热熔钻攻后的螺纹强度有多大？拉脱力、破坏扭矩及不同板厚测试数据参考

热熔钻攻工艺经常应用在方管、圆管、型材以及各类薄壁金属零件上。对于第一次接触这种工艺的用户来说，一个非常常见的问题就是：材料本身只有1mm、2mm或者3mm厚，做出来的螺纹强度到底够不够？

如果只是直接在2mm钢板上钻孔攻丝，由于有效螺纹长度较短，能够参与受力的牙数有限，螺纹强度确实会受到很大限制。

但热熔钻攻并不是普通的“钻孔+切削攻丝”。

热熔钻高速旋转与工件摩擦产生热量，使孔周围的金属发生塑性流动，并沿钻孔方向形成一段向下延伸的衬套。随后再使用挤压丝锥在这段衬套内部成形螺纹。

因此，最终的有效螺纹长度往往明显大于原材料本身的壁厚，这也是热熔钻攻能够在薄壁材料上获得较高螺纹强度的重要原因。

一、热熔钻攻螺纹强度主要看什么？

评价热熔钻攻后的螺纹是否牢固，不能只看原材料厚度。

实际强度还会受到材料牌号、材料抗拉强度、壁厚、螺纹规格、热熔钻孔尺寸、衬套成形质量、有效螺纹长度、挤压丝锥规格以及加工参数等因素影响。

在实际测试中，比较常见的两个强度指标是：

拉脱力和破坏扭矩。

拉脱力主要反映螺栓受到轴向拉力时，内螺纹抵抗被拉坏、拉出的能力。

破坏扭矩则反映持续拧紧螺栓时，内螺纹抵抗滑牙、变形或者破坏的能力。

这两个数据结合起来，更能够反映热熔钻攻成形螺纹的实际连接能力。

二、什么是拉脱力？

拉脱力测试通常是将螺栓旋入已经加工完成的内螺纹中，然后沿螺栓轴向逐渐施加拉力，直到螺纹连接发生破坏。

发生破坏时对应的最大载荷，就是拉脱破坏力。

常用单位是kN，也就是千牛。

为了便于理解：

10kN大约相当于1.02吨力。

例如测试结果为25kN，大约相当于2.55吨力。

但需要注意，这种“吨力”只是为了帮助理解力的大小，并不代表实际产品就可以直接吊起相同重量。实际结构设计还需要考虑安全系数、冲击、振动、疲劳以及受力方向等因素。

三、什么是破坏扭矩？

实际装配过程中，除了考虑螺栓会不会被拉出来，还需要考虑另一个问题：

螺栓拧紧时，会不会把内螺纹直接拧坏？

这就需要看破坏扭矩。

测试时不断提高螺栓的拧紧扭矩，直到热熔钻攻形成的内螺纹出现滑牙、塑性变形或者其他形式的失效。

此时的最大扭矩，就是螺纹的破坏扭矩，单位通常为N·m。

需要特别说明：

破坏扭矩并不等于推荐装配扭矩。

例如某种M8热熔钻攻螺纹的破坏扭矩为28N·m，并不代表实际生产中应该把螺栓直接拧到28N·m。

实际允许的装配扭矩应低于破坏值，并根据螺栓等级、摩擦系数、连接结构、安全系数以及使用环境等因素确定。

四、不同板厚、不同螺纹规格的强度参考

以下数据参考Centerdrill公开的S235JR普通结构钢热熔钻孔、挤压攻丝测试资料。

不同材料和不同加工条件下，实际数据会存在差异，因此以下数值主要适合作为前期工艺评估和选型参考。

从表格可以看出，材料厚度增加以后，拉脱力和破坏扭矩通常都会明显提高。

五、以常见的2mm钢板M8螺纹为例

2mm左右的方管、圆管在机械设备、健身器材、货架、家具框架和汽车零部件中比较常见。

如果直接在2mm钢材上加工M8螺纹，由于有效牙数比较少，螺纹承载能力会受到明显限制。

使用热熔钻孔形成衬套以后，再进行M8挤压攻丝，根据公开测试资料，在S235JR材料条件下：

拉脱破坏力大约可以达到22～27kN。

换算以后，大约相当于2.2～2.7吨力。

同时，其破坏扭矩大约为：

28N·m。

这说明即使原材料只有2mm，通过热熔钻形成额外衬套以后，也可以获得明显高于普通薄板直接攻丝的有效螺纹长度。

六、3mm钢板M8强度会进一步提高

当材料厚度提高到3mm以后，热熔钻孔过程中能够参与塑性成形的材料更多，形成的衬套以及有效螺纹区域也会发生变化。

公开数据中，3mm S235JR钢材加工M8热熔钻攻螺纹：

拉脱破坏力约为：

36～42kN。

约合3.7～4.3吨力。

破坏扭矩约为：

50N·m。

而当材料厚度进一步提高至4mm时，同样为M8螺纹，其拉脱破坏力约为43～45kN，破坏扭矩可以达到约67N·m。

由此也可以看出，同一种螺纹规格下，材料厚度会明显影响最终的连接强度。

七、M10、M12大规格螺纹的强度

对于一些机械结构件来说，M8可能仍然无法满足连接需求，此时也可以采用M10、M12等更大的热熔钻攻规格。

例如3mm S235JR钢材加工M10螺纹，公开测试拉脱力约为46～53kN，相当于约4.7～5.4吨力，破坏扭矩约为66N·m。

如果材料厚度增加到4mm，M10螺纹拉脱力可以达到约68～72kN，破坏扭矩约98N·m。

3mm材料加工M12时，公开拉脱力约为50～72kN，破坏扭矩约136N·m。

4mm材料加工M12时，拉脱力可以达到约84～91kN，破坏扭矩约163N·m。

可以看出，随着螺纹直径以及材料厚度增加，热熔钻攻螺纹能够达到的破坏载荷也会明显增加。

八、为什么不同资料中的强度数据会不一样？

实际查询热熔钻攻相关资料时，会发现不同厂家、不同测试机构公布的数据并不完全一致。

例如同样是2mm左右钢材加工M6螺纹，有的公开资料拉脱力在16～17kN左右，也有测试结果能够达到19kN以上。

这并不一定代表其中某一组数据存在问题。

因为热熔钻攻最终强度受到很多因素影响。

首先就是材料本身。

即使都叫“碳钢”，Q235、S235、Q355以及不同批次材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率都可能存在区别。

其次是热熔钻底孔大小。

底孔尺寸不同，会直接影响材料流动量、衬套形状以及后续螺纹的成形率。

另外，热熔钻的结构、挤压丝锥规格、加工转速、进给速度以及润滑条件同样会影响最终结果。

所以公开强度数据更适合用于判断：

这种工艺大概处在什么强度水平。

如果涉及正式产品设计，则应以实际工件测试结果为准。

九、不锈钢和铝材可以直接套用这张表吗？

不建议。

上面的数据主要针对S235JR普通结构钢。

如果换成不锈钢、铝合金或者其他材料，最终强度会发生变化。

通常情况下，材料自身的抗拉强度越高，在其他条件相近时，热熔钻攻形成的螺纹连接强度也可能相应提高。

但材料的塑性、加工硬化以及热熔成形状态同样会影响最终结果。

特别是铝合金，其材料强度和钢材存在较大差异，因此不能直接把“2mm钢材M8的22～27kN”套用到2mm铝材上。

对于不锈钢、铝合金或者特殊高强钢，建议直接使用实际材料进行打样和强度测试。

十、拉脱力和破坏扭矩高，不代表所有方向都一样

在评价一个机械连接是否安全时，不能只看拉脱力和破坏扭矩。

实际产品可能还需要面对横向剪切、冲击载荷、长期振动、交变载荷以及反复拆装等工况。

例如某一组M8热熔钻攻螺纹的轴向拉脱力为40kN，并不能直接理解为这个连接在任意方向都可以承受40kN。

不同受力方向对应的破坏形式并不相同。

如果是普通设备护栏、支架、家具或者一般机械结构，可以通过拉脱力和扭矩数据进行初步判断。

如果涉及汽车承力件、起重设备、安全部件或者长期承受交变载荷的结构，则还应进行剪切、疲劳、振动等进一步验证。

十一、为什么热熔钻攻适合解决薄壁件螺纹问题？

热熔钻攻最大的特点，并不是单纯提高某一个孔的强度，而是通过材料塑性成形解决薄壁件有效螺纹长度不足的问题。

传统薄壁材料为了获得足够的螺纹长度，通常需要使用焊接螺母、拉铆螺母、压铆螺母，或者对局部结构进行加厚。

热熔钻孔则利用工件本身的材料形成衬套，再直接在衬套中成形螺纹，不需要额外增加一个螺母。

因此，在1～3mm左右的钢管、型材以及薄壁结构件中，这种工艺具有比较明显的应用价值。

十二、强度数据应该如何正确使用？

如果处于工艺前期选型阶段，可以根据公开数据大致判断材料厚度和螺纹规格是否具备可行性。

例如客户需要在2mm碳钢方管上加工M8螺纹，从公开测试数据来看，热熔钻攻已经能够获得较高的拉脱力和破坏扭矩，因此可以进一步进行实际工件验证。

但如果产品准备正式量产，特别是连接位置属于主要承力结构，建议使用最终生产所使用的材料、热熔钻头、丝锥以及设备参数制作样件。

然后根据实际使用要求进行：

拉脱测试、破坏扭矩测试、剪切测试，以及必要的疲劳和振动测试。

最终产品设计应以实际测试结果为依据，而不是直接将公开数据作为设计保证值。

总的来说，判断热熔钻攻螺纹强度不能简单地认为“材料只有2mm，所以螺纹一定不牢”。

热熔钻孔通过材料塑性流动形成额外衬套，提高了有效螺纹啮合长度，因此即使是在较薄的钢管、型材上，也能够获得较高的拉脱强度和破坏扭矩。

但热熔钻攻并不存在一个适用于所有材料和工件的固定强度值。

材料牌号、材料厚度、螺纹规格、底孔尺寸、刀具以及加工参数都会影响最终结果。对于重要承力零件，实际工件打样和强度测试仍然是最可靠的判断方式。

数据参考：Centerdrill公开的S235JR（St37/2）热熔钻孔及挤压成形螺纹测试资料。以上数据仅用于工艺和技术参考，不作为具体产品的设计许用载荷。