自攻自鉆螺釘用于連接厚板的研究

自攻自鉆螺釘（下文簡(jiǎn)稱：自攻釘）由于可以同時(shí)完成鉆孔和緊固兩項(xiàng)功能，對(duì)一些非關(guān)鍵承載的薄板連接，能夠起到免預(yù)制孔、節(jié)省加工時(shí)間的作用。DIN7504中規(guī)定了自攻釘推薦的連接板板厚的限制，實(shí)際使用案例中，需要將其使用于超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的厚板連接，這就對(duì)自攻釘?shù)臋C(jī)械性能，熱處理性能以及配套工具提出了更高的要求。手持式電鉆選用DIN7504中對(duì)自攻釘給出了最小扭斷力矩的要求，并且給出了它的扭斷測(cè)試裝置，見圖1。本文搜集了可用于ST5.5K型自攻釘?shù)氖殖质诫娿@（以下簡(jiǎn)稱：手電鉆）的輸出特性數(shù)據(jù)和自攻釘能承受的破斷力矩，見表1。由表1的數(shù)據(jù)可見，目前大多數(shù)的手電鉆軟連接最大力矩已經(jīng)超過(guò)自攻釘能承受的扭斷力矩，這可能導(dǎo)致自攻釘扭斷的失效模式。表1手電鉆和自攻釘特性對(duì)照表圖1扭斷測(cè)試裝置潛在失效模式卡滯扭斷由于自攻釘在厚板連接中需要克服較大的鉆削扭矩，如果鉆孔全程順暢無(wú)卡滯，自攻釘承受的扭矩相當(dāng)于一個(gè)近似軟連接的扭轉(zhuǎn)載荷。一旦螺釘發(fā)生卡滯停轉(zhuǎn)，手電鉆的輸出扭矩會(huì)急劇增加，自攻釘可能被手電鉆扭斷。擰緊結(jié)束的沖擊扭斷在自攻釘被擰緊的過(guò)程中，手電鉆的輸出力矩是逐漸增加直到發(fā)生力矩鎖止或者操作人員主動(dòng)停止的。實(shí)際操作中，可能存在檔位設(shè)定不恰當(dāng)導(dǎo)致輸出扭矩過(guò)大，把自攻釘擰斷的現(xiàn)象。也會(huì)出現(xiàn)部分工具不具備力矩保護(hù)裝置，由于操作者保持了一定的時(shí)間，力矩急劇增大，擰斷螺釘。預(yù)防對(duì)策增加緊固件的機(jī)械性能由于鉆孔的需要，自攻釘?shù)谋砻娼?jīng)過(guò)滲碳淬火產(chǎn)生了一定的硬化層深度。為解決鉆孔過(guò)程中的卡滯扭斷現(xiàn)象，獲得穩(wěn)定機(jī)械性能的自攻釘，結(jié)合DIN7504的破斷扭矩試驗(yàn)要求，對(duì)10個(gè)ST5.5x19自攻釘進(jìn)行硬度、硬化層深度測(cè)量和扭斷力矩試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)DIN7504中的自攻釘ST5.5x19硬化層深度控制在0.05～0.22mm，可以獲得最佳的破斷扭矩性能并保持穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)滲碳層深度超過(guò)0.23mm時(shí)，整個(gè)螺釘?shù)拇嘈酝蝗辉龃?，螺釘容易被扭斷。?自攻釘機(jī)械性能分析表降低手電鉆的輸出力矩為了不影響自攻釘?shù)你@孔效率，需要把手電鉆的輸出力矩盡可能選大一些，而為了避免螺釘不被擰斷，還需要手電鉆具備可控的最大輸出力矩，具備機(jī)械力矩鎖止功能的手電鉆是首選。此外，為保證自攻釘在使用過(guò)程中相對(duì)手電鉆有足夠強(qiáng)度用于承受手電鉆的輸出特性，還需要給自攻釘增加必要的緩沖保護(hù)以延緩手電鉆的輸出力矩增加，比如增加彈性墊圈等。表3為在Atlas的M12標(biāo)準(zhǔn)彈性螺栓副的擰緊試驗(yàn)。同樣保持約3秒時(shí)間的情況下，使用彈性墊圈的擰松力矩約為使用平墊圈的一半。表3彈性墊圈和平墊圈擰緊效果對(duì)比結(jié)束語(yǔ)自攻釘用于連接厚板是一個(gè)需要謹(jǐn)慎選用緊固件和電動(dòng)工