電連接器零件外螺紋的加工、電鍍與檢測

劉瑩瑩，劉曉東，黃后譽，宋新凱

(鄭州航天電子技術有限公司，河南鄭州，450000)

1 引言

電連接器廣泛應用于航空、航天、海洋等各行業，為提高耐腐蝕性能，用于屏蔽電磁干擾的殼體類零件需要涂覆不同的鍍層，以適應環境需求，但在工程實踐上，電鍍件鍍后螺紋，經常出現螺紋環規檢測不合格問題。目前，國內外的公開文獻資料多將該問題與零件的鍍前容隙量結合起來，側重于介紹鍍層厚度與螺紋容隙的對應關系，解決措施基本上是鍍前螺紋參數的偏離。但在我們的生產實踐中，僅僅結合鍍層厚度對鍍前螺紋參數的偏離，并不能完全解決鍍后螺紋的旋合問題。對此，我們對電鍍螺紋的鍍層分布情況進行了測定，結合零件結構，對外螺紋的鍍前加工參數和加工方法、電鍍加工方式、檢驗方法進行了改進，并解決了該問題。本文以基體為H62Y2黃銅，鍍層為D.L2Cu5/Ni7的零件展開論述。

2 產品特點

2.1 零件特征

零件典型特征見圖1所示。

圖1 典型零件特征尺寸(工序尺寸)

2.2 零件結構特點

右端螺紋M10×0.75-6g右端面無其它金屬凸出部分，左端螺紋M10×0.75-6g左端面有一寬為0.8mm的金屬圈；左端部分螺紋最長達到6mm，右端螺紋長度只有2.6mm；

螺紋壁厚過薄：右端鍍前螺紋小徑要求≤φ9.058，右端鍍后螺紋小徑要求≤φ9.034，而零件內孔尺寸為φ8.59～8.56，可知范圍內的零件最大壁厚在0.222～0.237。對加工的零件螺紋實際小徑進行計量，基本在φ8.94～φ8.91之間，通過計算可知，目前零件實際狀態的最小壁厚在0.16～0.19之間。該零件的壁厚過薄，無法在螺紋加工時進一步調整：壁厚稍厚時，無法調制出滿足鍍前螺紋環規通規通、止規的螺紋，壁厚稍薄時，調制的螺紋容易開裂。

2.3 零件鍍層特點

鍍層為D.L2Cu5/Ni7u5/Ni7，要求低鍍層銅層厚度為5微米，外鍍層鎳鍍層厚度為至少7微米，雙鍍層累計厚度不小于12微米。屬于電鍍鎳的應用范疇，具有尖端放電效應，很難控制上述鍍層厚度的一致性。

3 鍍后存在的突出問題

用M10×0.75-6g螺紋環規檢測右端螺紋，在全螺紋長度方向不能滿足螺紋環規通規通的要求，用M10×0.75-6g螺紋環規檢測左端螺紋，能夠滿足螺紋環規通規通要求，但不能完全滿足止規止的要求。

4 當前螺紋鍍前加工參數的偏離

圖1所示螺紋，保持基本牙型角不變，螺紋大徑、中徑、小徑偏離情況見表1。即螺紋中徑上下偏差均下調0.048mm，螺紋小徑直徑方向上下偏差均下調0.024mm，螺紋大徑直徑方向上下偏差均下調0.024mm。該部分的尺寸，在過程中的檢測由鍍前螺紋環規控制，鍍前螺紋環規代號編碼設置為M10×0.75-6g-12。

表1 螺紋尺寸偏離情況

5 電鍍螺紋存在的問題原因分析

5.1 電鍍螺紋的特點

5.1.1 普通螺紋的基本牙型

普通米制螺紋的牙型輪廓是以兩個緊相連接著的“原始三角形”，依其高H，截去頂部1/8H、底部1/4H后所形成的輪廓線，見圖2。

H：原始三角形高度 P：螺距

內、外螺紋牙底實際輪廓上的任何點，應滿足螺紋通規牙型。

5.1.2 螺紋鍍后的基本形狀

由于電鍍溶液的分散能力及電鍍過程中操作方式的不同，對每一種鍍件，鍍層都不可能是均勻的。例如在掛鍍或滾鍍(如圖3)所示時，由于螺紋頂部離陽極近，在牙尖部位電流密度相對較大，溶液中的金屬離子近端放電先行沉積于圖示①、②處，而④、⑥處位于凹槽，相對遠離陽極，電流密度較小，離子沉淀的補充也沒有①、②處來得快，故在較長時間電鍍后，可以看到①、②處部位顯著膨大，而④、⑥的部位鍍層相對要薄得多。同理，由于尖端放電效應，同一牙型角上，靠近零件端面方向的一面如⑤處，要比③處鍍層要厚。①、②、⑤部位的膨起，引起螺紋變形，致使鍍后旋合不上。在背陽極面，一般說厚度要比陽極面小一些。在滾鍍過程中，上述現象基本被消除，雖然①、②部位沉積較快，但因不斷滾動摩擦而抑制了它鐘乳狀凸出，故效果比掛鍍好。通常緊固件以滾鍍方式進行。

圖3 螺紋電鍍鍍層沉積示意圖

5.1.3 電鍍螺紋低鍍層Cu層和外鍍層Ni層在螺紋長度方向的分布規律

滾鍍螺紋分為臥式滾鍍、振動鍍、傾斜滾鍍，公司目前小型螺紋件應用的滾鍍方式為臥式滾鍍，臥式滾鍍又分為混合批次電鍍、單一批次滾鍍、摻雜鋼球方式電鍍。其中：混合批次電鍍適用于同一基體、同一鍍層結構、各批次投產數量少不足以同一滾筒裝掛的生產模式；單一批次滾鍍適用于同一批次、數量足夠、同一滾筒方式電鍍；摻雜鋼球方式電鍍適用于單一批次、投產數量少、生產任務急的批次。下面針對混合批次電鍍、摻雜鋼球批次的螺紋的螺紋銅鍍層、鎳鍍層分布情況進行了金相檢測，分布情況見表2。

表2 螺紋鍍層分布數據統計表 (單位：微米)

備注：由于慘鋼球進行電鍍的批次，Cu層很薄，在金相測評時未予測試，故無此數據。關于首扣參數，由于螺紋首扣的牙型不完整，測試部位不確定，兩者數據不穩定，不作為后續分析數據。

分析：從表三可以看出：

① 從第三扣起，尖端放電效應逐漸衰減，螺紋鍍層厚度趨近并逐漸小于設定鍍層厚度，因此后續工藝參數管控重點是首扣至第2扣；

② 第二扣，作為完整牙型，尖端放電的典型代表部位，該扣螺紋兩側面鍍鎳層厚度差分別4.821(混批電鍍)、4.33(摻鋼球電鍍)，兩者相差達到0.491微米，差值約占后者11%。該鍍層差值會影響并加大螺紋長度方向螺距的一致性，設該值為x，則導致鍍層處螺距變動量△t為X/sin60°。因此，首扣至第二扣螺紋牙型角兩側的鍍層厚度差越小越好，或者至少應提高該部位螺紋的容隙量。

③ Cu層的厚度偏差和很小，大概最大值在3微米。其原因在于Cu的還原電位比較高，為+0.34V，而鎳的還原電位為-0.25V，在電鍍過程中Cu相對于Ni,對電流的敏感性較低，后續關注重點應在與Ni鍍層厚度控制上。

5.2 零件結構會影響尖端放電的量

以圖1為例，零件左端部分螺紋有一圓形凸出，該凸出部分，沒有螺紋，其分擔了相當一部分電荷，導致左端部分首扣螺紋尖端放電量弱于右端部分螺紋首扣，這是同樣的鍍前螺紋加工參數，同樣的電鍍參數導致的鍍后螺紋檢測結果不同的其中一個原因，需要在工藝設計上進行注意。

5.3 不同的螺紋長度對螺紋鍍層的厚度偏差，具有不同的包容能力

由5.1可知，電鍍螺紋在不同的長度方向，鍍層厚度分布很不均勻，各部分的中徑會相應變動，而中徑的變動量差異隨著螺紋旋合長度的遞增而加大，這是導致相同結構、相同鍍層，不同螺紋旋合長度出現不同檢測結果的原因。

由圖4可知，鍍后螺紋中徑的變動量△d2是鍍層厚度t的4倍。

圖4 中徑變動量與鍍層厚度關系示意圖

以表2混鍍為例，第一扣的中徑部分兩側的最大鍍層厚度達到0.0326mm。其中徑會相應增加0.0326×4=0.1304，而最尾端的螺紋鍍層厚度只有0.00571mm，該部分中經僅增加0.00571×4=0.02284，扣數相差越多，螺紋中徑的差異性越大，因此，對于不同螺紋長度的零件，在電鍍前需要制定不同的偏移量。

5.4 零件首扣部分的毛刺及粗糙度會影響鍍層厚度

螺紋的首扣，由于存在較尖銳的飛邊，零件強度相對較低，在車削過程中，相對于其它部分螺紋，較易出現飛邊毛刺和車削振動導致的加工面粗糙。飛邊毛刺會導致螺紋容隙的下降，如圖5。粗糙面相對于平滑表面，也存在尖端放電現象，鍍層相對疏松且厚，這些因素的疊加，也會降低鍍后零件的旋合性。

圖5 螺紋首扣部分容易出現的毛刺

6 整改措施

6.1 調整首3扣螺紋的機械加工參數

圖6 螺紋加工示意圖

圖7 螺紋走刀加工示意圖

對于類似于圖1左端螺紋，邊部有金屬凸起物，可以弱化尖端放電效應，且螺紋扣數不大于4扣的螺紋，可以按照正常的鍍前電鍍參數進行螺紋的車削即可。

6.2 細牙螺紋的電鍍禁止大小不一、比重不一的零件混合電鍍

混合電鍍的零件，由于零件大小不一、比重不同，電鍍時在滾筒中離心旋轉，在離心力的作用下，可能會導致零件比重較大的零件分布在滾筒的最外圍，最先與濃度較高的電鍍液接觸并獲得較高的電荷加持，使其鍍層厚度超過較薄、較輕的零件，導致批次性鍍層厚度不均勻，并最終導致鍍后鍍層的差異性不能滿足使用要求。

6.3 條件具備時，采用較大比例的金屬球與零件混合電鍍

金屬球為實心材料，相較于空心零件，在離心力作用下，較大比例的金屬球分布于滾筒內外圍，會削弱尖端放電的影響，同時空心零件之間會相應的填充部分金屬球，較之于純零件狀態，零件與滾筒內的陰極接觸會更加緊密，使電鍍電流連續性得到提升，鍍后零件輪廓會更加清晰、完整、密實，另外會削弱尖端放電的影響，使鍍后螺距的差距得到縮小，分別見圖8、圖9。

圖8 摻金屬球電鍍的鍍層輪廓

圖9 混合批次電鍍的鍍層輪廓

6.4 零件車削螺紋后首1-2扣部分用百潔布或金屬網刷拋光

對于首扣螺紋不要求修尾的零件，其首1-2扣部分極易生成細小毛刺，需要增加拋光去毛刺處理工步。

6.5 修訂鍍后螺紋檢驗標準

由于電鍍尖端放電影響，導致的螺紋鍍層厚度很難均勻，因此，對于電鍍后的螺紋件的檢測，不適合按照鍍前螺紋的車削檢驗規范進行。

國標GB/T5267.1-2002/ISO 4042:1999《緊固件 電鍍層》第2頁4.2條電鍍后的尺寸要求規定：

電鍍后，普通螺紋按GB/T3934的規定：用公差帶位置為h或H的通規分別檢驗外螺紋或內螺紋，其他產品尺寸要求僅適用于鍍前。

適用標準參照如下要求進行(以圖1為例)：

對于鍍后外螺紋，優先選用-6g級公差帶的螺紋環規進行驗收，不能滿足時，允許選用-6h級公差帶的螺紋環規進行驗收，需滿足通規通，止規止，止規不止時，螺紋大徑合格也可。

對于鍍后內螺紋，需滿足通規通，止規止，止規不止時，螺紋小徑合格即可。

鍍前，螺紋必須滿足鍍前螺紋量規通規通，止規止要求。

7 結論

電鍍螺紋的鍍后檢查不能單一依靠螺紋環規，還要引入螺紋牙頂參數的檢測。考慮電鍍螺紋的特點，對于螺紋分布在尖端部分的零件，在機械加工時適當調整螺紋首幾扣的容隙量，有助于提高鍍后螺紋的合格率。電鍍時混合摻入適當比例的金屬球，有助于削減螺紋輪廓上的尖端放電趨勢，有助于提高鍍后螺紋的尺寸一致性和鍍層的致密性。