汽車金屬緊固件設計選用（yòng）指導

今天為大家介紹：汽（qì）車金屬緊（jǐn）固件的結構和功能、法規要求、選用（yòng）原則和設計規（guī）範（fàn），

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

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於（yú）連接、固（gù）定各（gè）功能件的零件稱為緊固件，因其標準化、係（xì）列化、通用化程度極高，有對應的國家標（biāo）準或行業標（biāo）準作為（wéi）支撐，因此也有人將其稱（chēng）為標準緊（jǐn）固件或標準件（jiàn）。

2. 結構種類

緊固件品種繁多（duō），對應各類不同的標準，包括（kuò）產品標準（zhǔn），公差標準、性（xìng）能（néng）標準、表麵處理、標記方法（fǎ）以（yǐ）及驗收檢查、包裝等等，分（fèn）別體現在多個國家（jiā）或行業標準中。

汽車常用緊固件，包括螺（luó）栓/螺釘、螺母、自攻螺釘、墊圈、塑料螺母及卡扣等，據統計，一輛輕型車平均用緊固件約500種規格，4000件左右（yòu），其中，高強度（dù）緊固件占1/3左（zuǒ）右（yòu），一輛汽車（chē）緊固件的（de）費用（yòng）約占整（zhěng）車成本的2.5%-3.0%。

3. 功能介紹

螺栓/螺（luó）釘（dìng）/雙頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用（yòng）於承受較大載荷的高強度（dù）連接副，具（jù）有結（jié）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（yú）將重量較輕的物體，如內飾，小型電器類（lèi）零件固（gù）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（lèi）。

卡箍環（huán）箍多用於低壓液壓係統或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能源車型的崛（jué）起，全鋁製車身的應（yīng）用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母不再（zài）適用該種材（cái）料。

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

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（zhōng）承受各種高溫高壓、低溫、振動、腐蝕、重載、交（jiāo）變應力（lì），因此（cǐ），對材料的綜合性能要求很高，而國內鋼材在有（yǒu）害元（yuán）素及夾雜物控製、冷頂鍛性能等方麵與（yǔ）發達國（guó）家還存在較大差距。

因此，在冷鐓（duì）鋼材料的發展上將著力非調質冷鐓鋼（gāng）用線材研發、10.9級螺栓（shuān）用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼（gāng）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

緊固件產品需強製符合”汽車零件（jiàn）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（qiú）。

03

性能要求

緊固接（jiē）頭，需要（yào）滿足的主（zhǔ）要性能要求如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防腐性能滿足標（biāo）準要（yào）求；

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全方麵的法規要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓（duì）工藝無法實現，否則，不得采取機加工工藝，螺紋部位僅能（néng）使用軋製或輥製工藝（yì），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（jì）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（gù）件因行（háng）業（yè）慣例使用統一英製螺紋外，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 普通螺紋極限尺寸的要求。

b. 孔的合理設計（jì） 各類型緊固用通孔（kǒng）和沉孔尺寸（cùn）可參考GB/T152 和GB/T5277的要求。開孔（kǒng）過大會引起預緊力衰減和螺栓斷（duàn）裂問題發生。

c. 頭（tóu）部型式的選用（yòng） 緊固（gù）件頭部形狀（zhuàng）較多，以適應不同的裝（zhuāng）配空間、擰緊程度、連接外觀等要求，其頭部主要作用為承載和扳擰。

2. 螺紋配（pèi）合設計

對不同的材（cái）質，為保證能（néng）承受足夠（gòu）的連接應力，需使用不同的齧合長度。下圖規（guī）定了上述情況匹配使用時的最小齧合長度要（yào）求，可（kě）做評估使用。

在不幹涉其它零（líng）件情（qíng）況（kuàng）下，螺（luó）栓和螺柱與螺母相配後末端應超（chāo）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與盲孔產生幹涉並確保至少一倍直徑的螺紋在受力區（qū）域。

3. 等（děng）級匹配性（xìng）

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

8級螺母可以與8.8級的（de）螺栓、螺柱（zhù）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；

12級螺母可以與12.9級的螺栓、螺柱（zhù）或螺釘相配

一般說來，性能等級較高的螺母可以代替性能等級較低的螺母，如10級螺母（mǔ）可以代替（tì）8級螺（luó）母（mǔ）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級螺栓

材料防壓（yā）潰設（shè）計

設計緊固接頭時，還必須確保被夾（jiá）緊材料所能承受（shòu）的極限單位麵積壓（yā）力需要超過螺栓預緊力產生的抗壓強度，以避免可能發生的材料壓潰問題，引起（qǐ）較大的預緊力衰（shuāi）減。

4. 鎖緊結構的選（xuǎn）擇

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

選用時應注意：

不（bú）建議（yì）機械性能等級為（wéi）8.8級（jí）及以上的螺（luó）釘采用螺釘-鎖（suǒ）緊墊圈組合件；

全金屬鎖緊螺母的優（yōu）點是耐溫性好，但在擰緊過程中因結構原因會導（dǎo）致外螺紋塗層的破壞，容易引起鏽蝕，且（qiě）鎖緊結（jié）構（gòu）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位；

非金屬嵌件鎖緊螺母（mǔ）的優點是耐衝擊性、抗（kàng）振性、重複使用性較全（quán）金屬型好，但耐溫性較（jiào）差，應避免在高溫區域使用；

常用鎖固膠（jiāo）為微膠囊（náng）預（yù）塗式鎖固膠和尼龍（lóng）鎖固膠，前者較後者使用溫度高，但缺點是不能（néng）重複使用，每次拆卸後需更換新的緊固件並清（qīng）理螺紋（wén）孔。

5. 螺母的設計

螺母在設計（jì）時應確保其有足夠的厚度來獲得保證載荷，齧合螺紋（wén）需滿足螺紋配合設計要求，8級和10級螺母，有效螺（luó）紋長度推薦≥1d；

結構上優先選擇六角法蘭麵螺母；

關鍵緊固接頭，應優先（xiān）考慮具有鎖緊結構的螺母。

06

摩擦係數設計要求

摩擦係數是螺（luó）栓連接設計的（de）前提和邊界，每個緊固（gù）件體係內都應該有緊固（gù）件（jiàn）摩擦係數範圍要求要求，

不同（tóng）主機廠有不同規（guī）定，主流的有0.09-0.15,0.10-0.16, 0.12-0.18三種。

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擰緊（jǐn）工藝設計

常用的裝配方法，為扭矩控製法和扭矩-角（jiǎo）度控製法。

扭矩控製法是根據扭矩大小和軸向力之間存在（zài）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（gōng）具簡單（dān），可操作性強等優點，是目（mù）前行業內最廣泛使（shǐ）用的擰緊方法（fǎ）。但（dàn）因扭（niǔ）矩受摩擦係數影響較大，擰緊後獲得的預緊力有較（jiào）大散（sàn）差，通常可達到±30%。

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

相對扭矩法，轉角法因通過（guò）轉角直接控製螺栓伸長量，擰緊後能獲得較（jiào）小的預緊力（lì）散差，通常在±15%左（zuǒ）右。

如果（guǒ）能夠滿足設計要求（qiú），擰緊工藝應優先選擇扭矩控（kòng）製法。盡管轉角法控製精度比較高，螺栓利用率高（gāo），但是對於小產量（liàng）的車型，轉角法設備費用太高。

08

實驗和認證

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耐腐蝕（shí）試驗。

2. 係統級試驗  高強度緊固接頭需要（yào）開展預緊（jǐn）力台架測試及（jí）擰（nǐng）緊工藝（yì）驗證，在緊固接頭開發實驗室（shì）負責實施。

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