汽車金屬緊固件設計選用指導

今天為大家介紹（shào）：汽車金（jīn）屬（shǔ）緊固件的結構（gòu）和（hé）功（gōng）能、法規要求、選用原則和設計規範，

為老鐵們提供一個指導原則，希望大家在後（hòu）續的工作（zuò）中能起到一定的（de）參考作用（yòng）。

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於連接（jiē）、固定（dìng）各功能件的零件稱為緊固件（jiàn），因其標準化、係列化、通用化程度極高（gāo），有對應的國家標準或行業標準（zhǔn）作為支（zhī）撐（chēng），因此也有人將其（qí）稱為標準緊固件或標準件。

2. 結構種類

緊固件品種繁多（duō），對應各類不同的標準，包括產品標（biāo）準，公差標準、性能標準（zhǔn）、表麵處理、標記方法以及驗（yàn）收檢查、包裝等等，分別體（tǐ）現在多（duō）個國家或行業標準中。

汽車常用緊固（gù）件，包括螺栓/螺釘、螺母、自（zì）攻螺（luó）釘、墊圈、塑料螺母及卡扣等，據統計，一輛輕型車平均用緊固件約500種規格，4000件左右，其中，高強度緊固件占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（luó）母/螺紋孔配合的型式，主要用於承受較大載荷的高強（qiáng）度連（lián）接副，具有結構簡單，穩（wěn）定的特點（diǎn）。

自攻螺釘與（yǔ）預製孔配合型式一（yī）般用於將重（chóng）量較輕的（de）物體，如內飾，小型電器類零件（jiàn）固定在金屬薄板上。

卡扣管夾（jiá）類塑料緊固件一般用於將線束等小直徑管路固定嵌入（rù）鈑金類。

卡箍環箍多用於低壓（yā）液壓係統或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發展（zhǎn）趨（qū）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，傳統的焊接螺栓，螺母（mǔ）不再適用該種材料。

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

同時，緊固件的防腐蝕性能，也從廣泛（fàn）使用的（de）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、腐蝕、重（chóng）載、交變（biàn）應力，因此，對材料的綜合性能要求很高，而國內（nèi）鋼材在有（yǒu）害元素及夾雜物（wù）控製、冷頂鍛性能等方麵與發達國家還存在較大差（chà）距（jù）。

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

02

法規要求（qiú）

緊固件產品需強製符合”汽車零件和材料禁限用物質要求” 的要求，下表列出了緊固件零件在中國及歐盟等國家的主要法規要求。

03

性能要求

緊（jǐn）固接頭，需要滿足的主要性（xìng）能（néng）要求如下：

1. 可靠性：緊固接（jiē）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方麵（miàn）的（de）法規（guī）要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓工藝無法實現，否則，不得采取機加工工藝（yì），螺紋（wén）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級及以上產品（pǐn），需要進行防氫脆處理；

05

設計原則

1. 緊固接頭結（jié）構設計（jì）

a. 米製螺紋 除特殊情況，如（rú）安全帶相關緊固件因行業慣例使用統一英製螺紋（wén）外（wài），體係中緊固（gù）件不得（dé）使用非米製螺紋。各公差等級的螺紋尺寸須滿足GB/T15756 普通螺紋極限尺（chǐ）寸的要（yào）求。

b. 孔（kǒng）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（guò）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 緊固件頭部形狀較多（duō），以適應不同的裝配空間、擰緊（jǐn）程度、連接外觀等要求，其（qí）頭部主要（yào）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接應力，需使（shǐ）用不同的齧合長度。下圖規定了上述（shù）情況匹配使用時的（de）最小齧合（hé）長度要求，可做評估使用。

在（zài）不幹涉其它零件情況下，螺栓（shuān）和螺（luó）柱與螺母相配後末端應超出（chū）螺母頂麵1-2個完整牙為宜，當螺栓擰入（rù）盲孔時，應確保螺栓的長度不得與盲孔產生（shēng）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，螺母與螺栓、螺（luó）柱或螺釘機械性（xìng）能等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級的螺（luó）栓、螺柱或螺釘相配；

10級螺母（mǔ）可以與10.9級的（de）螺栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺母可以與12.9級的螺栓、螺柱或螺釘相（xiàng）配（pèi）

一般說來，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級螺母可以代替8級螺母與（yǔ）8.8級螺栓、螺柱或螺釘相配。

考慮到較（jiào）高的脆斷風險，避免（miǎn）選用12.9級螺栓

材料防壓潰設（shè）計

設計緊（jǐn）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栓預緊力產生的抗壓強度，以避免可（kě）能發生的材料壓潰問題，引起較大的預（yù）緊力衰減。

4. 鎖緊結構的選擇

常（cháng）見鎖緊方式主要為螺栓（shuān）-鎖緊墊（diàn）圈組合（hé）件、鎖緊螺母（全金屬鎖緊螺母和非金屬嵌件鎖緊螺母）、鎖固膠三種型式。

選用時應（yīng）注意：

不建議機械性能等級為8.8級及以上的螺釘（dìng）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（dàn）在擰緊過（guò）程中因結構原因會導（dǎo）致外螺紋塗層的（de）破（pò）壞（huài），容易引起鏽蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數的增加（jiā）而降低，不適用於需要經常（cháng）拆卸的連接部位；

非金屬嵌（qiàn）件鎖緊螺（luó）母的（de）優點（diǎn）是耐衝擊性、抗（kàng）振（zhèn）性、重複使用性較全金屬型好，但耐溫性較差，應避免在高溫區域（yù）使用；

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（dàn）缺點（diǎn）是不（bú）能（néng）重複使用，每次（cì）拆卸後（hòu）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（shí）應確保（bǎo）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；

結構上優先（xiān）選擇六角法（fǎ）蘭麵螺母；

關鍵（jiàn）緊固接頭，應優先考慮具有鎖緊（jǐn）結構的螺母。

06

摩擦（cā）係數設計要求

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

不同主機廠有不同規（guī）定，主流的（de）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（hé）扭矩-角度控製法。

扭矩控製法是根據扭矩大小和軸（zhóu）向力之間存在一（yī）定關係（xì）所製定的一種（zhǒng）方（fāng）法，該方法在擰緊時（shí），隻對緊固扭矩M進行控製。

因具有擰緊工（gōng）具簡單，可操作性強等優（yōu）點，是目前行業內最廣泛使用的擰緊方法。但因扭矩受摩擦係數影響較大，擰（nǐng）緊後獲得（dé）的預緊力有較大散差，通常可達到±30%。

扭矩-角度控製法（也稱轉角法）是將螺栓（shuān）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，可在彈性區和塑性區使用。

相對扭矩法，轉角法（fǎ）因（yīn）通過轉角直接控製螺栓伸長量（liàng），擰緊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（yào）求，擰緊工藝應優先選擇扭矩（jǔ）控製法。盡管轉角法控製（zhì）精度比較高，螺栓利用率高（gāo），但是對於小產量的車型，轉角（jiǎo）法設備費用太高。

08

實驗和（hé）認證

1. 整車級（jí）試驗緊固件及緊固接頭主要需滿足整車耐久和整車（chē）耐腐蝕試（shì）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藝驗證，在緊固接頭開發實驗室負（fù）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（mù）》標準（zhǔn），新開的零件需要試驗和（hé）認證。