自攻自鉆螺釘用于連接厚板的研究

文／陶運正·迅達（中國）電梯有限公司

語導

本文通過對自攻自鉆螺釘的機械性能、熱處理性能以及與手持式電鉆配合使用的若干問題研究，采用了檢測和試驗相結合的辦法，得出了DIN7504的K型自攻自鉆螺釘用在3～7mm厚板時，需要控制自攻自鉆螺釘的表面硬化性能和手持式電鉆的輸出力矩。

引言

自攻自鉆螺釘（下文簡稱：自攻釘）由于可以同時完成鉆孔和緊固兩項功能，對一些非關鍵承載的薄板連接，能夠起到免預制孔、節省加工時間的作用。DIN7504中規定了自攻釘推薦的連接板板厚的限制，實際使用案例中，需要將其使用于超出標準規定的厚板連接，這就對自攻釘的機械性能，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試裝置，見圖1。本文搜集了可用于ST5.5K型自攻釘的手持式電鉆（以下簡稱：手電鉆）的輸出特性數據和自攻釘能承受的破斷力矩，見表1。由表1的數據可見，目前大多數的手電鉆軟連接最大力矩已經超過自攻釘能承受的扭斷力矩，這可能導致自攻釘扭斷的失效模式。

表1 手電鉆和自攻釘特性對照表

圖1 扭斷測試裝置

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卡滯，自攻釘承受的扭矩相當于一個近似軟連接的扭轉載荷。一旦螺釘發生卡滯停轉，手電鉆的輸出扭矩會急劇增加，自攻釘可能被手電鉆扭斷。

擰緊結束的沖擊扭斷

在自攻釘被擰緊的過程中，手電鉆的輸出力矩是逐漸增加直到發生力矩鎖止或者操作人員主動停止的。實際操作中，可能存在檔位設定不恰當導致輸出扭矩過大，把自攻釘擰斷的現象。也會出現部分工具不具備力矩保護裝置，由于操作者保持了一定的時間，力矩急劇增大，擰斷螺釘。

預防對策

增加緊固件的機械性能

由于鉆孔的需要，自攻釘的表面經過滲碳淬火產生了一定的硬化層深度。為解決鉆孔過程中的卡滯扭斷現象，獲得穩定機械性能的自攻釘，結合DIN7504的破斷扭矩試驗要求，對10個ST5.5x19自攻釘進行硬度、硬化層深度測量和扭斷力矩試驗。試驗結果見表2。試驗結果表明，對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定狀態，當滲碳層深度超過0.23mm時，整個螺釘的脆性突然增大，螺釘容易被扭斷。

表2 自攻釘機械性能分析表

降低手電鉆的輸出力矩

為了不影響自攻釘的鉆孔效率，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程中相對手電鉆有足夠強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標準彈性螺栓副的擰緊試驗。同樣保持約3秒時間的情況下，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比

結束語

自攻釘用于連接厚板是一個需要謹慎選用緊固件和電動工具的工藝，仍有待進一步探索，比如：制備更高強度的自攻釘，并且選用低力矩保護的手電鉆，就可以使這個工藝更加穩定和成熟。