压铆螺母强度及疲劳寿命试验研究 Experimental Research on Strength and Fatigue Life of Self-Riveting Nuts

温欢 WEN Huan 谢建良 XIE Jian-liang 钟智祎 ZHONG Zhi-yi

摘要：为探究压铆螺母推广应用的可行性，本文通过静载力学试验，得出了压铆螺母CLS-M8-2的推出力、扭出力矩以及极限安装力矩;同时，基于不同应力水平进行了疲劳寿命测试，得到了CLS-M8-2的疲劳寿命数据，拟合了S-N曲线，总结了压铆螺母疲劳寿命规律;验证了压铆螺母CLS-M8-2的静力学强度、疲劳强度及应用可靠性。

Abstract： In order to explore the feasibility of the promotion and application of the pressure riveting nut， In this paper obtained the push force， torque and limit installation torque of the pressure riveting nut CLS-M8-2 through the static load test. Meanwhile， the fatigue life test of CLS-M8-2 was carried out based on different stress levels， and the fatigue life data of CLS-M8-2 was obtained. The S-N curve was fitted， and the fatigue life law of riveting nut was summarized. The static strength， fatigue strength and application reliability of pressure riveting nut CLS-M8-2 are verified.

关键词：压铆螺母;静载力学试验;轴向疲劳试验;S-N曲线

Key words： pressure riveting nut;static loading test;axial fatigue test;sn curves

中图分类号：V261.2+8                       文献标识码：A                     文章编号：1674-957X（2021）22-0032-02

0  引言

随着轨道交通装备的快速发展，列车运行速度的提升，列车轻量化、节能环保是行业发展的方向。铝合金密度低、比强度高，正被大量应用于轨道车辆装备核心部件的变流器柜体上。变流器柜体中采用大量不锈钢螺母的零件，以实现器件的螺栓连接。而傳统的焊接已不适用于铝合金和不锈钢螺母的复合连接，因此需采用压铆工艺实现铝合金和不锈钢螺母的连接。用压铆螺母代替焊接螺母，还具有成本低、工艺简单、人员技能要求低等优点。

1  试验设计

根据压铆螺母产品应用的特点与要求，制定了图1所示的压铆螺母应用的验证方案技术路线。

压铆螺母通过防转花齿挤压使母材塑性流动至防拉沟槽内，从而产生锁紧效果。选用PEM品牌CLS-M8-2压铆螺母，材质为不锈钢，其结构如图2所示。

2  静载试验

压铆螺母通过压铆过程压装在板材上，并具备了一定防扭转与防推出能力，静载试验的目标是检测压铆螺母的推出力、扭出力矩以及极限安装力矩。

2.1 推出力试验

先将螺栓从背面拧入螺母中，试验机沿螺母轴线垂直向下，逐渐增大压力，直到螺母被推出，试验过程中最大载荷为推出力。

2.2 扭出力矩试验

先将试样固定，再将螺栓从正面拧入螺母中。用数显扭力扳手施加逐渐增大的紧固力矩，直到螺母与板材发生相对转动，数显扭力扳手自动记录下的最大力矩即为压铆螺母的扭出力矩。

2.3 极限安装力矩试验

极限安装力矩试验通过模拟产品实际安装形式，测量最大的极限安装力矩，试验方法与扭出力矩试验类似。

2.4 试验试样

试样缝分别采用100mm×100mm×3mm镀锌钢板、Q235钢板、5083-O铝板作为基板，CLS-M8-2压铆螺母进行压接，试验用螺栓均采用8.8级镀彩锌六角头螺栓。

2.5 试验数据及分析

2.5.1 推出力  通过表1数据分析，试验测量的推出力比标准值高出143%～256.5%，压铆螺母在不同材料上的推出力大关系满足：碳钢>镀锌钢>铝合金。

2.5.2 扭出力矩  通过表2数据分析，试验测量的扭出力矩比标准值高出103.7%～158.7%，压铆螺母在不同材料上的扭出力矩大关系满足：碳钢>镀锌钢>铝合金。

2.5.3 极限安装力矩  通过表3数据分析，试验测量的极限安装力矩高出工艺标准值136.3%～192.6%。

3  疲劳寿命试验

3.1 疲劳寿命试验方案

根据GJB715.30A-2002《紧固件试验方法 拉伸疲劳》、GB/T 24176-2009 《金属材料 疲劳试验 数据统计方案与分析方法》，在给定的应力S下进行疲劳试验，分成多个应力水平，每个应力水平做3个试样，测量每一试样的疲劳寿命值。

3.2 轴向疲劳寿命试验结果及分析

通过表4数据分析，CLS-M8-2轴向疲劳寿命在105～107次数之间，轴向疲劳寿命较高;在同等疲劳载荷下，疲劳寿命比较稳定;随着疲劳载荷减小，CLS-M8-2轴向疲劳寿命也随之增加，在静载极限的0.4倍载荷的疲劳作用下，CLS-M8-2达到轴向疲劳寿命就极限500万次，轴向疲劳极限载荷为8.64kN。根据实验结果可见，CLS-M8-2的轴向疲劳寿命整体较高。

3.3 腐蚀疲劳试验结果分析

根据GJB 1997-1994《金属材料轴向腐蚀疲劳试验方法》，把试样浸泡在3.5%NaCl水溶液中，在室温、r=0.1、f=5Hz的条件下进行轴向疲劳试验，测量了腐蚀疲劳寿命数据。根据表5数据可知，CLS-M8-2在室温、r=0.1、f=5Hz的条件下，通过了10万次的轴向腐蚀疲劳寿命检测。

4  结论

①试验表明，压铆螺母CLS-M8-2压装在碳钢、镀锌钢、铝合金基材上的推出力、扭出力矩、极限安装力矩均符合性能指标要求;②压铆螺母CLS-M8-2在室温25℃、应力比0.1、f=50Hz的条件下，通过了500万次的轴向疲劳寿命检测，轴向疲劳极限载荷为8.64kN;试验证明：在轴向疲劳循环载荷下，压铆螺母应用于产品上是可行的;③压铆螺母CLS-M8-2浸泡3.5%NaCl水溶液中，在室温25℃、应力比0.1、f=5Hz的条件下，通过10万次轴向腐蚀疲劳寿命测试;试验表明：CLS-M8-2压铆螺母结构具有良好的抗腐蚀性能。

参考文献：

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