汽車金屬緊固件設計選用指導

今天為大家介紹：汽（qì）車金屬緊固件的（de）結構和功能、法規要（yào）求、選用原則（zé）和（hé）設計（jì）規範，

為老鐵們提供一個指導原則，希望大家在後續的工作（zuò）中能起（qǐ）到一定的參考（kǎo）作用。

01

緊固（gù）件介紹

1. 係統定義

用（yòng）於連接、固定各（gè）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，有對應的國家標準或行業標準作為支撐，因此也有人將其稱為標準緊固件或標準件（jiàn）。

2. 結構種類

緊固件品種（zhǒng）繁（fán）多，對應各類不同的標準（zhǔn），包括產品標準，公差（chà）標準（zhǔn）、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（tǐ）現在多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、自攻螺釘、墊圈、塑料螺母及卡（kǎ）扣等（děng），據統計，一（yī）輛輕型車平均用（yòng）緊固件約500種規格，4000件左右，其中，高強（qiáng）度緊固件占1/3左右，一輛汽（qì）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/螺紋孔配合的型（xíng）式，主要用於承受（shòu）較大載荷的高強度連接副，具有結構簡單，穩定（dìng）的特（tè）點。

自攻螺釘（dìng）與預製孔配合型（xíng）式一般用（yòng）於將重量較輕（qīng）的物（wù）體，如內飾，小型電器類零件固定在金屬薄板上。

卡扣管夾類塑（sù）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（duō）用於低壓液壓係統或氣（qì）壓係統，冷卻管（guǎn）路等。

4. 新技（jì）術發展趨勢

隨著新能源車型的崛起（qǐ），全（quán）鋁製車身的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母不（bú）再適用該種材料。

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

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

汽車用緊固（gù）件，在服役過程中承受各種高溫高壓、低溫、振動、腐（fǔ）蝕（shí）、重載、交變應力，因此，對材料的綜合性能要求很高，而國內鋼材（cái）在有害元素及夾雜物（wù）控製、冷頂鍛性能等方麵與（yǔ）發達國（guó）家還存在較大（dà）差距。

因此，在冷鐓鋼材料（liào）的發展上將著力非調質冷鐓鋼用線（xiàn）材研發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基（jī）礎研發（fā），進一（yī）步提（tí）升（shēng）我國（guó）緊固件線（xiàn）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（cái）料禁限用物質（zhì）要求” 的要求（qiú），下表列（liè）出了緊固件零件在中國及歐盟等國家（jiā）的主要法規要求。

03

性能要求（qiú）

緊固接頭，需要滿（mǎn）足的主要性能要求如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防腐性能滿足（zú）標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全方麵的法規要（yào）求

04

製造（zào）策（cè）略

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

2. 10.9級及以上產品，需要進行（háng）防氫脆處理；

05

設計原則

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業慣例使用統一英製螺（luó）紋（wén）外，體係中緊固（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（zú）GB/T15756 普通螺紋極限尺寸的要求。

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（jiàn）頭部形狀較多，以適應不同的裝配空間、擰緊程度、連接外觀（guān）等要求（qiú），其頭部（bù）主（zhǔ）要作用為（wéi）承載（zǎi）和扳擰。

2. 螺紋配合設計

對不同的材質（zhì），為保證能承受足夠的連（lián）接應力，需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合長度（dù）要求（qiú），可做評估（gū）使用。

在不幹涉其它零件情況下（xià），螺栓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，當螺栓擰入盲孔時，應確保螺栓的長度不得（dé）與盲孔產生（shēng）幹涉並確（què）保至少一倍（bèi）直徑的（de）螺紋在受力區域。

3. 等級匹配性

一般情況下，螺（luó）母與螺栓、螺柱或螺釘機械性能等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級的螺栓（shuān）、螺柱或螺釘（dìng）相配；

10級螺母可以與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、螺柱或螺釘相配

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

考慮到較高的脆斷風險（xiǎn），避免選用12.9級螺栓

材料防壓潰設計

設計緊固接頭時（shí），還必須確保被夾緊材（cái）料所（suǒ）能承受的極限單位麵積壓力需（xū）要超過螺栓（shuān）預緊力產生的抗壓強度（dù），以避免可（kě）能發生的材（cái）料壓潰問題（tí），引起較（jiào）大的預緊力衰減。

4. 鎖緊結構的（de）選（xuǎn）擇（zé）

常（cháng）見鎖緊方式（shì）主要（yào）為螺（luó）栓-鎖緊（jǐn）墊圈組合件、鎖緊螺母（全金屬鎖緊螺母和非金屬嵌（qiàn）件鎖緊螺母）、鎖固膠三種（zhǒng）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（luó）釘采用螺釘-鎖緊墊圈組合件；

全金屬鎖（suǒ）緊螺母的優（yōu）點是耐（nài）溫（wēn）性好，但在擰緊過程（chéng）中因結構原因會導致外螺紋（wén）塗層的破壞，容易（yì）引起鏽蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數的增加而降低，不適用於需要經常拆卸的連接部（bù）位；

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

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

5. 螺母的設計

螺母在設計時應確保其有足夠的厚（hòu）度來獲得保證（zhèng）載荷，齧合螺紋需（xū）滿足螺紋配合設計要（yào）求，8級和10級螺母，有效螺紋長度推（tuī）薦≥1d；

結構上優先（xiān）選擇（zé）六角法蘭麵螺母；

關鍵緊固接頭，應優先考（kǎo）慮具（jù）有鎖緊結構的螺母。

06

摩擦係數設計要求

摩（mó）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應該有緊固件摩擦係數範圍要（yào）求（qiú）要求，

不同主機（jī）廠有不同（tóng）規定，主流的有（yǒu）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（zhì）法。

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

因具有擰緊工（gōng）具簡單，可（kě）操作性強等優點，是（shì）目前行業（yè）內最廣泛使用的擰緊方法。但（dàn）因扭矩受摩擦係數影響較大（dà），擰緊後獲得的預（yù）緊力有較大散差，通常可達到±30%。

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

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

如果能夠（gòu）滿足（zú）設計要求，擰（nǐng）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，螺栓利用率高，但是對於小產量的車型，轉角法設備費用太高。

08

實驗和認證

1. 整車（chē）級試驗緊（jǐn）固件及緊固接頭主要需滿足整車耐久（jiǔ）和整車耐腐蝕試驗。

2. 係統（tǒng）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（shì）負責實（shí）施。

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