自攻絲

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汽車(chē)工業(yè)對(duì)性能與效率改善的要求永無(wú)止境，輕量化是最重要要素之一。輕量化帶來(lái)了很多連帶的變化，材料更輕，更薄，加上不同材料混搭，給我們帶來(lái)了材料連接方面的新挑戰(zhàn)，目前汽車(chē)輕量化用材鋁件的連接工藝有十多種，分別為點(diǎn)焊、螺柱焊、弧焊、熱融自攻絲(FDS)、自沖鉚接工藝(SPR)、激光焊、粘接、壓鉚、拉鉚、攪拌摩擦焊、電子束焊接。使用頻率最高的主要為FDS工藝、SPR工藝、螺柱焊工藝和鋁點(diǎn)焊。之前介紹過(guò)SPR自沖鉚，本文介紹另一種連接方法FDS – Flow Drill Screws 熱融自攻絲技術(shù)。FDS可用于異種金屬或同種金屬的連接。目前鋁車(chē)身中大量使用該工藝。

在輕量化領(lǐng)域，絕大部分連接方式都需要板材兩側(cè)的可操作空間，包括普通鉚接，和SPR自沖鉚。但FDS不同，只需要單側(cè)空間，就可以實(shí)施板材之間的連接。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)際上在國(guó)外已經(jīng)有多年歷史，但近年來(lái)隨著輕量化和鋁合金材料的普遍，F(xiàn)DS才慢慢流行起來(lái)，被人們所重視。但即使如此，國(guó)內(nèi)在這方面的研究還不多，國(guó)內(nèi)緊固件廠商對(duì)FDS還是知之甚少。

FDS緊固的流程非常簡(jiǎn)單。當(dāng)壓桿壓住FDS螺釘時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺釘作用在工件表面某一點(diǎn)上，這個(gè)時(shí)候上，軸向施加的壓力和旋轉(zhuǎn)的速度都是至關(guān)重要的，當(dāng)壓力越來(lái)越大，到達(dá)某一臨界點(diǎn)時(shí)，同時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到某一特定臨界點(diǎn)時(shí)，工件表面產(chǎn)生高溫，且溫度不斷上升，直到工件材質(zhì)軟化屈服。壓力與轉(zhuǎn)速不僅僅使得螺釘穿過(guò)板材，更為重要的是使螺紋與板材形成了非常強(qiáng)有力的連接。

FDS可以用在許多不同的材料與厚度上。鋁合金是其中最普遍的應(yīng)用，一般來(lái)說(shuō)最大鋁合金厚度可達(dá)5.0毫米。不同材料之間的混合連接也是可行的，比如鋼板與鋁板，甚至鋁板與薄鑄件。

在轉(zhuǎn)速要求上，一般應(yīng)用到鋁板根據(jù)設(shè)備機(jī)器的不同需要5000到8000 rpm。

當(dāng)我們實(shí)施不同材料的連接時(shí)，最好遵循一個(gè)原則：螺釘-薄-厚，或者螺釘-軟-硬這樣的一個(gè)順序。原因主要是FDS是單邊的連接，當(dāng)鏈接順序反過(guò)來(lái)時(shí)，更薄或更軟的那一邊容易被推開(kāi)，或變形，或損壞。如果有不得已的原因必須這么做，最好連接之前在弱側(cè)加上導(dǎo)向孔。

下圖為FDS連接時(shí)的變形圖，可以看出，在產(chǎn)生高溫時(shí)，板材發(fā)生融化而螺釘沒(méi)有變化。這就給螺釘?shù)牟馁|(zhì)帶來(lái)了很高的要求。此時(shí)，F(xiàn)DS螺釘不能出現(xiàn)熱傳導(dǎo)溫度急劇上升，因此，首先FDS螺釘?shù)臒醾鲗?dǎo)性能必須要低，其次，F(xiàn)DS螺釘材質(zhì)的熔點(diǎn)必須要足夠高，第三，F(xiàn)DS材質(zhì)本身的硬度一定要足夠，在穿透工件的整個(gè)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何變形。

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