汽車金屬緊固件設計選用指導

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

為老鐵們提供一個（gè）指導（dǎo）原則，希望大家在後續的（de）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（gōng）能件的零件稱為緊固件，因其標準化、係列化、通用化程度（dù）極高，有對應的國（guó）家標（biāo）準或行業標準作為支撐，因此也有人將其稱為標準緊固（gù）件或標準件。

2. 結構種（zhǒng）類

緊固（gù）件品種（zhǒng）繁多，對應（yīng）各類不同的標準，包括（kuò）產品標準，公差（chà）標準、性能標準、表麵處理、標記方法以（yǐ）及驗收檢查、包裝等等，分別體現在（zài）多個國家或行業標準中（zhōng）。

汽車常用緊（jǐn）固件（jiàn），包括螺栓（shuān）/螺（luó）釘、螺母、自攻螺釘、墊圈、塑料螺母及卡扣（kòu）等，據統計（jì），一輛輕型車平均用緊固件約500種規格（gé），4000件左（zuǒ）右，其中，高（gāo）強度緊（jǐn）固件占1/3左右（yòu），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（mǔ）/螺紋（wén）孔配合的型式，主要用於承（chéng）受較大載荷的高強度連接（jiē）副，具有（yǒu）結構簡單，穩定的特點。

自攻螺（luó）釘與預製孔配合型式（shì）一般用於（yú）將重（chóng）量（liàng）較輕的物體，如內飾，小（xiǎo）型電器類零件固定在（zài）金屬薄板上。

卡扣管夾類塑（sù）料緊固件一般用於將線束（shù）等小直徑（jìng）管路固定嵌（qiàn）入鈑金類。

卡箍環箍多用於低（dī）壓液壓係統（tǒng）或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發展（zhǎn）趨勢

隨著（zhe）新能源車型（xíng）的（de）崛起，全鋁製（zhì）車（chē）身的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母不再適用該種材料。

熱（rè）熔自攻鉚接（FDS）、鋁（lǚ）點焊（RSW）、自衝鉚接（SPR）、抽芯拉（lā）鉚等（děng）新工（gōng）藝新緊固件的重（chóng）要性不斷提升，此（cǐ）類（lèi）產品的技術也不斷成熟。

同時，緊（jǐn）固件的防腐蝕性能，也（yě）從廣泛使（shǐ）用的240h、480h無紅鏽進一步提高到720h，1000h無紅鏽的水平。

汽車用緊固件，在服役過程中承受各種高溫高壓、低溫、振動、腐（fǔ）蝕、重載、交（jiāo）變應力，因此，對材料的綜合性能要求很（hěn）高，而國內鋼材在（zài）有害元素及夾雜物控（kòng）製、冷頂鍛性能等方麵與發達國家還存在較大差距。

因此，在冷鐓鋼材料的發展上將著力非調（diào）質冷鐓鋼用線材研發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴（kuò）展、高強度螺栓鋼等基礎研（yán）發，進（jìn）一步（bù）提升我國緊固件線材的整體質量水平。

02

法規要求

緊固件產品需（xū）強製符合”汽車零件和材料禁限用物質要（yào）求” 的要求（qiú），下（xià）表列（liè）出了緊固件（jiàn）零件在（zài）中國（guó）及歐盟等國家的主要法規要（yào）求。

03

性能要求

緊固接頭，需要滿足的主要性能要求如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防（fáng）腐性能滿足標準（zhǔn）要求（qiú）；

2. 安全性：緊固接頭能滿（mǎn）足安全方麵的法規要求（qiú）

04

製造策略

1. 除（chú）非冷鐓（duì）工藝無法實現（xiàn），否則，不得采取機加工工藝，螺紋部位僅能使用軋製或輥製工藝，不得使用機加工工藝；

2. 10.9級及（jí）以上產品，需要進行防氫脆處理；

05

設計原則（zé）

1. 緊固接頭結構設計

a. 米製螺紋 除特殊情況，如安全帶相關緊固件因行（háng）業慣例使用統一英製螺紋外，體係中緊（jǐn）固件不得使用非米製（zhì）螺紋。各（gè）公差等級的螺紋尺寸須（xū）滿足GB/T15756 普（pǔ）通螺紋極限（xiàn）尺寸的要（yào）求。

b. 孔的合理設計 各類型緊固用通（tōng）孔和沉孔（kǒng）尺寸可參考（kǎo）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（xíng）式的選用 緊固件頭（tóu）部形狀（zhuàng）較多，以適（shì）應不同的裝配空間、擰緊程度、連接外觀等要求，其頭（tóu）部主要作用為承載和扳擰。

2. 螺紋配合設（shè）計

對不同的材質，為保證能承（chéng）受足（zú）夠（gòu）的連接應力，需使（shǐ）用不同的齧（niè）合長度。下圖規定了上述情況（kuàng）匹（pǐ）配使用時的最小（xiǎo）齧合長度要求，可做評估使用。

在不幹涉其它零件（jiàn）情況下，螺（luó）栓和螺（luó）柱與螺母相配（pèi）後末端應超出螺（luó）母頂麵1-2個完整牙為宜，當螺栓擰入盲孔時，應確保螺栓（shuān）的長度不得與盲孔產生幹涉並確保至少一倍直徑的螺紋在受力區（qū）域。

3. 等級匹配性

一般情況下，螺母與（yǔ）螺栓（shuān）、螺柱或螺（luó）釘機械性能等級的匹配如下：

8級螺母可以與（yǔ）8.8級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

10級螺母可（kě）以與10.9級（jí）的螺栓、螺柱（zhù）或螺釘相配；

12級螺母可以與12.9級的螺栓、螺柱或螺釘相（xiàng）配

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

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（jì）

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

4. 鎖緊結構（gòu）的選擇（zé）

常見鎖緊方式主要為螺栓-鎖緊墊（diàn）圈組合件、鎖緊螺母（全金屬鎖（suǒ）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：

不建議機械性能等級為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（mǔ）的優點是（shì）耐溫性好，但在擰緊過程中因結構（gòu）原因會導致外（wài）螺紋塗（tú）層的破壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數的增加而降低，不適用（yòng）於（yú）需要經常拆卸的連（lián）接部位；

非金屬嵌件鎖緊螺母的（de）優點是耐（nài）衝擊（jī）性（xìng）、抗振性、重複使用性較全金屬型好，但耐溫性較差，應避免在高溫區（qū）域使用；

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

5. 螺母的設計

螺母在設計時應確保（bǎo）其有足夠（gòu）的厚度來獲得保證（zhèng）載（zǎi）荷，齧合螺紋（wén）需滿足螺紋配（pèi）合設計要求，8級和10級螺母，有效螺紋長度推薦≥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（lǜ）具有鎖緊結構的螺母。

06

摩擦係數設計（jì）要求

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

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

07

擰緊工藝設計

常用的裝（zhuāng）配方法，為扭矩控製法（fǎ）和扭矩-角度控製法（fǎ）。

扭（niǔ）矩控（kòng）製法（fǎ）是根據扭矩（jǔ）大小和軸向力之間存在一定關係所製定的一種方法，該方法在擰緊時，隻對緊固扭矩M進行控製。

因（yīn）具（jù）有擰緊工具簡單，可（kě）操作性強等優點，是目前行（háng）業內最（zuì）廣泛使用的擰緊方法。但因扭矩受摩擦係數影響較大，擰緊後獲得的預緊力有較大散差，通常（cháng）可達到±30%。

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

相對（duì）扭矩法，轉（zhuǎn）角法因通過轉角直接控製螺栓伸長量，擰緊後能（néng）獲得較小的預緊力散差，通常在±15%左右。

如果（guǒ）能夠滿足設計要求，擰緊工藝應優先選擇扭矩控製法。盡管轉（zhuǎn）角法控（kòng）製精度比（bǐ）較高，螺栓利用率高，但是對於小產量的車型，轉（zhuǎn）角法設備費用太高。

08

實驗（yàn）和認證

1. 整車級試驗（yàn）緊固件及緊固接頭主（zhǔ）要需滿足整車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（zhǎn）預緊力台架測試及擰緊工藝驗證，在緊固接頭開發實驗室負責實施。

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