铜排连接时，常用的螺母固定( 螺纹加工) 方法 有焊接螺母、压铆螺母、攻丝等，其中压铆螺母在没 有过高强度要求的场合应用广泛，具有以下特点: 

( 1) 压铆过程无需钎料，工艺过程简单，对人员 技能、加工环境、加工设备的要求不高，综合成本较 低，以标准 M8 螺母为例，压铆螺母综合成本仅为焊 接螺母的 18． 6% 。

( 2) 基于压铆螺母的特点，铜排安装底孔直径 要略小于压铆螺母压花齿顶圆直径，压铆过程通过 将压铆螺母压花齿挤入铜排内，使孔边缘的母材产 生塑性变形，挤入防拉沟槽内，从而实现锁紧，这种 过盈配合形式较焊接形式的尺寸精度更高。 

( 3) 铆接过程不涉及热量输入，不会产生热影 响区，也不会使铜排表面产生氧化层等缺陷，无需后 处理工序。 

    基于公司铜排产品螺母应用现状与成本控制需 求，本文提出采用压铆螺母代替焊接螺母在铜排上 的应用，并设计相关试验进行验证。

1 试验设计 

    根据铜排产品应用的特点与要求，制定了铜排 压铆螺母应用的验证方案技术路线，如图 1 所示。本文按照技术路线的要求进行试验验证及分析，压 铆螺母的性能要求如表 1 所示。 

1． 1 压铆螺母 

    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。本试验验证选用PEM 公司 CLS 系列压铆螺母，材质为不锈钢，其结 构如图 2 所示，连接端设计有预制的防转花齿及防 拉沟槽，其中防拉沟槽带有一定锥度。

2 静载试验 

    压铆螺母通过压铆过程压装在铜排上，并具备 一定防扭转与防推出能力，静载试验的目的是检测 压铆螺母的推出力、扭矩以及极限安装力矩。 

2． 1 推出力试验 

    如图 3 所示，先将螺栓从背面拧入螺母中，保证 螺栓出扣且螺栓头下表面与铜排表面的间隙 W 不 小于 3 mm，安装好螺栓后，将试样螺母安装面朝下 放在试验工装上，将螺母悬空，使铜排下表面与底面 距离大于 2 倍螺母头厚 T。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，通过数据采 集工控机记录全过程的压力变化曲线，找到推出力。

2． 2 扭矩试验 

    如图 4 所示，先将试样固定，再将螺栓从正面拧 入螺母中。螺栓安装完成后，通过数显扭力扳手施 加逐渐增大的紧固力矩，直到螺母与母排发生相对 转动，数显扭力扳手自动记录下的最大力矩即为压 铆螺母的扭矩。 

2． 3 极限安装力矩试验 

    如图 5 所示，极限安装力矩试验通过模拟铜排 产品实际安装形式，测量最大的极限安装力矩。测 量极限安装力矩一方面可以考察压铆螺母的实际应 用情况，另一方面也可以为铜排压铆工艺的参数设 置提供试验数据参考。

2． 4 试验试样 

    试样采用 330 mm × 40 mm × 5 mm 铜母线作为基材，选择 M4、M5、M6、M8、M10 的压铆螺母压接， 试验用螺栓均采用 8． 8 级镀彩锌六角头螺栓。此 外，基于铜排产品电镀需求，设置了压铆之前电镀、 压铆之后电镀、不电镀 3 种形式的试样，用以分析铜 排表面电镀对压铆的影响。每种型号的压铆螺母在 3 种电镀形式下，都做推出力、扭矩，极限安装力矩 试验，每组试验 10 个样件，试验结果取平均值，共计 90 个试样。具体的试样类型如表 2 所示。

3 振动试验 

    在机车变流器样柜上，用 CLS － M8 － 2 压铆螺 母铜排基于机车路谱进行了振动试验; 测量振动前 后的预紧力，振动后的残余力矩、推出力及扭矩。 

4 试验结果及分析 

4． 1 静载试验结果 

4． 1． 1 推出力 

    如图 6 所示，试验测量的推出力较性能指标高 出至少 18． 4% ，最大超出 162% 。

    观察推出力试验后的试件可以看出，压铆螺母 防拉沟槽内仍残留有部分铜质，说明压铆过程中铜 质母材确实因为螺母花齿的挤压，产生塑性变形流 动，进入到了防拉沟槽内，这也从另一个方面印证了 压铆螺母在铜排上应用的可行性。 

4． 1． 2 扭矩 

    对比表 1 试验测量的扭矩超出性能指标至少 32． 5% ，最大超出 82． 3% ，如图 7 所示。 

4． 1． 3 极限安装力矩 

    对比表 1，极限安装力矩超出安装力矩要求至 少 177． 9% ，最大超出 225． 4% ，如图 8 所示。

    综上所述，在静载条件下，压铆螺母应用于铜排 上，推出力、扭矩、极限安装力矩性能符合设计应用 标准及使用需求。 

4． 2 铜排表面电镀影响分析 

    分析 3 种条件下( 铜排不电镀、铜排压铆后电 镀、铜排电镀后压铆) 推出力试验后试样铜排底孔 形貌，从中可以看出，铜排在电镀之前进行压铆，其 铆接面在螺母推出后均有铜质碎屑产生，而在铜排 电镀后进行压铆，其铆接面无可见碎屑。产生这种 差异的原因是由于在电镀后，母材表面镀有 9 ～ 12 μm 的锡层，在压接时，锡层覆盖在底孔表面，随母 材一起被挤入防拉沟槽，这就导致铜母材与不锈钢 螺母之间加入了一层锡，而锡层的硬度较低，在螺母 被推出时，根据最小阻力定律，铆接处的锡层最先开 始变形滑移，并最终形成以锡层为主的断裂面。根 据这一现象可以认为，电镀层可能会降低铆接部位 强度。同时，电镀后压铆，增加了电镀铜排在压铆过 程中产生划痕的风险，对铜排外观有所影响。

    同时，观察压铆后电镀铜排的孔壁发现，底孔内 有较多的黑色残留物。分析压铆后电镀过程可以知 道，在压铆后，铆接部位与铜排之间会留有间隙，在 电镀过程中，溶液通过毛细作用渗入到这些间隙内， 无法及时排出，从而产生残留。由于电镀液本身具 有腐蚀性，有可能对铆接部位的母材产生腐蚀，进而 影响连接位置的强度与寿命。

    如图 9 所示，3 种条件下的力学性能在绝大部 分情况下符合性能指标。

    综上所述，考虑到压铆后电镀带来的腐蚀液残留问题，同时从试验结果来看，电镀后压铆的试样并 未明显降低力学性能，仍符合相应性能指标要求，因 此建议采用电镀后压铆的方式，但需要对电镀后的 铜排非加工表面进行保护，避免加工与运输过程中 的划伤影响铜排外观。

4． 3 振动试验结果 

4． 3． 1 振动预紧力 

    按图 10 所示铜排安装位置，测量了铜排螺母振 动前后的预紧力，如表 3 所示。

    通过以上数据分析，相同力矩紧固后，预紧力值 存在差异; 振动前后预紧力的衰减无明显规律，降低 和增大的情况都存在。 

    综上所述，可以得出压铆螺母、铜排振动后预紧 力都满足使用要求。

4． 3． 2 振动试验后残余力矩 

    振动试验后，对铜排进行了检查，未发现紧固标 识线有移动情况，然后用 13． 75 N·m 力矩进行二次 紧固，未发现有松动的螺栓。 

    试验证明: 在振动条件下，压铆螺母应用于铜排 上，紧固状态符合使用要求。

4． 3． 3 振动试验后推出力 

    振动试验后，对 4 号、5 号铜排上的压铆螺母 ( CLS － M8 － 2) 进行了推出力试验，如表 4 所示。压铆螺母( CLS － M8 － 2) 静载状态下，推出力值如 表 5 所示。

    通过以上数据分析，振动试验后，铜排压铆螺母 的推出力无显著降低趋势; 试验证明: 在振动条件下，压铆螺母应用于铜排上，推出力满足使用要求。 

4． 3． 4 振动试验后扭矩 

    振动试验后，对 1 号、2 号、3 号铜排上的压铆螺 母( CLS － M8 － 2) 进行了扭矩试验，如表 6 所示。压铆螺母( CLS － M8 － 2) 静载状态下，扭矩值如表 7 所示。

    通过以上数据分析，振动试验后，铜排压铆螺母 的扭矩无显著降低趋势; 试验证明: 在振动条件下， 压铆螺母应用于铜排上，预紧力、紧固状态，推出力 扭矩满足使用要求。

5 结论

( 1) 试验表明，铜排压铆螺母的推出力、扭矩、 极限安装力矩均符合性能指标要求，尤其是极限安 装力 矩 指 标，超出现有铜排应用安装力矩标准 177% 以上，证明铜排压铆螺母在静载力学性能指标 上是可行的; 

( 2) 基于机车路谱进行振动试验，振动试验后 的预紧力、残余力矩、推出力、扭矩无明显降低趋势; 试验证明: 在振动条件下，压铆螺母应用于铜排上是 可行的; 

( 3) 对于铜排表面电镀处理，采用压铆后电镀 方法，电镀液渗入和残留可能造成持续腐蚀，影响力 学强度，因此建议采用电镀后压铆的方法，但需要对 电镀后的铜排非加工表面进行保护，避免划痕。