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、法規要求、選用（yòng）原則和設計規範，

為老鐵們提供一個指導原則，希望大家在後續的工（gōng）作中能（néng）起到一定的參考作用。

01

緊固件介紹（shào）

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（huà）程度極高，有對應的國家標準或行（háng）業標準作為支撐，因此也有人將其稱為（wéi）標準緊固件或（huò）標準件。

2. 結構（gòu）種類

緊固件品種繁多，對（duì）應各類不同的標準（zhǔn），包括產品標準，公差標準、性能標準、表麵處理、標記方法（fǎ）以及驗收檢查、包（bāo）裝等等，分別體現在多個國家或行業標準中（zhōng）。

汽車常用緊（jǐn）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（jù）統計，一輛輕型車平均用緊固件（jiàn）約500種規格，4000件左右，其中，高（gāo）強度（dù）緊固件占1/3左右，一輛汽車緊固件的（de）費用約占（zhàn）整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功（gōng）能介紹（shào）

螺栓/螺釘/雙頭（tóu）螺柱與螺（luó）母/螺紋孔配合的型式，主要（yào）用於承受較大載荷的高強度連接副，具有結構簡（jiǎn）單，穩定的特點。

自攻螺釘與預製孔配合型式一般用於將重量（liàng）較輕（qīng）的物體，如內飾，小型電器類零件固定在（zài）金屬薄（báo）板上。

卡扣管夾類塑料緊固件一般（bān）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）壓係統或氣壓係統，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（chē）身（shēn）的應用逐漸廣泛（fàn），傳統的焊接螺栓，螺母不再適用該種材料。

熱熔自攻（gōng）鉚接（FDS）、鋁點焊（RSW）、自衝鉚接（SPR）、抽芯拉鉚等新工藝新緊固件的（de）重要（yào）性不斷（duàn）提升，此類產品的技術也不斷成熟。

同時，緊固件的防（fáng）腐蝕性能，也從廣（guǎng）泛使用的240h、480h無紅鏽進一步提高（gāo）到720h，1000h無紅鏽（xiù）的（de）水平。

汽車用緊固件，在服役過（guò）程（chéng）中承受各種高溫高壓（yā）、低溫、振動、腐（fǔ）蝕、重（chóng）載、交變應力，因此（cǐ），對（duì）材料的綜合性（xìng）能要（yào）求很高，而國內鋼（gāng）材在有害（hài）元素及夾雜物控製（zhì）、冷頂鍛性能等方麵與發達國家還存在（zài）較大差距。

因此（cǐ），在冷鐓鋼材料的發展（zhǎn）上將（jiāng）著力非調質（zhì）冷鐓鋼用線材研發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強（qiáng）度螺栓鋼等基礎研（yán）發，進一步提升我國緊固件線材的整體質量水平。

02

法（fǎ）規要求

緊固件產品需強製符合”汽車零件和材料禁限用（yòng）物質要求（qiú）” 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（yào）法（fǎ）規要求。

03

性能（néng）要求

緊固接頭，需要滿足（zú）的主要性能（néng）要求（qiú）如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防腐（fǔ）性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全（quán）方麵的法（fǎ）規要（yào）求

04

製造策略（luè）

1. 除非冷鐓工（gōng）藝無法實現，否（fǒu）則，不得采取（qǔ）機加工工藝，螺紋（wén）部位僅（jǐn）能使用（yòng）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，需要進行防氫脆處理；

05

設計原則

1. 緊固接頭結構設（shè）計

a. 米製螺紋 除特（tè）殊情況，如安全帶相關緊（jǐn）固件因行業慣（guàn）例使（shǐ）用統一英製螺紋外，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足GB/T15756 普（pǔ）通螺紋極（jí）限尺寸的要求。

b. 孔的合理設計 各類型緊固用通孔和沉孔尺（chǐ）寸可參（cān）考GB/T152 和GB/T5277的要求。開孔過大會引起預緊力衰減和螺（luó）栓斷裂問題發（fā）生。

c. 頭部型式的選用 緊固件頭部形（xíng）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（tóu）部主要作用為承載和扳擰。

2. 螺紋配合設計

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

在不幹（gàn）涉其它零件情況（kuàng）下，螺栓和螺柱與螺母相配後末端應超出螺（luó）母頂麵1-2個完整牙（yá）為宜，當螺栓擰入盲孔（kǒng）時，應確保（bǎo）螺栓的長度不得與盲孔產生幹涉並確保至（zhì）少一倍直徑的螺紋在受力區域。

3. 等級匹配性

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

8級螺母（mǔ）可以（yǐ）與8.8級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

10級螺母可以與（yǔ）10.9級的螺（luó）栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺母可以與12.9級的螺栓、螺柱（zhù）或螺（luó）釘相配

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

考慮（lǜ）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，還必須確保被夾緊（jǐn）材料所能承受的極（jí）限單位麵積壓（yā）力（lì）需要超過螺栓預緊力產生的抗壓（yā）強度，以（yǐ）避免可能發（fā）生的材料壓潰（kuì）問題，引起較大的預緊力（lì）衰減。

4. 鎖（suǒ）緊結構的（de）選擇

常見鎖緊方式（shì）主要為螺栓-鎖緊墊圈組合件、鎖（suǒ）緊螺母（全金屬鎖緊螺母和（hé）非金屬（shǔ）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（děng）級為8.8級及以上的螺（luó）釘采用螺釘-鎖緊墊（diàn）圈組合件；

全（quán）金屬鎖緊螺母（mǔ）的優點是耐溫性好，但在擰緊過程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（jié）構隨著擰入擰出次數（shù）的增（zēng）加（jiā）而降低，不適用於需要經（jīng）常拆卸的連接部位；

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

常用鎖固膠為（wéi）微膠囊預塗式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後（hòu）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理螺紋孔。

5. 螺母的設計

螺母在設計時應確保其有足夠（gòu）的厚度來獲得保（bǎo）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（guān）鍵緊固接（jiē）頭，應優先考慮具有鎖緊結（jié）構的螺母。

06

摩（mó）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（gāi）有緊固件摩擦係數範圍要求要（yào）求，

不同主機廠有不同規定，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

常用的裝配方法，為扭矩控製法和扭矩-角（jiǎo）度控製（zhì）法（fǎ）。

扭矩控製法是根據扭矩大小和（hé）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。

因具有擰緊工具簡單，可（kě）操作性強等優點，是目前行業內（nèi）最廣（guǎng）泛使用的擰緊方法。但因（yīn）扭矩受摩擦係數影響較（jiào）大，擰緊後獲得的預（yù）緊力有較大散差，通（tōng）常（cháng）可達到±30%。

扭矩-角度（dù）控製法（也稱轉角法）是（shì）將螺栓與螺母的相（xiàng）對（duì）回轉角度作為指標進行初始預緊力控（kòng）製（zhì）的方法，可在彈性（xìng）區和（hé）塑性區使用。

相對扭矩法，轉角法因通過轉角直接控（kòng）製螺栓伸長量，擰緊（jǐn）後能獲得較小的預緊力散差，通常在±15%左右。

如果能夠滿足設計要求，擰緊工藝應優先選（xuǎn）擇扭矩控（kòng）製法。盡管轉角法控（kòng）製精（jīng）度比較高（gāo），螺栓利用率高，但是（shì）對於小產（chǎn）量的車型，轉角（jiǎo）法設備費用太高。

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（chē）耐久和整車耐腐蝕試驗。

2. 係統級（jí）試（shì）驗  高強度緊固接頭需要開展預緊力台架測試及擰緊工藝驗證，在緊固接（jiē）頭開發實驗室（shì）負責實施。

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