2024-11-No1-扣件技術新訊

余征諴博士 / 國立高雄科技大學 鍛造輥軋工程研究中心

各位【台灣扣件產業服務雲】會員先進們大家好，與您分享本期 #扣件技術新訊 (2024-11-No-1)：

#技術主題 : #摩擦鑽孔及擠製攻牙成形製程參數研究

摩擦鑽孔(Friction Drilling)是一種無屑加工成形技術，可在鈑材上利用錐形工具鑽出貫通孔而不產生切屑，高速旋轉的錐形工具在工件之間產生的摩擦熱量，使工件材料局部軟化，進而形成孔洞和凸轂，鑽孔過程不需使用冷卻劑，且不會產生鑽孔切屑，具有環保且節省材料等優點；摩擦鑽孔適用於難以切削的材料，如不銹鋼，在鈑材工件上產生凸轂以增加螺紋的有效長度，材料經過再經過擠製攻牙成形螺紋，能提高接頭強度，可替代銲接螺帽或鉚接螺帽。

Bassjiouny 等人[1] 為探討摩擦鑽孔及成形螺紋孔的製程參數對螺紋孔之成形品質，以不銹鋼板進行摩擦鑽孔及成形螺紋孔(M5x0.8、M8x1.25、M10x1.5)，並利用拉伸試驗比較成形攻絲螺紋和傳統切削螺紋的性能。實驗參數包括AISI-304不銹鋼鈑厚度 (2、3mm)、摩擦鑽頭 (直徑 4.5、7.3、9.2mm)、工件厚度與鑽頭直徑比值 (t/d)、轉速 (N) 和進給速度 (f)，比較不同參數對孔徑公差 (U)、圓柱度誤差以及凸轂高度的影響。

從實驗結果可知：

(1) 工件厚度與鑽頭直徑比值 (t/d)：增加 t/d 比可成形更多材料，產生更多摩擦熱，使工件軟化容易變形，可降低孔徑公差並增加凸轂高度。

(2) 鑽頭直徑 (d)：直徑過大會導致升溫高，導致孔徑過大及形狀失真，過小則可能無法有效生成所需孔和凸轂。直徑 7.3mm 鑽頭能減少孔徑過大、具有較小之平均圓柱度誤差。

(3) 轉速 (N)：高轉速能增強摩擦熱，可使材料快速軟化，利於塑性變形和鑽孔。

(4) 進給速度 (f)：高進給速度可能導致孔邊緣品質變差，合適的進給速度可增加孔加工的穩定性和準確性。

(5) 熱影響區 (HAZ)：因高塑性變形導致高溫，熱影響區內有高硬度的細小晶粒，能提升螺紋的硬度和強度。

(6) 摩擦鑽孔與擠製攻牙成形螺紋，其有效螺紋長度比切削螺紋長，且具備更高的強度及硬度。

此技術論文利用摩擦鑽孔實驗驗證了工件厚度與工具直徑比值(t/d)、轉速(N)和進給速度(f)對摩擦鑽孔和成形螺紋孔品質的影響。實驗結果顯示，t/d 比值對圓柱度誤差和凸轂高度的影響最為顯著，且 直徑7.3mm 的摩擦鑽頭在減少孔徑公差(U)和提高孔品質方面效果最佳。熱影響區內的細小晶粒提升了螺紋的硬度和強度，使成形螺紋的抗拉強度顯著優於傳統切削螺紋，摩擦鑽孔和擠製攻牙成形技術有助於提升鋼鈑結構的螺紋結合品質。

應用該技術，可協助產業透過『摩擦鑽孔及擠製攻牙成形製程參數研究』，建立『摩擦鑽孔技術』之技術能量及相關研究開發之參考資料。

----

#參考資料：

[1] Bassiouny, N. A., Al-Makky, M., & Youssef, H. (2023). Parameters affecting the quality of friction drilled holes and formed thread in austenitic stainless steel AISI 304. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 125(3), 1493-1509., https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-022-10788-x

[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2024-11-No1, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_ed1f5d8f-fcef-48a0-9e69-9c32a28af5d6

----

Tag: #Fastener, #FrictionDrilling, #Form Tapping, #Thread, #Screw.

----