唐山机车车辆有限公司 河北唐山 063000
摘要：拉铆螺母为薄板零件的装配提供了极大的便利。基于此，本文分析了拉铆螺母在铝合金车体上的应用。
关键词：拉铆螺母；铝合金型材；应用
近年来，随着铝制品及非金属产品在工业生产中的广泛应用，拉铆螺母越来越多地应用于车辆、电子产品、办公家具、装饰等行业。其特点是安装简单，无需焊接，它适用于薄板、型腔和只能从一侧安装的部件。
一、加工拉铆螺母孔对机床的影响
1、拉铆螺母的种类。①拉铆螺母材质分：316不锈钢、316L不锈钢、304不锈钢、碳钢（08A）、铝、铜。②拉铆螺母头型分：平头、沉头、小沉头、平头六角、沉头六角。③拉铆螺母柱体分：圆身普通型、圆身滚花型、全六角型、半六角型。④拉铆螺母孔型分：通孔（开口式）、盲孔（闭口式）。
2、六角孔的加工。为保证机械加工精度，CRHD车体钢结构在大部件整体焊接后，使用大型加工中心机床加工所有平面和孔。先钻一个相应的圆形底孔，再用直径很小的刀将圆孔修成六角孔，常用铆螺母的直径为M4～M10，其底孔直径为Φ6～Φ13，在短时间内要加工一个六角孔，对机器加工精度的损伤大。若降低加工速度，会影响生产进度。
3、解决方案。因CRHD车在最初设计时，选用六角形不锈钢小沉头闭口型拉铆螺母。所以在参考其他工厂拉铆螺母使用经验后，决定采用平头圆体带滚花替代六角形小沉头铆螺母。
二、拉铆质量不合格导致铆螺母失效
1、枪头歪斜造成拉铆变形不均匀。拉铆时因枪头歪斜，使铆螺母未按预期形成周圈均匀变形，以夹持在工件上，只有部分变形，导致安装工件后，施加扭矩时，铆螺母被拉出母材，使螺栓连接失效。
2、拉铆行程太小，未达到足够的夹持力。若拉铆行程过小，螺母拉铆后变形量不足，在施加扭矩后，铆螺母被拉出母材，使螺栓连接失效。
3、拉铆行程过大，或重复拉铆，使铆螺母变形区裂纹，导致螺母失效。若拉铆前，铆枪的拉铆行程调节不当，或将已拉铆的螺母又重新拉铆一遍，会使拉铆螺母的变形区出现裂纹，致使铆螺母失效。
4、拉铆螺母自身质量不合格。选用圆体滚花拉铆螺母，其目的是当铆螺母变形后，螺母体周圈的滚花随着变形牢固嵌入母材中，以此增加铆螺母与母材的摩擦力，以便更有效地承载施加在螺母上的扭矩。但铆螺母供应商在某个批次提供的拉铆螺母出现质量问题，在拉铆后滚花散开，使其失去了原有的设计功能，在施加扭力时，铆螺母出现旋转现象，导致铆螺母失效。
三、型材拉铆后的质量检查
因所有的拉铆过程由人工完成，但对型材，拉铆后铆螺母的变形区域及尾部全部都在型腔内侧，型材外部只有铆螺母头部，因此拉铆质量无法检测。
此外，尽管供应商提供了不同型号铆螺母在不同板厚上的拉铆行程，但在施工中发现，该行程不可能与给定的数值完全一致，需通过实验来确定。影响因素为：不同批次的铆螺母，其变形量有所不同；型材壁厚有公差；操作工人不同，对铆枪行程的调整量不尽相同。因此，必须在每天开工前进行拉铆实验，并检查实验结果，确定操作无误，才能正式生产。
首先制定详细的拉铆操作规程，并对每位上岗工人进行严格培训，只有经培训的工人才能从事拉铆作业。另外，为确保拉铆质量，制造一批厚度与型材壁厚一致的工艺样板，样板上钻有一系列与实际生产中相同的孔。每天在开工前或在拉铆到一定数量的铆螺母后，都要在相应样板上拉铆一些正在生产中的铆螺母，测量拉铆后的变形量，并检查是否有其他拉铆缺陷，然后继续生产。
四、对拉铆质量不合格螺母的处理
发现已拉铆到铝型材但质量不合格的铆螺母该如何处理，目前仍是一个难题。
铆螺母供应商建议：对小沉头铆螺母的处理为，将其头部磨掉，然后将尾部打入型材内部，换上新的铆螺母在原有的孔位置上重新拉铆。对平头铆螺母的处理方案为，将其头部尽量磨得与母材齐平，然后用起子将头部掀起，连同尾部一起打入型材内部，换上新的铆螺母在原有孔位置上重新拉铆。
根据上述建议，工艺人员实验将小沉头铆螺母的头部磨掉，虽然六角孔未变形，换上新的铆螺母拉铆也合格，但此时工件的表面在很大区域内被磨掉了近0.5mm。此外，按这样的处理方式，在型材腔内会遗留铆螺母大部分残根，而这些残根将永久性地停留在型材空腔内。当列车飞速行进时，这些残根会随着列车的运行，在型材空腔内到处来回碰撞，无人知道会发生何事。而对于平头铆螺母，因其头部大，将其磨平，既费时，又费工具，不可行。因此其建议被否决了。最终采取的措施是：保留不合格的铆螺母，不做任何处理。在其周围重新钻孔，再安装新的铆螺母，并修改连接工件与之匹配。
五、工件与拉铆螺母配合产生的问题
对大工业化生产，允许产品的适当误差。因此，螺栓连接的连接件往往都开有长圆孔以便调节公差。工件允许螺母孔位置沿长圆孔方向适当偏离，然而有时公差不仅是在一个方向，有可能在两个方向都会有误差产生，此时工件上的孔就不得不开成大圆孔。
但对于平头铆螺母，因突出的平头高出母材一定距离，而且其平头尺寸有限。因此，带有长圆孔或大圆孔的工件安装在平头铆螺母上，就出现不稳定现象。这也是在最初设计时，选用小沉头铆螺母的原因。根据供应商提供的数据，一般小沉头拉铆后，其头部高出母材部分从M4～M12约有0.4～1.0mm。而且在螺栓紧固时，沉头会随扭矩的上升而嵌入母材中，与母材平齐。所以，便于误差调节。
CRHD车的所有螺栓连接设计都必须按DIN 25201-《铁路车辆及其组件的设计准则-螺栓连接》要求设计，其中拧紧场合定义为中和高的螺栓连接必须经强度计算，螺栓强度计算则按VDI 2230-《高强度螺栓连接的系统计算》进行FEM计算。所以，符合DIN 25201的螺栓连接必须施加一定的预紧力矩，才能在列车运行中承受住相应的静、动载荷，以确保列车安全运行。
1、工件长圆孔部分压在铆螺母头部。图1所示工件长圆孔只有一个或两个侧边压在铆螺母头部，作为铝型材的母材因强度低，使铆螺母头部和母材在施加扭矩后局部出现变形。
图1
.png)
2、工件大圆孔完全未压在铆螺母的头部。工件长圆孔完全未压在铆螺母的头部，在施加相应扭矩后，作为铝型材母材因强度低，螺母周边的母材发生永久性变形而导致铆螺母松动，甚至板厚较薄的母材出现破坏性变形。
3、扭矩太大将铆螺母压入母材中。由于铝合金材料较软，当选用尺寸为M12的铆螺母，在较大预紧扭矩作用下，即便工件全部压住铆螺母头部，在把铆螺母压入母材后，母材变形大，铆螺母与母材出现间隙，铆螺母与母材密封性下降。
六、螺栓连接中使用拉铆螺母对连接件及连接方式的设计要求
1、无论选用何种铆螺母，连接件必须确保始终压住铆螺母的整个周圈，即连接件的孔径只能大于螺纹直径的0.5mm。若连接件必须开长圆孔或大圆孔以满足公差调节要求，则在铆螺母与连接件间必须增加一个孔径大于螺纹直径0.5mm的垫圈。
2、选用螺纹直径大于M8的拉铆螺母，介于连接件与铆螺母间垫圈的表面硬度必须大于200HV。
3、尽量降低螺栓强度等级。根据VDI 2230，不同强度等级螺栓连接，其预紧力不同。同样尺寸的螺栓，强度等级越高，预紧力越大，螺栓连接件间的变形也越大。
4、尽量减小螺纹尺寸。有实验表明，螺纹尺寸小于M6的拉铆螺母，当型材壁厚≥3mm时，即便是连接件未完全压住铆螺母头部，施加的力矩对铆螺母和母材几乎无损伤。因M6的螺栓在强度等级为8.8级时，其最大预紧力矩为10NM，而M8的螺栓在强度等级为8.8级时，其最大预紧力矩却为24NM。但有时设计者为统一型号，在所有场合都使用相同强度等级，相同尺寸的螺栓，导致一些螺栓连接出现不必要的过载现象。
5、尽量选用平头铆螺母。因拉铆后的铆螺母，其变形区域大小基本与平头大小相当，使铆螺母夹持在母材的两侧受力均匀。
6、尽量不选用螺纹直径≥M12的拉铆螺母。
参考文献：
[1]DIN 25201.铁路车辆及其组件的设计准则-螺栓连接.
[2]王红.拉铆螺母在铝合金车体上的应用[J].汽车世界，2015（12）.