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1、T/CSAE1932021目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14试验原理.25试验要求.26试验方法及推荐拧紧扭矩.47试验报告.5附录A（资料性）塑料柱结构设计.6附录B（资料性）不同塑料材质塑料柱主要尺寸设计.7附录C（资料性）拧紧转速对贴合扭矩和屈服扭矩的影响.8附录D（资料性）推荐拧紧扭矩案例解析.9IT/CSAE193-2021汽车用自攻螺钉在热塑性塑料上拧紧扭矩性能试验方法1范围本文件规定了汽车用自攻螺钉在热塑性塑料上拧紧扭矩性能试验方法及试验要求。本文件仅适用于采用自攻螺钉将被连接零件紧固到热塑性塑料结构的场景。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规
2、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/T2918塑料试样状态调节和试验的标准环境GB/T3099.1螺栓、螺钉、螺母及附件名词术语QC/T713塑料（尼龙）用自攻螺钉螺纹3术语和定义GB/T3099.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1贴合扭矩sungtorque（）自攻螺钉攻入过程中，自攻螺钉支撑面和被连接件贴合，使自攻螺钉弹性拉伸开始时的扭矩。3.2屈服扭矩yieldtorque（）连接副所有零件完全贴合后，使连接副组件发生塑性变形时的扭矩。3.3推荐拧紧扭
3、矩tighteningtorque（）自攻螺钉紧固被连接零件攻入塑料柱中，使连接副产生夹紧力且连接副不发生塑性变形时推荐的扭矩。3.4贴合扭矩均值averagesungtorque（𝑠）在一组试验中，对贴合扭矩进行算术平圴值计算的结果。=1+2+𝑠(1)3.5贴合扭矩上限theupperlimitofsungtorque（𝑠+3）在一组试验中，为贴合扭矩标准方差，贴合扭矩均值加上3的值。3.6贴合扭矩下限theunderlimitofsungtorque（𝑠3）1T/CSAE1932021在一组试验中，为贴合扭矩标准方差，贴合扭矩
4、均值减去3的值。3.7屈服扭矩均值averageyieldtorque（𝑠）在一组试验中，对屈服扭矩进行算术平圴值计算的结果。=1+2+𝑠3.8屈服扭矩上限theupperlimitofyieldtorque（𝑠+3）在一组试验中，为屈服扭矩标准方差,屈服扭矩均值加上3的值。3.9(2)屈服扭矩下限theunderlimitofyieldtorque（𝑠3）在一组试验中，为屈服扭矩标准方差,屈服扭矩均值减去3的值。3.10状态调节conditioning为使样品或试样达到温度和湿度的平衡状态所进行的一种或多种操作。4试验原理使用带
5、有扭矩-角度传感器的拧紧工具,用自攻螺钉紧固被连接零件攻入热塑性塑料柱中，直至塑料柱滑牙。如果出现自攻螺钉断裂、塑料柱塌陷、被连接零件压溃，需要反馈给设计源头进行连接副优化设计。采集拧紧过程中扭矩-角度曲线上的贴合扭矩和屈服扭矩，并在一定样本量的条件下进行统计分析，输出𝑠、𝑠、𝑠+3、𝑠3。5试验要求5.1状态调节及环境要求按照GB/T2918中规定选用适当条件对热塑性塑料柱进行状态调节，有特殊要求时，需双方协商适当的条件。试验应确保与塑料柱状态调节相同的环境下进行，除非另有规定，例如在高温或低温下试验。图1扭矩-角度拧紧曲线示意
6、图5.2设备要求2纹规格d3456牙型角30303030螺距P1.351.802.242.70螺纹大径d13.18-0.184.18-0.185.18-0.186.22-0.22螺纹底径d22.1-0.602.71-0.603.38-0.753.94-0.75T/CSAE193-2021试验设备包含带扭矩-角度传感器的拧紧工具及其控制系统，用于设置拧紧程序、采集拧紧过程中的数据、生成“扭矩-角度”的拧紧曲线如图1所示。5.2.1拧紧工具性能参数要求按照QC/T713中规定，自攻螺钉螺纹参考以下类型，但不限于此螺纹。见图2所示。图2塑料用自攻螺钉螺纹类型示意图塑料用自攻螺钉螺纹类型主要相关尺寸见
7、表1所示。表1塑料用自攻螺钉螺纹类型主要相关尺寸要求单位(mm)自攻螺钉公称直径在3mm到6mm时，拧紧工具参数必须满足以下要求：扭矩传感器范围：0.5Nm10Nm；拧紧工具精度：3%；测量角度误差：2；转速范围：30RPM1000RPM，且转速可调整；当试验自攻螺钉的规格超出上述范围时，应更换合适的拧紧工具和更大量程的扭矩传感器。5.3工作台及夹具要求3T/CSAE1932021工作台用于固定塑料柱部件，使部件在X、Y两方向上可自由移动，且可以在任意处锁紧固定。固定塑料柱部件时应避免塑料柱发生目视可见的变形。工作台与夹具的结构如图3所示。图3工作台与夹具结构示意图6试验方法及推荐拧紧扭矩6.
8、1试验过程过程如下：a)试验前对每个自攻螺钉和塑料柱进行编号，对自攻螺钉和塑料柱的尺寸进行检测并记录。自攻螺钉螺纹尺寸参考表1所示，塑料柱结构和尺寸可参考附录A和附录B；b)将现场装配的实际产品作为被连接零件，按实际装配状态叠放在一起，紧固在工作台夹具上并锁紧，应确保拧紧工具轴线与被夹件表面目视垂直无偏斜；c)试验拧紧工具转速范围30RPM1000RPM，以恒定转速拧紧自攻螺钉，直到塑料柱滑牙。拧紧转速对贴合扭矩和屈服扭矩的影响见附录C，需要结合工厂实际装备水平选择拧紧转速；d)记录每组试验的贴合扭矩、屈服扭矩；e)按数据统计方法计算出𝑠、𝑠、𝑠
9、+3、𝑠3。6.2试验样本量出于统计学意义，每组试验有效样本量不少于12个，当试验中自攻螺钉发生断裂、塑料柱塌陷、被连接零件压溃，则该单个试验数据无效。6.3推荐拧紧扭矩计算4T/CSAE193-2021当𝑠+3𝑠3时，说明该组试验数据稳定可靠。𝑠+3与𝑠3两者之差反映了当前试验条件下塑料柱所能承受的扭矩性能。差值越大，拧紧扭矩受外界影响因素越小。按照数据统计方法可计算推荐拧紧扭矩。推荐拧紧扭矩的取值按公式（3）计算：=𝑠+(𝑠3𝑠+3)(1)式中：安全系数，与塑料柱
10、的本身强度有关。强度越大，值越大。一般=0.40.6，可根据需要自行调整。以上推荐拧紧扭矩仅仅是测试自攻螺钉与塑料柱连接副本身的性能，具体推荐拧紧扭矩选择范围如图4所示。指导工厂现场装配扭矩还需要结合各工厂制定的扭矩控制规范。建议各工厂扭矩控制规范上限不能超过试验推荐拧紧扭矩。详细案例解析见附录D。图4推荐拧紧扭矩选择范围示意图7试验报告试验报告应参考本文件，注明试验条件并输出如下内容：a)自攻螺钉零件号、批次号和规格；b)塑料件零件号、塑料柱材料牌号和尺寸（含外直径、内孔径及啮合深度）；c)被连接零件材料牌号和尺寸（厚度、孔径）；d)自攻螺钉表面涂层/镀层；e)试验温度和湿度；f)拧紧转速；
11、g)失效形式（自攻螺钉断裂/塑料柱滑牙）；h)试验曲线：扭矩-角度拧紧曲线；i)试验数据：𝑠、𝑠、𝑠+3、𝑠3；j)推荐拧紧扭矩：。5T/CSAE1932021AA附录A（资料性）塑料柱结构设计基于图2及表1自攻螺钉螺纹类型情况下，建议塑料柱结构采用如图A.1所示，在实际应用中，也允许与建议的结构有所差异。理由如下：材料的加工条件注塑模具的设计浇口痕迹的距离注塑时熔融塑料结合形成的流动纹理局部纹理，例如：填充剂和添加剂相同名称的材料往往构成不完全一样。例如：关于新料和再生料的比例。因此，如何制作塑料柱样件进行试验与旋入深度IE有关
12、。注1：沉头孔非常重要，因为它保证了周边应力的均匀分布，且有利于自攻螺钉的导入和同心，因此无需在自攻螺钉末端做锥形导向。注2：旋入深度IE由自攻螺钉有效螺纹的长度减去沉头孔深度和被连接零件的厚度得出。注3：d1为螺纹大径1.dLg=0.98dL2.dS=1.1d13.hmin=0.3d1；hmax=0.5d1图A.1塑料柱尺寸要求6塑料材质定位孔直径(dL)塑料柱外径(dA)旋入深度(IE)PVC(Soft)0.70d12.00d12.00d1PP0.70d12.00d12.00d1ABS0.80d12.00d12.00d1ABS/PCBlend0.80d12.00d12.00d1ASA0.7
13、8d12.00d12.00d1PC0.85d12.50d12.20d1PBT0.75d11.85d11.70d1PPO0.85d12.50d12.20d1POM0.70d11.95d12.00d1PET0.75d11.85d11.70d1PMMA0.85d12.00d12.00d1PA60.75d11.85d11.70d1PS0.80d12.00d12.00d1PA660.75d11.85d11.70d1PA460.73d11.85d11.80d1PVC(Hard)0.80d12.00d12.00d1SAN(AS)0.77d12.00d11.90d1PP-TV200.72d12.00d12.0
14、0d1PC-GF300.85d12.20d12.00d1PA6-GF300.80d12.00d11.90d1PBT-GF300.80d11.80d11.70d1POM-GF300.75d11.95d12.00d1PET-GF300.80d11.80d11.70d1PA66-GF300.82d12.00d11.80d1PA46-GF300.78d11.85d11.80d1T/CSAEXX-2021BB附录B（资料性）不同塑料材质塑料柱主要尺寸设计表B.1所示为不同塑料材质（根据杨氏模量强度进行排序）塑料柱相关尺寸要求。表B.1不同塑料材质塑料柱尺寸设计7T/CSAEXX2021CC附录C（资料性
15、）拧紧转速对贴合扭矩和屈服扭矩的影响图C.1所示试验数据来自以下测试条件：自攻螺钉规格：d1=4mm；塑料材质：ABS；塑料柱尺寸：dL=3.2mm、IE=8mm。图C.1拧紧转速对贴合扭矩和屈服扭矩的影响8样本编号（Nm）（Nm）11.004.0521.064.1631.124.0840.974.0750.973.9861.124.0670.994.2581.114.1290.984.18101.074.15111.034.05121.064.57𝑠1.04𝑠4.14贴合扭矩标准差0.06屈服扭矩标准差0.15𝑠+31.22𝑠3
16、3.69T/CSAEXX-2021DD附录D（资料性）推荐拧紧扭矩案例解析表D.1为某一组测试紧固过程中采集到的贴合扭矩和屈服扭矩。表D.1扭矩-转角拧紧需要读取的数据根据上表D.1所得：𝑠=1.04、𝑠=4.14、𝑠+3=1.22、𝑠3=3.69满足条件𝑠+3𝑠3选取=0.5；推荐拧紧扭矩的取值由公式D.1：=𝑠+(𝑠3𝑠+3)(D.1)代入数据后得：=1.04+0.53.691.22=2.28根据工厂实际扭矩控制规范，现场拧紧扭矩为（1.90.3）。9