螺絲柱，也稱 BOSS 柱，是塑膠產品中常見的結構，也是成型中遇到問題最多的結構之一。螺絲柱常見的成型缺陷主要有開裂、滑牙、根部斷裂、縮水、發白、流痕等，嚴重影響塑膠產品的外觀和使用。本文將從塑料材料、結構設計、模具設計和成型工藝的角度出發，分析這些缺陷產生的原因，並提出解決方案。
圖 1 是螺絲柱的典型結構，對於很多人來說，最困惑的是螺絲柱的尺寸如何確定。螺絲柱的尺寸主要是由螺釘公稱直徑 M 和材料種類決定的。
其中外徑 D=M×外徑係數；內徑 d=M ×內徑係數；螺紋深度 H=M×螺紋深度係數。成型螺絲柱的材料不同，具體的尺寸係數也有所不同，具體可參考圖 2。
螺絲柱內徑的入口處可設計一個凹台，凹台的作用是減小攻螺絲時的初始應力。凹台的直徑 D1=M+約 0.2mm；深度 h=（0.3～0.5）×D1。有時為了設計簡單化，將凹台改成倒角，如圖 3，同樣也可以起到減小初始應力的作用，倒角的大小一般為（1～1.5）×45°。
在內徑、外徑和凹台的根部，應採用圓角過渡。因為注塑成型過程中，尖角處會產生很高的內應力。過渡圓角越大，產生的應力集中越小，如圖 4 所示，當 90°轉角的過渡圓角小於壁厚的 25%時，該處就會有較高的應力集中；在允許的情況下，推薦過渡圓角的半徑大於壁厚的 50%以上。
螺絲柱高度應儘可能矮。當螺絲柱高度大於其外徑的兩倍時，一般需要添加加強筋以增加強度。螺絲柱不能太靠近外壁，否則會造成製件的壁厚不均，從而導致縮水。當靠近外壁時，可採用加強筋與外壁相連，如圖 5 所示。
有時會在螺絲柱上作火山口。所謂的火山口就是將螺絲柱的外圓柱面的孔緣和銷同步向上延伸，如圖 6 和圖 7 所示。此時螺絲柱根部的塑膠不再那麼集中，冷卻充分，對防止縮痕有很好的效果。
攻螺絲時，螺絲柱可能會產生開裂，可以從以下幾個方面分析和解決：
1） 材料太脆，材料發生降解，韌性不夠
材料中摻入過多比例的水口，可能會導致材料過脆；材料的斷裂伸長率過低，也容易導致螺絲柱開裂。一般來說，對於玻纖含量超過40%的材料，不推薦在螺絲柱上攻螺絲。成型溫度過高時，或者烘乾不夠材料中含有水分，引起材料發生降解，也會使得其強度變差，導致螺絲柱的開裂。
2）內徑過小，壁厚不足
如果螺絲柱的內徑比螺釘的內徑還小，那產生開裂的可能性將會非常大。如果螺絲柱的外徑過小，即壁厚過小，也會導致螺絲柱的強度不夠，引起開裂。因此，螺絲柱設計時要選擇合適的內外徑，可參考圖 1 和圖 2 的推薦進行設計，必要時使用加強筋補強。
圖 8 是 09 年 6 月在深圳德澤發生的充電器插頭螺絲柱開裂，客戶之前採用的是 PC/ABS，切換成我司的 PC。從圖 2 來看，PC 的內徑係數要比 PC/ABS 大 0.5，也就是說，對於客戶使用的 M2.6 的螺釘，PC 對應的螺孔內徑是 2.21mm，而 PC/ABS 對應的只有 2.08mm，切換成 PC 以後，需要的螺孔內徑增大，原來的內徑顯得偏小，因此攻螺絲的時候容易產生開裂。
3）內應力過大
製件上殘餘的內應力過大，也會導致螺絲柱的開裂。在結構設計上，螺絲柱的根部、銷的頂部應採用圓角過渡，防止應力集中。在注塑工藝上，對製件內應力影響較大的參數主要有熔膠溫度、模具溫度、保壓壓力、保壓時間和注塑速率等。
一般來說，要獲得較小的內應力，可採用較高的熔膠溫度和模具溫度，較小的保壓壓力和保壓時間，較慢的注塑速率，其中模溫對內應力的影響最為顯著。成型中螺絲柱中要嵌入銅螺紋時，最好使用較高的模溫，以使得模具的熱量在較短時間內能傳遞給銅螺母，或者先對銅螺紋進行預熱，以消除成型時由於低溫帶來的內應力使製件開裂。
圖 9 帶銅螺母的螺絲柱開裂，就是由於成型時模溫較低，也沒有對銅螺母預熱所致。
4）環境應力開裂
螺絲柱接觸酸、油等有機溶劑時，如果材料本身不能耐這類有機溶劑，有可能引起環境應力開裂。這種接觸可能來自模具表面，也可能來自搬運和裝配過程。
09 年 4 月，步步高電磁爐螺絲柱在打螺絲 1~2 周后開裂，如圖 10，開裂的螺絲柱是隨機的，裂紋方向不固定，即不全是熔接線位置，觀察已經裂開的斷面，內表面光滑而沒有紋路，外表面有放射性紋路，推斷開裂是由內部開始的，可能是來自經過防鏽、去污、潤滑等處理螺釘表面的化學溶劑導致螺絲柱環境應力開裂。
5）減小攻螺絲時的初始應力
根據前述提到的，在螺絲柱內徑的入口處增設凹台或倒角，減小攻螺絲時的初始應力，可以減少螺絲柱的開裂。
與螺絲柱開裂對應的是滑牙，可以從以下幾個方面分析：
1）材料過韌，剛性不夠，容易導致滑牙；
2）螺絲柱內徑過大，螺釘咬住的肉厚較薄，也容易導致滑牙。09 年 7 月，博世外協廠深圳祥星，電動工具螺絲柱滑牙，使用的螺釘是 M3.5，根據圖 2 的參考係數，理論內徑是2.625mm，而客戶螺絲柱的設計內徑是 3.0±0.05mm，如圖 11 所示，內徑偏大導致滑牙。
3）扭矩過大。圖 12 是不同規格螺釘的參考扭矩。扭矩過大時，螺絲柱內側無法承受扭力，而外側部分強度足夠沒有損壞，從而導致滑牙。
圖 13 是螺絲柱根部斷裂的情況。應力集中可導致螺絲柱根部斷裂。螺絲柱根部和銷的頂部由於存在尖角，成型時容易導致應力集中，在不產生縮水的情況下，這些地方應採用較大的圓角過渡。
成型溫度過高，或者材料中水分過多，材料中成型時發生降解，導致其強度下降，也可能導致根部斷裂。此外，水口摻入的比例也不能過大。
螺絲柱的銷過長且強度不足時，由於受到塑膠熔體的衝擊，可能產生變形偏移，如圖 14所示，填充結束後，銷要復位回彈，這樣螺絲柱根部會受到反覆衝擊，根部容易斷裂。這種情況下，螺絲柱背後的縮痕會向下游移動（稍回彈時，下游壓力小），也有形成熔接線的可能。
螺絲柱背後經常會遇到縮水問題。
常見的解決方案是加火山口，如圖 6 和圖 7 所示。
火山口之所以能防止縮水，是因為它能使得螺絲柱根部的等效壁厚（內切圓直徑 2R）變小，如圖 15 所示，當根部的等效壁厚與製件壁厚 T 相差不大時，製件就不容易產生縮水。
螺絲柱太靠近側壁時，由於局部壁厚增大，也容易導致縮水，如圖 16 所示。可參照圖 5，採用加強筋的方式使螺絲柱與側壁相連，避免縮水。
模具設計時，在螺絲柱附近設置澆口，也可以防止縮水。離澆口越近，保壓越充分，補縮作用越強，縮水越不明顯。
圖 17 是螺絲柱根部發白，其原因是在冷卻不足的情況下，塑膠在玻璃化轉變溫度附近拉伸到微裂狀態（開模時銷拔出，銷的頂部形成真空，塑膠在被吸入時受力）。
解決方法是延長冷卻時間，使得螺絲柱根部充分冷卻後再脫模。加火山口的設計，使得螺絲柱根部壁厚更薄，更容易冷卻，也可以消除發白。
圖 18 是攻螺絲後，螺絲柱主體有發白，其原因可能是使用的扭矩過大，螺絲柱的壁厚過薄，可參考圖 12 選擇標準扭矩，並增大外徑以增加螺絲柱的強度。
當銷伸出太長時，前述提到容易偏心導致根部斷裂。如果銷的剛度足夠，不易產生偏心，有可能在螺柱的表面產生其它缺陷。09 年 1 月，在東莞富威，偉創力電子鼓的上鼓面在試料時出現流痕，如圖 19 所示，
調節料溫、模溫、射速、保壓均無改善。剖開螺絲柱發現銷伸入表面約 1.2mm，占製件平均壁厚（3.0mm）的 40%，熔體通過該處時，由於通道突然變窄，料流變得紊亂，使得流動下游出現流痕。
類似的案例還有螺絲柱背後出現發白現象。09 年 2 月，廈門博豐的高光 ABS 製件在部分螺絲柱背後有發白，調整成型工藝沒有效果，破壞螺絲柱發現，發白地方對應的螺絲柱的銷伸入製件表面，導致熔體通過該處時剪切過強，導致表面發白；而沒有發白的地方，孔與表面齊平，如圖 20 所示。
對於螺絲柱的常見缺陷，要從螺絲柱的結構出發分析其合理性，從塑料材料和模具設計上防止其產生，從成型工藝上去克服，很多缺陷都可以迎刃而解。
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