CN119353303B - 一种fds螺钉、螺钉加工方法及板材连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FDS螺钉、螺钉加工方法及板材连接方法。一种FDS螺钉包括头部和设置在头部下方的杆体；所述头部靠近杆体的一侧开设有凹槽，所述凹槽沿杆体环形设置；所述FDS螺钉还包括可受力扭曲变形的罩壳；所述罩壳的一端套设在杆体，另一端延伸至凹槽内。本发明使得FDS螺钉在攻丝时产生的碎屑能够利用曲面挤压碎屑时产生的侧向分力，以及高速旋转时罩壳的离心力，两者共同作用使得碎屑及时顺滑地排出接头位置，防止碎屑在头部下堆积，同时打孔板材时产生的金属衬套、罩壳和部分未排出干净的碎屑均会被塞入凹槽内，使得FDS螺钉头部与板材之间完全贴合，隔绝了FDS螺钉头部接头处与空气的接触，减少FDS螺钉接头处的电化学反应。

Description

一种FDS螺钉、螺钉加工方法及板材连接方法

技术领域

本发明涉及螺钉技术领域，特别是涉及一种FDS螺钉、螺钉加工方法及板材连接方法。

背景技术

近年来，随着新能源汽车逐渐兴起，“轻量化”成为发展趋势，高强度钢、铝、镁合金材料大量应用于白车身，对于异种材料连接，FDS螺钉(又称流钻螺钉、热融自攻丝螺钉)连接可代替传统焊接取得更好的连接效果。FDS螺钉对于异常材料之间的连接存在诸多优势，但是也存在着一些缺点，如使用FDS螺钉连接的板材正反面均有较大凸起，再加上正面产生的碎屑会堆积在FDS螺钉的头部下方，从而使得FDS螺钉头部与连接板材之间产生间隙，使得连接部分与空气接触导致接头处耐腐蚀性能下降。在一些FDS螺钉设计中采用法兰头，在法兰头的下方设置有排屑槽。这种排屑槽设计使得FDS螺钉攻丝板材产生的一部分碎屑被排出，一部分会在槽内堆积，此时有碎屑不能填满排屑槽的可能，且碎屑本身与空气接触面积大，仍有产生电化学腐蚀的可能，影响FDS螺钉连接接头处的强度和寿命。

发明内容

基于此，有必要针对现有FDS螺钉头部与连接板材之间有间隙，使得连接部分与空气接触导致接头处耐腐蚀性能下降的问题，提供一种FDS螺钉、螺钉加工方法及板材连接方法。

一种FDS螺钉，其包括头部和设置在头部下方的杆体，所述头部靠近杆体的一侧开设有凹槽，所述凹槽沿杆体环形设置；

所述FDS螺钉还包括可受力扭曲变形的罩壳；所述罩壳的一端套设在杆体，另一端延伸至凹槽内；所述罩壳内部空间与凹槽共同形成一个空腔，此时所述罩壳的外表面具有一个从空腔外凸的曲面；所述罩壳用于将螺钉攻丝时产生的碎屑，利用曲面挤压碎屑产生的侧向分力和罩壳旋转时的离心力排出接头；当所述罩壳受力变形时，所述罩壳压缩进入凹槽内。

作为优选实例，所述罩壳的一端与凹槽的内壁相抵；所述凹槽的内壁为弧形面，且用于在罩壳变形时引导罩壳进入凹槽内。

作为优选实例，所述罩壳整体呈锅盖形；所述罩壳的开口端与凹槽连接。

作为优选实例，所述罩壳与杆体之间通过点焊的方式连接，且两者之间至少有三个焊点。

作为优选实例，所述头部远离杆体的一端设置为平滑部，且平滑部的中间位置开设有用于传递动力的内六角沉割槽。

作为优选实例，所述杆体靠近头部的一端为光滑部，且与罩壳连接；所述杆体的中间位置为螺纹部；所述杆体远离头部的一端为锥部。

一种FDS螺钉的加工方法，其对如上所述的FDS螺钉进行加工；所述FDS螺钉的加工方法包括以下步骤：

在普通FDS螺钉上加工出凹槽；将提前加工好的罩壳套设在杆体上，并使得罩壳的一端延伸至凹槽内；使用点焊工艺将罩壳与杆体进行焊接。

作为优选实例，点焊时，所述罩壳与杆体之间至少有三个连接用的焊点，且多个焊点沿杆体环形均匀分布。

一种板材的连接方法，其使用如上所述的FDS螺钉；所述板材的连接方法包括以下步骤：

将板材互相贴合，通过旋转进给装置带动FDS螺钉边旋转边向板材方向移动，直至FDS螺钉的锥部穿过所有板材；

降低旋转进给装置的转速，FDS螺钉继续向下移动，通过FDS螺钉的螺纹部在板材的穿孔内攻出螺纹；攻螺纹的同时，其产生的碎屑与罩壳接触；罩壳挤压碎屑时产生的侧向分力，以及高速旋转时罩壳的离心力，两者共同作用使得碎屑及时顺滑地排出接头位置；

旋转进给装置保持均匀转速，在此过程中，金属衬套挤压罩壳，使得罩壳向凹槽内变形，最终使得突出的金属衬套、罩壳和部分未排出干净的碎屑均被塞入凹槽内，直至FDS螺钉在板材上达到设定拧紧扭矩后结束。

作为优选实例，将板材互相贴合时，通过压圈对板材施压；所述FDS螺钉在压圈内部对板材进行连接。

本发明的有益效果在于：本发明通过凹槽和罩壳的设计，使得FDS螺钉在攻丝时产生的碎屑能够利用曲面挤压碎屑时产生的侧向分力，以及高速旋转时罩壳的离心力，两者共同作用使得碎屑及时顺滑地排出接头位置，防止碎屑在头部下堆积，同时打孔板材时产生的金属衬套、罩壳和部分未排出干净的碎屑均会被塞入凹槽内，使得FDS螺钉头部与板材之间完全贴合，隔绝了FDS螺钉头部接头处与空气的接触，减少FDS螺钉接头处的电化学反应，更能适应盐酸腐蚀环境。

附图说明

图1为实施例中FDS螺钉的立体结构示意图；

图2为实施例中FDS螺钉的剖面示意图；

图3为实施例中罩壳的结构示意图；

图4为实施例中FDS螺钉在孔成型阶段时与板材的关系示意图；

图5为实施例中FDS螺钉完成板材连接时的关系示意图。

图中：头部1、罩壳2、光滑部3、螺纹部4、锥部5、板材6、金属衬套7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1和图2，本实施例中，提出了一种FDS螺钉，其包括头部1、设置在头部1下方的杆体和罩壳2。其中，在头部1远离杆体的一端设置为平滑部，并在平滑部的中间位置开设有用于传递动力的内六角沉割槽。现有的一些FDS螺钉中有采用头部1为蘑菇头的圆弧形设计。该中FDS螺钉头部1在刀头定位时不够稳定，并且因为圆弧形顶部设计，使得头部1下方边缘处的深度有限。为了不影响螺钉强度，因此不能在头部1边缘处开设排屑槽，导致传统的蘑菇头FDS螺钉在装配时需要对靠近头部1的板材6预开孔。本方案中的FDS螺钉头部1设计采用平台形顶部设计，配合内六角沉割槽设计，能够方便稳定地为刀头进行定位以及减少预开孔工序。另一方面，在头部1靠近杆体的一端则开设有凹槽。凹槽沿杆体环形设置。该凹槽一方面能够容纳部分碎屑，也能够容纳板材6在钻孔时产生的部分金属衬套7。

该杆体也与传统螺钉不同。杆体靠近头部1的一端为光滑部3，用于与罩壳2连接。杆体的中间位置为螺纹部4，用于对板材6进行攻丝和与板材6螺接。杆体远离头部1的一端则为锥部5，用于高速旋转情况下向板材6表面施加高下压力，同时产生极高的摩擦热，融化金属，随后锥部5穿透板材6，最终形成穿孔。

本方案中的其中一个关键点在于罩壳2的设计。该罩壳2为一个薄壳结构，且能够在受到较大外力时能够扭曲变形。本实施例中，如图3所示，罩壳2整体可设置为锅盖形。该罩壳2整体套设在杆体上，同时罩壳2开口的一端延伸至凹槽的内部，并与凹槽内壁相抵。与之匹配的是，凹槽与罩壳2相抵的内壁可设置为弧形面，通过弧形设计引导罩壳2在受压变形时能够扭曲压缩进入凹槽内。罩壳2的另一端套设在杆体上且与杆体固定。需要提及的是，罩壳2最后需要与杆体脱离，压缩进凹槽内，因此罩壳2与杆体之间的连接方式可采用点焊的方式。通过多个焊点使得罩壳2与杆体之间连接，保证一定连接强度的同时使得罩壳2能够受力而与杆体脱离。上述罩壳2的设计使得罩壳2内部空间与凹槽共同形成一个空腔，此时罩壳2的外表面具有一个从空腔外凸的曲面。如图4所示，该曲面相对于FDS螺钉的进给方向而言，使得FDS螺钉在攻丝时产生的碎屑能够利用曲面挤压碎屑时产生的侧向分力，以及高速旋转时罩壳2的离心力，两者共同作用使得碎屑及时顺滑地排出接头位置，从而防止碎屑在头部1下堆积。另一方面，FDS螺钉穿透板材6时，大部分热熔的板材6会在钻孔上下形成一个厚度是板材61～3倍的金属衬套7。部分金属衬套7会在板材6上方突出。而该部分突出的金属衬套7也会影响FDS螺钉头部1与板材6之间的空隙。在本实施例中，如图5所示，随着FDS螺钉的持续攻丝，该突出的金属衬套7挤压罩壳2，使得罩壳2向凹槽内变形，最终使得突出的金属衬套7、罩壳2和部分未排出干净的碎屑均被塞入凹槽内。这样就不会在头部1和板材6之间产生障碍，没有间隙产生，使得FDS螺钉头部1与板材6之间完全贴合，隔绝了FDS螺钉头部1接头处与空气的接触。此外，挤压进凹槽内的罩壳2、金属衬套7等也会对头部1产生一个向上的预紧力，从而有助于FDS螺钉在板材6上连接的更加稳固，不容易松动。

在另一些实施例中，罩壳2与杆体之间也可采用其它的连接方式，无论是整体焊接还是胶接等方式均可。即使有些连接方式的连接强度过大，使得罩壳2未与杆体脱离，此时罩壳2仍受力变形，其部分伸入凹槽内，部分则直接挤压进杆体与金属衬套7之间的夹缝中，起到隔绝螺钉接头处与空气的接触。

在另一个实施例中，还提出了一种FDS螺钉的加工方法，其对上述的FDS螺钉进行加工。该FDS螺钉的加工方法包括以下步骤：

在普通FDS螺钉上加工出凹槽。将提前加工好的罩壳2套设在杆体上，并使得罩壳2的一端延伸至凹槽内。使用点焊工艺将罩壳2与杆体进行焊接。点焊时，罩壳2与杆体之间至少有三个连接用的焊点，且多个焊点沿杆体环形均匀分布。

在另一个实施例中，还提出了一种板材6的连接方法，其使用如上所述的FDS螺钉对板材6进行连接。以两个板材6的连接为例，该板材6的连接方法包括以下步骤：

(1)定位阶段：旋转进给装置中部的六角刀头与FDS螺钉头部1的内六角沉割槽定位啮合。螺钉旋转的力由刀头通过内六角沉割槽传递给钉头，从而带动整个钉身，并使用压圈，通过向下加压压圈的方式，用力压紧被连接板材6，使得板材6在穿透阶段时不会跳动偏移。

(2)穿透阶段：FDS螺钉高速旋转摩擦板材6产生高温，其产生的温度达到500-600℃(螺钉有特殊镀层不受高温影响)，使金属软化、冲孔。整个阶段持续到FDS螺钉穿过下板料为止。

(3)孔成型阶段：热塑性变形阶段，转速降低，FDS螺钉向下运动，FDS螺钉的锥部5锥面与板材6接触面积增加。熔融的板材6金属材料在轴向与旋转作用力下沿轴向和径向作热塑性流动形成环颈和金属衬套7，形成比板材6厚度大的通孔，为下一阶段作准备。

(4)螺纹成型阶段：FDS螺钉转速进一步降低，在环颈和金属衬套7上攻出螺纹，产生的碎屑一部分从下板往下脱落，一部分通过FDS螺钉头部1的罩壳2设计及时顺滑地排出接头，防止废料堆积的同时，更好的隔绝接头内部与空气接触，减少接头内部的电化学反应，使得接头更能适应盐酸腐蚀环境。

(5)旋入阶段：FDS螺钉保持均匀转速。

(6)FDS螺钉达到设定拧紧扭矩后，突出的金属衬套7、罩壳2和部分未排出干净的碎屑均被塞入凹槽内，使得头部1与板材6之间没有间隙产生，更大限度的隔绝了接头与空气的接触，防止电化学腐蚀的发生，且增加了接头强度。随后板材6连接结束。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种FDS螺钉，其包括头部(1)和设置在头部(1)下方的杆体，其特征在于，所述头部(1)靠近杆体的一侧开设有凹槽，所述凹槽沿杆体环形设置；

所述FDS螺钉还包括可受力扭曲变形的罩壳(2)；所述罩壳(2)的一端套设在杆体，另一端延伸至凹槽内；所述罩壳(2)内部空间与凹槽共同形成一个空腔，此时所述罩壳(2)的外表面具有一个从空腔外凸的曲面；所述罩壳(2)用于将螺钉攻丝时产生的碎屑，利用曲面挤压碎屑产生的侧向分力和罩壳(2)旋转时的离心力排出接头；当所述罩壳(2)受力变形时，所述罩壳(2)压缩进入凹槽内。

2.根据权利要求1所述的FDS螺钉，其特征在于，所述罩壳(2)的一端与凹槽的内壁相抵；所述凹槽的内壁为弧形面，且用于在罩壳(2)变形时引导罩壳(2)进入凹槽内。

3.根据权利要求1所述的FDS螺钉，其特征在于，所述罩壳(2)整体呈锅盖形；所述罩壳(2)的开口端与凹槽连接。

4.根据权利要求1所述的FDS螺钉，其特征在于，所述罩壳(2)与杆体之间通过点焊的方式连接，且两者之间至少有三个焊点。

5.根据权利要求1所述的FDS螺钉，其特征在于，所述头部(1)远离杆体的一端设置为平滑部，且平滑部的中间位置开设有用于传递动力的内六角沉割槽。

6.根据权利要求1所述的FDS螺钉，其特征在于，所述杆体靠近头部(1)的一端为光滑部(3)，且与罩壳(2)连接；所述杆体的中间位置为螺纹部(4)；所述杆体远离头部(1)的一端为锥部(5)。

7.一种FDS螺钉的加工方法，其特征在于，其对如权利要求1-6中任意一项所述的FDS螺钉进行加工；所述FDS螺钉的加工方法包括以下步骤：

在普通FDS螺钉上加工出凹槽；将提前加工好的罩壳(2)套设在杆体上，并使得罩壳(2)的一端延伸至凹槽内；使用点焊工艺将罩壳(2)与杆体进行焊接。

8.根据权利要求7所述的FDS螺钉的加工方法，其特征在于，点焊时，所述罩壳(2)与杆体之间至少有三个连接用的焊点，且多个焊点沿杆体环形均匀分布。

9.一种板材的连接方法，其特征在于，其使用如权利要求1-6中任意一项所述的FDS螺钉；所述板材的连接方法包括以下步骤：

将板材互相贴合，通过旋转进给装置带动FDS螺钉边旋转边向板材方向移动，直至FDS螺钉的锥部(5)穿过所有板材；

降低旋转进给装置的转速，FDS螺钉继续向下移动，通过FDS螺钉的螺纹部(4)在板材的穿孔内攻出螺纹；攻螺纹的同时，其产生的碎屑与罩壳(2)接触；罩壳(2)挤压碎屑时产生的侧向分力，以及高速旋转时罩壳(2)的离心力，两者共同作用使得碎屑及时顺滑地排出接头位置；

旋转进给装置保持均匀转速，在此过程中，金属衬套(7)挤压罩壳(2)，使得罩壳(2)向凹槽内变形，最终使得突出的金属衬套(7)、罩壳(2)和部分未排出干净的碎屑均被塞入凹槽内，直至FDS螺钉在板材上达到设定拧紧扭矩后结束。

10.根据权利要求9所述的板材的连接方法，其特征在于，将板材互相贴合时，通过压圈对板材施压；所述FDS螺钉在压圈内部对板材进行连接。