汽車金屬緊固件設計（jì）選用指導

今天為大家介紹：汽車金（jīn）屬緊固件的結構和功能、法規要求、選用原則和設計規範，

為老鐵們提（tí）供一個（gè）指導原則，希望大（dà）家在（zài）後續的工作中能起到一定的參考作用。

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於連接、固定各功能件的零件稱為（wéi）緊固（gù）件，因（yīn）其標（biāo）準化、係列化、通（tōng）用化程度極高，有對應的國家標準或（huò）行業（yè）標準作為支撐，因此也有（yǒu）人將其稱為標準緊固件或標準件。

2. 結構種類（lèi）

緊固件品種繁多，對應（yīng）各類不同的標準，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（yàn）收檢查（chá）、包裝等等，分別體現在多個國家或行業標準中。

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

3. 功能介紹

螺栓/螺釘/雙頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的（de）型式，主要用於承受較（jiào）大載荷的高強度連接副，具有結（jié）構（gòu）簡單，穩定的特點。

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

卡扣管夾類塑（sù）料緊固件一般用於將線束等小直（zhí）徑管（guǎn）路固定（dìng）嵌入鈑金類。

卡箍環箍多用於低壓液壓係統或氣壓係（xì）統，冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能源車型的崛起，全鋁製車身的應用逐（zhú）漸（jiàn）廣泛，傳統的焊接螺（luó）栓，螺母不再適用該種材（cái）料。

熱熔自攻鉚接（FDS）、鋁點焊（hàn）（RSW）、自衝鉚接（SPR）、抽芯拉鉚等新（xīn）工藝（yì）新緊（jǐn）固件的重要性不（bú）斷提升（shēng），此類產品的技術也不斷成熟。

同時，緊固件的（de）防腐蝕（shí）性能，也從廣泛使（shǐ）用的240h、480h無紅鏽進一步提（tí）高到720h，1000h無紅鏽的水平。

汽車用緊（jǐn）固件，在服役過（guò）程中承受各種高溫高壓、低溫、振（zhèn）動、腐蝕、重載、交變應力，因此，對材料的綜（zōng）合性能要求很高，而國內鋼材在有害元素及夾雜（zá）物控製、冷頂鍛性（xìng）能等方麵與發達國家還存在（zài）較（jiào）大差距。

因此，在冷鐓鋼材料的發展上將著力非（fēi）調質冷鐓（duì）鋼用線（xiàn）材研發、10.9級（jí）螺栓用低（dī）碳硼鋼擴展、高強度螺（luó）栓鋼等基礎研發，進一步提升我國緊固件線材的整體質量水平（píng）。

02

法規要求

緊固件產品需強製（zhì）符合”汽車零件和材料禁限用物質（zhì）要求” 的要求，下表列出（chū）了緊（jǐn）固件零件（jiàn）在中國及歐盟等國（guó）家的主要法規要求。

03

性能要求

緊固接頭，需要滿足的主（zhǔ）要性能要求（qiú）如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能滿（mǎn）足安全方麵的法規要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓工藝無法（fǎ）實現，否則，不（bú）得采取機（jī）加工工藝，螺紋部位僅能（néng）使用（yòng）軋製或輥製工藝，不得使用機（jī）加工工藝；

2. 10.9級及以上（shàng）產品，需要進行防氫脆（cuì）處理；

05

設計（jì）原則

1. 緊固接頭結構設計

a. 米製螺紋 除特殊情（qíng）況，如安全帶相關緊固件因行業（yè）慣（guàn）例使用（yòng）統一英（yīng）製（zhì）螺紋外，體係中緊固件不得使用非米製螺紋。各公差等級的螺紋尺寸須滿（mǎn）足GB/T15756 普通螺紋極限尺寸（cùn）的要求。

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

c. 頭部型式的選用（yòng） 緊固件頭部形（xíng）狀較多，以適應（yīng）不（bú）同的裝配空間、擰緊程度、連（lián）接外觀等（děng）要（yào）求，其頭部主要作用為承載和扳擰。

2. 螺紋配合設計（jì）

對不同的材質，為保證能承受足夠（gòu）的連（lián）接應力，需（xū）使用不同的齧合長度。下圖規定了上述情況匹配使用時的最小齧（niè）合長（zhǎng）度要（yào）求，可做評（píng）估使用。

在不（bú）幹涉其它零件情況下，螺栓和螺柱與螺母相配後末端應超出螺母頂麵1-2個（gè）完（wán）整牙為宜，當（dāng）螺栓（shuān）擰入盲（máng）孔時，應（yīng）確保螺栓的長度不得與盲孔產（chǎn）生（shēng）幹涉並確保至少一倍直（zhí）徑的螺紋在受力區域。

3. 等級匹配性

一般情況（kuàng）下，螺母與螺栓、螺柱或螺釘機械性能等級的匹配如下：

8級螺母可（kě）以與8.8級的螺栓、螺柱或（huò）螺釘相配；

10級螺母可（kě）以與10.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺（luó）母（mǔ）可以與12.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配

一般說來，性能等級較高的螺母可以代替性能等級較低的螺母，如10級螺（luó）母可以代替8級螺母與（yǔ）8.8級螺栓、螺柱或螺（luó）釘相配。

考慮到較高的脆斷風（fēng）險，避（bì）免選用12.9級螺栓

材（cái）料防壓潰設計

設計（jì）緊固接頭時，還必須確保被夾緊材料所能承受的極限單位麵積壓（yā）力需要超過螺栓預緊力產生的（de）抗壓（yā）強度（dù），以（yǐ）避免可能（néng）發生的材料壓（yā）潰問（wèn）題，引起較大的（de）預緊力衰減。

4. 鎖（suǒ）緊結（jié）構的選（xuǎn）擇

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

選用時應注意：

不建（jiàn）議機械性能等級為8.8級及以上（shàng）的螺釘采用螺釘（dìng）-鎖緊（jǐn）墊圈組（zǔ）合件；

全金屬鎖緊螺母的優點（diǎn）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壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數（shù）的（de）增加而（ér）降低，不適用於（yú）需要經常拆卸的連接部位；

非金屬嵌件鎖（suǒ）緊（jǐn）螺母的優點是耐衝擊性、抗振性、重複使用（yòng）性較全金屬型好，但耐溫性較差，應避免在高（gāo）溫區域（yù）使（shǐ）用；

常用鎖固膠為微膠囊預塗式（shì）鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後者使用溫度高，但缺點是不能重複使用，每次拆卸後需更換新的緊固件並清（qīng）理螺紋孔。

5. 螺（luó）母的設計

螺母在設計時應確保其有足夠的厚（hòu）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（jiàn）≥1d；

結構上優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母。

06

摩擦係數設計要求

摩擦係數是螺栓連接設計的前提（tí）和邊界，每個緊固件體係內都應該有緊固件（jiàn）摩擦（cā）係數範（fàn）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）。

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擰緊工（gōng）藝設（shè）計

常用的裝配方法（fǎ），為扭矩控製法和（hé）扭矩-角度（dù）控製法。

扭矩控製法是（shì）根據扭矩大小和軸向力（lì）之間存在一定關係所（suǒ）製（zhì）定的一種方（fāng）法，該方法在擰緊時，隻（zhī）對緊固扭矩M進行控製。

因（yīn）具有擰（nǐng）緊工具簡單，可操作性強等優點（diǎn），是目（mù）前行業內最廣泛使用的擰緊方法。但因扭（niǔ）矩受摩擦係數影響較大，擰緊後（hòu）獲得的預緊力有較大散（sàn）差，通常可達到±30%。

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

相對扭矩法，轉角法因通過轉角直接控製（zhì）螺栓伸長量，擰緊後能獲得較（jiào）小的預（yù）緊力散差，通常在±15%左右。

如果能夠（gòu）滿足設計要求，擰緊工藝應優先選擇扭（niǔ）矩控製法。盡管轉角法控製精度比較（jiào）高，螺栓利用率高，但是對於小產量的車型，轉角法設備費用太高。

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實驗和認證

1. 整車級試驗緊固件及緊（jǐn）固（gù）接頭主要（yào）需滿足整車（chē）耐久和整車耐腐蝕試驗。

2. 係統級試驗  高強度緊固接頭需要開展預緊力台架測試及擰（nǐng）緊工藝驗證，在緊固接頭開發實（shí）驗室負責實施。

3. 每個公司的金（jīn）屬緊固件都有（yǒu）《金屬緊（jǐn）固件檢測項目》標準，新開的零（líng）件需要試驗和認證。