ≤ 0. 5MB ( 6 )
为了更好地表述和操作 ,拧紧扭矩分为以下扭矩等级 :1. 5 N · m、2. 0 N · m、3. 0 N · m、3. 5 N · m、 4. 5 N · m、6. 0 N · m、8. 0 N · m。
拧紧扭矩值应向下圆整到最接近的扭矩等级(例如 :3. 1 N · m 圆整为 3. 0 N · m;3. 4 N · m 圆整为3. 0 N · m) 。
MS 和 MO 的值取决于各种参数 ,例如孔径 、板材厚度和材料强度 , 以及螺钉特性 , 如螺钉材料 、螺纹公差带位置 、表面粗糙度和表面涂层 。表面涂层可以产生显著的影响 。
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GB/T 43655—2024
因此 ,改变这些值会影响拧紧扭矩 。 图 7 可看出相互之间的关系 。
示例 : 在某安装工序中以 4. 5 N · m 的扭矩拧紧所有螺钉 ,但根据公式(4) 计算得到某 自攻螺钉 连 接 的 拧 紧 扭 矩 为3. 9 N · m ,为了统一拧紧扭矩并避免更 换 安 装 工 具 , 可 减 小 板 材 的 孔 径 , 也 可 增 加 板 材 厚 度 或 材 料 强 度 来 提 高 拧 紧 扭矩 。 当板材厚度增加时 ,可以增加孔径 , 以获得匹配的拧紧扭矩 。
图 7 构成自攻螺钉连接的各种扭矩的示意图
10 拧紧速度
自攻螺钉应采用电动或气动的带扭矩设定的拧紧工具进行安装 ,拧紧速度建议设置在100 r/min~ 500 r/min之间 。
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