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（gù）件的結構和功能、法規要求、選用原則和設計規範，

為老鐵們提供一個指導（dǎo）原則，希望大家（jiā）在後續（xù）的工作中能起到一定的參考（kǎo）作用。

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於連（lián）接（jiē）、固定各功能（néng）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（jiàn）或標準件。

2. 結構種類

緊固（gù）件品種繁多，對應（yīng）各類（lèi）不同的標（biāo）準，包括產品標準，公差標準（zhǔn）、性能標準、表（biǎo）麵處（chù）理、標（biāo）記方法以（yǐ）及驗收檢查、包裝等等，分別體現在（zài）多（duō）個國家或（huò）行業標準中。

汽車常（cháng）用緊固件，包括螺栓/螺釘、螺母、自攻（gōng）螺釘、墊圈（quān）、塑料螺（luó）母及卡扣等，據統計，一輛輕（qīng）型（xíng）車平均用（yòng）緊固件約500種規格，4000件（jiàn）左（zuǒ）右，其中，高強度緊固件占1/3左右，一輛（liàng）汽車緊（jǐn）固件的費用約占整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功能介（jiè）紹

螺栓/螺釘/雙（shuāng）頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用於承受較大載荷的高強度連接副，具有結構簡單，穩定（dìng）的特點。

自攻螺釘與預製孔配（pèi）合型式一般用（yòng）於將重量較輕的物體，如內飾，小型電器類零件固定在金屬薄板上。

卡扣管夾（jiá）類塑料緊固件一般用於將線束（shù）等小直（zhí）徑管路固（gù）定嵌入鈑金類。

卡箍環箍多用（yòng）於低壓液（yè）壓係統（tǒng）或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能源車（chē）型的崛起，全鋁製車身的應用逐漸廣泛，傳統（tǒng）的焊接螺栓，螺母不再適用該種材料。

熱熔（róng）自攻鉚接（FDS）、鋁點焊（hàn）（RSW）、自衝鉚（mǎo）接（SPR）、抽芯拉（lā）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斷成（chéng）熟。

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

汽（qì）車用緊固件，在服役過（guò）程中承受各種高溫高壓、低溫、振動（dòng）、腐（fǔ）蝕、重載、交變應力，因此，對材料的綜合性能要求很高，而（ér）國內鋼材（cái）在有害元素及（jí）夾雜物控製、冷頂鍛性能等方（fāng）麵與發達國家還存在較大差距。

因（yīn）此，在（zài）冷鐓鋼材料的發展上將著力非調質冷鐓鋼用線（xiàn）材研發、10.9級（jí）螺栓用低碳（tàn）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（liàng）水平（píng）。

02

法規要求

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（zhōng）國及歐盟等（děng）國家的主要（yào）法規要求。

03

性（xìng）能要求

緊固接（jiē）頭，需要滿足的主要性能要求如下：

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

2. 安全性：緊固（gù）接頭能滿足安（ān）全方麵的法規要求

04

製造（zào）策略

1. 除非冷（lěng）鐓（duì）工（gōng）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（gōng）藝，不得使用機加工工（gōng）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. 緊固接頭結構設計

a. 米製螺紋 除特殊情況，如安全帶（dài）相關緊固件（jiàn）因行業慣例（lì）使用統一英製螺紋（wén）外，體係（xì）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 普通螺紋極限尺寸的（de）要求。

b. 孔的合理（lǐ）設計 各類型緊（jǐn）固（gù）用（yòng）通孔和沉孔尺寸可參考GB/T152 和（hé）GB/T5277的要求。開孔過大會引起預緊力衰減和螺栓斷（duàn）裂問題發生（shēng）。

c. 頭部型式的選用 緊固件（jiàn）頭部形狀較多，以適應（yīng）不同（tóng）的裝配空間、擰緊程（chéng）度、連接外（wài）觀等要求，其（qí）頭部主要作用為承（chéng）載（zǎi）和扳擰。

2. 螺紋配合設計

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

在不幹涉（shè）其它零件情況下，螺栓和螺柱與螺母相配（pèi）後末端應超出螺母頂麵1-2個（gè）完整牙為宜，當螺栓擰入盲孔時，應確（què）保螺栓（shuān）的長度不得與盲孔產生幹涉並確保至少（shǎo）一倍（bèi）直徑的螺（luó）紋（wén）在受（shòu）力區（qū）域。

3. 等級匹配性

一（yī）般情況下，螺母與螺栓（shuān）、螺柱或螺釘機械性能等級的匹配如（rú）下：

8級螺母（mǔ）可以與8.8級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

10級螺母可（kě）以與10.9級的（de）螺栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺母可（kě）以（yǐ）與12.9級的螺栓、螺（luó）柱或螺釘（dìng）相配

一般說來，性能等級較高的螺母（mǔ）可以代替（tì）性（xìng）能等級較低的螺母，如10級螺（luó）母可以代替8級螺母與8.8級螺栓（shuān）、螺柱或螺（luó）釘（dìng）相配。

考慮（lǜ）到較高的脆斷風險，避免選用（yòng）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（bèi）夾緊材料所能承受的極限單位麵積（jī）壓力（lì）需要（yào）超（chāo）過螺栓預（yù）緊力產生的抗壓強度，以避免可能發生的材料壓潰問題（tí），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（hé）件、鎖緊螺（luó）母（全金屬鎖緊螺母和非金屬嵌件（jiàn）鎖緊（jǐn）螺母）、鎖固膠三種型式。

選用時應注意：

不建（jiàn）議機械性能等級為8.8級及以上（shàng）的（de）螺釘采用螺釘-鎖緊墊圈組（zǔ）合件；

全金（jīn）屬鎖緊螺母的優點是耐溫性好，但在擰緊過（guò）程中因結構原因會導致外螺紋塗層的（de）破壞，容易引（yǐn）起鏽蝕，且鎖緊結構隨（suí）著擰入擰（nǐng）出次數的增加而降低，不（bú）適用於需要（yào）經常拆卸的連接部位；

非金屬嵌件鎖（suǒ）緊螺（luó）母的優（yōu）點是耐衝擊性、抗振性、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（shǐ）用；

常用鎖固膠（jiāo）為微膠囊（náng）預塗式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後（hòu）者使用溫度（dù）高（gāo），但缺點是不能重複使（shǐ）用，每次拆卸後需（xū）更換新的（de）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的厚度（dù）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；

結構上優先選（xuǎn）擇六角法蘭麵螺母；

關鍵緊固（gù）接頭，應優先考慮具有鎖緊（jǐn）結（jié）構的螺（luó）母（mǔ）。

06

摩擦係數設計要（yào）求

摩擦係數是螺栓連（lián）接設計的前提和邊界，每（měi）個緊固件體係內都應該有緊（jǐn）固件（jiàn）摩擦係數範圍要求（qiú）要求，

不同主（zhǔ）機廠有不同規定（dìng），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（hé）扭矩-角度控製法。

扭矩控製（zhì）法是根據（jù）扭（niǔ）矩大小和軸向力之間存在一（yī）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（jù）簡單，可操作性強等優點，是目前行業內最廣泛使用的擰緊方法。但因扭矩（jǔ）受摩擦係數影響較（jiào）大，擰緊後（hòu）獲得的預（yù）緊力有較大（dà）散差，通常可達到±30%。

扭矩-角度控製法（也稱（chēng）轉角法）是將螺栓與螺（luó）母（mǔ）的相（xiàng）對（duì）回轉角度作為指標（biāo）進行初始預（yù）緊力控製的方（fāng）法，可在彈性區和塑性（xìng）區使（shǐ）用。

相對扭矩法，轉角（jiǎo）法因通過轉角直接控製螺（luó）栓伸長量，擰緊後能獲得較小的預（yù）緊力散差，通常在±15%左右。

如果（guǒ）能夠（gòu）滿足設計要求，擰緊工藝應優先選（xuǎn）擇扭矩控（kòng）製法。盡管轉角法控製（zhì）精度比較高，螺栓（shuān）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. 整車級試驗緊（jǐn）固件及緊固（gù）接（jiē）頭主要需滿足整車（chē）耐久和整（zhěng）車耐腐蝕試驗。

2. 係統級試驗  高強度緊固接（jiē）頭（tóu）需要開展預緊力台架測試及擰緊（jǐn）工藝驗證，在緊固接頭開發實驗室負責實施。

3. 每個公（gōng）司的（de）金屬緊固件都有《金屬緊固件檢測項目（mù）》標準，新開的零件（jiàn）需要試驗（yàn）和認證。