幾個工藝參數對壓裝螺釘壓接質量影響的試驗分析

景三輝 高瑞暉

摘 要：該文針對目前科研生產過程中電子產品出現的壓裝螺釘出現的質量問題，通過試驗，確定了壓裝螺釘本身參數、壓力機壓力參數和壓接模具參數等幾個因素對壓裝質量的影響，給出了不同參數對壓接質量的不同影響結論，提出了今后壓裝螺釘工藝的發展方向。

關鍵詞：壓裝螺釘 工藝參數

中圖分類號：TP206 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0109-02

壓裝螺釘工藝是根據壓釘和板料的特性，選擇適當壓力，將壓裝螺釘壓接在金屬板料表面的過程。壓裝螺釘（以下簡稱“壓釘”）工藝在目前的電子產品中是一種常用工藝。相比較與機械加工工藝，壓釘工藝能夠節省加工成本，減少板料變形，使產品輕量化，外表美觀等優點，在軍用和民用產品電子產品中大量使用。

由于壓釘質量受到壓釘本身質量、壓力機參數、板料參數及壓接模具等眾多因素的影響，在一些可靠性要求較高的軍工產品的中，由于壓釘質量問題、壓接工藝設計不當和設備壓力參數選擇不當造成的失效現象時有發生，主要包括壓釘松脫、壓釘根部漏料、壓接面不平等幾種壓接缺陷，有的產品在交付客戶組裝過程中，出現壓釘松脫，即使一個壓釘的失效，也往往造成整個零部件返工，重新拆卸，重新壓接，重新噴涂，重新組裝等工序，帶來的經濟損失的同時，產品形象受到影響。所以，需要對影響壓接螺釘工藝進行研究，確定不同參數對壓接質量的影響，從而規范壓接工藝，使壓接工藝穩定、可靠。

1 壓釘壓接的基本原理及壓接質量評價

1.1 壓接的基本原理

常見壓裝螺釘材質為優質碳素結構鋼，機械加工后鍍彩鋅，其基本外形及參數組成見圖1，壓接原理見圖2。壓接時，首先將壓裝螺釘放在工件上預先打好的孔內；然后將它們一起放在壓力機的下模（定模）上，壓釘的螺紋部分深入下模（定模）的圓孔內；最后，壓力機提供向下壓力，帶動上模（動模）將壓釘下壓，使工件壓釘孔四周的的金屬材料發生塑性變形，填充在壓釘的凹槽內，壓釘就被壓接在工件上。

1.2 壓接結果評價

從工程上，從以下4個方面判斷壓接效果：（1）壓接后平面是否平整；（2）壓接后壓釘是否與底孔同心；（3）壓接后是否存在板料沿壓釘軸向漏料；（4）壓接結合力是否牢固。

2 試驗分析

該試驗以M3壓裝螺釘為試驗對象，挑選不同參數的M3的壓裝螺釘，分析了壓釘參數對壓接質量的影響；以不同的壓力壓接，分析了壓力對壓接質量的影響；以不同直徑的下模孔為例，分析了下模孔徑對壓接質量的影響。試驗過程中使用的壓力機為德國TOX公司型號為CEC04型壓力機，上下模材料均為Cr12MoV模具鋼，硬度為HRC55-58。Cr12MoV是一種冷作模具鋼，是一種在常溫下使金屬變形的模具用鋼，具有較高的硬度和耐磨性。

2.1 壓釘本身參數對壓接質量影響

本單位工藝部門在多年實踐經驗的基礎上于1999年3月提出了壓釘的企業標準（企業標準號Q/AQ301-1999），該規范為科研生產中的壓接質量穩定起到了重要作用。在后來的生產實踐中，為了使壓釘適應常規1.5mm厚的板料，結合力更大，便于加工制造，將壓釘的外形尺寸進行了優化改進，優化后M3壓釘參數見表1。

但是，在生產實際中，由于壓釘本身制造的個體差異，生產的批次性差異，存在壓釘參數變動的情況。試驗前選取不同規格參數的壓釘作為試驗壓釘，并對每種壓釘的參數進行了實際測量，具體參數如表2所示。試驗板料為優質碳素結構鋼10F，厚度t名義尺寸為1.2 mm（實際測量為1.1 mm），壓釘底孔d=Ф5 mm。為了便于說明壓接質量，將板料上所有需要壓釘的底孔用數字進行標記，壓接結果見表3。

從表3中可以看出，壓釘的凸臺T是一個很重要的參數，它必須小于板料的厚度t，否則壓接的最后階段，壓力機的壓力只作用在壓釘凸臺的兩個面上，不能將板料充分壓接到壓釘的凹槽內（圖1中寬度為F的凹槽）。

壓釘的底面厚度（圖1中的尺寸E）在壓接過程中也是一個重要參數。在工程實踐中，E值過小也容易造成的壓釘失效，因為在噴漆工序中，首先要對壓裝后不平的壓釘底面部位進行打磨，以保證噴漆后噴漆面平整。在裝配過程中裝配鉗工緊固壓釘時，由于壓釘底面變薄，沒有足夠大的面積支撐緊固的壓釘，就會使壓釘往板面內移動，使壓釘六角形底面變形，零件表面崩漆。

2.2 壓力機壓力參數對壓接質量的影響

從2.1節的試驗過程來看，M3X16壓釘凸臺高度與板料厚度一致，在合適的壓力下，能夠保證壓接質量，本試驗中選擇5個M3X16的壓釘，調節壓力機參數，用不同大小的壓力進行壓接，觀察壓接質量。

從表4中可以看出，壓力機的壓力是關系壓接質量的一個重要參數，過大的壓力會使板料發生變形，設備自鎖，過小的壓力會使壓接的結合力不夠，影響壓接質量。在進行正式壓接前，需要根據材料的性能，選擇合適的壓接力進行試壓驗證，才能保證壓接質量。

2.3 模具底孔對壓接質量的影響

該試驗中使用的下模（定模）材料為Cr12MoV，硬度為HRC55-58，為原廠配套模具，不需要改變模具材料，依然選擇M3X16的壓釘。由于該壓力機可以壓接M3、M4、M5的壓釘和其他壓裝螺母，所以在壓接時存在不注意查看孔徑大小，使用不匹配孔徑的下模現象。試驗過程中選用了兩種直徑的下模進行試驗，試驗情況見表5。

從表5中可以看出下模直徑過大，就會使板料在壓接后沿壓釘軸向漏料，形成漏斗狀壓接面，壓釘與板料結合力小，影響壓接質量。

3 試驗結論

（1）壓釘凸臺高度T不得大于板料厚度t。

（2）在壓接前，應先在與實際壓接條件相同的試件上進行試壓，調節壓接參數，確保壓接后壓釘釘帽平面與試件在同一平面上后，方可在實際工件上進行壓接。

（3）下模的孔徑最好不得超過壓釘螺紋直徑的0.2 mm，過大的下模內徑會導致板料沿壓接的方向漏料，影響壓接的質量。

4 結語

該文主要針對M3的壓裝螺釘進行了試驗，根據試驗的結論對目前壓裝工藝進行了規范，在實際生產中發揮了重要作用，但是隨著產品的不斷更新，目前出現了M5、 M6，甚至M8的壓裝螺釘的需求，這些較大壓釘的壓接參數有待進一步驗證。

目前在鋼板上壓釘的技術比較成熟，但是很多產品為了達到輕量化的要求，選擇鋁合金材料作為面板材料，目前鋁面板壓接的質量并不可靠，怎樣解決鋁制面板上的壓釘問題，也是待研究的問題。

對于壓接后結合力的評價有待量化，觀察壓釘和板料的壓痕情況來判斷壓接力大小，這種判斷誤差較大，不能很好地對壓接的結合力做出準確判斷。

為了解決板料上的壓釘問題，目前另外一些工藝可以起到同樣的效果，比如沉孔后塞焊工藝，焊接螺柱工藝等，不管采用何種工藝，提高壓裝的可靠性，降低壓裝工藝的成本是工程實踐永恒的追求，壓接工藝需要隨著新材料、新工藝的出現，與時俱進，實現技術上的進步。

參考文獻

[1] 崔忠圻.金屬學與熱處理[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 中國電子科技集團公司第十五研究所.壓裝螺釘工藝規范Q/AQ301-1999[Z].