几个工艺参数对压装螺钉压接质量影响的试验分析

摘 要：该文针对目前科研生产过程中电子产品出现的压装螺钉出现的质量问题，通过试验，确定了压装螺钉本身参数、压力机压力参数和压接模具参数等几个因素对压装质量的影响，给出了不同参数对压接质量的不同影响结论，提出了今后压装螺钉工艺的发展方向。

关键词：压装螺钉 工艺参数

中图分类号：TP206 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0109-02

压装螺钉工艺是根据压钉和板料的特性，选择适当压力，将压装螺钉压接在金属板料表面的过程。压装螺钉（以下简称“压钉”）工艺在目前的电子产品中是一种常用工艺。相比较与机械加工工艺，压钉工艺能够节省加工成本，减少板料变形，使产品轻量化，外表美观等优点，在军用和民用产品电子产品中大量使用。

由于压钉质量受到压钉本身质量、压力机参数、板料参数及压接模具等众多因素的影响，在一些可靠性要求较高的军工产品的中，由于压钉质量问题、压接工艺设计不当和设备压力参数选择不当造成的失效现象时有发生，主要包括压钉松脱、压钉根部漏料、压接面不平等几种压接缺陷，有的产品在交付客户组装过程中，出现压钉松脱，即使一个压钉的失效，也往往造成整个零部件返工，重新拆卸，重新压接，重新喷涂，重新组装等工序，带来的经济损失的同时，产品形象受到影响。所以，需要对影响压接螺钉工艺进行研究，确定不同参数对压接质量的影响，从而规范压接工艺，使压接工艺稳定、可靠。

1 压钉压接的基本原理及压接质量评价

1.1 压接的基本原理

常见压装螺钉材质为优质碳素结构钢，机械加工后镀彩锌，其基本外形及参数组成见图1，压接原理见图2。压接时，首先将压装螺钉放在工件上预先打好的孔内；然后将它们一起放在压力机的下模（定模）上，压钉的螺纹部分深入下模（定模）的圆孔内；最后，压力机提供向下压力，带动上模（动模）将压钉下压，使工件压钉孔四周的的金属材料发生塑性变形，填充在压钉的凹槽内，压钉就被压接在工件上。

1.2 压接结果评价

从工程上，从以下4个方面判断压接效果：（1）压接后平面是否平整；（2）压接后压钉是否与底孔同心；（3）压接后是否存在板料沿压钉轴向漏料；（4）压接结合力是否牢固。

2 试验分析

该试验以M3压装螺钉为试验对象，挑选不同参数的M3的压装螺钉，分析了压钉参数对压接质量的影响；以不同的压力压接，分析了压力对压接质量的影响；以不同直径的下模孔为例，分析了下模孔径对压接质量的影响。试验过程中使用的压力机为德国TOX公司型号为CEC04型压力机，上下模材料均为Cr12MoV模具钢，硬度为HRC55-58。Cr12MoV是一种冷作模具钢，是一种在常温下使金属变形的模具用钢，具有较高的硬度和耐磨性。

2.1 压钉本身参数对压接质量影响

本单位工艺部门在多年实践经验的基础上于1999年3月提出了压钉的企业标准（企业标准号Q/AQ301-1999），该规范为科研生产中的压接质量稳定起到了重要作用。在后来的生产实践中，为了使压钉适应常规1.5mm厚的板料，结合力更大，便于加工制造，将压钉的外形尺寸进行了优化改进，优化后M3压钉参数见表1。

但是，在生产实际中，由于压钉本身制造的个体差异，生产的批次性差异，存在压钉参数变动的情况。试验前选取不同规格参数的压钉作为试验压钉，并对每种压钉的参数进行了实际测量，具体参数如表2所示。试验板料为优质碳素结构钢10F，厚度t名义尺寸为1.2 mm（实际测量为1.1 mm），压钉底孔d=Ф5 mm。为了便于说明压接质量，将板料上所有需要压钉的底孔用数字进行标记，压接结果见表3。

从表3中可以看出，压钉的凸台T是一个很重要的参数，它必须小于板料的厚度t，否则压接的最后阶段，压力机的压力只作用在压钉凸台的两个面上，不能将板料充分压接到压钉的凹槽内（图1中宽度为F的凹槽）。

压钉的底面厚度（图1中的尺寸E）在压接过程中也是一个重要参数。在工程实践中，E值过小也容易造成的压钉失效，因为在喷漆工序中，首先要对压装后不平的压钉底面部位进行打磨，以保证喷漆后喷漆面平整。在装配过程中装配钳工紧固压钉时，由于压钉底面变薄，没有足够大的面积支撑紧固的压钉，就会使压钉往板面内移动，使压钉六角形底面变形，零件表面崩漆。

2.2 压力机压力参数对压接质量的影响

从2.1节的试验过程来看，M3X16压钉凸台高度与板料厚度一致，在合适的压力下，能够保证压接质量，本试验中选择5个M3X16的压钉，调节压力机参数，用不同大小的压力进行压接，观察压接质量。

从表4中可以看出，压力机的压力是关系压接质量的一个重要参数，过大的压力会使板料发生变形，设备自锁，过小的压力会使压接的结合力不够，影响压接质量。在进行正式压接前，需要根据材料的性能，选择合适的压接力进行试压验证，才能保证压接质量。

2.3 模具底孔对压接质量的影响

该试验中使用的下模（定模）材料为Cr12MoV，硬度为HRC55-58，为原厂配套模具，不需要改变模具材料，依然选择M3X16的压钉。由于该压力机可以压接M3、M4、M5的压钉和其他压装螺母，所以在压接时存在不注意查看孔径大小，使用不匹配孔径的下模现象。试验过程中选用了两种直径的下模进行试验，试验情况见表5。

从表5中可以看出下模直径过大，就会使板料在压接后沿压钉轴向漏料，形成漏斗状压接面，压钉与板料结合力小，影响压接质量。

3 试验结论

（1）压钉凸台高度T不得大于板料厚度t。

（2）在压接前，应先在与实际压接条件相同的试件上进行试压，调节压接参数，确保压接后压钉钉帽平面与试件在同一平面上后，方可在实际工件上进行压接。

（3）下模的孔径最好不得超过压钉螺纹直径的0.2 mm，过大的下模内径会导致板料沿压接的方向漏料，影响压接的质量。

4 结语

该文主要针对M3的压装螺钉进行了试验，根据试验的结论对目前压装工艺进行了规范，在实际生产中发挥了重要作用，但是随着产品的不断更新，目前出现了M5、 M6，甚至M8的压装螺钉的需求，这些较大压钉的压接参数有待进一步验证。

目前在钢板上压钉的技术比较成熟，但是很多产品为了达到轻量化的要求，选择铝合金材料作为面板材料，目前铝面板压接的质量并不可靠，怎样解决铝制面板上的压钉问题，也是待研究的问题。

对于压接后结合力的评价有待量化，观察压钉和板料的压痕情况来判断压接力大小，这种判断误差较大，不能很好地对压接的结合力做出准确判断。

为了解决板料上的压钉问题，目前另外一些工艺可以起到同样的效果，比如沉孔后塞焊工艺，焊接螺柱工艺等，不管采用何种工艺，提高压装的可靠性，降低压装工艺的成本是工程实践永恒的追求，压接工艺需要随着新材料、新工艺的出现，与时俱进，实现技术上的进步。

参考文献

[1] 崔忠圻.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 中国电子科技集团公司第十五研究所.压装螺钉工艺规范Q/AQ301-1999[Z].