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（de）結（jié）構和功能、法規要求、選用原則和（hé）設（shè）計規範，

為老鐵們提供（gòng）一個指導原則，希（xī）望大家在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（dìng）義

用於連接、固定各功能件的零件稱為緊固件，因其標準化、係列化、通用化程度極高，有對（duì）應的國家標準或（huò）行業（yè）標準作為支撐，因（yīn）此也（yě）有人將其稱為標準緊固件或標準件（jiàn）。

2. 結構（gòu）種類（lèi）

緊固件品種繁多，對應各類不同的標準，包括產品標準，公（gōng）差標準、性能標準、表麵處理、標記方法以及驗收檢查、包裝等等，分別體現（xiàn）在多個國家或行業標（biāo）準中。

汽車常（cháng）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，4000件左右，其中，高強（qiáng）度緊固件占（zhàn）1/3左（zuǒ）右，一輛（liàng）汽車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（luó）柱與螺母/螺紋孔配合（hé）的型式，主（zhǔ）要用於承（chéng）受較大載荷的高強度連接副（fù），具有結構簡單，穩（wěn）定的特點。

自攻螺釘與預製孔配合型式一般用於將重量較（jiào）輕的物體，如內（nèi）飾，小型（xíng）電器類零件固定在金屬薄板上。

卡扣管夾類塑料緊固件一般用於將線束等小直徑管路固定嵌入鈑金類。

卡箍環箍多用於低壓液（yè）壓係統或氣壓（yā）係統，冷卻管路（lù）等。

4. 新技（jì）術發展趨勢

隨著新能源車型（xíng）的崛起，全鋁製車身的應用逐漸廣泛，傳統的（de）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（mǎo）等新工藝新緊固件的重要性（xìng）不（bú）斷提升，此類產品的技術也不斷（duàn）成熟。

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

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

因此（cǐ），在冷鐓鋼材料（liào）的發展上將著力非調質冷鐓鋼用線材研發（fā）、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓（shuān）鋼等基礎研發，進一步提升我國（guó）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求” 的要求，下表列出了緊固（gù）件零件在中國及歐盟等國家的主要法（fǎ）規（guī）要求。

03

性能要求

緊（jǐn）固接頭，需要滿足（zú）的主要性能要求如下：

1. 可靠（kào）性：緊固接頭的路（lù）試耐久，防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全方（fāng）麵的法規要求

04

製（zhì）造策略

1. 除非冷鐓工藝無法實現，否則，不得采取（qǔ）機加工工藝，螺紋部位僅（jǐn）能（néng）使（shǐ）用軋製或輥製工藝，不得使用機加工工藝；

2. 10.9級及以上產品，需要進行防氫脆（cuì）處理；

05

設計原（yuán）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（guān）緊（jǐn）固件因行業慣例使用（yòng）統一英製螺紋外，體（tǐ）係中緊固（gù）件不得使用非米製螺（luó）紋。各公差等級的螺紋尺寸須滿足GB/T15756 普通（tōng）螺紋（wén）極限尺寸的要求。

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

2. 螺紋配合設計

對不同的材（cái）質，為保（bǎo）證能承受足（zú）夠的連接應力，需使用不同的齧合長度（dù）。下圖規定了上述情況匹配使用（yòng）時的最小齧合長度要求，可做評估（gū）使（shǐ）用（yòng）。

在不（bú）幹涉其它零件情況下，螺栓（shuān）和螺柱與螺母相配後末端應超出螺母頂麵1-2個完整牙為宜，當螺（luó）栓擰入盲孔時，應確（què）保螺（luó）栓的長度（dù）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域。

3. 等級匹配性

一般情況下（xià），螺母與螺栓、螺柱或（huò）螺釘機械性能等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級（jí）的螺栓、螺柱或螺釘相（xiàng）配；

10級螺母可以與10.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配（pèi）；

12級螺母可（kě）以與12.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配

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

考慮到較高的脆斷風險，避免選用12.9級螺（luó）栓

材料防壓潰設計

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

4. 鎖緊結構的選擇

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

選用時應注意：

不建議（yì）機械（xiè）性能等級（jí）為8.8級及以上的螺釘采用螺釘（dìng）-鎖（suǒ）緊墊圈組合件；

全金屬（shǔ）鎖緊螺母（mǔ）的優點是耐溫性好，但在（zài）擰緊過程中因結構原（yuán）因（yīn）會（huì）導致外螺紋塗層的破（pò）壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊（jǐn）結構隨著擰入擰出次數的增加而降低，不適用於需要（yào）經常拆卸的連接部位；

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

常用鎖固膠為微膠囊（náng）預塗式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後者使用溫度高（gāo），但缺（quē）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（wén）孔。

5. 螺母的設計

螺母在設計時應確保其有足夠的厚度來獲得保證載荷，齧合螺（luó）紋需（xū）滿足螺紋配合（hé）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（miàn）螺母；

關鍵緊固接頭（tóu），應優（yōu）先考慮具有鎖緊（jǐn）結構的螺母。

06

摩（mó）擦係數設計要求

摩擦（cā）係數是螺栓連接設計的前提和邊界，每個緊固件體係內都（dōu）應該有緊固件摩（mó）擦（cā）係數範圍要求要（yào）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。

07

擰緊工藝設計

常用的裝配方法，為扭矩控製法和扭矩-角度控製法（fǎ）。

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

因具有擰緊工具簡單，可操作性強等（děng）優點，是（shì）目前行（háng）業內最廣泛使用的擰緊方法。但因扭矩受（shòu）摩擦係數影響較（jiào）大，擰緊後（hòu）獲得的預緊力有較大散差，通常可達到±30%。

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

相對扭矩法，轉角法因通過轉角直接（jiē）控製螺栓（shuān）伸長量，擰緊後能獲（huò）得較小的預緊力散差，通（tōng）常在±15%左右。

如果能夠滿足設計（jì）要求，擰緊工藝應優先選擇扭矩控製法。盡管轉角法控製精度比較高，螺栓（shuān）利用（yòng）率高，但（dàn）是對於小產（chǎn）量的車型，轉角法設備費用太高。

08

實驗和認證

1. 整車級試驗（yàn）緊固件（jiàn）及緊固接頭主要需滿（mǎn）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預緊力台架測試及擰緊工（gōng）藝（yì）驗（yàn）證，在緊（jǐn）固接（jiē）頭開發實驗室負責實施。

3. 每個公司的金屬緊固件（jiàn）都有《金屬緊固件（jiàn）檢測項目》標準（zhǔn），新開的零件需要試驗和認證。