汽車金屬緊固件設計選用指導

今天為大家介紹：汽車金屬緊固件的結（jié）構和功能、法（fǎ）規要求、選用原則（zé）和設計規範，

為老（lǎo）鐵（tiě）們提供一個指導原則，希望大家在後續的工作中能起到一定的（de）參考作用。

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於連接、固定各功（gōng）能件（jiàn）的（de）零件稱為（wéi）緊固件，因其標準化、係列化、通用化程（chéng）度極高（gāo），有對應的國家標準或行業標準作為支撐，因（yīn）此也有人將其稱（chēng）為標準緊固件或標準件（jiàn）。

2. 結構種類

緊固件品種繁多，對應各（gè）類不同的標準，包括產品標準，公差標準、性能標準、表麵處理、標記方法以及驗收檢（jiǎn）查、包裝等等，分別體現在多個國家或行業（yè）標準中。

汽車常用緊固（gù）件，包括螺栓/螺釘（dìng）、螺母、自攻螺釘、墊圈、塑料螺母及卡（kǎ）扣等，據統計（jì），一輛輕型車平（píng）均用緊固（gù）件約500種規（guī）格，4000件左右，其中，高強度緊固（gù）件占1/3左右，一（yī）輛汽車（chē）緊固件的費用約占整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功（gōng）能介紹

螺栓/螺釘/雙頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用於承受較大（dà）載荷的高強度連接副，具有結構簡單，穩定的（de）特點。

自攻螺釘與預製孔配合型式一般用於將重量較輕的物體，如內飾，小型電器類零件固定在金屬薄板（bǎn）上（shàng）。

卡扣管夾類（lèi）塑料緊固件一般用（yòng）於將線束等小直徑管路固定嵌入鈑金類。

卡箍環箍（gū）多用於（yú）低壓液（yè）壓係統或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能（néng）源車（chē）型的崛起，全鋁製車身（shēn）的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母不再適用該種材料。

熱熔自攻鉚接（FDS）、鋁點焊（RSW）、自衝鉚接（jiē）（SPR）、抽芯拉鉚等新（xīn）工藝新緊固件的（de）重要性不斷提升，此（cǐ）類產品的技術也不斷（duàn）成熟。

同時，緊固件的防腐蝕性能（néng），也從廣泛使用的240h、480h無紅鏽進一步提高到720h，1000h無紅鏽的水（shuǐ）平。

汽車用緊固件，在服役過程中承受各種高（gāo）溫高壓、低溫、振動、腐蝕（shí）、重載、交變應力，因此，對材料的綜合性能要求（qiú）很高，而國內鋼材在有害元素及夾雜物控製、冷頂（dǐng）鍛性能等方麵與發達國家（jiā）還存（cún）在較（jiào）大差距（jù）。

因此，在冷鐓鋼材料的發展上將著力（lì）非調質（zhì）冷鐓鋼用線材研發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基礎研發（fā），進一步提升我（wǒ）國緊固件（jiàn）線材的整體質量水平。

02

法規要求

緊固件產品需強製符合”汽車零（líng）件和材料禁限用物質要（yào）求” 的要求，下（xià）表（biǎo）列（liè）出了緊固件零件在中國及歐盟等國家的主要法規（guī）要求。

03

性能（néng）要求

緊（jǐn）固接頭，需要滿足的主要性能要求如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐（nài）久，防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全方麵的法規要求

04

製造策略

1. 除非冷（lěng）鐓工藝（yì）無法實現，否則，不得采取機加工工藝，螺紋部位僅（jǐn）能使用（yòng）軋製或輥製工藝，不得使用（yòng）機（jī）加工工藝（yì）；

2. 10.9級及以上產品，需要進行防（fáng）氫（qīng）脆處理；

05

設計原則

1. 緊固接頭結構設計

a. 米製螺紋 除特（tè）殊情況，如安全帶相關緊固件因行業慣例使用統一英製（zhì）螺紋外（wài），體係中（zhōng）緊固件（jiàn）不得使用非米製螺紋。各公差等（děng）級的螺紋尺寸須滿足GB/T15756 普通（tōng）螺紋極限尺（chǐ）寸的要求（qiú）。

b. 孔的合理設計 各類型緊固用通孔和沉孔尺寸（cùn）可參考GB/T152 和GB/T5277的要求。開孔過大會引起預緊力衰減和螺栓斷裂問題發生。

c. 頭部型式（shì）的選（xuǎn）用 緊固件頭部形狀較（jiào）多（duō），以適應（yīng）不同（tóng）的裝配空間、擰緊程度、連接外觀等要求，其頭部主要作用為承載（zǎi）和扳擰。

2. 螺紋配合（hé）設計

對不同的材質，為保證能承受足夠的連（lián）接應力，需使用不（bú）同的齧合長（zhǎng）度。下圖規定了上述情（qíng）況匹配使用時的最小齧合長（zhǎng）度（dù）要求（qiú），可做評估（gū）使用。

在不幹涉其它零件情況下，螺栓和螺柱（zhù）與螺母相配後末端應（yīng）超出螺母頂麵1-2個完整牙為宜，當螺栓擰入盲孔時，應確保螺栓的（de）長度不（bú）得與盲孔產生幹涉並確保（bǎo）至少一倍直徑的螺（luó）紋在受（shòu）力區域。

3. 等級匹配性

一般情況（kuàng）下，螺（luó）母與螺栓、螺柱或螺釘機械性能等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

10級螺母可以與10.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺母可以與（yǔ）12.9級的螺栓、螺柱（zhù）或螺釘相配

一般說來，性能等級較高（gāo）的螺母可以代替性能等級較低（dī）的螺母，如10級（jí）螺母可以（yǐ）代替8級螺母與8.8級螺（luó）栓、螺柱或（huò）螺釘相配。

考慮到較高的脆斷風險，避（bì）免選用12.9級螺栓

材料防壓潰設計

設計緊固接頭時，還（hái）必須確保被夾緊材料所能承受（shòu）的極限（xiàn）單位麵積壓力需要超過螺栓預緊力產生的抗壓強度，以避免可能發生的材料壓潰問題，引起較大（dà）的預緊力衰減。

4. 鎖緊結構的選擇（zé）

常見鎖緊方式主要為螺栓（shuān）-鎖緊墊圈組合件、鎖（suǒ）緊螺母（全金屬鎖緊螺母和非金屬嵌件鎖緊螺母）、鎖固膠三種型式。

選用時應注意：

不（bú）建議機械（xiè）性能等級為8.8級及以上的螺釘采用螺釘-鎖緊墊圈組合件；

全金屬鎖緊螺母的優點是耐溫性好，但在擰緊過程（chéng）中因結構原因會導致外螺紋塗層的破（pò）壞，容易（yì）引起鏽（xiù）蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數的增加而降低，不適用於需要經常拆卸的連接（jiē）部位；

非金屬（shǔ）嵌件鎖緊螺母的優點（diǎn）是耐（nài）衝擊性（xìng）、抗振性、重複使用性較全金屬型好，但耐溫性較差，應避免在高（gāo）溫區域使用；

常用鎖固（gù）膠為（wéi）微膠囊預塗（tú）式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前（qián）者較後者使用溫（wēn）度高，但缺點是（shì）不能重複（fù）使（shǐ）用，每次拆卸後需（xū）更換新的（de）緊固件並清理螺（luó）紋孔。

5. 螺母的設計

螺母在設計時應（yīng）確保其有足夠的厚度來獲得保證載荷，齧合螺紋需滿足螺紋配合設計要求，8級和10級螺母，有效螺紋長度推薦≥1d；

結構上（shàng）優（yōu）先選擇六角法蘭麵螺母；

關鍵緊固接頭，應優先考慮具有鎖緊結構的螺（luó）母。

06

摩擦係數（shù）設計要求（qiú）

摩擦係數是螺栓連接設計的前提和邊界，每個緊固件體係內都應該有（yǒu）緊固件摩擦係數範圍要求要求，

不同主機廠有不同規定，主流的有0.09-0.15,0.10-0.16, 0.12-0.18三種（zhǒng）。

07

擰緊工藝設計

常用的裝配（pèi）方法（fǎ），為扭矩控製法和扭矩-角度控製法。

扭矩控製法是根據扭矩大（dà）小（xiǎo）和軸向力之間存在一（yī）定關係所製定的一種方法（fǎ），該方法在擰緊時（shí），隻對緊固扭矩M進行控製。

因具有（yǒu）擰緊工具簡單，可（kě）操作性強等優點（diǎn），是目（mù）前行業內最廣泛使用的擰緊方法。但因扭矩受摩（mó）擦係數影響較大，擰（nǐng）緊後獲得的預（yù）緊力有較大散差，通常可達到±30%。

扭矩-角度控製法（也（yě）稱轉角法）是將螺栓與螺母的相對回轉（zhuǎn）角度作為指標進行初（chū）始預緊力控製的方法，可在彈性區和塑性（xìng）區使用。

相（xiàng）對扭矩（jǔ）法，轉角法因通過轉角直接控製螺栓伸長（zhǎng）量，擰緊後能獲得較小的預緊力散差，通常在±15%左右。

如（rú）果能夠滿足設計要求，擰緊工藝（yì）應優先選擇扭矩控（kòng）製法。盡管轉角法控（kòng）製精度比較高，螺栓利用率高，但是對（duì）於（yú）小產量的車型（xíng），轉角（jiǎo）法設備費用太（tài）高。

08

實驗和認證

1. 整車級試驗緊固件及緊固接頭主要需滿足整車耐久和整車耐腐蝕試驗。

2. 係統級試（shì）驗  高強（qiáng）度緊固接頭（tóu）需要開展預緊力台（tái）架測試及擰緊工藝驗（yàn）證，在緊固接頭（tóu）開發實驗（yàn）室負責實施。

3. 每個公司的金屬緊固件都有《金屬緊（jǐn）固件檢（jiǎn）測項目》標準，新（xīn）開的零件需要試驗和認證。