天線底板壓裝結構改進

摘要：文章通過理論分析，找出了影響壓裝質量的關鍵因素即壓裝結構。在對幾種壓裝結構進行分析對比的基礎上，對原結構進行了改進。新結構的壓裝力穩定，整個底板表面無變形，保證了壓鉚質量，生產效率也得以提高。

關鍵詞：壓裝結構；底板；螺柱；壓裝質量

中圖分類號：TN822文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）18-0090-02

1螺柱壓裝結構介紹

某產品底板上有7個六方頭螺柱。兩螺柱和底板均為自制件，壓裝結構見圖1。這種結構的原理是利用螺柱的六方頭擠壓一定量的材料，使材料向螺柱的倒錐空間內發生流動，對螺柱形成包容，從而實現螺柱的固定。其中要有足夠的容料空間來容納受壓流動的材料，才可將螺柱的六方頭潛入材料基體中。

2目前存在的問題及分析

螺柱壓裝方面存在以下問題：

①六方頭難以完全潛入。該底板材料為LY12-CZ，在壓裝前為了保證平面度進行了熱校平工序，材料強度有所下降。由于熱處理的不穩定，每批每爐的材料強度有差異，因而不同批次、不同零件壓裝情況也有差異。壓裝中，在材料強度不高的情況下，六方頭受壓4～5 t左右的壓力基本能夠壓平，而當材料強度較高時，對同一部位多次施加6 t以上的壓力，六方頭仍難以完全壓入，外凸0.15 mm左右，如果再調高壓裝力，就引起底板的較大變形，需要后續手工校整。

②壓裝的天線底板，都存在某處相鄰的φ4.4 mm鉚裝螺母安裝孔變形，鉚裝螺母無法正常安裝，只能用榔頭敲擊完成安裝過程。

③底板與螺柱相對的底部端面受壓痕跡明顯，對涂覆表面有一定的損傷。壓裝力越高，壓痕越明顯。

④部分材料硬度高，壓裝困難，需調高壓裝力，有些零件六方頭已變形，仍沒有完全潛入，而且較高的壓裝力引起了零件較大變形。

對以上問題進行分析：①中壓不平說明所需的壓裝力更高；②、③說明已實施的壓裝力過高，導致了非正常的變形；④說明較高的壓裝力引起了底板大的變形。總體來說，表現出該結構的壓裝力大。影響壓裝力的因素有壓裝結構、底板熱處理后的強度、結構件的加工公差等。而最主要的因素為壓裝結構，其次，在結構合理的情況下，熱處理的強度也會影響壓裝力，結構件的加工公差影響是最小的。

3壓裝結構分析

壓裝結構就是依靠六方頭壓入底板基體而擠壓材料使其向容料空間內填充，所以壓入實體與容料空間的關系比較重要，在理想狀態下，二者應相等。我們對該結構的實體與空間進行了計算，見圖2。

根據以上理論計算，該結構的容料空間小于實體體積，相差（71.09-50.3）＝20 mm3，難以完全包容實體，這也是六方頭無法完全潛入的根本原因。我公司的某天線基座有多種壓裝結構，生產多年，壓裝力小，六方頭完全潛入基板，未引起基板及相鄰孔變形。我們對其螺柱與安裝孔進行了理論計算，實體與空間基本相等。

經過理論計算后，我們分析了該結構壓裝的實施過程。一方面，將六方螺柱放入孔內后，由于孔深為2 mm，螺柱嵌入部分長度為2.5 mm，在向六方頭施加壓力后，六方頭切入材料的同時，安裝孔底部頂住了螺柱底面，此時形成了孔底部對螺柱底面的抵抗。本來壓力機所施的壓力是為了使六方頭切入，將材料擠壓進倒錐空間內，而此時還需克服螺柱底面遇到的抗力。此抗力為壓裝的阻力，阻礙六方頭切入材料基體。在實施中，調高壓裝力后，螺柱底面擠壓孔底部材料，而孔底并無容料空間，只有向周圍流動，造成材料非正常變形，孔由深2 mm被強力擠深為2.5 mm，從而使六方頭能夠潛入。根據理論計算，六角頭僅有0.37 mm能夠潛入材料基體，而在實際中，六角頭有0.5 mm以上厚度潛入，外凸0.10 mm左右，這是孔底材料變形的結果。另一方面，六方頭擠壓材料后，材料向孔內倒錐容料空間流動，使六方頭嵌入材料中。此處容料空間小的情況下，六方頭也難以完全潛入。

根據理論計算和壓裝實施分析，我們認為壓裝結構需要改進。

4工藝試驗

根據以上分析，改進的首要原則為孔深，孔深要有足夠的讓位以使六方頭受壓后充分的下移；其次六方切入后擠出的料有足夠的容納空間。按此原則，我們試驗了三種孔的結構，材料選用CZ狀態，并做了壓裝試驗及擠出試驗，鋸割觀察填料情況等。第一種結構見圖3。

孔深改進為2.5 mm后，解決了壓裝時底部頂死的主要問題，但是容料空間與實體的差約為11mm3（71.09-60.4），這部分空間為六方頭六角處與倒錐空間的體積差，容料空間不夠，依舊會導致變形，只是較孔深2 mm有改善。另外，由于孔深2.5 mm后，孔底厚度僅有0.3~0.4 mm，并且承受壓裝變形，在受到振動后有可能剝離，為結構的薄弱環節。試驗發現擠出力為5.2 kN。第二種結構見圖4。

將孔深改進為2.5 mm，孔徑改進為φ6 mm后，空間與實體的差為（71.09-70.65）＝0.44 mm3，基本相等。試驗發現，擠出力為3.5 kN。其孔徑雖增大，但材料流動有困難，填充不夠，同樣存在孔底部材料薄弱的問題。第三種結構見圖5。

將孔φ5.5 mm做成通孔，通孔有充分的讓位，壓裝力是用來克服六方頭切入，填料更充分。包容后的孔底材料與基體一起成型。但是六方頭底部容料空間不夠，在第一種結構中已經計算過，空間不足量為11 mm3，此處材料堆積，會加大壓裝力。試驗發現擠出力為5.7 kN。

經過充分的分析，結合前三種結構的優缺點，我們認為通孔φ5.5 mm、孔口倒角去除材料以增大容料空間的結構更合理。為了選取最佳的孔口倒角，我們試驗了三種倒角：φ6.5 mm×90°、φ7 mm×90°、φ7.5 mm×90°。第四種孔結構示意見圖6。

三種倒角結構孔的容積與擠出力分別為：

φ6.5 mm×90°增大的容料空間為2.3 mm3，擠出力3.9 kN；φ7 mm×90°增大的容料空間為 5.3 mm3， 擠出力2.8 kN；φ7.5 mm×90°增大容料空間為9.9 mm3擠出力2.8 kN。

理論計算，φ7.5 mm×90°的孔所增大的容料空間9.7 mm3，第一種結構中計算過的空間不足11 mm3，最接近，但根據壓裝試驗的擠出力及對填料情況的觀察，φ6.5 mm×90°的倒角孔擠出力為3.9 kN，填料較充分，所需壓裝力和其他兩種較接近。

5結論

通過對四種結構的壓裝孔的試驗及分析，發現第四種結構中的通孔φ5.5 mm，孔口倒角φ6.5 mm×90°更具合理性。該結構理論計算有材料少許堆積，但觀察試驗件切口，填料比較充分，擠出力較大。該種壓裝結構被設計采用。經生產驗證，底板壓裝力穩定，六方頭完全潛入底板，相鄰孔無變形，整個底板表面無變形，即提高了壓裝質量，生產效率也有較大提高。

參考文獻：

[1] 周潤芬.緊固件連接設計手冊[M].北京:國防工業出版社， 1990.

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