王利　劉佳欣　陳力寧　崔國亮　林傳冬

（遼寧忠旺集團有限公司）

摘　要：文章介紹了鋁合金連接常用的壓鉚螺母、自沖鉚螺母和拉鉚螺母，并進行轉動扭矩和推出力檢驗。試驗結果表明，在鉚接材料為6061合金，熱處理狀態為T6時，自沖鉚螺母具有更優異的抗轉動性能，拉鉚螺母具有更優異的抗推出性能。

關鍵詞：壓鉚螺母；自沖鉚螺母；拉鉚螺母

高強度、高延展性、低密度的鋁合金材料被眾多領域采用，但鋁合金焊接存在變形、燒穿、裂紋、接頭弱化和異種材料連接困難等問題，所以鉚接和螺紋緊固連接技術逐漸得到重視，鉚螺母就是其中廣泛應用的產品之一。

然而，隨著壓鉚螺母和自沖鉚螺母等非標緊固件開發量日益增多，鉚螺母緊固件已經不完全屬于傳統意義的標準件。

現階段的鉚螺母緊固件既包含國家標準或行業標準規定的標準件，又包含應客戶需求開發的非標緊固件，例如壓鉚螺母、拉鉚螺母和自沖鉚螺母，這些鉚螺母不但在鋁合金連接中起到關鍵作用，也為內飾件、總成的安裝提供連接點。

本文對比鋁合金產品常用的壓鉚螺母、拉鉚螺母和自沖鉚螺母緊固件優缺點，并分析力學性能，為設計師提供選型參考。

01　鉚螺母緊固件

1.1 壓鉚螺母

壓鉚螺母通常一端帶有壓花齒及導向槽，母材需要在壓鉚生產前開設安裝孔，借助壓鉚機下壓力將螺母壓花齒壓入孔位(圖1) 。

一般而言，安裝孔的孔徑略小于壓鉚螺母的壓花齒，因此壓花齒能夠擠入材料使安裝孔周邊產生塑性變形，變形物被擠入導向槽，Z終螺母與母材鎖緊連接。

壓鉚螺母可安裝在各類鋁合金型材和板材，但是連接強度受母材強度影響很大，且在型材內腔安裝螺母時需要開工藝孔保證壓鉚模具可以與螺母接觸。

圖1 壓鉚螺母

1.2 自沖鉚螺母

自沖鉚螺母是在壓鉚螺母基礎上改進的產品，具有無需在母材上開安裝孔的特點，主要通過自沖鉚螺母自身壓鉚的同時完成沖孔，安裝后形成與壓鉚螺母相似的鎖緊連接結構(圖2) 。

由于可以考慮結合板材沖壓工序一起生產，因此更適合大批量生產，提高生產效率的同時節約生產成本，能夠獲得比壓鉚螺母和拉鉚螺母更好的抗轉動性能。

圖2 自沖鉚螺母

1.3 拉鉚螺母

拉鉚螺母是一類能夠在拉鉚槍帶動下產生塑性變形夾持到材料上的緊固件(圖3)，由于具有單面操作即可完成安裝的特點，所以應用場合非常廣泛；另外，拉鉚螺母可以解決金屬薄板、薄管焊接螺母易漏、壓鉚易產生板材變形等缺陷。

但是，拉鉚螺母強度通常低于壓鉚螺母，且安裝前也需要在母材開設安裝孔，其力學性能及樣式可參考GB/T 17880系列標準，通常拉鉚螺母支撐面和圓周表面有花紋提高抗扭轉性能。

圖3 拉鉚螺母

02　試驗及結果分析

2.1 試驗方案

用于試驗的螺母規格M6，其中拉鉚螺母符合 GB /T 17880．1－ 1999 技術要求，試驗母材為 6061 合金，熱處理狀態 T6，厚度 2mm，緊固件與母材配合后開展推出力和轉動扭矩分析。

轉動扭矩為緊固件與母材發生相對轉動時的Z大扭矩，借助壓鉚和拉鉚設備安裝緊固件后將測試螺栓從螺母柄部擰入待檢緊固件，螺栓頭下支撐面不應與母材接觸( 圖 4( a) ) ，采用世達電子扭力扳手對螺栓順時針施加扭矩，記錄Z大扭矩值。

推出力為鉚螺母在母材上被推出的Z大力值，將測試螺栓擰入待檢螺母中( 4( b) ），并將安裝螺母的試驗件放置到電子萬能試驗機的平臺上，配合檢驗工裝將緊固件推出， 記錄Z大壓力值。所有試驗件樣品如圖 5 所示。

圖4 轉動扭矩及推出力示意圖

圖5 試?件

2.2 結果分析與討論

轉動扭矩和推出力的檢驗結果分別見表1和表2。自沖鉚螺母和壓鉚螺母轉動扭矩測試值高于拉鉚螺母，主要原因是螺母與母材形成的互鎖部分較拉鉚螺母形成的夾緊部分提供更大的轉動阻力，且互鎖強度與母材牌號和熱處理狀態有關，通常母材強度越高，壓鉚螺母能夠表現出更好的抗轉動性能。

因此在熱處理狀態 T6 時，壓鉚螺母和自沖鉚螺母轉動扭矩表現優異，但是由于自沖鉚螺母沖孔的同時完成壓鉚，所以與母材結合更緊密，轉動扭矩更高。

拉鉚螺母的轉動扭矩主要取決于鉚接工藝參數，在?鉚行程合理的情況下螺母起鼓均勻且獲得較好的夾緊力，轉動扭矩平均值可以達到 18. 1Nm。

另外，三種連接方式的失效形式不同，隨著扭矩值增加，強度Z低的拉鉚螺母Z先發生滑牙；自沖鉚螺母強度高、抗轉動性能優異，施加足夠扭矩后螺紋滑牙而不發生轉動；壓鉚螺母較拉鉚螺母強度高、抗轉動性能低于自沖鉚螺母，因此螺母與母材發生相對轉動。

表1 轉動扭矩

表2 推出力

推出力方面，拉鉚螺母的推出力Z高，主要是由于拉鉚起鼓部分阻礙螺母推出，顯著提高推出力；

雖然壓鉚螺母和自沖鉚螺母的花齒可以鑲嵌到母材中，一定程度提高轉動扭矩，但是對于軸向承載能力貢獻較小，因此壓鉚螺母和自沖鉚螺母具有較低的推出力。另外，與母材結合更緊密的自沖鉚螺母推出力高于壓鉚螺母。

03　總結

不同種類鉚螺母使得鋁合金連接多樣化，從力學性能角度分析，母材為 T6 狀態 6061 合金材料時，自沖鉚螺母具有更優異的抗轉動性能，拉鉚螺母具有更優異的抗推出性能。

來源：《有色金屬加工》2020年4期